FENÔMENOS DE TRANSPORTE II
BALANÇO DE ENERGIA
BALANÇO ENERGÉTICO
• O balanço de energia na envolvente da edificação
tem como base a primeira lei de termodinâmica,
a lei da conservação de energia. Esta lei
estabelece que a quantidade de energia térmica
(calor) que entra em um volume de controle - no
caso a envolvente (Ea), mais a quantidade de
calor gerada no interior do volume (Eg), menos a
quantidade de energia que deixa o volume (Es)
deve ser igual ao aumento da quantidade de
energia armazenada (Ear) no volume de controle
(Figura).
Conservação de energia – 1ª lei da
termodinâmica
• O alcance da disciplina não considera o estudo
de mecanismos de geração de calor na
envolvente. Esta simplificação permite
estabelecer o balanço energético como a
diferença entre a energia que ingressa e sai da
envolvente deve ser igual à variação de
energia (calor armazenado ou liberado) no
interior da envolvente.
• Se ligarmos uma resistência aquecedora de 20
Ohms em 220 V por 10 min, dentro de um
recipiente de 100 l com água a 20 °C. Qual a
temperatura final da água?
• Potência (P) fornecida pela resistência elétrica
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P=U·I
U=R·I
P = U²/R = 220²/20 = 2.420 Watts ≈ 2.400 J/s
Balanço energético:
Ee – Es + Eg = Ear = m · c · ∆T = ρ · V · c · (Tf – Ti)
Ee = 0, Es = 0
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Eg = P · t = ρ · V · c · (Tf – Ti)
2.400 · 600 = 1.000 · 0,1 · 1.000 · (Tf – 20) => Tf = 34,4 [ºC]
Agora, qual a taxa de variação da temperatura?
Eg = ρ · V · c · (Tf – Ti) ÷ t
• 2.400 = 1.000 · 0,1 · 1.000 · (∆T/t) => (∆T/t) = 0,024 [ºC/s]
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Para resolver problemas de transferência de calor, a palavra chave é balanço
energético e recomendase utilizar o seguinte esquema de resolução:
Modelo: Organize todos os dados do seu problema (revise as unidades). Realize um
esquema
gráfico identificando o ponto ou volume de controle (nó ou envolvente) e os
fenômenos físicos que participam nele. Verifique se suas hipóteses são válidas.
Objetivo: Identifique as grandezas físicas a determinar.
Lei geral: Estabeleça o balanço energético identificando seus componentes no
modelo gráfico.
Leis particulares: Para cada componente, identificar o tipo de lei que o representa
(Fourier,
Newton ou Steffan-Boltzmann) e desenvolva a equação de balanço com as relações
correspondentes.
Solução: Substitua as variáveis pelos valores numéricos (dados) e execute os
cálculos
necessários.