Termo-Arquitetura
Física Aplicada
Transferência de calor por radiação
• Neste processo a energia á
conduzida pelas ondas
eletromagnéticas que emite o objeto.
Estas ondas não precisam
de meio material para
sua passagem.
Foto infravermelho de uma
casa de inverno. Pontos
amarelos indicam perdas
de calor.
Transferência de calor por radiação
Transferência de calor por radiação
• As grandezas relacionadas com este conceitos são:
• emitância radiante (R) = potência por unidade de área
emitida por um corpo.
• emissividade = fração da energia de radiação que é
emitida.
• absortividade = fração da energia de radiação que é
absorvida.
• irradiação = potência por unidade de área que incide
sobre um corpo.
Transferência de calor por radiação
• Ao contrário do corpo negro, corpos reais possuem emissividade
variada. A EMISSIVIDADE é a propriedade de uma superfície que
descreve sua capacidade relativa de emitir radiação térmica, em
função do comprimento de onda, tendo como referência o “corpo
negro”, cuja emissividade é igual à unidade. A EMISSIVIDADE em
determinado comprimento de onda é igual à ABSORTIVIDADE
Transferência de calor por radiação
• A taxa de emissão de uma
superfície de área A e
emissividade ε, é
• onde T é a temperatura
da superfície (em graus
Kelvin) e
Transferência de calor por radiação
Material
Asbestos
Asfalto
Basalto
Carbono
Unoxidados
Grafite
Carborundum
Ceramica
Clay
Concreto
Tecido
Vidro
Prata
?Gob?
Gravel
Gypsum
Gelo
Emissividade
1.0µm
0.9
n.r.
n.r.
5.0µm
0.9
0.9
0.7
7.9µm
0.95
0.95
0.7
8-14µm
0.95
0.95
0.7
0.8-0.95
0.8-0.9
n.r.
0.4
n.r.
0.65
n.r.
0.8-0.9
0.7-0.9
0.9
0.85-0.95
0.85-0.95
0.9
0.95
0.8-0.9
0.7-0.8
0.9
0.95
0.95
0.95
0.95
0.8-0.9
0.7-0.8
0.9
0.95
0.95
0.95
0.95
n.r.
n.r.
n.r.
n.r.
n.r.
0.98
0.9
0.95
0.4-0.97
??
0.85
n.r.
0.95
0.8-0.95
0.98
0.85
n.r.
0.95
0.8-0.95
0.98
Transferência de calor por radiação
Uma pessoa nua tem uma área superficial média de 1.4m2. A temperatura
da pele é 36oC (309K) e a emissividade é ~ 0.9. Considerando que esta
pessoa está em uma sala a 20oC (293K). Qual a perda de energia desse
pessoa por radiação? Compare seu resultado com a taxa de metabolismo
basal de uma pessoa sentada (~120 W).
Discutir desde a
perspectiva de
conforto.
Transferência de calor por radiação
• (b) Considerando que os seres humanos liberam calor nessa taxa
metabólica, qual a taxa de transferência de calor numa sala de aula
com 15 estudantes?
Transferência de calor por radiação
• (c) Quanto calor os estudantes transferem para a sala de aula em 1
hora?
• Qual deve ser a potência do ar-condicionado para manter a sala a
20 graus?
• 1 BTU/h = 0.2929 watts
Transferência de calor por radiação
• (d) Após o crepúsculo, a energia radiante pode ser
sentida por uma pessoa situada próxima de uma parede
de uma casa. Estas paredes tem uma temperatura de
aprox. 43 C (316 K) e emissividade e ~ 0.9. Qual o calor
emitido por hora para o ambiente por 1 m2 de parede?
• Resposta: DQ/Dt = 133 W
Transferência de calor por radiação
Desempenho térmico de paredes e
coberturas
Para o caso de paredes, a Figura abaixo apresenta o sentido do fluxo de calor em
função da diferença de temperatura externa e interna.
Portanto, a abaixo mostra o fluxo de calor que atravessa a parede
Desempenho térmico de paredes e
coberturas
Como determinar a Transmitância?
U =1/Rt
Como determinar a Resistência Térmica?
Desempenho térmico de paredes e
coberturas
Desempenho térmico de paredes
Desempenho térmico de paredes
Desempenho térmico de paredes
Desempenho térmico de paredes
Desempenho térmico de paredes
Energia Solar
•
A radiação solar no espaço interestelar é de 1353 W/m2, chamada de
constante solar. A energia que atinge o solo da Terra é menor por causa da
absorção na atmosfera. A quantidade de radiação solar por unidade de
área que atinge um ponto específico da Terra depende da latitude, da
declinação e da estação do ano. A transmissão da energia solar para a
Terra se dá por meio de radiação eletromagnética, sendo que 97% da
radiação solar está contida na região visível e infravermelho do espectro
eletromagnético A tabela indica a fração da radiação solar e a quantidade
de radiação em cada região do espectro. A soma das energias em cada
região dá os 1353 W/m2 da constante solar.
Energia Solar
Energia Solar
•
•
O Brasil apresenta um ótimo índice de radiação solar, principalmente no
Nordeste, onde possui valores típicos entre 1752 kW-h/m2 e 2190 kWh/m2. Por este motivo a energia solar esta sendo cada vez mais
empregada no país para aquecimento de água.
Conforme os levantamentos de consumo de energia elétrica, o setor
residencial responde por 24% do consumo total no país e dentro desse
setor, o aquecimento de água tem participação de 26%. Desta forma, o
aquecimento de água é responsável por 6% de todo o consumo nacional
de energia elétrica.
Energia Solar
Energia
Energia Solar
Energia Solar
•
•
•
•
e) Considerando que os chuveiros elétricos contribuem para um consumo
residencial de ~ 100 kW-h ao mês, qual a área do coletor solar necessário
para suprir esta energia? Compare sua resposta com a do item (d)
f)A placa de coletor solar comercial típico tem cerca de 2 m2 de área Qual
a potência incidente num coletor de 2 placas? Qual a potência coletada
(eficiência =30%)?
g) Qual o tempo exigido para aquecer os 100 litros de água?
h) Faça uma avaliação da economia anual de energia elétrica e comente a
viabilidade e a competividade do investimento do aquecedor solar.
Respostas: (a) 1.81 x 107 J/m2 (b) 5.43x106 J/m2 (c) 2.1 x107 J (d) 3.9 m2 (e) 2.5
m2 (f) 2.5 x 103 W e 756 W (g) 7.7 horas
Transferência de calor por convecção
• Correntes de convecção
•
•
Sala: O ar aquecido pela unidade
de aquecimento no piso se eleva
até o teto do quarto empurrado
pelo ar frio mais denso. Este
movimento de convecção é
responsável pelo aquecimento
homogêneo do ar na sala.
Geladeira: o ar esfriado pela
serpentinas de refrigeração
circula em direção ao fundo da
geladeira.
Transferência de calor por convecção
• Correntes de convecção
•
A colocação de aberturas nas
coberturas aumenta a ventilação
natural e arrastam o calor, pela
formação de uma camada de ar
móvel entre o forro e o telhado.
O calor de insolação no verão,
incide sobre as telhas e aquece o
forro