ATPS TRANSFERENCIA DE CALOR ETAPA 3 E 4

ETAPA 3: Relatório 3: Calor total transmitido

Para se proceder ao estudo do comportamento térmico de uma edificação é necessário o conhecimento de diversos assuntos, dentre os quais podem ser citados:

• Fisiologia térmica dos ocupantes da edificação;

• Climatologia;

• Processos de transmissão de calor.

O calor ou energia térmica se transmite por duas razões:

• existência de um gradiente de temperatura entre os corpos;

• mudança de estado físico.

Quando um corpo troca calor devido à existência de diferenças de temperatura, chama-se essa forma de transferência de calor de troca seca e a energia transmitida de calor sensível, enquanto que a transferência de calor que envolve mudança de estado chama-se troca úmida e a energia transmitida de calor latente.

Trocas térmicas secas (calor sensível)

Constituem as formas de transferência de calor que ocorrem devido a um gradiente de temperatura, podendo ocorrer por condução, convecção ou radiação.

Transmissão de calor por condução

Trata-se da transmissão de calor molécula a molécula, consequentemente havendo necessidade de um meio material, ocorrendo sempre de um ponto de maior potencial energético (maior temperatura) para um de menor potencial (menor temperatura).

Verifica-se experimentalmente que a quantidade de calor que flui através de um elemento opaco é função do material que o constitui, da espessura do elemento e do gradiente de temperatura. A grandeza física que caracteriza se um material é melhor ou pior condutor de calor chama-se condutibilidade térmica (k).

Transmissão de calor por convecção

Trata-se da transmissão de calor que ocorre entre um corpo sólido e um fluido em movimento, podendo o corpo fluído ser líquido ou gasoso. A convecção pode ser natural ou forçada. Diz-se que a convecção é natural quando o movimento do fluído ocorre unicamente devido a variações de seu peso específico (densidade). Na convecção forçada o movimento do fluído é provocado por uma bomba, no caso de um líquido, ou por um ventilador, no caso de um fluido gasoso.

Verifica-se experimentalmente que a quantidade de calor que flui no processo de convecção é diretamente proporcional ao gradiente de temperatura entre o material sólido e a região do fluído não “perturbado” pelo deslocamento do fluído. A grandeza física que caracteriza se o processo convectivo é mais ou menos intenso chama-se coeficiente de trocas térmicas por convecção.

A determinação do coeficiente de transmissão de calor por convecção depende de inúmeros fatores, dentre os quais podem ser citados:

• natureza do fluido;

• velocidade do fluido;

• geometria e rugosidade da superfície sólida;

• características da camada limite;

• se a convecção é natural ou forçada;

• da direção de deslocamento do fluido.

No caso específico de uma construção pode-se considerar o seguinte:

• em paredes verticais a convecção é intensamente ativada pela velocidade do ar, considerando-se que, mesmo que a velocidade do ar se origine de causas naturais (vento), a convecção é considerada como forçada;

• no caso de superfícies horizontais a quantidade de calor transmitido por convecção depende do sentido do fluxo, sendo mais intenso quando o fluxo é ascendente do que quando descendente.

Transmissão de calor por radiação

Radiação emitida por um corpo

Todos os corpos estando à determinada temperatura acima de 0 K (-273 0C), consequentemente, possuindo movimento molecular e atômico, emitem radiação eletromagnética. Esta radiação deve ser analisada sob o ponto de vista de qualidade e de quantidade, por que suas características, comportamento e interação com os elementos construtivos, dependem intensamente dessas propriedades da radiação eletromagnética.

a) Qualidade da radiação eletromagnética

Para que haja a transmissão de energia radiante é necessária à existência de um meio transparente a essa onda. As ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo à velocidade constante de 300.0 km/s, sendo pouco menor a sua velocidade no ar da atmosfera terrestre.

Duas teorias são adotadas para explicar os fenômenos de transmissão de calor na ausência de meio físico para propagação:

• que a transmissão tem natureza ondulatória, dando-se por meio de ondas eletromagnéticas;

• que a transmissão tem natureza corpuscular, dando-se meio de partículas, chamados fótons.

Dependendo do que se quer explicar, uma teoria funciona melhor que a outra, sendo hoje plenamente aceita no meio científico a dualidade da natureza da luz, ora sendo considerada como radiação eletromagnética, ora como fótons.

Na teoria eletromagnética, as grandezas que caracterizam a radiação são sua frequência e seu comprimento de onda,

A emissão em uma única ou pequena faixa de frequência é típica dos gases, citando-se como exemplo as lâmpadas fluorescentes. Os corpos sólidos e líquidos, quando a determinada temperatura, emitem em uma faixa de frequência contínua, constituindo um espectro de ondas eletromagnéticas de várias freqüências.

Para entendimento dos processos de transmissão de calor em uma edificação, dois espectros de frequência são particularmente importantes:

• o espectro da radiação solar, correspondente à radiação emitida por um corpo negro, a cerca de 6000 K;

• o espectro da radiação terrestre, correspondente à radiação emitida por um corpo negro, a cerca de 300 K.

A figura 1 apresenta o espectro da radiação solar.

Figura 1: Espectro da radiação solar.

b) Quantidade da radiação eletromagnética

A quantidade de energia radiante emitida por m2 por