1ª aula - programa.faap.brprograma.faap.br/7aq204.pdf · processo chamado adiabático. as chuvas...

FAAP - Faculdade de Artes Plásticas

Código da Disciplina: 7AQ204 – Edifício e Ambiente 1

1ª Aula

Objetivo: demonstrar ao aluno, que o homem, ofuscado pelas suas maravilhosas

descobertas tecnológicas, esqueceu-se dos recursos que a natureza

pôs à sua disposição para o conforto térmico.

Assunto: Breve histórico

“Os materiais do urbanismo são o sol, o espaço, a

vegetação, as ferramentas e o cimento, nessa

precisa ordem da subordinação”.

Le Corbusier.

“Dar a todo mundo o benefício de coisas essenciais

– o sol, o espaço, a vegetação – é direito de todo

homem e ninguém deve se opor a isto”

Le Corbusier.

“Meu método de trabalho é simples: primeiro tomo

contato com o problema – o programa, o terreno, a

orientação, os acessos, as ruas adjacentes, os

prédios vizinhos, o sistema construtivo, os

materiais, o custo provável que dá o sentido

arquitetônico que o projeto deve exprimir”.

Oscar Niemeyer

Toma-se as palavras de dois grandes mestres para ressaltar-se a importância

do sol para a humanidade e em particular para arquitetura.

Para nós, seres que vivemos neste planeta, o sol tem dois significados

distintos, de mesma e grande importância: Luz e Calor.



Nestas aulas estes conceitos serão explicados à fundo, dividindo-os em

vários tópicos distintos. É imprescindível deixar claro, que esta divisão ocorre

apenas a nível didático, para facilitar a explicação e o entendimento, levando-se em

consideração o conceito de eficiência energética.

Com a crise da energia, o problema do condicionamento térmico das

habitações e ambientes industriais, tanto de inverno como de verão, está sendo

encarado sob novos prismas.

Dentro desse cenário:

a proteção adequada contra a insolação no verão;

o amortecimento de temperatura por meio de materiais de grande

inércia térmica;

a ventilação com ar tomado em microclimas favoráveis;

o aproveitamento da insolação no inverno;

o isolamento racional de superfícies externas para proteger os

ambientes habitados, contra trocas indesejáveis de calor e

condensação;

pode-se afirmar que na maior parte do Brasil, o condicionamento térmico das

habitações por meio puramente naturais (ao menos no que diz respeito à

temperatura) é perfeitamente possível.

No mínimo, uma melhoria substancial quanto ao conforto térmico no interior

das habitações, pode ser obtida economicamente com o uso de técnicas

construtivas simples, mais racionais, que visem ao aproveitamento das condições

favoráveis da natureza para o condicionamento ambiental.

Tendo em mente o exposto e observando-se as nossas construções,

verdadeiros espigões de concreto:

sem proteção contra insolação;

sem inércia térmica (materiais leves);

afastados dos recursos naturais (da terra, da vegetação, etc...);

com ar condicionado;

sem eficiência energética;



não se pode deixar de notar o absurdo da Arquitetura moderna, fruto de uma era de

exploração imobiliária e de desperdício (Ennio Cruz – Arquitetura Ecológica).

Espera-se, pois, com estas noções, que arquitetos e construtores se conscientizem

de que o principal problema das habitações é o conforto térmico, e que passem a

projetar e construir de maneira mais inteligente e coerente, com a própria natureza e

condições ambientais do nosso país.

Por outro lado, eficiência energética pode ser entendida como a obtenção de

um serviço com baixo dispêndio de energia. Portanto, um edifício é mais eficiente

energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais

com menor consumo de energia. Desta forma, o triângulo conceitual clássico de

Vitruvio (figura 1), que entendia a arquitetura como um espaço habitável que devia

equilibrar os aspectos:

estruturais;

funcionais;

formais;

pode ser acrescido de mais um vértice (o da eficiência energética), transformando-

se no conceito ideal para a arquitetura contemporânea.

solidez solidez

utilidade

utilidade

beleza beleza eficiência energética

Conceito Vitruviano Conceito Atual



2ª Aula

Objetivo: dar ao aluno noções básicas sobre o clima e de como a arquitetura

deve adequar-se a ele.

Assunto: Variáveis Climáticas

Movimento Aparente do Sol

Adequação da Arquitetura ao Clima

Dentre as variáveis climáticas que caracterizam uma região, pode-se

distinguir, as que mais interferem no desempenho térmico dos espaços construídos:

1. Radiação Solar Incidente.

2. Temperatura

3. Umidade Relativa

4. Grau de Nebulosidade do Céu

5. Predominância dos Ventos

6. Índices Pluviométricos

CLIMA TEMPO

Tempo variável diária das condições atmosféricas

Clima é a condição média do tempo em uma dada região, baseada em

medições, (normalmente durante os últimos 30 anos).

Para melhor entendimento é necessário dividir o clima em 3 escalas distintas,

porém indissociáveis:

macroclima

mesoclima

microclima

Macroclima: Estas variáveis são quantificadas em estações meteorológicas e

podem descrever as características gerais de uma região. Suas variáveis são:



Radiação Solar

O Sol é a principal fonte de energia do planeta, tanto como fonte de luz como

de calor. No projeto arquitetônico é possível tirar partido ou evitar a luz e calor em

uma edificação; o critério mais sábio para definir o que fazer é ter como premissas

básicas o conforto térmico e a economia de energia.

A Radiação Solar é uma energia eletromagnética, de onda curta que atinge a

Terra após ser absorvida parcialmente pela atmosfera. A maior influência da

radiação solar é na distribuição da temperatura do globo. Essas quantidades de

radiação variam em função da época do ano e da latitude, fenômeno que pode ser

melhor elucidado se examinarmos o movimento aparente do Sol em relação à Terra.

Para um observador situado na Terra, o

Sol, aparentemente se movimenta ao

longo dos dias ao redor da Terra,

variando a inclinação dos raios em

função da época e hora do ano.

Figura (1)

Na figura acima:

Terra esfera de centro C

Eixo Polar eixo imaginário ao redor do qual a Terra Gira.

PN e PS Pólo Norte e Pólo Sul

Equador é o circulo definido pela intersecção do plano que passa

pelo Centro C e é perpendicular ao eixo polar

1 longitude do ponto (A)

2 latitude do ponto (B)

Se o eixo imaginário que une os pólos fosse perpendicular ao plano da

elíptica, que é o plano de translação da Terra ao redor do Sol, cada ponto situado

sobre a sua superfície veria o Sol, ao longo de todo o ano, numa mesma posição.



Mas sendo esse eixo inclinado de aproximadamente 23º 27’ ou 23 ½ º,

conforme a figura abaixo, o Sol aparentemente, percorrerá uma região do céu

correspondente na Terra, a aquela compreendida entre os Trópicos de Câncer e

Capricórnio, com duração de seis meses em cada sentido.

Figura (2)

Os raios solares ao atingirem a atmosfera terrestre, uma porção considerável

de sua energia é refletida para o espaço antes de atingir a superfície da Terra. Cerca

de 1/3 que chega à superfície é logo transformada em outros tipos de energia:

evaporação, propagação, condução de calor, pseudocondução, reflexão e radiação.

Conforme a figura (2), no dia 21 de junho às 12:00h, o Sol atingirá

perpendicularmente o Trópico de Câncer, ponto máximo do seu percurso do

Hemisfério Norte; e no dia 22 de dezembro atingirá, também às 12:00h, o Trópico de

Capricórnio, limite de sua trajetória no Hemisfério Sul.

De acordo com a figura (3), esses dias tipos são denominados solstícios,

sendo de inverno, se o ponto geográfico do observador situar-se em hemisfério

oposto ao Sol; e de verão, se estiver no mesmo hemisfério. Por outro lado os dias 23

de setembro e 22 de março são denominados de equinócios e se caracterizam na

passagem do Sol pelo Equador terrestre, o que resulta na duração do dia igual à da

noite para qualquer ponto da Terra.



Figura (3) – Órbita da Terra em torno do Sol, no seu eixo N-S inclinado de um

ângulo de 23,5º.



3ª Aula

Objetivo: noções básicas sobre clima e adequação da arquitetura (continuação)

Assunto: Variáveis Climáticas (continuação)

Temperatura: a época do ano, associada a latitude do local, vai determinar o ângulo

de incidência dos raios do sol em relação ao plano do horizonte. Sabe-se que a

radiação solar recebida por uma superfície, é proporcional ao cosseno do ângulo

que os raios solares fazem com a normal ao plano dessa superfície considerada.

A posição do Sol na abobada celeste pode ser definida através dos ângulos

de:

Altitude solar ()

Azimute Solar ()

Tais ângulos ( e ) que variam de acordo com a hora do dia e período do ano,

podem ser obtidos a partir de cartas solares.



Para chegar até a superfície da Terra, os raios do Sol, ou seja, a radiação,

tem que passar pela atmosfera. Ao chegar até ela, a intensidade dessa energia se

vê diluída, em função não só da larga distância percorrida, como também pela

influência de fatores como a umidade, o ozônio, a poluição e a poeira no ar, que são

uma espécie de obstáculo na atmosfera, para a chegada da radiação até a

superfície. É interessante notar como metade da radiação (a metade que se

encontra fora dos limites da atmosfera), nunca chega à superfície da Terra. Portanto,

pode-se observar que, em qualquer lugar, a porcentagem da radiação que chega até

a superfície varia segundo a localização geográfica, a altitude e o clima.

Uma parte dessa radiação que se vê refletida dentro do céu, é a chamada

radiação difusa. A energia difusa chega a Terra a partir da cúpula do céu e não

diretamente do Sol. A radiação que chega diretamente do Sol se denomina direta. É

por isso que a radiação total incidente em qualquer superfície é calculada pela soma

da radiação direta mais a difusa.

Sabe-se que nos climas tropicais, a radiação solar incidente é alta, seja como

radiação direta em dias ensolarados, seja em forma de radiação difusa durante os

dias nublados. Embora essa radiação solar seja o fator mais importante para se

determinar o clima de qualquer zona, uma particularidade das regiões tropicais



úmidas é o efeito da umidade, o vapor, que deve ser levado em conta, pois no ar,

pode produzir a radiação que chega a Terra, provocando uma redução efetiva na

temperatura.

Umidade: a umidade atmosférica esta intimamente ligada a quantidade de vapor

contido na atmosfera, em função da evaporação da chuva e da transpiração das

plantas.

Qualquer que seja à temperatura há um limite de saturação do ar e como

conseqüência, o aumento da capacidade de saturação paralela no aumento da

temperatura. Isso significa que, ao aquecer-se e expandir-se o ar pode tolerar mais

vapor; do mesmo modo que ao esfriar-se e contrair-se, sua capacidade de conter

vapor fica reduzida.

Quando defini-se umidade, duas expressões são utilizadas:

umidade absoluta: é a medida da massa do vapor total num volume fixo de

ar em uma dada temperatura;

umidade relativa: é a relação existente e o limite da saturação total do ar na

mesma temperatura.

Nebulosidade: a nebulosidade é medida percentualmente, com um sistema de

décimas partes de céu coberto por nuvens. Numa escala de zero a dez, um céu

totalmente claro é representado por 0 e um céu totalmente nublado, por 8 ou 10. O

importante é saber que a porcentagem pode variar muito durante o dia, pois

normalmente, as nuvens são mais densas durante as manhãs. Por causa da

topografia e de outras influências geográficas como os corpos de água, a

porcentagem de nebulosidade pode variar nos diversos quadrantes do céu.

As nuvens têm um papel fundamental no trajeto que a radiação solar tem que

percorrer para chegar à Terra; e durante a noite, na quantidade de radiação que

escapa da Terra em direção ao céu. Esse fenômeno tem muito a ver com a variação

diária de temperaturas. Por essa razão, a medição da nebulosidade é de grande

importância.



Ventos: Direção, velocidade, variação e freqüência, são as características mais

importantes em relação aos ventos. Os ventos não são um parâmetro muito estável,

em razão da mudança de direção que podem sofrer em minutos e horas. Isso afeta

diretamente o clima, provocando alterações nos sistemas climáticos. As variações a

que estão sujeitos os ventos, são refletidas nos dados de velocidade e direção;

direção esta que sempre se refere à sua origem.

As características dos ventos são determinadas em qualquer lugar por fatores

locais e gerais, momentâneos ou sazonais, responsáveis pelas suas modificações.

Fatores como as diferentes pressões atmosféricas, a rotação da Terra, a diferença

entre a temperatura da terra, do mar e a topografia, são os agentes mais

importantes das modificações no movimento do ar.

Para conseguir uma ventilação adequada, em uma construção resistente e

protegida contra as chuvas, o arquiteto deve determinar as características dos

ventos.

Precipitação: a capacidade de reter vapor no ar diminui com as temperaturas

baixas. Quando isso acontece, e quando se chega ao ponto de condensação, pode

ocorrer algum tipo de precipitação. Da mesma maneira, se o ar entra em contato

com uma superfície, existe a formação de gotas de orvalho; em contraste, quando

não existe tal contato, uma massa de neblina será produzida.

A formação da precipitação começa com a subida do ar à atmosfera. Quando

isso ocorre, a pressão cai e conseqüentemente, a temperatura também, num

processo chamado adiabático.

As chuvas que resultam podem ser formadas por três mecanismos: a

atividade convectiva, a subida ortográfica ou a convergência – atividade frontal. Nas

regiões tropicais, a chuva é o resultado da atividade convectiva, com aguaceiros

durante a tarde. As chuvas torrenciais das regiões tropicais, são devidas a um

fenômeno um tanto similar a de dois rios de vapor convergindo no ar, eles sobem

rapidamente, resfriando-se e caindo, logo depois, em forma de chuva.



O mais problemático para um projeto nas regiões tropicais é a combinação de

chuvas e ventos fortes, o que normalmente ocasiona a penetração de água na

construção. Por isso a direção que tomam as chuvas por causa do vento é algo

importante de se ter em conta. Em algumas zonas, inclusive, não existe relação

entre a direção para qual os ventos dirigem as chuvas e a direção dominante do

vento em geral.

Análise do Clima: a arte da arquitetura exige do profissional um projeto que leve

em conta não só a estética, como também a funcionalidade e o nível de conforto

ideal. Muitas vezes, o arquiteto não considera os possíveis efeitos do lugar escolhido

e do clima, e o resultado só pode ser um edifício pouco confortável.

O grande erro da chamada arquitetura estilo internacional, é a lógica de que

um projeto pode servir para qualquer lugar, de tal maneira que a importância dos

aspectos formais sobressai mais do que a necessidade de criar um projeto particular

e apropriado a cada lugar, ou seja, uma arquitetura mais regional.

Muitos edifícios modernos, com fachadas de vidro, precisam de sistemas

igualmente modernos de aquecimento e resfriamento bastante avançados e caros,

com o objetivo de adaptar a construção ao clima. Neste caso, não se pretende que o

projeto responda ao lugar e ao clima, mas que o equipamento adapte o edifício a

eles.

Em compensação, a arquitetura regional, que não precisa de sistemas de

resfriamento ou aquecimento mecânicos, produz um nível de conforto bastante

considerável no ambiente interno. Este tipo de arquitetura, além de possibilitar

criatividade sob o aspecto formal, está enfocado principalmente nos elementos

climáticos visando à comodidade do usuário.



Os elementos mais importantes que têm um forte efeito no nível de conforto

do ambiente interno, são:

o Sol (luz e calor);

a temperatura;

a umidade;

o vento;

a precipitação;

Como já visto anteriormente, todos estes elementos são afetados pelo lugar e

seu entorno ou seja o microclima, às vezes chamado de clima do lugar, dentro de

um macroclima mais amplo. A primeira etapa de um trabalho arquitetônico deve

ser a análise de cada elemento climático, e da interação entre eles. Só então o

arquiteto estará capacitado para realizar um projeto ambientalmente correto e

de alta eficiência energética.

É importante saber que com uma simples manipulação dos espaços do

edifício, os elementos da fachada, a forma, a orientação e sua relação com o lugar,

pode-se criar condições para um nível mais alto de conforto e de saúde, sem

sacrificar o funcional, a estética ou os limites de orçamento.



4ª Aula

Objetivo: dar ao aluno noções sobre o movimento aparente do Sol em São Paulo

Assunto: construção de uma maquete que permita simular o movimento

aparente do Sol

Insolação em São Paulo

Nem sempre os dias são iguais às noites. Isso é devido à variação do ângulo

formado entre o equador e o plano da órbita terrestre. Em virtude dessa variação,

muitos lugares da Terra não são iluminados de maneira igual, o que resulta dá como

a maior duração do dia em relação à noite ou vice-versa, em muitas regiões.

No dia 21 de junho apenas uma parte do hemisfério Sul se vê banhada pelo

Sol. É o Solstício de inverno. Registra-se o dia mais curto e a noite mais longa. O

Sol em São Paulo atinge nesse dia seu ponto mais baixo ao meio-dia. Inicia-se o

inverno.

No dia 23 de setembro todos os pontos da Terra recebem a mesma

quantidade de luz. É o equinócio. O dia é igual à noite. Inicia-se a primavera.

No dia 21 de dezembro dá- se o inverso do que a 21 de junho: o hemisfério Sul se

vê fartamente banhado pelo Sol. É o solstício de verão. Registra-se o dia mais longo

e a noite mais curta. O Sol em São Paulo atinge nesse dia meu ponto mais alto (na

vertical) ao meio-dia. Inicia-se o verão.

No dia 21 de março, repete-se a situação verificada a 23 de setembro. É novamente

o equinócio. mas Inicia-se o outono.



5ª Aula

Objetivo: estudar a Penetração dos Raios Solares

Assunto: traçado, mancha solar, brises

Penetração dos Raios solares

- Verificar a penetração do sol de Inverno às 9 horas.

Roteiro:

1. Ligar Centro "0" com a hora;

2. Pela hora traçar perpendicular;

3. Usar o ângulo de inverno q (de 9 horas) no ponto "0” (tirar do gráfico)

4. Determinar o Triângulo 0-M-9.



Penetração dos Raios Solares - Continuação

- Verificar a penetração do sol de Inverno às 9 horas.

Roteiro - continuação:

5. Fazer a projeção do triângulo nos pontos 0 9

6. Colocar na projeção a distância 9 - M

7. Traçar paralelas a 0 - 9

8. Traçar paralelas a 0' - M'

9. O encontro das paralelas determina a mancha do sol no ambiente.



Penetração dos Raios Solares – Continuação 2

Estudos de Quebra-Sois / Brise Soler

(Para Sol das 9h manhã)



6ª Aula

Objetivo: estudar a influência da sombra de um volume sobre o outro

Assunto: traçado de sombras



Análise da Insolação:

Insolação das Faces

FACES INVERNO VERÃO

1 16:30 POENTE 12:00 POENTE

2 NASC. 16:30 NASC. 12:00

3 NASC. 10:15 NASC. 12:00

4 10:15 POENTE 18:00 POENTE

ANÁLISE DAS SOMBRAS

CORTE TRANSVERSAL A-A



7ª Aula

Objetivo: demonstrar as muitas vantagens da luz natural em relação ao uso da

luz artificial por razões econômicas e climáticas, especialmente em

edifícios que necessitem de níveis mais altos de iluminação, como os

escritórios, as fábricas, as escolas, etc...

Assunto: (I). Condições de luz

(II). Condições do céu

(III). Iluminação natural

Luz Natural

Para analisar-se as vantagens do uso da luz natural, 4 fatores podem ser

mencionados:

A luz natural produz condições de iluminação mais confortáveis para o

olho humano, porque muitas lâmpadas não têm amplitudes ideais de

ondas de luz, o que pode produzir distorções de cor e forçar a vista;

A luz natural é gratuita, além de estar livre do custo de manutenção;

A luz artificial é muito ineficaz, na medida em que produz mais calor

que luz. O exemplo mais extremo é o da luz incandescente, que produz

somente 10% de luz em relação à energia consumida, sendo pouco

inferior à lâmpada fluorescente que produz 30% de luz. Em ambos os

casos quase a totalidade do resto da energia consumida é emitida ao

espaço em forma de calor;

Em contraste, a energia solar produz 65% de luz. Esse fator é o mais

importante nas regiões tropicais em que um problema fundamental do

clima é a alta temperatura.

Por outro lado, em edifícios com altos níveis de iluminação artificial, o calor

produzido pelas luminárias pode ser maior que o resultante das temperaturas e do

Sol. Nesses casos, o uso controlado da luz natural pode diminuir a necessidade das

lâmpadas artificiais e reduzir assim o ganho de calor produzido por elas.



(I) Condições de Luz

Quando manipula-se luz natural, existem dois fatores que requerem técnicas

distintas:

a luz dos raios de Sol luz direta

a luz do céu durante dias nublados luz difusa

Luz direta: muito poderosa que chega a ser superior ao da luz artificial

interior, no entanto, tem a desvantagem de ser bastante

oscilante, em função de várias causas como:

movimento do Sol em relação à Terra.

as sombras formadas pela paisagem e por elementos

como outros edifícios e o próprio edifício.

Se não forem bem controlados, os raios de Sol, podem causar outros

problemas como o ofuscamento. Além disso, os raios desgastam alguns tipos de

tecidos e provocam a descoloração de outros, incluindo cortinas e tapeçarias em

geral. Por essas razões os projetos costumam aproveitar a luz difusa ou usar a

direta, de tal maneira que ela entre no espaço construído de forma difusa, sendo

refletida pelo teto ou pelas paredes.

A característica mais notável da luz, seja ela direta ou difusa, é sua

variabilidade. Apesar da única fonte de luz natural ser o Sol, o nível de iluminação

em um dado lugar, além do nível de incidência da radiação solar, depende dos

seguintes fatores:

Da latitude do local e por isso, da altura e do azimute do Sol.

Das condições do clima, como as nuvens e o nível de poluição do ar.

Dos efeitos locais, como obstáculos geográficos, paisagem,

construções e os reflexos de elementos próximos.



(II) Condições do Céu

Podem ser classificadas em quatro tipos básicos que variam entre condições

do céu nublado com luz difusa, até o céu limpo com luz direta. Essa variação produz

diferentes níveis de iluminação nos planos horizontais e verticais. Para as condições

de céu totalmente nublado, o que pode ser uma situação típica nas regiões tropicais

úmidas, a fonte de luz é o céu, com uma iluminação três vezes maior no plano

horizontal que no vertical.

Quando se pode contar com dados locais exatos para se

calcular o nível de iluminação interna, em função da luz

natural externa, pode-se conseguir um resultado

aproximado para um Sol com ângulo de 70º de altura,

situação comum nas regiões tropicais ao meio-dia, na

maior parte do ano.

Iluminação Natural



(III) Iluminação Natural

As contribuições da luz natural para iluminar o interior de um edifício

dependem de 3 fatores:

a quantidade de luz exterior

a proporção de luz admitida pelas janelas

quantidade de reflexão interna.

A reflexão interna assume uma importância maior quanto

mais longe da janela estiver o fundo do cômodo e

depende mais das cores das paredes que do piso interior.

Em virtude das cores mais claras terem mais capacidade

de refletir a luz, e as mais escuras diminuírem a reflexão,

a escolha das cores pode modificar a intensidade de

iluminação no interior do cômodo.

O nível de iluminação que um espaço deve ter, depende da solicitação visual

que os seus usuários vão ter. As atividades mais precisas e minuciosas requerem

um nível mais alto de luz. A diferença entre a necessidade de iluminação de um

corredor e de um atelier de arquitetura é de dez vezes; nesse caso é evidente que a

iluminação natural deve ser aproveitada para o atelier.

Determinar a contribuição da luz natural, quanto a iluminação exigida, tornou-

se tarefa simplificada, graças às tabelas e aos gráficos. Estes gráficos pressupõem

condições interiores típicas, como cores claras, por exemplo, e a base destas

condições forma uma relação entre as paredes e as janelas, o tamanho das janelas

e a profundidade dos cômodos. A estratégia é solucionar a situação mais

problemática, ou seja, a de um plano horizontal localizado a 60 cm da parede mais

distante das janelas, no qual ocorre uma atividade visual hipotética para atender as

necessidades do lugar menos iluminado pela luz natural; automaticamente, o

restante do cômodo receberá luz mais que suficiente para a mesma atividade.



ILUMINAÇÃO

Nível de iluminação sob um céu claro com brilho não-uniforme no plano horizontal

Latitude Iluminação entre 9h – 17h em Lux

5º 15 000

10º 12 500

15º 11 000

20º 9 250

Exemplo: Um cômodo com a parede de frente com 60% de vidro a uma distância de

4 m do fundo, terá um nível de iluminação num plano horizontal próximo da parede

mais profunda de 2,3% da luz que se encontra num plano horizontal do lado de fora.

Ao aumentar a porcentagem do vidro para 90% o resultado no lugar menos

iluminado só será 3,4% do exterior.

No caso anterior, de 60% de vidro, o nível de iluminação interior varia de

acordo com condições típicas das regiões tropicais, desde um céu nublado, com um

resultado de 35 lux, até um céu claro, com nível de iluminação interna de 230 lux, se

as janelas estiverem expostas diretamente aos raios solares. Para condições de um

céu parcialmente nublado, tanto com luz difusa quanto direta, o nível de iluminação

interna varia entre esses dois limites.



Para atender-se à necessidade primordial de se evitar que entre muito sol nos

edifícios das regiões tropicais, é óbvio que não podemos permitir níveis de

iluminação tão altos como no exemplo anterior. Todas as decisões relacionadas à

manipulação da fachada e das janelas, no sentido de aumentar o nível de

iluminação natural, têm que levar em conta as fortes implicações de ganho de calor

delas decorrentes.

Num projeto bem planejado é possível discriminar entre a luz direta, utilizada

de maneira limitada para iluminar os interiores, da luz difusa, que pode entrar

através de grandes janelas sem prejudicar o nível de conforto térmico. A maneira

mais simples e comum para pôr em prática essa estratégia é o uso de light shelvs,

ou estantes de luz.

Esses elementos têm a função de refletores, dirigindo uma porcentagem

mínima da luz direta para o teto do fundo do cômodo e ao mesmo tempo,

sombreando a maior parte da janela, permitindo apenas a penetração da luz difusa

que ocorre no horizonte.

Fonte: Hertz, John B; Ecotécnicas em Arquitetura



No caso da luz direta, o teto atua como uma grande tela para distribuir a luz

nele refletida. Dessa maneira, toda a luz do cômodo, seja de origem direta ou difusa,

chegará à zona de trabalho de forma difusa, sem problemas de ofuscamento.

Nos edifícios pequenos ou nos andares baixos dos edifícios altos, é

importante lembrar que o mesmo elemento horizontal que protege a janela de um

Sol alto, pode não ser eficiente para eliminar a luz e o calor refletidos na Terra.

Nesse caso, elementos como pedra branca e concreto na paisagem podem causar

problemas de desconforto visual e térmico.

É importante recordar que o uso da luz difusa depende de uma nebulosidade

com densidade suficiente para espalhar a luz no céu. O caso é bastante diferente

quando há ausência de nuvens no céu durante um certo período. No último caso,

para os lados do edifício não diretamente expostos ao Sol, a quantidade natural que

entra pelas janelas será mínima. Somente sob condições de um céu nublado, seja

uniforme ou não, haveria luz suficiente para uma iluminação adequada. No entanto,

os lados dos edifícios não diretamente expostos ao Sol, recebendo ou não luz

difusa, são muito menos iluminados que os lados expostos à luz direta.

Para regiões tropicais úmidas do Brasil, especialmente nas latitudes próximas

ao Equador, as condições de alta nebulosidade ocorrem com mais regularidade que

nas cidades ao sul, como Rio de Janeiro ou São Paulo. Em Manaus, por exemplo, a

média de nebulosidade varia de 70% no verão a 50% no inverno; já em Porto

Alegre, essa variação é de 50% no verão e 60% no inverno. O mesmo não acontece

em Brasília, cuja média de nebulosidade é de 70% no verão e 30% no inverno.

Todos esses fenômenos têm implicações no possível uso da luz natural como fonte

de iluminação interna. De posse de tais informações: qual seria a melhor

estratégia? A utilização da luz direta, luz difusa, ou de uma combinação de

ambas? Qualquer que seja a escolha é imprescindível verificar o impacto

térmico de cada uma delas.



8ª Aula

Objetivo: dar aos alunos noções sobre Iluminação Zenital

Assunto: Iluminação Zenital na Arquitetura

Conceitos Básicos

Iluminação Zenital na Arquitetura

A técnica da iluminação zenital por meio dos domos de plástico, largamente

usada em diversos países, somente a partir de algumas décadas encontrou

condições para seu desenvolvimento e uso no país.

Os domos são o resultado de uma conjugação de esforços de nossos

industrias no sentido de solucionar, de uma maneira simples e econômica, o

problema, importante para a arquitetura, o da iluminação zenital.

Este processo já era usado nos princípios da nossa civilização por povos que

tinham possibilidades de se expressarem em termos de arquitetura. As técnicas

utilizadas foram as mais diversas. Na arquitetura egípcia, e depois na grega, o

processo era simples e primitivo: retiravam-se alguns blocos de pedra da cobertura,

deixando a luz passar pelo buraco. Na Idade Média até o Renascimento, inclusive,

com o uso das coberturas em forma de cúpulas, utilizou-se a luz zenital para

conseguir certos efeitos psicológicos desejados; já era comum o uso de vidro nas

construções.

No período barroco estes efeitos de luz zenital atingiram um alto grau de

perfeição. As cúpulas eram resolvidas de maneira tal, que a luz delas emanante

tinha o poder de desmaterializar tudo que rodeava e dar a impressão de espaço

ilimitado, preenchendo a necessidade de satisfazer, por meios arquitetônicos, o

sentimento barroco do misterioso e do infinito. No século passado, com a fabricação

em larga escala do ferro e do vidro, surgiram grandes construções, quase totalmente



feitas com estes materiais (galerias, palácios de exposições, shoppings etc.). A

iluminação zenital ia desde as pequenas clarabóias, usadas em fábricas, até as

grandes coberturas inteiramente de vidro.

Como se vê, cada época utilizou a iluminação zenital em função dos materiais

disponíveis, das técnicas construtivas existentes e de suas necessidades

arquitetônicas.

Na época atual, ao fazer-se uma análise sucinta de alguns de seus aspectos,

nota-se que o material plástico e sua técnica construtiva, na iluminação zenital, vão

de encontro às necessidades existentes para a realização da obra arquitetônica.

No seu aspecto estrutural, vê-se uma certa tendência no sentido de se achar

soluções que tenham, ao mesmo tempo, algum significado estético, e uma

preocupação de se vencer grandes vãos com uma estrutura aparentemente leve.

Disto percebe-se que a iluminação zenital, pelo processo dos domos de

plástico, é necessária, pois além de dar boa iluminação, concorre para diminuir o

peso próprio das coberturas, não prejudicando o aspecto formal da estrutura.

Concomitantemente ao problema estrutural, a arquitetura enfrenta a

necessidade de uma reorganização do espaço interno, resultante de novas

concepções das atividades humanas. Esta reorganização tende, supor uma solução

de caráter coletivo, buscando-se portanto, soluções arquitetônicas que venham

resolver o problema do aglomerado, porém, de um aglomerado ordenado. Notamos

isso, em escolas, fábricas, centros cívicos, etc. Nestes casos a arquitetura já tem

condições técnicas para se libertar de espaços confinados e optar para os grandes

vãos, resolvidos de maneira que a vivência aí seja, além de biologicamente possível,

estimulante às atividades humanas.

A utilização dos domos na obra arquitetônica possibilita maior liberdade no

estudo das fachadas, criando condições para simplificações no seu aspecto formal,

indo de encontro a certas tendências da arquitetura contemporânea.



O problema da pré-fabricação e estandardização dos domos é facilmente

resolvido, pois sua utilização está isenta de certas preocupações de ordem estética,

restando solucionar somente os problemas técnicos, muito simples, e

dimensionamentos. A importância, portanto, da iluminação zenital com o material

plástico é palpável, pois além de ser um produto típico do nosso século, resolve

satisfatoriamente alguns problemas técnicos, possibilitando maior liberdade de

expressão para a arquitetura.

Mais uma vez podemos perceber que existem certas soluções de ordem

técnica que contribuem valiosamente ao desenvolvimento da arquitetura, pois a

organização e domínio do espaço está diretamente ligado, tanto aos conhecimentos

estéticos, como técnicos.

Conceitos Básicos:

Figura (1)

1º. Fluxo luminoso: é a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa na

unidade de tempo; número de partículas de luz num determinado ângulo; é a luz

emitida.

símbolo: F

unidade: lúmen (m)

analogia: quantidade de água que sai de um chuveiro em uma unidade

de tempo.

a) Luz direta do Sol

b) Luz difusa do céu

c) Luz refletida pelos obstáculos externos



Exemplos:

Lâmpada incandescente 60W 840 lúmens

Lâmpada incandescente 100W 1570 lúmens

Lâmpada fluorescente 20W 1100 lúmens

Lâmpada fluorescente 40W 2700 lúmens

2º. Aclaramento: fluxo luminoso (F) por unidade de superfície (m2); é a luz

recebida.

símbolo: E (eclairage = lighting)

unidade: lux (x)

definição: 2m

F

Exemplos:

dia de verão com Sol: 100.000 x

dia de inverno, 12h: 10.000 x

dia encoberto de verão: 20.000 x

dia encoberto de inverno: 3.000 x

céu difuso em São Paulo: 11.000 x

tarefa visual simples (depósito): 150 x

tarefa visual normal (contabilidade): 250/500 x

tarefa visual precisa (arte final): 500/1000 x

tarefa visual muito precisa (relojoaria): 2500 x ou mais.

Figura (2)

horizonte

ZENITE



Figura (3)

O fluxo luminoso

2m

oaclarament se divide em:

Fh = Fluxo Luminoso Externo (sem obstáculo).

F = Fluxo Luminoso Externo (incidente na face externa do domos ou janela e

obstáculos).

Fi = Fluxo Luminoso Interno (que penetra no recinto).

F = Fluxo Útil (que atinge o plano de utilização)

Figura (4)

3º. Fator Janela (J): domos colocados sobre o teto desimpedido: 11.000 lux (São

Paulo).

Domos colocado num poço ou sobre um edifício cercado de construções

receberão parte da luz difusa do céu.

Plano de utilização da iluminação

Fh

FC FC FC FC

Fh

0,80m



Figura (5)

*** O aclaramento no plano do domos (Eh) será função da porção visível do

céu.

Fator Janela (J): relação entre Ee, na abertura e Eh sobre um plano horizontal

exposto a todo hemisfério celeste.

h

e

E

EJ

Domos desobstruídos

Figura (6)

4º. Cálculo do fator janela no caso de céu parcialmente obstruído: do centro da

janela ou domo, seja vista uma porção retangular do céu, ou uma linha média do

contorno das obstruções.

Exemplo: um domo dando para um poço.



Figura (7)

Desenvolvendo:

Figura (8)

o retângulo ABCD representa a porção visível do céu

o aclaramento no ponto P será: Ee = J . Eh

o retângulo ABCD, porção visível do céu foi dividido em 4 retângulos

iguais: BFIE; FCHI; AEIG; DGIH

os ângulos e determinam a posição do ponto P e serão tanto maiores

quanto mais próximo P estiver do retângulo luminoso ABCD.

O fator janela J é proporcional aos ângulos e .

Verificando-se a tabela abaixo ou o gráfico, encontra-se um valor que será

multiplicado 4 vezes, pois e estão considerando apenas BFIE, que

representa ¼ de ABCD.

Os ângulos e são calculados via tangente, ou graficamente.

obstáculo

11.000 lux

11.000 lux



Obtidos os valores da tangente, pela tabela abaixo, obtém-se o valor de J,

que representa ¼ do total.

1ª Tabela: Valores de ¼ J para superfícies paralelas à fonte

=10º 20º 30º 40º 50º 60º 70º 80º 90º

10º 009 018 026 033 038 041 043 043 043 10º

20º 018 036 051 064 074 080 084 085 086 20º

30º 020 051 074 093 107 117 123 125 125 30º

40º 033 064 093 117 136 149 157 160 161 40º

50º 038 074 107 136 159 176 187 191 192 50º

60º 041 080 117 149 176 197 210 216 217 60º

70º 043 084 123 157 187 210 226 234 235 70º

80º 043 085 125 160 191 216 234 244 246 80º

90º 043 086 125 161 192 217 235 246 250 90º

Tabela (1)

Gráfico (1)



9ª Aula

Objetivo: noções sobre Iluminação Zenital - Domos

Assunto: transferência do Fluxo Luminoso pelos Domos

fator , v, t, c, km

1º. Transferência do Fluxo Luminoso pelo Domos

Fe = So x Fe, onde:

Fe = fluxoluminoso que incide pela abertura.

So = área da entrada do poço do domo (m2).

Ee = aclaramento sobre a face externa.

o valor So é calculado sobre a forma do domos, ou seja circular, retangular

Fi = Fe . . v . t . c . Km

Fluxo luminoso transferido pelo domos, onde:

= rendimento do poço

v = fator estrutural

t = transmitância do material

c = rendimento inferior

Km = coeficiente de manutenção

2º. Fator

O rendimento do poço é dado pelo gráfico abaixo em função do índice de

poço ip e da refletância r das paredes internas do mesmo.

poços quadrados ou retangulares:

c

c2

hip

onde: c = comprimento do poço

= largura do poço

h = altura do poço



poços circulares:

d

hip

onde: d = diâmetro

Índice de Poço

Gráfico (2)

3º. Fator V

Exprime a relação entre as áreas dos elementos estruturais das superfícies,

transparentes e translúcidas e a área total da abertura So.

o

c

o

co

S

S1

S

SSV

sendo

So = área total da abertura

Sc = área dos elementos de obstrução (caixilhos, chapas, elementos

estruturais).



Ordens de grandeza:

Para caixilhos de madeira V = 0,70 a 0,85

Para caixilhos metálicos V = 0,80 a 0,90

No caso de elementos de V = 1 (não há obstrução)

sustentação colocada na periferia.

4º. Fator t

Representa a parcela de luz incidente que consegue atravessar o elemento

transparente ou translúcido.

Ordens de Grandeza

Vidro plano liso 0,80 a 0,90

Plástico transparente claro 0,80 a 0,92

Plástico transparente branco 0,50 a 0,60

5º. Fator c

Caso haja elementos de controle na abertura inferior do poço com grelha

“louvers”, venezianas, treliças, aplica-se as seguintes ordens de grandeza:

Elementos de controle: 0,60 a 0,80

Sem elementos de controle: 1

o

c

o

co

S

S1

S

SSC

So = área da abertura inferior do poço

Sc = área das obstruções

6º. Fator Km

Exprime as perdas devido ao acúmulo de pó e outras sujeiras.

Varia conforme o tipo de material e sua colocação

A posição horizontal é a pior.

Nos domos podemos tomar um valor intermediário de 45, pois a curva varia

de 0 a 90.



Gráfico (3)

7º. Descontos sofridos pelo fluxo Fi no interior do recinto

Apenas uma parcela atingirá o plano de trabalho ou de utilização.

Haverá perdas por absorção no teto e nas paredes do recinto.

Idem quanto a forma e pé direito do recinto.

Essas perdas são representadas pelo fator de utilização Ku.

Assim, o Fu, fluxo útil ou o fluxo que atinge o plano de utilização é:

Fu = Fi . Ku

mas

Fi = Fe . . v . t . c . Km

Ku depende de:

índice do local

refletâncias médias do teto e das paredes

Índice do local

depende da forma das dimensões do local, das proporções

calcula-se

L

C1

h

Ci

ulocal



sendo:

C = comprimento (maior dimensão em m)

L = largura (menor dimensão em m)

p = pé direito (m)

hu = altura útil (m)

Refletância do teto e das paredes

depende da cor e do acabamento das superfícies

deve-se calcular a Transmitância Líquida (T = . v . t . c)

Supõe-se um teto claro, e que uma parede clara reflete 50% e uma escura

30%.

Superfícies

muito escura 10 a 30%

escura 30 a 50%

média 40 a 50%

clara 50 a 60%

muito clara 70 a 85%

8º. Cálculo do coeficiente de utilização Ku

dependerá: da Transmitância Líquida

do índice local

da refletância das paredes



T

.v.t.c i

Refletância

50%

Paredes

30%

T

.v.t.c i

Refletância

50%

Paredes

30%

70%

0,6 37 34

30%

06 16 15

0,8 45 42 0,8 19 18

1,0 49 46 1,0 21 20

1,25 52 50 1,25 22 21

1,5 54 53 1,5 24 23

2,0 58 56 2,0 25 24

2,5 61 59 2,5 26 25

3,0 63 61 3,0 27 26

4,0 65 62 4,0 28 27

T

.v.t.c i

Refletância

50%

Paredes

30%

T

.v.t.c i

Refletância

50%

Paredes

30%

50%

0,6 26 24

10%

0,6 05 05

0,8 32 29 0,8 06 06

1,0 35 32 1,0 07 06

1,25 37 35 1,25 07 07

1,5 39 37 1,5 08 07

2,0 41 40 2,0 08 08

2,5 44 42 2,5 09 08

3,0 45 43 3,0 09 09

4,0 46 44 4,0 09 09

9º. Equação Básica do Aclaramento Eu no plano de utilização

Sabe-se que S

FE u

u

onde Fu = Fe . . v . t . c . Km . Ku

S = área do recinto em m2

o fluxo externo Fe = So . Ee

onde: Ee = foi determinado pelo fator janela (J)

So = área do recinto em m2



mas S

KuKmctvFE e

u

ainda S

KuKmctvESE eo

u

Eu = aclaramento no plano de utilização (lux)

S = área do plano de utilização (m2)

como Ee = J . Eh = J . M

(Eh = M)

tem-se S

MJKuKmctvSE o

c

como no valor Ku já foi considerada a Transmitância Líquida T (T = . v . t . c),

pode-se simplificar:

S

MKuKmSE o

u

Eu lux

TABELA DOS NÍVEIS DE ACLARAMENTO RECOMENDADOS UTILIZAÇÃO DO RECINTO

lux Cinemas, Teatros, Halls, Corredores, Restaurantes, Igrejas................... 60 a 120 Fábricas – (iluminação geral)................................................................... 120

Local de trabalho................................................................... 180 Bibliotecas................................................................................................ 300 Escolas – Sala de Aula e de Desenho..................................................... 300

Laboratórios............................................................................ 200 Escritórios – Cálculos e projetos.............................................................. 400

Escrituração........................................................................ 250 Hospitais – Laboratórios........................................................................... 350

Enfermarias............................................................................ 200 Hotéis – Saguão, Cozinhas...................................................................... 200

Restaurantes.............................................................................. 120 Museus..................................................................................................... 500

Residências – Salas................................................................................. 50

Local de leitura, Mesa de Estudo, Escritórios.................. 300

Côa e Cozinha.......................................................................................... 200

Tabela (3)



10º. Cálculo de So (área da abertura total da laje)

É a área total da abertura e não a área dos domos

É a incógnita procurada, pois todos os outros valores são conheciso

Tem-se a expressão S

MJKuKmSE o

u

Como So é a incógnita, vem: MJKuKm

SES u

o

Depois de calculada a área total, esta será subdividida em diversas

aberturas menores de acordo com a iluminação zenital desejada:

1

o

S

SN

onde: N = número de domos

So = área total calculada de domos

S1 = área do domo escolhido

Essa quantidade de domos deve ser distribuída com regularidade no teto

do recinto (uniformidade de iluminamento)

O resultado será uma malha constituída por fileiras com espaçamento

regulares (D numa direção e D’ na outra)

Para obter uniformidade:

D < p – ho quando E > 200 lux

D < 2 (p – ho) quando E < 200 lux

Sendo p = pé direito e ho = altura do plano de trabalho

D será no máximo igual à diagonal do quadrado de lado = D’

Fileiras junto à parede: 2

D' e

2

D



EXERCÍCIOS

Quantos domos serão necessários para iluminar uma fábrica de área igual a 100 m2,

cujas paredes são brancas e o pé direito 5 m.

Dados:

e = 20º

fator v = 1 (elementos de sustentação colocados na periferia, sem

obstrução).

fator t = 0,80 (plástico transparente claro).

fator C = 0,50 (plástico difusor).

Km = 0,80 (manutenção quinzenal).

Os poços serão quadrados: h = 0,50 m; c = L = 1,50 m

Resolução

1. Cálculo J (fator janela), sendo e = 20º temos pela tabela (1) que

036,0J4

1

J = 0,036 . 4

J = 0,144

2. Calculo de (rendimento ou eficiência do poço)

L

C1

c2

hip

h = altura do poço

L = largura do poço

C = comprimento do poço

como os poços são quadrados e foram dados :

h = 0,50 m (viga + altura dos domos)

C = 1,50 m (comprimento)

L = 1,50 m (largura)

333,050,1

50,11

50,12

50,0ip



sendo as paredes brancas

r = refletância 0,80.

entrando no gráfico III com

r = 080 e ip = 0,333 obtém-se = 0,85

3. Cálculo da Transmitância Líquida (T)

T = . V. t. c

T = 0,85 . 1 . 0,80 . 0,50 = 0,34

T = 30%

4. Cálculo do indice local: (i)

19,110

101:

hp

Ci

ulocal

C = comprimento da fábrica = 10 m

L = largura da fábrica = 10 m

onde hu = altura da utilização = 0,80 m

p = pé direito da fábrica = 5 m

5. Cálculo de Ku (coeficiente de utilização)

com T = transmitância líquida = 30%

i = índice local = 1,19

refletâncias das paredes claras = 50%

entrando-se na tabela II tem-se

Ku = 0,22

6. Cálculo da área total de iluminação So.

Onde E = 120 lux (fábrica) tabela

S = 100 m2 (área da fábrica)

Ku = coeficiente de utilização = 0,22

Km = perdas = 0,80

J = fator janela = 144

M = 11.000 lúmens

So = 43 m2



7. Cálculo do número de domos

domos 1925,2

43

S

SN

1

o

para facilitar a distribuição = 20 domos (domo quadrado 1,50 x 1,50)

8. Distribuição dos Domos:

20 domos podem ser divididos numa malha de 4 x 5

espaçamento vertical: 2,00 m (1,00 m da parede até o primeiro domo)

espaçamento horizontal: 2,50 m (1,25 m da parede até o primeiro

domo)



10ª Aula

Objetivo: Noções sobre Sistemas de Iluminação Artificial

Assunto: Lâmpadas

Tipos de Lâmpadas

Sistemas de Iluminação Artificial

A luz natural como já foi visto é a principal fonte de iluminação na arquitetura.

Entretanto após a descoberta da eletricidade e a invenção da lâmpada por Thomas

Alva Edison, a iluminação artificial se tornou cada vez mais inseparável da

edificação. Sem ela não seriam possíveis os edifícios de grande área construída e

muitos pavimentos, onde a luz natural não consegue vencer a profundidade em

planta para iluminar alguns ambientes interiores.

Iluminação artificial em espaços enclausurados

Fonte: Eficiência Energética na Arquitetura

A luz artificial também permite ao homem utilizar as edificações à noite para

dar continuidade a suas atividades ou se divertir, indo a bares, shopping centers ou

mesmo lendo um livro. É importante, no entanto, salientar que não é tão simples

empregar a luz artificial de forma eficiente. Um bom projeto de iluminação deve

garantir às pessoas a possibilidade de executar atividades visuais com o máximo de

precisão e segurança e com o menor esforço.



Para aumentar a eficiência energética e a qualidade dos ambientes em uma

edificação, deve-se pensar na complementaridade que existe entre a luz artificial e a

luz natural. O projetista precisa considerar a integração entre os dois tipos de fonte

de luz e, para isso, é fundamental o conhecimento básico tanto da luz natural quanto

dos tipos de equipamentos de iluminação a serem utilizados na arquitetura. Ao nível

de projeto de iluminação, uma de suas principais decisões é a definição dos

sistemas artificial e natural. Cada componente (lâmpadas, luminárias, reatores,

sistemas de controle, janelas etc.) tem desempenho e qualidades diferentes, que

dependem do tipo de tecnologia empregada na sua fabricação. A eficiência do

sistema de iluminação artificial adotado no projeto depende do desempenho

particular de todos os elementos envolvidos, bem como da integração feita com o

sistema de iluminação natural.

Lâmpadas

Atualmente existem diferentes tipos de lâmpadas para as mais diversas

aplicações. Para o uso em edificações residenciais e comerciais, no entanto, as

lâmpadas elétricas podem ser classificadas em dois grupos básicos:

irradiação por efeito térmico (incandescentes).

Descarga em gases e vapores (fluorescentes, vapor de mercúrio, de

sódio etc...)

1 Incandescentes

São as mais comuns. Embora de vida útil bastante curta, seu custo inicial é

baixo. Seu princípio de funcionamento é produzir luz para elevação da temperatura

de um filamento, geralmente tungstênio, ao ser submetido à corrente elétrica. O

tamanho reduzido, o funcionamento imediato e a desnecessidade de aparelhagem

auxiliar (exceto as lâmpadas halógenas) são algumas das principais vantagens

deste tipo de lâmpada. Por outro lado a eficiência luminosa é bastante baixa nestas

lâmpadas. Existe uma elevada dissipação de calor, que se traduz no desperdício de

energia. Além disso, deve-se tomar cuidado com a possibilidade de ofuscamento,

resultante de sua alta luminância.



Nas edificações residenciais e comerciais basicamente três tipos de lâmpadas

incandescentes são usados:

1-1 incandescente comum

1-2 incandescente refletora (espelhada)

1-3 halógena

1-1 As incandescentes comuns são as mais conhecidas e de tecnologia mais antiga.

Apresentam-se em bulbos claros e leitosos. A alta temperatura do filamento

causa evaporação do tungstênio, que se deposita no bulbo, escurecendo-o e

produzindo uma depreciação do fluxo luminoso e duração curta (1000 horas).

Apesar do custo global (operação de manutenção e inicial) é alto.

1-2 As lâmpadas incandescentes espelhadas possuem refletor interno para melhorar

o direcionamento da luz. A área espelhada funciona como uma luminária, com a

vantagem de não necessitar limpeza ou sofrer deterioração. O refletor pode ter

um perfil parabólico ou elíptico, sendo este último especialmente importante

quando a lâmpada está embutida numa luminária de corpo profundo e aletas

antiofuscantes. O direcionamento da luz , que, ao contrário, seria emitida para os

lados ou para cima, pode melhorar a eficiência da instalação.



1-3 As lâmpadas halógenas possuem além de gases tradicionais, um halogênio

(normalmente iodo) no interior do bulbo. Com ajuda do bulbo de quartzo, que

suporta elevadas temperaturas, entretanto assim a condensação, o tungstênio

evaporado combina-se com o hagênio. Quando em contato com o filamento, o

tungstênio da mistura é redepositado no filamento e o halogênio continua sua

tarefa no ciclo regenerativo.

Estas lâmpadas apresentam um decaimento do fluxo luminoso muito pequeno,

uma maior eficiência, vida útil de 2.000 horas e dimensões bem reduzidas.

Algumas lâmpadas halógenas são equipadas com um refletor multifacetado

coberto com uma película dicróica. Trata-se de um filtro químico que reflete

grande parte da radiação visível e transmite para trás da lâmpada cerca de 65%

da radiação infravermelha (térmica), proporcionando desta forma, uma luz mais

“fria” que aquela obtida com refletores comuns. As lâmpadas halógenas são de

12 volts e necessitam de transformadores para uso na rede elétrica.



2 Descarga Gasosa

O filamento não existe nas lâmpadas de descarga gasosa. A luz é produzida

pela excitação de um gás (pela passagem de energia elétrica). Contida entre dois

eletrodos. Desta forma é produzida a radiação ultravioleta (invisível), que, ao atingir

as paredes internas do bulbo (revestidas por substâncias fluorescentes como os

cristais de fósforo), é transformada em luz. Devido ao seu principio de

funcionamento, as lâmpadas de descarga gasosa requerem alguns dispositivos

auxiliares, como reatores e starters.

Uma das suas desvantagens é o efeito estroboscópio que produzem. As

lâmpadas piscam na mesma freqüência da tensão de alimentação (60 Hz). Um

motor cujo eixo gire em velocidade alta (3.600 rpm, por exemplo) pode parecer

parado e causar algum acidente de trabalho. Por este motivo em locais onde haja a

possibilidade de ocorrer este problema, é recomendado o uso de pelo menos duas

lâmpadas ligadas em circuitos diferentes ou com reator duplo, que terão suas

piscadas defasadas, evitando o efeito estroboscópico.

Atualmente, a qualidade do gás e do revestimento no interior das lâmpadas

tem sido aprimorada, proporcionando grande melhoria na reprodução das cores e na

redução do tamanho das lâmpadas. Produtos relativamente novos, como o heater

cutout para reatores magnéticos, que desliga o circuito aquecido que a lâmpada

liga, e os reatores eletrônicos de alta freqüência, são disponíveis e aceitos no

mercado, além de serem uma técnica eficiente de economia de energia.



11ª Aula

Objetivo: dar ao aluno noções sobre iluminação artificial

Assunto: tipos de lâmpadas: fluorescentes, vapor de mercúrio e vapor de sódio

1. Fluorescentes

As lâmpadas fluorescentes são geralmente de forma tubular com um eletrodo

em cada ponta, contendo vapor de mercúrio em baixa pressão. O reator tem a

finalidade de fornecer alta voltagem inicial para começar a descarga e rapidamente

limitar a corrente para manter a descarga com segurança. A função do starter é

proporcionar a tensão necessária para haver a descarga inicial do gás, através de

pulsações de corrente, ionizando o caminho da descarga para que a lâmpada passe

a operar.

Em geral as lâmpadas fluorescentes possuem boa eficiência luminosa (quatro

a seis vezes maior que as incandescentes) e vida média alta (6000 a 9000 horas). O

fato de apresentarem baixa luminância é vantajoso, pois reduz a possibilidade de

ofuscamento. A fluorescente T8 é mais eficiente por ter menor diâmetro, menor

potência (32 W) e fluxo luminoso equivalente ao da fluorescente comum (T12) de

40W, sendo boa alternativa para edificações comerciais.



Outro tipo de lâmpada fluorescente é a fluorescente compacta, que tem sido

desenvolvida para uso em diversas situações em que tradicionalmente se utilizam

lâmpadas incandescentes.

É composto basicamente de um pequeno brilho fluorescente, possuindo

alguns modelos nos quais os dispositivos de partida (reatores e starters) estão

incorporados no seu invólucro compacto. Atualmente se encontram no mercado

quatro tipos básicos de fluorescente compactas:



1. forma circular com diâmetro padrão (26 mm), com starter e reator incorporados;

2. forma compacta com dois ou mais tubos paralelos interconectados, com starter e

reator incorporados;

3. forma compacta com invólucro adicional, com reator e starter incorporados;

4. forma compacta com dois ou mais tubos paralelos interconectados sem

dispositivos de partida incorporados.

2. Vapor de Sódio

Podem ser de baixa ou alta pressão. Na de baixa pressão o tubo de descarga

interno contém sódio e uma mistura de gases inertes (neônio e argônio) com os

eletrodos nas extremidades. Esta lâmpada caracteriza-se por emitir uma radiação

monocromática, centrada no amarelo, elevada eficiência luminosa (160 a 180 m/W)

e longa vida média. Este tipo de lâmpada encontra sua aplicação em grandes

espaços externos, onde a reprodução da cor não é necessária e o reconhecimento

por contrastes é predominante (auto-estradas, vias de trafego, estacionamentos,

pátios de manobras, etc...).

Na lâmpada a vapor de sódio de alta pressão, o tubo de descarga contém um

excesso de sódio. Ao contrário das lâmpadas de baixa pressão, a de alta,

proporciona uma reprodução de cor razoável e apresenta uma eficiência luminosa

que pode chegar até 130 m/W. Com tonalidade alaranjada agradável, estas

lâmpadas têm um emprego crescente para todos os tipos de iluminação externa e

iluminação industrial de grande altura.

As lâmpadas de vapor de sódio necessitam de aparelhagem auxiliar para

operação, o que representa um custo inicial elevado. Levam de cinco a oito minutos

para atingir 80% de seu fluxo luminoso máximo e têm duração média notável (6000

a 9000 horas).



Atualmente as evoluções tecnológicas têm levado ao desenvolvimento de

lâmpadas sem eletrodos. Em outubro de 1994 foi apresentada uma nova lâmpada

nos Estados Unidos: a lâmpada de microondas (súlfur microwave lamp),

representando uma revolução nas pesquisas de tecnologia de iluminação. Esta

lâmpada contém uma mistura de gás argônio com enxofre, que é convertida numa

espécie de plasma aos ser submetida a microondas (2,45 GHz), emitindo luz. Sua

eficiência luminosa atinge a faixa de 110 m/W (equivalente à eficiência da lâmpada

a vapor de sódio de alta pressão) e sua durabilidade atinge 10.000 horas. A luz

emitida é de excelente qualidade e tem espectro semelhante ao da luz do sol.

Quanto à aplicação, pela sua grande eficiência e pela semelhança à luz do dia, será

indicada em iluminação de rua, de armazéns, fábricas, shopping centers, mercados

e teatros.

3. Vapor de Mercúrio

Este tipo de lâmpada é indicado para a iluminação de grandes áreas internas

(armazéns, depósito, etc...) ou externas. Tem boa eficiência luminosa (45 a

65 m/W) e sua luz tem aparência branco azulada. Nestas lâmpadas, o vapor de

mercúrio está contida num brilho, que ajuda a manter constante a temperatura da

lâmpada. Também se pode revestir o brilho com pós-fluorescentes para melhorar a

qualidade cromática da luz emitida. Como as lâmpadas fluorescentes, as lâmpadas

a vapor de mercúrios (exceto a do tipo mista) exigem aparelhagem auxiliar para

funcionamento. Um tipo especial destas lâmpadas é conhecida como luz mista e

consiste da lâmpada de brilho fluorescente, com o tubo de descarga ligado em série

com um filamento de tungstênio. A radiação das duas fontes mistura-se

harmoniosamente, produzindo luz branca difusa de luz agradável. O filamento age

como reator, dispensando o emprego deste e permitindo que a lâmpada seja ligada

diretamente na rede. Isto facilita a modernização de instalações de lâmpadas

incandescentes por lâmpadas de luz mista, que têm o dobro de eficiência e são

cinco a seis vezes mais duráveis.



As principais vantagens das lâmpadas a vapor de mercúrio são sua duração

(6.000 a 9.000 horas) a luminância média (que evita o ofuscamento), o volume

pequeno, a boa eficiência luminosa e o fato de serem oferecidas em potencias

elevadas. Uma lâmpada de mercúrio de 400 W tem luminosidade equivalente a dez

lâmpadas fluorescentes de 40 W e ocupa espaço bem mais reduzido.

Suas principais desvantagens são a pouca qualidade na reprodução de cores,

o custo inicial elevado (que pode ser, no entanto, amortizado pela eficiência e vida

útil) e o tempo longo de acendimento (pode levar de quatro a cinco minutos para

atingir o fluxo luminoso máximo).

Comparação e melhor escolha de lâmpadas

Lâmpada Rendimento

Cromático

Eficiência

luminosa

Vida

Média

Energia

Consumida

Custo

Inicial

Custo

Final

incandescente Bom 15 a 50W

m menos de

2000h Muita Baixo Alto

halógena Bom 15 a 50W

m menos de

2000h Muita Médio Alto

fluorescente Regular 50 a 80W

m de 2000 a

10.000 h Regular Médio Médio

vapor de

mercúrio Regular 50 a 80

W

m de 2000 a

10.000 h Regular Médio Médio

luz mista Regular 15 a 50W

m de 2000 a

10.000 h Muita Médio Alto

vapor de sódio Ruim mais de 80W

m mais de

10.000 Pouca Alto Baixo

microondas Ruim mais de 80W

m mais de

10.000 Pouca Alto Baixo



12ª Aula

Objetivo: Definir as Grandezas Fundamentais da Luminotécnica

Assunto: luz, cor, intensidade luminosa, fluxo luminoso, iluminamento,

luminância, etc...

Grandezas Fundamentais da Luminotécnica

A fim de que possamos fazer os cálculos luminotécnicos, devemos tomar conhecimento das grandezas fundamentais, baseadas nas definições apresentadas pela ABNT (Vocabulário de termos de iluminação e NBR-5413) e nas fontes citadas na bibliografia.

LUZ

Aspecto da energia radiante que um observador humano constata pela

sensação visual, determinado pelo estímulo da retina ocular.

A faixa das radiações eletromagnéticas capazes de serem percebidas pelo

olho humano se situa entre os comprimentos de onda de 3800 a 7600 Angstroms,

(cujo símbolo é A

, é o comprimento de onda unitário e igual a dez milionésimos de

milímetro.

f

c

f = freqüência em ciclos/seg.

c = velocidade da luz (300.000 km/s ou 3 x 108 m/s)

= comprimento de onda

Para a corrente alternativa que usamos em nossas residências, f=60c/s o

comprimento de onda será:

km 5000 ou 2

10

10x6

10x3 78



COR A cor da luz é determinada pelo comprimento da onda. A luz violeta é a de menor comprimento de onda visual do espectro, situado

entre 3800 a 4500 A

.

A luz vermelha é a maior comprimento da onda visível entre 6400 a 7600 A

.

As demais cores se situam conforme a curva da figura 5.16, onde se vê que o

amarelo é a cor que dá mais sensibilidade visual a 5 500 A

.

Intensidade Luminosa; Candela (cd)

É definida como a intensidade luminosa, na direção perpendicular de uma

superfície plana de área igual a 000.600

1 metros quadrados, de um corpo negro à

temperatura de solidificação da platina, e sob a pressão de 101.325 newtons por

metro quadrado.

Fluxo Luminoso: Lúmen (m)

Fluxo Luminoso emitido no interior de um ângulo sólido de esferorradiano, por

uma fonte puntiforme de intensidade invariável e igual a 1 candela, em todas as

direções.



Suponhamos a figura 5.17

ao lado, uma esfera de 1 m de

raio, no centro no qual colocamos

uma parte com intensidade 1

candela em todas as direções. O

ângulo sólido que subentende uma

área de 1m2 é um esferorradiano.

O fluxo emitido no interior deste

ângulo sólido, é do lúmen.

Área da esfera = 4R2 = 12,56 R2

Como em cada m2 da superfície desta esfera temos o fluxo de l lúmen, o fluxo

total recebido será 12,56 lumens.

Iluminamento: Lux (x)

Iluminamento de uma superfície plana, de área igual a 1 m2 que recebe na

direção perpendicular um fluxo luminoso igual a 1 lúmen, uniformemente distribuído.

É a densidade superficial de fluxo luminoso recebido.

Assim: lux = 2m

lúmen

luminância: cd/m2 ou “nit”

É a luminância em uma determinada direção de uma fonte de área emissiva

igual a 1 m2, com intensidade luminosa, na mesma direção, de 1 candela.

Quantidade de Luz: m/S

É a quantidade de luz, durante 1 segundo, de um fluxo uniforme e igual a 1 m.

Emitância Luminosa: m/m2

É a emitância luminosa de uma fonte superficial, que emite o fluxo de m por

m2 de área.



Emitância Luminosa: m/w

É a eficiência luminosa de uma fonte que dissipa 1 watt para cada lúmen

emitido.

Curva de Distribuição Luminosa

É a maneira pela qual os fabricantes de luminárias representam a distribuição

da intensidade luminosa nas diferentes direções.

Trata-se de um diagrama polar, onde a luminária é reduzida a um ponto, no

centro do diagrama; as intensidades luminosas em função do ângulo formado com a

vertical, são medidas e registradas. Como o fluxo inicial das lâmpadas depende do

tipo escolhido as curvas de distribuição luminosa são feitas para 1.000 lumens. Para

outros valores do fluxo, basta multiplicar por sua relação a 1 000 lumens.

Métodos de Cálculo De Iluminação

Pode-se determinar o número de luminárias para produzir determinado iluminamento, das seguintes maneiras:

1º Pela carga mínima exigida por normas; 2º Pelo método das lumens; 3º Pelo método das cavidades zonais; 4º Pelo método de ponto a ponto.

2º Método das lumens 2.1. Seleção da Iluminância

De acordo com a NBR – 5413 da ABNT, alguns níveis recomendados para

iluminação de interiores constam da tabela (5.1). Segundo a mesma fonte, as

atividades ficam divididas em faixas: A, B e C e cada faixa com três grupos de

iluminâncias conforme o tipo de atividade. A seleção da iluminância específica para

cada atividade é feita com auxílio das tabelas (5.1a) e (5.1b) do seguinte modo.

a) analisa-se a característica da tarefa escolher o seu peso (tabela 5.b);

b) somam-se os valores encontrados, algebricamente, considerando o sinal;



c) quando o valor final for –2 ou –3, usa-se a iluminância mais baixa do

grupo; usa-se a iluminância superior do grupo é usada quando a soma for

+2 ou +3; nos outros casos usa-se o valor médio.

Exemplo 1: Oficina de inspeção de aparelhos de TV, ocupada por pessoas de menos de

40 anos de idade, a velocidade e precisão são importantes e a refletância do fundo

da tarefa é de 80%.

Somatório dos pesos:

idade = -1

velocidade de precisão = 0

refletância do fundo da tarefa = -1

Total = -2

Então usaremos a iluminância mais baixa do grupo, ou seja, 1 000 luxes

(Faixa B – Tarefas com requisitos especiais).

2.2. Escolha da Luminária

Esta etapa depende de diversos fatores tais como: objetivo da instalação

(comercial, industrial, domiciliar, etc...), fatores econômicos, razões de decoração

facilidade de manutenção, etc...

Para esse objetivo torna-se indispensável a consulta de catálogos dos

fabricantes (tabelas 5.3 e 5.4) “General Electric” págs.159 e 161 Hélio Creder.

3º) Determinação do índice do local

Este índice relaciona as dimensões do recinto, comprimento, largura e altura

de montagem, ou seja, altura da luminária em relação ao plano do trabalho (tabela

5.2) de acordo com o tipo de iluminação (direta, semidireta, indireta e semi-indireta).



*** para dimensões fora da tabela podem-se dividir pelo mesmo número as

três dimensões (comprimento, largura, altura de montagem) obter dados

diretos da tabela.

Obs: Iluminância é o mesmo que iluminamento, não confundir com “luminância”.

Definição de iluminância da NB-57: “Limite da razão do fluxo luminoso

recebido pela superfície em torno de um pondo considerado, para área da

superfície, quando este tende para zero”.

4º) Determinação do coeficiente de Utilização

De posse do índice do local, estamos em condições de achar o coeficiente de

utilização. Este coeficiente relaciona o fluxo luminoso inicial emitido pela luminária

(fluxo total) e o fluxo recebido no plano de trabalho (fluxo útil), por isso, depende das

dimensões do local, da cor do teto, das paredes e do acabamento das luminárias.

Para encontrar o coeficiente de utilização, precisamos entrar na tabela com a

refletância dos tetos e paredes:

teto branco 75%

teto claro 50%

paredes brancas 50%

paredes claras 30%

paredes médias 10%

Tabela 5-3

5º) Fator de depreciação Tabela 5 – 3

Este fator, também chamado fator de manutenção, relaciona o fluxo emitido

no fim do período de manutenção da luminária e o fluxo luminoso inicial da mesma.

É evidente que, quanto melhor for a manutenção das luminárias (limpeza e

substituições mais freqüentes), mais alto será o fator, porém mais dispendioso.



6º) Fluxo total e material de luminárias

Uma vez percorridas as cinco etapas anteriores, estamos em condições de

chegar ao número de luminárias necessárias para determinado nível de

iluminamento. Para isso usaremos as seguintes fórmulas:

e d x

E x S,

onde:

= fluxo luminoso total, em lumens

S = área do recinto em metros quadrados

E = nível de iluminamento em luxes

= coeficiente de utilização

d = fator de depreciação

= número de luminárias

= fluxo das luminárias em luxes.

Conhecido o número total de luminárias, resta-nos distribuí-las uniformemente

no recinto.

7º) Espaçamento das luminárias

Como dados práticos, toma-se à distância entre luminárias, o dobro da

distância entre a luminária e a parede. Para pé direito normal (3 m) e sistema

indireto, a distância entre as luminárias deve ser aproximadamente a da altura de

montagem acima do piso.



13ª Aula

Objetivo: noções sobre métodos e cálculos de iluminação artificial

Assunto: método dos lumens

Exercício

Exemplo

Desejamos iluminar eletricamente uma oficina de 10,50 x 42 metros, pé

direito, 4,60 m. A oficina destina-se à inspeção de aparelhos de TV, operação esta

realizada em mesas de 1,00 m. Desejamos usar lâmpadas fluorescentes em

luminárias industriais, com 4 lâmpadas de 40 watts – 120 volts cada.

O teto e as paredes são brancos.

1º) Iluminância: 1 000 luxes (requisitos especiais)

2º) Luminária escolhida: industrial, com 4 lâmpadas de 40 watts (nº 9 da

Tab. 5.3)

3º) Índice do local: B

Obs.: Admitindo a montagem das luminárias a 2,60 m acima das mesas,

teremos que pendurá-las a 1 m do teto.

4º) Coeficiente de utilização: 0,76

5º) Fator de depreciação: 0,70,

lumens 000.8290,76 x 0,70

000 1 x 42 x 50,10

Usando lâmpadas trimline T8.:

luminária por lumens 11.800 2950 x 4

luminárias 70800.11

000.829n

Ver disposição dos aparelhos na Figura.



Para verificação do espaçamento entre luminárias.

Pela figura acima, para iluminação direta, o espaçamento máximo entre as

luminárias será 0,9 da distância da luminária ao piso, ou seja:

0,9 x 3,60 = 3,24 m.



14ª Aula

Objetivo: definir o conceito de energia térmica em trânsiot

Assunto: energia térmica e calor

Princípios da Calorimetria

Dizemos que energia térmica é a energia cinética associada ao estado de

agitação térmica das moléculas de um corpo. A energia térmica de uma substância

pode variar.

Por exemplo: seja um tubo de ensaio contendo água, com sua parte inferior sobre a

chama de uma vela. As moléculas de água próximas à chama

apresentam um movimento mais acentuado, aumentando portanto a

energia térmica das mesmas. Se ao invés da chama colocarmos gelo

picado no tubo, notaremos um movimento menos acentuado que o

anterior, diminuindo portanto a energia térmica das moléculas.

Sejam dois corpos A e B de uma mesma substância, a diferentes

temperaturas, como ilustra a figura:

Nesse caso haverá uma transferência de energia térmica de A para B.

A essa energia em trânsito chamaremos CALOR

Princípios da Calorimetria

a) Princípio da Transformação Inversa

"A quantidade de calor fornecida a um sistema, fazendo com o que mesmo

sofra uma transformação, passando de um estado a para outro b, igual àquela

que deve ser retirada do mesmo, na transformação inversa, quando da sua

passagem do estado b para o estado a"

A B

calor

TA>tB



b) Princípio das trocas de calor

"quando dois ou mais corpos, que constituem um sistema isolado, trocam entre

si somente calor, a soma das quantidades de calor cedidas por uns é igual à

soma das quantidades de calor recebidas pelos outros"

ou seja

Q :Q

Q :Q

cedida

recebida

:

convencionando

podemos escrever

Calor Sensível e Calor Latente

Quando um corpo cede ou recebe uma quantidade de calor, poderá haver

variação de sua temperatura. Neste caso, dizemos que o corpo recebeu ou cedeu

uma quantidade de calor sensível. É o caso, por exemplo, de um becker com água

sobre a chama de um bico de bunsen, como ilustra a figura:

Enquanto o termômetro apresentar variação

de temperatura, a chama fornece calor

sensível à água.

No entanto, poderá ocorrer o fato de um corpo receber ou ceder uma

quantidade de calor, sem que se verifique variação da temperatura do mesmo. É o

que acontece, por exemplo, com a água do becker ao atingir o ponto de ebulição. A

chama continua fornecendo calor à água e sua temperatura permanece invariável,

enquanto a água muda de estado. Nessas condições dizemos que a água recebeu

uma quantidade de calor latente da chama.

Estado (a)

Estado (b)

recebidoQ

cedidoQ

recebidacedida QQ

0QQ recebidacedida



Calor Específico e Capacidade Térmica

A relação entre a quantidade de calor Q fornecida a um corpo e o

correspondente acréscimo de temperatura T , chama-se capacidade térmica.

A capacidade térmica é numericamente igual à quantidade de calor

necessária para elevar sua temperatura de um grau. A capacidade térmica por

unidade de massa,, chamada calor específico, é característica do material que

constitui o corpo e expressa por:

mT

Q

C mT

QC

tCmQ

"O calor específico é numericamente igual à quantidade de calor necessário

para elevar de um grau a unidade de massa da substância"

T

QC



15ª Aula

Objetivo: explicar as formas de propagação de calor

Assunto: condução térmica

Propagação do Calor

A propagação do calor pode se verificar através de três processos diferentes.

1) Condução

2) Convecção

3) Irradiação

Qualquer que seja o processo, a transmissão de calor obedece à seguinte lei

geral:

"Espontaneamente, o calor sempre se propaga de um corpo com maior

temperatura para um corpo de menor temperatura"

Para os três modos de propagação, definimos a grandeza fluxo de calor ( ).

Seja S uma superfície localizada na região onde a propagação de calor ocorre. O

fluxo de calor O através da superfície S é dado pela relação:

tempode intervalo

Spor calor de quantidade

Fluxo de calor através de S e a quantidade de calor transmitida na unidade

de tempo.

As unidades usuais de fluxo de calor são cal/s e k cal/s. Como calor é energia

podemos usar também a unidade joule/s = watt

Condução Térmica

Segure a extremidade A de uma barra de ferro AB e leve a outra extremidade

a uma chama. Após um intervalo de tempo relativamente curto a extremidade que

você segura estará quente.



O processo pelo qual o calor se propagou da chama para a mão do operador é

denominado condução térmica.

O calor é transmitido de uma extremidade à outra através da agitação

molecular e dos choques entre as moléculas. A rapidez com que a extremidade se

apresentou aquecida caracteriza a condição de bom condutor, do ferro. Se a

experiência descrita fosse realizada com uma barra de vidro, só após muito tempo a

extremidade A estaria aquecida, pois o vidro é um mal condutor ou isolante térmico.

Para ocorrer condução deve existir um meio material. No entanto, é a energia

que se propaga; as partes do corpo não se deslocam, havendo apenas agitação

molecular.

Lei da Condução Térmica

"Em regime estacionário, o fluxo de calor por

condução num material homogêneo é

diretamente proporcional à área da secção

transversal atravessada e à diferença de

temperatura entre os extremos é inversamente

proporcional à espessura da camada

considerada"

Esta lei e conhecida por Lei de Fourier

Em símbolos

A

t2

t1

e

l

ttAk 12



Exercícios:

1. Quantas calorias são transmitidas por metro quadrado de um cobertor de

2,5cm de espessura durante uma hora, estando a pele a 33ºC e o ambiente a

0ºC? O coeficiente de condutibilidade térmica do cobertor é 0,00008 cal/s.

SOLUÇÃO

Sendo: k = 0,00008 cal/s.cm ºC

A = 1 m² = 10 cm²

T2 - T1 = 33ºC

e = 2,5 cm

admitindo ser o regime estacionário

5,2

331000008,0

l

ttAk 12

scal56,10

Se em 1 s a quantidade de calor transferida é 10,56 cal, em 1 h = 3600s, a

quantidade de calor transmitida será

Qs3600

cal56,10s1

cal016,38Q

360056,10Q

Exercícios Propostos

2. Uma parede de madeira de 3cm de espessura separa uma sala para banho

de sauna, do ambiente. A temperatura da sala é mantida a 60ºC, enquanto a

externa é de 24ºC. Determine o fluxo de calor que atravessa cada metro

quadrado da parede. Dado k = 0,0002 cal/s.cm ºC

Resp.: 24cal/s

3. Um vidro de k=0,00183 cal/s.m ºC tem uma área de 1000 cm² e

espessura de 3,66 mm. Sendo o fluxo de calor por condução através do

vidro de 2000cal/s, determine a diferença de temperatura entre suas

faces.

Resp.: 400 ºC



Tabela 6-2. Materiais de construção

Material Cº,t Chºm

kcal,k

Cºkgf

kcal,k

3m

kgf,

Asfalto 20 0,65 0,220 2120Argila 25 0,80 1775Areia seca 20 0,28 1580Areia com 10 % de H20 20 1,00 Argamassas 1 cim., 2 areia seca 20 0,65 21801 cim., 5 areia, 9 H20 0 1,10 19001 cim., 4 cal, 12 areia 2 %H2O 0 0,46 18701 cal, 3 areia, 1,4 1120 20 0,58 1820Cimento em pó (portland) 90 0,25 0,186 1505Cimento agregado 0-100 0,90 Concreto armado 20 0,7-1,21 0,210 1950 a 2305Cimento de gesso 30 0,29 740Granito 0-100 2,7-3,5 0,203 2600Granito 20 1,5-3,42 2500 a 3020Gesso 0-50 0,37 1250Gesso 20 0,40 0,259 800 a 1200Linoleum 20 0,16 1183Madeiras Balsa 0 0,05 200Balsa 30 0,037-0,045 0,45-0,65 112-128Balsa 50 0,07 200Pinho à fibra 20 0,14 0,650 550Pinho à fibra 20 0,30 0,300 550Mármore 0-100 1,8-3,0 0,210 2700

Mármore 20 2,40 0,193 2 500 a 2

705Vidro . 0-100 0,65 0,220 2500Vidro de quartzo 0-100 1,40

Paredes De tijolos, nova 10 1,20 1960De tijolos, velha 10 0,84 1763De tijolos, seca 30 0,37 1850Pedra arenosa 40 1,59 2300Terra argilosa seca 20 0,45 0,200 1700Terra argilosa molhada (úmida) 0 2,00 2020De carvão 89 %C 950 1,36 1 190De cimento 30 1,000 De argila úmida 500 1 De argila, seco, à mão 25 0,34 0,180 1 570De argila, seco, à máquina 0-100 .0,42 0,220 1 620



Tabela 6-3. Isolantes

Material 3m

kgf, Cº,t

Chºm

kcal,k Temp.

trab., ºC

Lã de vidro 24 -7 0,0323 54038 0,0466 93 0,0649

Lã de vidro 64 -7 0,0267 54038 0,0356 93 0,0472

Lã de vidro 76 0,0300 Lã de vidro 96 -7 0,0243 540

38 0,0325 93 0,0429

Tabela 6-3. Isolantes - Continuação

Material 3m

kgf, Cº,t

Chºm

kcal,k Temp.

trab., ºC

Lã de vidro 220 100 0,0430 200 0,0570 300 0,0700

Lã de vidro 410 100 0,0640 540200 0,0860 300 0,1080

Lã de rocha 64 -7 0,0224 60038 0,0334 93 0,0472

Lã de rocha 70 0,0220 600100 0,0240

Lã de rocha 128 -7 0,0255 60038 0,0340 93 0,0446

Lã de rocha 192 -7 0,0273 38 0,0337 93 0,0419

Diatomita pulverizada 160 204 0,0570 900315 0,0720

93 0,049' Diatomita pulverizada 290 204 0,0670 900

315 0,0730 -7 0,0353

Magnésia 85 % 270 149 0,0640 300204 0,0690

93 0,0610 Diatomita 200 0 0,0400 900

100 0,0500 200 0,0610

Serragem 200 0 0,0600



50 0,0650 Papelão corrugado, 4 camadas por polegada 170 150 0,0870 150Papelão laminado 650 20 0,0700 Penas 80 20 0,0300 Plástico esponjoso 25 20 0,0350 80Borracha esponjosa 80 20 0,0300 65Concreto celular 300 0 0,0490

600 0 0,1200 Gesso celular 128 20 0,0430

288 20 0,0730 Cortiça moída 150 30 0,0370 100Cortiça expandida 150-250 0 0,0320 100

0,0390 Feltro de lã 320 38 0,0410 100

200 0,0360 Feltro de crina 270 0 0,0300 80 Tabela 6-3. Isolantes - Continuação

Material 3m

kgf, Cº,t

Chºm

kcal,k Temp.

trab., ºC

Lã vegetal (Kapok) 150 0 0,0330 50 0,0400

Placas de cortiça bruta 200 0 0,0400 10050 0,0480

Eucatex isolante 300 0 0,0430 100Eucatex frigorífico 210 0 0,0280



16ª Aula

Objetivo: definir resistência térmica

Assunto: analogia entre resistência elétrica e resistência térmica

Para facilitar a resolução de problemas de transmissão de calor mais

complexos, é preferível introduzir na expressão,

tempo de intervalo

S por calor de quantidade

o conceito de resistência térmica, assim à semelhança do que acontece na

eletricidade

Chamando a diferença de temperaturas de diferença de potencial térmico

e o fluxo térmico Q de intensidade de corrente térmica, podemos estabelecer

analogamente à Lei de Ohm ( R = V . 1 ), a expressão de resistência térmica Rt

RtQkA

e

IQ

Ve

Ak

t

Q

Aplicações:

O conceito de resistência térmica nos permite simplificar os cálculos

referentes à transmissão de calor que se verifica em paredes compostas de várias

camadas.

Basta, para isso, considerar cada camada como resistência térmica, colocada

em série com as demais.



kS

l

Q

2t1tRt

Sk

l

Sk

l

Sk

lRt

Sk

l

Q

´R

Sk

l

Q

´R

Sk

l

Q

´R

3

3

2

2

1

1

3

33

2

22

1

11

3

2

1

Exercícios Propostos

1. Qual a resistência térmica de uma parede de alvenaria constituída de:

2 cm de reboco (k=0,046 k cafm h ºC)

25 cm de tijolo comum (k=0,84 k cal /m h ºC)

2 cm de reboco (k=0,046 k cal/m h ºC )

Qual a resistência térmica dessa parede, quando revestida com chapa de

Eucatex isolante de ½" (k=0,03 k cal/m h ºC ) em uma de suas faces?

SOLUÇÃO

Sk

l

Sk

l

Sk

lRRRRt

3

3

2

2

1

1ttt 321

assim, para 1 m², teremos:

h/kcal

Cº5903,1R

4233,0167,1RtRtR

h/kcal

Cº4233,0

03,0

0127,0

kS

lRt

h/kcal

Cº167,1

46,0

02,0

84,0

25,0

046,0

02,0Rt

final

isolantefinal

isolante



Exercício Proposto

2. Uma câmara frigorífica que deve funcionar a - 25 ºC em zona onde a temperatura

ambiente atinge a + 35 ºC tem seu isolamento caracterizado pela perda térmica

máxima de 10 k cal/h.m².

Considerando-se apenas a resistência do isolamento, calcular a espessura de

STYROPOR (k=0,027 k cal/m h ºC) a adotar para a mesma.

Dado: l

k

5

Q ;

hm

kcal10t

2



17ª Aula

Objetivo: definir conforto térmico

Assunto: mecanismos termorreguladores

Conforto Térmico

O homem é um ser homeotérmico, ou seja, a temperatura interna do

organismo tende a permanecer constante independentemente das condições do

clima. Com o uso do oxigênio, o organismo promove a queima das calorias

existentes nos alimentos (processo conhecido como metabolismo), transformando-

as em energia. Assim é gerado o calor interno do corpo. Entretanto, sempre existem

trocas térmicas entre o corpo humano e o meio. Na figura abaixo observa-se que

estas trocas podem ocorrer por condução, convecção, radiação e evaporação.

Mecanismos Termoreguladores

Havendo ganho ou perda de calor, pode ocorrer uma tendência ao aumento

ou à diminuição da temperatura interna do organismo (situada por volta de 37°C),

podendo causar danos à saúde e até mesmo a morte. Por este motivo existem

mecanismos com a finalidade de manter a temperatura interna constante, chamados

termoreguladores, ativados quando as condições térmicas do meio ultrapassam

certas faixas.



Na presença de frio, os mecanismos termorreguladores são ativados com o

objetivo de evitar perdas térmicas do corpo ou aumentar a produção interna de calor.

O primeiro mecanismo termorregulador a ser disparado é a vasoconstrição

periférica, ou seja, os vasos capilares mais- próximos à pele se contraem, enquanto

os mais próximos aos órgãos internos se dilatam.

Desta forma a pele se resfria, atingindo uma temperatura o mais próxima

possível à do meio, evitando perdas de calor por radiação e por convecção (26).

O segundo mecanismo termorregulador ativado na presença de frio é o

arrepio. O movimento muscular que provoca o arrepio aquece a pele por atrito, além

de aumentar sua rugosidade, evitando perdas de calor por convecção. Após o

arrepio, se o fria ainda for agressivo, haverá o aumento do metabolismo entre 30°À e

100iG, que pode se manifestar pelo tremor dos músculos. Assim o calor produzido

internamente será maior, compensando as perdas do organismo para o meio. A

partir daí o homem lança mão de mecanismos instintivos (como curvar o corpo,

diminuindo a área de exposição da pele) e culturais (como esfregar as mãos, fazer

alguma atividade física ou ingerir alguma bebida quente) e faz uso de suas

habilidades (tecer roupas e construir abrigos) para melhor se adaptar ao meio. No

caso de calor, o primeiro mecanismo termorregulador a ser disparado é a

vasodilatação periférica, que, ao contrário da vasoconstrição periférica, aumenta a

temperatura da pele, incrementando perdas de calor por convecção e por radiação.

O segundo mecanismo disparado é também o mais importante para a sensação de

conforto térmico: o suor. Os poros sempre estão produzindo o suor, que vai sendo

evaporado no seu interior. Esta evaporação incrementa as perdas de calor do corpo.

Quando a temperatura da pele aumenta muito ou quando o ar está muito úmido, o

suor não pode ser totalmente evaporado, ficando na superfície. Também pode haver

a redução automática do metabolismo a fim de diminuir a produção interna de calor

no organismo.



Conceito de Conforto

Segundo a ASHRAE, conforto térmico é um estado de espírito que reflete a

satisfação com o ambiente térmico que envolve a pessoa. Se o balanço de todas as

trocas de calor a que está submetido o corpo for nulo e a temperatura da pele e suor

estiverem dentro de certos limites, pode-se dizer que o homem sente conforto

térmico.



18ª Aula

Objetivo: conceituar fluxo térmico

Assunto: exemplo numérico

Fluxo Térmico

O objetivo principal de um arquiteto na especificação de um tipo de

fechamento é evitar as perdas de calor excessivas no inverno e também os ganhos

elevados no verão. No inverno maior que a exterior, pode-se dizer que o fluxo de

calor total por um fechamento é equacionado por:

onde: q fluxo total de calor (W/m³);

U Transmitância térmica (W/m²K);

t diferença entre as temperaturas exterior (ºC

ou K, já que a variação nas escalas Kelvin e

Celsius são iguais)

No verão, a temperatura do ar exterior tende a ser superior à do ar interior e a

incidência do sol nos fechamentos opacos pode incrementar o fluxo de calor para

dentro do ambiente. Por este motivo o equacionamento do fluxo térmico passa a ser:

onde: absortividade da

superfície externa

do fechamento;

I Irradiação solar

(W/m²);

seR resistência superficial

externa (m²K/W)



A radiação solar é uma função da orientação do fechamento, da latitude do

local do projeto, do dia do ano e da hora do dia, e pode ser obtida em tabelas com

valores para céu claro . Também pode ser obtida a partir do Ano Climático de

Referência (TRY), desde que este contenha valores de radiação ou uma estimativa

da radiação solar horária na superfície horizontal feita a partir da nebulosidade.

Neste caso, a conversão dos valores de radiação para a superfície horizontal em

valores corrigidos para a vertical pode ser feita através de algoritmos como os

descritos por Duffie & Beckman.

Exemplo Numérico

Para o entendimento do procedimento de cálculo do fluxo térmico em

fechamentos, o seguinte exemplo pode ser observado, em que se calcula o fluxo de

calor através de um fechamento de tijolo maciço com reboco.

Consideraram-se as seguintes características para este fechamento:

Local: Florianópolis (latitude=27º40' Sul)

Data: 22 de dezembro, 16:00 horas

Orientação: oeste

Temperatura externa: 33ºC

Temperatura interna: 23ºC

O primeiro passo é descobrir o valor da radiação solar a que está submetido o

fechamento (I). Adotou-se o valor encontrado nas tabelas para céu claro. A radiação

solar é da ordem de 715 W/m² para a orientação e a data em questão. A data e

horário escolhido representam o momento mais extremo de calor no ano, útil para o

cálculo posterior da carga térmica do ambiente. Pela tabela 4.6 o valor da

transsitância térmica do fechamento (U) é 3,57 W/m²K. Com o cálculo é feito para o

verão, o fluxo térmico que atravessa o fechamento opaco(qFO) é calculado pela

equação:



2ieseFO

mWttIRUq

Tem-se então que:

=0,3 (superfície de cor branca - tabela 4.1);

2mW 715I

WKm 04,0R 2

se

Cº 33Te (adotada);

Cº 23Ti (adotada);

Km

W 57,3U 2 (tabela 4.6);

Fazendo o cálculo chega-se ao valor do fluxo térmico:

2FOm

W 33,66Q ;

O fluxo térmico total que atravessa o fechamento será:

WAqQ FOFO onde:

A área do fechamento (m²).

Isto significa que 66,33 watts de calor estão penetrando no ambiente para cada

metro quadrado do fechamento. Obtendo os valores do fluxo térmico pode-se ter

idéia sobre sua contribuição para a quantidade de calor que entra ou sai de um

ambiente por condução nos fechamentos. O valor deste exemplo aparecerá mais

tarde no cálculo da carga térmica do ambiente onde será somado às trocas de calor

pelas aberturas, aos ganhos térmicos internos e à influência da infiltração de ar.

Com isso se pode estimar a quantidade total de calor que deverá ser retirada do

ambiente por refrigeração. Materiais como a cortiça, o isopor, a lã de vidro e o

concreto celular, entre outros, são isolantes térmicos. Estes materiais possuem

baixas densidades, ou seja, são bastante porosos. A capacidade de reduzir a

transferência de calor se dá ao fato de o ar parado contido nesses poros ter baixa

condutividade térmica ( ).



19ª Aula

Objetivo: conceituar inércia térmica

Assunto: inércia térmica, fechamento transparente, orientação e tamanho

Outra característica importante dos fechamentos é sua inércia térmica. Em

princípio, os fechamentos absorvem calor tanto do exterior quanto do interior,

dependendo de onde o ar tem a maior temperatura. Ao conduzir o calor para o outro

extremo, o material retém uma parte no seu interior, conseqüência de sua massa

térmica. Quanto maior a massa térmica, maior o calor retido, e este pode ser

devolvido ao interior quando a temperatura do ar for menor que a da superfície.

Supondo uma localidade onde as temperaturas oscilam entre valores altos durante o

dia e baixos à noite, pode-se utilizar a massa térmica dos fechamentos para

acumular calor durante o dia (do ar e do sol), retê-lo, e mais tarde (à noite) devolvê-

lo ao interior. Haverá uma diminuição da amplitude da temperatura interna, que

oscilará de forma amortecida. O pico da temperatura acontecerá algumas horas

após o fechamento estar submetido ao pico da temperatura externa, que constitui o

tempo de retardo térmico. A figura adiante é ilustrativa desta situação, onde se

percebem o amortecimento e o retardo térmico na temperatura interior em

comparação à temperatura exterior. Com isto o microclima interno é bem mais

ameno que o clima do exterior.

Inércia térmica

(amortecimento

e retardo)



Fechamentos Transparentes

As principais trocas térmicas em uma edificação acontecem geralmente

nestes fechamentos, que compreendem janelas, clarabóias e qualquer outro

elemento transparente na arquitetura.

Nos fechamentos transparentes podem ocorrer os três tipos básicos de trocas

térmicas: condução, convecção e radiação. Com relação às duas primeiras, o

comportamento é semelhante ao dos fechamentos opacos, acrescentando aos

transparentes a possibilidade do controle das trocas de ar entre interior e exterior,

basicamente ao abri-los ou fechá-los. A radiação é que se torna o principal fator

devido à sua parcela diretamente transmitida para o interior (inexistente nos

fechamentos opacos), que depende da transmissividade do vidro ( ).

No projeto arquitetõnico, as principais variáveis que podem alterar o aporte de

calor pela abertura são:

orientação e tamanho da abertura;

tipo de vidro;

uso de proteções solares internas e externas.



Variáveis da abertura

Orientação e Tamanho

A orientação e o tamanho da abertura irão determinar sua exposição ao sol.

Quanto maior uma abertura, maior a quantidade de calor que pode entrar ou sair do

ambiente. Outro fator importante no dimensionamento é a luz natural. Deve-se

pensar o calor e a luz de forma integrada. A orientação da fachada, por exemplo,

pode expor aberturas de dimensões idênticas a quantidades de calor solar e

iluminação distintas. A trajetória do sol na abóbada celeste é diferente para cada

orientação e para cada latitude. O que normalmente se faz é obter os valores de

radiação solar para a abertura em questão diretamente de tabelas com valores para

céu claro representativos dos valores máximos de radiação solar para o local. De

forma mais completa e precisa pode-se utilizar valores de radiação horários, como

os existentes no Ano Climático de Referência (TRY) para a localidade.

Pode-se ter uma idéia visual sobre a insolação de uma fachada a partir da

carta solar. Analisando a altura e o azimute solar pode-se saber quando o sol está

incidindo diretamente em uma fachada. Também se pode saber qual o ângulo de

incidência da radiação solar, que interfere na quantidade de calor e de luz solar

direta que entra pela abertura. Na figura seguinte tem-se um exemplo para a carta

solar de Florianápolis, feita por projeção eqüidistante (latitude = 27º40' Sul).



Carta solar para Florianópolis: ângulo de

incidência a horas de sol

LESTE - sol todas as manhãs em

todas as estações;

OESTE - sol todas as tardes em

todas as estações;

NORTE - sol mais baixo durante

todo o dia no inverno e em boa

parte da primavera e outono; sol

mais alto no verão, que incide

poucas horas do dia;

SUL - sol inexistente no inverno; sol

pouco presente no outono e na

primavera, no início e final do dia;

sol mais presente no verão, no início

e final do dia, desaparecendo por

volta do meio-dia para a fachada.



20ª Aula

Objetivo: noções sobre conforto térmico

Assunto: condução, convecção, radiação

intercâmbio térmico em ambientes

Conforto

Um edifício projetado para o clima no qual está inserido torna-se confortável,

além de poupar energia.

A metodologia de projeto deve basear-se na exclusão da radiação solar direta

dos ambientes internos e na minimização da radiação solar direta e difusa das

fachadas e cobertura do edifício.

No verão a superfície interna de uma parede, sem a adequada resistência

térmica à passagem do calor, pode estar de 4 a 8ºC mais quente, do que se tivesse

a resistência necessária. O corpo das pessoas que ocupam o edifício recebe essa

radiação proveniente das paredes, forro ou piso. Sentem calor e diminuem a

temperatura do termostato do aparelho de ar-condicionado, por exemplo,

consumindo mais energia elétrica, neste caso.

No inverno, na região sul, o efeito será o contrário: o corpo do usuário perderá

calor, por radiação, para as superfícies frias mal projetadas. O ar adjacente às

superfícies frias também se esfriará, aumentando sua densidade e substituindo o ar

quente. Para manter o conforto térmico desse local, o usuário novamente terá que

recorrer ao aumento do consumo de energia.

A solução desses problemas, tanto para a condição de verão quanto para a

de inverno, está na adequação do projeto do envolvente do edifício (paredes,

coberturas e aberturas).

Muitas formas de isolar o calor e o frio também desempenham a função de

isolamento acústico. Janelas e portas de vedação perfeita impedem a passagem do

ar e dos ruídos.



Formas de Transmissão de Calor

O fluxo de calor transmite-se de três formas:

Condução: o calor pode ser transmitido diretamente de uma parte de um

objeto para outro; por exemplo, quando se aquece uma frigideira o seu cabo

vai-se esquentando, gradativamente. O calor pode passar de um objeto para

outro; por exemplo, quando se segura o cabo quente da frigideira.

O fluxo de calor movimenta-se permanentemente. Alguns materiais são

melhores condutores de calor que outros. O ar é um mal condutor de calor,

podendo transmití-la também por convecção e radiação.

Convecção: o calor pode ser transmitido através de um fluído em movimento,

com o ar, por exemplo. Num espaço onde as paredes não são adequadas do

ponto de vista térmico, o ar em contato com a parede exterior, ganha calor na

estação quente e perde calor na estação fria.

No inverno, pode-se perder calor por convecção quando o ar quente de um

interior sobe (causando circulação do ar) e encontra frestas, infiltrando-se

para o exterior.



Radiação: qualquer objeto pode radiar calor na mesma forma que o Sol. Ao

colocar a mão perto de uma lâmpada acesa, sente-se o calor irradiado por

ela. Essa sensação térmica pode ser amenizada pondo-se um pedaço de

papel entre a mão e a lâmpada.

Da mesma maneira, num local onde as paredes, cobertura e aberturas não

estão devidamente desenhadas e protegidas, facilmente se ganha ou perde

calor (no verão ou no inverno respectivamente), do interior para o exterior,

aumentando consideravelmente o consumo de energia, como visto

anteriormente.



Uma pessoa ao ar livre está submetida a dois tipos de radiações diferentes:

a) radiação visível e infravermelha de onda curta, chamada radiação solar

porque se origina no Sol;

b) radiação infravermelha de onda longa, chamada de radiação térmica,

resultante da diferença de temperatura entre a superfície da pessoa e a

dos objetos que a rodeiam, tais como a terra e os edifícios.

Intercâmbio Térmico em Ambientes Quentes - Úmidos

A incidência da radiação solar é intermitente devido à presença das nuvens.

Não existe reflexão no solo. A radiação difusa das nuvens, entretanto, pode ser

considerável. Não há intercâmbio de radiação infravermelha de onda longa com o

céu devido às nuvens. Praticamente não existe intercâmbio térmico por condução. A

perda de calor por evaporação é difícil, mas é acelerada pelo movimento do ar.

Intercâmbio Térmico em Ambientes Quentes – Secos

A radiação solar direta atinge o corpo: diretamente (1); depois de se refletir

nas nuvens e na atmosfera (2); depois de se refletir no terreno (3). Diferentes

proporções dessa radiação incidente refletem-se na pele e na roupa. A radiação

térmica (4) intercambia-se entre o homem e o terreno, irradiando-se do homem para

a atmosfera.



A regulagem do corpo é fundamental, para manutenção do equilíbrio entre a

absorção de calor por uma parte, e a perda, por outra.

Embora se pense os trópicos e as zonas subtropicais como regiões em que o

problema de conforto e o conseqüente consumo de energia – é o de perder calor

com facilidade, não se deve esquecer que existem situações onde o problema é

conservar o calor, como durante o inverno, na região sul do país, ou a certa altura

sobre o nível do mar (caso de São Paulo, no frio).

Tabela – Equilíbrio Térmico do Corpo

A tabela acima, informa sobre as diferentes formas de ganho e perda térmica

que permitem manter (ou não) equilíbrio térmico do corpo humano. A compreensão

desses fenômenos é fundamental para um projeto edificativo com proteção que gere

conforto e poupe energia.



21ª Aula

Objetivo: noções sobre ganho térmico

Assunto: ganho térmico e perdas de calor

reflexão e emissão

Como já foi dito, a intensidade de radiação solar direta é menor nas regiões

quentes-úmidas, sendo particularmente intensa sobre a cobertura das edificações.

As paredes recebem menor radiação solar e térmica, exceto quando o entorno não

está tratado conforme os princípios expostos anteriormente.

O desenho adequado do envolvente, segundo o critério verificado na

arquitetura vernácula, é expresso tecnicamente como coberturas leves, porém

isolantes (não havendo inércia térmica, já que a variação de temperatura dia-noite é

menor ou igual a 10ºC). Sendo assim, não convém armazenar calor durante o dia –

o que aqueceria o edifício à noite – exigindo o uso de energia operante para

restabelecer as condições de habitabilidade.

Uma boa solução, então, seria reduzir ao mínimo a exposição solar da

cobertura, diminuindo, proporcionalmente, a transmissão de calor do exterior para o

interior.

Em locais climatizados artificialmente, dependendo do clima, a poupança de

energia operante pode ser de 20 a 40%.



Com o sol alto, a projeção solar é proporcional à superfície horizontal coberta

pelo telhado. Só se deve considerar a forma da cobertura quando sua inclinação for

maior que o ângulo formado entre o sol e o horizonte.

Sob estas condições, o telhado de um edifício de vários andares terá proteção

solar menor que a de um edifício térreo com a mesma superfície de planta.

Entretanto, a exposição efetiva das paredes ao sol é maior à medida que aumenta a

altura da edificação.

Com a altura, aumenta a perda térmica por convecção, devido ao movimento

natural do ar, mas também aumenta a exposição à radiação solar e aos ventos

desfavoráveis do inverno, nas regiões de estação fria.

Assim, a altura do edifício deve estar comprometida com a radiação adquirida

(ou perdida) através da cobertura e das fachadas.

Reflexão e Emissão

Quanto maior é a radiação incidente refletida por uma superfície – e maior a

capacidade de se devolver a energia térmica – menor será o aumento da

temperatura do envolvente do edifício.

A cor é uma boa indicadora do fator de reflexão de radiação solar de uma

superfície ou material, mas não tem o mesmo desempenho em relação à radiação

térmica.

A maioria das superfícies dos edifícios comporta-se como corpos negros

(absorve e emite a radiação recebida), refletindo muito pouco a radiação térmica. Já

os metais polidos refletem grande proporção dessa radiação térmica



Devido às diferenças de desempenho em relação à radiação solar e à

térmica, o comportamento de uma determinada superfície varia segundo as

circunstâncias.

Uma superfície branca se manterá mais fresca que uma de alumínio polido,

quando expostas à radiação solar e ao céu claro, porque – embora a superfície

branca absorva mais radiação térmica solar que o alumínio – emite radiação térmica

para a atmosfera (céu claro) com maior facilidade. Entretanto, se a superfície esta

exposta ao sol e ao entorno quente, como acontece com algumas paredes nos

centros urbanos, o alumínio polido se manterá mais fresco, ao passo que a

superfície branca terá pouca oportunidade de exercer sua emissividade.

A diferença entre o desempenho térmico de uma superfície de alumínio polido

e uma superfície pintada de alumínio é importante. A pintura traz o metal em

partículas, apresentando uma superfície rugosa que reduz o fator de reflexão da

radiação solar (onda curta) de 85 para 45% e da radiação térmica (onda longa) de

92 a 45%.

Uma superfície pintada de alumínio, exposta ao sol e ao céu claro, atingirá

maior temperatura que uma pintada de branco, porque absorve mais e emite menos.

Sua temperatura, então, não seria muito diferente da de uma superfície de alumínio

polido. Porém, quando exposta ao sol e ao entorno quente, a superfície pintada de

alumínio estará mais quente que a branca e muito mais quente que a de alumínio

polido.



O vapor d’água (nuvens) presente no ar das regiões úmidas serve de filtro

para perda de radiação térmica para a atmosfera, sendo que as temperaturas

atmosféricas estão mais próximas das do ar ambiental, como já foi observado.

O melhor desempenho térmico de um telhado pintado de branco, quando

comparado com o de uma superfície metálica polida, é menor sob condições quente-

úmidas.

O índice de nebulosidade da região considerada será de fundamental

importância para o cálculo da radiação solar direta e difusa recebida pelo prédio em

estudo, bem como para as soluções a serem adotadas quanto à cor e textura do

envolvente do edifício.

Exemplo

Para dar uma idéia do efeito do uso da cor, citam-se valores obtidos em

cálculos realizados para Porto Alegre. Em edifícios climatizados naturalmente, as

superfícies pintadas de branco, especialmente as do exterior da cobertura, reduzem

a quantidade de calor que entra no local em um terço. Se o edifício for climatizado

artificialmente, a presença da cor branca nas superfícies exteriores representa uma

redução da ordem de dois terços do calor que entra no edifício.

Em um edifício de escritórios, de dois andares, a solução de cobertura

adotada (pobre do ponto de vista térmico) representava a entrada de 25 kcal/m2h.

Pintando de branco as telhas de cimento amianto, reduziu-se a entrada de calor a

10 kcal/m2h; sendo a superfície da cobertura de 6.700 m2, impedia-se a entrada de

67.000 kcal/h, o que equivale a 22,6 t de refrigeração, aproximadamente. Em termos

de energia, o edifício consumia, nas horas de pico, de 30 a 40 kw, oferecendo um

bom padrão de conforto.



22ª Aula

Objetivo: noções sobre convecção sobre superfícies

Assunto: convecção e radiação na condição de verão

Isolamento térmico

Convecção sobre superfícies expostas à radiação (condição de verão nas

regiões sul e sudeste)

As superfícies expostas e radiações intensas são aquecidas por parte da

radiação que não foi refletida, mas absorvida. Esse calor tenderá a ser conduzido

para o interior do edifício através de seu envolvente, se não for eliminado de outro

modo.

A temperatura de uma superfície que está recebendo (e absorvendo) muita

radiação geralmente é maior que a do ar. O movimento do ar sobre a superfície

exposta à radiação leva parte do calor que chega em menor quantidade ao interior

do edifício.

Nos climas quente-úmidos, o efeito da convecção em superfícies expostas à

radiação é desejável, porque o movimento do ar tende a esfriá-las por evaporação,

já que elas estão freqüentemente úmidas.

Por isso, deve-se aproveitar qualquer mecanismo que facilite o movimento do

ar sobre as superfícies expostas à radiação ou, pelo menos, aproveitar plenamente

os ventos da região.

São apresentadas diversas propostas para se obter esse efeito, destacando-

se:

escolha de lugares altos ou nas encostas;

orientação da declividade da cobertura para os ventos dominantes;



evitar barreiras contra ventos dominantes favoráveis;

evitar as zonas neutras (ou de calmaria) entre edifícios adjacentes;

preservar os canais de ventilação entre conjunto de edifícios próximos;

verificar a influência da forma e altura do entorno em relação à direção

dos ventos dominantes e o edifício em estudo.

Isolamento Térmico

Há dois tipos de isolamento térmico (ou de interferência à passagem do

calor). O tipo mais simples e conhecido, chamado de isolamento por resistência,

resiste à passagem do calor de um lugar constantemente mais quente a um

constantemente mais frio. Tal isolamento é proporcionado por materiais de baixa

condutividade térmica. É ideal para proteger caldeiras e tubulações que conduzem

calor, sendo também usado para isolar edifícios nos climas temperado-frios, onde (o

aquecimento) a uma temperatura bem maior que a exterior é necessário durante o

ano todo.



Entretanto, nos climas quentes, a maioria das cargas térmicas que se deve

isolar não é constante, mas variável. A carga térmica por radiação e a temperatura

do ar aumentam durante o dia e diminui à noite.

Nos climas quente-úmidos, onde a variação das temperaturas diurna-noturna

não é grande (ordem de 10ºC), a melhor maneira de isolar o envolvente de um

edifício é usar uma cobertura ou parede cuja resistência térmica, R, e seu atraso à

passagem de calor, em horas, garanta que a temperatura das superfícies internas

do edifício (forro e paredes) não ultrapasse os valores estabelecidos como

adequados do ponto de vista técnico-econômico. Ou seja, não se transformem em

superfícies radiantes do local. Nesse caso, as paredes sombreadas podem tem

menor resistência térmica.



O uso correto da sombra projetada por um quebra-sol, por exemplo,

combinada ao efeito protetor das árvores e cercar vivas, pode reduzir a necessidade

de isolamento térmico da parede, permitindo a existência de aberturas que, como é

mostrado no capítulo dedicado a ventilação, são necessárias para a circulação do

fluxo de ar através dos interiores do edifício. O uso do quebra-sol pode substituir a

própria parede, fornecendo sombra e ventilação permanente, só se cuidando para

permitir a saída do ar quente por ele mesmo produzido (clima quente-úmido).

Convecção sobre Superfícies Internas

Da mesma forma que o movimento do ar sobre as superfícies exteriores

aquecidas é vantajoso (evitando que o calor passe por condução através do

envolvente), a convecção sobre as superfícies interiores retira o calor que as

atravessa quando mal projetadas, por exemplo, diminuindo a carga térmica recebida

pelo usuário no interior do edifício e, conseqüentemente, a necessidade de consumir

energia operante requerida pela solução adotada do envolvente.



Este fenômeno pode ser a solução do problema de melhoria da habilidade

sem aumento do consumo de energia, quando medidas tais como sombra, reflexão

e isolamento não são possíveis de serem usadas.

Observação: deve-se tomar precauções no projeto do edifício para que o ar quente

não circule pelo interior da edificação. A intensa radiação solar própria da região

tropical e subtropical pode ser amenizada retirando-se o ar quente, por exemplo, por

meio de bocas de saída estrategicamente localizadas.



Isolamento de Coberturas

Como já foi visto, a cobertura é o elemento do envolvente mais exposto à

radiação solar, e seu desenho adequado às solicitações climáticas é fundamental

para a racionalização do uso de energia operante.

Como a variação da temperatura diurna e noturna é menor nos climas

quentes-úmidos, o desenho da cobertura deve seguir o critério de isolar sem

armazenar calor (pouca inércia térmica, ao contrário do que ocorre nos climas

quente-secos).



Efeito do Espaço de Atico (Câmara de Ar) no Desempenho Térmico da

Cobertura

A existência de uma câmara de ar em coberturas leves, porém, isolantes, é

uma solução econômica e eficiente para o problema de transmissão de calor através

da cobertura. Por isso, o forro torna-se indispensável.

Nos climas quente-úmidos, a câmara de ar deverá ser ventilada

proporcionando, assim, uma redução aproximada de 30% da quantidade de calor

transmitida pela cobertura.

Já nos climas compostos com estação fria, é conveniente que a câmara de ar

não seja ventilada no inverno. Isso porque o efeito de convecção do ar frio sobre as

superfícies interiores da câmara as esfriará e, conseqüentemente, a temperatura da

superfície interna do forro poderá ser menor que a do ambiente. A posterior

condensação e uma importante perda térmica acarretariam o consumo de energia

operante para se restabelecer o conforto do ambiente.



Exemplo: O desempenho térmico de um espaço de ático ventilado, com 15 m3 de

renovação de ar por metro quadrado da área da cobertura em planta, reduz o

aumento de temperatura no atico em 45%; e com 2 m3 de renovação de ar por

metro quadrado da área de cobertura em planta, reduz o aumento de temperatura

no ático em 67%. Em termos energétic

os, isso significa que de acordo com esses exemplos, a quantidade de calor que

passa pela cobertura pode ser reduzida em 30%, para a menor renovação de ar, e

em 50%, para a segunda.

No edifício mencionado no exemplo sobre a influência da cor na redução dos

consumos de energia (que tinha um ganho térmico de 25 Kcal/h.m2 pela cobertura,

pobre do ponto de vista térmico), adotando-se a solução de câmara de ar ventilada

pode-se obter uma redução de 8 a 12 Kcal/h.m2; para uma área de cobertura em

planta de 6.700 m2 se reduziria a entrada de calor através da cobertura, pela

ventilação do ático, entre 18 a 27 t de refrigeração (condição de verão), que em

termos de consumo energético representam de 27 a 40 kw que se poupam durante

o período de uso dos equipamentos.

Isolamento de Paredes

As paredes, segundo sua localização e orientação, recebem uma

determinada quantidade de calor, que é sempre menos intensa e mas breve que a

da cobertura.

Considerando que a carga térmica recebida pelas paredes em clima quente-

úmido é menor que em clima quente-seco, não só devido à presença de nuvens,

mas também ao terreno úmido e, geralmente, coberto de vegetação (o que diminui a

radiação térmica emitida pelo solo), o desempenho térmico também pode ser menor,

sendo válidos todos os critérios de projeto esboçados no caso das coberturas.

Quando as paredes se apresentam sombreadas, acentua-se o fenômeno

descrito. Mas nos centros urbanos, o efeito de radiação térmica (calor emitido pelo

entorno construído) é importante, particularmente quando o entorno não favorece o

aproveitamento das condições do clima e do sitio.



23ª Aula

Objetivo: calcular o desempenho térmico de uma cobertura

Assunto: exemplo de cálculo

Exemplo de Cálculo do Desempenho Térmico de uma Cobertura

O exemplo em estudo constituiu-se de uma cobertura de telha de barro cozido

(prensada industrial) com uma laje de forro de 8 cm de espessura de concreto

armado aparente

A resistência térmica do conjunto será:

RseRtRcaRRsiRtc (1)

Onde:

Rsi: resistência superficial interna



Conforme os valores da Tabela 4.1, para condição de verão (caso crítico), ou

seja, calor vindo de cima:

]Kcal

Cºhm[ 19,0Rsi

2

Rse: resistência superficial externa

Também na Tabela 4.1, para superfícies horizontais:

]Kcal

Cºhm[ 05,0Rse

2

R : resistência térmica da laje do forro.

Depende da espessura e da condutividade do material, de acordo com a

Tabela 4.2:

]Kcal

Cºhm[049,0

64,1

08,0

]Cºhm

Kcal[

]m[eR

2

Rca: resistência térmica da câmara de ar

T ratando-se de uma câmara de ar horizontal no caso crítico de calor vindo de

cima (verão) e sendo, tanto a telha quanto o concreto, materiais de alta

emissividade, conforme Tabela 4.3:

]Kcal

Cºhm[ 23,0Rca

2

Rt: resistência térmica da telha

Sendo um material cerâmico industrial de espessura da ordem de 1 cm que,

somada à super-posição de colocação, totaliza 1,8 cm, obtendo-se, na Tabela 4.2:

]Kcal

Cºhm[ 033,0

54,0

018,0Rt

2



O cálculo da resistência térmica do conjunto resume-se à soma das

resistências térmicas das partes componentes, segundo a fórmula (1):

]Kcal

Cºhm[ 552,0Rtc

05,0033,023,049,019,0Rtc2

Analisando o resultado vê-se que cada parcela participado total na seguinte

proporção

Rsi = 34%

R = 9%

Rca = 42%

Rt = 6%

Rse = 9%

Total = 100%

Tabelas



24ª Aula

Objetivo: noções sobre ventilação natural

Assunto: conceitos gerais

Ventilação Natural e Consumo de Energia

Nos climas quente-úmidos, a tensão de vapor (quantidade de água presente

no ar) tenderá a ser maior dentro do edifício do que fora, devido ao suar, trabalhar,

cozinhar etc. Sob essas condições, é desejável substituir o ar de dentro pelo de fora.

Essa substituição de ar chama-se ventilação e é expressa como o número de

renovações de ar em metros cúbicos por hora. As correntes naturais de ar ajudam a

realizar essa substituição através de aberturas estrategicamente localizadas no

edifício.

Quanto mais rapidamente o ar se move sobre a pele, mais facilmente

ocorrerá a evaporação.

É importante, portanto, nos climas quente-úmidos, onde a evaporação é

difícil, não só manter baixa a tensão do vapor do ar do edifício por meio da

ventilação, mas também acelerar a velocidade com que o ar passa pela pele.

Se esse efeito pode ser obtido por meios naturais, será necessário usar

algum tipo de ventilador ou ar-condicionado, consumindo energia.

Uma pessoa gera de 100 a 200 Kcal/h, segundo o tipo de tarefa que realiza.

Para manter seu equilíbrio térmico, o corpo humano precisa trocar essa quantidade

de calor por meio de evaporação, como já foi visto. Isso só pode ser feito, num clima

quente-úmido, através da transpiração e da evaporação, só possível com o efeito de

convecção produzido pela ventilação.



Para dar uma idéia do efeito da ventilação natural na poupança da energia,

dar-se-á um exemplo real de um prédio de escritórios estudado para Porto Alegre.

A carga térmica absorvida e transmitida para o interior de tal edifício, através

do envolvente (paredes, coberturas e aberturas), nas horas de maior radiação solar

(direta mais difusa) no verão, é da ordem de 47 Kcal/m2h, e o calor gerado pelas

pessoas 22 Kcal/m2h. O que significava que, se por meio da ventilação natural

fossem retiradas as 69 Kcal/m2h existentes no local, a economia de energia seria da

ordem de 1 kw/h para cada 20 m2 do local. Valor realmente significativo.

A ventilação natural relaciona-se principalmente com o estado do ar, ou seja,

com sua temperatura, umidade e velocidade. O ar quente tende a subir e o ar frio , a

abaixar. Duas massas de ar, postas em contato através de uma abertura, sem

mesclarão lentamente, caso tenham a mesma temperatura e umidade.

Temperaturas distintas geram duas correntes: uma de ar quente, que sobe num

sentido, e outra de ar frio, que baixa em sentido oposto.

A ventilação dá-se também por diferença de pressão entre o interior e o

exterior, com filtrações através das fissuras e janelas, poros das paredes e

coberturas, ou pelo efeito chamado chaminé. Nos climas quente-úmidos e nos

compostos por estação fria, mas com permanente e alta umidade relativa do ar, a

ventilação deve ser constante.

Essa ventilação constante tem três funções:

1. A de dar conforto ao usuário do edifício, chamada de ventilação de conforto.

Ela é necessária nos climas quente-úmidos e na estação quente dos climas

compostos úmidos, e sua função é a de retirar a umidade do corpo, facilitando

a troca térmica entre o usuário e seu entorno através da convecção.

2. A de manter a qualidade do ar. Esta não só e necessária nos climas quente-

úmidos, mas também nos climas compostos úmidos por estação fria, durante

o inverno. É chamada de ventilação higiênica e sua função é renovar o ar do

local. Deve ser produzida na parte superior do local (onde está o ar

aquecido), longe do usuário para lhe evitar desconforto.



3. Resfriamento das superfícies interiores do local (especialmente forro) por

convecção, durante o período quente dos climas úmidos (efeito da troca

térmica por convecção, como coberturas com câmara de ar ventilada).

A relativa importância de cada uma dessas funções depende das condições

climáticas mais típicas de cada estação e região. Muitas regiões têm diferentes

requisitos durante as várias estações, assim, os detalhes de projeto devem prever o

cumprimento de todos eles.

Também deve-se sempre levar em conta o tipo de ocupação de um espaço

determinado, número de pessoas e atividades ali realizadas.

A ventilação mínima e ótima bem com seus requisitos vão depender do tipo

de clima de uma dada região.



As regiões ou estações frias e secas são caracterizadas por temperaturas

externas muito baixas e, por conseqüência, umidade absoluta e pressão de vapor

também baixas. Os habitantes dessas regiões tendem a minimizar a entrada de ar

exterior para evitar a diminuição das temperaturas internas. Nestes casos, a função

da ventilação é provocar uma renovação de ar, permitindo a eliminação de odores e

umidade do corpo.

Manter a ventilação mínima é mais complicado em regiões de inverno úmido,

como o caso de Porto Alegre, onde o frio nem sempre justifica a calefação em todos

os ambientes, mas chega a produzir desconforto. Nessas situações, os ocupantes

tendem a reduzir a ventilação para não deixar os espaços em condições

inconfortáveis.

Como um dos maiores problemas é a condensação, torna-se necessário

providenciar a ventilação de exaustão onde se produz o vapor d’água, isto é, em

cozinhas e banheiros, por exemplo. Nesse caso, o vapor d’água deve ser removido

antes de ser dispersa, sendo que a pressão de vapor interna é reduzida só com a

ventilação permanente.

Assim, como já foi dito, a menos que se use algum método para eliminar a

umidade, as tensões de vapor dentro da habitação, por exemplo, tenderão a ser

maiores que as de fora, devido ao suar, lavar, cozinhar etc. Sob essas condições, e

conveniente substituir o ar de dentro pelo de fora; e quanto mais freqüentemente se

fizer isso, mais facilmente evitar-se-á que suba a pressão de vapor do interior.

As correntes naturais de ar ajudam a obter ventilação por meio de aberturas

convenientemente orientadas na direção dos ventos locais. Umas na direção do

vento dominante, chamadas bocas de entrada, e outras, no lado oposto,

denominadas bocas de saída.

A ventilação natural depende de fatores fixos, como:

a) forma e características construtivas do edifício;

b) forma e posição dos edifícios e espaços abertos vizinhos;

c) localização e orientação do edifício;

d) posição, tamanho e tipo das aberturas;



E de fatores variáveis, como:

a) direção, velocidade e freqüência do vento;

b) diferença de temperaturas interiores e exteriores.

Desenvolveremos, a seguir, os principais aspectos relacionados a esses fatores.



25ª Aula

Objetivo: noções sobre cálculo de ventilação natural

Assunto: cálculo de ventilação natural para uma sala de trabalho.

Exemplo de Cálculo de Ventilação Natural

Local: sala de trabalho de 7 m x 7 m x 2,6 m (figura acima), com 10

funcionários; tipo de trabalho sedentário

Edifício bem isolado termicamente

Trabalhando com iluminação artificial

O ar necessário para uma boa ventilação será de (tomar valores da tabela

5.1, em condição de verão):

1. Para retirar o calor gerado pelas pessoas adota-se uma ventilação boa, de

200 m3/h; Tabela 5.1,

10 x 200 = 2.000 m3/h



2. Para retirar o calor gerado pela iluminação adota-se um incremento na

ventilação de 23m3/m2h, Tabela 5.1.

7 x 7 x 23 = 1.127 m3/h.

Q total = 3.127 m3/h.

A superfície de abertura de janela para ventilação será de:

]m[xVCxC3.600xC

Qtot.nec. A 2

321

(1)

Onde:

Qtot.: volume de ar a ser renovado por hora, conforme características de

ocupação e de construção local.

C1: coeficiente que representa o efeito combinado de duas a três aberturas

em serie

Os valores podem ser tirados do Gráfico 5.1; para exemplo:

C1 : 0,46

Caso de 2 aberturas em série, a 7 m de distância uma da outra, com pivô central e

com possibilidade de abrir totalmente:

v: velocidade média do vento, em metros por segundo

O gráfico 5.2 informa os valores para cada mês do ano.]

Tomaremos o valor médio do estágio de verão: v = 2,22 m/s

C2: Coeficiente que leva em consideração o grau de obstrução que os

edifícios vizinhos criam para ventilação.

Toma-se

C2 = 1 para áreas descampadas

C2 = 0,66 para áreas periféricas

C2 = 0,33 para áreas densamente construídas



O gráfico 5.3 informa sobre a freqüência e direção dos ventos para Porto Alegre

C3: Coeficiente que leva em consideração a inclinação da fachada em relação

à direção do vento (ver Tabela 5.2), 87,0C3 , edifício orientado a 60º de

direção do vento de verão S.E.

Aplicando-se na expressão (1) os valores encontrados, temos:

2nec

2nec

m 96,2A

]m[22,2x87,0x33,0x46,0x600.3

127.3A

1ª aula - programa.faap.brprograma.faap.br/7aq204.pdf · processo chamado adiabático. as chuvas...

Documents