termo-arquitetura física aplicada. transferência de calor por radiação neste processo a energia...

Termo-Arquitetura

Física Aplicada

Transferência de calor por radiação• Neste processo a energia á

conduzida pelas ondas eletromagnéticas que emite o objeto.

Estas ondas não precisam de meio material para sua passagem.

Foto infravermelho de uma casa de inverno. Pontos amarelos indicam perdas de calor.

Transferência de calor por radiação

Transferência de calor por radiação

• As grandezas relacionadas com este conceitos são:• emitância radiante (R) = potência por unidade de área

emitida por um corpo.• emissividade = fração da energia de radiação que é

emitida.• absortividade = fração da energia de radiação que é

absorvida.• irradiação = potência por unidade de área que incide

sobre um corpo.

Transferência de calor por radiação• Ao contrário do corpo negro, corpos reais possuem emissividade

variada. A EMISSIVIDADE é a propriedade de uma superfície que descreve sua capacidade relativa de emitir radiação térmica, em função do comprimento de onda, tendo como referência o “corpo negro”, cuja emissividade é igual à unidade. A EMISSIVIDADE em determinado comprimento de onda é igual à ABSORTIVIDADE

Transferência de calor por radiação• A taxa de emissão de uma

superfície de área A e emissividade ε, é

• onde T é a temperatura da superfície (em graus Kelvin) e

Transferência de calor por radiaçãoMaterial Emissividade

1.0µm 5.0µm 7.9µm 8-14µmAsbestos 0.9 0.9 0.95 0.95Asfalto n.r. 0.9 0.95 0.95Basalto n.r. 0.7 0.7 0.7CarbonoUnoxidados 0.8-0.95 0.8-0.9 0.8-0.9 0.8-0.9Grafite 0.8-0.9 0.7-0.9 0.7-0.8 0.7-0.8Carborundum n.r. 0.9 0.9 0.9Ceramica 0.4 0.85-0.95 0.95 0.95Clay n.r. 0.85-0.95 0.95 0.95Concreto 0.65 0.9 0.95 0.95Tecido n.r. 0.95 0.95 0.95VidroPrata n.r. 0.98 0.85 0.85?Gob? n.r. 0.9 n.r. n.r.Gravel n.r. 0.95 0.95 0.95Gypsum n.r. 0.4-0.97 0.8-0.95 0.8-0.95Gelo n.r. ?? 0.98 0.98

Transferência de calor por radiação

Discutir desde a perspectiva de conforto.

Uma pessoa nua tem uma área superficial média de 1.4m2. A temperatura da pele é 36oC (309K) e a emissividade é ~ 0.9. Considerando que esta pessoa está em uma sala a 20oC (293K). Qual a perda de energia desse pessoa por radiação? Compare seu resultado com a taxa de metabolismo basal de uma pessoa sentada (~120 W).

Transferência de calor por radiação

• (b) Considerando que os seres humanos liberam calor nessa taxa metabólica, qual a taxa de transferência de calor numa sala de aula com 15 estudantes?

Transferência de calor por radiação

• (c) Quanto calor os estudantes transferem para a sala de aula em 1 hora?

• Qual deve ser a potência do ar-condicionado para manter a sala a 20 graus?

• 1 BTU/h = 0.2929 watts

Transferência de calor por radiação

• (d) Após o crepúsculo, a energia radiante pode ser sentida por uma pessoa situada próxima de uma parede de uma casa. Estas paredes tem uma temperatura de aprox. 43 C (316 K) e emissividade e ~ 0.9. Qual o calor emitido por hora para o ambiente por 1 m2 de parede?

• Resposta: DQ/Dt = 133 W

Transferência de calor por radiação

Desempenho térmico de paredes e coberturas

Para o caso de paredes, a Figura abaixo apresenta o sentido do fluxo de calor em função da diferença de temperatura externa e interna.

Portanto, a abaixo mostra o fluxo de calor que atravessa a parede

Desempenho térmico de paredes e coberturas

Como determinar a Transmitância?

U =1/Rt

Como determinar a Resistência Térmica?

Desempenho térmico de paredes e coberturas

Desempenho térmico de paredes

Desempenho térmico de paredes

Desempenho térmico de paredes

Desempenho térmico de paredes

Desempenho térmico de paredes

Energia Solar• A radiação solar no espaço interestelar é de 1353 W/m2, chamada de

constante solar. A energia que atinge o solo da Terra é menor por causa da absorção na atmosfera. A quantidade de radiação solar por unidade de área que atinge um ponto específico da Terra depende da latitude, da declinação e da estação do ano. A transmissão da energia solar para a Terra se dá por meio de radiação eletromagnética, sendo que 97% da radiação solar está contida na região visível e infravermelho do espectro eletromagnético A tabela indica a fração da radiação solar e a quantidade de radiação em cada região do espectro. A soma das energias em cada região dá os 1353 W/m2 da constante solar.

Energia Solar

Energia Solar• O Brasil apresenta um ótimo índice de radiação solar, principalmente no

Nordeste, onde possui valores típicos entre 1752 kW-h/m2 e 2190 kW-h/m2. Por este motivo a energia solar esta sendo cada vez mais empregada no país para aquecimento de água.

• Conforme os levantamentos de consumo de energia elétrica, o setor residencial responde por 24% do consumo total no país e dentro desse setor, o aquecimento de água tem participação de 26%. Desta forma, o aquecimento de água é responsável por 6% de todo o consumo nacional de energia elétrica.

Energia Solar

Energia

Energia Solar

Energia Solar• e) Considerando que os chuveiros elétricos contribuem para um consumo

residencial de ~ 100 kW-h ao mês, qual a área do coletor solar necessário para suprir esta energia? Compare sua resposta com a do item (d)

• f)A placa de coletor solar comercial típico tem cerca de 2 m2 de área Qual a potência incidente num coletor de 2 placas? Qual a potência coletada (eficiência =30%)?

• g) Qual o tempo exigido para aquecer os 100 litros de água?• h) Faça uma avaliação da economia anual de energia elétrica e comente a

viabilidade e a competividade do investimento do aquecedor solar.

Respostas: (a) 1.81 x 107 J/m2 (b) 5.43x106 J/m2 (c) 2.1 x107 J (d) 3.9 m2 (e) 2.5 m2 (f) 2.5 x 103 W e 756 W (g) 7.7 horas

Transferência de calor por convecção

• Correntes de convecção

• Sala: O ar aquecido pela unidade de aquecimento no piso se eleva até o teto do quarto empurrado pelo ar frio mais denso. Este movimento de convecção é responsável pelo aquecimento homogêneo do ar na sala.

• Geladeira: o ar esfriado pela serpentinas de refrigeração circula em direção ao fundo da geladeira.

Transferência de calor por convecção

• Correntes de convecção

• A colocação de aberturas nas coberturas aumenta a ventilação natural e arrastam o calor, pela formação de uma camada de ar móvel entre o forro e o telhado. O calor de insolação no verão, incide sobre as telhas e aquece o forro