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Alfredo Costa Pereira 1

OS PARÀMETROS TÉRMICOS


TAXA DE TRASNSFERÊNCIA DE CALOR, FLUXO DE CALOR, FLUXO TÉRMICO ou TRANSMISSÃO DE CALOR POR UNIDADE DE TEMPO, através de um determinado material, ( )wattQ&

É a quantidade de calor que se transfere por unidade de tempo através de um material considerado, nas condições de projecto.

3

CONDUTIBILIDADE TÉRMICA:

É o fluxo de calor que atravessa uma placa de um dado material por unidade de espessura, por unidade de superfície e por cada grau de diferença de temperatura entre os dois lados da placa:

).º

( Cm

WtS

eQ×Δ×

×=

&λ

Nota: é a diferença de temperatura (em graus Celsius) entre as faces do material voltadas para o exterior e para o interior do edifício. Repare-se que descreve o sentido do fluxo de calor de tal modo que:

= t0 – ti no Verão, e = ti – t0 no Inverno. Interessa compreender que é um número absoluto que nunca pode ser negativo.

tΔ

tΔ

tΔ tΔtΔ


RESISTIVIDADE TÉRMICA

É o inverso da condutibilidade térmicaλ1

=r

Quanto melhores forem as características isolantes térmicas de um material, maior será o seu valor de “ r ”.

A massa volúmica de um material é muitas vezes um indicador da sua condutibilidade térmica, uma vez que os materiais com elevada massa volúmica apresentam normalmente um maior valor do seu coeficiente global de transferência de calor U.

)Cº ( W

meQtSr ×

×Δ×

= &


A aparente relação entre a condutibilidade térmica de um material e a sua massa volúmica deve-se por um lado ao facto do Ar ter uma fraca condutibilidade térmica e por outro ao facto dos materiais pesados serem em geral menos porosos. Por isso quanto mais poroso for um material mais pequeno deverá ser o seu valor de U. Contudo não existe qualquer relação directa entre estes dois factores.

É importante também notar que a condutibilidade térmica do ar aumenta na razão directa do seu conteúdo de humidade, ou seja da sua humidade absoluta, pelo que um material poroso “molhado” deixa de apresentar boas características termicamente isolantes.


Os valores da condutibilidade e da resistividade térmicas dos materiais de construção civil habituais, podem ser consultados em várias tabelas, nomeadamente as publicadas pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil, “LNEC”, “Coeficientes de Transmissão Térmica de Elementos da Envolvente dos Edifícios” (ITE 50) e “Caracterização Térmica de Paredes de Alvenaria”,(ITE 12) da autoria de Carlos A. Pina dos Santos e José A. Vasconcelos de Paiva.


CONDUTÂNCIA TÉRMICA ou COEFICIENTE DE CONDUTIBILIDADE DE UMA DETERMINADA ESPESSURA DE MATERIAL:

)º

( )º

( 22 CmhKcalou

CmWC

×××=

A condutibilidade e a resistividade térmicas, são propriedades dos próprios materiais. As propriedades correspondentes para um determinado material com uma determinada espessura são definidas pela sua Condutância (C) e pelo seu inverso, a Resistência térmica (R):

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ×=⇒=⇒==

WCmeR

CR

ReC º 11 2

λλ


A Condutância térmica é definida como sendo o fluxo de calor, (em W, ou kcal/h) que atravessa a unidade de superfície de um determinado material com uma determinada espessura (e), por cada grau de diferença de temperatura entre as suas faces.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

×=

Δ×=

CmW

etSQC

º 2

λ&

RC 1=

).º

( Cm

WtS

eQ×Δ×

×=

&λ

Sendo a condutibilidade térmica

λ


NOTA 1:A Condutância Térmica é uma medida do fluxo de calor por unidade de superfície, através da espessura total do material considerado, e exprime-se em

CmW

º2×Por sua vez a Condutibilidade Térmica refere-se apenas à espessura unitária, isto é, no Sistema Internacional de Unidades, a 1 m de espessura do material considerado, e exprime-se em

CmW

º ×


RESISTÊNCIA TÉRMICA R:

λe

CR ==

1

A Resistência Térmica é o inverso da Condutância Térmica, tal como a Resistividade Térmica é o inverso da Condutibilidade Térmica.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ×=

Δ×=

WCme

QtSR º

2

λ&

λ1

=r )Cº ( W

meQtSr ×

×Δ×

= &

eC λ=


Qualquer material ou corpo está separado do ar que o envolve por uma fina camada de ar (ou de outro fluido), que “toca” as faces exterior e interior do material, designada por “camada limite”.

Define-se Coeficiente de Condutância Superficial ou Coeficiente Convectivo de Transferência de Calor Superficial, como sendo o fluxo de calor por unidade de superfície de, (ou para) a face do material que está em contacto directo com o ar, devido à convecção, condução e radiação, dividida pela diferença de temperatura entre cada face do material e a da fina camada de ar que está em contacto com ela.


COEFICIENTE DE CONDUTÂNCIA SUPERFICIAL ou COEFICIENTE CONVECTIVO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR SUPERFICIAL

)º

( 2 CmWh =

O valor de h depende de vários factores, nomeadamente da velocidade do ar, da cor, rugosidade e emissividade da parede, entre outros, tomando sempre valores diferentes para a face exterior e para a face interior de qualquer elemento da envolvente de um edifício ou de determinado local de permanência.


RESISTENCIA TÉRMICA SUPERFICIAL:

)º (1 2

WCm

hRS

×=

É o inverso do COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONVECTIVO SUPERFICIAL ouCOEFICIENTE DE CONDUTÂNCIA SUPERFICIAL

)º

( 2 CmWh×

=


A resistência superficial dessa camada de ar que “toca”as faces interior e exterior do material (parede exterior por exemplo) têm que se adicionar à Resistência Térmica que o próprio material oferece ao fluxo de calor.

Portanto a Resistência Térmica Global Ar-Ar de uma estrutura composta é igual à soma da Resistência Térmica global da própria estrutura com as Resistências Superficiais, Exterior e Interior (as quais se definem como sendo o inverso das Condutâncias Superficiais).


A magnitude da Resistência Térmica Superficial de um material não é só uma função das características térmicas da própria superfície do material mas também da velocidade do ar que incide em ambos as faces do material.

Resistência Global Ar–Ar de uma superfície:

0RRRR bia ++=onde:

=iR é a Resistência superficial convectiva da face Interna da superfície (voltada para o interior).

=0R é a resistência superficial (convectiva) da face externa da superfície (voltada para o exterior).

=bR é a Resistência Térmica do próprio material.

WCm º2×


NOTA 2:Quando o calor atravessa uma estrutura composta por várias camadas de diferentes materiais, (como é o caso, por exemplo, dos componentes da estrutura de uma parede, cobertura, pavimento etc. que são formados por reboco de cimento, betão, tijolo, isolamento térmico, caixa de ar, etc.., rodeados interna e externamente por ar com uma determinada temperatura e nível de agitação) as Resistências Térmicas de cada camada constituinte dessa estrutura (incluindo as Resistências Térmicas Superficiais interior e exterior ), devem adicionar-se, para obtermos a Resistência Térmica Global da estrutura composta.


A Condutância Térmica da mesma estrutura composta éigual ao inverso da Resistência Térmica Global Ra.

Note-se contudo que a Condutância Térmica Global não é igual à soma dos inversos das resistências individuais de cada componente.

Portanto a Condutância Global de uma estrutura composta não é aditiva, contrariamente ao que acontece com a Resistência Térmica Global.

∑≠INDIVIDUAL

GLOBAL RC 1

aGLOBAL R

C 1=


RESISTÊNCIA TÉRMICA GLOBAL Ra: É igual á soma das Resistências Superficiais com as Resistências Térmicas dos próprios materiais:

)º ( )º(

111

22

KcalChmou

WCm

Che

hRRRR seisia ∑∑ ∑∑ ∑∑∑ +=+=++=

λ


COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR U, ou TRANSMITÂNCIA TÉRMICAAR – AR:

)º

( )º

( 22 ChmKcalou

CmW

×××

É o inverso da Resistência Térmica Global Ar – Ar:

aRU 1

=

Exprime-se em:


COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR U, ou TRANSMITÂNCIA TÉRMICA

AR – AR:Representa o fluxo de calor através da unidade de superfície de uma determinada estrutura composta, dividida pela diferença de temperatura entre o ar (ou outro fluido) que contacta com ambas as faces da estrutura, e a temperatura das duas faces da estrutura.

)º

( )º

( 22 ChmKcalou

CmW

×××

21

NOTA 3: O Coeficiente Global de Transferência de Calor difere da Condutância Térmica, porque a diferença de temperatura é medida em pontos diferentes: 1 - Para a Condutância, a diferença de temperatura émedida entre as superfícies exteriores dos dois lados da estrutura. 2 - Para o Coeficiente Global de Transferência de Calor a diferença de temperatura é medida entre o ar e as superfícies dos dois lados da estrutura, isto é, entra em linha de conta com os Coeficientes Convectivos Superficiais de Transferência de calor.É por esta razão que o cálculo do Coeficiente Global de Transferência de Calor implica a determinação da Condutância e dos Coeficientes Convectivos Superficiais de Transferência de Calor.


O coeficiente global de transferência de calor de uma determinada estrutura, não é apenas uma característica dessa estrutura, dado que depende também das condições de convecção e radiação.

O que quer dizer que o valor de U, tem também a ver com o facto da estrutura estar protegida, exposta ou muito exposta à intempérie, (Convecção), e ainda com a orientação geográfica da mesma (Radiação).

É por esta razão que o valor de Rse é sempre inferior ao de Rsi. O ar exterior está sempre mais agitado devido ao vento do que o ar interior que está protegido do mesmo.


)º

( )º

( 122 ChmKcalou

CmW

RU

×××=

)(1sesi ReR

U ∑ ++=λ

)º ( )º (22

KcalChmou

WCm ×××

e, como: ∑∑ = iReλ vem :

∑ ++=

sesi ReRU

λ

1ou

∑ ++=

seisi RRRU 1ou


COEFICIENTE DE ABSORÇÃO, ou Absorvidade (a) COEFICIENTE DE REFLECÇÃO, ou Reflectividade (r) COEFICIENTE DE EMISSÃO, ou Emissividade (e)

A Radiação recebida por uma superfície, pode ser em parte absorvida e em parte reflectida sendo a proporção destes dois componentes expresso pelos coeficientes de absorção, (a), e de reflecção, ( r ). A soma destes dois coeficientes é sempre igual à unidade : a + r = 1.


Uma superfície teoricamente (perfeitamente) branca teria um coeficiente de reflecção = 1, e um coeficiente de absorção igual a 0.

Inversamente para uma superfície teoricamente (perfeitamente) negra, (que se designa por corpo negro), a = 1 e r = 0.

O coeficiente de emissividade (e) descreve qual é a quantidade do calor disponível (melhor dizendo, qual é a quantidade da energia térmica que foi absorvida e armazenada na massa térmica da estrutura) e que pode ser emitida. Para o “corpo negro”, e = 1.


No tabela podemos verificar que no caso da superfície pintada de branco é re – emitida quase a totalidade da radiação absorvida, enquanto que no caso da superfície brilhante de metal fica retida (ou armazenada)quase a totalidade da radiação absorvida.

0,05 a 0,20,1 a 0,3Superfície metálica brilhante

0,8 a 0,90,1 a 0,3Superfície pintada de branco

e (terrestre)a (solar)MATERIAL

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