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


• 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


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).


• (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?


• (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


• (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

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


Como determinar a Transmitância?

U =1/Rt

Como determinar a Resistência Térmica?

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

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