NotasDeAula_aula02_TrocasTermicas

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Notas de Aula CONFORTO TÉRMICO e EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
 
� Organismo Humano e Termorregulação: 
 
 
 
� Reações ao Frio 
� Mecanismos Institivos e Culturais 
� Arrepio 
� Aumento do Metabolismo 
� Vasoconstrição 
 
 
� Reações ao Calor 
� Mecanismos Institivos e Culturais 
� Redução do Metabolismo 
� Vasodilatação Periférica 
� Vasodilatação Periférica 
� Suor ou exudação 
 
# Por que estudar e compreender os sistemas de termorregulação
térmico? 
 
� Melhor entendimento do clima; 
� Conhecimento do relacionamento do homem e meio ambiente.
� Trocas térmicas - necessário uma das duas condições:
 
Corpos com diferentes temperatura: 
o corpo mais “quente” perde calor para o mais “frio” 
 
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 
 
termorregulação e conforto 
do relacionamento do homem e meio ambiente. 
necessário uma das duas condições: 
� Sensação de conforto? : 
 
� Pela definição da ASHRAE: 
É a condição da mente que expressa 
 
� Metabolismo: produção de energia interna (combustíveis orgânicos) 
organismo adquire energia;
• 20% potencializado em trabalho;
• 80% transforma em calor dissipado para manter o equ
 
- Pele: 
• Principal órgão termorregulador;
• Através dela realizam as trocas térmicas;
• Sua temperatura é regulada pelo fluxo sanguíneo que a percorre:
• Mais intenso ����
vasodilatação ou vasoconstricção
 
O papel da vestimenta: 
� A vestimenta representa uma 
calor por convecção; 
� Mantém uma camada, mínima que seja, de ar parado, o que 
dificulta as trocas por convecção e radiação;
� Em clima seco, uma vestimenta adequada mantém
organismo pela transpiração
pois mantém a camada de ar mais ou menos aquecida 
suas propriedades isolantes;
� Foi solicitado no prédio sede da ONU que os funcionários se 
vestissem “adequadamente”, par
energético do ar-condicionado.
� Unidade “clo” = 0,155m2oC/W = 1 terno completo.
 
 
 
 
 
 
 
Trocas Termicas 
Pela definição da ASHRAE: 
mente que expressa satisfação com o ambiente térmico; 
Metabolismo: produção de energia interna (combustíveis orgânicos) →→→→ 
organismo adquire energia; 
20% potencializado em trabalho; 
80% transforma em calor dissipado para manter o equilíbrio. 
Principal órgão termorregulador; 
Através dela realizam as trocas térmicas; 
Sua temperatura é regulada pelo fluxo sanguíneo que a percorre: 
���� mais elevada a temperatura. 
vasodilatação ou vasoconstricção 
A vestimenta representa uma barreira para as trocas térmicas de 
 
Mantém uma camada, mínima que seja, de ar parado, o que 
dificulta as trocas por convecção e radiação; 
Em clima seco, uma vestimenta adequada mantém a umidade do 
organismo pela transpiração; Funciona como isolante térmico 
pois mantém a camada de ar mais ou menos aquecida conforme 
suas propriedades isolantes; 
Foi solicitado no prédio sede da ONU que os funcionários se 
vestissem “adequadamente”, para minimizar o consumo 
condicionado. 
= 0,155m2oC/W = 1 terno completo. 
Notas de Aula CONFORTO TÉRMICO e EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 
Trocas Termicas 
 
 
 
� Mudança do estado de agregação: 
transferência, transmissão ou propagação de calor, propagação ou 
transferência térmica 
 
Transição de energia térmica de uma massa (corpo) mais quente para uma 
massa mais fria. Noutras palavras, é a troca de energia calorífica entre dois 
sistemas de temperaturas diferentes. 
 
� Calor: 
É a nomenclatura atribuída à energia térmica sendo transferida de um 
sistema a outro exclusivamente em virtude da diferença de temperaturas 
entre eles. 
Não é correto se afirmar: 
- Que um corpo possui mais calor que outro, 
- Que um corpo possui calor; 
Os sistemas possuem energia interna e o conceito de energia interna 
não deve jamais ser confundido com o conceito de calor 
 
- Calor sensível: 
Provoca apenas a variação da temperatura do corpo. 
Ou seja, 
a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da 
temperatura de um corpo. 
 
Fenômeno regido pela lei física 
Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de 
calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da 
temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da 
natureza de cada corpo denominada calor específico. 
É representado pela letra Q. 
É medido em caloria por grama (cal/g°C) 
 
� Calor sensível: 
 
Q = c . M . ∆θ 
Onde: 
Q = quantidade de calor sensível (cal ou J). 
c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C). 
m = massa do corpo (g ou kg). 
∆θ = variação de temperatura (°C). 
 
Notas de Aula CONFORTO TÉRMICO e EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Substância c (cal/g°C) 
Alumínio 0,219 
Água 1,000 
Álcool 0,590 
Cobre 0,093 
Chumbo 0,031 
Estanho 0,055 
Ferro 0,119 
Gelo 0,550 
Mercúrio 0,033 
Ouro 0,031 
Prata 0,056 
Vapor d'água 0,480 
Zinco 0,093 
 
 
 
Exemplo: 
Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de 
ferro de 2kg de 20°C para 200°C? 
Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C. 
2kg = 2000g 
 
 
 
 
 
 
 
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 
 
Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de 
 
 
� Calor Latente: 
Provoca algum tipo de alteração na 
É a quantidade de calor que a substância troca por grama de massa durante a 
mudança de estado físico. 
É representado pela letra L. 
É medido em caloria por grama (cal/g
 
QL = m . L 
A quantidade de calor latente (Q) é igual 
de uma constante de proporcionalidade (L).
 
Assim: 
A constante de proporcionalidade é chamada calor latente de mudança de 
fase e se refere a quantidade de calor que 1g da substância calculada 
necessita para mudar de uma fase para outra.
A depender da natureza da substância, também depende de cada mudança de 
estado físico. 
 
Substância T fusão ºC Lf ·10
Álcool etílico -114 105 
Acetona -94.3 96 
Benzeno 5.5 127 
Alumínio 658.7 322-
Estanho 231.9 59 
Ferro 1530 293 
Cobre 1083 214 
Mercúrio -38.9 11.73
Chumbo 327.3 22.5 
Potássio 64 60.8 
Sódio 98 113 
 
 
Trocas Termicas 
Provoca algum tipo de alteração na estrutura física do corpo. 
É a quantidade de calor que a substância troca por grama de massa durante a 
É medido em caloria por grama (cal/g) 
A quantidade de calor latente (Q) é igual ao produto da massa do corpo (m) e 
de uma constante de proporcionalidade (L). 
A constante de proporcionalidade é chamada calor latente de mudança de 
fase e se refere a quantidade de calor que 1g da substância calculada 
se para outra. 
A depender da natureza da substância, também depende de cada mudança de 
·103 (J/kg) T ebulição ºC Lv ·10
3 (J/kg) 
 78.3 846 
56.2 524 
 80.2 396 
-394 2300 9220 
2270 3020 
 3050 6300 
 2360 5410 
11.73 356.7 285 
 1750 880 
 760 2080 
 883 4220 
Notas de Aula CONFORTO TÉRMICO e EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Por exemplo, para a água: 
 
Calor latente de fusão 80cal/g 
Calor latente de vaporização 540cal/g 
Calor latente de solidificação -80cal/g 
Calor latente de condensação -540cal/g 
 
Quando: 
- Q>0: o corpo funde ou vaporiza. 
- Q<0: o corpo solidifica ou condensa. 
 
Exemplo: 
Qual a quantidade de calor necessária para que um litro de água vaporize? 
Dado: densidade da água=1g/cm³ 
Calor latente de vaporização da água = 540cal/g. 
 
 
 
Observamos que os valores de calor latente, não dependem da variação de 
temperatura. Assim podemos elaborar um gráfico de temperatura em função 
da quantidade de calor absorvida. 
 
� Trocas de calor 
# Calorímetro 
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 
Qual a quantidade de calor necessária para que um litro de água vaporize? 
Observamos que os valores de calor latente, não dependem da variação de 
temperatura. Assim podemos elaborar um gráfico de temperatura em função 
 
 
� Mudança do estado de agregação
Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as 
energias térmicas é nula, ou seja:
 
 
(lê-se que somatório de todas as quantidades de calor é igual a zero)
Sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensível como latente.
 
Exemplo:Qual a temperatura de equilíbrio entre uma bloco de alumínio de 200g à 
20°C mergulhado em um litro de água à 80°C? 
Dados calor específico: 
água=1cal/g°C e 
alumínio = 0,219cal/g°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Transmissão de Calor: 
 
Este trânsito de energia térmica pode acontecer pelas seguintes maneiras:
# Calor Sensível 
• condução; 
• convecção; 
• Irradiação; 
 troca térmica SECA não envolve mudança de
 
# Calor latente 
• Calor Latente: 
• Evaporação: 
• Condensação: 
troca térmica ÚMIDA envolve mudança de
 
Trocas Termicas 
Mudança do estado de agregação : 
Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as 
energias térmicas é nula, ou seja: 
ΣQ=0 
se que somatório de todas as quantidades de calor é igual a zero) 
Sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensível como latente. 
Qual a temperatura de equilíbrio entre uma bloco de alumínio de 200g à 
20°C mergulhado em um litro de água à 80°C? 
Este trânsito de energia térmica pode acontecer pelas seguintes maneiras: 
envolve mudança de estado de agregação. 
troca térmica ÚMIDA envolve mudança de estado de agregação. 
Notas de Aula CONFORTO TÉRMICO e EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
 
� Condução Térmica: 
calor se propaga através de um "condutor". 
 
 
 
Troca de calor entre dois corpos que se tocam ou mesmo partes de um corpo 
com temperaturas diferentes. Caracteriza-se por transporta calor e as 
partículas não saírem do lugar. 
A condutividade do material depende da: densidade, natureza química e 
umidade do material. 
 
� Convecção Térmica: 
 
troca de calor entre dois corpos, sendo 
um deles sólido e o outro um fluido 
(gás ou líquido). 
Caracteriza-se por transportar calor e 
as partículas saírem do lu
(deslocamento de partículas),
 
 
 
� (IR)Radiação: 
Troca de calor entre dois corpos, que têm uma distância qualquer entre si, 
através de sua capacidade de emitir e absorver energia térmica. 
 
É consequência
eletromagnética da 
 quando absorvida provoca efeitos
 térmicos. 
 Permite transição de energia sem 
necessidade de um meio de propagação 
(ocorre no vácuo). Cada radiação 
(onda) tem uma cor.
 
 
 
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 
Troca de calor entre dois corpos que se tocam ou mesmo partes de um corpo 
se por transporta calor e as 
A condutividade do material depende da: densidade, natureza química e 
troca de calor entre dois corpos, sendo 
um deles sólido e o outro um fluido 
 
se por transportar calor e 
as partículas saírem do lugar 
(deslocamento de partículas), 
Troca de calor entre dois corpos, que têm uma distância qualquer entre si, 
através de sua capacidade de emitir e absorver energia térmica. 
consequência da natureza 
eletromagnética da energia, que 
quando absorvida provoca efeitos 
 
Permite transição de energia sem 
necessidade de um meio de propagação 
(ocorre no vácuo). Cada radiação 
(onda) tem uma cor. 
 
 
 
 
Trocas Termicas 
 
 
Notas de Aula CONFORTO TÉRMICO e EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
 
 
� Evaporação : 
 
Líquido para o gasoso 
 
 A velocidade de evaporação é função do estado 
higrométrico do ar (quantidade de água retida no ar) e 
de sua velocidade; 
 
Ex.: álcool na mão, 
 molhar uma parede. 
Quanto maior a área maior será a evaporação (exemplo da toalha);
 
 
� Condensação: 
 
Gasoso para o Líquido 
 
Troca térmica úmida decorrente da mudança do estado gasoso do vapor 
d'água contido no ar para o estado líquido. A condensação despende energia.
 
 
Grau higrométrico do ar se eleva a 100%, a temperatura em que se encontra 
é denominada Ponto de Orvalho, 
 
 
 
 
 
 
 
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 
a evaporação (exemplo da toalha); 
Troca térmica úmida decorrente da mudança do estado gasoso do vapor 
d'água contido no ar para o estado líquido. A condensação despende energia. 
0%, a temperatura em que se encontra 
Trocas Termicas