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CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CONCEITOS FÍSICOS BÁSICOS Quando dois corpos trocam de calor em busca do equilíbrio térmico, esse fenômeno pode ocorrer de duas formas: com a mudança de temperatura dos dois corpos, ou ainda sem mudança de temperatura, mas com a mudança de estado físico da água. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA SECAS Radiação Condução Convecção Condensação Evaporação ÚMIDAS TROCAS TÉRMICAS Com mudança de temperatura. Com mudança do estado físico da água. Pode-se observar, no exemplo da água, com troca de calor constante existem momentos em que a temperatura varia, que é o chamado Calor Sensível, ou momentos em que a temperatura não varia e o calor é usado para a mudança de estado físico, que é chamado de Calor Latente. CALOR LATENTE FUSÃO VAPORIZAÇÃOLÍQUIDOSÓLIDO GÁS CALOR LATENTE CALOR SENSÍVEL CALOR SENSÍVEL CALOR SENSÍVEL TE M PE R AT U R A CALOR 100ºC 0ºC CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA TROCAS TÉRMICAS SECAS CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA RADIAÇÃO CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA A troca de calor por radiação é aquela que ocorre entre mais de um corpo, à distância, através da emissão de radiação. Vale ressaltar que radiação não é calor, mas os corpos transformam o calor em radiação, que também é um tipo de energia. Essa radiação é emitida por um corpo e absorvida por outro e assim torna-se calor. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA DISTÂNCIA RADIAÇÃO EMITE RADIAÇÃO ABSORVE RADIAÇÃO TRANSFORMA EM CALOR RADIAÇÃO NÃO É CALOR Além disso, quanto maior à temperatura de um mesmo objeto, mais as partículas se movimentam e mais radiação ele emite. Porém, deve-se ter em mente que cada superfície tem uma capacidade distinta de emitir radiação. menor emissão maior emissão CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA De toda a radiação que incide sobre um corpo opaco parte é refletida (R) e a outra parte é absorvida (A). No caso de corpos transparentes, a radiação pode ainda ser transmitida (T). Mesmo que não esteja absorvendo ou refletindo, o corpo emite (E) radiação para o ambiente. A A A R RADIAÇÃO R EE E E E A A RR EE T E E RADIAÇÃO OBJETO OPACO OBJETO TRANSPARENTE CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA RADIAÇÃO RADIAÇÃO ÁREA ÁREA Quanto mais perpendicular a radiação atingir uma superfície, mais ela é absorvida pela superfície. Quanto mais inclinada a radiação é em relação à superfície, a mesma intensidade é espalhada por uma área maior, fazendo com que um determinado ponto absorva menos radiação. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA RADIAÇÃO PERPENDICULAR EM RELAÇÃO À SUPERFÍCIE RADIAÇÃO INCLINADA EM RELAÇÃO À SUPERFÍCIE O Sol transmite calor para os corpos que o circulam a partir da radiação. Vale lembrar que a radiação é o tipo de troca térmica que ocorre entre dois objetos localizados à uma certa distância e pode ocorrer mesmo no vácuo. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA A radiação eletromagnética solar é composta por um espectro, ou seja, um conjunto de ondas com comprimentos e frequências diferentes. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA ESPECTRO TÉRMICO LUZ VISÍVEL RAIOS XRAIOS GAMA UV IR FM AMMICROONDAS ONDAS LONGAS DE RÁDIO FREQÜÊNCIA COMPRIMENTO DE ONDA A radiação solar atinge o edifício, sendo absorvida pelas superfícies e aquecendo os elementos expostos. Esses elementos aquecidos são capazes de emitir radiação infravermelha, tanto para o exterior quanto para o interior. RADIAÇÃO SOLAR ONDAS CURTAS RADIAÇÃO INFRAVERMELHA ONDAS LONGAS CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA A R R A R R E E E E E E A transparência está ligada a tipos diferentes de ondas. Um determinado material, como o vidro, é transparente para radiação visível, porém é opaco para ondas infravermelhos. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA O chamado efeito estufa acontece quando a radiação de onda curta vinda do Sol atravessa o vidro e aquece o interior. A radiação de onda longa emitida pelo interior por sua vez não consegue atravessar o vidro de volta, fazendo com que a temperatura se eleve com grande velocidade. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA RADIAÇÃO SOLAR ONDAS CURTAS RADIAÇÃO INFRAVERMELHA ONDAS LONGAS A R R A R R E E E A R R T E R R R R CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 ABSORÇÃO ONDAS CURTAS FA TO R D E EM IS SÃ O O N D A S L O N G A S 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 AL UM ÍN IO PO LID O NO VO AS FA LT O PIN TU RA PR ET A AL UM ÍN IO PO LID O OX ID AD O AÇ O GA LV AN IZA DO N OV O VID RO C AI AÇ ÃO N OV A CO NC RE TO AP AR EN TE TIJ OL O AP AR EN TE PIN TU RA “A LU MÍ NI O” PIN TU RA B RA NC A Pintura na cor branco: absorve pouca radiação solar (onda curta), mas emite muita radiação infravermelha (onda longa). CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Os materiais absorvem diferentes parcelas de radiação e também emitem quantidades diferentes de radiação mesmo estando à mesma temperatura. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CONDUÇÃO CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA A condução é a troca térmica que ocorre por diferença de temperatura entre dois corpos em contato ou em um mesmo corpo com partes a diferentes temperaturas. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CONTATO CONDUÇÃO DISTÂNCIA SEM CONDUÇÃO A troca de calor por condução depende da área que está em contato, da espessura do corpo em que o calor deve atravessar e do tipo de material. Cada material apresenta capacidade diferente de conduzir calor. A essa característica dá-se o nome de Condutividade. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA MATERIAL α MATERIAL α MENOR ESPESSURA CONDUÇÃO MAIS RÁPIDA MATERIAL α MENOR ÁREA CONDUÇÃO MAIS LENTA MATERIAL β MAIOR CONDUTIVIDADE CONDUÇÃO MAIS RÁPIDA Alguns tipos de objetos possuem elementos com características que dificultam a condução do calor. A madeira dificulta a transferência de calor, se comparada com o aço. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Em um edifício o ganho de calor principal ocorre por radiação, porém a condução ocorre nos elementos construtivos, e conduzem o calor entre a superfície externa e a interna. A condução é responsável também pela perda de calor entre a superfície interna e externa. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CONVECÇÃO CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Quanto maior o ganho de calor, maior é o movimento molecular, e mais afastadas as partículas se tornam ocupando mais espaço e reduzindo a densidade. Quanto menor o calor, o inverso ocorre, aumento a densidade do corpo. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CALORCALORCALOR Um fluido, quando é aquecido, diminui sua densidade e com isso torna-se mais leve, movimentando-se para cima e ocupando o espaço da massa mais fria. Essa última, aumenta sua densidade,tornando-se mais pesada e movimentando-se para baixo. A esse movimento dá-se o nome de convecção. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA MAIS LEVE SOBE MASSAS DE ÁGUA COM TEMPERATURAS DIFERENTES MAIS PESADO DESCE Na movimentação das massas, quando o fluido entra em contato com uma superfície sólida, ocorre a transferência de calor. Se a superfície sólida for mais quente reduz sua temperatura e cede energia térmica para o fluido que continua sua movimentação. Vale ressaltar que a troca de calor por convecção também pode ocorrer do fluido para o sólido. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CORPO SÓLIDO CORPO SÓLIDO CORPO SÓLIDO CORPO FLUIDO CORPO FLUIDO CORPO FLUIDO Em alguns casos, torres de exaustão em telhados giram pela movimentação ascendente do ar e não necessitam de motor. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA TROCAS TÉRMICAS ÚMIDAS CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA UMIDADE CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA A umidade é a quantidade de água contida em um determinado volume de ar. Ela pode ser medida de duas maneiras: a Umidade Absoluta e a Umidade Relativa. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA ABSOLUTA RELATIVA UMIDADE Quantidade de água, normalmente medida em gramas, para cada quantidade de ar seco, normalmente medido em quilogramas. Porcentagem de água presente no ar a uma determinada temperatura, comparada a quantidade máxima que esse ar pode absorver. Umidade Absoluta é a quantidade de água, normalmente medida em gramas, para cada quantidade de ar seco, normalmente medido em quilogramas. + Quantidade em gramas de água 01 quilograma de ar seco CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Umidade Relativa é a porcentagem de água presente no ar a uma determinada temperatura, comparada a quantidade máxima de água que esse ar pode absorver. Quantidade máxima que o ar pode absorver a determinada temperatura volume de ar Quantidade de água existente no volume de ar CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Quanto mais quente está o volume de ar, maior é a capacidade de absorver água. Com o afastamento das partículas, outras partículas podem ser incorporadas. Com o resfriamento do ar, o inverso ocorre. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Se um volume de ar tem uma quantidade de água máxima a ser absorvido, e essa quantidade é atingida, diz-se que o ar está saturado. Lembre-se que essa quantidade é relativa pois depende da temperatura do ar. SATURADO Não pode mais absorver água na presente temperatura. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA INSATURADO Pode absorver mais água na presente temperatura. SECO Ar sem presença de água. Quanto mais quente é o ar, mais água é absorvida. Se o ar saturado, ou seja, com 100% da umidade possível, tiver sua temperatura reduzida, não suporta mais a quantidade de água absorvida. Se o ar saturado, tiver sua temperatura aumentada, deixará de ser saturado e será possível absorver mais água. 25 20 15 10 05 00 60% 50% 40% 30% 20% 10% 00 05 10 15 20 25 30 35 g/kg ºC CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CARTA PSICROMÉTRICA 25 20 15 10 05 00 60% 50% 40% 30% 20% 10% 00 05 10 15 20 25 30 35 g/kg ºC Observe que o ar saturado, ou seja, com 100% de umidade relativa a 30ºC possui mais de 25 gramas em cada quilograma de ar. Porém, ele saturado a uma temperatura de 15ºC possui um pouco mais de 10 gramas. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CARTA PSICROMÉTRICA EVAPORAÇÃO E CONDENSAÇÃO CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Da mesma maneira, quando um ar não possui a quantidade máxima de água possível de ser absorvida, e entra em contato com um corpo d’água, ele é capaz de absorver uma determinada quantidade. A esse fenômeno dá-se o nome de evaporação. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA AR COM MENOR UMIDADE AR COM MAIOR UMIDADEEVAPORAÇÃO CORPO D’ÁGUA Se um ar saturado, ou seja, com a quantidade máxima de água possível reduz a temperatura, ele não consegue mais segurar a mesma quantidade de água de antes, liberando no espaço. A essa fenômeno dá-se o nome de condensação. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA CONDENSAÇÃO AR SATURADO AR SATURADO TEMPERATURA ELEVADA TEMPERATURA REDUZIDA A utilização de corpos d’água próximo a edificações pode ser benéfico para o conforto em casos de regiões quentes e secas. A água é evaporada, aumentando a umidade relativa do ar e reduzindo a temperatura do mesmo. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA Orvalho se forma pela condensação da água contida em uma massa de ar saturado, quando a temperatura reduz durante a noite. CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 1 UGO SANTANA
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