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Conforto ambiental:
Arquitetura e urbanismo
Estudo da insolação
Objetivos da aula
Relembrar como se dão os movimentos de translação e rotação da Terra;
Conhecer os digramas solares;
Compreender os conceitos de movimento aparente do Sol, altura solar e azimute.
Dias mais longos?
Já observou como a posição do Sol e a quantidade de horas de Sol muda ao longo do ano? Também se nota esse fenômeno quando viajamos para locais de diferentes latitudes. 
Então, como saber o percurso do Sol ao longo do ano e compreender a necessidade de sombreamento do edifício? De que forma podemos ter certeza de que a intervenção proposta vai ser eficiente?
Para compreendermos como ocorre a insolação em vários pontos do planeta ao longo do ano é necessário primeiro conhecer os movimentos que a Terra realiza em torno do Sol (translação) e de si mesma (rotação). 
Translação
Ao longo do ano, a Terra completa uma volta em torno do Sol, percurso conhecido como movimento de translação da Terra. Como esse movimento ocorre em um formato elíptico em determinados períodos do ano, o planeta fica mais próximo ou distante do Sol, configurando dessa maneira o início das estações do ano: outono (equinócio), inverno (solstício de inverno), primavera (equinócio) e verão (solstício de verão).
Estações do ano
Como vimos, as estações do ano estão relacionadas com a posição da Terra em relação ao Sol. Por isso, é importante compreender que a data do início de cada uma delas varia de acordo com o hemisfério. 
Vejamos quando são os solstícios e equinócios no hemisfério sul e suas características: 
Equinócio de outono (20-21 de março): dias e noites iguais. 
Solstício de inverno (20-21 de junho): noite mais longa do ano. 
Equinócio de primavera (22-23 de setembro): dias e noites iguais. 
Solstício de verão (20-21 de dezembro): dia mais longo do ano.
Rotação
Para compreender como se dão as estações, também precisamos conhecer o movimento de rotação da Terra, giro em torno de si mesma durante o período de um dia. Ao realizar esse movimento sempre haverá uma área recebendo a radiação solar e outra na região de sombra, configurando os períodos que conhecemos como dia e noite.
Além disso, a rotação segue a trajetória do equador celeste e o eixo de rotação da Terra tem uma inclinação de 23,5° com relação à órbita de translação. Devido a essa angulação e à rota elíptica da translação da Terra, ocorrem em julho e dezembro os solstícios (dias ou noites mais longos do ano) e, após três meses, a posição da Terra é tal que esse ângulo não influencia na insolação, gerando dias e noites iguais (LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014).
O que é a carta solar ?
Daigrama que mostra a trajetória aparente do sol ao longo do dia e das estações.
Usada para orientar aberturas, proteções solares e definir estratégias de iluminação e ventilação natural.
Linhas de trajetória do sol (junho, equinócios, dezembro)
Altura solar (ângulo vertical)
Azimute solar (ângulo horizontal)
Ponto cardeal de orientação (geralmente sul no centro)
Elementos da Carta Solar
Como ler uma carta solar ?
A fotografia, feita com uma lente olho de peixe mostra o céu em 360º. O ponto central chamado “Zêniti”é o ponto mais alto do céu considerando que estamos dentro de uma calota celeste. A linha ao redor da imagem, é a linha do horizonte.
Então, o que chamamos de movimento aparente do sol, é o “caminho do sol” que vemos nesta zona de céu. Se projetarmos esse céu e o movimento aparente do sol em planta no plano teremos a abóbada celeste.
Como ler uma carta solar ?
A carta solar, como vemos na imagem é a projeção do hemisfério celeste e do movimento aparente do Sol no plano.
Como ler uma carta solar ?
A ilustração mostra como funciona a visão da carta solar- em uma superfície plana.
Como ler uma carta solar ?
Nessa ilustração vemos com mais detalhes os movimentos aparentes do sol em 3 períodos diferentes: o solstício de verão (21 de dezembro), o solstício de inverno (21 de junho) e os equinócios (21 de março e 21 de setembro).
Como ler uma carta solar ?
Dentro do hemisfério celeste o sol irá ocupar apenas uma zona.
O desenho acima mostra o caminho do sol em um dia específico.
Como ler uma carta solar ?
Para cada latitude haverá uma diferente carta solar.
Em uma latitude 24º sul por exemplo (Latitude de São Paulo) na carta solar a trajetória do sol nesse caso é mais voltada para o norte. Ou seja, nesse caso, boa parte do movimento aparente do sol ocorre ao norte do observador. 
Na ilustração, a linha amarela representa o inverno, a linha vermelha representa o solstício de verão e a linha laranja representa os equinócios (21 Março – Setembro)
Como ler uma carta solar ?
Para cada latitude haverá uma diferente carta solar.
Em uma latitude 24º sul por exemplo (Latitude de São Paulo) na carta solar a trajetória do sol nesse caso é mais voltada para o norte. Ou seja, nesse caso, boa parte do movimento aparente do sol ocorre ao norte do observador. 
Na ilustração, a linha amarela representa o inverno, a linha vermelha representa o solstício de verão e a linha laranja representa os equinócios (21 Março – Setembro)
Como ler uma carta solar ?
As cartas solares trazem 1 linha representativa no mês (normalmente dia 21 ou 22 de cada mês) para apresentar as informações de forma mais resumida.
Como ler uma carta solar ?
As cartas solares trazem 1 linha representativa no mês (normalmente dia 21 ou 22 de cada mês) para apresentar as informações de forma mais resumida.
Aa linhas em vermelho na carta solar, representam as horas do dia. Como vemos, o sol nasce antes das 6h e se põe depois das 18h. Já no período de inverno, ( Junho/ Julho) o sol nasce às 7h e se põe às 17h.
Em Parnaíba, PI, durante o inverno, o sol nasce por volta das 5:55 e se põe por volta das 17:37. É importante notar que essas são as horas mais extremas do ano, e os horários podem variar ligeiramente ao longo da estação. 
Como identificar exatamente onde o sol está ?
Já falamos que a carta solar traz a localização exata do sol na calota ou hemisfério celeste.
Primeiro vamos apresentar os conceitos de azimute e altitude solar.  
A altitude do Sol é o ângulo entre o plano do observador e o sol;
O azimute é o ângulo entre o norte e a posição do sol em planta.
Como identificar exatamente onde o sol está ?
Com base nessas informações é possível identificar na carta solar os elementos que representam a altitude e o azimute.
O azimute na carta solar fica localizado na borda, sendo representado por esses traços que determinam os ângulos que vão de 10º a 360º.
Como identificar exatamente onde o sol está ?
Uma vez que você sabe como ler uma carta solar, precisamos aplicá-la em uma situação real de projeto ou aplicar ela em uma fachada por exemplo:
Nesse caso, você precisa alinhar o norte da carta solar com o norte do projeto. A fachada nordeste do exemplo, “enxerga” somente a metade do hemisfério celeste. A parcela de céu que vemos fora da fachada é a que está incidindo.
Uma carta solar bem utilizada em uma fachada já nos traz informações importantes de como vai ser a incidência solar ao longo do ano todo.
Transferidor de Ângulos
Existe um outro instrumento auxiliar que é o transferidor de ângulos, ele converte os ângulos dos elementos construtivos para a geometria solar . Essa ferramenta é utilizada para o dimensionamento de brises.
O transferidor possui as mesmas dimensões da carta solar e contém informações relativas a 3 tipos de ângulos: alfa, beta e gama.
O ângulo alfa representa o ângulo formado entre o plano horizontal e o plano vertical. Ele pode ter valores entre 0º (linha do horizonte) e 90º (zênite). Conforme esse plano se inclina a partir do Zênite em direção ao horizonte, o ângulo alfa diminui.
O ângulo beta representa o azimute de um brise, que está sendo projetado, esse valor irá variar de 0º a 90º.
O ângulo gama é traçado da mesma forma que o alfa mas ele é rotacionado em 90 graus em relação ao plano do Alfa.
Trajetória aparente do Sol 
Apesar de sabermosque na realidade é a Terra que se move em torno do Sol, para possibilitar o estudo da insolação, consideramos o movimento aparente do Sol do ponto de vista de um observador fixo na Terra (ponto chamado de nadir), ou seja, imaginamos que a Terra está parada e o Sol se movendo. 
Além disso, para o estudo da insolação é essencial conhecer os ângulos azimute e altura solar. 
Como mostra a figura, o azimute (destacado em laranja) é o ângulo entre o norte e a projeção do Sol no plano horizontal em determinado momento. 
Já a altura solar é vista na figura em verde, sendo o ângulo entre o plano horizontal e o Sol.
Diagramas solares
Os diagramas solares (ou cartas solares) são cartas auxiliares traçadas a partir da projeção da trajetória aparente do Sol em vários dias do ano. Como mostra o exemplo da figura, com esse instrumento é possível encontrar o azimute (linhas retas que partem do ponto nadir; veja um exemplo em destaque na cor rosa) e a altura solar (círculos tracejados; veja um exemplo em destaque na cor laranja) para vários momentos do ano. Observe que as linhas curvas na horizontal (destacadas em verde) representam a trajetória solar em vários dias do ano, e as horas do dia são representadas pelas linhas curvas verticais (destacadas em azul marinho).
Insolação da fachada
Além de encontrar os ângulos azimute e altura solar, o diagrama solar também serve para identificar as horas de Sol que uma fachada recebe. 
Nesse caso, é necessário conhecer a orientação dessa fachada e posicioná-la no diagrama solar. 
Depois basta analisar os momentos de insolação.
Estudo da insolação
Diagrama solar e mascaramento
Entorno
Quando estudamos a insolação que atinge uma fachada ou abertura, além de conhecer o caminho do Sol por meio do digrama solar, também é preciso analisar o entorno para verificar se essa fachada ou abertura é sombreada por algum elemento como um edifício ou vegetação, por exemplo. 
Logo, o traçado da sombra do entorno é um procedimento importante para compreendermos a influência dele.
Sombreamento do entorno
Para se desenhar corretamente a sombra de um edifício em determinado momento do ano, é necessário conhecer o azimute e a altura solar. Com esses dados em mãos, é possível calcular o comprimento da sombra por meio de dois métodos: da trigonometria e da geometria. 
ZÊNITE
N
A segunda opção seria desenhar o corte da edificação no mesmo ângulo do azimute e encontrar o comprimento da sombra traçando o raio solar incidente conforme o ângulo da altura solar.
Exemplificando
Vejamos como se desenha a sombra do edifício a seguir no dia 23 de setembro às 15h00, supondo que ele se localiza em São Paulo (latitude -23,61º) e tem 4 metros de altura.
Tendo a carta solar da cidade em questão em mãos, é necessário identificar no diagrama solar a posição do Sol no momento citado (ponto em vermelho na figura).
Então, encontra-se o azimute (tracejado em rosa) e a altura solar (tracejado em laranja). 
 Assim, temos: 
A = 292º (azimute) 
H = 40º (altura solar).
0,8391
4m
Outra possibilidade é utilizar a geometria desenhando o corte da edificação e a altura solar para conhecer o comprimento da sombra. 
Em seguida se desenha a sombra em planta. Para isso, em cada aresta da edificação, traça-se uma reta com o comprimento da sombra (4,767 m) no ângulo do azimute (292) com relação ao norte (linhas rosas). Por fim, basta ligar as linhas e pintar a porção sombreada. 
Desenhar a sombra de uma edificação é fácil, mas não se esqueça de confeccionar todos os desenhos em escala! Além disso, é importante considerar a posição do Sol, analisando no diagrama solar a posição dele em relação ao ponto central (nadir) para sabermos o sentido da sombra em determinado momento.
Uma boa maneira de compreender o percurso do Sol é desenhar a sombra de uma obstrução em diferentes horários do dia e momentos do ano. Qual será a diferença no comprimento e sentido da sombra entre a manhã e a tarde? E quanto aos equinócios e solstícios?
Transferidor de ângulos
Além do diagrama solar, outro instrumento importante para o estudo da insolação das edificações é o transferidor de ângulos, que auxilia no traçado de máscaras de sombra, assim como no dimensionamento de proteções solares das aberturas como o brise vertical e horizontal com valores que variam de 0 a 90°. Como se observa na figura, o ângulo α é representado pelas linhas rosas; o β , pelas linhas pretas; e o γ ; pelas linhas verdes.
Ângulo alfa
Cada ângulo do transferidor representa um ângulo da construção, o ângulo α (destacado em rosa) representa o ângulo em corte formado entre o plano do horizonte do observador e o ponto máximo de obstrução horizontal e auxilia no traçado da obstrução de arestas horizontais superiores perpendiculares à normal da fachada. 
Ângulo gama
Já o γ (destacado em verde) representa o ângulo em vista formado entre o plano do horizonte do observador e o ponto máximo de obstrução vertical para a direita e esquerda e serve para determinar a obstrução de arestas horizontais superiores, mas paralelas à normal da fachada. 
Ângulo beta
Por fim, o ângulo β é traçado em planta e se refere ao ângulo formado entre a normal do observador e o ponto máximo de obstrução de uma aresta vertical.
Máscaras de sombra 
Segundo Bittencourt (2004), a máscara de sombra é a representação gráfica nas cartas solares dos obstáculos que impedem a visão da abóboda celeste por um observador localizado em um ponto qualquer. Assim, a máscara de sombra é um poderoso instrumento para a análise da insolação em determinado ponto de interesse.
Vejamos como se traça a máscara de sombra do edifício, considerando o observador identificado na figura, localizado em São Paulo, SP.
Primeiro, é necessário identificar os ângulos para cada ponto de obstrução. Em planta, foram identificados os ângulos β1 (40°) e β2 (56°); já o ângulo α é de 53° e foi encontrado por meio do corte A. Note que para o observador em questão a aresta horizontal paralela à normal da fachada não causa sombra e, portanto, não é necessário determinar o ângulo γ, como geralmente ocorre com obstruções à frente do observador.
Então, posiciona-se o transferidor de ângulos sobre o diagrama solar, considerando a orientação da obstrução com relação ao observador, e identificam-se os ângulos no transferidor como se vê na figura. Por fim, pinta-se a região formada pelas linhas α1 (linha rosa), β1 e β2 (linhas vermelhas), como mostra a figura a seguir.
A área pintada representa o período em que o observador é sombreado pelo obstáculo. Assim, nota-se na figura que o ponto recebe Sol na maior parte do ano, sendo sombreado entre às 9h30 e 16h00 apenas em alguns meses.
importante
Ao estudar a insolação que incide em uma fachada, é importante desenhar a máscara de sombra em pontos estratégicos como no centro das aberturas. Assim, é possível analisar em qual período a abertura tem a insolação obstruída e quando será necessário projetar uma proteção para a abertura.
Principais conceitos: 
Transferidor de ângulos: auxilia no traçado de máscaras de sombra, assim como no dimensionamento de proteções solares das aberturas. 
Máscara de sombra: representa graficamente os obstáculos que impedem a visão da abóboda celeste em um ponto qualquer nos diagramas solares.
Relembrando:
Relembrando:
Relembrando:
Relembrando: projeção estereográfica
Relembrando: projeção estereográfica
Relembrando: projeção estereográfica
Relembrando: projeção estereográfica
CARTAS SOLARES 
CARTAS SOLARES 
CARTAS SOLARES 
CARTA SOLAR PARNAÍBA:
Solstício de Inverno
22 de julho
Solstício de Verão
22 de dezembro
Equinócios
21 de março/24 de setembro
Softwares e Ferramentas:
Analysis SOL-AR: Um software gráfico do LabEEE/UFSC que permite gerar cartas solares para uma dada latitude, útil para projetos de proteção solar. 
Sunpath: Um software para análise de trajetórias solares e projeção de sombras. 
Shadowmap: Uma ferramenta de simulaçãointerativa de luz solar em 3D que permite visualizar e analisar o sol e as sombras ao longo do ano. 
Climate Consultant: Um software gratuito, ideal para estudos solares. 
ZBBR: Um software do LabEEE/UFSC, que ajuda no zoneamento bioclimático do Brasil. 
Outros softwares: LabEEE/UFSC oferece uma variedade de softwares, incluindo Analysis 1.5, Analysis BIO, AvalCon-RIO, Declinação Magnética, Luz do Sol, Netuno, Psychros, ReZbBr, e ZBBR. 
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