TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM TELHADOS DE DIFERENTES MATERIAIS: CARGA TÉRMICA E CUSTO DO QUILOWATT/HORA PARA CLIMATIZAÇÃO

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TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM TELHADOS DE DIFERENTES 
MATERIAIS: CARGA TÉRMICA E CUSTO DO QUILOWATT/HORA 
PARA CLIMATIZAÇÃO 
 
 
Diego Carrafa dos Santos - diegocarrafa@gmail.com 
Guilherme Menenguci - guilhermemenenguci@gmail.com 
Henrique Nascimento - riq_sn@hotmail.com 
 
 
Instituto Federal do Espirito Santo – Campus São Mateus, Rua Duque de Caxias, nº 194A – Bairro Carapina- 
CEP:29933-030 – São Mateus, ES, Brasil 
 
 
Resumo:O maior ganho térmico em edifícios térreos ocorre principalmente por meio de sua 
cobertura, por ser a superfície mais exposta a radiação solar.No intuito de estabelecer 
alternativas às variáveis resultantes deste ganho térmico foi feito um estudo onde é indicado 
como ocorre essa transmissão de calor envolvendo edificações, mas especificamente os 
telhados. Inicialmente éapresentado como ocorre a transferência de calor e quais seus 
mecanismos, sendo demonstrado os processos de condução, convecção e radiação. Em 
seguida é mostrado os tipos e materiais utilizados para cobertura de edifícios, a carga 
térmica e custo necessário para caso seja necessária uma climatização do local 
coberto.Encontram-se os cálculos realizados para carga térmica ecusto do Quilowatt-hora 
(Kwh). As atividades compreendem estudos bibliográficos, avaliações teóricas e 
experimentaisdesta transferência de calor. 
 
Palavras chave: Transferência, calor, telhado,carga, térmica,energia. 
 
 
 
 
 
HEAT TRANSFERMATERIALS INDIFFERENTROOFS: 
THERMALLOADANDCOST OFKILOWATT/HOUR FORCLIMATE 
 
Abstract: The biggest heat gain in earthen buildings occurs mainly through its coverage, for 
being the surface most exposed solar radiation. In order to establish alternatives to the 
outcome variables of this heat gain was made a study indicating as it happens that heat 
transfer involving buildings, but specifically the rooftops. Initially it appears as heat transfer 
occurs and that its mechanisms, showing like processes conduction, convection and radiation 
occurs. Next is shown the types and materials used for covering buildings, the thermal load 
and cost required to if required cooling the covered area. Are the calculations made for 
thermal load and cost of kilowatt-hour (kWh). Activities include bibliographical studies, 
theoretical and experimental evaluations of this heat transfer. 
 
Keywords: Transfer, Heat, Roof, Load Thermal, Energy. 
 
1. Introdução 
 A maior parte dos materiais da construção civil não é de origem metálica (concreto, tijolo, entre 
outros), assim estes materiais absorvem grande parte da radiação solar, aquecem-se e transferem o calor para o 
interior da edificação (VITTORINO et al., 2003). 
 O aumento da temperatura interna é constatado principalmente nas residências que possuem telhas 
aparentes, ou seja, quando a mesma não possui forro (ou laje) para separar o espaço do teto do restante da 
edificação. Sabe-se que com o uso de telhas metálicas e de vidro o desconforto térmico é maior do que nas telhas 
de fibrocimento (amianto) e de barro, uma vez que nessa última uma parte da energia que incide na superfície 
das telhas é gasta no processo de evaporação da água, absorvida durante a noite pelas telhas em função da 
condensação do vapor de água existente no ar, assim, o fluxo de calor que atinge o interior da residência é menor 
quando comparada com telhas antes citadas. 
 O objetivo deste artigo é descrever os mecanismos de transferência de calor através de elementos que 
compõem os telhados. Estes mecanismos definem o desempenho térmico da edificação e suas consequências no 
consumo de energia e conforto térmico, é apresentado também um estudo de carga térmica para demonstrar 
como pode ser feita a climatização de um edifício com alto nível de calor. Por fim é realizado um cálculo da 
energia gasta para essa climatização, baseado na quantidade de quilowatts-hora (kwh) consumidos durante o 
processo. 
 
2. Transferência de Calor 
 Em um estudo da transferência de calor para coberturas de edificações, devem ser definidos dois 
conceitos importantes: a temperatura e o calor. 
 A temperatura está relacionada à quantidade de energia térmica ou calor num sistema. Na medida em 
que um sistema acumula calor, sua temperatura aumenta. Ao contrário, uma perda de calor provoca uma 
diminuição da temperatura do sistema. O Calor (ou fluxo de calor) é definido como a taxa de energia térmica 
transferida por unidade de tempo devido a uma diferença de temperatura. (INCROPERA,2003) 
 Nas residências térreas a maior parte exposta à radiação solar é o telhado, o qual absorve grande parte 
desta energia e a transfere para o interior das edificações, elevando seus ganhos térmicos e consequentemente, 
aumentando a temperatura interna. 
 A transmissão de calor pode acontecer através de diferentes mecanismos, estes são: 
 Condução térmica: através de materiais que conduzem calor. Há materiais que oferecem maior 
condutividade, como metais e outros com menor condutividade, algumas cerâmicas, isopor e fibra de vidro. 
 Convecção térmica: através de materiais e fluidos que levam calor à medida que se movimentam. A 
convecção pode ser natural (ar quente tende a subir, ar frio a descer), ou forçada (mediante ventiladores e gasto 
de energia). 
 Irradiação: É a propagação da energia (calor) sem que haja a necessidade de um meio material para que 
isso aconteça. Transporte de calor por radiação eletromagnética. É a forma pela qual o calor do sol chega até nós. 
 A radiação solar é composta por radiação infravermelha de onda curta, que ao incidir sobre a superfície 
das telhas, as aquece. Uma parcela deste calor é perdida por convecção e irradiação ao ambiente externo e a 
outra parcela, absorvida pelas telhas, é transmitida ao espaço correspondente ao ático. No interior do ático, o 
calor é transferido das telhas até a superfície do forro por convecção e radiação. O forro absorve parte deste calor 
e o transmite para o espaço interno da residência. (MICHELS, 2007) 
 
Figura 1: Esquema das trocas de calor em um telhado 
Fonte: MICHELS, 2007 
 
 
3. Tipos de coberturas e seus materiais 
 3.1 - Telha Cerâmica (barro) 
 A telha cerâmica, uma das mais antigas e acessíveis opções de telha disponíveis, ainda é uma opção 
muito popular, adequando-se muito bem ao clima tropical e oferecendo uma ótima relação de custo/benefício. 
 É oferecida em uma variedade de formas, que variam quanto ao tipo de encaixe, rendimento por m², 
inclinação exigida dos panos do telhado, proporcionando assim uma considerável variedade de alternativas 
arquitetônicas possíveis com o uso do material. 
As telhas de cerâmica possuem algumas características comuns entre seus diferentes tipos. São elas: Isolamento 
térmico; Isolamento acústico; Difusão do vapor; Variação de volume; Resistência ao fogo. 
 As características como peso, dimensões, resistência entre outros, variam de um tipo de telha cerâmica 
para outro. 
 
 
Figura 2: Telhado composto por telhas de cerâmica. 
Fonte: http://ceramicatelhassalinas.com/ 
 
 3.2 - Telha de Fibrocimento (Amianto) 
 Telha produzida em concreto (cimento de alta resistência, areia classificada e pigmento sintético) com 
padrão de qualidade internacional.São resistentes e leves, por isso precisam de um engradamento de telhado mais 
simples. Devem ser bem fixadas nas terças para que não tenha problemas com chuvas e ventos. 
 Suas principais vantagens são: 
- Alta impermeabilidade. 
- Maior resistência. 
- Resistência a maresia e granizo. 
- Conforto térmico. 
 Os tamanhos encontrados no mercado são próximos a 1,22m X 2,44m (comprimento x largura), 
dependendo do fabricante. São o melhor custo/benefício do mercado. 
 
 
Figura 3: Conjunto de telhas deAmianto 
Fonte:http://www.damale.com.br/ 
 
 
 3.3 - Telha de Vidro 
 Podem proporcionar a entrada de luz, no ambiente, contribuindo para clarear o local e conferir maior 
aquecimento, economizando energia. 
Suas principais características são: Não sofrem o efeito da corrosão; são leves e de fácil manuseio; são 
resistentes e duráveis; proporcionam economia no consumo de energia elétrica; requerem baixa manutenção 
durante sua vida útil. 
 São utilizadas também para coletar a energia do sol. Com um telhado de telhas de vidro transparente, 
o ar coletado, que é aquecido sob as telhas, tal qual uma estufa, é levado e mantido concentrado, para poder 
transferir o calor para um fluido quente, que é usado no sistema de aquecimento da casa. 
 
 
Figura 4: Telhado composto por telhas de vidro e de cerâmica 
Fonte: http://www.engenhariacivil.com/sistema-energia-solar-telhas-transparentes 
 
 
 3.4 - Telha Metálica Galvanizada 
 São telhas de aço que passam pelo processo de galvanização ou zincagem para proteger o aço da telha 
da corrosão atmosférica. As telhas de aço também possuem a vantagem de não serem afetadas pela ação do 
tempo. Costumam ser as escolhidas quando a intenção é cobrir grandes vãos, já que apenas uma telha chega a ter 
quatro metros de comprimento. Para construir a cobertura de um galpão as telhas metálicas estão entre as mais 
indicadas. Em muitos casos, não possibilitam conforto térmico. 
 
 
Figura 5: Telha metálica galvanizada 
Fonte: http://galvatecsteel.com/ 
 
4. Carga Térmica 
 A carga térmica é a quantidade de calor sensível e latente, que deve ser retirada (resfriamento) ou 
colocada (aquecimento) no recinto a fim de proporcionar as condições de conforto desejadas ou manter as 
condições ambientes adequadas para a conservação de um produto ou para realização de um processo de 
fabricação. 
 Para fins de cálculo de carga, uma estrutura pode ser considerada como sendo organizada de forma 
hierárquica: constituído por zonas térmicas, essas são compostas por salas e salas são feitas de paredes, tetos, 
pisos e outros elementos de ganho de calor, como as pessoas, iluminação, equipamentos e infiltração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Normalmente quando utilizamos cálculos de transmissão de calor através de superfícies sólidas, como 
paredes, janelas e telhados, para determinarmos a carga térmica de condicionamento de ar necessitaram no 
equacionamento determinar o valor do Coeficiente Global de Transmissão de Calor (U) destas superfícies, o que 
muitas vezes requer um tempo adicional para pesquisa de matérias e calculo destes coeficientes, desta forma a 
tabela a seguir é uma recomendação de alguns valores que podem ser utilizados para alguns materiais de 
construção utilizados no Brasil. (GERNER, 2012) 
 
Tabela 1: Coeficientes Coeficiente Global de Transmissão de Calor 
Fonte: GERNER, 2012 
Coeficiente Global de Transmissão de Calor (U) 
Materiais de Construção 
Superfície Kcal/h.m². °C W/m².K 
Paredes de Alvenaria 
Bloco de concreto estrudado e=5,0 cm 4,63558 5,39020 
Portas 
Porta de aço – Folha única e= 3,0mm 5,72069 5,65195 
Janelas 
Vidro Simples e = 3,0 mm 5,58189 6,4905 
Laje 
Laje de concreto – Sem isolamento térmico e=10cm 2,77591 3,22780 
Telhado 
Telha de Chapa Galvanizada e=2,3mm 5,72118 6,65253 
Telha de Fibrocimento e=7mm 5,13508 5,97102 
Telha de Barro Cerâmico e=2,5cm 5,12652 5,96107 
 
Figura 6: Zonas de ganhos de Calor 
Fonte: GERNER, 2012 
 
5. Caso Analisado 
Para efeito de cálculo foi considerado: 
 Escritório de dimensões 8m de comprimento, 6m de largura e 3metros de pé direito; 
 Duas janelas de vidro com 1,5x1,2 metros; 
 Porta de aço 2,1x1,6 metros; 
 Seis lâmpadas fluorescentes de 60w; 
 Dois trabalhadores em atividade. 
O objetivo é manter a temperatura internar da oficina em 20 C°. 
Este trabalho pretende abordar apenas os ganhos de calor oriundos do teto, considerando os seguintes tipos de 
superfície: 
 Laje 
 Telha de Chapa Galvanizada 
 Telha de Fibrocimento 
 Telha de Barro Cerâmico 
 
 Para isso necessitamos de conhecer o coeficiente global de Transmissão de Calor de cada material e a 
temperatura externa do ambiente. 
 O Local da estrutura é o um município de São Mateus, situado ao norte do Estado do Espírito Santo. 
Possui as seguintes coordenadas: LAT: 18,714° S LON: 40,848° W e altura em relação ao nível do mar de 39 m. 
O gráfico a segui nos mostra as temperaturas máximas e mínimas na região de São Mateus. 
 
Figura 7: Média Mensal da Temperatura Máxima e Mínima no período de 1976 a 2012 
Fonte: INCAPER, 2012 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Escolha do Telhado 
 
Para a escolha do melhor telhado para a nossa pesquisa, temos que escolher o que ocasiona menor carga térmica 
para o nosso ambiente. Consequentemente, exigindo menos do nosso Ar Condicionado. 
Sabendo que o cálculo da carga térmica por insolação pode ser expressa pela formula, 
 
𝑄 = 𝐴 × 𝑈 × ∆𝑇 
 
Q: carga devida à insolação, W 
A: área de exposição, m² 
U: coeficiente global de transmissão de calor, W/m² °C 
∆T: diferencial de temperatura 
 
Carga térmica de cada mês para cada tipo de cobertura 
 
Figura 8: Mapa de Temperatura máxima no ES 
Fonte: INCAPER, 2014 
 
 
 
 
 Tomando como base uma média das cargas térmicas calculada anteriormente, termos a seguinte tabela, onde 
a Laje se mostrou com menor transferência de calor para o ambiente. 
Carga térmica (w) 
Telhado Q(kw) 
Laje de concreto – Sem isolamento térmico e=10cm 1,549344 
Telha de Chapa Galvanizada e=2,3mm 3,1932144 
Telha de Fibrocimento e=7mm 2,8660896 
Telha de Barro Cerâmico e=2,5cm 2,8613136 
 
Portanto, o telhado que mais protege o ambiente é o de Laje de Concreto. 
 
 
6. Escolha do Ar Condicionado 
 6.1 Calculo Carga Térmica 
 Consiste em determinar a quantidade de calor que deverá ser retirada de um ambiente, dando-lhe 
condições climáticas ideais para o conforto humano. Este cálculo normalmente é realizado conforme a norma 
NB-158 da ABNT, a qual prevê uma forma simplificada e com constantes já definidas para os valores a serem 
considerados. 
 
 
 
 
 
0 1 2 3 4 5
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
Carga Térmica [Kw]
M
es
es
Laje de concreto – Sem 
isolamento térmico e=10cm
Telha de Barro Cerâmico
e=2,5cm
Telha de Fibrocimento e=7mm
Telha de Chapa Galvanizada
e=2,3mm
 
 
Tabela 2: Carga térmica especifica 
Fonte: NBR 6401 
Carga térmica especifica (Kcal/h) 
Pessoas 
Metabolismo homem adulto em escritório 120 
Equipamentos 
Computador 51 
Cafeteira 150 
Frigobar 60,2 
Impressora 17,15 
Bebedouro 55,8 
 
Com os cálculos já feitos e usando um critério de conversão, a tabela a segui mostra a carga térmica necessária 
que precisa ser retirada do ambiente. 
 
 
Carga Térmica - Somatório de todas as formas de calor presentes num ambiente (Kcal/h) 
Laje de concreto 1332,1960 
Paredes 3893,1797 
Janelas 345,494 
Porta 140,3955 
Lâmpadas 309,544 
Pessoas 240 
Equipamentos 334,15 
TOTAL 6594,9592 
 
 
 Pelas considerações feitas neste trabalho, o total de calor será 6594,9592 Kcal/h neste ambiente, sendo 
feita uma conversão para Btu/h, teremos então 26170,91 Btu/h. Como não existe no comércio aparelho com esta 
capacidade exata, deverá ser usado o de capacidade imediatamente superior ou colocar dois aparelhos cuja soma 
das capacidades seja igual ao resultado final. 
 Para efeito de exemplificação.Com base na ANEEL – Agencia Nacional de Energia Elétrica, a tarifa 
em kW/h da ESCELSA - Espírito Santo Centrais Elétricas S/A para 26 de julho de 2015 é de R$0,36660 kW/h. 
 Considerando o aparelho, Ar Condicionado Split 27000 Btu Quente/frio - Inverter - FUJITSU - 220v - 
ASBA30LFC, com Consumo (kW/h): 51,2 dados pelo fabricante, funcionando 10 horas por dia, durante o mês 
inteiro. O custo desse aparelho seria de R$ 187,70 reais por mês. 
 
 
 
 
 
 
7. Conclusão 
 
 A envolvente da edificação integra todos os elementos que separam os ambientes internos das 
condições climáticas externas (paredes, janelas, telhado e piso). Ela funciona como uma espécie de filtro ou 
barreira em que ocorrem trocas de energia térmica (calor) e umidade e ar (infiltração e ventilação). 
 O objetivo deste texto foi tentar descrever de uma forma bastante simplificada o mecanismo de 
transferência de calor através do teto, alterando o tipo de cobertura. Considerando apenas o mecanismo de 
condução no teto, e uns poucos elementos presente no ambiente, a carga térmica foi calcula com auxilia da 
NBR-158. O trabalho abre portas estudos mais elaborados, visto que a carga térmica em ambientes necessita de 
muitas outras considerações. 
 Esse tipo de estudo é de grande importância, pois definem o desempenho térmico do ambiente e suas 
repercussões no consumo energético e conforto térmico. Auxiliando na escolha de aparelhos de ar condicionado 
visando sua máxima eficiência. 
 
Referências 
 
INCROPERA, F; DEWITT, D. Transferência de Calor e Massa. Quinta Edição. 
LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Rio de Janeiro, 2003. 698 p 
 
VITTORINO, F. SATO, N.M.N. AKUTSU, M. Desempenho térmico de isolantes refletivos e barreiras 
radiantes aplicados em coberturas. In: Encontro Nacional de 
Conforto no Ambiente Construído, 2003, Curitiba, Paraná. ENCAC, p. 1277-1284. 
 
MICHELS, CAREN. Análise da transferência de calor em coberturas com barreiras radiantes. 2007. 119 p. 
Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Santa Catarina, 2007. 
 
LAMBERTS, R; DUTRA, L; PEREIRA, F. Eficiência Energética nas Edificações. 
PW Editores. São Paulo, 1997. 188 p. 
 
ÇENGEL, Y.A. Transferência de Calor e Massa – Uma abordagem prática, Mc. Graw Hill, São Paulo, 3ª 
ed., 2009. 
 
Tipos de telhas e suas características. Disponível em <http://pedreirao.com.br/telhados-e-forros/tipos-de-
telhas-e-suas-caracteristicas-passo-a-passo-2/>. 
Acesso em 15/07/2015 
 
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6410. Rio de Janeiro, 1980. Versão corrigida 
 
Aparelhos de ar condicionados. Disponível em <www.fujitsu-general.com/br/products/> 
Acesso em 26/07/2015