ILHAS DE CALOR

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UNIVERSIDADE DO OESTE PAULISTA – UNOESTE 
CAMPUS II 
 
 
 
 
ILHAS DE CALOR 
Fundamentos de Física e Matemática 
 
 
 
DISCENTE: 
GEOVANA MARIA DA SILVA SOUZA 
281912254 
 
DOCENTE: 
VAGNER CAMARINI ALVES 
 
 
 
 
 
Arquitetura e Urbanismo 
 
 
 
 
 
Presidente Prudente 
2020 
 
 
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Sumário 
DEFINIÇÃO..................................................................................................................3 
IMPACTOS DAS ILHAS DE CALOR............................................................................3 
CARACTERISTICAS DAS ILHAS DE CALOR.............................................................4 
TEMPERATURAS DE AR MAIS ELEVADAS...............................................................4 
TEMPERATURAS DE SUPERFÍCIES MAIS ELEVADAS............................................5 
EFEITOS MAIS INTENSOS EM DIAS MAIS CLAROS E CALMOS.............................6 
AUMENTOS COM A URBANIZAÇÃO..........................................................................7 
MEDIÇÃO E SIMULAÇÃO DAS ILHAS DE CALOR.....................................................8 
A FÍSICA DAS MEDIÇÕES DE ENERGIA RADIATIVA................................................9 
BALANÇOS DE ENERGIA............................................................................................9 
MATERIAIS FRESCOS PARA PAVIMENTAÇÃO.......................................................10 
REDUÇÃO DAS ILHAS DE CALOR E COMUNIDADES MAIS 
CONFORTÁVEIS.............................................................................................11 
REDUÇÃO DE TEMPERATURAS...................................................................11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DEFINIÇÃO 
Ilhas de calor são formadas em áreas urbanas e suburbanas porque muitos 
dos materiais de construção que são mais utilizados absorvem e retêm mais 
calor do sol do que os materiais naturais nas áreas rurais menos urbanizadas. 
Esse aquecimento é causado pois a maior parte dos materiais é impermeável e 
estanque, e por isso não há umidade disponível para dissipar o calor do sol. Há 
também a combinação de materiais escuros dos edifícios e pavimentos com 
configuração do tipo cânion absorve e armazena mais energia solar. Em 
superfícies escuras, a temperatura pode chegar a 88ºC durante o dia. Ao 
mesmo tempo que superfícies com vegetação e solo úmido sob as mesmas 
condições atingem apenas 18ºC. 
O calor produzido pelo homem, velocidades menores de vento e poluição do ar 
em áreas urbanas são fatores que contribuem para a formação das ilhas de 
calor. 
Em algumas áreas urbanas, durante o verão, as sombras ao redor dos edifícios 
podem até criar áreas mais frescas durante alguns períodos do dia. Mas na 
grande maioria das cidades ao redor do mundo, os efeitos das ilhas de calor no 
verão são vistos como um problema. 
As ilhas de calor contribuem para o desconforto das pessoas, para problemas 
de saúde, contas de energia mais elevadas e maior poluição. Além do efeito 
estufa, as ilhas de calor vêm reduzindo as condições habitacionais de áreas 
urbanas e suburbanas. 
 
IMPACTOS DAS ILHAS DE CALOR 
Os impactos negativos das ilhas de calor afetam muitas pessoas de várias 
maneiras. As temperaturas elevadas, a falta de sombra e o aumento da 
poluição do ar têm sérios efeitos sobre a saúde da população. As pessoas 
desperdiçam dinheiro ao aumentar o consumo de energia, ao buscar maiores 
esforços para construção e manutenção de infraestruturas, para gerenciar 
enchentes e para a disposição de resíduos. Além disso, as técnicas 
construtivas insustentáveis que promovem as ilhas de calor tendem a não ser 
atraentes, chamativas ou saudáveis para a flora e fauna urbana. 
Os benefícios da mitigação das ilhas de calor são muitos. A utilização de 
coberturas e pavimentos frescos, e árvores e vegetação impacta diretamente 
proprietários e usuários onde esses recursos são implantados. 
 
 
 
 
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CARACTERÍSTICAS DAS ILHAS DE CALOR 
 
 As ilhas de calor apresentam cinco características comuns: 
1. Em comparação com áreas rurais não urbanizadas, a ilha de calor é 
mais quente em geral, com padrões de comportamento distintos. Ilhas 
de calor são geralmente mais quentes após o pôr do sol, quando 
comparadas ás áreas rurais e mais frescas após o amanhecer. O ar no 
“dossel urbano” abaixo das copas das árvores e edifícios, pode ser até 
6ºC mais quente do que o ar em áreas rurais. 
2. As temperaturas do ar são elevadas em consequência do aquecimento 
das superfícies urbanas, uma vez que superfícies artificiais absorvem 
mais calor do sol do que a vegetação natural. 
3. Essas diferenças nas temperaturas do ar e na superfície são realçadas 
quando o dia está calmo e claro. 
4. Áreas com menos vegetação e mais desenvolvidas tendem a ser mais 
quentes, e ilhas de calor tendem a ser mais intensas conforme o 
crescimento das cidades. 
5. Ilhas de calor também apresentam ar mais quente na “camada limite” 
uma camada de ar até 2.000m de altura. Elas geralmente criam colunas 
de ar mais quentes sobre as cidades, e inversões de temperatura (ar 
mais quente sobre o ar mais frio) causadas por elas não são incomuns. 
 
TEMPERATURAS DE AR MAIS ELEVADAS 
A diferença entre as temperaturas do ar urbano e rural, também chamada de 
força ou intensidade da ilha de calor, é comumente utilizada para medir o efeito 
da ilha de calor. Essa intensidade varia ao longo do dia e da noite. Essa 
intensidade varia ao longo do dia e da noite. Pela manhã, a diferença de 
temperatura entre áreas urbanas e rurais é geralmente menor. Essa diferença 
aumenta ao longo do dia conforme as superfícies urbanas se aquecem e 
esquentam o ar urbano. A intensidade da ilha de calor geralmente é mais forte 
a noite, uma vez que as superfícies urbanas continuam a liberar calor e 
diminuem o arrefecimento durante a noite. 
As figuras a seguir mostram as temperaturas do ar e a intensidade de uma ilha 
de calor. 
 
 
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O padrão diário da ilha de calor em Melbourne – com seu pico de intensidade á 
noite, que diminui gradativamente durante o dia – é característico das ilhas de 
calor na maioria das cidades de clima e latitude moderadas. Porém, a 
magnitude da intensidade das ilhas de calor e seus horários de pico variam de 
cidade pra cidade. 
 
TEMPERATURAS DE SUPERFÍCIES MAIS ELEVADAS 
Outra característica distinta dos efeitos das ilhas de calor são as temperaturas 
de superfícies mais elevadas. As temperaturas de superfície são bem mais 
variantes do que as temperaturas do ar ao longo do dia. Muitas superfícies 
urbanas, como coberturas e calçadas, são aquecidas rotineiramente pelo sol, e 
suas temperaturas podem ficar de 27ºC a 50ºC mais quentes do que o ar. 
 
 
 
 
 
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Uma visão mais detalhada de temperaturas de superfície urbana pode ser 
obtida a partir de uma aeronave, uma vez que esta pode voar mais próxima á 
superfície terrestre e assim uma aeronave, uma vez que esta pode voar mais 
próxima a superfície terrestre e assim pode coletar imagens com maior 
resolução. 
 
EFEITOS MAIS INTENSOS EM DIAS CLAROS E CALMOS 
O efeito da ilha de calor é mais intenso em dias calmos e claros, e é mais fraco 
em dias nublados e com ventos, uma vez que mais energia solar é capturada 
em dias claros, e ventos mais brandos removem o calor de maneira mais lenta, 
fazendo com que a ilha de calor se torne mais intensa. 
 A figura a seguir mostra como as condições meteorológicas podem afetar a 
ilha de calor. 
 
 
 
 
 
 
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AUMENTOS COM A URBANIZAÇÃO 
Conforme as cidades vão se expandindo, ilhas de calor também tendem a ficar 
mais intensas. Análises de dados históricos das condições meteorológicas 
demonstram que as intensificações das ilhas de calor coincidem com o 
desenvolvimento de áreas urbanas e suburbanas. As figuras a seguir 
apresentam os resultados das pesquisas realizadas em Phoenix, no estado do 
Arizona e em Mesa, Tempe,também no Arizona sobre a crescente 
urbanização no último século. As temperaturas máximas e mínimas do ar em 
tais cidades são comparadas a temperatura de Sacaton, uma área rural, no 
deserto do Arizona. 
 
 
 
 
 
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Para reduzir os efeitos das ilhas de calor, deve-se primeiro entender as suas 
causas. 
As principais características urbanas que contribuem para a formação de ilhas 
de calor estão listadas no quadro abaixo. 
 
 
 
MEDIÇÃO E SIMULAÇÃO DAS ILHAS DE CALOR 
A medição dos efeitos de uma ilha de calor sobre um clima regional é de 
grande utilidade e interessante, mas não é um indicativo do quão eficaz seriam 
as medidas de mitigação para reduzir os impactos da ilha de calor. É ai que a 
simulação se faz necessária. 
 Estações fixas 
O método mais simples e comum para analisar uma ilha de calor 
é comparar dados sobre as condições meteorológicas de duas ou 
mais localidades físicas. A maioria das cidades ao redor do 
mundo possui estações meteorológicas com informações 
acumuladas durante anos sobre temperaturas do ar, velocidades 
dos ventos, nebulosidade, umidade e níveis de precipitação. 
Algumas estações também incluem informações sobre radiação 
solar, em termos de watts por metro quadrado ou uma 
porcentagem da radiação solar total disponível. 
 
 Transectos móveis 
Maneira econômica de estudar uma ilha de calor em áreas 
urbanas, suburbanas e seus arredores rurais. 
 
 
 
 
 
 
 
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 Sensoriamento Remoto 
Pode ser usado para medir temperaturas e outras características 
de superfícies, como por exemplo, coberturas, pavimentos, 
vegetação e solo nu, por meio da medição da energia refletida e 
emitida a partir deles. 
 
A FÍSICA DAS MEDIÇÕES DE ENERGIA RADIATIVA 
A energia radiativa é transmitida através de partículas eletromagnéticas, 
chamadas fótons, que atuam basicamente como ondas. Ela é classificada de 
acordo com os comprimentos das ondas. 
Todas as superfícies emitem energia térmica de acordo com a Lei de Planck, 
que diz que o máximo de energia que pode ser emitida a partir de uma 
superfície perfeita, chamada de corpo negro, depende da quarta potência da 
temperatura da superfície: 
Energia emitida de um corpo negro = 𝜎𝑇4 
𝜎 = constante de Stefan-Blotzmann (5,67 𝑥 10−8 𝑊/𝑀2 𝐾4). 
Nenhuma superfície real é um corpo negro, portanto, para superfícies reais: 
Energia real emitida = 𝜀𝜎𝑇4 
Onde 𝜀 é a emissão da superfície, um valor entre 0 e 1. A emissão térmica é 
sempre emitida em forma de uma curva. O pico de onda para cada temperatura 
é definido pela lei de Wien, como: 
Comprimento de onda máximo: 𝑌𝑚á𝑥 = 2,88 𝑥
10−3 
𝑇
 
Onde a temperatura, T, deve ser em Kelvin. 
 
BALANÇOS DE ENERGIA 
A medição do fluxo de energia de e para superfície é uma maneira sofisticada 
de medir os efeitos das ilhas de calor. Esse método também proporciona um 
melhor entendimento das origens das ilhas de calor. 
A equação de balanço de energia é baseada na primeira lei da termodinâmica, 
que diz que a energia de e para uma superfície deve ser conservada. No caso 
de uma superfície terrestre, a equação é geralmente escrita da seguinte 
maneira: 
Convenção + evaporação + armazenamento de calor 
= Calor antropogênico + saldo de radiação 
 
 
 
 
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Experimentos de balanço de energia utilizam muitos equipamentos para medir 
a energia que flui para as superfícies. Quatro tipos de medições distintas 
podem ser feitas para avaliar o termo de saldo de radiação: 
 Radiação solar global (ondas curtas): utiliza piranômetro ou 
albedrômetro; 
 Radiação solar refletida (ondas curtas): utiliza piranômetro ou 
albedrômetro; 
 Radiação atmosférica (ondas longas): utiliza radiômetro; 
 Radiação da superfície (ondas longas): utiliza pirgeômetro. 
 
Alternativamente, o saldo de radiação incidente sobre a superfície pode ser 
medido diretamente por meio de apenas um instrumento: 
 Um radiômetro de esferas que combina piranômetros e pirgeômetros 
voltados pra cima e para baixo, para computar o saldo de radiação entre 
0,3 e 50mm. 
Convecção, evaporação e armazenamento de calor são medidos por meio dos 
seguintes equipamentos: 
 Convecção: sistema de covariância de turbilhoes de, com um 
anemômetro sônico e termopares de fio fino para medir o vento e 
oscilações de temperatura são utilizados para calcular fluxos de calor 
sensíveis (convectivos); 
 Evaporação: por um sistema de covariância de turbilhoes, com um 
anemômetro sônico e higrômetro para medir o vento e variações de 
umidade são utilizados para calcular fluxos de calor latentes 
(evaporativos). 
 Armazenamento: por um medidor de fluxo de calor. 
 
 
MATERIAIS FRESCOS PARA PAVIMENTAÇÃO 
Materiais frescos para pavimentação reduzem as temperaturas de pavimentos 
em 19,5ºC ou mais. Os pavimentos mais quentes tendem a ser impermeáveis e 
de cor escura, com refletância sola abaixo de 25%. Existem duas formas de 
resfriar pavimentos: 
 Mudando sua cor, para uma cor mais clara, aumentando assim sua 
refletância solar para 25% ou mais; 
 Tornando-os permeáveis permitindo que a água seja drenada através 
deles durante as chuvas e seja posteriormente evaporada em dias 
quentes e ensolarados. A água evaporada retira o calor dos materiais de 
pavimentação, mantendo-os mais frescos, um processo similar á 
evapotranspiração das plantas. 
 
 
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REDUÇÃO DAS ILHAS DE CALOR E COMUNIDADES MAIS 
CONFORTÁVEIS 
Árvores e vegetação moderam as ilhas de calor e melhoram o conforto em 
comunidade de três maneiras: 
 Sombreamento; 
 Evapotranspiração; 
 Proteção contra ventos. 
 
REDUÇÃO DE TEMPERATURAS 
Os materiais de construção tradicionalmente utilizados ficam muito quentes 
durante o verão. Medidas de mitigação de ilhas de calor reduzem as 
temperaturas de superfícies de coberturas e pavimentos.