Apresentacao Propriedades Termofisicas Materiais

Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção

Um ou mais processos de troca de calor entre o

ambiente exterior e o interior, através dos

componentes da edificação.

Trocas Secas: - Condução

- Convecção

- Radiação

Trocas Úmidas (calor latente): - Evaporação

- Condensação

PROPRIEDADES

Condutividade, resistência, transmitância

Características superficiais em relação à

radiação: absorção, transparência, reflexão,

emissividade

Coeficiente de convecção (hc)

Coeficiente de radiação (hr)

Calor específico e capacidade térmica

Transparência à radiação para diferentes

comprimentos de onda


CONDUTIVIDADE TÉRMICA

- Regime Estacionário

T1>T2

taxa de fluxo de calor por

condução

condutividade térmica do

material (W/m °C)

q densidade de fluxo de calor

(W/m2)

Aq

dxdT Aλ

dtdQ

T1

T2

dx


Resistividade térmica: 1 / é uma

propriedade característica de dado material

Resistência térmica: d/

d espessura

Propriedade característica do componente

construtivo

Condutância térmica: 1/r = /d

Também é característica do componente

Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção Nas superfícies forma-se uma camada de ar (película),

cuja espessura diminui à medida que aumenta a velocidade

do ar CONVECÇÃO.

AR: baixa condutividade térmica

Camada de ar: resistência

apreciável ao fluxo de calor entre a superfície e o ar

Coeficiente de trocas térmicas por convecção: hc = 1/r

r: resistência térmica da camada de ar – depende da

espessura da película

Dependem: - Direção do fluxo de ar - vertical ou horizontal

- Velocidade do ar


Radiação emitida por um corpo, de área unitária, à

temperatura absoluta T (densidade de fluxo –

W/m2)

: constante de Stefan-Boltzmann = 5,67 x 10-8

W/m2K4

Coeficiente de trocas térmicas por radiação (hr):

depende da emissividade das superfícies

4

rTq e

Ondas Eletromagnéticas

Fenômeno ondulatório: transporte deenergia; campo elétrico e magnético

Propaga-se no vácuo com velocidade constante

c = 3,0x108 m/s.

Relação entre a freqüência, f, e o comprimento deonda, : c = . f

Ondas eletromagnéticas

Espectro: faixa de comprimentos de onda

de 10-13 m até 1km

Região de interesse:

Radiação solar (radiação de ondas curtas)

Infravermelho longínquo (radiação de ondas longas)


CARACTERÍSTICAS DAS SUPERFÍCIES COM

RELAÇÃO À RADIAÇÃO

Radiação incidente:

: coeficiente de absorção

: coeficiente de reflexão

: coeficiente de transmissão

Corpos Opacos: = 0 + = 1

1

Incidente

Refletida ( )

Transmitida ( )

Absorvida ( )

Espectro de emissão a diferentes temperaturas

Emissividade e absorção

Radiação emitida pela própria superfície

e - emissividade: em comparação à capacidade de

emissão do corpo negro ideal (e=1)

Para dada faixa de comprimento de onda:

e =

Trabalha-se com faixas de comprimento de onda na região

do espectro solar – ondas curtas e região do infravermelho

longo (temperaturas ambientes)

Para o IVL – importância da emissividade

Valores das condutâncias superficiais internas e externas (W/m2oC):

soma dos efeitos de convecção e radiação

superfície interna

superfície externa

posição do fechamento e sentido do fluxo

Emissividade hi he

Vertical (fluxo nos dois sentidos) 0,90

0,20

0,05

8,3

4,2

3,3

25

horizontal (fluxo ascendente) 0,90

0,20

0,05

9,1

5,3

4,3

25

horizontal (fluxo descendente) 0,90

0,20

0,05

6,3

2,5

1,7

25

Rivero

Valores das resistências térmicas superficiais internas e externas (W/m2oC):


Valores das resistências térmicas superficiais internas e externas (W/m2oC):


Presença de câmaras de ar

111

1

21

ee

e ef

Emissividade

efetiva:

Posição da câmara

Direção do fluxo

eef Rar (m2.ºC/W)

Vertical Horizontal 0,82

0,20

0,05

0,17

0,30

0,45

Horizontal

Ascendente 0,82

0,20

0,05

0,16

0,25

0,45

Descendente 0,82

0,20

0,05

0,20

0,40

0,60

Resistência de câmaras de ar

ABNT

Não ventiladas, com largura muito maior que a espessura.

Densidade de fluxo de calor (W/m2)

Quando há trocas apenas por diferença de

temperatura:

te = temperatura externa do ar

ti = temperatura interna do ar

ie

ttUq

Como se calcula U?

Componentes homogêneos

Unidades: W/m2K (ou W/m2°C)

i

ar

k

k

e

T

T

hR

d

hR

RU

11

1

Como se calcula U?

Componentes heterogêneos

Ra, R

b, ... , R

nresistências térmicas de superfície à superfície para

cada seção (a, b, ... , n), conforme cálculo de R (m²K/W);

Aa, A

b, ... , A

nsão as áreas de cada seção (m²);

As camadas são dispostas em seções e o fluxo de calor atinge áreas

específicas para cada seção.

E quando há radiação solar

Os processos de troca de calor não são permanentes:

Aquecimento e resfriamento da terra

Radiação Solar

Proporções da radiação solar que atingem a superfície terrestre variam em função de: Condições atmosféricas, nebulosidade e presença de

vapor d’água.

Radiação Solar

Regiões do espectro de ondas eletromagnéticas geradas pelo Sol:

Ultravioleta, Visível e Infravermelho.

Raios gama Raios XUltra

Infravermelho Microondas Rádiovioleta

0.01 0.1 1A 1nm 10 100 1 10 100 1mm 10 100m 101m 100 1km 10 100

Comprimento

freqüência

de onda

Infravermelho

Ultravioleta

0.40.3 0.6 0.8 1 m

Luz

32 4 65 7

próximo

98 10 20 30 40 50

médio distante

Espectro solar

GHz300 300

MHz KHz30030 3 30 3 30 3

Radiação Solar - UV

Radiação Ultravioleta: Produzida em grande quantidade pelo Sol;

Emitida na faixa de 100 a 380nm;

Praticamente toda absorvida pela camada de Ozônio.

Presença do Ultravioleta em Edificações: Não pode ser desprezada: Desbotamento: Pinturas;

Móveis;

Carpetes e tapetes;

Quadros...

Radiação Solar - Visível

Região do Visível:

Entre 380 e 780nm;

Região para a qual o olho humano é sensível:

Sensação de visão e percepção das cores.

Cores em função do comprimento de onda

COR INTERVALO COMPREENDIDO (nm)

Violeta 380 – 430

Azul 430 – 450

Azul/Verde 450 – 500

Verde 500 – 570

Amarelo 570 – 600

Laranja 600 – 630

Vermelho 630 – 760

Radiação Infravermelha

Região do Infravermelho:

de 780 nm a 1 mm IV Ondas curtas: entre 780 a 1400 nm;

IV Ondas Médias: 1400 a 3000 nm

Infravermelho de Ondas Longas: 3000nm a 1mm.

Raios gama Raios XUltra

Infravermelho Microondas Rádiovioleta

0.01 0.1 1A 1nm 10 100 1 10 100 1mm 10 100m 101m 100 1km 10 100

Comprimento

freqüência

de onda

Infravermelho

Ultravioleta

0.40.3 0.6 0.8 1 m

Luz

32 4 65 7

próximo

98 10 20 30 40 50

médio distante

Espectro solar

GHz300 300

MHz KHz30030 3 30 3 30 3

Sol

Infravermelho

Infravermelho de Ondas Curtas: Radiação Solar;

Responsável pelos ganhos

de calor nos edifícios.

Infravermelho de Ondas Longas: Radiação emitida pelos corpos à temperatura

ambiente.

Emissividade

0 < < 1 ; 0 < < 1 ; 0 < < 1 0 < e < 1

O fenômeno de emissão de radiação térmica (onda longa) é independente dos fenômenos de absorção, reflexão e, eventualmente, transmissão de radiação solar (onda curta)

negro corpo pelo emitida energia

real superfície pela emitida energiae

GANHOS DE CALOR DEVIDO À RADIAÇÃO SOLAR

Superfícies OpacasSuperfícies Opacas

q = densidade de ganho de calor solar (W/m2)

= coeficiente de absorção da superfície em relação à radiação solar

U = coeficiente global de transmissão térmica

he = coeficiente de superfície, para a superfície externa

Ig = intensidade da radiação global incidente (depende da orientação da superfície em relação ao sol,da estação

do ano, da hora do dia, da latitude do local)

g

e

Ih

Uq

Absortância e Emissividade

metal polido

Radiação térmica (ou radiação de onda longa)

cores claras e escuras: mesmo comportamento

superfícies externas, independentemente da cor, igualmente resfriadas à noite por radiação para o exterior

Baixo (para ondas curtas)e Baixa radiação térmica (ondas longas)

bom refletor, mas não bom irradiador. Dificilmente perde seu próprio calor por resfriamento por irradiação para as outras superfícies.

Absorção e Emissividadecorpos negros

alta absorção à radiação solar

alta emissividade

Superfícies escuras, ásperas. Aquecem-se muito, mas perdem facilmente calor para o meio externo, efeito que é mais perceptível à noite

materiais seletivos frios

baixa absorção rad. solar

alta emissividade

Perdem facilmente calor para o

meio externo; cores claras

materiais seletivos quentes

•alta absorção rad. solar

•baixa emissividade

Absorverem bastante a radiação solar e

dificilmente perdem calor para o meio externo;

Superfícies metálicas envelhecidas ou ásperas

materiais refletores

•alta reflexão rad. solar

•baixa emissividade

Superfícies metálicas, polidas

Material da superfície ou cor Absortância solar Emissivid. e absort. ao IVLpelícula de alumínio, nova 0,20 0,05película de alumínio, oxidada 0,15 0,12pintura de alumínio 0,5 0,5vidro de janela 0,07 0,9aço galvanizado, brilhante 0,55 0,25pintura branca, nova 0,12 0,9pintura branca, velha 0,25 0,9cor cinza claro 0,4 0,9cor cinza escuro 0,7 0,9cor verde claro 0,4 0,9cor verde escuro 0,7 0,9pintura negra 0,9 0,9concreto 0,65 0,9asfalto 0,9 0,95telha cerâmica 0,7 0,9

Coeficientes de absorção (solar e OL) e emissividade

Superfícies transparentes

q = densidade de ganho de calor solar (W/m2)

= coeficiente de absorção à radiação solar da superfície

= coeficiente de transmissão à radiação solarda superfície

U = transmitância térmica total

he = coeficiente superficial externo

Ig = intensidade da radiação global incidente (depende da orientação da superfície em relação ao sol,da estação do ano, da hora do dia, da latitude do local)

g

e

Ih

Uq

GANHOS DE CALOR DEVIDO À RADIAÇÃO SOLAR

GANHOS DE CALOR DEVIDO

À RADIAÇÃO SOLAR

Superfícies transparentes

Exemplo: vidro comum,

espessura 4 mm:

U = 6,1 W/m2C

1/he = 0,04 (W/m2C)-1

= 0,07

e = 0,85

Calculando-se, FS = 0,86

g

e

Ih

Uq

fator solar

(FS)

Densidade de fluxo de calor total

Materiais opacos

Primeiro termo: positivo ou negativo, dependendo de qual é a maior temperatura– a externa ou a interna

Segundo termo: sempre positivo – é sempre ganho de calor

g

e

ieI

h

U)tt(Uq

Densidade de fluxo de calor total

Materiais transparentes:

gie

IFSttUq

RADIAÇÃO SOLAR

Intensidade:

Latitude

Estação do ano

Condição de céu (nebulosidade)

Orientação da fachada

Superfícies horizontais: radiação incidente ao longo de todo o dia –coberturas

Sotware: Luz do sol

Radiação solar em superfície horizontal e superfícies verticais em diferentes orientações; radiação total. Calculado pelo software “Luz do sol” (Roriz, 1995)

Ir Global = Ir Direta + Ir Difusa + Ir Albedo

Componentes da radiação solar

Transparência à radiação solar

Ambientes aquecidos

pela transmissão da

radiação solar

através do vidro

Emitem radiação de

onda longa, com

maior intensidade

Opacidade à radiação térmica (onda longa)

A radiação térmica não atravessa o vidro

Calor: retido

Conseqüência: aquecimento excessivo do ambiente

Vidros: Efeito estufa

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