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Termo-Arquitetura Física Aplicada. Transferência de calor por radiação Neste processo a energia á conduzida pelas ondas eletromagnéticas que emite o objeto.

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1 Termo-Arquitetura Física Aplicada

2 Transferência de calor por radiação Neste processo a energia á conduzida pelas ondas eletromagnéticas que emite o objeto. Estas ondas não precisam de meio material para sua passagem. Foto infravermelho de uma casa de inverno. Pontos amarelos indicam perdas de calor.

3 Transferência de calor por radiação

4 As grandezas relacionadas com este conceitos são: emitância radiante (R) = potência por unidade de área emitida por um corpo. emissividade = fração da energia de radiação que é emitida. absortividade = fração da energia de radiação que é absorvida. irradiação = potência por unidade de área que incide sobre um corpo.

5 Transferência de calor por radiação Ao contrário do corpo negro, corpos reais possuem emissividade variada. A EMISSIVIDADE é a propriedade de uma superfície que descreve sua capacidade relativa de emitir radiação térmica, em função do comprimento de onda, tendo como referência o corpo negro, cuja emissividade é igual à unidade. A EMISSIVIDADE em determinado comprimento de onda é igual à ABSORTIVIDADE

6 Transferência de calor por radiação A taxa de emissão de uma superfície de área A e emissividade ε, é onde T é a temperatura da superfície (em graus Kelvin) e

7 Transferência de calor por radiação MaterialEmissividade 1.0µm5.0µm7.9µm8-14µm Asbestos Asfalton.r Basalton.r.0.7 Carbono Unoxidados Grafite Carborundumn.r.0.9 Ceramica Clayn.r Concreto Tecidon.r.0.95 Vidro Pratan.r ?Gob?n.r.0.9n.r. Graveln.r.0.95 Gypsumn.r Gelon.r.??0.98

8 Transferência de calor por radiação Discutir desde a perspectiva de conforto. Uma pessoa nua tem uma área superficial média de 1.4m 2. A temperatura da pele é 36 o C (309K) e a emissividade é ~ 0.9. Considerando que esta pessoa está em uma sala a 20 o C (293K). Qual a perda de energia desse pessoa por radiação? Compare seu resultado com a taxa de metabolismo basal de uma pessoa sentada (~120 W).

9 Transferência de calor por radiação (b) Considerando que os seres humanos liberam calor nessa taxa metabólica, qual a taxa de transferência de calor numa sala de aula com 15 estudantes?

10 Transferência de calor por radiação (c) Quanto calor os estudantes transferem para a sala de aula em 1 hora? Qual deve ser a potência do ar-condicionado para manter a sala a 20 graus? 1 BTU/h = watts

11 Transferência de calor por radiação (d) Após o crepúsculo, a energia radiante pode ser sentida por uma pessoa situada próxima de uma parede de uma casa. Estas paredes tem uma temperatura de aprox. 43 C (316 K) e emissividade e ~ 0.9. Qual o calor emitido por hora para o ambiente por 1 m 2 de parede? Resposta: DQ/Dt = 133 W

12 Transferência de calor por radiação

13 Desempenho térmico de paredes e coberturas Para o caso de paredes, a Figura abaixo apresenta o sentido do fluxo de calor em função da diferença de temperatura externa e interna. Portanto, a abaixo mostra o fluxo de calor que atravessa a parede

14 Desempenho térmico de paredes e coberturas Como determinar a Transmitância? U =1/Rt Como determinar a Resistência Térmica?

15 Desempenho térmico de paredes e coberturas

16 Desempenho térmico de paredes

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21 Energia Solar A radiação solar no espaço interestelar é de 1353 W/m2, chamada de constante solar. A energia que atinge o solo da Terra é menor por causa da absorção na atmosfera. A quantidade de radiação solar por unidade de área que atinge um ponto específico da Terra depende da latitude, da declinação e da estação do ano. A transmissão da energia solar para a Terra se dá por meio de radiação eletromagnética, sendo que 97% da radiação solar está contida na região visível e infravermelho do espectro eletromagnético A tabela indica a fração da radiação solar e a quantidade de radiação em cada região do espectro. A soma das energias em cada região dá os 1353 W/m2 da constante solar.

22 Energia Solar

23 O Brasil apresenta um ótimo índice de radiação solar, principalmente no Nordeste, onde possui valores típicos entre 1752 kW-h/m2 e 2190 kW- h/m2. Por este motivo a energia solar esta sendo cada vez mais empregada no país para aquecimento de água. Conforme os levantamentos de consumo de energia elétrica, o setor residencial responde por 24% do consumo total no país e dentro desse setor, o aquecimento de água tem participação de 26%. Desta forma, o aquecimento de água é responsável por 6% de todo o consumo nacional de energia elétrica.

24 Energia Solar

25 Energia

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27 e) Considerando que os chuveiros elétricos contribuem para um consumo residencial de ~ 100 kW-h ao mês, qual a área do coletor solar necessário para suprir esta energia? Compare sua resposta com a do item (d) f)A placa de coletor solar comercial típico tem cerca de 2 m2 de área Qual a potência incidente num coletor de 2 placas? Qual a potência coletada (eficiência =30%)? g) Qual o tempo exigido para aquecer os 100 litros de água? h) Faça uma avaliação da economia anual de energia elétrica e comente a viabilidade e a competividade do investimento do aquecedor solar. Respostas: (a) 1.81 x 10 7 J/m 2 (b) 5.43x10 6 J/m 2 (c) 2.1 x10 7 J (d) 3.9 m 2 (e) 2.5 m 2 (f) 2.5 x 10 3 W e 756 W (g) 7.7 horas

28 Transferência de calor por convecção Correntes de convecção Sala: O ar aquecido pela unidade de aquecimento no piso se eleva até o teto do quarto empurrado pelo ar frio mais denso. Este movimento de convecção é responsável pelo aquecimento homogêneo do ar na sala. Geladeira: o ar esfriado pela serpentinas de refrigeração circula em direção ao fundo da geladeira.

29 Transferência de calor por convecção Correntes de convecção A colocação de aberturas nas coberturas aumenta a ventilação natural e arrastam o calor, pela formação de uma camada de ar móvel entre o forro e o telhado. O calor de insolação no verão, incide sobre as telhas e aquece o forro


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