FENÔMENOS DE TRANSPORTE II BALANÇO DE ENERGIA

BALANÇO ENERGÉTICO O balanço de energia na envolvente da edificação tem como base a primeira lei de termodinâmica, a lei da conservação de energia. Esta lei estabelece que a quantidade de energia térmica (calor) que entra em um volume de controle - no caso a envolvente (Ea), mais a quantidade de calor gerada no interior do volume (Eg), menos a quantidade de energia que deixa o volume (Es) deve ser igual ao aumento da quantidade de energia armazenada (Ear) no volume de controle (Figura).

Conservação de energia – 1ª lei da termodinâmica

O alcance da disciplina não considera o estudo de mecanismos de geração de calor na envolvente. Esta simplificação permite estabelecer o balanço energético como a diferença entre a energia que ingressa e sai da envolvente deve ser igual à variação de energia (calor armazenado ou liberado) no interior da envolvente.

Se ligarmos uma resistência aquecedora de 20 Ohms em 220 V por 10 min, dentro de um recipiente de 100 l com água a 20 °C. Qual a temperatura final da água?

Potência (P) fornecida pela resistência elétrica P = U · I U = R · I P = U²/R = 220²/20 = 2.420 Watts ≈ 2.400 J/s Balanço energético: Ee – Es + Eg = Ear = m · c · ∆T = ρ · V · c · (Tf – Ti) Ee = 0, Es = 0

Eg = P · t = ρ · V · c · (Tf – Ti) 2.400 · 600 = 1.000 · 0,1 · 1.000 · (Tf – 20) => Tf = 34,4 [ºC] Agora, qual a taxa de variação da temperatura? Eg = ρ · V · c · (Tf – Ti) ÷ t 2.400 = 1.000 · 0,1 · 1.000 · (∆T/t) => (∆T/t) = 0,024 [ºC/s]

Para resolver problemas de transferência de calor, a palavra chave é balanço energético e recomendase utilizar o seguinte esquema de resolução: Modelo: Organize todos os dados do seu problema (revise as unidades). Realize um esquema gráfico identificando o ponto ou volume de controle (nó ou envolvente) e os fenômenos físicos que participam nele. Verifique se suas hipóteses são válidas. Objetivo: Identifique as grandezas físicas a determinar. Lei geral: Estabeleça o balanço energético identificando seus componentes no modelo gráfico. Leis particulares: Para cada componente, identificar o tipo de lei que o representa (Fourier, Newton ou Steffan-Boltzmann) e desenvolva a equação de balanço com as relações correspondentes. Solução: Substitua as variáveis pelos valores numéricos (dados) e execute os cálculos necessários.