OS PARÀMETROS TÉRMICOS. Alfredo Costa Pereira 1

Transcrição

1 OS PAÀMETOS TÉMIOS Alfredo osta Pereira 1

2 TAXA DE TASNSFEÊNIA DE ALO, FLUXO DE ALO, FLUXO TÉMIO ou TANSMISSÃO DE ALO PO UNIDADE DE TEMPO, através de um determinado material, ( watt) Q & É a quantidade de calor que se transfere por unidade de tempo através de um material considerado, nas condições de projecto. Alfredo osta Pereira

3 ONDUTIBILIDADE TÉMIA: É o fluxo de calor que atravessa uma placa de um dado material por unidade de espessura, por unidade de superfície e por cada grau de diferença de temperatura entre os dois lados da placa: Δt Q e λ & S Δt W ( ). m º Nota: é a diferença de temperatura (em graus elsius) entre as faces do material voltadas para o exterior e para o interior do edifício. epare-se que Δt descreve o sentido do fluxo de calor de tal modo que: Δt t 0 t no Verão, e Δt i t i t 0 no Inverno. Interessa compreender que Δt é um número absoluto 3 que nunca pode ser negativo.

4 ESISTIVIDADE TÉMIA É o inverso da condutibilidade térmica S Δt r Q & e m º ( ) W r 1 λ Quanto melhores forem as características isolantes térmicas de um material, maior será o seu valor de r. A massa volúmica de um material é muitas vezes um indicador da sua condutibilidade térmica, uma vez que os materiais com elevada massa volúmica apresentam normalmente um maior valor do seu coeficiente global de transferência de calor U. Alfredo osta Pereira 4

5 A aparente relação entre a condutibilidade térmica de um material e a sua massa volúmica deve-se por um lado ao facto do Ar ter uma fraca condutibilidade térmica e por outro ao facto dos materiais pesados serem em geral menos porosos. Por isso quanto mais poroso for um material mais pequeno deverá ser o seu valor de U. ontudo não existe qualquer relação directa entre estes dois factores. É importante também notar que a condutibilidade térmica do ar aumenta na razão directa do seu conteúdo de humidade, ou seja da sua humidade absoluta, pelo que um material poroso molhado deixa de apresentar boas características termicamente isolantes. Alfredo osta Pereira 5

6 Os valores da condutibilidade e da resistividade térmicas dos materiais de construção civil habituais, podem ser consultados em várias tabelas, nomeadamente as publicadas pelo Laboratório Nacional de Engenharia ivil, LNE, oeficientes de Transmissão Térmica de Elementos da Envolvente dos Edifícios (ITE 50) e aracterização Térmica de Paredes de Alvenaria,(ITE 1) da autoria de arlos A. Pina dos Santos e José A. Vasconcelos de Paiva. Alfredo osta Pereira 6

7 ONDUTÂNIA TÉMIA ou OEFIIENTE DE ONDUTIBILIDADE DE UMA DETEMINADA ESPESSUA DE MATEIAL: ( W Kcal ) ou ( ) m º h m º A condutibilidade e a resistividade térmicas, são propriedades dos próprios materiais. As propriedades correspondentes para um determinado material com uma determinada espessura são definidas pela sua ondutância () e pelo seu inverso, a esistência térmica (): λ e 1 1 e λ m º W Alfredo osta Pereira 7

8 A ondutância térmica é definida como sendo o fluxo de calor, (em W, ou kcal/h) que atravessa a unidade de superfície de um determinado material com uma determinada espessura (e), por cada grau de diferença de temperatura entre as suas faces. 1 S Q& Δt λ e m W º Sendo a λ condutibilidade térmica Q e λ & S Δt W ( ). m º Alfredo osta Pereira 8

9 NOTA 1: A ondutância Térmica é uma medida do fluxo de calor por unidade de superfície, através da espessura total do material considerado, e exprime-se em W m º Por sua vez a ondutibilidade Térmica refere-se apenas à espessura unitária, isto é, no Sistema Internacional de Unidades, a 1 m de espessura do material considerado, e exprime-se em W m º Alfredo osta Pereira 9

10 ESISTÊNIA TÉMIA : A esistência Térmica é o inverso da ondutância Térmica, tal como a esistividade Térmica é o inverso da ondutibilidade Térmica. 1 e λ λ e S Δt Q& e λ m º W 1 S Δt m º r r ( ) λ Q & e W Alfredo osta Pereira 10

11 Qualquer material ou corpo está separado do ar que o envolve por uma fina camada de ar (ou de outro fluido), que toca as faces exterior e interior do material, designada por camada limite. Define-se oeficiente de ondutância Superficial ou oeficiente onvectivo de Transferência de alor Superficial, como sendo o fluxo de calor por unidade de superfície de, (ou para) a face do material que está em contacto directo com o ar, devido à convecção, condução e radiação, dividida pela diferença de temperatura entre cada face do material e a da fina camada de ar que está em contacto com ela. Alfredo osta Pereira 11

12 OEFIIENTE DE ONDUTÂNIA SUPEFIIAL ou OEFIIENTE ONVETIVO DE TANSFEÊNIA DE ALO SUPEFIIAL ( h O valor de h depende de vários factores, nomeadamente da velocidade do ar, da cor, rugosidade e emissividade da parede, entre outros, tomando sempre valores diferentes para a face exterior e para a face interior de qualquer elemento da envolvente de um edifício ou de determinado local de permanência. m W º ) Alfredo osta Pereira 1

13 ESISTENIA TÉMIA SUPEFIIAL: 1 m ( S h W º ) Éo inverso do OEFIIENTE DE TANSFEÊNIA DE ALO ONVETIVO SUPEFIIAL ou OEFIIENTE DE ONDUTÂNIA SUPEFIIAL h ( m W º ) Alfredo osta Pereira 13

14 A resistência superficial dessa camada de ar que toca as faces interior e exterior do material (parede exterior por exemplo) têm que se adicionar à esistência Térmica que o próprio material oferece ao fluxo de calor. Portanto a esistência Térmica Global Ar-Ar de uma estrutura composta é igual à soma da esistência Térmica global da própria estrutura com as esistências Superficiais, Exterior e Interior (as quais se definem como sendo o inverso das ondutâncias Superficiais). Alfredo osta Pereira 14

15 A magnitude da esistência Térmica Superficial de um material não é só uma função das características térmicas da própria superfície do material mas também da velocidade do ar que incide em ambos as faces do material. esistência Global Ar Ar de uma superfície: onde: i 0 b a i + b + é a esistência superficial convectiva da face Interna da superfície (voltada para o interior). é a resistência superficial (convectiva) da face externa da superfície (voltada para o exterior). é a esistência Térmica do próprio material. 0 m º W Alfredo osta Pereira 15

16 NOTA : Quando o calor atravessa uma estrutura composta por várias camadas de diferentes materiais, (como é o caso, por exemplo, dos componentes da estrutura de uma parede, cobertura, pavimento etc. que são formados por reboco de cimento, betão, tijolo, isolamento térmico, caixa de ar, etc.., rodeados interna e externamente por ar com uma determinada temperatura e nível de agitação) as esistências Térmicas de cada camada constituinte dessa estrutura (incluindo as esistências Térmicas Superficiais interior e exterior ), devem adicionar-se, para obtermos a esistência Térmica Global da estrutura composta. Alfredo osta Pereira 16

17 A ondutância Térmica da mesma estrutura composta é igual ao inverso da esistência Térmica Global a. Note-se contudo que a ondutância Térmica Global não é igual à soma dos inversos das resistências individuais de cada componente. GLOBAL GLOBAL INDIVIDUAL Portanto a ondutância Global de uma estrutura composta não é aditiva, contrariamente ao que acontece com a esistência Térmica Global. 1 a 1 Alfredo osta Pereira 17

18 Alfredo osta Pereira 18 ESISTÊNIA TÉMIA GLOBAL a : É igual á soma das esistências Superficiais com as esistências Térmicas dos próprios materiais: ) º ( ) º ( Kcal h m ou W m h e h se i si a λ

19 OEFIIENTE GLOBAL DE TANSFEÊNIA DE ALO U, ou TANSMITÂNIA TÉMIA A A: Exprime-se em: ( W ) ou ( m º m Kcal h º ) Éo inverso da esistência Térmica Global Ar Ar: U 1 a Alfredo osta Pereira 19

20 OEFIIENTE GLOBAL DE TANSFEÊNIA DE ALO U, ou TANSMITÂNIA TÉMIA A A: epresenta o fluxo de calor através da unidade de superfície de uma determinada estrutura composta, dividida pela diferença de temperatura entre o ar (ou outro fluido) que contacta com ambas as faces da estrutura, e a temperatura das duas faces da estrutura. ( W ) ou ( m º m Kcal h º ) Alfredo osta Pereira 0

21 NOTA 3: O oeficiente Global de Transferência de alor difere da ondutância Térmica, porque a diferença de temperatura é medida em pontos diferentes: 1 - Para a ondutância, a diferença de temperatura é medida entre as superfícies exteriores dos dois lados da estrutura. - Para o oeficiente Global de Transferência de alor a diferença de temperatura é medida entre o ar e as superfícies dos dois lados da estrutura, isto é, entra em linha de conta com os oeficientes onvectivos Superficiais de Transferência de calor. É por esta razão que o cálculo do oeficiente Global de Transferência de alor implica a determinação da ondutância e dos oeficientes onvectivos 1 Superficiais de Transferência de alor.

22 O coeficiente global de transferência de calor de uma determinada estrutura, não é apenas uma característica dessa estrutura, dado que depende também das condições de convecção e radiação. O que quer dizer que o valor de U, tem também a ver com o facto da estrutura estar protegida, exposta ou muito exposta à intempérie, (onvecção), e ainda com a orientação geográfica da mesma (adiação). É por esta razão que o valor de se é sempre inferior ao de si. O ar exterior está sempre mais agitado devido ao vento do que o ar interior que está protegido do mesmo. Alfredo osta Pereira

23 U 1 ( m W º ) ou ( m Kcal h º ) 1 e ( + + U λ si se ) m º m h º ( ) ou ( ) W Kcal e e, como: i λ vem : ou U 1 e λ + + si se ou U si i se Alfredo osta Pereira 3

24 OEFIIENTE DE ABSOÇÃO, ou Absorvidade (a) OEFIIENTE DE EFLEÇÃO, ou eflectividade (r) OEFIIENTE DE EMISSÃO, ou Emissividade (e) A adiação recebida por uma superfície, pode ser em parte absorvida e em parte reflectida sendo a proporção destes dois componentes expresso pelos coeficientes de absorção, (a), e de reflecção, ( r ). A soma destes dois coeficientes é sempre igual à unidade : a + r 1. Alfredo osta Pereira 4

25 Uma superfície teoricamente (perfeitamente) branca teria um coeficiente de reflecção 1, e um coeficiente de absorção igual a 0. Inversamente para uma superfície teoricamente (perfeitamente) negra, (que se designa por corpo negro), a 1 e r 0. O coeficiente de emissividade (e) descreve qual é a quantidade do calor disponível (melhor dizendo, qual é a quantidade da energia térmica que foi absorvida e armazenada na massa térmica da estrutura) e que pode ser emitida. Para o corpo negro, e 1. Alfredo osta Pereira 5

26 No tabela podemos verificar que no caso da superfície pintada de branco é re emitida quase a totalidade da radiação absorvida, enquanto que no caso da superfície brilhante de metal fica retida (ou armazenada) quase a totalidade da radiação absorvida. MATEIAL a (solar) e (terrestre) Superfície pintada de branco Superfície metálica brilhante 0,1 a 0,3 0,1 a 0,3 0,8 a 0,9 0,05 a 0, Alfredo osta Pereira 6