Fundamentos de Conforto Ambiental, Clima e Transferência de Calor

Conforto Ambiental: Conceitos Fundamentais

Clima

O clima é formado por uma complexa interação entre os continentes, oceanos e as diferentes quantidades de radiação recebida do Sol. O giro da Terra em torno do Sol faz com que essa quantidade de energia recebida em cada localidade varie ao longo do ano, criando um ciclo sazonal responsável pelas estações de verão, outono, inverno e primavera.

Tempo (Condições de Tempo)

O tempo é definido pela combinação de: Temperatura, Pressão, Ventos e Chuva.

Variação Sazonal em Santa Catarina (SC)

Em SC, a variação sazonal do clima é bastante definida:

• Verão: Radiação solar global máxima (aproximadamente 502 cal/cm²).
• Inverno: Radiação solar global em torno de 215 cal/cm².

No inverno, a quantidade de frentes frias e massas de ar frio é muito maior e contrasta com as altas temperaturas de verão, definindo bem as estações. As estações de transição mesclam características de outras estações. Variações sazonais, o relevo e a proximidade do mar são os grandes responsáveis pela diferença do clima regional.

Monitoramento Climático

O clima característico de determinadas regiões varia anualmente, associado a fatores de grande escala, como a ocorrência dos fenômenos El Niño e La Niña. Não sendo igual de um ano para o outro, faz-se necessário o constante estudo, previsão e monitoramento do clima.

Radiação Solar e Balanço Energético

Radiação Solar

Todos os corpos emitem ou refletem energia radiante. Se o nosso planeta estivesse isolado no espaço, estaria emitindo radiação, perdendo energia térmica e resfriando-se. Como estamos perto do Sol, o que a Terra perde para o espaço é compensado pela radiação solar que é absorvida de nossa estrela.

O Sol está a 5770K (mais ou menos 5500°C). Sua superfície emite 68 milhões de watts por metro quadrado. A Terra se encontra a 150 milhões de quilômetros de distância, de forma que a radiação que chega à nossa órbita é de apenas 1.360 watts/m².

Balanço Energético da Radiação Solar

A radiação solar é composta por:

• Radiações Visíveis: Comprimento de onda entre 0,38 e 0,75 µm, variando do violeta ao vermelho (aproximadamente 50% da radiação total).
• Radiações Ultravioleta (UV): Invisíveis, de comprimento de onda variando de 0,3 a 0,38 µm (aproximadamente 3% da radiação total).
• Radiação Infravermelho (IV) de Ondas Curtas: Invisíveis, com comprimento de onda entre 0,75 a 2,5 µm (aproximadamente 47% da radiação total).

Acima de 2,5 µm (2,5 a 30 µm) existem as radiações IV longas, que não são emitidas pelo Sol, mas correspondem à emissão de todos os corpos previamente aquecidos por ele (solo, paredes, etc.).

Fenômenos Térmicos e Transferência de Calor

Tudo o que nos rodeia possui algum tipo de Energia. Tudo o que se movimenta possui Energia Cinética. A energia cinética total de movimento dos átomos ou moléculas de um corpo é chamada Energia Térmica.

Definições Fundamentais

Temperatura:

Quantificação da energia térmica de um corpo. Tudo o que tem matéria está associado a uma determinada temperatura. Quanto mais agitadas as partículas de um corpo, maior será sua temperatura.

Fluxo:

Se uma dada área A for atravessada por uma determinada quantidade de energia térmica, ΔE/ΔT é o fluxo de energia térmica por essa área em uma unidade de tempo.

Calor:

É o fluxo de energia térmica entre corpos ou partes de um mesmo corpo com diferentes temperaturas.

Tipos de Trocas de Calor

• Trocas Secas (Calor Sensível): Ocorrem através de Condução, Convecção e Radiação.
• Trocas Úmidas (Calor Latente): Ocorrem através de Evaporação e Condensação.

Calor Sensível vs. Calor Latente

Calor Sensível: Quando o calor recebido ou doado por uma substância é usado para mudança de temperatura (cal/g°C).

Calor Latente: Quando o calor recebido ou doado por uma substância é usado para mudança de estado físico (cal/g).

Mecanismos de Transferência de Calor

Condução

Transmissão de calor sem transporte de matéria, devido à transferência de energia cinética entre as partículas de um corpo, ou entre corpos. Ocorre em qualquer direção e é independente da gravidade. Ocorre nos sólidos ou fluidos confinados.

Condução através de Paredes:

• Isolamento: Materiais leves.
• Acumulação: Materiais pesados e espessos.

Convecção

Transferência de calor com transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade e à ação da gravidade. O material aquecido deve ser um fluido. A convecção pode ser:

• Natural: O movimento do fluido é provocado por uma diferença de densidade causada pela diferença de temperatura.
• Forçada: Forças externas impulsionam o fluido contra a região de calor (ou através dela).

Análise da Penetração Solar pelas Aberturas

Passos para o estudo da penetração solar (utilizando carta solar):

1. Marcar ângulos da carta solar;
2. Traçar plano vertical paralelo;
3. Girar o plano vertical até o azimute;
4. Projetar H rotacionado no plano vertical;
5. Traçar a altura projetada (HV) no plano vertical;
6. Transferir altura para janela (em corte);
7. Marcar projeção no piso;
8. Transferir raios solares em planta (azimute);
9. Marcar área com incidência do sol.