CONDICIONAMENTO TÉRMICO O HOMEM: O homem é um animal homeotérmico, isto é, possui a característica de manter a temperatura do corpo constante, que neste caso é de 36,7℃. Os seres humanos, assim como outros mamíferos são considerados como animais de sangue quente. Ainda mantendo os seus sinais vitais, o homem pode atingir a temperatura mínima de 32,0℃ e a máxima de 42,0℃. Dependendo da atividade exercida pelo homem a sua temperatura interna, (energia produzida) é transformada em potência () dissipada. Quando o homem está em repouso absoluto – Metabolismo Basal (a quantidade mínima de energia ‘calorias’ mecânica necessária para manter as funções vitais do organismo em repouso) – o calor dissipado em forma de potência é de 75, já quando realiza trabalho mecânico, a potência máxima dissipada é de 1200, se o esforço for realizado num curto espaço de tempo. Para que os seres vivos mantenham suas atividades vitais e ainda realizam tarefas, eles devem obedecer a três exigências fundamentais:

• Exigências Alimentícias – disponibilidade de alimentos para suprir o organismo de energia necessária a cada indivíduo.

• Exigências de Segurança – proteção diante de possível agressão de outros indivíduos e adequação do meio para sobrevivência segura.

• Exigências Físico-químicas - adequação das propriedades físicas e químicas do meio envolvente com a sua constituição orgânica.

O homem, biologicamente, necessita de alimentos e remédios, os mais variados, bem como, de proteção em relação ao meio. As exigências de segurança fizeram surgir tecnologias apropriadas, desde simples materiais de construção a sofisticados equipamentos de vigilância e hospitalares. São os aglomerados urbanos que o homem encontra as melhores condições para a sobrevivência. É aí que ele tem a sua morada, seu local de trabalho, seu local de lazer e outros condicionantes como hospitais, mercados, farmácias, escolas etc.

MEIO: O meio é o cenário que envolve todas as coisas vivas e não-vivas, que ocorrem na Terra, ou em alguma região dela, com ênfase para o homem. O meio pode ter diversos conceitos, e podemos dividi-lo em dois submeios:

• Meio HOSTÍL – Não oferece condições de sobrevivência humana. Como exemplo, podemos citar os desertos e as matas fechadas.

• Meio HABITÁVEL – O homem encontra as condições mínimas necessárias à moradia. Como exemplo, podemos citar os aglomerados urbanos: povoados, cidades e metrópoles.

O meio ambiente é o panorama animado ou inanimado onde se desenvolve a vida de um organismo. No meio ambiente existem vários fatores externos que têm uma influência no organismo dos seres vivos, principalmente o homem. A ecologia tem como objeto de estudo as relações entre os organismos e o ambiente envolvente. Já a Arquitetura visa melhorar as

condições de habitabilidade humana.

“Ficou claro que uma das funções da arquitetura é a de criar espaços, tanto interiores quanto exteriores, ajustados a normas de habitabilidade física, química e de segurança determinadas pelas necessidades dos indivíduos que os ocupam.” (RIVERO, Roberto. Arquitetura e clima: acondicionamento térmico natural.

Porto Alegre – Luzzatto Editores – UFRGS. 1ª Edição; 1985 p.11).

MEIO HABITÁVEL: O meio habitável dispõe de dois modos de ACONDICIONAMENTO TÉRMICO:

1 - Artificial: Utilização de equipamentos mecânicos como ar condicionado, ventilador e aquecedor e outros meios como a construção de lareiras etc.

2 - Natural: “Condicionamento térmico natural é a técnica que estuda os métodos para que o espaço habitado apresente condições térmicas exigidas pelo homem, sem recorrer a nenhum tipo de energia própria.” (RIVERO, Roberto. Arquitetura e clima: acondicionamento térmico natural. Porto Alegre

– Luzzatto Editores – UFRGS. 1ª Edição; 1985 p.13). No acondicionamento natural os recursos utilizados são as aberturas de janelas, a construção brises, colchões de ar, bem como uma boa orientação geográfica da construção, de modo a aproveitar as correntes de ar e melhor adequar a insolação nas paredes.

TROCAS TÉRMICAS: Quando existem dois corpos com estados de energia caloríficas diferentes, um mais quente e outro mais frio, o corpo mais quente está com estado energético maior e a tendência é que, quando acontecer a interação entre estes dois corpos é que, o corpo com maior energia passa parte desta energia para o corpo menor energia até que ambos estejam com a mesma temperatura, ou seja, em equilíbrio térmicos. Quando acontece uma troca térmica, isso ocorre com uma variação na quantidade de calor � calor

sensível (troca de calor com variação de temperatura). A água quando está mudando de fase a sua temperatura permanece constante e neste caso acontece o chamado calor latente. AS TROCAS TÉRMICAS podem ocorrer de dois modos possíveis: Troca úmida e Troca Seca.

1 - Troca Úmida: Evaporação e Condensação.

A matéria pode se encontrar em três estados físicos (fases): sólido, líquido e gasoso e pode passar de um estado (fase) para outro obedecendo a um limite de temperatura, nestas passagens:

• Sólido → líquido: Fusão (ganha energia) – Líquido → sólido: Solidificação (perde energia).

• Líquido → Gasoso: Vaporização (ganha energia) – Gasoso → Líquido: Liquefação (perde energia). Dependendo da temperatura de mudança do estado líquido para o estado gasoso, em relação ao ponto de ebulição, a Vaporização pode ocorrer de três modos distintos: EVAPORAÇÃO, EBULIÇÃO e CONDENSAÇÃO. A evaporação se dá numa temperatura abaixo do ponto de ebulição; a ebulição é a vaporização característica, se dá quando é atingido o ponto de ebulição; quanto a calefação, esta ocorre para uma temperatura acima do ponto de ebulição - é uma mudança de fase muito rápida, e por isso é dita evaporação forçada. No caso da água os pontos de mudança de ase são: Ponto de Fusão 0℃ e o Ponto de Ebulição 100℃

Evaporação É uma mudança de fase lenta, ocorre quando uma substância em fase líquida é aquecida, aumentando a energia de suas moléculas devido ao calor recebido. A energia acelera a movimentação das moléculas que

ao adquirir energia suficiente, aquelas molécula mais próximas da superfície, mesmo em temperaturas abaixo do ponto de mudança de fase, se libertam do líquido em forma de gás. A evaporação ocorre em qualquer temperatura, abaixo do ponto de ebulição, como ocorre com lagos e rios na formação das nuvens (partículas minúsculas de água ou gelo, ou ambos).

Condensação A condensação, também chamada de liquefação, ocorre quando as moléculas de um gás se resfriam (perdem energia). Ao perder calor, as moléculas perdem energia e velocidade, e se aproximam de outras moléculas gasosas e ao se juntarem formam um líquido. Este fenômeno pode ser observado no lado externo de um copo com água gelada, as gotas parecem surgir do nada, mas na realidade são formadas pelo vapor de água no ar que ao se chocarem com a superfície do copo, que está com uma temperatura mais baixa passam para o estado líquido, que é um fenômeno semelhante ou da formação das nuvens. Outro exemplo de condensação é orvalho formado na grama durante a noite.

Reforce seu aprendizado: http://www.infoescola.com/fisico-quimica/mudancas-de-estado-fisico/

http://www.brasilescola.com/fisica/vaporizacao-condensacao.htm http://educacao.uol.com.br/disciplinas/geografia/nuvens-como-se-formam.htm

“A evaporação e a condensação assumem grande importância no estudo de comportamento térmico dos espaços por se tratarem de formas pelas quais o calor é transportado de um corpo a outro. No interior dos edifícios há numerosas fontes de unidade. (...), cada indivíduo, em condições de atividade normal, sedentária elimina por volta de 50 de água através da respiração e da transpiração que se incorporam ao ambiente sob a forma de vapor.” (RIVERO, Roberto. Arquitetura e clima: acondicionamento térmico

natural. Porto Alegre – Luzzatto Editores – UFRGS. 1ª Edição; 1985 p.52). Nas residências, além da influência humana (respiração e transpiração), a umidade do ar recebe uma grande contribuição de ar quente vindo de cozinhas, banheiros, e equipamentos que geram grandes quantidades de vapor e calor, causando grande transtorno higiênico.

2 – Troca Seca: Radiação, Convecção e Condução.

Mundialmente são utilizadas, atualmente, três escalas termométricas: a Celsius (℃), Fahrenheit (℉) e a Kelvin (�). A escala fahrenheit usada oficialmente nos países de língua inglesa e a escala kelvin, também chamada de escala do zero grau absoluto que é usada universalmente nas resoluções dos problemas de Física. Estas escalas têm como padrão dois pontos fixos da água: ponto de fusão e ponto de ebulição.

• Ponto de Fusão: 0℃ → 32℉ → 273,15�.

• Ponto de Ebulição: 100℃ → 212℉ → 373,15�.

Conhecendo-se os pontos extremos de cada uma das escalas fica fácil encontrar uma relação entre elas. Da relação mostrada na figura temos:

�

�=

� − ��

�=

� − ���

�

De onde podemos extrair: �� = �(� − ��) para converter Celsius para Fahrenheit e Fahrenheit para Celsius. Ou � = � − ��� que converte Celsius em Kelvin e Kelvin em Celsius. Ou ainda �(� − ��) = �(� − ���) para converter Fahrenheit em Kelvin e Kelvin em Fahrenheit.

ESQUEMA GRÁFICO DAS CONVERSÕES

RADIAÇÃO A Radiação é a emissão de energia por uma fonte na forma de ondas eletromagnéticas ou partículas de alta energia. A radiação de calor é a transferência de calor por meio de raios infravermelhos. O calor pode passar através do vácuo, viajando à mesma velocidade da luz, pode ser refletido e refratado e não afeta o meio por onde passa. O calor irradiado se propaga no vazio, e assim o calor da superfície solar (algo em torno de 5527℃ ou 5800�), viajando na velocidade da Luz, percorre milhões de quilômetros até chagar aqui na Terra, de modo que o homem sinta em sua pele, uma pequena parte do grande calor.

A radiação pode ser percebida em várias outras situações, como o entorno de uma fogueira, a proximidade de um forno aceso. É fato que todos os objetos irradiam calor em todos os momentos e em todas as direções.

Matematicamente, se � e � são dois corpos que trocam color por radiação coma temperatura do corpo � maior que a temperatura do corpo B, em graus Celsius: ( ! > #), para calcular a radiação utiliza-se a expressão:

$% = &% ∙ (() − (*)(+ ,�)⁄ Onde:

• �. →É a quantidade de calor irradiada;

• ℎ. →É o coeficiente de radiação. Para material de construção podemos usar ℎ. = 5(/12℃). CONVECÇÃO

Convecção é a forma de transferência de calor no fluido. Quando existe uma diferença de densidade, num meio líquido ou gasoso, acontece o fenômeno da convecção. Este fenômeno ocorre quando existe propagação de calor através dessa diferença de densidade nesse fluido (ar ou líquido), no momento em que sua temperatura é modificada. Um líquido ou um gás quando é aquecido, se expande ou se dilata. Quando há dilatação a matéria fica menos densa e, deste modo ela tende a subir sobre a matéria fria. Isto explica porque os balões, a fumaça sobem. Nas proximidades de uma fogueira presenciamos algumas partículas

de cinza flutuando no ar, sob o efeito do fenômeno da convecção. No interior de um frigorífico pode-se observar muito bem o fenômeno da convecção: os congeladores, em geral, são colocados na parte superior do ambiente, arrefecendo o ar que, ao se tornar mais denso e, tende a descer, recebendo energia, dos alimentos, em forma de calor. Este calor torna o ar menos denso e estende a subir, como mostra a figura ao lado que o funcionamento de um ar-condicionado em uma sala de uma residência. Em resumo, o ar frio, mais denso, empurra o ar quente menos denso, das partes inferiores para cima até que este entre em contato com o congelador ou ar-condicionado, volte a esfriar novamente, e o processo continua em ciclos, nesse vai e vem. A convecção acontece em vários outros locais como os radiadores de automóveis, as chaleiras com água fervendo na cozinha, assim como nas geladeiras.

A convecção depende da superfície de atuação, vertical ou horizontal, e também da velocidade do ar. A tabela de Coeficiente de Convecção que segue aplica-se a situação vertical (paredes). Sendo ! a temperatura do ar e # a temperatura da fonte a convecção fica definida matematicamente, pela expressão, sendo ! > # ou # > !:

$� = &� ∙ (() − (*)(+ ,�3 )

Onde:

• �4 → quantidade de calor transferida;

• ℎ4 → coeficiente de convecção. Para o cálculo da convecção podemos usar ℎ4 conforme a tabela:

Superfície Fluxo Coeficiente de convecção Unidade

Horizontal Descendente h6 = 1,2 /12℃ Vertical - ℎ4 = 4,7 /12℃ Horizontal Ascendente ℎ4 = 7,0 /12℃ CONDUÇÃO A Condução térmica é um dos meios de transferência de calor que ocorre, geralmente em materiais sólidos. Há transmissão de calor por condução, entre dois corpos com temperaturas diferentes, quando as moléculas destes corpos estão mantendo contato físico. Podemos concluir que a condução é a propagação do calor por meio do contato entre as moléculas de um corpo.

Os materiais, geralmente apresentam coeficientes de condutibilidades térmicas diferentes, dependendo de suas propriedades físicas como a densidade, ou seja, alguns materiais conduzem mais calor que outros. Os metais costumam ser bons condutores de calor, enquanto outros como a lã de vidro, a borracha, a madeira e o Poliestireno Expandido (EPS), o nosso isopor, são maus condutores. Estes últimos materiais citados são tidos como isolantes térmicos (não conduzem calor). Os fornos têm suas paredes forradas para evitar que o calor saia através

delas, enquanto que as paredes dos frigoríficos são forradas com lã de vidro ou de rocha para evitar que o calor penetre no ambiente. Para evitar que o calor produzido pelo nosso corpo escapa para a atmosfera, no

inverno, usamos agasalhos que são feitos de materiais isolantes térmicos, como a lã. No deserto, são usadas grossas roupas de lã para impedir que o forte calor entre em contato com a pele. Sem considerar as perdas, a Energia Transmitida é a Energia Conduzida entre faces, no interior do material sólido (condução de calor). Arquitetura estuda o efeito da condução térmica nas vedações opacas (paredes), ou vedações transparentes, (janelas e portas). Sendo � a face externa de uma vedação, (voltada para a fonte de calor), e � a face interna da vedação, (voltada para o interior do ambiente), onde ! é a temperatura da

Densidade (d) versus Condutividade Térmica (k)

78 9:;8< =

(> /1?)

> (

123 ℃)

*Concreto 2200,00 1,740 Concreto celular 500,00 0,200 *Tijolo maciço 1600,00 0,810 *Madeira 800,00 0,190 *Vidro 2600,00 1,200 Cortiça 200,00 0,051 Poliestireno expandido - EPS 20,00 0,035 Fibrocimento (chapas) 1900,00 0,760 Palha (em cobertura) 200,00 0,120 Mármore 2600,00 2,900 *Aço 7800,00 47,000 Ar 1,20 0,024

face � e # é a temperatura da face �, com ! > #. Para calcular a condução do calor através do sólido faz-se uso da expressão:

$ =�

A∙ (() − (* ) (+

,�3 )

Onde:

• q → quantidade de calor transferido, ( 123 );

• k → condutividade térmica, ( 123 ℃);

• L → espessura da vedação (sólido) (1); • !9 # → temperatura das superfícies da vedação (℃).

No caso de uma parede ou janela se levarmos em consideração a ÁREA (�) teremos:

B = $ ∙ )(+)

Ou diretamente

B =� ∙ )

A∙ (() − (*)(+)

EXERCICIOS:

1. (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por:

a. Radiação e convecção b. Radiação e condução c. Convecção e radiação

d. Condução e convecção e. Condução e radiação.

2. (UNITAU - SP) Num dia quente você estaciona o carro num trecho descoberto e sob um sol

causticante. Sai e fecha todos os vidros. Quando volta, nota que "o carro parece um forno". Esse fato se dá por que:

a. O vidro é transparente à luz solar e opaco ao calor; b. O vidro é transparente apenas às radiações infravermelhas; c. O vidro é transparente e deixa a luz entrar; d. O vidro não deixa a luz de dentro brilhar fora; e. N.D.A.

3. (UFES) Para resfriar um líquido, é comum colocar a vasilha que o contém dentro de um recipiente com gelo, conforme a figura. Para que o resfriamento seja mais rápido, é conveniente que a vasilha seja metálica, em vez de ser de vidro, porque o metal apresenta, em relação ao vidro, um maior valor de:

a. Condutividade térmica b. Calor específico c. Coeficiente de dilatação térmica

d. Energia interna e. Calor latente de fusão.

4. (FAPIPAR - PR) Uma carteira escolar é construída com partes de ferro e partes de madeira. Quando você toca a parte de madeira com a mão direita e a parte de ferro com a mão esquerda, embora todo o conjunto esteja em equilíbrio térmico:

a. A mão direita sente mais frio que a esquerda, porque o ferro conduz melhor o calor; b. A mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção na madeira é mais

notada que no ferro; c. A mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção no ferro é mais notada

que na madeira; d. A mão direita sente menos frio que a esquerda, porque o ferro conduz melhor o calor; e. A mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a madeira conduz melhor o calor.

5. (MACKENZIE) Uma parede de tijolos e uma janela de vidro de espessura 180 mm e 2,5 mm, respectivamente, têm suas faces sujeitas à mesma diferença de temperatura. Sendo as condutibilidades térmicas do tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI, respectivamente, então a razão entre o fluxo de calor conduzido por unidade de superfície pelo vidro e pelo tijolo é:

a. 200 b. 300 c. 500 d. 600 e. 800 6. Calcule a quantidade de calor transmitida por condução para uma parede de tijolos maciços com

2,001 de comprimento por 3,001 de altura e 20,00C1 de espessura. Cuja temperatura na face exterior é de 78℉ e na face interna a temperatura é de 60℉.

7. Dada uma parede em concreto armado com espessura igual 20,00C1 e que recebe a temperatura de 35℃ na face externa. Sabendo que medindo a temperatura na face interna encontra-se 28℃ calcule a quantidade de calor transmitida entre as faces por condução

8. Considerando os dados da questão anterior, se a mencionada parede tiver 6,001 de comprimento por 2,801 de altura, qual será a quantidade total de calor conduzida?

9. Uma vedação em vidro com 10,0011 de espessura recebe uma temperatura de 45℃ na face exterior e conduz uma quantidade de calor total igual 3960. Qual a temperatura final na face interna?

10. Se a vedação da questão anterior tivesse uma área igual 25,0012, qual seria a quantidade total de calor conduzida por ela?

11. Observe as afirmações a seguir:

I. O Sol aquece a Terra por meio do processo de _____________ térmica;

II. As panelas são feitas de metal porque esses materiais têm maior capacidade de transmissão de calor por _______________;

III. Os aparelhos de ar-condicionado devem ficar na parte superior de uma sala para facilitar o processo de __________________.

As palavras que completam as frases acima corretamente de acordo com os princípios físicos dos processos de transmissão de calor são, respectivamente:

a. Condução, convecção, irradiação; b. Convecção, irradiação, condução; c. Irradiação, convecção, condução;

d. Irradiação, condução, convecção; e. Condução, irradiação, convecção.