Texto Base 2 Conforto Do Ambiente Construido Geometria Da Insolacao

7/26/2019 Texto Base 2 Conforto Do Ambiente Construido Geometria Da Insolacao

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2 Conforto do ambiente construdo:geometria da insolao

Carlos Henrique Barreiro

Introduo

Todo projeto arquitetnico deve ter como fim a satisfao e bem estar do ser humano, queimplicam necessariamente em alcanar exigncias trmicas, lumnicas, acsticas, visuais e derenovao e circulao do ar interior. Obviamente, qualquer ser vivo pode sofrer inmerosdesconfortos e at riscos se o seu habitat no estiver compatvel com suas exignciasambientais. Por este motivo e pela aplicabilidade do contedo na Engenharia Civil, para esteroteiro, daremos maior nfase para as questes trmicas e de renovao e circulao do ar(meio interno e externo) nos edifcios.

Todas as exigncias relativas ao conforto trmico esto diretamente relacionadas com ofuncionamento do organismo humano, que produz calor de acordo com a atividade que realiza.Todo ser humano necessita liberar calor em quantidade suficiente para que sua temperaturainterna se mantenha prxima a 37C. Esta particularidade tem o nome de homeotermia, quepode ser traduzida como a capacidade de um corpo em manter uniforme a sua temperatura.Desta forma, quando sentimos qualquer sensao de frio ou de calor (realizando ou no umaatividade fsica qualquer), significa que nosso organismo est em desequilbrio, necessitandode interferncia externa para voltar ao normal. Obviamente, quando a retomada dahometotermia tem que ser alcanada com um esforo adicional do ser humano, haver sempreuma sobrecarga, com possibilidade de queda do rendimento no trabalho, possibilidade deperda de capacidade para realizao de determinada tarefa e at problemas irreversveis desade.

Temperatura a quantidade de calor que existe no ar. Ela medida pelo termmetro meteorolgico, que diferentedo termmetro clnico. A diferena entre a maior e a menor temperatura chama-se amplitude trmica.

Outro conceito importante que ser tratado neste roteiro o da Geometria da Insolao. Esteconceito foi proposto e desenvolvido pela professora Ansia Barros Frota, da FAU-USP e estdescrito no livro Manual de Conforto Trmico, em conjunto com a professora Sueli RamosSchiffer. O estudo mostra que as diferenas climticas da Terra so basicamente advindas daenergia solar, sendo necessrio o conhecimento de elementos geomtricos para avaliar qual acarga trmica que determinada edificao ou espao ao ar livre receber, nas diversas horas

do dia e nas vrias pocas do ano.

A Geometria da Insolao fornece um instrumental, a partir de grficos simplificados (a CartaSolar), para mensurar os horrios de insolao para diferentes orientaes de fachadas emcada latitudeem particular.

LatitudeLocalizao, em relao linha do equador, de um dado ponto na superfcie da Terra. medida emgraus, e a linha do equador est a zero grau. Sua representao feita atravs de linhas paralelas querodeiam o planeta horizontalmente e o dividem em Norte e Sul. Os polos Norte e Sul esto a 90 emrelao linha do equador.


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A utilizao deste conceito nos permite determinar reas de sombras em reas urbanas, vistoque em grande parte do dia os raios solares diretos podem ser barrados pelas construesvizinhas, modificando, portanto, o horrio real de insolao. Tambm possibilita adequar aorientao das aberturas e dos elementos transparentes e translcidos da edificao, quepermitem o contato com o exterior e a iluminao dos recintos. A proteo solar das aberturas

por meio de protetores solares, brise-soleil ou quebra-sol, tambm um indispensvelrecurso para promover os controles trmicos naturais.

Vamos abordar tambm conceitos sobre a orientao dos edifcios, pois segundo Carvalho,1970, no livro Tcnica da Orientao dos Edifcios, depois da estabilidade estrutural, oproblema mais importante o da boa orientao de um edifcio em relao aos pontoscardeais.

Precisamos tambm conhecer as exigncias humanas de conforto trmico e do clima, queassociadas s caractersticas trmicas dos materiais e dos parmetros arquitetnicosadequados a climas particulares, proporcionam condies de projetar edifcios e espaosurbanos de acordo com critrios tcnicos, cuja resposta atenda s exigncias de conforto

trmico. Estabelecer os parmetros relativos s condies de conforto trmico requerincorporar, alm das variveis climticas citadas, estimativas de temperaturas das superfciespresentes no ambiente e da atividade desenvolvida pelas pessoas no interior dos edifcios.

Clima o registro histrico e a descrio da mdia diria e sazonal de eventos climticos que ajudam adescrever uma regio. As estatsticas so extradas de vrias dcadas de observao. A palavra derivada do grego, clima, significando inclinao e refletindo a importncia que os estudos daantiguidade atriburam influncia do Sol.

Em consonncia com os autores j citados, pretende-se que, com o contnuo desenvolvimentoe aprofundamento deste contedo, os futuros engenheiros conheam e se conscientizem de

que a racionalizao no uso da energia depende da adequao da edificao ao clima,evitando ou, no mnimo, reduzindo o uso de sistemas de condicionamento artificial de ar, sejapara resfriar ou aquecer os ambientes. Isso requer o conhecimento mais aprofundado deconceitos sobre clima, aliado ao dos mecanismos de trocas de calor e do comportamentotrmico dos materiais, para permitir por parte do futuro engenheiro uma consciente avaliao e,se necessrio, interveno no projeto do edifcio.

CalorForma de energia transferida entre dois sistemas em virtude de uma diferena de temperatura.

Ao final deste estudo, o futuro engenheiro ir compreender que toda edificao deve possuircaractersticas que conduzam a uma resposta trmica ambiental satisfatria, quenecessariamente no implica em um acrscimo de custo da construo, mas, ao contrrio,deve resultar em reduo do custo de utilizao e de manuteno deste edifcio em longoprazo, alm de propiciar condies ambientais internas mais agradveis aos seus usurios.

Objetivos

O estudo deste roteiro permitir que voc compreenda conceitos sobre Conforto do AmbienteConstrudo, por meio de uma contextualizao atual, que nesta Etapa II, desenvolveespecificamente conceito sobre a Geometria da Insolao e o dimensionamento de dispositivosde proteo solar para a edificao. Ao final deste estudo, voc ser capaz de:


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interpretar conceitos sobre conforto do ambiente construdo; reconhecer, analisar e projetar equipamentos de proteo solar.

Esquema

1. Geometria da insolao2. Movimento aparente do sol

2.1. Longitude2.2. Latitude2.3. Posies Aparentes do Sol

3. Carta solar3.1. Projees da trajetria aparente do sol no PHO3.2. Identificao de rumos3.3. Por que utilizar a carta solar?

3.4. Transferidor auxiliar3.5 Detalhando os ngulos para identificao grfica dos dispositivos de proteo3.5.1 Dispositivo de proteo solar horizontal ngulo 3.5.1.1. Sombra produzida pelo ngulo no transferidor auxiliar3.5.2 Determinao dos ngulos d e e definio das laterais (direita e esquerda) do

dispositivo de proteo solar horizontal3.5.2.1 Sombra produzida pelos ngulos de eno transferidor auxiliar3.5.3 Dispositivo de proteo solar vertical ngulo 3.5.3.1 Sombra produzida pelos ngulos de eno transferidor auxiliar

1. Geometria da insolao

Conforme j descrito no incio deste roteiro, o conceito de Geometria da Insolao foidesenvolvido pela professora Ansia Barros Frota, da FAU-USP, e aplicado especificamentepara estimativas e clculos de protetores solar.

Obviamente, este tema assume relevncia em reas urbanas, principalmente porque seconsiderarmos um edifcio qualquer, os raios solares podero ser bloqueados por anteparos epor construes vizinhas, modificando o horrio de insolao.

tambm importante para decidirmos sobre a orientao das aberturas, para maximizar aventilao e a iluminao dos compartimentos. Ocorre que em casos extremos devemos lanarmo de projetos de proteo como o caso de protetores horizontais e verticais (brise soleil).

Brise soleilDesignao geral para um sistema de lminas que fixo fachada exterior de edifcios, e protege contrao aquecimento e o brilho excessivo. (Novo Dicionrio Eletrnico Aurlio verso 5.0)

CompartimentoCada uma das divises de uma casa, de um mvel, etc.

Para entender este conceito e projetarmos edifcios que atendam s exigncias de conforto, necessrio que antes identifiquemos:

as exigncias de conforto trmico e do clima; as caractersticas trmicas dos materiais;


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os aspectos topoclimticos regionais.

O objetivo principal reduzir ou at evitar ou gastos desnecessrios com ar condicionado pararefrigerar ou aquecer os ambientes.

Para elucidar este conceito, podemos utilizar exemplos simples para o nosso pas:

na regio Nordeste (prxima linha do Equador), precisamos de casas que retenham ocalor na parte externa;

na regio Sul (prxima ao Plo Sul) precisamos de casas que retenham o calor na parteinterna.

Em sntese, o conhecimento do clima, dos mecanismos de trocas de calor e do comportamentotrmico dos materiais, deve conduzir a projetos de edifcios com boas caractersticas deconforto. Vale destacar que isso no implica em acrscimo no custo de construo, mas, aocontrrio, deve resultar em reduo do custo de utilizao e de manuteno do imvel, alm depropiciar condies ambientais internas agradveis aos seus ocupantes.

2. Movimento aparente do sol

J que estamos falando de movimento aparente do sol, porque a terra que se movimenta aoredor do sol, com vrios movimentos, sendo os mais importantes o movimento de rotao e detranslao, vamos considerar um observador situado num ponto qualquer da superfcieterrestre. Para este observador, o Sol, aparentemente, se movimenta ao longo dos dias aoredor da Terra, variando a inclinao dos raios em funo da hora e da poca do ano.

importante observar que, independente das condies externas de um

edifcio se, por exemplo, com 42 ou 18, devemos garantir que o ambienteinterno esteja em aproximadamente 28, que a temperatura mais adequada eagradvel ao ser humano.

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TempoCondies da atmosfera por um determinado perodo, considerando a maneira como o tempo afeta avida e as atividades do ser humano. So as variaes de curto prazo da atmosfera, opostas smudanas de longo prazo ou climticas. Refere-se frequentemente luminosidade ou nebulosidade dodia, umidade, precipitao, temperatura, visibilidade e vento.

Em nosso estudo, vamos considerar que a Terra uma esfera perfeita. A Figura 1 representaesta esfera de centro C, pelo qual passa um eixo imaginrio denominado eixo polar, ao redordo qual a Terra gira. O ponto PN definido como sendo o Plo Norte e o ponto PS, o Plo Sul.

O crculo definido pela interseco do plano que passa pelo centro C e perpendicular ao eixopolar e esfera terrestre o Equador terrestre.

Deste modo, a posio de uma localidade A sobre a superfcie terrestre pode ser especificadaa partir de sua latitude e de sua longitude.

LongitudeLocalizao, em relao ao Meridiano Principal, de um dado ponto na superfcie da Terra. Tal como alatitude, a longitude medida em graus e o Meridiano Principal, em Greenwich, corresponde a zerograu de longitude. Sua representao feita em linhas verticais que cruzam a Terra do Plo Norte aoPlo Sul. A distncia entre as linhas de longitude maior no equador e menor latitudes mais altas. Os

diversos horrios na superfcie terrestre esto relacionados longitude.

Os movimentos da Terra so movimentos simultneos realizados por ela noespao. Existem ao todo cinco movimentos principais: Rotao- A Terra gira em torno de si mesma, em torno de seu eixo imaginrio

em 24 horas. Translao- o movimento que a Terra executa ao redor do Sol. Leva um

tempototal aproximado de 365 dias e 6 horas at que se complete um ano. Precesso dos equincios- o movimento de deslocamento do eixo da Terra,

executando uma trajetria semelhante de um pio. De modo anlogo a umpio, o eixo da terra descreve uma superfcie cnica em torno da reta normal aoplano da rbita da terra em torno do Sol.

Nutao- , na astronomia, uma pequena oscilao peridica do eixo de rotaoda Terra com um ciclo de 18,6 anos. Ela causada pela fora gravitacional da lua Terra.

Revoluo- o movimento executado pela Terra ao redor do centro da ViaLctea junto com o Sol, descrevendo uma trajetria helicoidal. No se trata de ummovimento prprio da Terra, uma vez que a Terra est sendo arrastada pelo Sol.

Alm desses cincos movimentos, h outros, de menor importncia, que sovariaes destes.Fonte: (WIKIPDIA, 2010.)

Note que, no movimento de translao, a Terra leva um tempo total aproximadode 365 dias e 6 horas, at completar um ano de movimento ao redor do Sol. Este fatoexplica a incluso do ano bissexto em nosso calendrio a cada quatro anos. As 6 horasque sobram a cada ano, se multiplicadas por 4, somam exatas 24 horas, ou seja, 1 diaa mais no calendrio.


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Figura 1: A esfera terrestre e as coordenadas do ponto AFonte:FROTA, 2001

2.1. Longitude

A longitude medida com relao ao Meridiano de Greenwich. Esse meridiano , por definio,o semicrculo que passa pelos polos e pelo observatrio de Greenwich, que est situado naInglaterra. Podemos visualizar que a longitude do ponto A indicada na Figura 11 pelo ngulo1. Importante destacar que as longitudes so medidas de 0 a 180, a leste ou a oeste doMeridiano de Greenwich.

2.2. Latitude

A latitude medida a partir da linha do Equador, imaginando-se que cada ponto da superfcie

da Terra esteja contido em um semicrculo paralelo ao Equador e, distante deste segundo, umngulo definido pela altura do crculo, ou seja, pelo ngulo 2. A latitude medida de 0 a 90,em cada hemisfrio, Norte ou Sul. Portanto, se estiver acima da linha do Equador, ser latitudeNorte e, se estiver abaixo, ser latitude Sul.

2.3. Posies Aparentes do Sol

O conceito de Movimento Aparente do Sol depende ainda de alguns parmetros. Vamosentend-los conhecendo outros elementos que compem a Terra. Observemos a Figura 2, querepresenta um esquema de elementos da Terra e que nos auxiliaro para a definio deconceitos importantes sobre Geometria da Insolao.


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2330

Equador

Trpico Capricornio

Trpico Cncer

PN

PS

Obliqidade da eclptica

Figura 2: Ilustrao esquemtica da Terra

Fonte:Acervo do autor

Oblquo

No perpendicular; inclinado; de travs (Novo Dicionrio Eletrnico Aurlio verso 5.0)

FROTA (2001) esclarece que se o eixo imaginrio que une os polos fosse perpendicular aoplano da eclptica, que o plano de translao da Terra ao redor do Sol, cada ponto situadosobre a sua superfcie veria o Sol, ao longo do ano, numa mesma posio. Mas sendo esseeixo inclinado, aproximadamente 2330 em relao normal, conforme representado naFigura 3, o Sol, aparentemente, percorrer uma regio do cu correspondente, na Terra,quela compreendida entre os trpicos de Cncer e Capricrnio, com uma durao de seismeses em cada sentido.

Observe que, no esquema da Figura 2, o eixo imaginrio que liga os PolosNorte e Sul no vertical. Esse eixo oblquo, tem uma inclinao de 2330 (23,5),a essa inclinao chamamos de obliquidade da eclptica. H ainda 3 linhasimaginrias, a saber: no ponto mdio, entre os hemisfrios Norte e Sul, temos a linhado Equador, um pouco acima, deslocado em 2330 a linha do Trpico de Cncer(Hemisfrio Norte) e, abaixo, tambm deslocado em 2330, o Trpico de CapricrnioHemisfrio Sul .


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Figura 3:Posio da terra em relao ao Sol, nos solstcios


Perceba que aparece aqui uma nova informao, o solstcio, e dentro desse mesmo conceito,temos outra informao, o equincio. Podemos resumir que solstcio significa diferena naincidncia de radiao solar e equincio igualdade na incidncia de radiao solar sobre asuperfcie terrestre. Nos solstcios, para ns, que estamos no hemisfrio Sul, teremos duasocorrncias no ano, uma a partir de 21.06 solstcio de vero, e outra, a partir de 21.12,solstcio de inverno. Tenha muita ateno, pois essa situao se inverte quando consideramoso hemisfrio Norte.

Radiao

Processo pelo qual a energia propagada em qualquer meio atravs do movimento da onda daquelemeio. Radiao eletromagntica a que emite calor e luz, que tambm so formas de radiao. Ondasde som tambm so consideradas radiaes.

Vejamos, algumas definies:

Solstciopoca em que o Sol passa pela sua maior declinao boreal ou austral, e durante a qual cessa deafastar-se do equador. [Os solstcios situam-se, respectivamente, nos dias 22 ou 23 de junho para amaior declinao boreal, e nos dias 22 ou 23 de dezembro para a maior declinao austral do Sol. Nohemisfrio sul, a primeira data se denomina solstcio de inverno e a segunda, solstcio de vero; e,como as estaes so opostas nos dois hemisfrios, essas denominaes invertem-se no hemisfrionorte.] (Novo Dicionrio Eletrnico Aurlio verso 5.0)

Equincio1. Ponto da rbita da Terra em que se registra uma igual durao do dia e da noite, o que sucede nosdias 21 de maro e 23 de setembro 2. Astr. Qualquer das duas intersees do crculo da eclpticacom o crculo do equador celeste: equincio da primavera, ou ponto vernal, e equincio do outono, ouponto de Libra. 3. Astr. Instante em que o Sol, no seu movimento anual aparente, corta o equadorceleste. (Novo Dicionrio Eletrnico Aurlio verso 5.0)

A Figura 4 uma ilustrao dos movimentos que a terra realiza ao redor do sol. Nela, podemosidentificar os perodos de incidncia de radiao solar sobre a superfcie terrestre, identificando

PSPS

21.06 21.122330 2330

PN PN


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os equincios, de primavera e de outono, e os solstcios, de inverno e de vero, todos comreferncia ao hemisfrio Sul.

Figura 4:Esquema simplificado identificando as estaes do ano e a incidncia de insolao nasuperfcie terrestreFonte: Disponvel em:. Acesso em: 22

jan. 2010.

3. Carta solar

Para entendermos o conceito de Carta Solar, precisamos buscar novas informaes.

Vejamos...

a. J comentamos anteriormente que o movimento do Sol aparente, porque a terra queest em movimento. Entretanto, um observador posicionado em determinada latitude da

terra ao olhar para o cu, ver o sol se movendo. Por isso, o chamamos de movimentoaparente do Sol.

b. De acordo com a Figura 5, podemos imaginar que existe uma enorme esfera que recebeastros e estrelas, que chamamos de Esfera Celeste. sobre a superfcie desta esfera queo Sol far seu movimento aparente. Todas as informaes pertencentes Terra serotransferidas para a Esfera Celeste. Podemos dizer ento que se temos um Polo Norteterrestre, teremos tambm um Polo Norte celeste, e assim por diante. Observe na Figura 5que, para um observador em determinada latitude na terra, haver sempre um planoperpendicular a este observador. Este plano chamado de Plano Horizonte do Observadorou Plano Horizontal ao Observador (PHO). Como o PHO finito, vai existir um ponto emque o observador perde sua viso sobre ele. Este ponto chamado de Linha do Horizonte


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e define o ponto em que o Sol aparece na linha do horizonte, no nascer do Sol, e o pontoem que o Sol desaparece na linha do Horizonte, no pr do Sol.

Aproveitando esta informao, observe que na Esfera Celeste h um hemisfrio visvel

ao observador, situado sobre o plano em que ele se encontra e h um hemisfrio novisvel ao observador. Do mesmo modo, h uma linha imaginria que passa ortogonalao observador e que corta a Esfera Celeste em dois extremos. Na parte superior daesfera temos o Znite (Z) e na parte inferior temos o Nadir (Z).

Esfera CelesteEsfera de raio unitrio sobre a qual se consideram os pontos representativos das diferentes direes, eque pode ser topocntrica, geocntrica ou heliocntrica conforme se considere para seu centro,respectivamente, o lugar de observao, o centro da Terra, ou o centro do Sol. (Novo DicionrioEletrnico Aurlio verso 5.0)

c.

Figura 5: Esferas Terrestre e CelesteFonte:FROTA, 2001

d. Vamos utilizar, agora, a Figura 6. Para um observador em uma dada latitude da Terra, aposio de um corpo celeste em relao ao seu plano horizontal pode ser perfeitamentedeterminada a partir de dois ngulos: a altura e o azimute. Assim, imaginando-se a estrela

Se o observador caminha sobre a superfcie terrestre, o Plano Horizontala este Observador (PHO) o acompanha, j que ele est no centro do PHO. Noteque no desenho ilustrado na Figura 5, o observador est na posio verticalsomente para facitar a visualizao para o leitor/estudante.

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X localizada na esfera celeste, conforme ilustrado na Figura 6, por ela se pode passar umplano, que contm o observador A e que perpendicular ao seu plano do horizonte. Alinha AX corresponde projeo AX no plano do horizonte do observador. A altura (h) daestrela medida a partir do PHO, indicando, assim, quantos graus acima deste plano ocorpo celeste visvel ao observador (arco XX).

GrauMedida de diferena de temperatura que representa uma nica diviso numa escala de temperatura.

Figura 6: Altura e Azimute de um corpo celeste

Fonte:FROTA, 2001

Consideraes importantes:

O azimute (a) medido no plano do horizonte, a partir da direo norte (arco NX).Deste modo, indicar quantos graus, direita do norte do observador, passa o planoperpendicular ao do horizonte, que contm a estrela X e o observador A.

A posio horria do Sol tambm determinada a partir do conceito de azimute e dealtura, em funo da latitude do observador. A latitude, como foi visto, determinar aposio dos polos celestes e, consequentemente, das direes norte-sul e leste-oestedo observador. O azimute solar a, descrito na Figura 6, a medida angular tomada a

partir da orientao norte do observador. A altura solar h, tambm descrita na Figura 6,se relaciona com a hora do dia. Ao nascer do sol, sua altura igual a zero, aumentandoesse valor at atingir um mximo ao meio-dia (dizemos que o Sol est Zenite, de ondederiva a palavra iluminao Zenital). Aps esse horrio, a altura solar passar adecrescer de valor at igualar-se a zero, no pr-do-sol.

e. FROTA (2001) descreve que o movimento aparente do Sol ao longo do dia e do ano,consequncia dos movimentos de rotao e translao da Terra, semelhante ao de umaespiral, quase paralela. Na Terra, este percurso solar corresponder zona situada entreos Trpicos de Cncer e de Capricrnio, demorando seis meses em cada direo. Naprtica, para um determinado observador na Terra, o movimento aparente do Sol descrito como uma srie sucessiva de circunferncias na esfera celeste, paralelas ao


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equador celeste, com inclinaes sobre o plano do horizonte variando em funo dalatitude deste observador, conforme ilustrado na Figura 7. Esse movimento dirio do Solpercebido na esfera celeste como circunferncia denominado trajetria aparente do Sol.Assim, pode-se determinar uma trajetria aparente do Sol para cada dia do ano, em funode cada latitude diversa da Terra. Destas trajetrias, usualmente, pelo menos trs so

indicadas graficamente: as dos solstcios, que so as extremas do percurso, e as dosequincios. No solstcio de vero tem-se sempre o dia mais longo do ano e no de inverno,o mais curto, a menos no plano do Equador. Equincio a denominao que se dquelas datas do ano em que o dia tem a mesma durao que a noite.

Figura 7: Movimento aparente de astros e estrelas

Fonte:FROTA, 2001

Conforme ilustrado na Figura 7, temos: com o movimento de rotao da Terra, um observador (A), situado em uma dada latitude,

ter a impresso de que todos os corpos celestes, inclusive o Sol, se movimentam no cudscrevendo um crculo paralelo ao equador celeste;

tomando-se como referncia a estrela X, com relao ao observador A, ela aparentardescrever o crculo X, X, X, X, sendo visvel apenas no trecho X, X, X, acima do PHO edurante a noite.

3.1. Projees da trajetria aparente do sol no PHO

necessrio ressaltar que as informaes a seguir sero esclarecedoras para entendermos aorigem e o funcionamento das cartas Solares. Portanto, conduza sua leitura com muitaateno.

Podemos identificar trs mtodos de projeo cartogrfica que podem ser utilizados pararepresentao das trajetrias aparentes do Sol, dentre os quais destacamos: o ortogrfico, oequidistante e o estereogrfico.

H uma similaridade entre os mtodos, porque a abbada celeste sempre representada porum crculo cujo centro a projeo do znite do observador no plano do horizonte. Os


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azimutes solares so representados por linhas irradiadas do centro, e as alturas solares soindicadas por crculos concntricos, em cada um dos mtodos considerados.

Escolhemos a projeo estereogrfica para representar as projees das trajetrias aparentesdo Sol, pela abordagem simples, objetiva e de fcil compreenso, acompanhando nosso livro

de referncia, Manual de Conforto Trmico: arquitetura, urbanismo, de Ansia Barros Frota eSueli Ramos Schiffer.

Vamos utilizar a Figura 8 para entender este conceito. O plano no qual se projetam astrajetrias aparentes do Sol o PHO. O centro de projeo (C) coincide com o nadir doobservador. Assim, a projeo dos pontos P1, P2 e P3 da abbada celeste, no plano doobservador , respectivamente, P1, P2, P3.

Figura 8: Projees da trajetria aparente do Sol no PHOFonte:FROTA, 2001

Observe na Figura 8 que: o Nadir utilizado como referncia para transferir as projees da trajetria solar no

PHO; o Plano de Projeo da Trajetria do Sol o mesmo que Plano Horizontal ao

Observador.

Na projeo estereogrfica, as circunferncias que representam as alturas solares na abbadaceleste se projetam como circunferncias concntricas. Os azimutes so representados comolinhas que partem do centro da abbada, ou seja, do observador. As trajetrias solaresprojetam-se como arcos de circunferncia. Estas informaes podem ser confirmadas naFigura 9.

ConcntricasQue tem o mesmo centro; homocntrico. (Novo Dicionrio Eletrnico Aurlio verso 5.0)


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Figura 9: Projeo estereogrfica da trajetria aparente do SolFonte:FROTA, 2001

Um exemplo mostrado na Figura 10, que representa a Carta Solar para latitude 24S, a qualcorresponde, com boa aproximao, a trajetria solar para a cidade de So Paulo (2330S),FROTA (2001). Isso pode ser feito porque, em geral, podemos utilizar para carta Solares amargem de erro de 3.

Figura 10: Carta Solar para a Latitude 24 Sul (S)Fonte:Adaptado de FROTA, 2001


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A Figura 20 traz informaes importantes, vejamos:

a Carta Solar um mapa que descreve a trajetria solar durante o ano. Comocomplemento, temos ainda: os pontos cardeais Norte (N), Sul (S), Leste (E) e Oeste (W)

bem como todos os pontos cardeais intermedirios, no quadrante NE, SE, SW e NW,dias e meses do ano e graduaes intermedrias variando de 0 a 90, do extremo dacarta para seu centro, em todos os quadrantes;

em cada linha, que descreve a trajetria solar, temos datas registradas nos cantosesquerdo e direito da carta. Repare que na ltima linha temos do lado esquerdo e direitoo dia 22.12, que corresponde a um perodo de solstcio;

se olharmos para uma linha intermediria da carta, temos do lado esquerdo o dia 24.09 edo lado direito o dia 21.03, que correspondem a perodos de equincio;

o centro da Carta Solar coincidente com o centro do PHO.

3.2. Identificao de rumos

Agora, precisamos aprender a identificar o rumo de uma fachada para posicion-lacorretamente na Carta Solar. Para padronizarmos esta informao, vamos utilizar o esquemailustrado na Figura 11, que, para facilitar o entendimento, foi elaborada no mesmo formato daCarta Solar.

Podemos notar que todos os rumos so tomados a partir do Norte ou do Sul. Deste modo,podemos ter os rumos:

a. no quadrante NE, no sentido horrio, variando de 0 (em N) at 90 (em E);

b. no quadrante SE, no sentido anti-horrio, variando de 0 (em S) at 90 (em E);c. no quadrante SW, no sentido horrio, variando de 0 (em S) at 90 (em W);

d. no quadrante NW, no sentido anti-horrio, variando de 0 (em N) at 90 (em W).

A Carta Solar um grfico simplificado que serve para mensurar os horrios deinsolao nas superfcies dos edifcios para cada latitude.


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Figura 11: Figura auxiliar para identificao de rumosFonte:Acervo do autor

3.3. Por que utilizar a carta solar?

Utilizamos a Carta Solar para identificar os horrios de insolao em fachadas (superfciesverticais ou horizontais), segundo o rumo e a latitude predeterminados.

Para facilitar a compreenso, vamos utilizar como exemplo a Carta Solar ilustrada na Figura12, para latitude 24 Sul, para uma fachada orientada (rumo) a 45 NE.

Como encontrar o rumo 45 NE?

simples! De acordo com a Figura 11, sabemos que devemos partir do Norte (N), no sentidohorrio e, do ngulo 0, vamos ao sentido de Leste (E) at o ngulo 45, que pertence aoquadrante NE.

Note que a rea hachurada escura na carta solar corresponde projeo da regio daabbada celeste que se situa atrs da superfcie NE em questo. Devemos entender que estaregio fica atrs do observador (o observador est posicionado dentro do compartimento e,portanto, est sob a proteo da edificao, no tendo incidncia de radiao solar).Admitiremos, portanto, que o Sol no atingir esta superfcie quando estiver nessa regio daabbada celeste.

Podemos identificar, por meio de leitura direta na Carta Solar ilustrada na Figura 12 que, se afachada voltada para o rumo 45 NE estiver livre de obstculos externos, receber radiaodireta do Sol. Para exemplificar esse fato, basta observar o dia 22 de dezembro desde o nascerdo sol (s 05h30) at o meio-dia e o dia 3 de abril, do nascer do sol (s 06h10) at,aproximadamente, as 13h45. Utilizamos este mesmo procedimento para determinar o horriode insolao para superfcies verticais.


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Figura 12: Horrios de insolao para um observador situado em umaabertura, na fachada, em latitude 24 e orientao (rumo) 45 NEFonte:Adaptado de FROTA, 2001

3.4. Transferidor auxiliar

Os ngulos de sombra utilizados no mtodo do traado de mscaras no so expressos emvalores numricos e sim, atravs de suas projees estereogrficas no PHO. Estes ngulospodem ser encontrados no grfico denominado Transferidor Auxiliar, apresentado na Figura 14.

Para compreendermos melhor quais ngulos encontram-se projetados estereograficamenteneste grfico, vamos considerar um observador A situado em uma fachada (superfcie vertical)e um ponto P externo a esta fachada.

Pelo ponto P vamos traar trs retas particulares: r, s, t, conforme Figura 13. A reta r paralela fachada e ao PHO. A reta s paralela fachada e perpendicular ao PHO. A reta t paralelaao PHO e perpendicular fachada.

Portanto, vamos definir que, com relao ao observador A, o ngulo determinar a posiodo plano horizontal superior (dispositivo de proteo horizontal), paralelo ao PHO; o ngulo determinar a posio do plano vertical lateral (dispositivo de proteo vertical), que pode serdo lado esquerdo ou do lado direito, ortogonal ao PHO; e o ngulo determinar ocomprimento lateral do dispositivo de proteo horizontal, definido pelo ngulo , definido porretas horizontais perpendiculares fachada.


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Figura 13: Figura ilustrativa para identificao dos ngulos , e Fonte:Adaptado de FROTA, 2001

Figura 14: Transferidor AuxiliarFonte:Adaptado de FROTA, 2001


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3.5 Detalhando os ngulos para identificao grfica dos dispositivos de proteo

Conforme vimos no item anterior, vamos precisar identificar trs ngulos , e , paraestimarmos e projetarmos os dispositivos de proteo solar.

Voc ir perceber que cada ngulo tirado da fachada de acordo com sua visualizao. Paratanto, precisamos ter noes bsicas de desenho arquitetnico.

3.5.1 Dispositivo de proteo solar horizontal ngulo

O ngulo identificado em corte transversal. Varia de 0 (no plano horizontal ao observador)a 90 (alinhado com a fachada).

o Transferidor Auxiliar indica as projees estereogrficas sobre oPHO, para um observador situado em uma superfcie vertical aosplanos definidos por , e ;

no Transferidor Auxiliar no se encontram traados os ngulos ,porque, na prtica, eles podem ser obtidos atravs dos ngulos ,girando-se o Transferidor Auxiliar em 90, no sentido horrio quandoqueremos encontrar o ngulo d (Gama Direito) e, no sentido anti-horrio, quando queremos encontrar o ngulo e (Gama Esquerdo);

verifique que o observador est sempre posicionado ao centro doPHO que deve, necessariamente, ser coincidente com o centro da

semicircunferncia que representa o Transferidor Auxiliar; observe que a reta central do Transferidor Auxiliar est descritoNORMAL FACHADA. Portanto, toda vez que utilizarmos otransferidor na Carta Solar devemos fazer com que esta reta estejaapontada para o rumo e o mesmo, obviamente, deve estarposicionado ortogonalmente fachada.

Importante!


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Figura 15: Identificao de dispositivos de proteo horizontal - CorteFonte:Acervo do autor

Figura 16: Identificao de dispositivos de proteo horizontal - PerspectivaFonte:Acervo do autor

Consideraes:

Na Figura 15, podemos notar que o ngulo acompanha a trajetria solar no sentido vertical.Desta forma, o dispositivo de proteo horizontal oferecer a abertura a PROTEO NULA(PN) no ngulo de 0, PROTEO PARCIAL (PP), entre os ngulos 0 e e PROTEOTOTAL (PT), entre os ngulos e 90.

Observe que, na PROTEO NULA (PN), o dispositivo de proteo no oferece proteoalguma, na PROTEO PARCIAL (PP) h perodos de sol e sombra na abertura e, naPROTEO TOTAL, a abertura est totalmente protegida pelo dispositivo de proteo.

Na Figura 16, podemos perceber o correto posicionamento para identificarmos o ngulo eque o dispositivo de proteo horizontal se desloca infinitamente para os lados esquerdo e

direito. Vale destacar que esta situao depender da definio dos ngulos dee, ilustradosna Figura 16, para fazer com que o dispositivo tenha seus limites identificados.

3.5.1.1. Sombra produzida pelo ngulo no transferidor auxiliar

Figura 17: Sombra produzida pelo ngulo no Transferidor AuxiliarFonte:Acervo do autor


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A sombra (ou mscara) produzida pelo dispositivo de proteo solar horizontal pode ser melhorvisualizada na ilustrao da Figura 17. Nela, podemos verificar que o dispositivo de proteo

horizontal oferecer a abertura a PROTEO NULA (PN) no ngulo de 0 (que coincide com alinha do horizonte, PROTEO PARCIAL (PP), entre os ngulos 0 e e PROTEO TOTAL(PT), entre os ngulos e 90.

3.5.2 Determinao dos ngulos d e e definio das laterais (direita e esquerda) dodispositivo de proteo solar horizontal

O ngulo identificado em fachada ou vista frontal. Varia de 0 (no plano horizontal aoobservador) a 90 (alinhado com abertura em questo). Temos os ngulos e(Gama Esquerdo)e d(Gama Direito).

Figura 18:Identificao dos ngulos d e eFonte: Acervo do autor

Consideraes: Na Figura 18, podemos notar que, no lado direito da fachada, o ngulo eacompanha a

trajetria solar no sentido vertical nas laterais direita e esquerda da abertura. Domesmo modo, o dispositivo de proteo horizontal oferecer a abertura a PROTEONULA (PN) no ngulo de 0, PROTEO PARCIAL (PP), entre os ngulos 0 e ePROTEO TOTAL (PT), entre os ngulos e 90.

Sombra se projeta para os extremos esquerdo e direito do observador noTransferidor Auxiliar. Nesta aplicao, podemos entender que o dispositivo deproteo horizontal est sendo levado para o infinito nos lados esquerdo e diteirodo grfico. Como esta condio, na prtica, impossvel, devemos utilizar os os

ngulos d e e para limit-los e coloc-los dentro de padres aceitveis deprojeto e execuo, conforme ser visto frente.

Ponto chave


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Ainda considerando a Figura 18, podemos notar que, do lado esquerdo da fachada, estlocalizado o ngulo d, que para esta situao igual a 90. Note que, para estasituao (d=90), o dispositivo horizontal no ultrapassa os limites da abertura do ladoesquerdo.

Ateno!

importante verificar que estamos olhando para uma fachada e que, portanto, oobservador estar no lado de dentro, posterior mesma. Quando olhamos a fachada defrente vemos o ngulo e do lado direito do observador e o ngulo d do lado esquerdodo observador.

3.5.2.1 Sombra produzida pelos ngulos de eno transferidor auxiliar

Figura 19: Sombra produzida pelo ngulo de eno Transferidor AuxiliarFonte:Acervo do autor

Neste momento, utilizaremos a Figura 19 para entendermos, no Transferidor Auxiliar, o que foiprojetado na Figura 18.

Vamos por partes:1. Do lado esquerdo da fachada, onde est definido o ngulo d, notamos que o dispositivo

de proteo horizontal est alinhado com a abertura. Para esta condio, teremos ongulo d = 90. Verifique na Figura 19 que esta condio coincide com o eixo doobservador (Normal Fachada) e que, portanto, no h sombra do lado direito doobservador.

2. J do lado direito, onde est definido o ngulo e, notamos que o dispositivo de proteohorizontal no est alinhado com a abertura e possui uma abertura literal e. Verifiquena Figura 18 que esta condio desloca o eixo gama para a esquerda do observadorem e.Desta forma, teremos a sombra descrita na figura e esta sombra ter proteo

total do dispositivo.


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3.5.3 Dispositivo de proteo solar vertical ngulo

O ngulo identificado em planta (tambm conhecida como planta baixa). Varia de 0 (nasuperfcie vertical ortogonal ao observador) a 90 (quando est alinhado paralelamente com afachada).

Figura 20: Identificao dos ngulos ee dFonte:Acervo do autor

Figura 21: Identificao do ngulo e- PerspectivaFonte:Acervo do autor

Consideraes:

Na Figura 20, podemos notar que o ngulo e acompanha a trajetria solar no sentidohorizontal. Desta forma, o dispositivo de proteo horizontal oferecer a abertura aPROTEO NULA (PN) no ngulo de 0, PROTEO PARCIAL (PP), entre os ngulos 0 e e


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e PROTEO TOTAL (PT), entre os ngulos ee 90. O mesmo raciocnio deve ser utilizadopara o ngulo d.

De modo anlogo ao ngulo , note que, na PROTEO NULA (PN), o dispositivo de proteono oferece proteo alguma; na PROTEO PARCIAL (PP), h perodos de sol e sombra na

abertura; e, na PROTEO TOTAL, a abertura est totalmente protegida pelo dispositivo deproteo.

Na Figura 21, podemos observar o correto posicionamento para identificarmos o ngulo eeque o dispositivo de proteo vertical se desloca infinitamente para baixo e para cima (na figuraem questo ele est limitado na parte inferior pelo piso). O mesmo raciocnio deve ser utilizadopara o ngulo d.

3.5.3.1 Sombra produzida pelos ngulos de eno transferidor auxiliar

Figura 22: Sombra produzida pelo ngulo de eno Transferidor AuxiliarFonte:Acervo do autor

Vamos, agora, utilizar a Figura 22 para entendermos, no Transferidor Auxiliar, o que foiprojetado na Figura 20.

1. Devemos notar que, com o observador posicionado dentro do compartimento, o nguloeabrir sua esquerda e que o ngulo dabrir sua direita.

2. Verificamos que no eixo central, Normal Fachada e ao Observador, no h proteodo anteparo e, portanto, teremos PROTEO NULA; entre 0 e e, teremosPROTEO PARCIAL; e entre ee 90, teremos PROTEO TOTAL.

Dica:Este mesmo raciocnio deve tambm ser utilizado para o ngulo d.

Vrios projetos utilizam o dispositivo de proteo vertical tambm para canalizar (ou captar)ventilao externa. Deste modo, so posicionados em ngulos diferentes do ortogonal(perpendicular) fachada.


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Vale destacar que, para entendermos os conceitos de Conforto do Ambiente Construdo,

trabalhamos com dispositivos de proteo solar de forma isolada. Obviamente, a utilizao emprojetos exige que estes dispositivos sejam utilizados e estejam operando de forma conjunta eintegrada, fazendo com que haja uma sobreposio de efeitos de sombra e de proteo solar.

Como j temos a base dos conhecimentos tericos necessrios e noes gerais paraidentificarmos e projetarmos os dispositivos de proteo solar, vamos precisar, a partir deagora, ler e estudar para conhecer um pouco mais sobre estes assuntos para aplic-los,seguros e confortavelmente, na prtica.

Resumo

Neste captulo continuamos nossos estudos sobre o conforto do ambiente construdo. Paratanto, enfocamos a geometria da insolao, o movimento aparente do sol e seus reflexos naedificao. Em seguida, voc viu a carta solar e seus desdobramentos como, por exemplo, asprojees da trajetria solar, a identificao de rumos, a importncia de sua utilizao. Estudou,tambm, o transferidor auxiliar e como identificar os dispositivos de proteo utilizando ngulosespecficos.

Leituras Obrigatrias

Texto 1

FROTA, Anesia Barros. SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de conforto trmico: arquitetura,urbanismo. 5. ed. So Paulo: Editora Studio Nobel, 2001.

Desta obra, leia o captulo 4, Controle da radiao solar: geometria da insolao, pginas 75a 120.

Os textos indicados abordam e explicam a Geometria da Insolao, aprofundando-se nostpicos sobre a determinao grfica dos dispositivos de proteo solar, traado de sombras epenetrao do Sol atravs de aberturas.

Texto 2


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FROTA, Anesia Barros. SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de conforto trmico: arquitetura,urbanismo. 5. ed. So Paulo: Editora Studio Nobel, 2001.

Desta obra, leia o Anexo 13, Identificao, anlise e interpretao de Cartas Solares, pginas196 a 205.

As ilustraes indicadas na referncia mostram Cartas Solares, que foram elaboradas segundoo mtodo de projeo estereogrfica, para diversas latitudes no hemisfrio sul.

Texto 3FROTA, Anesia Barros. SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de conforto trmico: arquitetura,urbanismo. 5. ed. So Paulo: Editora Studio Nobel, 2001.

Faa um estudo dirigido do captulo 6, Exerccios Resolvidos, para mscaras e identificaode dispositivos de proteo solar, pginas 149 a 155.

Neste estudo, possvel que o estudante interaja com a autora acompanhando o raciocnio na

resoluo dos exerccios que so didaticamente aplicados ao contedo. Quando se estabeleceo aprendizado, possvel variar os exerccios ou ainda, aplic-los s novas realidadesvivenciadas pelo estudante.

Atividades para o captuloAtividade 1Esboce a mscara em um transferidor auxiliar indicando os ngulos =45, e= 35 e d=40.

Indique todas as regies do transferidor com proteo total, parcial e nula. Dimensione osprotetores solar para uma abertura de 2,00m X 1,00m de acordo com os ngulos solicitados.Utilize desenhos na resposta.

Atividade 2Escreva por que importante utilizar o Transferidor Auxiliar em conjunto com a Carta Solar, emprojetos, para a identificao e o dimensionamento de dispositivos de proteo solar.

Atividade 3Um edifcio ser construdo em uma cidade cuja latitude de 20 Sul. Pede-se que asaberturas (2,0m de comprimento por 1,00m de largura e 1,10m de altura do piso) tenhameficincia total entre 10h30 e 14h30 no solstcio de vero. A partir desses dados, pede-se que:

a. determine os horrios de insolao e a mscara dos protetores na Carta Solar;b. indique na Carta Solar as reas com protees Total, Parcial e Nula;c. desenhe esquemas em planta, corte e fachada, que identifique os ngulos e os

protetores encontrados, e,d. dimensione os dispositivos de proteo solar.

Para estas respostas, considere a fachada 25 NE (Nordeste).

Atividade 4Identifique os ngulos dos dispositivos de proteo solar para a mscara apresentada notransferidor a seguir.


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Atividade 5

Para o caso de um edifcio situado em Curitiba, PR, e uma janela localizada na fachada 13SW, desenhar a mscara e o quebra-sol (protetor solar) correspondente que tenha eficinciatotal nos meses de vero.

Referncias

CARVALHO, Benjamim. A. Tcnica da Orientao dos Edifcios. Ed. Ao Livro Tcnico,1970.

FROTA, Ansia Barros. Manual de Conforto Trmico: arquitetura, urbanismo / Ansia BarrosFrota, Sueli Ramos Schiffer. 5. ed. So Paulo: Ed. Studio Nobel, 2001.

MASCAR, Lcia R. Energia da Edificao Estratgias para minimizar seu consumo. SoPaulo: Ed. Projeto, 1998.

OLGYAY, V. & OLGYAY, A. Design with climate.Bioclimatic Approach to ArchitecturalRegionalism. Princeton: Princeton University Press, 1973.

PAPST, Ana Lgia. Uso de Inrcia trmica no clima subtropical. Estudo de caso emFlorianpolis SC. Florianpolis, 1999. 165 p. Dissertao de Mestrado, Curso de Ps-Graduao em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina. Disponvel em:. Acesso em: 22 mar.

2010.

XAVIER, A. A. P.; Lamberts, R. Proposta de zona de conforto trmico obtido a partir deestudos de campo em Florianpolis. V Encontro Nacional de Conforto no AmbienteConstrudo e II Encontro Latino Americano de Conforto no Ambiente Construdo, Fortaleza,1999.

WIKIPDIA. Movimento da terra. Disponvel em: .Acesso em: abr. 2010.

Texto Base 2 Conforto Do Ambiente Construido Geometria Da Insolacao

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