CÁLCULO DE TRANSIENTE VIA MÉTODO ANALÍTICO

1. CÁLCULO DE TRANSIENTE VIA MÉTODO ANALÍTICO

1.1 - INTRODUÇÃO

O objetivo neste capítulo é apresentar o cálculo da distribuição de temperatura em uma parede de um material equivalente ao sólido composto de vários materiais (camadas), usando um método analítico. Além disso, descrevem-se detalhadamente as propriedades físicas dos materiais e demais variáveis (temperatura externa, radiação solar, cor da cerâmica, entre outras) estabelecidas como premissas para o estudo analítico e a definição da equação de cálculo do transiente térmico para uma parede de revestimento. Tal parede está inserida em um ambiente no qual a temperatura de sua face voltada para o interior está em contato com ar de temperatura controlada e constante, enquanto a face voltada para o exterior está em contato com ar cuja temperatura é variável ao longo do dia. Além disso, na face voltada para o exterior há a incidência do sol fornecendo energia térmica (Transiente Térmico) em níveis que variam durante o dia todo. Ao final deste capítulo, aplica-se o cálculo dos transientes térmicos em cada interface das camadas da placa de revestimento considerando quatro casos de estudo elaborados a partir das variáveis cor da cerâmica e temperatura externa observada ao longo de um dia.

1.2 - PREMISSAS PARA O CÁLCULO DO TRANSIENTE TÉRMICO

Para resolver analiticamente o problema do cálculo do transiente térmico de uma parede de revestimento é necessário converter esse revestimento composto de apenas um material, em uma parede equivalente a um sólido composta de cinco materiais: substrato, emboço, argamassa colante, rejunte e cerâmica. Assim sendo, para o cálculo das propriedades de condutividade térmica, densidade e capacidade térmica dessa parede equivalente, formada por cinco materiais, e que representa uma parede de revestimento, é necessário conhecer as propriedades físicas dos materiais de cada interface, conforme apresentado na Tabela 1.1.

Tabela 1.1 – Propriedades do material de cada interface do revestimento

Material	Espessura (m)	Condutividade Térmica (KXX em w/m°C)	Massa Específica (DENS. em kg/m³)	Calor Específico (C em J/kg°C)	Difusividade Térmica (m²/seg)
Substrato	0,2	1,16	1,79 x 10³	1000	7,821x10-7
Emboço	0,02	1,40	2,31 x 10³	1000	6,061x10-7
Argamassa Colante	0,005	0,84	1,89 x 10³	1000	3,869x10-7
Rejunte	0,01	1,40	2,54 x 10³	1000	-
Cerâmica	0,0065	2,00	2,51 x 10³	920	8,66x10-7

A proposta é substituir os parâmetros que definem a condução térmica da parede do revestimento por parâmetros equivalentes ao material de cada uma das cinco interfaces que representam, aproximadamente, a parede toda. Em seguida, utilizando-se o conceito de Resistência Térmica Equivalente pode-se chegar ao conceito de Condutividade Térmica Equivalente () definido pela Equação 1.1, onde o parâmetro  representa a espessura total da parede, os parâmetros  são as espessuras das camadas que formam a parede, e os parâmetros  são as condutividades térmicas das camadas. [pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

[pic 5]

(1.1)

Da mesma forma, tem-se a Densidade Equivalente () definida pela Equação 1.2, na qual os parâmetros  equivalem às densidades dos materiais em cada interface do revestimento.[pic 6][pic 7]

[pic 8]

(1.2)

Com relação à propriedade física Capacidade Térmica Específica, tem-se que os cinco materiais utilizados na parede de revestimento possuem, basicamente, o mesmo valor de  J/Kg ºC para esse parâmetro, com exceção do material cerâmica cujo valor é de 920 J/Kg ºC. Assim sendo, o valor adotado para a Capacidade Térmica Específica Equivalente  é de  J/Kg ºC. [pic 9][pic 10][pic 11]

O cálculo do transiente térmico da parede de revestimento foi baseado em quatro casos de estudo avaliando-se valores definidos para os parâmetros de temperatura interna do ambiente () e de coeficiente de absorção térmica () referente à cor da cerâmica na parte externa da parede do revestimento. Esses casos são apresentados na Tabela 1.2.[pic 12][pic 13]

Tabela 1.2 – Casos de Estudo

Caso	Tonalidade da Cerâmica	Temperatura Interna [pic 14] (°C)	Temperatura de Referência (°C)	Transiente Térmico
Caso 1	Clara	18	18	Transiente - 1
Caso 2	Clara	25	25	Transiente – 2
Caso 3	Escura	18	18	Transiente – 3
Caso 3	Escura	25	25	Transiente – 4