(Adaptada) “Em condições nas quais a mesma temperatura ambiente é mantida por um sistema de aquecimento ou resfriamento, é comum para uma pessoa sentir-se incomodada com um pouco de frio no inverno, mas confortável no verão”.
Dê uma explicação plausível para esta situação (com cálculos que apoiem sua colocação), considerando que a temperatura do ar ambiente seja mantida a durante todo o ano e as paredes da sala a no verão e no inverno. A superfície exposta de uma pessoa na sala pode ser considerada a uma temperatura de no decorrer do ano com uma emissividade de . O coeficiente associado à transferência de calor por convecção natural entre a pessoa e o ar ambiente é aproximadamente .
Passo 1
Essa questão aborda o terceiro mecanismo de transferência de energia que a gente viu na teoria: a radiação.
A situação que o enunciado descreve é que quando a gente programa o ar condicionado para que o ar ambiente esteja a uma temperatura de , a gente sente mais frio no inverno do que no verão dentro da sala.
A sensação de conforto térmico está associada a quantidade de energia que perdemos, então a gente precisa avaliar os fluxos de calor que saem do corpo.
Isso pode parecer meio louco, não é mesmo? Mas se você reparar, a temperatura da parede no verão é diferente daquela no inverno, apesar do ar ambiente nas duas situações estar a .
Dá uma olhada em como é a situação:
A temperatura do fluido () continua sendo , então o calor trocado por convecção será o mesmo. Já o calor emitido por radiação do corpo depende da temperatura do corpo () e das paredes que o envolvem ():
Então, se a temperatura das paredes é menor no inverno, a diferença de temperatura entre o corpo e as paredes será maior e, consequentemente, a energia perdida por radiação será maior.
Então bora fazer os cálculos pra comprovar isso!
Passo 2
O primeiro cálculo que faremos será para a situação no verão, temos que o fluxo de calor por radiação é dado por:
Onde:
Atenção! Lembre-se sempre de converter as temperaturas para Kelvin quando for calcular qualquer coisa relacionada à radiação, porque a diferença de temperatura em graus Celsius é igual em Kelvin, mas aqui temos a temperatura elevada à quarta potência!
Substituindo os valores:
Passo 3
Utilizando agora os dados para a situação de inverno, teremos:
Onde:
Substituindo os valores:
Veja que foi exatamente o que pensamos no início: o corpo perde mais energia por radiação no inverno do que no verão. Sendo assim, as pessoas tendem a sentir mais frio no inverno, mesmo a temperatura ambiente na sala estando igual. Bacana, não?
Resposta
As pessoas tendem a sentir mais frio no inverno do que no verão, mesmo a temperatura ambiente na sala estando igual, porque o fluxo de energia perdida pelos corpos por radiação é mais relevante no inverno. Isso acontece porque as paredes estão em uma temperatura menor e os corpos estão na mesma temperatura, assim diferença entre as temperaturas do corpo e das paredes é maior no inverno. Consequentemente, os fluxos por radiação no inverno () também são maiores que no verão ().