Modelagem matemática e simulação da transferência de calor e massa através de um meio poroso têxtil

Abstract

O conforto térmico entre o corpo humano e o meio ambiente depende da capacidade de dissipação de calor entre o corpo humano e o ambiente externo, através da vestimenta. A transferência de calor, no entanto, está intimamente relacionada às propriedades físicas do tecido, e depende também da transferência de vapor d'água - isto é, umidade - através do material têxtil, levando em conta seus fenômenos de mudança de fase. Este estudo aplica um modelo matemático para simular a transferência de calor e massa através de um domínio de cálculo composto por tecido de isolamento poroso revestido por um tecido de isolamento, e discute a evolução dos perfis de temperatura, umidade relativa e teor total de água absorvido ao longo do tempo, para uma condição de clima típica de inverno na cidade de Florianópolis-SC. Os resultados indicam que uma espessura de três centímetros de tecido de isolamento poroso é eficaz em proteger a pele humana das condições externas desconfortáveis, e que o mecanismo convectivo de transporte é importante não só no inicio, mas sim em todos os instantes do processo de transferência de calor e massa, apesar dos valores de velocidade do vapor da água decaírem com o tempo. Também se conclui que a resistência à transferência de calor e massa imposta pelo tecido de revestimento que envolve o domínio de cálculo é também importante para atenuar os efeitos das condições desconfortáveis do ambiente externo. <br>

Abstract : The thermal comfort between the human body and the environment depends on heat dissipation capacity from the body for the external environment. The heat transfer, however, is deeply related to the physical properties of the fabric and also depends on the mass transfer through the fabric, taking in account the phase change phenomena. This study applies a mathematical model to simulate the heat and mass transfer through a domain of calculus made of isolation porous fabric which is involved by a thin layer of a coater fabric, and discuss the evolution of temperature, relative humidity and water content profiles, through time, for a typical climate condition of a winter day in the city of Florianopolis-SC. The results show that a thickness of three centimeters of isolation fabric is effective to protect the human skin from the uncomfortable conditions of the external environment. The results also show that the convective transfer mechanism is important not only in the beginning of the heat and mass transfer process, but also in the whole time, despite the velocity values decaying through the time. It can be also conclude that the heat and mass transfer resistance, imposed by the coater fabric is important to attenuate the uncomfortable effects of the external environment climate conditions.