Home » BIM e eficiência energética » O método FEM aplicado ao cálculo de pontes térmicas

FEM-pontes-térmicas

O método FEM aplicado ao cálculo de pontes térmicas

Descubra como calcular pontes térmicas com o método dos elementos finitos (FEM) e maximizar a eficiência energética dos edifícios


O uso da simulação FEM (Finite Element Method) revela-se uma ferramenta valiosa para os técnicos, pois permite uma análise detalhada e melhor concepção dos edifícios. Isso para reduzir vários fatores que influenciam o consumo de energia, incluindo as pontes térmicas que desempenham um papel significativo, determinando perdas de calor que resultam em ineficiência e maiores custos de operação.

Neste artigo, veremos o que é o Método dos Elementos Finitos e como aproveitá-lo para identificar e eliminar as pontes térmicas, também com o auxílio de um software para o cálculo de pontes térmicas.

Utilização da metodologia FEM para o cálculo de pontes térmicas

Utilização da metodologia FEM para o cálculo de pontes térmicas

O que são pontes térmicas?

As pontes térmicas são zonas de um edifício onde ocorre a dispersão de calor entre ambientes internos e externos, causada por várias situações, como interrupções na continuidade do isolamento, a presença de elementos estruturais condutores ou a formação de pontos frios devido à geometria do edifício. Sua presença pode levar a um aumento no consumo de energia para o aquecimento ou resfriamento dos ambientes e a um maior desconforto para os ocupantes do edifício.

O que é a metodologia FEM?

A metodologia FEM, acrônimo de Finite Element Method (Método dos Elementos Finitos), representa uma técnica avançada de análise numérica usada na engenharia para resolver equações diferenciais parciais complexas que descrevem o comportamento de um sistema físico. Este método inovador divide o objeto ou a estrutura em um grande número de elementos finitos mais simples, como triângulos ou quadriláteros em 2D e tetraedros em 3D, para representar com precisão a geometria e as propriedades do material.
Cada elemento finito é caracterizado por um conjunto de equações matemáticas que descrevem o comportamento local do material ou da estrutura em análise. Essas equações são aplicadas aos elementos individuais, levando em conta diversos fatores. Posteriormente, as equações são resolvidas numericamente por meio de métodos iterativos sofisticados, fornecendo uma representação precisa do comportamento global do sistema sob análise.

No contexto das pontes térmicas, o uso da FEM permite modelar com precisão o fluxo de calor através dos materiais do edifício, levando em consideração diversas condições ambientais e de projeto. Esse enfoque avançado permite aos técnicos identificar e corrigir quaisquer pontos fracos no isolamento térmico de um edifício, melhorando assim suas performances energéticas globais.

Com essa metodologia, os técnicos podem analisar detalhadamente o comportamento térmico de um sistema, avaliando o efeito de diferentes configurações e materiais na eficiência energética do edifício. Dessa forma, é possível otimizar o design dos edifícios para reduzir as perdas de calor e melhorar o conforto dos ocupantes, contribuindo para a criação de ambientes mais sustentáveis e energeticamente eficientes.

Tecnologias e Ferramentas de Software

A análise de elementos finitos (FEA) é uma metodologia computacional usada para conduzir análises de engenharia complexas por meio de software. Esse enfoque baseia-se no Método dos Elementos Finitos (FEM), que visa resolver de forma discreta e aproximada sistemas gerais de equações diferenciais parciais (PDE).
Atualmente, existem vários softwares para análise de elementos finitos, tanto gratuitos quanto comerciais. Esses softwares dividem o processo de análise em três fases:

  1. Pré-processamento: durante esta fase, o modelo de elementos finitos é construído, selecionando o tipo de análise a ser realizada, o tipo de elementos finitos, definindo os parâmetros dos materiais, criando a discretização e aplicando condições de vínculo e carga.
  2. Processamento: aqui ocorre a análise propriamente dita, com a resolução do problema nos elementos finitos.
  3. Pós-processamento: nesta fase, os resultados da análise são processados e representados, tanto em termos de quantidades fundamentais quanto derivadas.

Para o cálculo da transmitância térmica linear das pontes térmicas, é fundamental o uso da análise de elementos finitos.
Os solucionadores computacionais utilizados pelos softwares permitem obter rapidamente o cálculo da transmitância térmica linear das pontes térmicas, avaliar o fluxo de calor e o coeficiente de acoplamento térmico, e verificar a correção da ponte térmica. O software também oferece ferramentas para visualizar e interpretar os resultados de forma intuitiva, através de curvas de nível, isotermas e muito mais.

É possível realizar análises detalhadas das pontes térmicas, avaliar uma ampla gama de combinações e encontrar soluções ótimas para melhorar a eficiência energética dos edifícios. Sua velocidade e facilidade de uso o tornam uma ferramenta valiosa para engenheiros e projetistas envolvidos na otimização do desempenho térmico dos edifícios.

Vantagens e desvantagens da análise FEM

As vantagens da análise de elementos finitos incluem:

  • geometrias complexas – a capacidade de lidar com geometrias complexas é um dos principais pontos fortes dos métodos FEM;
  • ampla aplicabilidade – é adequada para uma ampla gama de problemas de engenharia, incluindo mecânica dos sólidos, dos fluidos, do calor, eletrostática, etc.;
  • manejo de restrições e cargas complexas – pode facilmente lidar com condições de restrição e cargas complexas.

As desvantagens da análise de elementos finitos são:

  • solução não parametrizável – nem sempre é possível obter uma solução fechada e parametrizável do problema;
  • aproximações inerentes – a abordagem de elementos finitos envolve aproximações na solução;
  • erros de discretização – podem ocorrer erros na discretização de domínios irregulares;
  • erros de interpolação – erros podem surgir durante a interpolação da solução dentro dos elementos finitos;
  • erros numéricos – podem ocorrer erros devido a limitações computacionais, como o número finito de dígitos significativos e a dificuldade em lidar com números extremamente grandes ou pequenos;
  • erros de modelagem – os erros de modelagem são comuns e podem influenciar nos resultados da análise.

Como usar um software para o cálculo de pontes térmicas

Neste vídeo, você pode ver como usar em poucos passos um software para o cálculo de pontes térmicas que utiliza a metodologia FEM, desenhando estruturas iguais às condições reais e obtendo resultados altamente profissionais.

termus-bridge
termus-bridge