IX - Carga Térmica

Climatizao

Carga Trmica 107

IX - Carga Trmica

Vimos anteriormente que o condicionamento completo do ar compreende aquecimento,

refrigerao, umidificao e desumidificao, circulao e filtragem do ar.

A carga de condicionamento de ar afetada por uma srie de fatores complexos, tais

como:

transmisso de calor;

irradiao solar;

pessoas;

iluminao e equipamentos eltricos;

ventilao e infiltrao do ar;

mercadorias;

diversos.

Carga trmica

D-se o nome de carga trmica de uma instalao de ar condicionado a quantidade de

calor que, por unidade de tempo, dever ser fornecida (inverno) ou retirada (vero) do

ar a ser introduzido nos ambientes beneficiados, a fim de que mantenha-se as

condies pr fixadas de projeto, segundo as diferentes necessidades j estudadas de

antemo. Para que o projeto e instalao do sistema de ar condicionado seja

realmente condizente com as necessidades do mesmo, primordial que sejam

caracterizados inicialmente os seguintes elementos:

1. carga trmica de aquecimento (inverno);

2. carga trmica de refrigerao (vero).

Climatizao

Carga Trmica108

Dividimos a carga trmica em duas partes: a primeira como sendo do ambiente,

abrangendo todas as cargas que ocorrem dentro do mesmo e a segundo como sendo

total, abrangendo a carga trmica do ambiente mais aquela gerado pelo ar externo.

Calor sensvel

a quantidade de calor que se acrescenta ou se retira de um corpo e que pode ser

medido por mudana de temperatura.

Calor latente

a quantidade de calor que se acrescenta ou se retira de um corpo e que causa sua

mudana de estado.

Fontes de calor externo

As fontes de calor mais considerveis originam-se no meio exterior e atingem o

ambiente condicionado devido aos seguintes fatores:

ganho de calor devido ao ar externo;

ganho de calor devido a penetrao por conduo atravs de janelas, paredes,

divises, tetos, telhados;

insolao (radiao solar) atravs de janelas, clarabias, paredes, portas externas

e telhados.

Fontes de calor interno

As fontes de calor interno a ambientes condicionados so principalmente:

pessoas;

iluminao;

motores eltricos;

dissipao de calor por equipamentos;

cargas especiais.

O calor proveniente de pessoas em atividade ou no constitui-se em fontes de calor

sensvel e latente.

Clculo de carga trmica vero

As partes integrantes que sero analisadas, sob o ponto de vista de carga trmica so:

Climatizao

Carga Trmica 109

1. carga devido a transmisso de paredes, pisos e tetos;

2. carga devido a insolao;

3. carga devido a pessoas;

4. carga devido a luzes, iluminao;

5. carga devido a motores eltricos;

6. carga devido a aparelhos e equipamentos diversos;

7. carga devido a ventilao;

8. carga devido a infiltrao.

Carga Trmica Exterior

Transmisso de Calor - ao conjunto de fenmenos que caracterizam a tendncia do

desaparecimento diferencial de temperatura existente entre duas regies do espao,

com temperaturas diferentes, denominamos transmisso de calor.

Figura 9.1 - Exemplo do fenmeno transferncia de calor

A transmisso efetua-se de maneira distinta entre 3 formas designadas por conduo,

conveco e radiao, cada uma delas obedecendo leis prprias, embora admitam

em comum, as duas caractersticas seguintes:

1. Necessidade de um diferencial de temperatura entre duas regies;

2. O fluxo trmico verifica-se sempre no sentido de temperaturas decrescentes.

Fluxo de Calor

A quantidade de calor trocada na unidade de tempo Q [Kcal/h], em qualquer um dos

processos de transmisso de calor citados, recebe o nome de fluxo de calor. O fluxo de

T1 T2 T1 T2

T1 > T2 T1 = T2

E1 E1E2 E2

Fluxo Trmico

Climatizao

Carga Trmica110

calor atravs de uma parede que separa dois espaos a temperaturas diferentes

depende de 3 fatores:

1. a rea da parede;

2. a diferena de temperatura de dois espaos;

3. as propriedades de condutividade de calor da parede.

Quanto maior for a rea da parede, maior ser a quantidade de calor que ela produz.

Uma parede de 200m2 de rea, conduzir o dobro do calor de uma parede de 100m2.

No que diz respeito ao segundo fator, suponhamos que a diferena nas temperaturas

dos dois espaos seja 25C. Uma certa quantidade de calor sensvel passar atravs

da parede. Se a diferena das temperaturas aumentar para 50C, o fluxo de calor ser

o dobro.

Os princpios que se acabam de discutir no so vlidos s para as paredes, mas

tambm para janelas, telhados, e outras superfcies de edifcios. Estes princpios so

resumidos do seguinte modo:

O fluxo de calor atravs de qualquer superfcie diretamente proporcional a sua rea.

E ainda diretamente proporcional a diferena das temperaturas os espaos separados

pela superfcie.

O terceiro fator funo do material da parede e da espessura. Sero usados os

termos conduo, conveco e coeficiente global de transferncia de calor, ao discutir

o fluxo de calor atravs de materiais de construo.

Conduo

do conhecimento geral que a capacidade dos vrios materiais para conduzir calor ,

difere consideravelmente. Os melhores condutores de calor so os metais, os piores

condutores (madeira, asbesto, gases, cortia e feltro) so chamados de isolantes. A

capacidade de uma substncia para transmitir calor por conduo uma propriedade

fsica do material especfico. chamada condutividade trmica (normalmente

abreviado apenas por condutividade), o smbolo comum K, a condutividade a

quantidade de calor em Kcal/h que flui atravs de uma pea de material homogneo de

um milmetro de espessura, com a rea de um metro quadrado e quando a diferena

de temperatura entre as faces de um grau.

Valores do K (condutibilidade trmica) para diversos materiais de construo podem

ser vistos na tabela 9.1.

Climatizao

Carga Trmica 111

O calor transferido por conduo atravs de um material homogneo pode-se calcular

pela seguinte equao.

Onde:

Q = Fluxo de calor [Kcal/h];

A = rea [m2];

K = Condutividade trmica [ Kcal mm/h m2 C];

e = espessura [mm];

(t2 -t1) = Gradiente de temperatura entre duas superfcies distncia [C].

Conveco

Neste mecanismo envolvendo movimento de partculas macroscpicas que no ocorria

no fenmeno da conduo, prevalecem as foras da corrente fluida estando a

conveco intimamente ligada mecnica dos fluidos.

De acordo com as foras que originam as correntes fluidas a conveco pode ser de

dois tipos:

1. Conveco natural: quando a velocidade do fluido devida s foras de empuxo

(criada pela diferena de densidade, originada por diferena de temperatura na

massa fluida). Este empuxo normalmente denominado de empuxo trmico.

2. Conveco forada: Quando o movimento da corrente fluida devido a dispositivos

mecnicos como bombas, ventiladores, exautores, agitadores mecnicos, etc.

estes foram o deslocamento do fluido.

Q = K A (t2 -t1) / e

Climatizao

Carga Trmica112

Tabela 9.1 - Condutibilidade Trmica de Materiais de Construo:

Material W / m2C Kcal / h m C Kcal mm / h m2 C

Painis para Construo

Asbesto Cimento 0,574 0,495 495

Gesso de Paris 0,165 0,143 143

Forro 0,054 0,0471 47,1

Terra Seca 0,52 0,45 450

Materiais isolantes: Placas de Manta

Fibras de l Mineral 0,038 0,03344 33,44

Borracha Macia 0,012 0,010 10,00

Borracha Dura 0,013 0,011 11,00

Asfalto 0,062 0,053 53,00

Amianto 0,139 0,12 120,00

Feltro 0,070 0,0602 60,20

Fibra de Madeira 0,035 0,031 30,96

Cortia 0,042 0,037 33,45

Fibra de Vidro 0,038 0,033 30,96

L de Rocha 0,048 0,042 42,00

Telhado 0,051 0,044 44,00

L Mineral 0,039 0,034 34,00

L de Vidro 0,039 0,034 34,00

Vermiculite 0,064 0,056 56,97

Materiais Isolantes: Materiais em Placa

Gesso agregado de Areia 0,22 0,1892 189,20

Gesso agregado de Vermiculite 0,25 0,215 215,00

Placa de Cimento agregado de

Areia

0,718 0,619 619,00

Agregado leve em ripas de

madeira

0,28 0,240 240,00

Agregado leve em ripas metlicas 0,47 0,410 410,00

Concreto Geral 1,42 1,220 1220,00

Argamassa Cal 1,16 0,990 990,00

Argamassa de Cimento 0,72 0,620 619,00

Agregados leves: Cascalho

expandido: Barro, Ardsia,

Escria cinza, Pedra Pomes,

Perlite, Vemiculite

0,24 0,210 210,53

Climatizao

Carga Trmica 113


Agregado de areia e cascalho ou

Pedra1,723 1,486 1486

Estuque 0,72 0,62 620

Cimento Portland 0,29 0,25 250

Concreto com Escria 0,76 0,65 650

Concreto com Brita 1,37 1,18 1180

Agregado de Areia e Cascalho 0,905 0,780 780

Agregado de Cinza 0,582 0,502 502

Pedra Cal ou Areia 1,795 1,548 1548

Tijolos: Tijolo de Barro

Tijolo de Argila 1 furo (10 cm de

espessura)0,52 0,4472 447,2

Tijolo de Argila 3 furos (30cm de

espessura)0,69 0,5934 593,4

Tijolo Comum 0,72 0,62 619

Tijolo de Fase (liso) 1,29 1,11 1115

Tijolos: Tijolo de Bloco de Concreto

Com 3 furos Ovais (20 cm de

espessura)1,0 0,86 860

Com 2 furos retangulares (20cm

de espessura) 1,1 0,946 946

Com 2 furos preenchidos (20 cm

de espessura)0,6 0,516 516

Agregado com cinzas 3 furos (20

cm de espessura)0,57 0,576 576

Tijolos: Tijolo Cermico (Baiano)

Com 6 furos (10cm de espessura) 1,392 1,2 1200



Telhas

Telhado Fibrocimento 0,406 0,35 350

Telha de Barro 0,72 0,62 620

Telha Oca de Barro, elemento de

fundo0,509 0,439 439

Telha Oca 2 elementos de fundo 0,612 0,528 528

Climatizao

Carga Trmica114


Material para Laterais

Asbesto cimento dobrado 0,16182 0,1395 139,5

Isolamento de Asfalto 0,0508 0,04381 43,81

Madeiras

Madeira dura em geral 0,16 0,14 140

Madeira mole em geral 0,12 0,10 100

Madeira picotada / colada

(Aglomerado)0,087 0,075 75

Madeira Compensada 0,115 0,0999 99,97

Fibra de madeira (tipo mole) 0,172 0,149 149

Fibra de madeira (tipo dura) 0,2006 0,173 173,36

Serragem 0,06 0,05 50

Eucatex 0,03944 0,034 34

Janela / vidro

Vidro comum 0,78 0,68 680

Pires 1,4 1,2 1200

Vidro celular 0,0560 0,0483 48,3

Material de Acabamento Civil

Mrmore 2,80 2,41 2410

Granito 2,79 2,40 2400

Ladrilho Cermico (valor mdio) 1,5 1,29 1290

Porcelana 1,03 0,89 890

Arenito 1,83 1,57 1570

Metais

Alumnio 206 179 179000

Ferro Fundido 33 28 28000

Ao 53 46 46000

Cobre 398 342 342000

Chumbo 16 14 1400

Zinco 114 97 9700

Nquel 92 79 79000

Estanho 64 55 55000

Coeficientes de Pelcula

Ar interior 7 Kcal/h m2 C

Ar Exterior (v = 6,7 m/s) 45 Kcal/h m2C

Climatizao

Carga Trmica 115

Lei de Newton

Durante investigaes de calor em trnsito entre um fluido e uma superfcie slida,

Peclet notou o aparecimento de uma resistncia trmica superficial na pelcula de

fluido. Existindo a resistncia aparecer uma diferena de temperatura entre a massa

de fluido em movimento e a superfcie slida. Este mecanismo de grande importncia

tendo em vista a sua aplicao prtica em trocadores de calor em geral.

Figura 9.2 -Transferncia atravs de fludo e superfcie slida

Pelcula

a tendncia que as superfcies tem de reter por adsoro uma camada parada de

molculas de fluido em contato com ela. A adsoro a fixao de molculas de uma

substncia (o adsorvato) na superfcie de outra substncia (o adsorvente).

Haver, portanto transmisso de calor do fluido1 (maior temperatura) para o fluido 2

(menor temperatura) atravs da superfcie de separao.

O equacionamento do fenmeno foi feito por Newton atravs de estudos experimentais

e o seu princpio hoje aceito como lei tendo em vista sua verificao prtica.

Segundo Newton o calor trocado entre um fluido e uma superfcie slida proporcional

a rea de troca de calor ao tempo, a diferena de temperatura na pelcula de fluido e

um coeficiente, que a funo das caractersticas fsicas, de movimento do fluido.

(Coeficiente de Pelcula).

Lei de Newton para transmisso de calor por conveco

Q = h. A. t

Climatizao

Carga Trmica116

Kcal

h. m2. C

BTU

h. ft2. F

W

m

Onde:

Q = Razo de transferncia de Calor;

h = Coeficiente de Conveco ou de Pelcula;

A = rea de troca de Calor;

t = Queda de temperatura na pelcula do fluido;

t = t1 - t2 (para o fluido 1);

t = t3 - t4 (para o fluido 2).

Coeficiente Global de Transmisso de Calor (U)

Como foi demonstrado a transmisso de calor entre fluidos separados por uma

superfcie plana simples, pode ser calculada duas seguintes equaes:

Onde:

Representa a soma de Resistncias Trmicas por unidade de rea.

O inverso da Resistncia Trmica por unidade de rea o Coeficiente Global de

Transmisso de calor (U), para uma parede plana simples entre fluidos.

Ou seja:

Coeficiente Global de transmisso de Calor (U), para fluidos separados por uma

superfcie plana simples. (Parede).

Desta forma a equao da transmisso de calor fica representada da seguinte forma:

Q = t

1 + e + 1

h1 . A k . A h2 . A

Q = A . t

1 + e + 1

h1 k h2

Ou

1 + e + 1

h1 k h2

U = 1

1 + e + 1

h1 k h2

Climatizao

Carga Trmica 117

Onde:

Q = Quantidade de Calor;

t = Diferencial de temperatura entre os fluidos (t1 -t2);

A = rea total de transmisso de calor;

U = Coeficiente Global de transmisso de Calor;

Exemplo

Uma parede de alvenaria feita de blocos ocos de concretos de 200mm e de tijolos de

100mm. Os blocos so feitos de agregado de areia e cascalho. Entre os blocos e os

tijolos existe argamassa de cimento com 13 mm de espessura. O acabamento interior

da parede de gesso (16mm de espessura) com agregado de vermiculite. Presuma-se

que o vento de 6,7 m/s. Qual o valor de "U" para a parede?

Soluo

Ver na figura a seguir para o esboo desta parede. Prepare um quadro para resolver

este problema e escreva nele cada item que oferea resistncia ao fluxo de calor. Os

nmeros dos itens no quadro eqivalem aos indicados na parte inferior da figura 11.

Quadro 9.1 Clculo da resistncia total

Item Descrio Resistncia

01 Pelcula do ar interior, 1/f, 1/7 0,142857

02 Gesso, x/K 16/210 0,076190

03 Bloco, 1/C, 1/4.39 0,227790

04 Argamassa x/K 13/619 0,021002

05 Tijolo, x/K 100/1115 0,089686

06 Pelcula do ar exterior, 1/f 1/45.24 0,022104

Resistncia Total 0,579629

Q = U. A. t

Climatizao

Carga Trmica118

Figura 9.3 - Parede de alvenaria do exemplo

Quadro 9.2 Itens da Figura

Item Descrio

A Argamassa de cimento de 13 mm

B Bloco de concreto de 200 mm

C Gesso 16 mm

D Tijolos de 100 mm

E Fluxo de calor

O coeficiente total de transferncia de calor o inverso da resistncia total. Assim,

U = 1/R

U = 1/ 0,579629

U = 1,725241 Kcal/h. m^2 C que pode ser arredondado para 1,73 Kcal/h m^2 C

Ganho de calor por transmisso

No presente apenas se discutiro os ganhos de calor devido a conduo atravs das

diferentes superfcies de um edifcio. O efeito dos raios do sol nestas superfcies ser

discutido posteriormente. Assim, por hora, os ganhos de calor atravs das paredes

sero considerados como se elas se encontrassem sempre na sombra.

S a rea lquida de uma parede usada no clculo do ganho de calor. As reas de

todas as janelas devero ser subtradas da rea bruta, isto dar a rea lquida. O

ganho de calor atravs de janelas so indicado separadamente. As portas, quando

poucas, so normalmente consideradas como parte da parede, erro normalmente

Climatizao

Carga Trmica 119

desprezvel. Suponhamos, no entanto, que temos um grande nmero de portas nestas

paredes, neste caso o ganho de calor atravs das portas dever ser calculado

separadamente, neste caso ainda, s se deve usar a rea lquida das paredes, janelas

e portas.

Exemplo

Calcular a carga trmica (vero) que penetra por conduo em um ambiente com as

seguintes caractersticas:

Figura 9.4 - Exemplo de ambiente

P direito de forro a piso = 2,60m

P direito de laje a piso = 2,80m

Vidro comum com persianas

Paredes comum mdia

Temperatura interna = t1 = 24C

Temperatura externa = t2 = 32C

Forro Isolado com 1"de l de vidro

Piso no condicionado

Localizao: 20 andar de um edifcio de 2 andares.

Climatizao

Carga Trmica120

Tabela 9.2 Coeficientes globais de transmisso de calor

Coeficiente Valor

U piso 1,71 Kcal / h m2 C

U forro isolado 1,02 Kcal / h m2 C

U parede externa 1,61 Kcal / h m2 C

U parede divisria 1,95 Kcal / h m2 C

U vidro comum 5,37 Kcal / h m2 C

Ganhos de calor por conduo atravs das paredes externas.

1. Diferena de temperaturas, para o caso de estruturas que separam o meio

condicionado do meio externo.

t = t2 - t1t = 32 - 24

t = 8C

2. Clculo da rea lquida das paredes externas

Atotal (paredes e vidros) = (10 + 7). 2,80

Atotal = 47,60 m2

Avidros (rea s das janelas) = (2 . 1) + (3 . 2)Avidros = 8 m2

Aliquida (At - Av) = (47,60 - 8)

Aliquida = 39,60 m2

3. U da parede externa = 1,61 Kcal / h m2 C

4. Usando a equao

Q = U . A . t

Qpe = 39,60 . 1,61 . 8

Qpe = 510,04 Kcal/h

Climatizao

Carga Trmica 121

Ganho de calor por conduo atravs dos vidros externos

1. Diferena de temperaturas

t = t2 - t1t = 32 - 24

t = 8C

2. Avidros = 8 m2

3. U vidro comum = 5,37 Kcal / h m2 C

4. Usando a equao

Q = U . A . t

Qve = 8 . 5,37 . 8

Qve = 343,68 Kcal/h

Parede em divisria com ambiente vizinho no condicionado:

1. Diferena de temperaturas para estruturas em divisrias com ambientes no

condicionados.

t' = t'2 - t1t'2 = t2 - 3C

t'2 = 32 - 3

t'2 = 29C

t = 29 - 24

t = 5C

2. clculo de rea lquida da parede, quando no existem janelas:

Aliquida = 10 . 2,6

Aliquida = 26m2

3. Uparede divisria = Uporta = 1,95 Kcal / h m2 C

4. d) Usando a equao

Q = U . A . t

Qpd' = 26 . 1.95 . 5

Qpd' = 253,5 Kcal / h

Climatizao

Carga Trmica122

Parede em divisria com ambiente vizinho condicionado

1. Diferena de temperaturas para estruturas em divisrias com ambientes

condicionados.

t" = t"2 - t1t"2 = Temperatura interna do ambiente vizinho

t = 21 - 24

t = -3C

2. Clculo de rea lquida da parede, quando no existem janelas:

Aliquida = 7 . 2,6

Aliquida = 18,2 m2

3. Uparede divisria = 1,95 Kcal / h m2 C

d) Usando a equao 5

Q = U . A . t

Qpd" = 18,2 . 1.95 . (-3)

Qpd" = (-106,47) Kcal / h

Observao

1. Note que o fluxo de calor Qpd" se d no sentido do ambiente condicionado em

questo, ao ambiente vizinho que tambm condicionado, porm a uma

temperatura menor, Justificando portanto o sinal negativo do resultado.

2. Note tambm que se o ambiente vizinho fosse condicionado a mesma temperatura

que o ambiente em questo, no haveria troca de calor, pois t = 0, logo Q = 0.

Ganho de calor total atravs das paredes em divisrias

Qpd = Qpd' + Qpd"

Qpd = 253,5 + (-106,47)

Qpd = 147,03 Kcal/h

Climatizao

Carga Trmica 123

Ganho de calor por conduo atravs do piso

1. Diferena de temperaturas para estruturas em divisrias com ambientes no

condicionados.

t' = t'2 - t1t'2 = t2 - 3C

t'2 = 32 - 3

t'2 = 29C

t = 29 - 24

t = 5C

2. Clculo de rea do piso

Apiso = 7 . 10

Apiso = 70m2

3. Upiso = 1,71 Kcal / h m2 C

4. Usando a equao

Q = U . A . t

Qpiso = 70 . 1,71 . 5

Qpiso = 598,5 Kcal / h

Observao

Neste caso se o pavimento fosse o pavimento trreo o t = 0 (piso sobre a terra), e

portanto o fluxo de calor Q = 0.

Ganho de calor por conduo atravs do teto

1. Diferena de temperaturas para estruturas que separam o ambiente condicionado

do meio externo.

t = t2 - t1t'2 = 32 - 24

t'2 = 8C

2. clculo de rea lquida da parede, quando no existem janelas:

Climatizao

Carga Trmica124

Ateto = 7 . 10

Ateto = 70m2

3. Uteto = 1,02 Kcal / h m2 C

4. d) Usando a equao 5

Q = U . A . t

Qteto = 70 . 1,02 . 8

Qteto = 571,2 Kcal / h

Quadro 9.3 - Ganho total de calor por transmisso

Fonte Valor

Qpe 210,04 Kcal / h

Qve 343,68 Kcal / h

Qpd 147,03 Kcal / h

Qpiso 598,50 Kcal / h

Qteto 571,20 Kcal / h

Qtotal 2170,45 Kcal / h

Tabela 9.4 - Condies externas para vero (C)

Cidades TBS TBU Temperatura mxima

| - Regio Norte

Macap (AP) 34 28,5 34,7

Manaus (AM) 35 29,0 36,9

Santarm (PA) 35 28,5 37,3

Belm (PA) 33 27,0 34,9

Climatizao

Carga Trmica 125

Cidades TBS TBU Temperatura mxima

|| - Regio Nordeste

Joo Pessoa (PB) 32 26 -

So Luis (MA) 33 28 33,9

Parnaba (PI) 34 28 35,2

Teresina (PI) 38 28 40,3

Fortaleza (CE) 32 26 32,4

Natal (RN) 32 27 32,7

Recife (PE) 32 26 32,6

Petrolina (PE) 36 25,5 38,4

Macei (AL) 33 27 35,0

Salvador (BA) 32 26 33,6

Aracaju (SE) 32 26 -

|V Regio Centro Oeste

Braslia (DF) 32 23,5 34,8

Goinia (GO) 33 26 37,3

Cuiab (MT) 36 27 39,0

Campo Grande (MT) 34 25 37,0

Ponta Por (MT) 32 26 35,8

V Regio Sul

Curitiba (PR) 30 23,5 33,3

Londrina (PR) 31 23,5 34,0

Foz do Iguau (PR) 34 27 38,0

Florianpolis (SC) 32 26 36,0

Joinville (SC) 32 26 36,0

Blumenau (SC) 32 26 36,0

Porto Alegre (RS) 34 26 39,0

Santa Maria (RS) 35 25,5 40,0

Rio grande (RS) 30 24,5 -

Pelotas (RS) 32 25,5 -

Caxias do Sul (RS) 29 22,0 -

Uruguaiana (RS) 34 25,5 -

Climatizao

Carga Trmica126

Tabela 9.5 - Condies externas para inverno(6)

Cidades TBS (C) Umidade relativa (%)

Aracaju (SE) 20 78

Belm (PA) 20 80

Belo Horizonte (MG) 10 75

Blumenau (SC) 10 80

Boa Vista (RR) 21 80

Braslia (DF) 13 65

Caxias do Sul (RS) 0 90

Cuiab (MT) 15 75

Curitiba (PR) 5 80

Florianpolis (SC) 10 80

Fortaleza (CE) 21 80

Goinia (GO) 10 65

Joo Pessoa (PB) 20 77

Joinville (SC) 10 80

Macap (AP) 21 80

Macei (AL) 20 78

Manaus (AM) 22 80

Natal (RN) 19 80

Pelotas (RS) 5 80

Porto Alegre (RS) 8 80

Porto Velho (RO) 15 80

Recife (PE) 20 78

Rio Branco (AC) 15 80

Rio Grande (RS) 7 90

Rio de Janeiro (RJ) 16 78

Salvador (BA) 20 80

Santa Maria (RS) 3 80

So Luiz (MA) 20 80

So Paulo (SP) 10 70

Teresina (PI) 20 75

Uruguaiana (RS) 7 80

Vitria (ES) 18 78-

Climatizao

Carga Trmica 127

Tabela 9.6 - Condies Internas para veroRecomendvel Mxima

Finalidade Local TBS (C) UR (%) TBS (C) UR (%)

Conforto

ResidnciasHotisEscritriosEscolas

23 a 25 40 a 60 26,5 65

Lojas deCurto tempode ocupao

BancosBarbeariasCabeleireirosLojasMagazinesSupermercados

24 a 26 40 a 60 27 65

Ambientescom grandescargas decalor latentee/ou sensvel

TeatrosAuditriosTemplosCinemasBaresLanchonetesRestaurantesBibliotecasEstdios de TV

24 a 26 40 a 65 27 65

Locais dereunies commovimento

BoatesSales de Baile 24 a26 40 a 65 27 65

Depsitos delivros,manuscritos,obras raras

21 a 23(c) 40 a 50(c) Ambientes deArte Museus e

galerias deartes

21 a 23(c) 50 a 55(c)

Acesso Halls deelevadores 28 70

Tabela 9.6 - Condies Internas para vero

TBS (C) UR (%)

20 22 35 65

Ganho de Calor por Insolao

At aqui, ns discutimos transferncia de calor sendo conduzida atravs de uma

estrutura, onde tnhamos a estrutura separando um ambiente condicionado do meio

exterior, de ambientes no condicionados; ou de ambientes vizinhos condicionados

no condicionados. Neste estudo vimos que o calor flui para o ambiente em estudo

Climatizao

Carga Trmica128

atravs do fenmeno da conduo, onde precisamos de um elemento intermedirio

ligando os dois elementos a diferentes temperaturas, ou seja, se propagando atravs

das molculas das substncias envolvidas. Agora estudaremos qual a influncia que o

calor radiante solar produz em um ambiente condicionado.

Em primeiro lugar o que seria a carga trmica total devido a insolao de um dado

ambiente? A carga trmica total devido a insolao seria o fluxo de calor radiante solar

ganho pelo ambiente atravs de sua estrutura (paredes, vidros e teto).

Calor Solar

Os raios do sol passam atravs do espao exterior e da atmosfera no seu caminho

para a terra. Qualquer superfcie em que toquem (solo, telhados, paredes) aquece. O

calor radiante solar que atinge a superfcie da Terra varia consideravelmente de hora

para hora que dependendo do instante em que o sol nasce at ao instante que se pe,

naturalmente dependendo portanto, do sentido de rotao da terra em relao ao sol.

As nuvens, nebulosidade da atmosfera, o grau de pureza da atmosfera, sua

transparncia, e outros mil fatores originam grandes variaes na quantidade de calor

que atingem a face da Terra.

Quanto as influncias da atmosfera, define-se radiao direta e radiao difusa:

A radiao direta a parte da radiao inicial que incide diretamente na superfcie da

terra. o feixe real de luz solar.

Radiao difusa a radiao devido a reflexo que se produz nas partculas de vapor

de gua, ozona, ou de poluio atmosfrica. a energia solar refletida pelas nuvens e

poeira do ar.

Reflexo Solar

Quando a luz bate num espelho, superfcie branca, ou qualquer outra superfcie

brilhante, uma grande porcentagem dela refletida. De modo idntico, se o calor

radiante solar, atingir uma superfcie de cor clara, uma grande porcentagem dela ser

refletida; s o restante ser absolvido pela superfcie. Quanto mais escura for a

superfcie maior ser o calor radiante solar absorvido pela superfcie. Assim as

superfcies escuras tero sempre temperaturas superiores s superfcies brancas

expostas a mesma luz solar. A cor da superfcie exterior de uma parede e assim de

grande importncia na quantidade de calor radiante solar que ser absorvido. As

superfcies com cores claras refletem mais radiao solar do que as superfcies de

Climatizao

Carga Trmica 129

cores escuras. Ao calcular os ganhos de calor solar atravs de estrutura, deve-se ter

em conta a cor da superfcie exterior.

Outra considerao a fazer quanto a reflexo do calor radiante de que as superfcies

lisas refletem mais calor radiante solar do que as speras.

Temperaturas superficiais

A energia radiante que atinge qualquer superfcie eleva sua temperatura. Um telhado

escuro pode atingir, por exemplo, a temperatura de 70C durante o dia de vero.

Contudo, a temperatura imediatamente acima do telhado pode ser apenas 32C. A

temperatura superficial de uma estrutura depende da limpeza da atmosfera, como j

vimos, assim como, do ngulo com que os raios solares, recebe a intensidade total do

sol. Por outro lado, quando estes raios incidem na superfcie segundo um ngulo, a

intensidade muito menor.

A Terra d uma rotao a cada 24h, isto causa o dia e a noite. A Terra d uma volta ao

redor do Sol, isto causa as estaes. Por causa destes movimentos, o ngulo segundo

o qual os raios solares incidem numa superfcie est sempre mudando. Isto significa

que a temperatura superficial de uma estrutura ao Sol, varia ao longo do dia.

A direo para qual est voltada uma estrutura vertical importante na determinao

do ngulo com que os raios solares incidem. A direo tambm determina as horas

durante as quais a estrutura ficar exposta ao Sol. Uma parede com a direo Este

latitude de 30 sul, estar ao Sol a partir de 8 horas. A partir da, a temperatura

superficial da face exterior da estrutura aumentar regularmente at o meio dia. A

partir do meio dia , a temperatura superficial diminuir at um ponto prximo das 14

horas. tarde estar na sombra. mesma latitude , a luz solar s incidir em uma

superfcie vertical orientada para o Oeste aps o meio dia. A temperatura da superfcie

exterior de uma estrutura vertical Oeste, atingir o mximo valor cerca das 16 horas. A

partir desta hora resfriar de um modo regular.

A temperatura de superfcie exposta ao Sol normalmente superior temperatura do

ar exterior. Assim, o calor circula da superfcie para o ar atravs da pelcula superficial

exterior. S uma parte do calor radiante que atinge a superfcie passa para o interior da

estrutura. Da poro de calor que comea a circular no interior da estrutura, s uma

parte atingir o ambiente condicionado. necessrio tempo para o calor penetrar

numa estrutura vindo do Exterior e atingir a face interior.

A maioria do calor radiante solar que primeiro incide numa estrutura apenas leva a

temperatura da poro exterior da parede. Antes que o calor possa penetrar

profundamente na parede a temperatura da superfcie exterior desce novamente,

devido ao Sol mudar de posio. A estrutura quente comea a fornecer calor ao ar

Climatizao

Carga Trmica130

exterior. Apesar de tudo, h sempre certa porcentagem de calor que atinge a superfcie

interior e eleva sua temperatura. Esta parcela de calor obedece ao fenmeno de

conduo.

Orientao Geogrfica

A orientao geogrfica consiste em estabelecer-se o posicionamento correto das

estruturas consideradas em funo dos pontos cardeais. Portanto, para que possamos

adotar um horrio de clculo necessrio orientar as paredes do recinto a condicionar.

muito importante que a posio Norte seja fornecida, pois em funo dela

orientaremos as paredes. A figura abaixo, representa a Rosa dos ventos e um

auxiliar importante ao processo da orientao das estruturas. A estrutura

perpendicular, a determinada orientao, recebe o nome respectivo da mesma.

Figura 9.5 - Rosa dos ventos

Horizonte Visual

Quando olhamos em redor, para nos orientarmos, vemos uma extenso enorme de

terreno, se a nossa viso no for interceptada por quaisquer obstculos. O crculo

abrangido pelo nosso olhar e que limitado pela linha em que a Terra parece acabar e

tocar o cu designa-se por Horizonte Visual.

O movimento aparente do Sol, permitiu aos homens a determinao de referncias:

pontos cuja posio invarivel em qualquer lugar da Terra.

Com efeito, o Sol descreve todos os dias, aparentemente, um arco, cujas extremidades

cortam a linha do Horizonte Visual em dois pontos. Esses pontos correspondem ao seu

nascimento e ao seu ocaso. Se os imaginarmos unidos, obtemos uma linha que passa

Climatizao

Carga Trmica 131

pelo lugar onde nos encontramos. Se imaginarmos, novamente, uma linha

perpendicular a estas, com as mesmas caractersticas (cortando a Linha do Horizonte

e passando pelo lugar onde estamos), obtemos quatro direes. A estes quatro pontos

d-se o nome de pontos cardeais.

Pontos Cardeais

O Norte o ponto fundamental, na Rosa dos ventos das cartas martimas antigas, o

Norte era representado por uma flor-de-liz. Os quatro pontos cardeais so:

Norte, Setentrional, Boreal ou rtico (N)

Sul, Meridional, Austral, Antrtico (S)

Este, Leste, Oriente, Nascente ou Levante (E)

Oeste, Ocidente, Poente, Ocaso (O ou W)

Os pontos da Rosa dos ventos costumam ser referidos em termos do ngulo que

fazem com o Norte. O Este so 90 graus, o Sul 180 e o Oeste 270.

O conhecimento dos pontos cardeais a base elementar da orientao, mas como as

direes que permitem definir ficam, por vezes, bastante afastadas das que desejamos

determinar, criam-se outros pontos que representam direes intermdias daquelas.

Estes pontos designam-se por Pontos Colaterais.

Pontos Colaterais

Os pontos colaterais situam-se na bissetriz dos ngulos formados pelos pontos

cardeais. So eles:

NE Nordeste (45)

SE Sudeste (135)

SO Sudoeste (225)

NO Noroeste (315)

Climatizao

Carga Trmica132

Hora de Clculo

A escolha da Hora de Clculo dever ser feita de tal modo, possibilitando o clculo

para a pior condio, ou seja, para hora de insolao mxima ao local que est sendo

calculado. Tero grandes influncias as reas de vidros existentes nas diversas

paredes.

Roteiro para clculo de ganho de calor por insolao

Para a determinao do percentual do ganho de calor por insolao dever o mesmo

ser procedido da seguinte forma:

1. Determinar as orientaes das estruturas;

2. Verificar o tipo de estrutura e o coeficiente de transmisso total relativos s

mesmas;

3. Verificar se existem estruturas vizinhas que impeam a insolao parcial ou total

alguma estrutura dos ambientes considerados;

4. Calcular as reas de paredes externas e vidros externos das estruturas

consideradas;

5. Verificar reas de teto sujeita a insolao;

6. Verificar se existe insolao devido a reflexo dos raios solares em vidros de

prdios prximos, etc.

7. Verificar os valores de t em funo das variveis relativas aos mesmos.

(Tabelas);

8. Montagem da tabela bsica;

9. clculo de ganho de calor por insolao.

Climatizao

Carga Trmica 133

Tabela 9.7 - Valores de t para Superfcies Opacas Cores: Preto, Cinza-escuroDireo da Face

Hora SE E NE N NO O SO Telhado

8 3.3 3.9

9 14.5 19.5 8.3 5

10 19.5 8.3 14.5 16.1

11 14.7 22.1 15.6 25.5

12 6.7 15 13.4 0.5 32.7

13 6.1 7.8 2.8 36.8

14 1.1 3.3 1.1 38.2

15 2.8 7.8 6.1 36.8

16 0.5 13.8 15 32.7

17 15.6 22.1 13.4 25.5

18 14.5 24.5 19.5 16.1

19 8.3 19.5 14.5 5

20 3.9 3.3

Tabela 9.8 - Valores de t para Superfcies Opacas Cores: Cinza-Claro, Vermelho eMarrom

Direo da Face


8 0.5 1.1

9 7.8 9.4 3.9 1.7

10 10 14.5 8.3 9.4

11 7.6 12.8 8.9 15

12 2.8 8.9 7.4 20

13 2.9 3.9 22.1

14 0.5 23.5

15 3.9 2.8 22.1

16 7.4 8.9 2.8 20

17 8.9 12.8 7.4 15

18 8.3 14.5 10 9.4

19 3.9 9.4 7.8 1.7

20 1.1 0.5

Climatizao

Carga Trmica134

Tabela 9.9 - Valores de t para Superfcies Opacas Cores: Alumnio e BrancoDireo da Face


8

9 3.3 4.4

10 4.4 7.4 3.3 3.9

11 2.8 6.1 3.9 7.8

12 3.9 2.8 10.5

13 0.5 12.2

14 12.8

15 0.5 12.2

16 2.8 3.9 10.5

17 3.9 6.1 2.8 7.8

18 3.3 7.2 4.4 3.9

19 1.1 4.4 3.3

20

Tabela 9.10 - Valores de t para Superfcies Transparentes - Condio: Sem Proteocontra o sol / Sem Cortinas escuras

Direo da Face


6 24.2 26 11 2.2

7 62 74 39 25

8 70 96 58 65

9 50 86 60 98

10 22 58 48 3.9 124

11 1.1 20 16.8 8.9 136

12 5 10.6 5 143

13 8.9 26.8 20 1.1 136

14 3.9 48 58 22 124

15 60 86 50 98

16 58 96 70 65

17 39 74 62 25

18 11 26 24.2 2.2

Climatizao

Carga Trmica 135

Tabela 9.11 - Valores de t para Superfcies Transparentes - Com cortinas claras / compersianas internas

Direo da Face


6 12.2 13.3 0.55 1.1

7 31 37 19.5 12.8

8 35 48.5 29.4 33

9 25.6 43 30 49

10 10.5 29.4 24 1.6 62

11 0.55 10 13.5 4.5 68

12 5 71

13 4.5 13.5 10 0.55 68

14 1.6 24 29.4 10.5 62

15 30 43 25.6 49

16 29.4 48.5 35 33

17 19.5 37 31 12.8

18 0.55 13.3 12.2 2

Tabela 9.12 - Valores de t para Superfcies Transparentes - Condio: com PersianasExternas

Direo da Face

Hora SE E NE N NO O SO

6 7.3 7.8 3.3

7 18.3 22 11.7

8 21 29 17.8

9 15 25.6 17.8

10 6.7 17.8 14.4 1.1

11 6.1 7.8 2.8

12 1.6 3.3 1.6

13 2.8 7.8 6.1

14 1.1 14.4 17.8 6.7

15 17.8 25.6 17

16 17.8 29 21

17 11.7 22 18.3

18 3.3 7.8 7.3

Climatizao

Carga Trmica136

Exemplo

Calcular para o exemplo anterior o ganho de calor por insolao.

Conforme item anterior temos o seguinte roteiro:

1. Determinar as direes das faces com o auxlio de uma Rosa dos ventos. Temos:

Figura 9.6 - Exemplo de clculo

2. Verificar o tipo de estrutura e os respectivos coeficientes de transmisso total

estruturas: paredes com mdia

vidros comuns com proteo de persianas

telhado com isolamento de 1"de l de vidro

Uparede externa = 1,61 Kcal / h m2 C

Uvidro comum = 5,37 Kcal / h m2 C

Utelhado = 1,02 Kcal / h m2 C

3. Verificar se existem estruturas vizinhas que impeam a insolao parcial ou total de

alguma estrutura dos ambientes considerados:

no existem -

4. Calcular as reas das paredes externas, vidros externos:

Estrutura SO - Parede + Vidro = 7 x (2,80) = 19,6 m2

Climatizao

Carga Trmica 137

Estrutura SO - Vidro =2 x 1 = 2 m2

Estrutura SO Paredes =19,6 - 2 = 17,6 m2

Estrutura SE - Parede + Vidro =10 x (2,80) = 28 m2

Estrutura SE - Vidro =3 x 2 = 6 m2

Estrutura SE - Paredes = 19,6 - 2 = 22 m2

5. Verificar reas de teto sujeitas a insolao:

Ateto = 10 . 7 = 70 m2

6. Verificar se existe insolao devido a reflexo dos raios solares em vidros de

prdios prximos, etc. :

no existem -

7. Verificar os valores de t em funo de suas respectivas variveis:

Na tabela 9.8 encontramos os valores de t para superfcies opacas de cor mdia

Na tabela 9.11 encontramos os valores de t para superfcies transparentes com

proteo de persianas.

8. Montagem da tabela bsica:

Climatizao

Carga Trmica138

Tabela 9.13 - Tabela Bsica

Superfcie Parede Vidros Parede Vidros Telhado

Direo das faces SE SE SO SO (-)

A [m2] 22 6 17.6 2 70

U [Kcal / h m2 C] 1.61 5.37 1.61 5.37 1.02

A .U [Kcal / h C] 35.42 32.22 28.33 10.74 71.4

t t t t tHoras Solares

Q Q Q Q Q

T

O

T

A

I

S

7.8 25.6 1.79

276.28 824.83 121.381222.49

10.00 10.5 9.410

354.20 338.31 671.161363.67

7.60 0.55 1511

269.19 17.72 1071.001357.91

2.80 2012

99.18 1428.001527.18

0.55 22.113

5.91 1577.941583.85

10.5 23.514

112.77 1677.901790.67

25.6 22.115

274.94 1577.941852.88

2.8 35 2016

79.32 375.90 1428.001883.22

7.4 31 15.517

209.64 332.94 1106.701649.22

10 12.2 9.418

283.30 31.03 671.161085.49

Determinao dos ganhos de calor por insolao

Ganho total de calor por insolao Q = 1883,22 Kcal/h , sendo que s 16:00 se dar o

ganho de calor mximo para o ambiente em estudo.

Climatizao

Carga Trmica 139

Ganhos de calor devido a pessoas

As perdas de calor do corpo humano variam de indivduo para indivduo, variam

tambm com o grau de atividade. O corpo libera calor sensvel e calor latente; devem

ambos ser considerados no projeto do sistema de ar condicionado. Na tabela 9.15

selecionam-se valores de calor sensvel e calor latente, para vrios tipos de atividade

fsica, note que ao descer a primeira coluna da tabela 9.15, o grau de atividade

aumenta. Observe agora as colunas de calor sensvel e calor latente. O calor sensvel

aumenta uma pequena quantidade, mas o calor latente sobe sensivelmente.

Desconhecendo-se o nmero exato de pessoas que eventualmente possam ocupar o

recinto condicionado deve-se utilizar da tabela abaixo:

Tabela 10.14 - Valores para ocupao de recintos

Local M2 / Pessoa

Dormitrios 10

Salas residnciais 8

Sales de Hotel 6

Escritrios Privados 8

Escritrios em geral 8

Bancos - Recintos privados 7

Bancos-recintos pblicos 4

Lojas de pouco pblico 5

Lojas de muito pblico 3

Restaurantes 2

Boites 1

Auditrios - Conferncias 1.5

Teatros Cinemas 0.75

Climatizao

Carga Trmica140

Tabela 9.15 - Calor liberado por pessoas

TBS

28 27 26 24 21Local (1) (2)

S L S L S L S L S L

Teatro, escola

primria98 88 44 44 49 39 53 35 58 30 65 23

Escola

secundria113 100 45 55 48 52 54 46 60 40 68 32

Escrit. Hotis,

aptos,

universidades

120

Supermercados,

varejistas, lojas139

113 45 68 50 63 54 59 61 52 71 42

Farmcias

drogarias139

Bancos 139

126 45 81 50 76 55 71 64 62 73 53

Restaurante (b) 126 139 48 91 55 84 61 78 71 68 81 58

Fbrica,

trabalho leve202 189 48 141 55 134 62 127 74 115 92 97

Salo de baile 227 214 55 159 62 152 69 145 82 132 101 113

Fbrica,

trabalho

moderadamente

pesado

252 252 68 184 75 176 83 169 96 156 116 136

Boliches,

Fbricas,

Ginsios (c)

378 365 113 252 117 248 122 243 132 233 152 213

(1) Metabolismo Homem Adulto (2) Metabolismo mdio (a)

S = Calor Sensvel L = Calor Latente

1. O Metabolismo Mdio corresponde a um grupo composto de adultos e crianas de

ambos o sexos, nas propores normais. Estes valores foram obtidos com base

nas seguintes hipteses:

Metabolismo da Mulher Adulta = Metabolismo do Homem Adulto . 0,85

Metabolismo da Criana = Metabolismo do Homem Adulto . 0,75

Climatizao

Carga Trmica 141

2. estes valores compreendem 4 Kcal/h (50% de calor sensvel e 50% de calor

latente) por ocupante, para levar em conta o calor desprendido pelos pratos.

3. Boliche: admitindo uma pessoa jogando por pista e os outros sentados (100 Kcal)

ou de p (139 kcal/h).

O ganho de calor Sensvel devido a pessoas pode ser obtido pela equao:

Onde :

Qs = ganho de calor Sensvel [Kcal/h]

n = nmero de pessoas

CS = calor sensvel liberado por pessoa [Kcal/h]

O ganho de calor latente devido a pessoas pode ser obtido pela equao:

Onde :

QL = ganho de calor Latente [Kcal/h]

n = nmero de pessoas

CL = calor Latente liberado por pessoa [Kcal/h]

Exemplo

Um salo de baile, tem uma assistncia total de 1200 pessoas. Destas, 900 esto na

pista de dana e 300 esto sentadas. Calcular os calores sensvel e latente total

adicionados a sala.

1. Das condies internas recomendadas para o vero obtm-se que a temperatura

ideal para o salo de festas est na faixa 24C a 26C. Tome 24C.

2. da tabela 9.15 de calor sensvel e latente, obtm-se a temperatura:

QS = n . CS

QL = n . CL

Climatizao

Carga Trmica142

Sentada com atividade moderada CS = 71 Kcal / h

(restaurante) CL = 68 Kcal / h

Danando com moderao CS = 82 Kcal / h

(salo de baile) CL = 132 Kcal/h

300 pessoas esto sentadas, portanto:

Qs = 300 . 71 Qs = 21300 Kcal / h

Ql = 300 . 44 Ql = 13200 Kcal / h

900 pessoas esto danando, portanto:

Qs = 900 . 82 Qs = 73800 Kcal / h

Ql = 900 . 132 Ql = 118800 Kcal / h

Totais

Qs total = 21300 + 7380 Qs total = 95100 Kcal / h

Ql total = 13200 + 118800 Ql total = 132000 Kcal / h

Ganho de calor devido a Iluminao

A dissipao de calor liberado pelos aparelhos de iluminao eltrica uma carga

sensvel considervel e que deve ser computada. Nos casos em que no se tenham os

valores corretos de iluminao eltrica, deve-se assumir valores, segundo o

estabelecido na tabela a seguir:

Climatizao

Carga Trmica 143

Tabela 9.16 - Iluminao

Local W/m2

Dormitrio 10

Salas Residenciais 20

Sales de Hotel 30

Escritrios 40

Bancos 40

Lojas 60

Salas de desenhos 60

Restaurantes 20

Boates 10

Auditrios - Conferncias 20

Teatros Auditrios 10

Para iluminaes indiretas, com lmpadas incandescentes, os nmeros da tabela

devem ser multiplicados por 2. Para iluminao com lmpadas fluorescentes os

nmeros relativos lmpadas fluorescentes devem ser divididos por 3, segundo os

valores da tabela.

O ganho de calor devido a iluminao do ambiente dada pela equao:

Onde: (para lmpadas incandescentes)

Qil = carga de iluminao [Kcal/h]

0,860 = fator de converso

Wt = Potncia Total [W]

Para lmpadas fluorescentes dever ser acrescido 25% a mais, devido a carga de

reatores, saber:

Qil = 0,860 . Wt

Qil = 0,860 . Wt

Climatizao

Carga Trmica144

Exemplo

Determinar a carga trmica total iluminao de uma recepo de hotel com as

seguintes luminrias:

5 candelabros com 108 lmpadas incandescentes de 10W cada;

iluminao incandescente para uma rea de 20 m2, iluminao indireta para

pinturas a leo;

iluminao fluorescente para uma rea de 30m2, para escritrio da gerncia.

Soluo

1. 5 candelabros com 108 lmpadas incandescentes de 10W cada;

Qil = 5. 108. 10. 0.86

Qil = 4644 Kcal /h

2. iluminao incandescente indireta para uma rea de 20 m2;

a) da tabela de iluminao ideal, obtm-se

Sales de hotel - 30W/m2

b) Correo para iluminao indireta - dobro

30. 2 = 60W/m2

c) Total de potncia de iluminao a ser gerada:

60. 2 = 120W

d) Qil = 1200. 0,86

Qil = 1032 Kcal/h

3. iluminao fluorescente para escritrio com 30 m2:

da tabela de iluminao ideal, obtm-se:

- Escritrio - 40W/m2

Correo para iluminao indireta - 1/3

- 1/3 = 13,33 W/m2

Total de potncia de iluminao a ser gerada:

- 13,33 = 400 W

Climatizao

Carga Trmica 145

- Qil = 400. 0,86. 1,25

- Qil = 430 Kcal/h

Calor total transmitido.

Qil total = 4644 + 1032 + 430

Qil total = 6106 Kcal/h

Ganho de calor devido motores eltricos

Os motores eltricos fornecem calor sensvel quando esto em funcionamento e esse

calor deve ser removido pelo equipamento de resfriamento, quer o motor esteja na sala

condicionada, quer na corrente de ar. Tomaremos como exemplo, um motor acoplado

ao ventilador de insuflamento. Assuma-se que o motor de 5 Kw e se encontra fora da

cmara do ventilador. A potncia fornecida ao ventilador constitui energia adicionada

corrente de ar. O calor equivalente 5Kw. Ao equipamento de resfriamento no

interessa de onde venha os 5 Kw, ele ter que efetuar o mesmo trabalho de

resfriamento que o ganho de calor seja da sala ou do ventilador de insuflamento.

Certamente que os motores no tem uma eficincia de 100%. Assim, para que o motor

fornea 5Kw a sua alimentao ter que ser superior a 5 Kw. Assume-se que a

eficincia de um motor de 5Kw de 80%. Assim a alimentao do motor 6.25 Kw

(5,0 / 6,25). Evidentemente que esta energia chega ao motor na forma de eletricidade.

Ser contudo, eventualmente toda convertida em calor. Geralmente o equivalente em

calor da energia eltrica de alimentao considerado como parte da carga da sala.

Quando o motor faz parte do ambiente condicionado sabe-se previamente sua

potncia, porm, quando faz parte do equipamento torna-se difcil computar sua

potncia , uma vez que os ganhos de calor do ambiente e que vo determinar as

potncias do equipamento frigorfico e dos motores dos mesmos. Dessa forma, a

alternativa que resta estimar sua potncia e posteriormente, quando a potncia

frigorfica estiver definida, verificar os valores estipulados e corrigi-los se necessrio.

Como estimativa assume-se que cada 100m2 condicionados exigem 1 HP para

potncia frigorfica. O ganho de calor devido a motores eltricos pode ser obtido pela

equao:

Climatizao

Carga Trmica146

Onde:

Qm = ganho do Motor [kcal / h];

P = potncia do motor eltrico[W],[HP],[CV];

E = eficincia do motor eltrico;

Fc = fator de Converso de unidades.

1Watt = 0,86 Kcal/h

1HP = 1,044 CV

1HP = 641,2 Kcal /h

Ganho de calor devido a equipamentos e aparelhos diversos

Esse ganho de calor depende da funo e aplicao tpica do recinto a ser

condicionado, pois, estas determinaro o tipo, quantidade e potncia dos

equipamentos existentes. Sua composio pode ser obtida atravs da somatria de

calor de equipamento relacionados na tabela 15. O ganho de calor de equipamentos

no indicados na tabela, pode ser estimado a partir das caractersticas indicadas em

sua chapa de identificao e atravs da equao. Deve-se ressaltar no entanto, que

em alguns casos o calor liberado compe-se de percentual latente. Suponhamos, por

exemplo, que um aquecedor eltrico aquea um lquido no recipiente aberto ou num

recipiente ventilado para sala. Neste caso, uma parte do ganho de calor convertida

em calor latente. Isto pode ser estimado como cerca de 50% de calor sensvel e 50%

de calor latente.

O ganho de calor devido a equipamentos e aparelhos diversos, pode ser obtido pela

equao:

Qm = P . Fc

E

Qe = Pe . 0,86

Climatizao

Carga Trmica 147

Onde:

Qe = ganho de calor [ Kcal / h]

Pe = potncia dos equipamentos em watts

0,86 = fator de converso de watts para Kcal /h

Tabela 9.17 - Calor liberado por fontes diversas

Kcal/hEquipamentos Diversos

Sensvel Latente Total

Equipamentos eltricos

Aparelhos eltricos - por Kw 860 0 860

Forno eltrico - servio de cozinha por Kw 690 170 860

Torradeiras e aparelhos de grelhar por Kw 770 90 860

Mesa Quente - por Kw 690 170 860

Cafeteiras por litro 100 50 150

Equipamentos a Gs

GLP 50% butano + 50% propano por m3/h 5540 700 6240

GLP (50%/50%) por Kg 9800 1200 11000

Bico de Bunsen - tamanho grande 835 215 1050

Fogo a gs-servio de rest. por m2 de superfcie de

mesa

10500 10500 21000

Banho Maria

Por m2 de superfcie Superior 2130 1120 3250

Cafeteira por litro 150 50 200

Equipamentos a Vapor

Banho Maria por m2 de boca 1125 2625 3750

Alimentos

Por pessoa (restaurante) 7 7 14

Motores Eltricos

Potncia Placa Eficincia aproximada

At 1/4 CV Por CV 60 1050 0 1050

1/2 a 1 CV Por CV 70 900 0 900

1 1/2 CV a 5 CV Por CV 80 800 0 800

7 1/2 CV a 20 CV Por CV 85 150 0 750

Acima de 20 CV Por CV 88 725 0 725

Climatizao

Carga Trmica148

Carga trmica do ambiente a ser condicionado (Vero)

Deve-se somar as cargas trmicas sensveis geradas no ambiente e depois as latentes

para a fim de determinar o fator de calor sensvel, a temperatura de insuflamento e a

vazo de insuflamento. Abaixo o resumo:

Tabela 9.18 Resumo do Clculo de Carga Trmica do Ambiente

Descrio Sensvel Latente

Transmisso X

Insolao X

Pessoas X X

Iluminao X

Motores X

Equipamentos Diversos X X*

Soma Parcial CS CL

* Alguns equipamentos geram carga latente atravs da vaporizao de gua, tais

como: banho-maria, cafeteiras, etc.

Fator de Calor Sensvel (FCS)

O fator de calor sensvel representa a relao entre as cargas sensveis e latentes.

Ser utilizado no diagrama psicromtrico para determinar a temperatura de

insuflamento.

Ambientes com carga latente baixa trabalham com o FCS de 1,0 at 0,7 .

Em alguns casos os diagramas psicromtricos trabalham com o multiplicador de calor

sensvel:

FCS = CS___

CS + CL

MCS = CS + CL

CL

Climatizao

Carga Trmica 149

Condies do Ar da sada do equipamento

Teoricamente o projetista de um sistema de ar condicionado, pode selecionar a

condio do fornecimento de ar, para qualquer combinao de temperaturas de bulbo

seco e mido, que se interceptam na linha de porcentagem de calor sensvel. Na

prtica, contudo, a combinao das temperaturas de bulbo seco e mido selecionada

para o fornecimento de ar deve ser possvel de obter com o equipamento usado para

resfriar o ar. O ar normalmente fornecido sala condicionada, nas mesmas

condies que deixa o equipamento de resfriamento. O equipamento de

condicionamento selecionado deve ser assim, capaz de reduzir as temperaturas de

bulbo seco e mido do ar fornecido at um ponto que se situe na linha de

porcentagem do calor sensvel para a sala em questo.

O ar pode ser resfriado atravs de muitas combinaes diferentes de temperatura de

bulbo seco e mido, dependendo da combinao exata do projeto do equipamento de

resfriamento. Contudo os pontos que representam as temperaturas de bulbo seco e

mido finais do ar ao deixar o equipamento de resfriamento dever ser na linha de

calor sensvel ou debaixo dela. Os equipamentos dos tipos normalmente usados tem

tendncia a fornecer ar com altas umidades. Assim, por convenincia de clculo, o ar

ao deixar o equipamento de resfriamento normalmente considerado como tendo uma

porcentagem de saturao 90% apesar de se obterem umidades relativas superiores e

inferiores.

Determinao da temperatura de sada do equipamento

Ao projetar qualquer sistema de ar condicionado as temperaturas de bulbo seco e

mido requeridas ao ar insuflado devem ser sempre selecionadas primeiro e a partir

delas calculado o volume de ar necessrio para absorver a carga sensvel e latente

existente no ambiente e deix-lo nas condies ideais de estudo. A temperatura de

sada do equipamento de ar condicionado conseguida atravs do seguinte processo,

ilustrado na figura a seguir:

Climatizao

Carga Trmica150

Figura 9.7 - Temperatura de sada do equipamento

Determinao da vazo de ar a ser insuflado

1. Localiza-se no diagrama psicromtrico o ponto que determina as condies

internas do ambiente em estudo (ponto A);

2. Calcula-se o fator de calor sensvel e localiza-se este ponto na escala

correspondente (ponto B);

3. Une-se ponto B ao ponto de referncia (PR) para utilizao da escala do fator de

calor sensvel (reta PRB);

4. Traa-se uma paralela unindo o ponto a (condies Internas) ao ponto C

determinado pela interseco desta reta com a curva de saturao (90% UR) -

normalmente considerada como a porcentagem de umidade oferecida pelo

equipamento de resfriamento (reta AC);

5. Atravs do ponto C obtm-se o valor de TBS2 na escala de temperatura de bulbo

seco;

6. TBS2 a temperatura na sada do equipamento frigorfico.

Climatizao

Carga Trmica 151

Determinao da vazo de ar a ser insuflado

Onde:

Vai = vazo de ar insuflado [m3/h];

CS = calor sensvel a ser absorvido [Kcal/h];

0,24 = constante prtica;

TBS1 = temperatura de bulbo seco interna do ambiente [C];

TBS2 = temperatura de bulbo seco na sada do equipamento frigorfico [C].

Determinao da vazo de ar externo

Origina-se esta parcela de carga trmica pelo fato do ar exterior em determinadas

condies de temperatura e umidade passar para as condies do recinto

condicionado. Este ar exterior e que vai substituir o ar que por infiltrao escapa do

recinto condicionado por frestas existentes nas janelas, portas, portas giratrias ou vai

e vem e exaustores. O valor do volume de ar que escapa do recinto atravs de portas

normalmente fechadas eqivale a uma troca, por hora do volume total do recinto

condicionado. O valor do volume para portas de vai e vem depende da medida e tipo

dessas portas como tambm da freqncia de abertura das mesmas como pode-se ver

na tabela a seguir extrada da NB-10 da ABNT.

Vai = CS 1

0,24 . (TBS1 - TBS2)

ve

Climatizao

Carga Trmica152

Tabela 9.19 - Fluxo de Ar externo pelas portas

Pelas Portas (Normalmente Fechadas)

m3 / h . pessoaLocal

Porta Giratria (1.80m) Porta de vai-e-vem (0.90m)

Bancos 11 14

Barbearias (-) 9

Drogarias e farmcias 10 12

Escritrios de Corretagem 9 9

Escritrios Privados (-) 4

Escritrios em Geral (-) 7

Lojas em Geral 12 14

Restaurantes 3 4

Lanchonetes 7 9

Pelas Portas (Normalmente Abertas)

Porta de 90cm 1350 m3/h

Porta de 180cm 2000 m3/h

Tabela 9.20 - valores para perdas de ar por frestas de janelas e portas

Pelas Frestas

Tipo de Abertura Observao m3/h (por metro de frestas) (*)

Janelas

- Comum 3

- Basculante 3

- Guilhotina com caixilho de madeira Mal ajustada 6.5

Bem ajustada 2

- Guilhotina com caixilho metlico Sem vedao 4.5

Com vedao 1.8

Portas Mal ajustada 13

Bem ajustada 6.5

(*) largura da fresta considerada de 4.5 mm

Climatizao

Carga Trmica 153

Tabela 9.21 - Ar exterior para renovao

m3 / h por pessoaLocal

Recomendvel Mnimo

Concentrao de

Fumantes

Bancos 17 13 Ocasional

Barbearias 25 17 Considervel

Sales de beleza 17 13 Ocasional

Bares 68 42 (-)

Cassinos-Grill-Room 45 35 (-)

Escritrios

Pblicos 25 17 Alguns

Privados 42 25 Nenhum

Privados 51 42 Considervel

Outros Ambientes

Estdios 35 25 Nenhum

Lojas 17 13 Ocasional

Salas de hotis 51 42 Grande

Residncias 35 17 Alguns

Restaurantes 25 20 Considervel

Salas de diretores 85 50 Muito Grande

Teatros-Cinemas-Auditrios 13 8 Nenhum

Teatros-Cinemas-Auditrios 25 17 Alguns

Salas de aula 50 40 Nenhum

Salas de reunies 85 50 Muito grande

Aplicaes Gerais

Por pessoa (No fumando) 13 8 (-)

Por pessoa (fumando) 68 42 (-)

Para o clculo de vazo correspondente do ar exterior deve-se proceder a avaliao

dos seguintes valores:

1. determinar a quantidade de ar que, por motivo de ventilao deve ser introduzida

no recinto condicionado;

2. determinar a quantidade de ar que escapa por portas normalmente fechadas;

3. determinar ao ar que escapa por eventuais portas de vai e vem;

4. determinar o ar que escapa por eventuais exaustores.

Climatizao

Carga Trmica154

Uma vez obtidos estes valores, adotaremos para quantidade de ar exterior o maior

valor obtido entre a necessidade de ar para renovao do ambiente com a

necessidade de ar para a reposio devido as perdas.

O ar exterior admitido pelo climatizador de ar o qual dever remover seu calor total

(sensvel + latente) antes de envi-lo para o ambiente. Na tabela 11 mostramos os

valores para perdas de ar por frestas de janelas e portas. Na tabela 12 mostramos os

valores de quantidades de ar exterior para renovao extrados da NB-10 da ABNT.

Condies de entrada do ar na serpentina

Devemos determinar a temperatura de entrada do ar na serpentina do condicionador

considerando as propores entre as massas de ar de retorno e de ar externo.

Figura 9.8 - Esquema da caixa de mistura de ar

Chama-se caixa de mistura de ar o local onde encontram-se as massas de ar de

retorno e de ar externo. Esta caixa de mistura pode ser uma juno entre ramais de

dutos ou mesmo a prpria casa de mquinas do equipamento condicionador de ar.

Atravs do esquema podemos perceber que:

Onde:

VAI = Vazo de insuflamento

VAE = Vazo de ar externo

VR = Vazo de retorno

VAI = VAE + VR

Climatizao

Carga Trmica 155

Devemos calcular a entalpia da mistura das massas de ar que ser igual a entalpia de

entrada do ar na serpentina do equipamento atravs da frmula:

Onde:

hec = Entalpia de Entrada no Condicionador

hae = Entalpia de Ar Externo

VAE = Vazo de Ar Externo

hr = Entalpia de Retorno

VR = Vazo de Retorno

VAI = Vazo de Insuflamento

Carga Trmica Total de Vero

Devemos calcular a carga trmica total de vero atravs da frmula:

Onde:

CT = Carga Trmica Total de Vero

VAI = Vazo de Insuflamento

hec = Entalpia de Entrada no Condicionador

hi = Entalpia de Insuflamento

ve = Volume Especfico do Ambiente Condicionado

Carga trmica de aquecimento

Denomina-se carga trmica de aquecimento a quantidade de calor necessria a um

ambiente durante o inverno, para compensar perdas de calor devido a diferena de

hec = hae * VAE + hr * VR

VAI

CT = VAI . (hec hi)

ve

Climatizao

Carga Trmica156

temperaturas entre o ar externo e o ar interno. Estas perdas manifestam-se em

escape de calor do espao condicionado.

Clculo da resistncia de aquecimento

O clculo da potncia necessria para a reposio de calor ao ambiente no perodo do

inverno, dada em watts e conseguida atravs da frmula:

Onde:

Raq = Potncia para aquecimento [w];

Qdesf = Somatria das cargas trmicas consideradas desfavorveis para a

manuteno do ambiente em temperatura ideal de inverno. [Kcal/h];

Qfav = Somatria das cargas trmicas consideradas favorveis para a manuteno

do ambiente em temperatura ideal de inverno. [Kcal/h];

0,86 = fator de converso de Kcal - watts.

Cargas favorveis

As cargas consideradas como favorveis para a manuteno do ambiente em

temperatura ideal de inverno so:

1. Carga trmica devido a iluminao (sensvel);

2. Carga trmica devido a motores (sensvel);

3. Carga trmica devido a equipamentos (sensvel);

4. Carga trmica devido a pessoas (sensvel).

Cargas desfavorveis

As cargas consideradas como desfavorveis para a manuteno do ambiente em

temperatura ideal de inverno so:

1. Conduo - O processo de perda de calor durante o perodo de inverno idntico

ao processo de ganhos de calor no vero, ou seja, por conduo atravs das

Raq = Qdesf - Qfav

0,86

Climatizao

Carga Trmica 157

paredes, pisos, vidros e tetos. A perda de calor por conduo afetada pelos

materiais de construo e pela diferena entre as temperaturas do ar externo e

interno. O fator "U" novamente usado para determinar a quantidade de calor que

se perde atravs dos materiais.

2. Ar Externo (renovao de ar do ambiente) - Uma outra fonte de calor a considerar

o calor necessrio para aumentar a temperatura do ar externo usado para

renovao do ar do ambiente.

Potncia de Umidificao e Potncia de Reaquecimento

Umidificao

Como j vimos em itens anteriores, a quantidade de umidade existente no ar um dos

fatores importantes para obteno do conforto humano, alm da temperatura, pureza e

velocidade do ar.

Resistncia de Umidificao

Um dos meios mais utilizados em instalaes de ar condicionado para umidificao do

ar do ambiente, so as resistncias eltricas de imerso. Estas resistncias,

normalmente esto localizadas na sada de ar dos condicionadores do ar aos

ambientes.

Clculo da Resistncia de Umidificao

O clculo da potncia da resistncia eltrica de imerso necessria para

umidificao do ar na situao de inverno. Pode ser obtida pela equao:

Onde:

Ru = potncia da resistncia de umidificao [W]

VAE = Vazo de ar externo [m3/h]

Wi = Umidade especfica ou absoluta do ar interior [g/Kg]

We = Umidade especfica ou absoluta do ar exterior (inverno) [g/Kg]

0,86 = fator de converso Kcal /h para watt

Os valores de umidade especfica ou absoluta so obtidos no diagrama psicromtrico.

Ru = VAE . 0,65 . (Wi - We)

0,86

Climatizao

Carga Trmica158

Potncia das Resistncias de Reaquecimento ou Desumidificao

O clculo das resistncias de desumidificao ou reaquecimento se torna necessrio,

no vero, devido aos seguintes fatores:

1. incidncias de chuvas ocasionais de vero tornando o ar excessivamente mido;

2. ocasional desaparecimento do sol, acarretando a baixa da carga trmica a ser

retirada, prevista para o ambiente;

3. Ocasional no utilizao dos eventuais equipamentos existentes no ambiente,

acarretando a diminuio da carga trmica a ser retirada, prevista para o ambiente.

Com base nestes fatores o clculo da resistncia de desumidificao ou

reaquecimento ser:

Onde:

Rd = potncia da resistncia de desumidificao;

Qisol = carga trmica devido a insolao [W];

%Qeq = 50% da carga trmica devido a equipamentos;

%Qpes = 50% da carga trmica sensvel devido a pessoas.

Rd = Qisol + %Qeq + %Qpes

0,86

Climatizao

Carga Trmica 159

Tabela 9.22 - Recomendaes para aplicaes de filtros de ar

Classe

de filtro

Eficincia

(%)

Caractersticas Aplicaes Principais

G0 30 - 59

Boa eficincia contra insetos e

relativa contra poeira grossa.

Eficincia reduzida contra plen

de plantas e quase nula contra

poeira atmosfrica.

Condicionadores tipo janela

G1 60 - 74

Boa eficincia contra poeira

grossa e relativa contra plen de

plantas. Eficincia reduzida

contra poeira atmosfrica.

Condicionadores tipo compacto

(self contained)

G2 75 - 84

Alta eficincia contra poeira

grossa. Boa eficincia contra

plen de plantas e relativa contra

a frao grossa (75) da poeira

atmosfrica

Condicionadores de sistemas

centrais

G3 85 - acima

Boa eficincia contra frao

grossa (>75) da poeira

atmosfrica


centrais pr filtragem para filtros

finos.

F1 40 - 69

Eficincia satisfatria contra a

frao final (de 1 a 5) de poeira

atmosfrica . Pouca eficincia

contra fumaas de leos e

tabaco


centrais c para exigncias altas.

Pr filtragem para filtros finos F3

F2 70 - 89

Boa eficincia contra a frao

fina (de 1 a 5) da poeira

atmosfrica. Alguma eficincia

contra fumaa de leos e tabaco.


centrais c para exigncias altas.

Pr filtragem para filtros absolutos

F3 90 - acima

Alta eficincia contra a frao

fina (de 1 a 5) da poeira

atmosfrica. Eficincia

satisfatria contra fumaas de

leo e tabaco. Razoavelmente

eficiente contra bactrias e

fungos microscpicos.

Pr filtro para filtros absolutos.

Precisa de pr filtragem por sua

vez.

Climatizao

Carga Trmica160

Classe

de filtro

Eficincia

(%)

Caractersticas Aplicaes Principais

A1 85 - 97.9

Boa eficincia contra a frao

ultra fina (

IX - Carga Térmica

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