CARGA TÉRMICA AUDITÓRIO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
CARLOS FRANCÍLIO COSTA E SILVA	
VINÍCIOS MIRANDA NUNES
WILLAS MATIAS DA SILVA
CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA 
JUAZEIRO
2019
1. INTRODUÇÃO
	O cálculo de carga térmica é um artifício da engenharia térmica para determinar a capacidade mínima de um circuito de condicionamento. Sua finalidade é que o conforto térmico seja efetivo, sem que haja problemas aos condicionadores em si ou superdimensionamento do sistema. Se feito incorreto, pode sobrecarregar o sistema de condicionamento, levando a falha ou pode gerar gastos desnecessários.
	O cálculo é relativamente simples, e consiste, basicamente, no levantamento de todas as fontes de calor, sejam elas externas ou internas ao ambiente analisado. Além disso, é preciso analisar como esse calor interage com as limitações físicas do ambiente, potenciais elevadores de fluxo e fatores climáticos dentre outros.
	Como já estudado, o condicionamento de ar consiste em manipular suas propriedades para determinados fins. Nos ambientes estudados, a finalidade é manter uma temperatura no ambiente inferior à temperatura externa. O ar condicionado, deve então, ser injetado no ambiente a uma temperatura inferior. Como há uma diferença de temperatura, haverá troca de calor, portanto, o ar “levará” o calor para fora do ambiente, reduzindo a temperatura deste.
	Nesse relatório, serão apresentados os cálculos para 3 ambientes distintos, dentro da universidade. Para cada ambiente, serão utilizados 3 métodos, sendo um destes, criado pelos próprios estudantes.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
2.1 Carga Térmica
	A carga térmica pode ser entendida como a quantidade de calor adicionado ou retirado a um ambiente para que se mantenha as condições de conforto térmico ou manter as condições para conservação de um produto ou ainda para a realização de um processo de fabricação.
	Existem vários métodos para estimativa da carga térmica com diferentes graus de precisão e exatidão no resultado final, mas para todos eles recomenda-se uma metodologia de divisão da carga total em componentes de diferentes fontes de calor para o ambiente. Como será visto mais a frente desse documento, as fontes de calor podem ser de natureza externa ou interna.
2.2 Conforto térmico
	É basicamente a sensação de bem estar humano no ambiente. É um fator extremamente subjetivo, mas que deve ser levado em consideração nos projetos de climatização, um desconforto térmico pode acarretar fadiga, estresse, baixa produtividade, ou, até mesmo, comprometer de forma grave a saúde do indivíduo. 
	Embora subjetivo, como já foi citado, pelas condições normais imposta pelo clima na região desse estudo, com temperaturas elevadas no geral, é de se esperar que o conforto térmico aqui seja atingido com uma temperatura mais amena, em torno de 25º, considerado ideal pela equipe.
2.3 Calor
	Calor nada mais é do que a energia térmica em trânsito. Apesar de ser um termo utilizado em expressões corriqueiras do dia-a-dia como “Estou com calor!” que na verdade é uma consequência do desconforto térmico causado pela troca de calor entre corpos.
	Troca de calor essa, que é diretamente proporcional a diferença de temperatura. Os mecanismos de troca não serão alvo de estudo direto dessa equipe, mas serão levados em conta na elaboração dos cálculos: A condução e convecção. Sendo esse o que acontece nos fluidos e aquele, nos meios sólidos.
3. PROJETO PROPOSTO
3.1 Objetivo
	Este trabalho visa aplicar três métodos de cálculo de carga térmica para dimensionamento de sistemas de ar condicionado. Primeiro é feito o cálculo a partir do manual da Springer Carrier e depois pelo método apresentado por Hélio Creder, no seu livro, ambos já difundidos no mercado, e por último, um método criado pela equipe, baseando-se nas referências e conhecimentos adquiridos ao longo do curso.
3.2 Ambientes de Foco e Vizinhança
Os locais indicados para o cálculo de carga térmica foram: Uma sala da Univasf, O auditório principal do complexo multieventos e o refeitório do restaurante universitário (R.U.). Ambos localizados em Juazeiro, na Bahia.
4. AUDITÓRIO MULTIEVENTOS
	Localizado logo na entrada principal da Univasf, campus Juazeiro, o complexo multieventos abarca a maior parte dos eventos universitários, tais como simpósios, encontros de áreas a nível estadual e nacional, congressos e formaturas. Possui um auditório principal com capacidade para até 616 pessoas sentadas, conta ainda com infra estrutura auxiliar de acústica e iluminação.
4.1 Calor sensível e latente devido as pessoas: Foi considerada uma situação de lotação máxima do espaço. Com 616 pessoas sentadas e outras 84 em pé.
Pelo método de Hélio Creder: O autor sugere os valores para calor específico sensível e latente de uma pessoa em repouso respectivamente de 62 e 38,1 kcal/h, e para uma pessoa em atividade moderada (as 84 de pé) 64 e 101,8 kcal/h.
Sendo o calor total, o produto entre o numero de pessoas e o calor específico de cada uma temos:
Pelo método Carrier: É sugerido o valor de 100W para o calor total de uma pessoa sentada e uma pessoa em atividade moderada deverá ceder cerca de 130W de calor. Assim:
Pelo método criado pela equipe, baseado em pesquisas na literatura, consideraremos o valor de 500 BTU por pessoa, sendo assim o calor total será de:
4.2 Calor devido as trocas de calor através das paredes. Devido a diferença de calor entre o ambiente interno do auditório e o ambiente externo, há uma troca de calor por condução através das paredes. 
 Foi considerada uma altura média de 7m das paredes, e pelas plantas foram obtidos os comprimentos. A área total das paredes somou 1102,64m². Pelo método das resistências térmicas, foi obtido um coeficiente de transferência de calor global de 0,8488 kcal.h-¹.m-².ºC-¹. A diferença de temperatura é de 7ºC, assim:
No teto, de madeira, foi admitido o mesmo diferencial de temperatura. E sua área total é de 1508.8m² e espessura 20cm.
E o calor total será a soma dos calores das paredes e teto
Pelo método criado pela equipe será considerado o valor de 70 BTU/m³, a altura média considerada foi de 7m
	
Pelo método Carrier: Paredes 
Teto: 
Total:
 
4.3 Carga devido a iluminação: O auditório possui 75 lâmpadas, 43 de 25W e 32 de 40W, assim a potência total é de 2355W. Creder insere um fator de correção adimensional de 1,2, e o fator de conversão para kcal/h de 0,860: Assim o calor total será: 
4.4 Carga devido aos equipamentos elétricos: Caixas de som, celulares e projetor.
4 Caixas de som, potencia 270W, 
1 projetor de 282 W
700 celulares 3W
Pelo método criado, será considerado o valor de 500 BTU/equipamento ou lâmpada, além disso, por possuir potência muito baixa, os celulares serão desconsiderados.
Pelo método Carrier: O calor das lâmpadas é calculado de forma semelhante ao método Creder, resultado em 0,837 TR, as caixas de som 0,307 TR e os celulares foram desprezados pelo valor irrisório.
4.5 Carga térmica devido a infiltração:
Creder indica a seguinte equação: , em que ΔT é a diferença de temperatura interna e externa e V representa a vazão volumétrica, que pode ser calculada pelo produto da velocidade do ar (10000m/h) e a área da porta(3,78m²).
Carrier:
O método ainda leva em consideração a umidade
4.6 Carga devido a ventilação. Sendo o fluxo de ar de renovação 9100 m³/h
Calor sensível
Calor latente 
O calor total será 
Então, somando as fontes de calor, para os três métodos, temos
CREDER: 83.6 TR
EQUIPE: 94,08 TR
CARRIER 61.58 TR
OBS: Corrigir os gráficos
5. SALA DE AULA 12
5.1 Método Carrier:
Os coeficientes globais de transferência de calor são:
· Paredes: 1,71
· Portas: 2,1
· Janelas 6,42
As áreas
· Total: 26,42m²
· Janela maior: 10,52m²
· Janela menor: 3,113m²
· Parede externa: 15,72m²
· Parede interna: 23,127m²
Para a parede exposta ao sol:
Para a parede sem insolação:
Para as janelas maiores:
Para as janelas basculantes:
Para a porta:
Ar externo:
Não fumantes: 3,5 l/s/pessoa
50pessoas = 175l/s
Excesso de umidade:
M = 15,09 g/kg
m=9,3 g/kg
Carga devido às pessoas:
Lâmpadas: 
Projetor 
Total = 4,93TR
Com fator de segurança de 10% = 5,92 TR
5.2 Método Creeder
Coeficiente global: 1,3524
· Camada de ar exterior: 0,03413
· Esboço 2cm: 0,4184
· Tijolo de meia vez: 0,1613
· Ar interior: 0,1256
Parede com insolação 
Parede sem insolação 
Janelas maiores: 
Janela menor:
Carga devido à insolação: 439 kcal/h.m²
Janela maior: 10,52*439= 4616,38 kcal/h
Parede: 15,72*1,35*((38,4-25)+5,5) = 401,09 kcal/h
Carga devido às pessoas 
Carga devido à iluminação: 18 lâmpadas de 40W
Carga devido a ventilação:
Vazão = 650m³/h
Calor sensível: 
Calor latente: 
Carga devido à infiltração na porta:
Carga total = 7,62 TR + 10% = 8,38TR
5.3 Método da equipe
70BTU/m³ = 70*215,17=15 061,76 BTU/h
500BTU/pessoa= 500*50 = 25 000 BTU/h
500BTU/equipamento = 19*500 = 9 500 BTU/h
TOTAL = 49 561,76 BTU/h ≈ 4,13 TR
6. RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO
6.1 Creeder:
Por condução: U=3,13
Área das paredes de vidro = 308,74m²
Área do teto = 587,8m²
U = 2,24
Insolação
Q= A*U = 104 904,9 kcal/h, utiliza-se o fator de correção 0,2 devido ao sombreamento, assim Q = 20 980,9 = 6,9 TR
Para a parede voltada pro oeste 
Carga devido às pessoas (300, sendo 288 sentadas e 12 em atividade moderada)
Carga devido a iluminação: 90 lâmpadas de 40W 
Carga devido aos equipamentos:
Aquecedores de alimentos: 
Carga por infiltração
Carga por ventilação: 
Resultado final: 68,34 TR + 10% = 75,17 TR
6.2 Carrier:
Fontes externas: 
Sendo a área das paredes 308,74m² e o U global 3,69
No teto: U= 2,27
Ar externo : 
Carga para retirar umidade do ar:
 
Carga das pessoas: 
Equipamentos:
Aquecedores de comida: 
Lâmpadas: 
Insolação nas paredes: Vidro: 
Resultado Final = 59,5 TR + 10% = 65,45TR
6.3 Método da Equipe:
300 pessoas, 500BTU por pessoa = 150 000BTU
95 Equipamentos, 500 BTU por equipamento = 47 500 BTU
Volume total = 2 645,07m³, será considerado o valor de 210 BTU/m³ devido o material (vidro) = 752 964,7 BTU
Total = 567 810,78 BTU 63 TR
CARGA TERMICA SALA 12 (EM TR)
Série 1	
Carrier	Creeder	Equipe	5.92	8.3800000000000008	4.13	
CARGA TERMICA R.U. (EM TR)
Série 1	
Creeder	Carrier	Equipe	75.17	65.45	63	
CARGA TÉRMICA - AUDITORIO MULTIEVENTOS JUAZEIRO(EM TR)
Série 1	
CREEDER	CARRIER 	EQUIPE	83.6	66	94