Conforto Térmico e Ar-Condicionado

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AR CONDICIONADO I
NOÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO
Prof. Me. Fabio Tofoli
DEFINIÇÃO
Prof. Me. Fabio Tofoli
• Segundo a ASHRAE (1997), conforto térmico é um estado de espírito
que reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve uma
pessoa;
• Segundo essa definição, o conforto térmico de um indivíduo é
subjetivo, dependendo de aspectos biológicos, físicos e emocionais
dos ocupantes;
• Desta forma, não é possível atender as condições de conforto de
todos os ocupantes de um mesmo recinto;
DEFINIÇÃO
Prof. Me. Fabio Tofoli
• A NBR 16401 (Parte 2: Parâmetros de conforto térmico) especifica os
parâmetros do ambiente interno que propiciem conforto térmico aos
ocupantes de recintos providos com ar-condicionado;
• Num sistema de condicionamento de ar, deseja-se atender ao maior
número de indivíduos possível;
• A NBR 16401 – 2 estipula parâmetros de conforto térmico de forma
que 80% dos ocupantes de um grupo homogêneo possam expressar
satisfação em relação as condições do ambiente.
FATORES QUE AFETAM O CONFORTO
Prof. M.e Fabio Tofoli
FATORES QUE AFETAM O CONFORTO
Prof. Me. Fabio Tofoli
O corpo humano mantém seu equilíbrio térmico com o meio por intermédio
de trocas de calor envolvendo:
a. Evaporação (cerca de 25%)
b. Radiação (cerca de 45%)
c. Convecção (cerca de 30%)
As propriedades que influenciam estes modos de transferência de calor são:
I. Temperatura de bulbo seco (afetando evaporação e convecção)
II. Umidade relativa (afetando evaporação apenas)
III. Velocidade do ar (afetando evaporação e convecção)
IV. Temperatura radiante média (afetando radiação)
FATORES QUE AFETAM O CONFORTO
Prof. Me. Fabio Tofoli
CORPO HUMANO
Prof. Me. Fabio Tofoli
• Termodinamicamente o corpo humano é uma máquina térmica
ineficiente. A energia térmica produzida pelo organismo humano
advém de reações químicas internas, sendo a mais importante a
combinação do carbono, introduzido no organismo sob a forma de
alimentos, com o oxigênio, extraído do ar pela respiração;
• Cerca de somente 20% da energia produzida pelo corpo é
transformada potencialmente em trabalho;
• Os 80% restantes dessa energia estão em forma de calor que devem
ser dissipados;
CORPO HUMANO
Prof. Me. Fabio Tofoli
• Esse processo de produção de energia interna a partir de elementos
combustíveis orgânicos é denominado metabolismo.
• Em repouso absoluto — metabolismo basal —, o calor dissipado pelo
corpo, cedido ao ambiente, é de cerca de 75 W;
• A taxa de liberação de calor pelo corpo humano pode variar de 120 W
para atividade sedentária até 440 W para atividade intensa (Tab. 48,
pg. 1-94 Carrier);
• Este calor representa uma parcela muitas vezes importante da carga
térmica de resfriamento de um sistema de ar-condicionado.
METABOLISMO
Prof. Me. Fabio Tofoli
Onde:
M = Metabolismo [W]
W = atividade útil [W]
E = perda de calor por evaporação [W]
R = transferência de calor por radiação [W]
C = transferência de calor por convecção [W]
B = perda de calor por respiração [W]
S = taxa de variação da energia armazenada pelo corpo [W]
EVAPORAÇÃO
Prof. Me. Fabio Tofoli
• A evaporação é sempre um meio de rejeição de calor;
• Em ambientes quentes, a evaporação do suor constitui-se em um dos
mecanismos mais importantes de remoção de calor;
• Duas são as formas de “molhar” a pele: por difusão (perspiração) e
por transpiração;
• Perspiração ou evaporação insensível é um mecanismo constante
enquanto que a transpiração é controlada pelo sistema
termorregulador.
EVAPORAÇÃO
Prof. Me. Fabio Tofoli
EVAPORAÇÃO
Prof. Me. Fabio Tofoli
Onde:
= taxa de transferência de calor por evaporação insensível [W]
= calor latente de vaporização da água [J/kg]
= coeficiente de difusão [kg/Pa.s.m2]
A = área do corpo [m2]
= pressão de saturação à temperatura da pele [Pa]
= pressão parcial do vapor de água do ar ambiente [Pa]
CONVECÇÃO
Prof. Me. Fabio Tofoli
• A lei de Newton do resfriamento pode ser escrita como:
Onde:
C = taxa de transferência de calor por convecção [W]
= temperatura da pele [°C]
= temperatura do ar [°C]
A = área do corpo [m2]
= coeficiente de transferência de calor por convecção 
CONVECÇÃO
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• A superfície do corpo varia entre 1,5 e 2,5 m2;
• Para convecção forçada, o valor de hc pode ser determinado pela
relação:
Onde V é a velocidade.
RADIAÇÃO
Prof. Me. Fabio Tofoli
• Nem todas as partes do corpo humano irradiam para o meio, algumas
irradiam para outras partes do corpo;
• A área do corpo efetiva para radiação é de aproximadamente 70%;
• As emissividades da pele e da vestimenta são muito próximas da do corpo
negro, podendo desta forma, para efeitos práticos serem consideradas
iguais a 1;
• A temperatura as superfície para a qual o corpo irradia é comumente
denominada temperatura radiante média;
• A temperatura radiante média é geralmente muito próxima da temperatura
do ar ambiente (exceto para paredes externas, janelas e paredes internas
afetadas pela radiação solar).
QUESTÕES
Prof. Me. Fabio Tofoli
1. Admitindo que o corpo humano é uma máquina térmica consumindo 2400
kcal/dia (1 cal = 4,1868 J)provenientes de alimentos. Se todos os alimentos
forem oxidados, sendo a energia de reação na forma de calor, qual deve ser a
liberação de calor em Watts? Resp.: 116,3 W
2. Qual é a taxa de liberação de calor por convecção de um corpo humano de 1,5
m2 de área corporal, com temperatura da pele de 36 °C exposto a uma corrente
de ar de 0,20 m/s e 25 °C? Resp.: 84,8 W
3. Qual é a ordem de grandeza do calor transferido por radiação numa situação
em que a pessoa produza 120 W de energia proveniente da ingestão de
alimentos? Resp.: 54 W
4. Qual é a taxa de liberação de calor aproximada para evaporação insensível se a
temperatura da pele é de 32 °C, a pressão de saturação a essa temperatura é
de 4750 Pa e a pressão parcial do vapor de água do ar é de 1700 Pa? Admita
que o calor latente de vaporização da água seja igual a 2,43 MJ/kg e Cdif = 1,2
x10-9 ଶ. Resp.: 18W
TAXAS METABOLICAS
Prof. M.e Fabio Tofoli
• A taxa metabólica é normalmente medida em termos de “METs”. Um 
MET é o valor padrão de metabolismo para que uma pessoa média 
(1,8 m2) se mantenha em repouso e é igual a 350 Btu/h (105 W)
TAXAS METABOLICAS
Prof. M.e Fabio Tofoli
AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONFORTO
Prof. Me. Fabio Tofoli
O objetivo do projeto de um sistema de condicionamento de um
espaço físico é fornecer um sistema que mantenha, para os ocupantes
de uma edificação, um ambiente interno confortável e saudável. A
importância desse objetivo resultou em critérios específicos para as
condições do espaço ocupado. Esses critérios evoluíram com o tempo
uma vez que surgiram melhores métodos de avaliação das condições
de conforto e de saúde que aumentam a produtividade.
AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONFORTO
Prof. Me. Fabio Tofoli
As condições de conforto atualmente recomendadas se baseiam em
estudos conduzidos durante anos com pessoas em ambientes
controlados. Nesses estudos, era solicitado a cada pessoa que
classificasse determinado ambiente como quente ou frio, confortável
ou desconfortável. A partir dessas pesquisas se chegou a um consenso
relativo às faixas reduzidas de temperatura, de umidade e de
velocidade do ar nas quais as pessoas se sentem confortáveis
AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONFORTO
Prof. Me. Fabio Tofoli
ISOLAMENTO TÉRMICO DO VESTUÁRIO
Prof. Me. Fabio Tofoli
Em um ambiente de escritório, o isolamento provocado pelas
vestimentas à transferência de calor e de umidade tem um efeito maior
sobre a percepção de conforto. O isolamento térmico das vestimentas
tem sido historicamente medido em unidade denominada clo, em que
1 clo vale 0,155 m².°C/W.
ISOLAMENTO TÉRMICO DO VESTUÁRIO
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TEMPERATURA ÓTIMA DO AR
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• No controle de sistemas de AVAC, a temperatura do ar é uma medida
satisfatória para a maior parte das aplicações comerciais, sendo
normalmente empregada como a variável de controle em vez de
tentar medir a temperatura operativa.
• A relaçãoentre a temperatura do ar ótima e o tipo do vestuário para
as pessoas foi determinada para diferentes atividades. Para um
ambiente com umidade relativa de 50 % e uma velocidade do ar
menor que 0,15 m/s, a temperatura ótima do ar, para pessoas
realizando atividades leves (1,2 MET), é:
Em clo
TEMPERATURA ÓTIMA DO AR
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TEMPERATURA ÓTIMA DO AR
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• Em condições de atividades mais pesadas, a temperatura do ar ótima 
deve ser mais baixa para manter o conforto. O efeito da atividade e o 
tipo de vestuário sobre a temperatura ótima foram equacionados 
como:
Em clo Em clo
TEMPERATURA ÓTIMA DO AR
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REGIÃO DE CONFORTO
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• Embora os mesmos fatores afetem a percepção individual daquilo
que é confortável, as preferências individuais ainda diferem. As
recomendações da ASHRAE tentam conciliar as diferenças individuais
prevendo grandes faixas de valores para os quais a maioria dos
ocupantes se sentiria confortável na maior parte do tempo. As
regiões de conforto para a ASHRAE, relativas ao verão e ao inverno,
estão representadas em coordenadas psicrométricas.
REGIÃO DE CONFORTO
Prof. Me. Fabio Tofoli
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QUESTÕES
Prof. Me. Fabio Tofoli
1. Empregando as relações entre temperatura do ar, tipo de vestuário
e nível de atividade, calcule a temperatura ótima do ar em um
escritório com duas pessoas. Uma das pessoas é um administrador,
usando um traje de passeio, que está participando ativamente em
discussões, enquanto a outra pessoa está vestida informalmente,
trabalhando como contador em sua mesa. O tipo de vestuário do
traje de passeio do administrador é de 0,9 clo e seu nível de
atividade é de 1,6 MET. O tipo de vestuário do contador é de 0,5 clo
e seu nível de atividade é de 1,2 MET.
QUESTÕES
Prof. Me. Fabio Tofoli
2. Deve ser projetado, para uma academia, um sistema de
condicionamento de ar. Espera-se, para determinada sala, que as
duas atividades mais opostas serão ioga (1,5 MET) com 20
praticantes e dança aeróbica (3,5 METs) com 15 participantes. Para
essas duas atividades, calcule as cargas sensível e latente, a
exigência em ar externo e a temperatura exigida para o espaço.
Apresente algumas conclusões sobre sua análise.