Aula 04

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Disciplina : CCE0317 – Refrigeração e Climatização
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
4ª Aula
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Umidificação e Desumidificação
Uma das melhorias que uma instalação de ar condicionado propicia ao ambiente é o controle da umidade relativa, não só para conforto, mas também para processos industriais. 
Não há dúvida de que há outras condi­ções a serem controladas, como a velocidade e a pureza do ar, mas esses controles não estão incluídos nas trans­formações termodinâmicas, como a temperatura e a umidade.
Também se poderia controlar a umidade por meios físico-químicos, como o uso de sílica-gel, cloreto de cál­cio ou alumina ativada, que conduzem à desumidificação do ar, porém esses processos são especiais.
Nas instalações usuais, a desumidificação está ligada ao processo do resfriamento do ar abaixo do seu ponto de orvalho, que produz a condensação do vapor d'água contido. 
Como o ar extremamente frio não é desejável, usa-se após a desumidificação a elevação da temperatura do ar utilizando meios externos ao sistema.
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Dois métodos são usados para a desumidificação a baixas temperaturas:
1- água gelada a temperaturas suficientemente baixas, espargida sob a
 forma de "spray" no meio do ar. 
 Quando as gotículas de água são muito finas, há uma grande área de 
 contato do ar com a água espargida. 
 Assim a con­densação do vapor dágua se verifica sob a forma de 
 gotas, sendo retirada como líquido saturado;
2 - resfriando diretamente o ar que passa através do evaporador do
 sistema de refrigeração. 
 Em alguns casos o evaporador é constituído por uma fileira de bobinas
 (row) e em outros por várias fileiras. o que obriga a umidade relativa do 
 ar a ficar próxima da saturação, ou seja, próxima de 100%.
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No processo de desumidificação, dois fatores devem ser considerados:
a que temperatura o ar deve ser refrigerado para se obter a desejada 
 desumidificação?
 
- qual a quantidade de calor que deve ser retirada do ar?
Supõe-se que o ar ao passar pelo evaporador seja saturado e a pressão parcial do vapor deve ser tal que quan­do aquecido a temperatura determinada sairá com a umidade desejada. 
Como a pressão total permanece cons­tante durante o aquecimento, a pressão do vapor permanece também constante.
No meio da dificuldade encontra-se a oportunidade.
Albert Einstein
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Exemplo :
Num ambiente condicionado, o ar deve permanecer a 26°C e a umidade relativa a 45%. Determinar a temperatura em que o ar deixa o evaporador, supondo-se que seja saturado.
Solução:
Pode-se responder a essa questão simplesmente usando a carta psicrométrica. 
Loca-se o ponto A, com os 
dados do problema, ou seja, temperatura de bulbo seco de 26°C e UR = 45%. Traça-se, a partir de A, uma 
horizontal até encontrar a curva de UR = 100% e então lê-se a temperatura 
t = 13,5°C.
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Trocas de calor entre o ar e a água
O ar e a água, quando postos em contato, trocarão entre si o calor do seguinte modo:
se a temperatura da água é superior à temperatura do bulbo úmido do ar, haverá queda de temperatura da água e crescimento da temperatura do bulbo úmido do ar;
se a temperatura da água é inferior à temperatura do bulbo úmido do ar, haverá elevação da temperatura da água e queda na temperatura do bulbo úmido do ar;
em ambos os casos, a temperatura da água nunca atingirá a temperatura do bulbo úmido do ar, ficando ora um pouco acima (no primeiro caso), ora um pouco abaixo (no segundo caso).
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A fim de que se possa umidificar o ar com um borrifador de água, a temperatura da nuvem d'água deve estar sempre acima da do ponto de orvalho desejado para o ar.
Para que se possa desumidificar o ar, a temperatura final da água deve ser sempre mantida abaixo da tempe­ratura desejada do ponto de orvalho do ar.
A estupidez coloca-se na primeira fila para ser vista; a inteligência coloca-se na retaguarda para ver.
Bertrand Russel
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Misturas de ar
Em instalações de ar condicionado é comum o ar de retorno do ambiente ser misturado com o ar exterior, para complementar as diferentes perdas de ar. 
Se, na carta psicrométrica , colocarmos o ponto A como relativo às condições internas do recinto e o ponto E às condições do ar exterior, em um ponto C da reta AE teremos as condições da mistura.
Se a metade do ar necessário retornar ao recinto e metade do ar vier do exterior, o ponto C estará no meio; se apenas uma quarta parte vier do exterior, o ponto C estará a 1/4 da distância AE e assim por diante.
Um dos métodos usados para a locação do ponto C é baseado na temperatura de bulbo seco do ar exterior e o de retorno, computando-se o percentual de cada um na mistura. 
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Exemplo :
Em uma instalação de ar condicionado, temos as seguintes condições: 
- internas: bulbo seco 25,5°C e umidade relativa 50%;
- externas: bulbo seco 34°C e bulbo úmido 27,2°C.
A percentagem do ar exterior é de 20% do total. 
Quais as temperaturas BS e BU da mistura?
Solução:
Operando-se apenas com as 
temperaturas BS, temos: 
- ar de retomo: 0,80 X 25,5 = 20,4°C
- ar exterior : 0,20 X 34,0 = 6,8°C
- temperatura final da mistura: 27,2ºC
Com este valor de 27,2ºC, elevando-se 
uma vertical, encontra-se o ponto C, 
que dá as condições da mistura : 
 BS = 27,2ºC e BU = 20,3ºC
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Exemplo:
Suponhamos as mesmas condições internas do Exemplo anterior e que o ar frio, ao atravessar as serpentinas do evaporador do aparelho condicionador, esteja nas seguintes condições:
- umidade relativa: 90%;
- temperatura de bulbo seco: 10°C;
- quantidade de ar: 180 m3/min (MCM);
- ar de retorno: 120 m3/min (MCM).
Quais são as condições da mistura.
O truque da filosofia é começar por algo tão simples que ninguém ache digno de nota e terminar por algo tão complexo que ninguém entenda. 
Bertrand Russel
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Percentagem do ar de retorno na mistura: 120 / 180 = 0,66
Percentagem do ar exterior: 60 / 180 = 0,33  (180-120)/180
- ar de retorno: 0,66 x 25,5 (do prob. anterior) = 16,8°C; (interna)
- ar exterior : 0,33 x 34,0 (do prob. anterior) = 11,2°C; (externa)
- temperatura final da mistura: = 28,0°C (na carta psicrométrica)
Com esta temperatura o ar é lançado no evaporador, de onde sai com 90% de umidade relativa e temperatura 
BS = 10ºC e 
BU = 8,5°C
(ambos os resultados – tirados da carta)
Solução : (fig. 1.36)
Volume total de ar : 180 MCM
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Vazão Necessária de Ar
Qualquer ambiente de ar condicionado, para manter as condições desejadas, necessita de uma determinada vazão constante de ar, insuflado pelo ventilador, depois de passar pelo evaporador, umidificador ou desumidificador.
Essa vazão de ar frio ou quente é que, em mistura com o ar do ambiente, faz a temperatura e a umidade per­manecerem dentro das condições desejadas, combatendo o fluxo de calor que entra no recinto (ou dele sai).
A carga térmica do recinto é expressa em kcal/h; é a soma do calor sensível e do calor latente.
Já sabemos que para o calor sensível, temos:
			Qs = m . c . (t2 – t1)
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onde :
Q = vazão de ar em m³/h.
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Cálculo da Absorção de Umidade do Ar de Insuflamento
A absorção de umidade do ar de insuflamento pode ser feita com o equipamento de refrige­ração. 
O ar a ser insuflado no recinto passa através do evaporador de equipamento e, se a temperatura do evaporador estiver abaixo da do ponto de orvalho do ar, haverá condensação do vapor d'água, que deve ser eliminado para o exterior.
Para se saber
a quantidade de vapor d'água que deve ser eliminada, precisamos conhecer as umidades específicas que são fornecidas pela carta psicrométrica, mas que também podem ser calculadas pelas equações já estudadas.
As pessoas são como elas são, e não como nós gostaríamos que fossem. . . 
GRAM
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Como o objetivo é o projeto de instalações de ar condicionado, usaremos a carta psicrométrica. 
Na Fig. 1.37 vamos imaginar que no ponto E loquemos as condições do ar exterior e, no ponto A, as condi­ções a serem mantidas no recinto, através do exemplo a seguir.
h1
h2
h3
(E) = exterior
(A) = Interior
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Exemplo I :
As condições do ar exterior são: BS = 34°C e umidade relativa 65%.
As condições a serem mantidas no recinto são: BS = 26ºC e 
umidade relativa 45%. 
Se a vazão de ar é de 125 m³/h, queremos saber a umidade que precisa ser eliminada pelo equipamento de refrigeração e a capacidade desse equipamento.
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Solução:
O desumidificador abaixará a temperatura do ar até a sua saturação, ou seja, umidade relativa de 100% (pon­to B). 
Como a temperatura do ar na saída do evaporador é muito baixa (13,2°C), haverá necessidade de se elevar a temperatura até as condições do ponto A, mantendo a umidade específica.
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A umidade específica eliminada sob a forma de condensado é:
	UEe – UEi = 22 - 9,4 = 12,6 X 10-3 kg/kg de ar seco (resposta)
Fazendo o balanço energético na entrada do desumidificador, temos: entalpia do ar entrando (h1) = entalpia do ar saindo (h2) + entalpia do condensado (hc) + calor removido.
h1 = h2 + hc + Qr Qr = h1 – h2 - hc
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A entalpia do condensado será 
 m c t2
hc = m c t2 = 12,6 x 10-³ x 150 x 1 x 13,2 = 24,9 kcal/h 
				ou 24,9 x 4,186 = 104,2 kJ/h
Assim, o calor removido = h1 – h2 – hc = 13.650 – 5.625 – 104,2 = 7.920 kJ/h
A capacidade do equipamento de refrigeração será de 7.920 kJ/h 
Embora ninguém possa voltar atrás de fazer um novo começo, qualquer um pode começar agora e fazer um novo fim”
(Chico Xavier)
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Se quisermos saber a capacidade do aquecedor (heater) que vai fornecer calor ao ar até o ponto desejado no ambiente, tem que ser feito outro balanço energético:
entalpia do ar entrando no aquecedor (h2) + calor entrando = entalpia do ar saindo (h3) ou calor entrando = h3 - h2;
			Qe = h3 – h2
h3 = 50,65 kJ/kg (da carta psicrométrica); 
h3 = 50,65 X 150 = 7.597,5 kJ/h;
calor entrando = 7.597,5 - 5.625 = 1.972,5 kJ/h.
Se desejarmos a potência da resistência elétrica em kW para fornecer esse calor em 1 hora, podemos calcular a partir da relação:
		1 kW = 1 kJ/s, admitindo o rendimento de 50% (=)
		kW = Qe / T(em seg) x  = 1972,5 / (3600 x 0,5) = 1,09 kW
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Noções sobre Refrigeração
O nosso estudo será dedicado mais ao resfriamento, ou seja, ar condicionado para o verão.
Observação : este é o enfoque do livro do Helio Creder, não é o do Curso de Refrigeração e Climatização.
Nosso cérebro é o maior brinquedo já criado : nele se encontram todos os segredos, inclusive o da felicidade”
(Charles Chaplin) 
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Suponhamos um recinto a ser condicionado cuja temperatura é ts e a temperatura do exterior é te (Fig. 1.39).
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Temos a equação:
				Q = Qe + Qg.
O equipamento de refrigeração deverá retirar o calor Q e mais o calor devido às perdas no processo. 
Refrigeração é o termo usado quando o sistema é mantido a uma temperatura mais baixa que a vizinhança.
Como a tendência do calor é penetrar no recinto, por diferença de temperatura, correspondente quantidade de calor deve ser retirada do sistema para manter a sua temperatura ts 
Como veremos adiante, há vários sistema. de refrigeração. 
Estudaremos com mais detalhes o sistema de compressão de vapor.
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Como visto, o ciclo reverso de Carnot, o sistema de compressor de vapor é também um ciclo reverso, por isso necessita de um trabalho externo que é feito através do compressor. 
Na Fig. 1.40, vemos o diagrama de um ciclo de refrigeração a compressão
 de vapor e nas Figs. 1.42 e 1.43, uma vista dos equipamentos utilizados
 neste ciclo de refrigeração.
O compressor aspira o fluido do espaço refrigerado e o bombeia para o reservatório de alta temperatura (condensador); este transfere o calor para a atmosfera, que é o absorvedor das altas temperaturas.
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Fig. 1.42
vista de um ciclo
típico de 
refrigeração
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Fig. 1.43 Condensador (detalhes)
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Na Fig. 1.41 vemos o diagrama pressão-entalpia para o fréon-22 *, um dos fluidos refrigerantes utilizados no sistema de compressão a vapor. 
A fim de melhor entendermos as transformações pelas quais o fluido frigorígeno passa, devemos nos reportar à Fig. 1.41, onde estão locados os pontos mostrados na Fig. 1.42.
Imaginemos o ciclo do refrigerante se iniciando no ponto 1 da Fig. 1.41 onde o refrigerante, sob a forma de líquido saturado, atravessa a válvula de expansão, sem troca de calor (h1 = h2), porém com perda de pressão. 
No ponto 2 do ciclo, temos o refrigerante, sob a forma de vapor úmido, forma sob a qual é impulsionado através do evaporador, onde se vai processar o efeito de refrigeração, à pressão constante:
			Q = h3 - h2 = h3 – h1
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Ao sair do evaporador, o refrigerante está sob a forma de vapor saturado, quando entra no compressor, que recebe energia da fonte externa, em geral um motor elétrico, motor diesel ou a explosão, passa ao estado de 
vapor superaquecido no ponto 4 da figura. 
Se chamarmos de Aw essa energia, temos: Aw = h4 - h3
No estado de vapor superaquecido, o refrigerante entra no condensador, onde cede à água de circulação ou ao ar a diferença de entalpias:
Q = h4 – h1 completando-se o ciclo.
Também podemos representar o ciclo de refrigeração num diagrama T-S, conforme a Fig. 1.44. 
O ciclo reverso de Camot tem o mais alto rendimento na produção da refrigeração .
O efeito da retirada do calor do sistema é efetuado pelo evaporador entre 2-3, pois para se efetuar a evapora­ção do fluido necessita-se do "calor latente de vaporização".
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Fig. 1.44 Sistema de compressão a vapor – Diagrama T-S
Notem : 
o que acontece com a entropia (S) quando a temperatura aumenta ou diminui ?
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O efeito de refrigeração é mostrado na área 2-3-5-6. 
O vapor deixando o evaporador entra no compressor e, no caso ideal, é comprimido isentropicamente até o ponto 4. 
Essa pressão é suficientemente alta para que o fluido seja condensado, eliminando calor e saindo no ponto 1, como líquido em alta pressão.
Essa eliminação pode ser feita a água ou a ar. 
A quantidade de calor eliminado é mostrada na área 1-4-5-6. 
Saindo do condensa­dor, o fluido entra na válvula de expansão e, no caso ideal, essa expansão 1-2 é isentrópica. 
A diferença entre o . calor eliminado pelo condensador e o calor absorvido pelo evaporador é mostrada na área 1-2-3-4.
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Fusão
Liquefação
Solidificação
Sublimação
Sólido
Gasoso
Líquido
Mudanças de Estado
Evaporação
Liquefação = Condensação
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Curva de Saturação
Líquido
Vapor
Mistura
Líquido + Vapor
P1
1ª bolha
Última gota
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Título: É a fração de vapor na mistura líquida + vapor
Resfriamento
: Diminuição da temperatura até antes da temperatura de
 congelamento.
Vazão: Vazão mássica: é a vazão em massa na unidade de tempo. 
 Ex.: Kg/s
 Vazão volumétrica: é a vazão em volume na unidade de tempo. 
 Ex.: m3/s
Arrefecimento : Diminuição da temperatura até a temperatura 			ambiente
Congelamento : Diminuição da temperatura até abaixo da temperatura de
 congelamento.
Densidade e Volume Específico: A densidade de um Fluido é a massa que
 ocupa uma unidade de volume. 
 O volume específico é o volume ocupado pela unidade de 
 massa.
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Unidades de Pressão
Pascal (Pa), unidade derivada de pressão do Sistema		Internacional (SI) , equivalente a um Newton por metro 	quadrado ortogonal à força (N/m²)
Kgf/cm2 - Sistema técnico gravitatório = Quilograma força por centímetro 						quadrado (kgf/cm2)
m.c.a. - Sistema técnico de unidades = metro de coluna de água = unidade de pressão básica; milímetro coluna de água (mmc.a.)
PSI – (pound per square inch) - Sistema inglês = KSI = 1000 PSI , unidade de pressão básica deste sistema; libra por polegada quadrada (lbf/in2)
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Torr (Torricelli) = milímetro de mercúrio (símbolo: mmHg), é uma 	unidade de pressão antiga, que equivale a 133,322 Pa. 
Surgiu quando Evangelista Torricelli inventou o barômetro de mercúrio, em 1643 e tem vindo a cair em desuso com o aparecimento de tecnologia mais eficaz para a medição da pressão atmosférica e com a disseminação das unidades do SI.
Hg  por quê é Hg = mercúrio 
Hg  do Latim  Hidrargirium
Cu  cobre  do Latim  Cuprum
Au  ouro  do Latim  Aurum
Ag  prata  do Latim  Argentum
Na  sódio  do Latim  Natrium
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atm – (atmosfera) = por definição : a pressão de atmosfera, medida ao nível 	do mar, é acompanhada por anomalias tais como densidade e 
 temperatura do ar, portanto não é 	regular, porém, é importante 
 salientar que originalmente (durante convenção do sistema metrico 
 mundial) deveria ser o peso exercido de quilograma sobre sobre 1 cm² 
 ou equivalente ao peso de 1 m³ de atmosfera o que é o mesmo da 
 força exercida por 1 quilo sobre um cm2.
Este termo refere-se ao mesmo valor de pressão definida como pressão normal.
Nenhum cientista pensa com fórmulas
Einstein
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bar (símbolo: bar) - equivale a exatamente 100.000 Pa (105 Pa). 
	Este valor de pressão é muito próximo ao da pressão 	atmosférica 
 padrão, que é definido como 101.325 Pa. 
	O plural do nome da unidade de pressão bar é bars 	
	(Ex.: 2 bars de pressão).
É frequente medir a pressão atmosférica em milésimos de bar (mbar) e também pressões de diversos sistemas hidráulicos e pneumáticos. 
Quando a pressão é dada 	relativamente à pressão atmosférica, representa-se a medida por barg ou bar(g), da expressão bar gauge.
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Unidades de pressão e fatores de conversão
 
Pa
bar
at
atm
Torr
psi
1 Pa
≡ 1 N/m²
= 10−5bar
≈ 10,2·10−6at
≈ 9,87·10−6atm
≈ 7,5·10−3Torr
≈ 145·10−6psi
1 bar
= 100 000 Pa
≡ 106dyn/cm²
≈ 1,02 at
≈ 0,987 atm
≈ 750 Torr
≈ 14,504 psi
1 at
= 98 066,5 Pa
= 0,980665 bar
≡ 1 kgf/cm²
≈ 0,968atm
≈ 736 Torr
≈ 14,223 psi
1 atm
= 101 325 Pa
= 1,01325 bar
≈ 1,033 at
≡ 101 325 Pa
= 760 Torr
≈ 14,696 psi
1 Torr
≈ 133,322 Pa
≈ 1,333·10−3bar
≈ 1,360·10−3at
≈ 1,316·10−3atm
≡ 1 mmHg
≈ 19,337·10−3psi
1 psi
≈ 6894,757 Pa
≈ 68,948·10−3bar
≈ 70,307·10−3at
≈ 68,046·10−3atm
≈ 51,7149 Torr
≡ 1lbf/in²
at = atmosfera técnica atm = atmosfera padrão
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Definição de 
Ar Condicionado
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Definição de Ar Condicionado
O “ar condicionado” é a designação de um sistema de condicionamento de ar; com a finalidade de extrair o calor de uma fonte quente transferindo-a para uma fonte fria, visando o controle simultâneo em ambiente delimitado, de pureza, umidade, temperatura e movimentação do ar.
Por extensão, também são denominados como "ares condicionados" os aparelhos destinados ao condicionamento de ar.
Componentes básicos da unidade 
Ventilador : forçar a passagem do ar (eixo duplo : do evaporador e do condensador.
Grupo refrigerador : compressor, evaporador e condensador.
Termostato : age no compressor (funciona como circulador e 
 renovador de ar).
 
O cadáver é que é o produto final. Nós somos apenas a matéria prima
Millor Fernandes
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Definição de Ar Condicionado
A climatização constitui um processo semelhante ao condicionamento de ar, mas não inclui algumas funções daquele. 
Climatização é o conjunto de meios que permitem manter, em recinto fechado, um grau de umidade e uma temperatura desejada.
Climatizar um ambiente, nada mais é do que controlar o seu clima com a utilização de um sistema que condicione o ar, de acordo com a nossa vontade.
Clima pode ser definido como a reunião de elementos atmosféricos como, por exemplo, temperatura, massas de ar, umidade, pressão e ventos.
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Ar Condicionado de Conforto
livro de Refrigeração : Dossat
As aplicações do ar condicionado têm como finalidade proporcionar um ambiente interior cujas condições se mantenham relativamente constantes, dentro dos padrões que ofereçam mais conforto às pessoas, apesar das variações das condições meteorológicas exteriores e das cargas térmicas interiores. 
O ar condicionado permite que os edifícios sejam mais altos, uma vez que a velocidade do vento aumenta significativamente com a altitude, tornando a ventilação natural impraticável em edifícios muito altos.
Chato...Indivíduo que tem mais interesse em nós do que nós temos nele
Millor Fernandes
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As aplicações de conforto para os vários tipos de edifícios são bastante diferentes e podem ser categorizadas da seguinte maneira:
Edifícios residenciais baixos - incluindo casas familiares e pequenos edifícios de apartamentos;
Edifícios residenciais altos - incluindo grandes blocos de apartamentos e hotéis;
Edifícios de comércio e serviços - incluindo edifícios de escritórios
 restaurantes, centros comerciais e espaços industriais onde seja
 necessário o conforto dos trabalhadores;
Edifícios institucionais - incluindo hospitais, repartições públicas e escolas;
Veículos de transporte - incluindo automóveis, comboios, embarcações, aeronaves e espaçonaves.
Ar Condicionado de Conforto
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Temperatura média corpórea  36,5º
 A remoção constante de calor ocorrem :
3 processos naturais
simultâneamente
Há duas coisas que ninguém perdoa: nossas vitórias e nossos fracassos
Millor Fernandes
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Convecção
calor flui : superfície quente para a fria
calor flui : do corpo para o ar que o 
 circunda (temperatura menor
 que a da pele
Com estes 2 fenômenos :
 o corpo emite calor para o ar frio 
 circundante;
o ar circundante torna-se mais 
 quente, processa-se um movimento 
 ascencional do mesmo,
 `a medida que o ar quente sobe , 
 outro ar frio ocupa seu lugar
Ciclo de Convecção
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Radiação
O calor é transmitido de uma fonte
(sol, fogo, etc.) para outro corpo, 
mediante raios de calor.
independe da convecção;
não é afetada pela temperatura
 do ar;
é afetada pela temperatura das
 superfícies circundantes.
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Evaporação
Processo em que a umidade 
 transforma-se em vapor
à medida que a umidade evapora sobre uma superfície quente, extrai calor, resfriando a superfície
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Ar
Convecção
Radiação
Evaporação
Frio
aumenta a velocidade
aumenta a velocidade
aumenta a velocidade
Quente
retardaa
velocidade
diminuea
velocidade
retarda a
velocidade
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Convecção – Radiação - Evaporação
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Para Verão e Inverno
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Umidade
Unidades: 
 
sistema métrico  o grama
EUA e outros  grão 
 [derivada do grão de trigo  1 lb (=453 g) de 
			água pesa 7 mil grãos]
É medida em percentual
 
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Umidade
Exemplo 1 :
Ambiente com temperatura de 21 C possui 3,6 g de vapor dágua por m3 
mantendo-se a temperatura constante e agregando vapor dágua até que
não possa absorver mais água (= ar saturado), deste modo o ar não pode 
conter mais que 18,1 g de vapor dágua por m3 .
Não é triste mudar de ideias, triste é não ter ideias para mudar
Barão de Itararé
18,1 g/m3 ------------------------ 100% (umidade relativa)
3,6 g/m3 ------------------------- x
 x = 3,6 /18,1 = 0,2 = 20%
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Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Umidade
Exemplo 2 :
Ambiente com temperatura de 27 C , 1 m3 pode conter um máximo de 
25,5 g de vapor dágua; mantendo-se a temperatura constante; 
se em 1 m3 de ar contém 3,6 g/m3 . 
25,5 g/m3 ------------------------ 100% (umidade relativa)
 3,6 g/m3 ------------------------- x
 x = 3,6 /25,5 = 0,14 = 14%
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Umidade
Exemplo 3 :
Diminuindo a UR de 3,6 para 2 g/m3 com a temperatura de 21 C , 1 m3 
 2 g/m3 ------------------------ 100% (umidade relativa)
18,1 g/m3 ------------------------- x
 x = 2 / 18,1 = 0,11 = 11%
57
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Umidade
Conclusões :
aumentar conteúdo de UR no ar
para aumentar a UR 	 
			 	- diminuir a temperatura do ar
diminuir conteúdo de UR no ar
para diminuir a UR 
				- aumentar a temperatura do ar
Quem empresta, adeus
Barão de Itararé
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Ar Condicionado de Conforto
Conforto Humano
Movimento do ar
o processo de evaporação e consequente 
 remoção do calor do corpo aumenta devido 
 à umidade que se encontra nas proximidades do 
 corpo é levada a uma maior velocidade.
o processo de convecção aumenta pelo aumento da 
 velocidade porque a camada ou película de ar que 
 rodeia o corpo é levada mais rapidamente.
o processo de radiação aumenta porque o calor das
 superfícies circundantes é removido a maior 
 velocidade causando uma maior radiação do corpo
quando o 
movimento
do ar aumenta
quando o 
movimento
do ar diminue 
ocorre o inverso para os 3 processos
59
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Ar Condicionado de Processo
O ar condicionado de processo destina-se a garantir condições ambientais adequadas à execução de um determinado processo, independentemente da carga térmica e umidade interiores e das condições meteorológicas exteriores. 
Apesar destas condições ambientais incluirem-se frequentemente dentro dos padrões de conforto humano, são as necessidades do processo que as determinam e não as necessidades humanas. 
Nunca desista do seu sonho. Se acabou numa padaria, procure em outra!
Barão de Itararé
60
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Aplicações de ar condicionado de processo incluem:
Salas de Cirurgia - o ar é altamente filtrado para reduzir os riscos de infecção e a umidade é controlada para limitar a desidradatação dos pacientes. 
 Apesar das temperaturas se encontrarem dentro dos padrões de
 conforto, alguns procedimentos de especialidades, como as
 operações de coração aberto, necessitam de baixas temperaturas
 (cerca de 18 °C) e outros, como as que lidam com recém-nascidos,
 necessitam de temperaturas relativamente altas (cerca de 28 °C);
Salas limpas - para a produção de circuitos integrados, de produtos farmacêuticos e outros, cujos processos precisam de níveis muito elevados de limpeza do ar, bem como um estrito controle da temperatura e umidade;
Ar Condicionado de Processo
61
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Aplicações de ar condicionado de processo incluem:
Viveiros para a criação artificial de animais - uma vez que muitos animais normalmente só se reproduzem na primavera, mantê-los em instalações com condições ambientais que refletem as daquela época permite a sua reprodução durante o ano inteiro;
Ar Condicionado de Processo
Aeronaves - apesar de, normalmente, de destinar ao conforto dos passageiros e tripulação e ao arrefecimento do equipamento, as condições do ar condicionado das aeronaves constituem um desafio especial devido à alteração da densidade do ar associada às mudanças em termos de altitude;
5. Centros de Processamento de Dados;
6. Fábricas Têxteis;
7. Instalações de testes de resistências mecânicas;
62
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
8. Estufas e outras instalações para criação de plantas;
9. Instalações nucleares;
10. Laboratórios químicos e biológicos;
11. Minas;
12. Instalações com ambientes industriais;
13. Cozinhas e outras instalações de processamento de alimentos.
Aplicações de ar condicionado de processo incluem:
Ar Condicionado de Processo
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Carga Térmica
A televisão é a maior maravilha da ciência a serviço da imbecilidade humana
Barão de Itararé
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Carga Térmica é o resultado da soma de todas as formas de calor em um determinado ambiente ou é a quantidade de calor que deve ser retirada ou fornecida a um local ou sistema, na unidade de tempo, objetivando a manutenção de determinadas condições térmicas
Radiação
Condução por T com o ar externo
Iluminação
Fonte quente
Pessoas
Utensílios 
elétricos
Condução por T com o ar externo
Infiltração de ar por portas, janelas, etc
Condução por T com o ar de sala vizinha ao recinto
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Unidades :
kcal (quilocaloria) – quantidade de energia necessária para elevar em 1 C
 a temperatura de 1 kg ( 1 litro) de água.
BTU (British Thermal Unit) – não pertence ao SI, quantidade de energia 
 necessária para elevar 1 lb de água de 59,5  F 
 para 60,5  F à pressão constante.
kJ (quilojoule) – pertence ao SI, a quantidade de energia gasta por uma força 
 de 1 N (newton) para mover um objeto 1 metro na direção
 da força
kW (quilowatt) – pertence ao SI, unidade de potência elétrica/térmica 
TR (toneladas de refrigeração) – não pertence ao SI
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Conversão deUnidades (multiplicadora)
TR
kcal/h
BTU/h
kW
TR
1
3.024
12.000
4
kcal/h
3,31 x 10-4
1
4
1,16X10-3
BTU/h
8,33 x 10-5
0,25
1
2,93 x 10-4
kW
0,28
860
3412
1
Consciência é como vesícula, a gente só se preocupa com ela quando dói
Sergio Porto
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Definições 
Calor Sensível : 
	é o calor notado pelos sentidos, é o indicado pelo termômetro comum.
Calor Latente : 
	é o calor que causa a mudança de estado de uma substância
	em outro ou da estrutura molecular à pressão e temperaturas 
	constantes.
exemplo : vaporização da água à pressão atmosférica e 100C = 970 kcal/kg
Q : quantidade de calor, normalmente medida em kcal/h
TBS ( Temperatura de Bulbo Seco) : 
		é a temperatura do ar ambiente, devendo ser medida por 
		termômetro de mercúrio comum 
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Definições 
TBU ( Temperatura de Bulbo Úmido) : 
tipo de medida de temperatura que reflete as propriedades físicas de um sistema constituído pela evaporação da água no ar, a temperatura mais baixa que pode ser alcançada apenas pela evaporação da água. 
É a temperatura que se sente quando a pele está molhada e está exposta a movimentação de ar. 
Ao contrário da temperatura de bulbo seco, a temperatura de bulbo úmido é uma indicação da quantidade de umidade no ar. 
Quanto menor a umidade relativa do ar (UR), maior o resfriamento
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Definições 
A temperatura do
termômetro de bulbo 
seco é de 20 C e a
do de bulbo úmido é 
de 12 C ; diferença de
8 C.
No cruzamento de duas 
retas nos eixos X e Y, 
acha-se 32 que é a UR 
do ar.
71
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Para efeito dos cálculos de Carga Térmica ambiental, devemos observar os seguintes aspectos e em conformidade com a NB-16401 da ABNT.
Janelas (insolação) 	 : recebem luz solar de acordo com
 os pontos cardeais
Janelas (transmissão) 	: tipo de vidro, tijolo, proteção, etc
Paredes externas e internas	: orientação (pontos cardeais) 
Teto				: tipo, insolação, etc
Piso				: tipo
Portas e vãos			
Iluminação de aparelhos	: tipos
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Potência de aparelhos elétricos	: tipos
Número de pessoas 			: atividade, tipo de trabalho
Ventilação 				: infiltração, ventilação
Dutos	 			: insuflamento, retorno
Calores sensível e latente		
Os valores morais são os únicos que conservaram os preços de antigamente
Sergio Porto
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Condicionamento de Ar
Insolação
Condução
Pessoas
Infiltração de Ar
Renovação de ar
Iluminação
Equipamento
Carga térmica de Aquecimentos
Condução
Infiltração de Ar
Parcela a Diminuir
(Que Somam no Aquecimento)
Pessoas
Iluminação
Equipamentos
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
PARCELA DE CARGA TÉRMICA DE CONDUÇÃO
Esta é uma parcela de calor sensível transmitido através das superfícies que limitam o ambiente.
Qa =  (K. A . T)
kcal/h
K  coeficiente global de transmissão de calor (kcal/m2 h ºK) 
 ver (Tab. I e J da Springer)
A  área em m2
T  diferença entre a temperatura do ambiente externo (te) e a temperatura 
 desejada no ambiente (ti) ==> T = (te - ti )
Há mais pessoas que desistem do que pessoas que fracassam 
 Henry Ford
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
CARGA DE INSOLAÇÃO
Esta é uma parcela de calor sensível devido a energia de radiação solar.
t’  é a diferença de temperatura hipotética, dita de insolação, que varia com:
 coordenadas geográficas do local (latitude)
 hora do dia
 orientação da superfície
 cor da superfície
t’  Ver tabelas F e G da Springer
76
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
CARGA DEVIDO AO AR EXTERIOR
É a parcela de calor trocado devido ao ar exterior que se introduz no ambiente através das frestas; portas ou para renovação do ar no ambiente, sendo uma parte calor sensível e outra latente.
V  volume de ar que se introduz no ambiente em m3 /h.
 Para câmaras frigoríficas V = Vc. n onde Vc = volume da câmara
				 n = Tab. 2 (Coleção Técnica) em
 				 função do tamanho da Câmara
  Para ar condicionado a Portaria no 3523/98 do Ministério da Saúde fixa 
 renovação de ar exterior em 27 m3/pessoa. 
 A TAB. 4 para a determinação da renovação de ar. 
 A TAB. 8 da NBR-6401 determina infiltração através de frestas;
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
  Peso específico do ar  1,2 kg /m3
h  É a diferença de entalpia do ar exterior e o ar interior do ambiente
 (através da carta psicrométrica)
Outra forma de calcular é através das equações a seguir:
Qcs = V..c. (te - ti )  0,288 m3 / h (te - ti ) (kcal/h)
Qcl = V..r. (We - Wi )  0,72 m3 / h (te - ti ) (kcal/h)
r  calor de vaporização
We  umidade de ar em kg/kg ar seco do ar exterior
c - calor específico do ar
Wi - umidade do ar em kg/kg ar seco do ar desejado no ambiente.
78
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
CARGA TÉRMICA DEVIDO AO PRODUTO
A carga térmica do produto é aquela formada pelo calor que deve ser retirado do produto a ser refrigerado e pode ser constituída pelas seguintes parcelas:
Calor sensível de refrigeração antes do congelamento.
Calor latente de congelamento.
Calor sensível de refrigeração após o congelamento.
Calor vital (para os vegetais).
Os três (03) primeiros podem ser englobados na expressão:
Qd1 = G[c(ti - to ) + r + c’(to - tf) ]
G - Peso do produto em trânsito p/ unidade de tempo (kg/h)
ti - Temperatura inicial do produto
to - Temperatura de congelamento do produto 
 (Tab. 4. - Coleção Técnica)
tf - Temperatura final do produto
r - Calor Latente de congelamento do produto 
 (Tab. 4 - Coleção Técnica)
c - Calor específico do produto antes do congelamento
c’- Calor específico do produto após o congelamento
Qd2 - O calor vital que resulta do metabolismo dos vegetais, onde consomem O2 e produzem CO2 e vapor de água é encontrado em tabelas 
(Tab. 4 - Coleção Técnica).
79
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
CARGA TÉRMICA DEVIDO À PESSOAS
Todo o ser humano libera calor sensível e calor latente que variam com a temperatura e a atividade do indivíduo (ver tab. 12 - NBR-6401)
Qe = n.q n  nº de pessoas (a NBR-6401 traz valores p/ ocupação).
 q  calor liberado por pessoa e p/ hora (tab. 12 - NBR-6401).
80
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CALOR DEVIDO A ILUMINAÇÃO E EQUIPAMENTOS
Calor dissipado pelas luminárias e equipamentos
.
Qf1= 0,86.P 		P  Potência instalada em watts (para ar
			condicionado) Tab-10 da NBR-6401 fornece
			potência das luminárias em função da área.
Construímos muros demais e pontes de menos.
Isaac Newton
Qf2 = 636 n /  
			N  Potência em CV
			  rendimento do motor
			A TAB-11 da NBR-6401 traz valores de calor
			dissipado por diversos equipamentos
81
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CARGA TÉRMICA TOTAL
QT = Qa + Qb + Qc + Qd + Qe + Qf
Deus nos fez perfeitos e não escolhe os capacitados, capacita os escolhidos.
Albert Einstein
82
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Para facilitar os cálculos de Carga Térmica, os fabricantes de aparelhos de ar condicionado, costumam publicar tabelas que fornecem o número de quilocalorias por hora (kcal/h) necessárias a cada tipo de ambiente.
Um pequeno exemplo :
Dimensionar a capacidade de um ar condicionado para refrigerar um escritório com as seguintes características:
1 – Área do escritório, 25 m² com pé direito de 3 m.
 O escritório não é de cobertura, situa-se entre andares.
2 – Existem 2 (duas) janelas com cortinas recebendo sol da manhã, 
 cada janela tem área de 2 m². 
3 – No escritório trabalham 4 pessoas.
4 – Existem 2 (duas) portas. Cada porta tem área de 2 m².
5 – Máquinas e equipamentos de uso contínuo, com suas
respectivas
 potências.
2 computadores com 60W cada
1 minigeladeira com 70W
6 lâmpadas de 60W cada
1 fax com 20W
83
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Cálculo da carga térmica:
1) Ambiente (Escritório)
Volume do ar interno
Área x Pé Direito
25 m² X 3 m = 75 m³.
Tabela - Ambiente : Para 75m³ entre andares temos 1.200 Kcal/h.
2) Janelas
Área das janelas
2 Janelas x 2 m² = 4 m².
Tabela – Janelas com cortinas, recebendo sol da manhã, temos:
Janelas = 640 Kcal/h
84
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
3) Nº de Pessoas: 
As pessoas, dissipam energia, seu metabolismo mantém-se
com a temperatura corpórea de 36ºC.
Como temos 4 pessoas, a Tabela indica:
4 pessoas = 500 Kcal/h
4) Nº de Portas
Temos no escritório 2 portas com 2 m² cada uma
Área das portas
2 x 2 m² = 4 m²
Tabela = 500 Kcal/h
Viver é como andar de bicicleta: É preciso estar em constante movimento para manter o equilíbrio.
Albert Einstein
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
5) Cálculo da potência dissipada pelos equipamentos elétricos
2 computadores 	: 2 x 60W = 120W
1 minigeladeira 	: 1 x 70W = 70W
6 lâmpadas 	: 6 x 60W = 360W
1 Fax		: 1 x 20W = 20W
 
TOTAL = 570W 
Tabela de aparelhos elétricos : (como a tabela não passa de 500 W), temos :
500W => 450 Kcal
100W => 90 Kcal
600W => 540 Kcal
86
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Total da Carga Térmica
Ambiente 	1200
Janelas 	 640
Pessoas 	 500
Portas 	 500
Aparelhos 	 540
TOTAL 3.380 kcal/h
Para facilitar a escolha do ar, transformamos Quilocaloria (kcal) em BTU.
1 kcal/h = 3,92 BTU/h
3.380 x 3,92 = 13.250 BTU/h  14.000
14.000 ÷ 12.000 = 1,167 TR (Tonelada de Refrigeração)
Escolher no mercado um ar condicionado próximo de 14.000 BTU/h
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Exercício com Planilha Excel
Janelas 5 ao sol Leste e Oeste com 8 m2 cada = 40 m2 
Parede mais insolada leve (15 cm) = 35 m2
Paredes leves (15 cm) 35 m2
Forro de telhado não arejado sem isolamento = 131 m2
Equipamentos : computadores, fax, copiadora, = 900 W
Número de pessoas – trabalho leve de escritório : 16 
Ventilação – vazão : 864 m3 /h 
88
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Exercício com Planilha Excel
Q sensível - trabalho de escritório	 : 864 Kcal/h
 ventilação 		 	 : 1.728 Kcal/h
Q latente - trabalho de escritório	 	 : 944 Kcal/h
 ventilação : 5.356,8 Kcal/h
Iluminação Fluorescente		 	: 3.240 W
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Croqui
90
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Planilha
91
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
Planilha
92
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
93
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
94
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
95
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Carga Térmica
1. Copiar a planilha do site da Estácio
com o nome Planilha de Cálculo 
de Carga Térmica
Deus é hábil, mas nunca enganador.
Albert Einstein
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Mais uma História : Tonelagem de refrigeração (TR)
A capacidade de um sistema qualquer de refrigeração é a rapidez
com a qual retira calor de um espaço a ser refrigerado.
Indica-se em Kcal/h ou em função de sua capacidade de fundir o gelo
Antigamente o gelo foi usado como refrigerante.
Tornou-se natural, com o desenvolvimento da refrigeração 
que a capacidade dos refrigeradores mecânicos fosse comparada 
com a equivalente fusão do gelo.
Para fundir 1 ton métrica de gelo serão absorvidas 80.000 Kcal 
(1.000 kg x 80 Kcal/kg). 
Isto feito em 1 dia (24 h) a razão de 80.000 / 24 = 3.333 Kcal/h ou 3.333/60 = 55,56 Kcal/min
98
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Em função do exposto, um sistema refrigeração mecânica, resfria com um ritmo equivalente à fusão de uma tonelada de gelo em 24 h; 
assim o equipamento tem 1 tonelada ou absorve 
1 tonelada métrica de calor.
Estabelece-se , pois, mediante sistema comparativo com a fusão de 
tonelada de gelo, uma unidade de refrigeração a 
		TONELAGEM de REFRIGERAÇÃO