Apresentação aula2 (1)

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Luiz Ricardo P. Hercos
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
SISTEMAS TÉRMICOS
2ª Aula
8º Semestre – Mecânica Noturno
Sistemas Térmicos
● Introdução
● Carga de Condução – Calor Sensível
● Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
● Carga Devida aos Dutos – Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Introdução
�Calor: pode ser definido como a quantidade de energia que é transmitida de 
um corpo mais quente para outro mais frio e sua vizinhança, por diferença de 
temperatura.
�Capacidade Térmica: é o quociente da quantidade de calor fornecida Q e o 
acréscimo de temperatura ∆T.
C = Q/∆T
�Carga Térmica é a quantidade de calor sensível e latente, geralmente 
expressa em BTU/h, ou kcal/h, que deve ser retirada ou colocada no recinto a 
fim de proporcionar as condições de conforto desejadas.
Sistemas Térmicos
Introdução
�A carga térmica pode ser introduzida no recinto a condicionar por:
�Condução
�Isolação
�Dutos
�Pessoas
�Equipamentos
�Infiltração
�Ventilação
Sistemas Térmicos
● Introdução
● Carga de Condução – Calor Sensível
● Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
● Carga Devida aos Dutos – Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga de Condução - Calor Sensível
�A expressão geral da transmissão de calor por condução e por hora pode ser 
expressa, para materiais homogêneos, paredes planas e paralelas
x
TKA
Q
∆
=
..
Onde:
Q => taxa de fluxo de calor transmitida em kcal/h
A => área da superfície normal ao fluxo em m2
x => espessura do material em m
K => condutividade térmica do material por unidade de comprimento e 
unidade de área em kcal.m/h.m2.°C
∆T => diferença de temperatura entre as duas superfícies separadas pela 
espessura x em °C
�1 BTU/h . ft2 . °F = 4,883 kcal/h . m2 . °C
�1 BTU . in/h. ft2 . °F = 0,124 kcal/h . m . °C
Sistemas Térmicos
�Quando o material não for homogêneo, como, por exemplo, uma parede 
construída com tijolos, massa e isolamento, a equação toma a seguinte forma:
TCAQ ∆= ..
Onde:
Q => taxa de fluxo de calor transmitida em kcal/h
A => área da superfície normal ao fluxo em m2
C => condutância em kcal/h . m2. °C
∆T => diferença de temperatura entre as duas superfícies em °C
�A transferência de calor do ar a uma superfície, ou vice-versa, se processa 
por meio de condutância da superfície de contato ou filme.
�A condutância superficial é a quantidade de calor transferido, em kcal/h, do 
ar para a superfície, ou vice-versa, por metro quadrado e por °C de diferença 
de temperatura
Carga de Condução - Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga de Condução - Calor Sensível
�Se o fluxo for uniforme, esta transferência pode ser expressa pela fórmula:
ThAQ ∆= ..
Onde:
Q => taxa de fluxo de calor transmitida em kcal/h
A => área da superfície normal ao fluxo em m2
h => condutância superficial em kcal/h . m2. °C
∆T => diferença de temperatura entre a superfície e o ar em contato em °C
�Os valores de h dependem da cor e rugosidade da superfície , bem como da 
velocidade do vento.
Sistemas Térmicos
Carga de Condução - Calor Sensível
�Os valores médios para h são:
� ar parado => 1,46 a 1,63 BTU/h.ft2.°F = 7,13 a 7,96 kcal/h.m2.°C
� ar a 12 km/h => 4,0 BTU/h.ft2.°F = 19,5 kcal/h.m2.°C
� ar a 24 km/h => 6,0 BTU/h.ft2.°F = 29,3 kcal/h.m2.°C
�Nos cálculos da carga térmica do ar condicionado, usa-se um coeficiente U, 
mais fácil de ser obtido, medindo-se a temperatura do ar em ambos os lados 
da superfície. Este coeficiente é chamado coeficiente global de 
transmissão de calor e é definido como o fluxo de calor por hora através de 
um m2 de superfície, quando a diferença de temperatura do ar nos dois lados 
da parede ou teto é de um grau centígrado.
Sistemas Térmicos
Carga de Condução - Calor Sensível
Onde:
Q => taxa de fluxo de calor transmitida em kcal/h
A => área da superfície normal ao fluxo em m2
U => coeficiente global de transmissão de calor em kcal/h . m2. °C
∆T => diferença de temperatura entre a superfície e o ar em contato em °C
TUAQ ∆= ..
�Quando se usa vários materiais nas paredes que separam os ambientes, para 
cálculos mais precisos, utilizam-se as resistências que cada material opõe ao 
fluxo. Estas resistências são os inversos das condutividades e condutâncias e 
são somadas do mesmo modo que as resistências em série de um circuito 
elétrico.
Sistemas Térmicos
Carga de Condução - Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga de Condução - Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga de Condução - Calor Sensível
Sistemas Térmicos
● Introdução
● Carga de Condução – Calor Sensível
● Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
● Carga Devida aos Dutos – Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
�A mais poderosa energia que a superfície da terra recebe do universo é a 
energia solar, que já está sendo aproveitada pelo homem como fonte térmica. 
Esta energia é, quase sempre, a responsável pela maior parcela da carga 
térmica nos cálculos do ar condicionado, em geral como radiação e convecção.
�Por absorção, a energia de radiação solar pode ser introduzida nos recintos 
tanto em maior quantidade quanto menos brilhante for a superfície refletora. 
Assim, temos a seguinte tabela que dá uma ideia percentual de energia 
radiante em função da cor:
COR CALOR 
REFLETIDO
CALOR 
ABSORVIDO
Aluminio polido 72% 28%
Vermelho – claro 37% 63%
Preto 6% 94%
Sistemas Térmicos
�É evidente que este percentual é também uma função da rugosidade da 
superfície. Assim, a temperatura dos tetos e paredes dependem dos seguintes 
fatores:
�Coordenadas geográficas do local (latitude)
�Tipo da construção
�Cor e rugosidade da superfície
�Refletância da superfície
�Para a estimativa de carga térmica, será importante saber o horário de 
utilização da dependência e fazer o cálculo para a incidência máxima do sol. 
�No Hemisfério Sul, como se pode ver na próxima tabela, nos meses de verão, 
a parede que recebe maior isolação é a voltada para oeste e entre 16 e 17h, 
para as claraboias (teto de vidro), ao meio-dia.
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
�Embora se conheça com certa precisão a quantidade de calor por radiação e 
convecção oriundos do sol, a parcela que penetra nos recintos não é bem 
conhecida, todas as tabelas existentes dão uma estimativa para os cálculos 
satisfatória na prática do ar condicionado.
Transmissão de calor do sol através de superfícies transparentes 
(vidro)
�A energia radiante oriunda do sol incidente em uma superfície transparente 
subdivide-se em três partes:
�Uma que é refletida (q1)
�Uma que é absorvida pelo vidro (q2)
�Uma que atravessa o vidro (q3)
Q
q2
q3
q1321 qqqQ ++=
Sistemas Térmicos
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
�A parcela q3 que penetra no recinto é a que vai nos interessar nos cálculos 
da carga térmica.
�Na tabela anterior, de origem americana, temos os valores do fator solar 
obtido por ensaios para esta parcela em kcal/h por m2 de área de vidro, ou 
W/m2, supondo-se a janela sem proteção. Caso seja protegida por toldos ou 
persianas, deve-se multiplicar os valores obtidos, pelos seguintes coeficientes 
de redução:
� Toldos ou persianas externas: 0,15 – 0,20
� Persianas internas e refletente: 0,50 – 0,66
� Cortinas internas brancas opacas: 0,25 – 0,61
Observação: Estes valores são para janelas com esquadrias de 
madeira. Para esquadrias metálicas multiplicar por 1,15.
Sistemas Térmicos
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
Transmissão de calor do sol atravésde superfícies opacas
�As paredes, laje e telhados transmitem a energia solar para o interior dos 
recintos por condução e convecção, segundo a fórmula:
( )[ ]ttiteUAQ ∆+−= ..
Onde:
Q => taxa de fluxo de calor transmitida em Watts
A => área da superfície em m2
U => coeficiente global de transmissão de calor em em kcal/h . m2. °C
te => temperatura do exterior em °C
ti => temperatura do interior em °C
∆t =>acréscimo ao diferencial de temperatura dados na próxima tabela
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Superfície Cor Escura Cor Média Cor Clara
°F °C °F °C °F °C
Telhado 45 25 30 16,6 15 8,3
Parede Leste ou 
Oeste
30 16,6 20 11,1 10 5,5
Parede Norte 15 8,3 10 5,5 5 2,7
Parede Sul 0 0 0 0 0 0
Acréscimo ao Diferencial de Temperatura – ∆t em °F e em °C
Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
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● Introdução
● Carga de Condução – Calor Sensível
● Carga Devida à Insolação – Calor Sensível
● Carga Devida aos Dutos – Calor Sensível
Sistemas Térmicos
Carga Devida aos Dutos – Calor Sensível
�Como sabemos, o ar insuflado em um recinto condicionado retorna ao 
condicionador por meio da diferença de pressão que lhe é fornecida pelo 
ventilador. O retorno do ar pode ser feito de duas maneiras:
1) Sob a forma de plenum, ou seja, utilizando um ambiente como o 
próprio recinto, um corredor, o teto rebaixado etc., como se fosse um 
condutor de ar.
2) Utilizando dutos de retorno.
�Em ambos os casos é adicionado calor ao ar de retorno, calor este que deve 
ser retirado pelas serpentinas do condicionador (evaporador).
�Normalmente, o calculista do ar condicionado fica em um impasse: Como 
determinar a carga térmica devida aos dutos se estes ainda não foram 
calculados?
�Para calcular os dutos, precisa-se saber a quantidade de ar a ser insuflado no 
recinto, e esta quantidade de ar depende da carga térmica.
Sistemas Térmicos
Carga Devida aos Dutos – Calor Sensível
�A carga térmica devida aos dutos é:
TUAQ ∆= ..
Onde:
Q => taxa de fluxo de calor transmitida em Watts ou Kcal/h
A => área lateral do duto exposta ao calor, em m2
U => coeficiente global de transmissão de calor em kcal/h . m2. °C
∆T => diferencial de temperatura entre o ar exterior e o ar interior ao duto, 
em °C
TIPO DE DUTO BTU/h.ft² .ºF Kcal/h.m². ºC
Chapa Metálica não Isolada 1,18 5,76
Isolado com ½ Polegada 0,38 1,86
Isolado com 1 Polegada 0,22 1,07
Isolado com 1 ½ Polegada 0,15 0,73
Isolado com 2 Polegadas 0,12 0,59
Sistemas Térmicos
Carga Devida aos Dutos – Calor Sensível
�A determinação da área lateral, A, pode ser feita como indicado abaixo:
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b
c
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