Carga térmica

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FACULDADE MARTHA FALCÃO
 CURSO DE ARQUITETURA E URBANISMO
 CARGA TÉRMICA
MANAUS- AM
2017
 ANA CLARA CLIMACO
 FERNANDO LINS
 GLENDA TRINDADE
 CARGA TÉRMICA
Trabalho apresentado como exigência da disciplina de Fundamentos de Bioclimatologia e Sustentabilidade, para obtenção de nota parcial no curso de Arquitetura e Urbanismo da Faculdade Martha Falcão, ministrada pela professora Liliam Pinto.
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MANAUS-AM
2017
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 
 O principal objetivo do trabalho é aprofundar os conhecimentos sobre a carga térmica, na qual consiste em somar todas as formas de calor em um determinado ambiente.
A partir disso iremos compreender que a carga térmica é um meio que visa um melhor conforto térmico, e que através do cálculo da carga térmica é possível saber a quantidade de calor a ser retirada (regime de verão) ou fornecida (regime de inverno) ao ar para manter, em um ambiente, as condições desejadas.
	
CARGA TÉRMICA
2.1. Considerações Gerais
 
 A carga térmica consiste na quantidade de calor (sensível e/ou latente) que a ser extraída do ar de um ambiente (no caso de verão) ou a ser fornecida ao ar de um ambiente (no caso de inverno) para que sejam mantidas as condições desejadas. 
Calor sensível: envolve variação de temperatura 
Calor latente: envolve variação de umidade absoluta
 Essa energia é determinada pelo número de pessoas que utilizam a área, pelos aparelhos que emitem calor e pela posição do ambiente em relação ao sol. Quanto maiores  forem  as dimensões das paredes, telhados e  vidraças, maior a quantidade de calor que entrará no ambiente. 
 É fato que alguns materiais conduzem melhor o calor do que outros, assim o vidro conduz muito mais facilmente o calor do que os materiais dos telhados e paredes. Um fechamento lateral em vidro, por exemplo, permitirá uma entrada de calor muito maior do que uma parede de alvenaria. 
 A energia é removida com auxílio de um sistema ou equipamento de ar condicionado, mantendo uma temperatura agradável e controlando a qualidade do ar.
Origens das fontes de calor que compõem a carga térmica de verão
Condução de calor; 
Radiação direta através das superfícies transparentes; 
Radiação direta nas superfícies não transparentes (opacas); 
Calor associado à entrada de ar externo; 
Calor resultante da ocupação, equipamentos, iluminação artificial e outros. 
 Ganhos de Calor por Condução 
 A condução através de uma superfície (vidros, paredes, portas, pisos, coberturas) pode ser calculada pela equação de transmissão de calor por condução unidirecional: 
QCD = U.A.(te-ti)
Onde: 
U= coeficiente de transmissão térmica do elemento, calculado como o inverso da resistência térmica (W/m2 ºK); 
A = área do elemento considerado (m2 ); 
(te-ti) = diferença de temperatura externa-interna
 Ganhos de calor por radiação em superfícies transparentes
O ganho de calor por radiação solar é calculado através da fórmula:
QRT = I.A.FS
Onde: 
A – área da superfície transparente [m2 ];
I – Intensidade de radiação [W/m2 ]
FS – fator de sombreamento;
 Ganhos por radiação em superfícies opacas (não transparentes)
 A radiação em superfícies opaca (paredes e coberturas) pode ser calculada utilizando-se a equação da condução de calor já apresentada, porém adotando-se outro diferencial de temperatura:
QRO = U.A.CLTD
Onde:
U= coeficiente de transmissão térmica do elemento, calculado como o inverso da resistência térmica (W/m2 ºK);
A = área do elemento considerado (m2);
CLTD – valor da diferença fictícia de temperatura exterior menos a interior, provocada pelo aquecimento da superfície pela radiação. 
 Valores de CLTD foram inicialmente calculados pela ASHRAE, no entanto, passaram a ser adaptados para cada região.
 Ganhos de calor em conseqüência da entrada de ar externo
 Ar externo:
 - renovação para higienização (Portaria 3523 do Ministério da Saúde e NBR 16401) 
- infiltração por frestas
 O ganho de calor devido a entrada de ar externo é calculado através da fórmula:
QAE = QAES + QAEL
Onde: 
QAE = Calor total devido ao ar externo 
QAES = Parcela do calor sensível 
QAEL = Parcela do calor latente Universidade da entrada de ar externo
2.3. Outras Fontes de Calor
 A previsão da carga térmica a ser gerada no interior do edifício é fundamental no que respeita às decisões de projeto referentes ao partido arquitetônico a ser adotado, sendo sempre função das exigências funcionais e humanas, para os diferentes tipos de clima. Em se tratando da carga térmica interna ao edifício, as fontes podem ser classificadas como: 
presença humana;
sistemas de iluminação artificial; 
motores e equipamentos; 
processos industriais; 
calor solar.
 Ganhos de Calor Devido a Presença Humana
 Tabela 1. Calor cedido ao ambiente (W), segundo a atividade desenvolvida pelo indivíduo Fonte: Mesquita
 A quantidade de calor dissipada pelo organismo humano para o ambiente depende essencialmente de sua atividade. A tabela 1 fornece os dados relativos ao calor dissipado pelo organismo humano, para o ambiente, segundo a atividade desenvolvida pelo indivíduo. Para calcular o ganho de calor, considera-se apenas o calor sensível. 
 Ganhos de Calor Devido ao Sistema de Iluminação Artificial
 
 A conversão de energia elétrica em luz gera calor sensível. Esse calor é dissipado, por radiação, para as superfícies circundantes, por condução, através dos materiais adjacentes, e por convecção para o ar. 
 Lâmpadas incandescentes convertem apenas 10% de sua potência elétrica em luz, sendo que 90% se transforma em calor, dos quais 80% se dissipa por radiação e 10% por condução e convecção. 
 Lâmpadas fluorescentes convertem 25% de sua potência elétrica em luz, sendo 25% dissipado, sob forma de calor radiante, para as superfícies circundantes e 50% dissipado por convecção e condução. O reator da lâmpada fluorescente fornece mais 25% da potência nominal da lâmpada sob forma de calor para o ambiente. 
 Mas, como a luz também se transforma em calor depois de absorvida pelos materiais, no caso de iluminação com lâmpadas incandescentes adota-se como carga térmica a potência instalada e para fluorescentes, 125%, o que se refere à potência nominal total mais 25% referentes aos reatores.
 Ganhos de Calor Devidos a Motores e Equipamentos 
 O calor dissipado por motores para o ambiente é função de sua potência e de suas características. Em geral, os motores de potência mais baixa têm menor rendimento. 
 No que se refere aos equipamentos, adota-se como calor cedido ao ambiente cerca de 60% da potência nominal dos aparelhos elétricos, a não ser, é claro, no caso de aparelhos cuja função seja aquecer, como secador de cabelo, aquecedor de ambiente etc. A tabela 2 apresentada abaixo fornece alguns dados relativos à potência elétrica de eletrodomésticos, que podem ser utilizados na falta de dados fornecidos pelos fabricantes dos aparelhos.
 Tabela 2. Potências aproximadas de aparelhos eletrodomésticos.
Nota: é aconselhável verificar, quando possível, a potência nominal dos aparelhos, devendo esta tabela apenas servir de base quando não há disponibilidade de dados reais.
Ganhos de Calor Advindos de Processos Industriais
 Há alguns processos industriais que envolvem grandes cargas térmicas, a exemplo de siderurgias, metalurgias, fabricação de vidros etc. A avaliação das cargas térmicas dissipadas para o ambiente pode ser feita a partir das temperaturas superficiais e das áreas das superfícies aquecidas, calculando-se os fluxos de calor.
 Ganhos de Calor Solar
 O Sol, incidindo sobre os paramentos do edifício, vairepresentar, em maior ou menor escala, um ganho de calor. Esse ganho de calor será função da intensidade da radiação solar incidente e das características térmicas dos materiais desses paramentos. 
 A radiação solar, como variável climática, deve ser medida. Porém, há dificuldades para a obtenção de dados medidos devido à complexidade ocasionada pelo “movimento” do Sol e também pela conversão dos dados, já que os instrumentos existentes registram dados referentes à incidência sobre o plano normal aos raios e são necessários dados relativos à radiação incidente sobre as fachadas e coberturas dos edifícios. 
 Os dados relativos à intensidade da radiação solar incidente sobre as superfícies podem ser calculados por meio de fórmulas, sendo função da latitude, da data, da altitude, da nebulosidade, da poluição do ar etc e também da orientação do plano de incidência. Esses dados podem ser apresentados sob a forma de tabelas e de gráficos. 
 Figura 1. Dados de Intensidade de Radiação Solar Direta sobre plano normal e Difusa sobre plano horizontal, segundo a altura do sol, para diversas condições de céu. Fonte: LNEC. 
 O gráfico apresentado acima fornece dados de intensidade de radiação solar direta e difusa referentes a três condições de céu, resultantes de medidas efetuadas pelo LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil, de Lisboa) nas ex-províncias de Ultramar, ou seja, na África. A radiação difusa se refere à incidência sobre o plano horizontal, sendo que, para os planos verticais pode-se tomar metade do seu valor, posto que o plano vertical “vê” apenas meia abóbada celeste. Os dados da intensidade de radiação solar direta se referem à incidência sobre o plano normal e podem ser utilizados para calcular, através de fórmulas, as intensidades de radiação solar direta incidentes sobre planos diversamente orientados, mas é um meio trabalhoso e muito demorado de obtenção de dados. 
 Hélio Gonçalves, considerando basicamente o fator latitude, desenvolveu uma série de tabelas de intensidade de radiação solar direta incidente sobre planos verticais diversamente orientados e plano horizontal, hora a hora, para os solstícios e os equinócios, para as latitudes brasileiras. Essas tabelas fornecem dados relativos à condição de céu limpo. 
 
Ventilação Natural
 A ventilação proporciona a renovação do ar do ambiente, sendo de grande importância para a higiene em geral e para o conforto térmico de verão em regiões de clima temperado e de clima quente e úmido. 
 A renovação do ar dos ambientes proporciona a dissipação de calor e a desconcentração de vapores, fumaça, poeiras, de poluentes, enfim. A ventilação pode também ser feita por meios mecânicos, porém sendo aqui abordada apenas a ventilação natural como um dos meios de controle térmico do ambiente. 
 A ventilação natural é o deslocamento do ar através do edifício, através de aberturas, umas funcionando como entrada e outras, como saída. Assim, as aberturas para ventilação deverão estar dimensionadas e posicionadas de modo a proporcionar um fluxo de ar adequado ao recinto. O fluxo de ar que entra ou sai do edifício depende da diferença de pressão do ar entre os ambientes internos e externos, da resistência ao fluxo de ar oferecida pelas aberturas, pelas obstruções internas e de uma série de implicações relativas à incidência do vento e forma do edifício. 
 A diferença de pressões exercidas pelo ar sobre um edifício pode ser causada pelo vento ou pela diferença de densidade do ar interno e externo, ou por ambas as forças agindo simultaneamente. A força dos ventos promove a movimentação do ar através do ambiente, produzindo a ventilação denominada ação dos ventos. O efeito da diferença de densidade provoca o chamado efeito chaminé. Assim, a ventilação natural de edifícios se faz através desses dois mecanismos: 
 
ventilação por ação dos ventos
ventilação por efeito chaminé.
 Quando a ventilação natural de um edifício é criteriosamente estudada, verifica-se a conjugação dos dois processos. No entanto, a simultaneidade dos processos pode resultar na soma das forças, ou pode agir em contraposição e prejudicar a ventilação dos ambientes. A identificação de ocorrência de uma ou de outra situação depende da análise de cada caso, especificamente. 
 A ocupação dos edifícios por pessoas, máquinas e equipamentos e a exposição à radiação solar vão ocasionar, nos ambientes internos, temperaturas superiores às do ar externo. Esse acréscimo de temperatura, no caso de inverno nos climas quentes ou no caso geral de climas frios, pode ser um fator positivo, porém, na época de verão dos climas temperados ou durante todo o ano em climas quentes certamente será um fator negativo, agravante das condições térmicas ambientais.
 Carga térmica pela Ventilação
 A renovação do ar dos ambientes pode ocasionar ganho ou perda de calor, segundo a temperatura externa seja maior que a interna (te ti) ou a temperatura interna seja maior que a externa (te ti).
 A carga térmica transferida pela ventilação será: 
Qvent = 0,35 ⋅ N ⋅ V ⋅ ∆t (W)
 Onde: 0,35 (W/m3 °C) — calor específico × densidade do ar; 
 N (número de renovações por hora) — taxa de renovação horária do ar do recinto; 
 ∆t (°C) — diferença de temperatura do ar interno e externo. 
 No cálculo das cargas térmicas, adota-se uma taxa de renovação adequada ao ambiente para depois dimensionar as aberturas.
CONCLUSÃO
 Através deste trabalho compreendemos que existe um cálculo para se obter um conforto térmico em derterminado ambiente, onde se consiste em saber a quantidade de energia que deverá ser retirada para promover uma temperatura ideal para os usuários.
 Apresentou-se que essa energia é determinada pelo número de pessoas que utilizam a área, pelos aparelhos que emitem calor e pela posição do ambiente em relação ao sol, e que essa energia é retirada com a ajuda de um sistema ou equipamente de ar condicionado, mantendo dessa forma uma temperatura agradável e controlando a qualidade de ar.
 Visto todo assunto apresentado no decorrer deste trabalho está evidente que a carga térmica é o fluxo de calor contínuo, sendo introduzida de fora para dentro ou sendo liberada internamente, e que cada equipamento tem uma capacidade de retirada de calor por hora e se esta capacidade for menor que a carga térmica do ambiente não terá a possibilidade de tornar o ambiente confortável.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 Você sabe o que é carga térmica?. Disponível em: http://tecmec.org.br/voce-sabe-o-que-e-carga-termica/
 Carga Térmica O Que é?. Disponível em: http://www.riosar.com.br/carga-termica-o-que-e/
 Ar Condicionado e Refrigeração. Disponível em: http://www.unisanta.br/materialdidaticorm/arquivos/AULA03a94519.pdf
 
FROTA, Anésia Barros. Manual de conforto térmico : arquitetura, urbanismo / Anésia Barros Frota, Sueli Ramos Schiffer. — 5. ed. — São Paulo : Studio Nobel, 2001.