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Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração CARGA TÉRMICA Representa a quantidade de calor (sensível e/ou latente) 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 Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica 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. Carga Térmica é a soma de todas essas fontes Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica 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/m2ºK); A = área do elemento considerado (m2); (te-ti) = diferença de temperatura externa-interna Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica 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; Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica 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/m2ºK); 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. Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica Ganhos de calor em conseqüência da entrada de ar externo Ar externo: - renovação para higienização (Portaria 3523 do Minis tério da Saúde e NBR 16401) - inf iltração 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 Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica Ganhos de calor em conseqüência da entrada de ar externo Ar externo: - renovação para higienização (Portaria 3523 do Minis tério da Saúde e NBR 16401) - inf iltração por f restas 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 Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica Estado 1: ar externo Estado 2: ar interno QAES = m. Δh sensível = (V/v) . Δh sensível QAEL = m. Δh latente = (V/v) . Δh latente Onde: m = vazão de ar externo em massa [kg/s] V = vazão de ar externo em volume [m3/s] v= volume específico do ar externo [m3/kg] 1 2 TEMPERATURA DE BULBO SECO Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica Outras fontes de calor: Ocupação de pessoas: QOC = NP . (QPS + QPL) Onde: NP = número de pessoas QPS = calor sensível gerado por pessoa (tabelas – NBR 16401) QPL = calor latente gerado por pessoa (tabelas – NBR 16401) Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica Outras fontes de calor: Iluminação: QIL = NL . QL . Fu onde: NL = número de lâmpadas QL = calor sensível gerado por cada lâmpada (observar tipo de lâmpada e reatores) FU = Fator de utilização Equipamentos elétricos: QEQ= ∑ [ (QEQ )i . (FU )i ] (i = 1 a n) onde: n = número de equipamentos FU = Fator de utilização Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica Carga Térmica Total: QT = QCD + QRT + QRO + QAE + QOC + QIL + QEQ Notas: 1 - Havendo ainda outras fontes de calor, essas deverão também ser incluídas. 2 – Atentar para a possibilidade da ocorrência de picos de carga térmica nos diversos ambientes em diferentes horários. 3 - TR : Quantidade de calor necessária para derreter 1 tonelada de gelo no período de 24 horas. TR = tonelada de refrigeração 1 TR = 3023 Kcal/h = 12.000 Btu/h Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica 10 Exemplo • Determine a carga térmica de uma cabine de ponte rolante, cujas dimensões e outros dados são apresentados abaixo. A cabine tem três paredes e teto inteiramente envidraçadas e uma parede e piso de chapa isolada termicamente. Observa-se que nenhuma parede, teto ou piso recebe insolação, visto estarem dentro de um galpão fechado. O ambiente externo pode ser considerado, para efeito de projeto, a 40ºC e 80% de umidade relativa. Internamente a cabine deverá ficar a 22ºC e 50% de umidade relativa. • Dados: • - Dimensões da cabine: largura=3m, comprimento=3m, altura=2,5m • - Resist. térmica do ar : 0,10 m2 . K / W (valores válidos para as superfícies horizontais e verticais, interna e externamente) • - Resist. Térmica do vidro: 0,17 m2 . K / W • - Resist. Térmica da chapa isolada: 0,45 m2 . K / W • - Entalpia ar externo = 120 kJ/kg • - Entalpia ar interno = 43 kJ/kg • No de pessoas = 2 pessoas • renovação de ar necessária: 27 m3/h por pessoa • dissipação de calor de cada pessoa: 150 W • Iluminação e equipamentos elétricos : 800 W Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica 11 Solução • Calor por condução: Rvidros = Rar ext + Rv + Rar int =0,10+0,17+0,10 =0,37 [m2.K/W]. Rch isolada = Rar ext + Rch isol + Rar int =0,10+0,45+0,10 =0,65 [m2.K/W]. ][4,1989)2240()335,23( 65,0 1)335,233( 37,0 1 )(11 int W ttA R A R Q extchIsol chIsol vidro vidro cond Universidade Santa Cecília – Santos / SP Universidade Santa Cecília – Santos / SP Ar Condicionado e Refrigeração Carga Térmica 12 Calor liberado pelas pessoas: ][300]/[1502 WpessoaWpessoasQpessoas Calor devido aoar de renovação: - vazão de ar externo necessário: ]/[54]./[272 33 hmpessoahmpessoasV -vazão de ar externo em massa: ]/[7,58 ]/[92,0 ]/[54 3 3 hkg kgm hm v Vm ext -cálculo do calor devido ao ar externo: WkWhkJkgkJhkghhmQ extar 1300][3,1}/{9,4519]/)[43120(]/[7,58)( int Calor devido à iluminação e equipamentos elétricos: ][800 WQelétr CALOR TOTAL: ][4,438980013003004,1989 W QQQQQ elétarpessoascondtotal
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