Trabalho Carga Térmica Diego Regis

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA POLITÉCNICA 
 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 5º SEMESTRE 
 
 
 
 
 
 
 
DIEGO FREITAS REGIS DOS SANTOS/1348249 
CARGA TÉRMICA 
 
 
 
 
Trabalho acadêmico da disciplina de Transferência de Calor 
do Curso de Graduação em Engenharia de Produção, Centro 
Universitário Internacional – UNINTER – ensino a distância. 
 
 
 
 
 
 
 
IMBÉ/RS 
2018 
 
 
 
1. A EMPRESA 
 
A empresa, objeto da avaliação, situa-se no estado do Rio Grande do Sul, é do setor 
madeireiro, atuando tanto no mercado interno quanto no externo, possuindo plantios 
comerciais de Acácia Negra em diversos municípios desse Estado. 
Esta empresa trabalha com o sistema mecanizado de colheita, fazendo uso de 
equipamentos de grande porte para as atividades de corte, baldeio e aproveitamento de 
casca. Para o aproveitamento de casca, utilizada em seus processos de transformação, são 
utilizados implementos mecânicos que funcionam acoplados a tratores. 
 
 
2. CONTEXTUALIZAÇÃO 
 
A avaliação da Carga Térmica total será no escritório da empresa, que possui as 
seguintes características: 
1. Localização: Piratini/RS (latitude de 31°27'22.8"S 53°06'51.3"O) e altitude média de 350 
metros em relação ao nível do mar; 
2. Pressão atmosférica: 1 atm; 
3. Características do ambiente: Temperatura máxima média no verão 27°C e umidade 
relativa de 66%; 
4. Composição e espessura de paredes internas e externas: compostos por uma série de 
tinta, argamassa, mistura de concreto e tijolo, argamassa e tinta; 
5. Iluminação: do tipo fluorescente - 06 lâmpadas de 40w; 
6. Dimensões do recinto: a sala possui 8m x 5m e 3m de altura; 
7. Dimensões do telhado: 54m²; 
8. Portas e janelas: 02 portas (0,80 x 2,10 m) e 04 janelas (1,00 x 1,50 m); 
9. Computadores: 03 computadores de mesa. 
10. Pessoas e permanência: são 04 pessoas que passam em média 7 horas no local; 
11. Temperatura indicada para sala de aula: 23 a 25ºC. (NBR 6401); 
12. Umidade indicada para sala de aula: 40 a 60ºC. 
 
 
3. CARGA TÉRMICA TOTAL 
 
Conforme citado no material estudado, a carga térmica total é a quantidade de calor 
total que deve ser retirada do ambiente de trabalho para que se atinja o conforto térmico. 
A carga térmica total pode ser determinada pela seguinte expressão: 
qT = qc + qI + qIL + qE + qP + qInf + qV (1) 
Em que: 
qT = carga térmica total, ou quantidade de calor total (BTU/h ou W) 
1 - qC = calor por condução e convecção(W) 
2 - qI= calor por insolação (W) 
2 - qIL = calor por iluminação (W) 
3 - qP = calor por pessoas (W) 
3 - qE = calor por equipamentos (W) 
4 - qInf = calor por infiltração (W) 
qV = calor por ventilação (W) 
 
 
 
4. CARGA TÉRMICA POR CONDUÇÃO E CONVECÇÃO 
 
Nesse item foi analisado a troca térmica no ambiente. Como se trata de um ambiente 
interno, o coeficiente global foi obtido pela sua expressão para paredes planas. 
No caso avaliado não existem tubulações que circulem vapores ou fluidos frios. 
 
Assim, a expressão para determinar a carga térmica será: qc = UA deltaT = UA(T∞4 - T∞1) 
 
Para paredes planas, o coeficiente global será determinado por: 
 
 
 
 
 
Foi utilizada a tabela 01, abaixo, para determinar os fatores h1 e h2. A tabela em 
questão mostra a variação em função da velocidade de circulação do ar. 
 
Tabela 01 
 
Já os coeficientes de transferência de calor por condução são obtidos da tabela XX, 
que nos fornece valores para os mais variados materiais. 
 
 
Tabela XX 
 
Com relação à insolação, foi acrescentado um valor (Δt) à diferença de temperatura 
entre o meio interno e o meio externo do ambiente de trabalho (ΔT). Esses valores foram 
extraídos da tabela 02 abaixo. Esses acréscimos variam em função de cor e posição das 
paredes em relação ao sol. 
 
Tabela 02 
 
 Para a determinação da carga térmica por convecção foram avaliadas as quatro 
paredes que fazem parte do escritório, bem como as aberturas utilizadas e o telhado. 
 As paredes são de tijolo com reboco de cimento e areia, como portas e janelas 
de madeira. O telhado é de fibrocimento com 5mm de espessura (a condutividade térmica foi 
extraída do site do fabricante - https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/telha-de-fibrocimento-
reduz-a-condutividade-termica-e-oferece-conforto_13099_10_0) – de acordo com figura 1. 
 
 
Figura 1 – Paredes e aberturas avaliadas 
 
Assim, para o cálculo da carga térmica por condução será utilizada a seguinte 
expressão: 
 
qC = qcpf + qcpo + qcpl + qcpo + qcte 
 
Sendo: 
 
- qCpf = carga térmica por condução parede frontal; 
- qCpo = carga térmica por condução parede oposta; 
- qCpl = carga térmica por condução parede leste; 
- qCpo = carga térmica por condução parede oeste; 
- qCte = carga térmica por condução telhado. 
 
4.1 Para a parede frontal (N): 
 
Alvenaria: 
 
- Δt = 3ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 11,82 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,2
0,72
)+(
0,1
0,72
)+(
1
1,758
)
 U = 0,54 W/m²K 
 
𝑞 = 0,54 . 11,82 . [(27 − 24) + 3 + 273] q = 1.780,80 W 
 
 
Aberturas: 
 
- Δt = 3ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 3,18 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,3
0,12
)+(
1
1,758
)
 U = 0,598 W/m²K 
 
𝑞 = 0,598 . 3,18 . [(27 − 24) + 3 + 273] q = 530,56 W 
 
qCtotal = qcpf + qcaberturas = 2.311,35 W 
 
4.2 Para a parede oposta (S): 
 
Alvenaria: 
 
- Δt = 0ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 11,82 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,2
0,72
)+(
0,1
0,72
)+(
1
1,758
)
 U = 0,54 W/m²K 
 
𝑞 = 0,54 . 11,82 . [(27 − 24) + 273] q = 1.761,65 W 
 
 
Aberturas: 
 
- Δt = 0ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 3,18 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,3
0,12
)+(
1
1,758
)
 U = 0,598 W/m²K 
 
𝑞 = 0,598 . 3,18 . [(27 − 24) + 273] q = 524,85 W 
 
qCtotal = qcpf + qcaberturas = 2.286,50 W 
 
 
4.3 Para a parede lateral (O): 
 
Alvenaria: 
 
- Δt = 5,5ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 21,00 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,2
0,72
)+(
0,1
0,72
)+(
1
1,758
)
 U = 0,54 W/m²K 
 
𝑞 = 0,54 . 21,00 . [(27 − 24) + 5,5 + 273] q = 3.192,20 W 
 
 
 
Aberturas: 
 
- Δt = 5,5ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 3,00 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,3
0,12
)+(
1
1,758
)
 U = 0,598 W/m²K 
 
𝑞 = 0,598 . 3,00 . [(27 − 24) + 5,5 + 273] q = 505,01 W 
 
qCtotal = qcpf + qcaberturas = 3.697,21 W 
 
 
4.4 Para a parede lateral (L): 
 
Alvenaria: 
 
- Δt = 5,5ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 24,00 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,2
0,72
)+(
0,1
0,72
)+(
1
1,758
)
 U = 0,54 W/m²K 
 
𝑞 = 0,54 . 24,00 . [(27 − 24) + 5,5 + 273] q = 3.648,24 W 
 
qCtotal = qcpf + qcaberturas = 3.648,24 W 
 
 
4.5 Para o telhado: 
 
Alvenaria: 
 
- Δt = 8ºC 
- h1 = 1,758 W/m²K 
- h2 = 1,172 W/m²K 
- A = 54,00 m² 
 
U =
1
(
1
1,172
)+(
0,005
0,04
)+(
1
1,758
)
 U = 0,646 W/m²K 
 
𝑞 = 0,646 . 54,00 . [(27 − 24) + 8 + 273] q = 9.907,06 W 
 
qCtotal - telhado = 9.907,06 W 
 
qctotal do prédio = 2.311,35 + 2.286,50 + 3.697,21 + 3.648,24 + 9.907,06 = 21.850,36 W ou 
67.736,12 Btu/h 
 
qC = 21.850,36 W 
 
 
 
 
 
5. CARGA TÉRMICA DA INSOLAÇÃO E CARGA TÉRMICA POR ILUMINAÇÃO 
 
5.1 Carga Térmica por Insolação 
 
A carga térmica da insolação é a quantidade de calor por insolação que penetra em um 
ambiente. A expressão para o cálculo da carga térmica da insolação é: 
 
qI= K.A 
 
Por sua localização, o escritório da empresa ao longo do dia varia de NE para N para 
NO, com relação ao Sol, conforme figura 02. 
 
 
Figura 02 – localização do escritório e posicionamento em relação ao 
 
Para a determinação do K, é utilizada a tabela (03) abaixo, tomando como referência 
as médias da última coluna (W/m²) dos períodos definidos. 
 
 
Tabela 03 
 
Assim, o cálculo do K será a média dos doze valores marcados: 
 
K = (358,6 + 56,7 + 352,2 + 302,7 + 66,2 + 290,1 + 397,3 + 132,4 + 387,9 + 485,6 + 264,9 + 
485,6) / 12 
 
K = 298,35 W/m² 
 
A área total das portas e janelas é 9,36 m², definidos da seguinte forma: 
- 02 portas de 0,80 x 2,10 m = 3,36 m² 
- 04 janelas de 1,00 x 1,50 m = 6,00 m² 
 
A = 9,36 m² 
 
qI = K.A – qI = 298,35 . 9,36 = 2792,56 W 
 
O escritório avaliado não possui cortinas, toldos ou persianas. 
 
5.2 Carga Térmica por Iluminação 
 
A carga térmica da iluminação nada mais é a carga proveniente das lâmpadas da área 
avaliada. Ela é obtida com o somatório da potência dissipada por todas as lâmpadas. 
 
Portanto, essa carga térmica é calculada pela expressão: 
 
qIL = Σ P 
 
Em que: P = potência dissipada pela luminária (W) 
 
A tabela 04 abaixo demonstra a potência que é dissipada pela lâmpada. 
 
 
Tabela 04 - potência dissipada por tipo de iluminação (W) 
 
qIL = 06 . 40 = 240 W 
 
6. CARGA TÉRMICA POR EQUIPAMENTOS E POR PESSOAS 
 
6.1 Carga Térmica por Equipamentos 
 
O local avaliado não conta com ventiladores ou qualquer tipo de motor elétrico, ficando 
a carga térmica por equipamentos somente o calor dissipado pelos 03 computadores que 
fazem parte do ambiente. 
 
A carga térmica por equipamentos é obtida pela somatória do calor dissipado por 
computadores, motores e ventiladores: 
 
qE = qCOMP + qMOT +qVENT 
 
qE = 03 . 69 = 207 W 
 
6.2 Carga Térmica por Pessoas 
 
Cada pessoa no ambiente contribui com calor para o ambiente. A carga térmica por 
pessoas é o somatório de todas as cargas térmicas dos indivíduos. 
 
Na NBR 6401, é apresentada a carga térmica liberada por pessoas. A tabela 05 abaixo 
foi extraída dessa norma. 
 
 
Tabela 05 – calor dissipado por pessoa 
 
qP = 04 . 113 = 452 Kcal/h = 452 . 1,163 = 525,68 W 
 
 
7. CARGA TÉRMICA POR INFILTRAÇÃO E POR VENTILAÇÃO 
 
A carga térmica por infiltração de ar e por ventilação de ar são determinadas usando a 
mesma metodologia. A carga térmica por infiltração é a proveniente de portas e janelas, já a 
carga térmica por ventilação é a forçada, é a obtida por algum meio/dispositivo. 
 
A carga térmica devido tanto à infiltração quanto à ventilação é dada pela somatória da 
carga fornecida pelo calor sensível com a carga fornecida pelo calor latente. 
 
As expressões para calor específico e latente são as demonstradas abaixo: 
- Calor específico é: qS = Q.0,29.(Te-Ti) 
- Calor latente é: qL = 583.C 
Sendo C a capacidade calorífica (J/molK) dada por: 
 
C = (UE2-UE1). ρ. Q 
 
Em que UE2 é a umidade específica do ar interno em kg/kg; UE1 é a umidade do ar de 
entrada em kg/kg, e ρ é a massa específica do ar em kg/m³. 
 
A vazão Q utilizada na fórmula é obtida na tabela da ABNT abaixo: 
 
Tabela 06 
 
Dessa forma, de posse da vazão de infiltração de 1350m3/h e a de ventilação será: 
 
Qv = 04 . 13 = 52 m³/h 
 
Da carta psicométrica UE2 = 0,016kg/kg de ar e UE1 = 0,008kg/kg de ar. 
 
 
 
P é um valor tabelado obtido a partir da temperatura em Kelvin. A tabela 07 apresenta 
o valor para T = 27 + 273 = 300K : ρ = 1,1614 kg/m3 
 
Tabela 07 
 
- Ventilação: qS = 52.0,29.(27-24) = 45,24 W 
 
C = (0,016-0,008). 1,1614. 52 = 0,4831 J/molK 
 
qL = 583 . 0,4831 = 281,67 W 
 
qTV = 45,24 + 281,67 = 326,91 W 
 
 
- Infiltração: qS = 1350 . 0,29 . (27-24) = 1174,5 W 
 
C = (0,016-0,008). 1,1614. 1350 = 12,54 J/molK 
 
qL = 583 . 12,54 = 7312,64 W 
 
qTI = 1174,5 + 7312,64 = 8487,14 W 
 
 
Assim, o calor total por ventilação e infiltração será: 
 
qT = qTV + qTI = 8814,04W = 8,81 kW 
8. CONCLUSÃO 
 
Assim, os valores obtidos nos cálculos das cargas térmicas, de todas as formas 
avaliadas, que é dado pela seguinte expressão: 
 
qT = qC + qL + qIL + qE + qP + qInf + qV 
 
Com base nessa expressão se chegou no valor de 34.429,65 W ou 34,43 kW. 
 
qT = 34,43 kW ou 117.405,11 Btu