RAC-Carga Térmica - FINAL

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO 
CAMPUS SÃO MATEUS 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
ARLEY DA SILVA WELLFGRANSCER 
MATHEUS ALVES LIMA 
RAFAEL DIAS GOMES XAVIER 
SHYRLAINNE CRESPO CARVALHO DE SOUZA 
VINÍCIUS FRANCISCO DO NASCIMENTO 
 
 
 
 
 
ANÁLISE DE CARGA TÉRMICA E AR CONDICIONADO DA IGREJA BATISTA 
DO CALVÁRIO GURIRI - MUNICÍPIO DE SÃO MATEUS-ES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO MATEUS-ES 
2019 
 
 
ARLEY DA SILVA WELLFGRANSCER 
MATHEUS ALVES LIMA 
RAFAEL DIAS GOMES XAVIER 
SHYRLAINNE CRESPO CARVALHO DE SOUZA 
VINICIUS FRANCISCO DO NASCIMENTO 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISE DE CARGA TÉRMICA E AR CONDICIONADO DA IGREJA BATISTA 
DO CALVÁRIO GURIRI - MUNICÍPIO DE SÃO MATEUS-ES 
 
 
 
Trabalho apresentado em cumprimento às 
exigências da disciplina de Refrigeração e Ar 
Condicionado, do curso de graduação em 
Engenharia Mecânica do Instituto Federal do 
Espírito Santo, Campus São Mateus. 
 
Prof. Me. Igor Chaves Belisario. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO MATEUS-ES 
2019 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
O cenário atual, motivado pela crescente competitividade, onde a constante 
exigências de produtos e serviços de qualidade demandam uma expressiva 
discussão quanto aos recursos utilizados e, dentre estes, a energia elétrica 
(ROMAN, 2013). 
Com a crise na matriz energética brasileira de 2001 juntamente com as 
preocupações ambientais em relação aos combustíveis fósseis e seus possíveis 
substitutos estimularam a busca por fontes alternativas. Desde então, ações por 
parte do governo foram tomadas para restabelecer a geração e distribuição de 
energia. Segundo Roman (2013), a PROCEL EDIFICA, Programa Nacional de 
Eficiência Energética em Edificações, é um exemplo de programa criado pelo 
governo que tem como objetivo ampliar, organizar e incentivar ações que visem a à 
conservação e uso eficiente dos recursos naturais nas edificações, reduzindo 
desperdícios e os impactos no meio ambiente. 
Segundo o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (2006), no 
Brasil, a iluminação corresponde a 24% de consumo de energia elétrica no setor 
residencial, 44% no setor comercial e serviços públicos e 1% no setor industrial, já 
para os sistemas de climatização é estimado até 60% do consumo elétrico em 
edificações. 
O fato da climatização ser responsável por grande parte do consumo de energia 
elétrica, o torna campo de pesquisa visando a redução dos gastos e custos de 
energia elétrica. Para caminhar em direção à conservação de energia é necessário 
executar quatro etapas básicas: identificar, quantificar, modificar e acompanhar 
(ELEKTRO, 2012). 
O conforto térmico tem sido amplamente pesquisado nos últimos anos, visando 
melhorar o bem estar das pessoas nos ambientes edificados, e minimizar o uso de 
energia elétrica para condicionamento artificial (BARBOSA, 2013). Profissionais de 
diferentes áreas trabalham em conjunto a fim de minimizar os impactos ambientais 
e gerir adequadamente as demandas, melhorando a produtividade, bem como 
garantindo um ambiente com conforto térmico (ROMAN, 2013). Segundo Barbosa 
(2013), estudos são direcionados ao desempenho do espaço físico visando 
conseguir uma boa relação entre pessoa-ambiente, já para Roman (2013), os 
estudos buscam a economia de sem arriscar a eficiência e eficácia de processos e 
serviços. 
Numerosas literaturas têm mostrado que a carga térmica contribui 
significativamente para o consumo de energia nas diversas edificações. A partir dos 
resultados alcançados, é possível adequações a fim de economizar o consumo de 
energia e preservação dos recursos naturais e, em seguida, melhora das condições 
térmicas dos ambientes, proporcionando bem-estar, saúde e eficiência no trabalho 
do homem (ROMAN, 2013). 
Desta forma, com base no contexto apresentado, este trabalho aborda a análise de 
carga térmica e ar condicionado de uma igreja no município de São Mateus-ES. 
 
2 OBJETIVO 
Realizar o levantamento de carga da Igreja Batista do Calvário de Guriri, Figura 1. 
 
Figura 1 - Igreja Batista do Calvário de Guriri. 
 
 Fonte: Autores. 
 
3 METODOLOGIA 
A carga térmica sofre influência de vários fatores e através de aproximações e 
correlações pode ser estimada. O valor da carga térmica sofre influência da 
transferência de calor através das paredes, janelas, equipamentos, pessoas, 
renovação de ar, infiltrações e isolação. As formas de quantificar cada parcela da 
carga térmica serão descritas a seguir, bem como a considerações implementadas. 
 
3.1 EQUACIONAMENTO 
Dentre as formas da transferência de calor está a condução, sendo as paredes um 
dos exemplos mais utilizados. Para quantificar a carga térmica através das paredes 
deve-se primeiramente determinar o coeficiente global de transferência de calor, a 
área da parede e as temperaturas interna e externa, sendo o mesmo representado 
pela equação a seguir (CREDER, 2004). 
 
 
(1) 
 
Dependendo da orientação da parede, a mesma pode sofrer radiação direta, sendo 
necessário considerar o efeito da insolação. A forma utilizada baseia na utilização 
do acréscimo de temperatura em função da cor da parede, como visualizado na 
Tabela 1. Dessa forma a nova equação para estimar a transferência de calor através 
das paredes é dada pela Equação 2. O mesmo princípio pode ser utilizado para 
determinar a carga térmica devido à transferência de calor pelo teto (CREDER, 
2004). 
 
Tabela 1 - Acréscimo de temperatura. 
 
 
 (2) 
 
Além das paredes, as janelas de vidro também sofrem insolação e a intensidade da 
radiação está diretamente ligada à orientação da mesma em relação ao sol 
(transmissibilidade) . Além disso, a transferência de calor depende do tipo de janela, 
se a mesma possui esquadrias de madeira ou metálicas (fator de 1,15 para 
metálicas) e se há a presença de cortina, sendo todos os fatores multiplicados entre 
si e pela área da janela, essa parcela do calor é descrita pela Equação 3 (CREDER, 
2004). 
 
(3) 
Pode ser acrescentado à carga térmica a parcela de calor devido à infiltração do ar 
externo, que ocorre devido ao fato do ar externo entrar a uma temperatura maior 
que a interna do recinto. Nesse tipo de infiltração são consideradas as parcelas de 
calor sensível e latente do ar externo e interno. Essa parcela não pode ser 
precisamente determinada, no entanto há métodos para que se tenha uma 
aproximação aceitável, dentre eles está o método das frestas, que leva em 
consideração o tipo de ajuste de janelas e portas (Tabela 2), além do somatório do 
comprimento das frestas das mesmas. A partir das Equações 4, 5 e 6, são definidas 
o calor sensível, latente e total respectivamente (CREDER, 2004), onde w é a 
umidade absoluta. 
 
Tabela 2 - Considerações do método de frestas. 
 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
 (6) 
 
Outra parcela da carga térmica relacionada à entrada de ar externo é o ar de 
renovação. A renovação de ar é realizada propositalmente com a finalidade de 
manter o ar interno agradável, visto que devido à respiração humana ocorre o 
aumento do teor de CO2, o que pode ser prejudicial à pessoas do recinto. De 
maneira similar à carga térmica devido à infiltração, são calculados o calor sensível 
e latente, no entanto a carga térmica devido à renovação de ar leva em 
consideração a quantidade de pessoas, quantidade de vazão de ar por pessoa e a 
forma em que o ar é distribuído no ambiente, sendo esses fatores definidos em 
função do tipo de local que se almeja climatizar (Tabela 3). As Equações 7 e 8 
descrevem, calor sensível, calor e latente e a carga térmica total, respectivamente 
(ABNT, 2008). 
 
Tabela 3 - Vazão eficaz mínima de ar exterior para ventilação e eficiência da 
distribuição. 
 
 
 
 
 
(7) 
 
 
(8) 
 
Além de considerar a carga térmica em função da necessidade humana, é 
necessário determinar o calor que emana de cada pessoa, visto que quando 
submetido a diferentes atividades,o metabolismo tende a fazer com que as pessoas 
dissipam mais ou menos energia para o ambiente. A norma NBR 16001 define o 
calor dissipado por cada pessoa em função da atividade que faz (Tabela 4). 
 
 
 
 
Tabela 4 - Taxas típicas de calor liberado por pessoas. 
 
 
Os equipamentos internos que consomem potência também são responsáveis por 
promover a carga térmica, segundo a NBR 164001, a carga térmica desses 
equipamentos pode ser aproximada à sua potência nominal. Para sistemas de 
iluminação o Creder (2004) considera fatores em função do tipo de lâmpada, sendo 
esse fator um de correção da potência dissipada. 
 
3.2 CONSIDERAÇÕES 
O presente trabalho se aplica na Igreja Batista do Calvário, localizada em Guriri, 
município de São Mateus-ES. O desenho em 3D da igreja é ilustrado na Figura 2. 
A planta da Igreja se encontra no Apêndice A ao final deste trabalho. 
 
 
 
 
 
Figura 2 - Ilustração em 3D do Igreja Batista do Calvário Guriri. 
 
 Fonte: Autores. 
 
Conforme a Figura 2, as janelas de vidro estão dispostas na frente e nas laterais. A 
orientação da parede da frente é voltada para direção norte. As tabelas 5 e 6 
apresentam os principais dados geométricos necessários para o desenvolvimento 
dos cálculos. Os demais dados estão presentes na planta baixa da igreja. 
 
Tabela 5 - Dimensões da igreja. 
 Dimensão [m] 
Pé direito 6 
Comprimento 19,16 
Largura 15,31 
 Fonte: Autores. 
 
Tabela 6 - Dimensões das portas e janelas. 
Componente Dimensões [m] 
Porta leste 1 x 2,5 x 4,2 
Porta oeste 2 x 0,9 x 2,1 
Porta norte (entrada) 1 x 2,5 x 5,15 
Janela leste 2 x 2,5 x 1,6 
Janela oeste 3 x 2,5 x 5,25 
Janela norte 2 x 2,7 x 1,8 
 Fonte: Autores. 
 
A princípio, foi considerado como temperatura externa de 33,1°C (temperatura da 
região mais próxima presente na norma NBR 16001, nesse caso, Vitória-ES) e 
temperatura interna de 24°C, uma vez que, a temperatura interna para o verão deve 
estar entre 22.5 e 25.5°C, para roupas típicas de 0,5 clo (ABNT, 2008). Parte da 
parede leste faz divisa com um cômodo não refrigerado, por esse motivo, nesse 
local foi utilizado 3°C a menos que a externa. As paredes (todas claras) norte, leste 
e oeste recebem insolação e por esse motivo foram acrescidos 2,7°C, 5,5°C e 
5,5°C, respectivamente. O telhado foi considerado como claro, portanto recebeu 
acréscimo de temperatura em 8,3°C. 
 
A Tabela 7 apresenta os materiais que compõem as principais estruturas avaliadas 
neste trabalho e a Figura 3 ilustra as estruturas analisadas. A paredes e o telhado 
foram considerados de cor clara de modo a estimar o acréscimo de temperatura. 
 
Tabela 7 - Dados referentes aos materiais. 
Componente Materiais constituintes 
Portas e janelas Vidros (janela norte e oeste com insulfilme) 
Parede Lajota com reboco 
Teto 
Isoforro (EPS Poliestireno Expandido) com telhado de zincalume 
Fonte: Autores. 
 
Figura 3 - Componentes analisados da igreja. (a) Janela oeste; (b) Porta lateral; (c) 
Porta principal; (d) Porta leste. 
 
 
 
(a) (b) 
 
(c) (d) 
 
 
 
As portas de vidro e janelas de vidro foram modeladas segundo o mesmo princípio, 
visto que ambos são de vidro, sendo os fatores de transmissibilidade definidos com 
base nos maiores durante o ano para cada orientação, são eles: 447 kcal/hm^2 para 
o leste e oeste e 404 kcal/hm^2 para o norte. Para janelas, foi considerado que as 
mesmas possuem esquadrias de metal, desse modo o fator de armazenamento é 
1,15. As janelas não possuem cortinas, no entanto são utilizados sufilms, portanto 
foi utilizado um fator de 0,62. 
 
Para este trabalho, em relação à taxa de circulação de pessoas foi definida como a 
quantidade média de pessoas que comparecem ao culto no fim de semana, por 
ocuparem o local ao mesmo tempo, estimado em 150 pessoas (120 em pé e 30 
sentadas). Em acordo com a Tabela 4, para se determinar as taxas típicas de calor 
liberado por pessoas, foi considerado como 160W para as pessoas em pé e de 
115W para as pessoas sentadas. 
 
Quanto aos componentes que consomem energia, necessários para o 
levantamento da carga térmica, estes estão presentes na Tabela 8. 
 
Tabela 8 - Dados dos componentes que consomem energia. 
Componente Potência [W] Quantidade 
Lâmpada de LED 45 35 
Lâmpada incandescente 60 4 
Canhão refletor colorido 12 11 
Mesa de som 1000 1 
Caixa amplificadora de som 150 4 
Retroprojetor 260 1 
Ventilador 200 1 
 Fonte: Autores. 
 
As lâmpadas da Tabela 8 foram consideradas na carga térmica de iluminação, 
sendo a potência da lâmpada LED multiplicada por um fator de 0,025 e as 
incandescentes e refletores por 0,86 (Creder, 2004). A influências dos demais 
equipamentos foram considerados como a sua própria potência. 
 
Em relação a vazão de renovação, foi considerado conforme a Tabela 3 a igreja 
como um estabelecimento de “Teatro, cinema, auditório e plateia”, do nível 1, visto 
que além das pessoas, não há grandes geradores de CO2. Foi considerada como 
configuração da distribuição de ar a exaustão no lado oposto ao ar suprimido (Ez = 
0,8), a fim de evitar que ar carregado de CO2 retorne ao ambiente interno. As 
umidades absolutas (internas e externas) foram obtidas a partir da carta 
psicrométrica, em função da temperatura de bulbo úmido e seco (para externo), 
enquanto que para a parte interna foi determinado a partir da temperatura interna e 
a umidade relativa (50%) ideais segundo a norma. 
 
Para a infiltração de ar externo através de portas e janelas, considerou-se bem 
ajustadas, sendo a janela do tipo comum. Dessa forma, foram considerados as 
vazões de 3 m^3/hm para janelas e 6,5 m^3/hm para as postas, a partir do método 
de frestas. Por aproximadamente 30min a porta principal é mantida aberta, dessa 
forma ar externo é introduzido ao ambiente interno, o que aumenta a carga térmica, 
a fim de determinar o aumento na carga térmica em função utilizou-se a vazão de 
ar igual a 2000 m^3/h (PROCEL, 2011). 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA 
A partir das equações e considerações realizadas, pode-se determinar a carga 
térmica dos componentes, Tabela 9, conforme o equacionamento descrito 
anteriormente. 
 
Tabela 9 - Carga térmica calculada para os principais componentes. 
Local Carga [W] Forma 
Parede Leste 4296,22 Condução 
Parede Oeste 6063,32 Condução 
Parede Norte 1474,04 Condução 
Parede Sul 1766,96 Condução 
Telhado 8206,85 Condução 
Vidro Leste 7921,38 Radiação 
Vidro Oeste 16854,61 Radiação 
Vidro Norte 9099,91 Radiação 
Infiltr. Porta 1164,44 Por ar externo 
Infiltr. Janela 1979,07 Por ar externo 
Renovação 16761,80 Por ar externo 
Ocupação 22650,00 Outros 
Iluminação 2249,59 Outros 
Equipamentos 2195,00 Outros 
 Fonte: Autores. 
 
Assim, o total de carga térmica calculado foi de 103410,96 W ou 352848,54 BTU/h. 
Neste trabalho, foi avaliado o efeito da carga térmica considerando a porta principal 
aberta e fechada. Com a porta aberta a carga térmica obtida aumenta em 19020,87 
W, aumentando-se a carga térmica total em 15,54%. 
 
O percentual que cada componente influencia na carga térmica total encontra-se na 
Figura 4. 
 
Figura 4 - Percentual de carga térmica conforme os componentes. (a) Para porta 
principal fechada; (b) Para porta principal aberta. 
 
 (a) 
 
 (b) 
 
Através da distribuição de cargas destacam-se as cargas irradiação através de 
vidros, renovação de ar e ocupação. Em ambos os casos a carga térmica devido o 
vidro é maior, uma vez que há uma grande área de vidro. 
 
SELEÇÃO DO AR-CONDICIONADO 
A Tabela 10 apresenta modelos de ar-condicionado que poderão ser instalados na 
igreja, considerando o pior caso, ou seja, com a porta aberta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 10 - Modelos de ar-condicionado. 
Modelo Capacidade 
[BTU/h] 
ClassePreço [R$] Quantidade 
necessária 
(porta 
aberta) 
Custo 
total [R$] 
Split Electrolux 
Frio 
12000 A 2117,60 35 74116 
Split HW LG 
Dual Inverter 
Só Frio 220 V 
18000 A 2512,29 24 60294,96 
Split Teto 
Springer Frio 
Carrier 
36000 B 6482,70 12 77792,4 
Split Cassete 
Carrier Só Frio 
220V 
36000 B 7369,00 12 88428 
Split LG Teto 
Inverter 
Quente e Frio 
47000 A 10358,40 9 93225,6 
Split Piso Teto 
Elgin Eco Frio 
Trifásico 380V 
48000 A 5967,21 9 53704,89 
 Fonte: Autores. 
 
Por apresentar menor preço e quantidade de ar-condicionado, foi escolhido o 
modelo Split Piso Teto Elgin Frio Trifásico 380V, ilustrado na Figura 5. Este é um 
equipamento com selo Classe A da PROCEL, dessa forma é bastante eficiente, cujo 
COP é superior a 3,20. 
 
 
Figura 5 - Ar-condicionado selecionado. 
 
Fonte: Americanas (2019). 
 
Por ser trifásico, será necessário que a igreja procure uma adaptação de sua rede 
de energia junto à EDP. 
 
 
5 CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES FINAIS 
 
Através da distribuição de cargas destacam-se as cargas irradiação através de 
vidros, renovação de ar e ocupação, porém poucas são as sugestões de melhorias 
para estas cargas pois as cargas de renovação de ar (indispensável) e ocupação 
são em função da quantidade de pessoas e devido a carga de irradiação solar já 
possuir o fator de redução devido às janelas maiores já possuírem insulfilm 
instalados nos vidros, ficando a sugestão para a instalação nas portas e janelas da 
parede leste. Além disso essas áreas de vidro podem utilizar cortinas ou persianas. 
Além destas, outra carga significativa é a carga de ar pela porta principal, caso a 
mesma fique aberta durante todo o tempo, recomenda-se o uso de cortinas de ar e 
o fechamento após os 30 min de início das celebrações, onde a entrada de pessoas 
é mínima. 
 
Devido à grande carga térmica, foi necessário a utilização de grande número de ar 
condicionados, sendo o mais eficiente o escolhido. Embora a carga térmica tenha 
sido suprida, o projetista deverá se atentar à disposição dos aparelhos, a fim de 
minimizar zonas com climatização ineficientes. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
ABNT. NBR 16401-1: Instalações de ar-condicionado - Sistemas centrais e unitários 
Parte 1: Projetos das instalações. Rio de Janeiro: Abnt, 2008. 
ABNT. NBR 16401-2: Instalações de ar-condicionado - Sistemas centrais e unitários 
Parte 2: Parâmetros de conforto térmico. Rio de Janeiro: Abnt, 2008. 
 
AR Condicionado Split Piso Teto Elgin Eco 48.000 BTU/h Frio Trifásico - 380 volts. 
Americanas. Disponível em: 
https://www.americanas.com.br/produto/1315935960/ar-condicionado-split-piso-
teto-elgin-eco-48-000-btu-h-frio-trifasico-380-volts. Acesso em 01 dez. 2019. 
 
ROMAN, Leila Maria Tamanini. ANÁLISE TÉRMICA E ENERGÉTICA DE UMA 
EDIFICAÇÃO COMERCIAL VISANDO CONFORTO TÉRMICO E REDUÇÃO DA 
DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA. 124 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de 
Engenharia Mecânica, Universidade do Vale do Rio dos Sinos, São Leopoldo, 
2013. 
 
BARBOSA, Elisabeti de Fátima Teixeira. CONFORTO TÉRMICO E CONSUMO DE 
ENERGIA EM AMBIENTES DE UM SUPERMERCADO DE MÉDIO PORTE. 167 f. 
Dissertação (Mestrado) - Curso de Arquitetura, Universidade Estadual de 
Campinas, Campinas, 2013. 
 
CREDER, Hélio. Instalações de Ar Condicionado. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 
2004. 
 
ELEKTRO. Eficiência Energética: Fundamentos e Aplicações. 1. ed. Campinas: 
2012. 
 
PROCEL. Sistemas de Ar-condicionado: Eficiência Energética de Equipamentos 
e Instalações. 3. ed. Itajubá: 2006. 
PROCEL. Conservação de Energia. [S.l.: s.n.], 2011. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APÊNDICE A - Planta baixa da parte da Igreja utilizada para o trabalho