Dimensionamento de um ar condicionado residencial

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA 
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA 
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
DISCIPLINA: Refrigeração e Ar Condicionado 
PROFESSOR: Orosimbo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dimensionamento de um ar condicionado residencial 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno: 
 Guilherme Augusto de Oliveira 
 
 
 
 
Uberlândia, 09 de Dezembro de 2010 
 
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Conteúdo 
 
1. Dados de Projeto .................................................................................................................... 3 
2. Cálculo da Carga Térmica ..................................................................................................... 4 
2.1. Determinação das propriedades do ambiente: ................................................................ 4 
2.1.1. Ambiente Externo .................................................................................................... 4 
2.1.2. Temperatura e propriedades dos Ambientes Condicionados ................................... 4 
2.1.3. Temperatura sobre o teto ......................................................................................... 4 
2.1.4. Temperatura do piso ................................................................................................ 4 
2.1.5. Coeficientes Globais de Transferência de Calor ...................................................... 5 
2.2. Cálculo do Calor de Condução ....................................................................................... 5 
2.3. Cálculo de Calor de Insolação ........................................................................................ 6 
2.4. Calor de Pessoas ............................................................................................................. 6 
2.5. Calor de Iluminação ........................................................................................................ 6 
2.6. Calor de Infiltração ......................................................................................................... 7 
2.7. Cálculo da Carga térmica total ........................................................................................ 8 
3. Seleção de Equipamentos ...................................................................................................... 8 
3.1. Análise de climatização por um sistema SPLIT ............................................................. 8 
3.2. Análise de um ar condicionado comum .......................................................................... 9 
4. Anexos ................................................................................................................................. 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Dados de Projeto 
 
Cidade: Uberlândia. 
Características do Ambiente: TBS = 33°C, TBU = 23,5°C, UR = 51,6%. 
Pressão Atmosférica: 92,3535 kPa. 
Paredes Externas: tijolos furados meia vez (14 cm) 
Paredes Internas: tijolos furados meia vez (14 cm) 
Teto e piso: concreto interno de 10 cm. 
Iluminação: Uma lâmpada fluorescente de 100 w de potência. 
Dimensões do quarto: 300 cm de largura, 290 cm de altura e 400 cm de comprimento. 
Dimensões das portas: 80 cm de largura por 210 cm de altura (2 portas). 
Dimensões da janela: 120 cm de altura por 120 cm de largura. 
Outras Informações: Há também na quitinete um computador com uma fonte de 60 W e uma pessoa, que 
permanece na casa em torno de 9 horas por dia. A quitinete situa-se no terceiro e último andar do edifício. 
 
 
Figura 1 – Planta baixa da residência 
 
 
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2. Cálculo da Carga Térmica 
2.1. Determinação das propriedades do ambiente: 
 
2.1.1. Ambiente Externo 
 
Para a cidade de Uberlândia – MG (776 m de altitude) e pressão atmosférica de 92,35 kPa, tem-se as 
seguintes propriedades (EES): 
 
TBS = 33°C 
TBU = 23,5°C 
UR = 46,5 % 
W = 0,01617 Kg/Kg de ar 
ρ =1,02438 Kg/m³ 
v = 0,9762 m³/kg 
h = 74,64 kJ/kg 
 
2.1.2. Temperatura e propriedades dos Ambientes Condicionados 
 
Para ambientes internos residenciais condicionados, recomendam-se as seguintes características: 
 
TBS = 24 ºC 
UR = 50% 
 
Com as propriedades acima e através da carta psicrométrica do EES, chega-se às seguintes propriedades: 
 
TBU = 16,8°C 
h = 49,88 KJ/Kg 
v = 0,9384 m
3
/kg 
ρ = 1,065644kg/m
3 
w = 0,01013 kg/kg de ar 
 
∆𝑇 = 5,5 º𝐶 (baseado em uma diferença de 9,4 ºC entre temperatura externa e do recinto condicionado) 
∆𝑇 = 𝑇𝑎𝑚𝑏 − 𝑇𝑖𝑛𝑡 = 9 º 𝐶 
∆𝑇 = 5,5 − 0,4 = 5,1 º𝐶 
𝑇𝑛𝑐 = 𝑇𝑖𝑛𝑡 + ∆𝑇 = 29,1 º 𝐶 
2.1.3. Temperatura sobre o teto 
 
Como a quitinete está no último andar, não há sótão, portanto, ∆𝑇 = 9,4 º𝐶. Como foi mostrado acima, 
a diferença entre a temperatura de ambiente e a temperatura interna do ambiente condicionado é de 9 ºC. 
2.1.4. Temperatura do piso 
 
Será desconsiderado o calor de condução pelo piso (𝑡é𝑟𝑟𝑒𝑜 − ∆𝑇 = 0). 
5 
 
2.1.5. Coeficientes Globais de Transferência de Calor 
 
Elementos U [Kcal/h. m². ºC] 
Paredes Externas: tijolos furados meia vez (14 cm) 2,59 
Paredes Internas: tijolos furados meia vez (10 cm) 2,54 
Teto e piso: concreto interno de 10 cm 3,17 
Janela de vidros simples 5,18 
 
 
Com os dados obtidos pela carta psicrométrica para o ambiente condicionado e externo, constrói-se a 
seguinte tabela: 
 
Tabela 1 – Resumo dos dados de projeto do ar condicionado residencial 
Ambiente TBS (°C) TBU (°C) UR (%) w(Kg/Kg) ρ(kg/m
3
) v (m
3
/Kg) h (kJ/kg) 
Externo 33 23,5 46,5 0,01617 1,02438 0,9762 74,64 
Condicionado 24 16,8 50 0,01013 1,06564 0,9384 49,88 
Não Condicionados 29,1 21,1 50 0,01390 1,04123 0,9604 64,83 
 
2.2. Cálculo do Calor de Condução 
 
Parede Externa 
 
𝑄𝑐𝑝𝑒 = 𝑈. 𝐴. 𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇𝑖𝑛𝑡 
𝑄𝑐𝑝𝑒 = 2,59. 4.2,9 − 1,2.1,2 . (33 − 24) = 
236,8296 Kcal/h 
 
 
Parede Interna 
 
𝑄𝑐𝑝𝑖 = 𝑈. 𝐴. 𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇𝑖𝑛𝑡 
 
𝑄𝑐𝑝𝑖 = 2,54. (4.2,9 + 3.2,9.2 ). 29,1 − 24 = 
375,666 Kcal/h 
 
 
Teto 
 
𝑄𝑐𝑡 = 𝑈. 𝐴. 𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇𝑖𝑛𝑡 
 
𝑄𝑐𝑡 = 3,17. (4.3). 29,1 − 24 = 
194,004 Kcal/h 
 
 
 
Janela 
 
 
𝑄𝑐𝑗 = 𝑈. 𝐴. 𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇𝑖𝑛𝑡 
 
𝑄𝑐𝑗 = 5,18. (1,2.1,2). 33 − 24 = 
67,1328 Kcal/h 
 
6 
 
Somando todos os calores de condução calculados acima, tem-se: 
 
𝑄𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑐𝑗 + 𝑄𝑐𝑡 + 𝑄𝑐𝑝𝑖 + 𝑄𝑐𝑝𝑒 = 
873,6324 Kcal/h 
 
 
2.3. Cálculo de Calor de Insolação 
 
Parede Clara à Leste: 
 
𝑄𝑖𝑛𝑠 = 𝑈.𝐴. 𝛥𝑇𝑖𝑛𝑠 
 
𝑄𝑖𝑛𝑠 = 2,59. 4.3 − 1,2.1,2 . (5,5) = 150,4272 Kcal/h 
 
Janela: 
 
𝑄𝑖𝑛𝑠 = 𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑆𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑥 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎çã𝑜 𝑥 Á𝑟𝑒𝑎 
 
Fator Solar: 448 Kcal/h.m² 
Coeficiente de Atenuação: 0,5 (paredes internas e refletoras) 
Esquadrias metálicas e refletoras: multiplicar por 1,15 
 
𝑄𝑖𝑛𝑠 = 1,15.448.0,5. (1,2.1,2) = 
370,944 kcal/h 
 
Calculando o calor total de insolação, tem-se: 
𝑄𝑡 .𝑖𝑛𝑠 . = 
521,3712 Kcal/h 
 
2.4. Calor de Pessoas 
 
𝑄𝑝𝑒. 𝑙 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠 𝑋 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐿𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎 
𝑄𝑝𝑒. 𝑠 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠 𝑋 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑆𝑒𝑛𝑠í𝑣𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎 
 
qsen= 66 kcal/h.pes; qlat= 34 hcal/h.pes 
 
 
𝑄𝑝𝑒. 𝑙 = 1.34 = 34 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑕 
𝑄𝑝𝑒. 𝑠 = 1.66 = 66𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑕 
 
Qpe.total = 100 Kcal/h 
 
2.5. Calor de Iluminação 
 
1 lâmpada fluorescente GE de 100W 
 
Qilu = Potência de Iluminação Instalada X 1,1 (Fluorescente) 
 
𝑄𝑖𝑙𝑢 = 110 𝑤 = 94,85 Kcal/h 
7 
 
2.6. Calor de Infiltração 
 
𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑠 = 𝑉𝑖𝑛𝑓. 𝜌𝑎𝑟. 𝐶𝑝. (𝑇𝑓 – 𝑇𝑖) 
 𝐶𝑝(𝑎𝑟) = 0,24 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔. °𝐶 
𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑙 = 𝑉𝑖𝑛𝑓. 𝜌𝑎𝑟. (𝑊𝑓 – 𝑊𝑖). 𝑕𝑙𝑣 
𝑕𝑙𝑣 = 583 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 (𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎) 
 
Estimativa do volume de ar infiltrado pelo método das frestas 
 
Para janela comum, adota-se que o volumeinfiltrado de ar é: 
 
𝑉𝑖𝑛𝑓 = 3 𝑚³/𝑕. 𝑚 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎 
𝑉𝑖𝑛𝑓 = 3. (1,2 + 1,2 + 1,2 + 1,2) = 14,4 𝑚³/𝑕 
𝑊𝑓 = 0,01390 𝑘𝑔/𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜 
𝑊𝑖 = 0,01030 𝑘𝑔/𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜 
ρar = 1,02438 kg/m
3
 
 
Para janela comum, tem-se: 
𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑠 = 14,4. 1,02438.0,24.(33-24) = 
31,86232 Kcal/h 
𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑙 = 14,4.1,02438.583. 0,01390 − 0,01030 = 30,95955 Kcal/h 
 
Para a porta bem ajustada, tem-se: 
 
𝑉𝑖𝑛𝑓 = 6,5 𝑚³/𝑕. 𝑚 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎 
𝑉𝑖𝑛𝑓 = 6,5. (2,1 + 0,8 + 2,1 + 0,8) = 37,7 𝑚³/𝑕 
𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑠 = 37,7.1,04123.0,24. (29,1 – 24) = 48,04735 Kcal/h 
 𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑙 = 37,7.1,04123. (0,01390 – 0,01030).583 = 82,38707 Kcal/h 
 
𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑙 = 113,34662 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑕 
𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝑠 = 79,90967 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑕 
 
𝑸𝒊𝒏𝒇 = 𝟏𝟗𝟑, 𝟐𝟓𝟐𝟔𝟗 𝑲𝒄𝒂𝒍/𝒉 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
2.7. Cálculo da Carga térmica total 
 
Tabela 1 – Cargas Térmicas do quarto 
Cargas Térmicas Kcal/h 
Condução 873,6324 
Insolação 521,3712 
Pessoas 100 
Iluminação 94,85 
Infiltração 193,25269 
 
CTs = Qc + Qins + Qpe.s + Qilu + Qinf.s 
 
CTs = 873,6324+521,3712+66+94,85+79,90967 = 1635,76327 Kcal/h = 0,541 TR 
CTl = Qpe.l + Qinf.l = 34 + 113,34662 = 147,34662 Kcal/h = 0,0488 TR 
 
CT = CTs + CTl = 1783,10989 Kcal/h = 0,5898 TR (7073 BTU/h) 
 
FCS = CTs/CT = 0,91737 
 
 
3. Seleção de Equipamentos 
 
3.1. Análise de climatização por um sistema SPLIT 
 
Antes de se escolher um equipamento SPLIT para a climatização da residência em questão, serão feitas 
algumas explicações acerca do uso destes aparelhos. A unidade consiste de um trocador de calor com tubos em 
espiras na forma de um cilindro. Dentro do trocador existe um ventilador que sopra ar, um compressor 
resistente às intempéries e um sistema de controle. Esse sistema tem evoluído ao longo dos anos, pois tem 
baixo custo e também promove a redução do ruído dentro da casa - porém ocorre um aumento do ruído do lado 
externo. Além do fato de que o lado frio e o lado quente estão separados e a capacidade é maior (em função dos 
trocadores de calor e compressores serem maiores), não existe diferença entre um sistema do tipo split e um ar 
condicionado de janela. 
 Para a seleção de um aparelho tipo SPLIT, deve-se conhecer a carga térmica total do ambiente. Neste 
caso, tem-se uma demanda por 7073 BTU/h. Assim, optou-se pela compra de um aparelho Carrier 9k Frio, 
modelo 42 LUCA009515LC, com uma capacidade de 9000 BTU/h. Desta forma, tem-se com segurança a 
climatização do ambiente. Outra hipótese levantada é que, como o cálculo da carga térmica foi “levemente” 
superdimensionado, poderia-se considerar a escolha do aparelho Carrier 7k Q/F , de 7000 BTU/h de capacidade 
nominal. 
Com isso, poderia-se obter uma redução de consumo de energia, visto que esse aparelho opera a uma potência 
de 639 W, enquanto o modelo Carrier 9k frio opera a 822 W, cerca de 20% a mais, o que implicaria num maior 
consumo de energia elétrica. 
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Pelo portal eletrônico http://www.norterefrigeracao.com.br, encontrou-se o modelo de SPLIT escolhido pelo 
valor de R$ 1.150,97. O modelo 42luqa007515c, de 7000 BTU/h, foi encontrado no portal eletrônico 
http://www.clcarcondicionado.com.br/carrier_26.html pelo preço de R$ 1080,00. 
 
 
Figura 2 - Catálogo Carrier para modelos de aparelhos SPLITS 
 
 
3.2. Análise de um ar condicionado comum 
 
Para a escolha deste ar condicionado, foi feita a consulta no portal http://www.americanas.com.br/, 
tendo-se o seguinte ar condicionado como selecionado para atender a demanda térmica: 
 
 
Figura 3 - Condicionador de Ar Janela 7.500 BTUs Frio CCI07D Mecânico - Consul 
 
O valor deste aparelho é de R$ 799,00. Algumas especificações técnicas são informadas pelo vendedor: 
 
http://www.norterefrigeracao.com.br/
http://www.clcarcondicionado.com.br/carrier_26.html
http://www.americanas.com.br/
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ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS: 
-Ciclo: frio 
-Capacidade: 7.500 BTUs 
-Compressor: rotativo 
-Consumo de energia mensal: 15.8 KWH/mês 
-Potência: 754W 
-Corrente: 6,3A (110V), 3,4A (220V) 
-Freqüência: 60Hz 
-Vazão de ar: 330 m
3
/h 
-Cor: Branco 
 
Dimensões aproximadas do produto (com painel): 36,8x54,1x54cm (AxLxP) 
Dimensões aproximadas do produto (parte traseira): 32,2x44,3x44cm (AxLxP) 
Peso líq. aproximado do produto: 28,5kg 
Garantia do Fornecedor: 12 meses 
 
 
Portanto, comparando preço, o ar condicionado comum é mais barato que o SPLIT. Porém, se 
compararmos em termos de consumo de energia elétrica, e se optarmos pelo SPLIT de 7000 BTU/h, de potência 
de 639 W, tem-se uma redução de consumo de energia de cerca de 15% frente ao ar condicionado comum, desta 
forma,o “quesito” potência elétrica consumida deve ser considerado no ato da compra, dependendo do tempo de 
funcionamento do aparelho. Além disso, o SPLIT é mais silencioso, sendo este um fator que pode ser de grande 
relevância para se decidir qual modelo adquirir. 
 
 
4. Anexos 
 
 As tabelas abaixo foram retiradas do livro “INSTALAÇÕES DE AR CONDICIONADO – HÉLIO CREDER” 
 
 
 
11 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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