Relatório 1 - Carga térmica

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Equipe:
Curso: Engenharia Mecânica
Professor: 
Disciplina: 
1. Objetivo
Este relatorio visa exemplificar na prática como aplicar os conceitos e processos do calculo de carga térmica, em uma simulação de extrema importância para a preparação do academico de engenharia mecânica para o mercado de trabalho.
2. Introdução
O intuito é dimensionar, selecionar e projetar o sistema de condicionamento de ar e ventilação mecânica a ser instalado em uma loja de roupas bem ampla, com cerca de 196 metros quadrados, situada na cidade de Capivari de baixo, onde ainda não existe nenhum tipo de sistema de refrigeração mecânica instalada.
Para o trabalho foram aplicados os conhecimentos obtidos ao longo do curso de Engenharia Mecânica e conceitos estabelecidos pelo livro de Macintyre garantindo o conforto térmico do ambiente e bem-estar dos funcionários.
Uma importante especialidade da engenharia está em calcular a carga térmica, levando em consideração todas as variáveis presentes em um projeto de climatização. Esse procedimento é de competência do engenheiro mecânico.
3. Abordagem teórica
A carga térmica consiste na quantidade de energia que deve ser retirada de determinado ambiente para promover conforto térmico aos seus usuários. 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. A energia é removida com auxílio de um sistema ou equipamento de ar condicionado, mantendo uma temperatura agradável e controlando a qualidade do ar.
O bem-estar de uma pessoa no seu ambiente de trabalho ou em algum lugar público implica na produtividade e na satisfação do indivíduo, logo um correto cálculo de carga térmica é extremamente necessário. Como premissa do estudo, visando o conforto térmico, será utilizada a condição para o ambiente condicionado a temperatura de 24°C e umidade relativa de 50%.
Ainda que o uso de sistemas de ar condicionado seja bastante difundido, um projeto deficiente pode gerar gastos desnecessários com energia e danos à saúde de seus usuários. Por isso, é importante que o projeto de condicionamento de ar de um cômodo ou ambiente industrial deva ser feito sistematicamente, para que o compressor não seja sobrecarregado, gerando consumo de energia excessivo.
Para a compreensão do comportamento térmico das edificações, é necessária uma base conceitual de fenômenos de trocas térmicas. Esse conhecimento permite também melhor entendimento acerca do clima e do relacionamento do organismo humano com o meio ambiente térmico. 
As trocas térmicas entre os corpos advêm de uma das duas condições básicas: 
1. Existência de corpos que estejam a temperaturas diferentes; 
2. Mudança de estado de agregação.
Componentes básicos de refrigeração:
O sistema de refrigeração por compressão de vapor é composto por quatro componentes vitais para o seu funcionamento: o compressor, condensador, evaporador e dispositivo de expansão. Os elementos são comuns em todos os sistemas de climatização e refrigeração, entretanto o que diferencia um sistema de outro, são as dimensões, pesos e automação que contém cada modelo de sistema.
Para determinar a quantidade de calor que deverá ser retirada de um ambiente, é
necessário o cálculo da carga, garantindo condições térmicas ideais para o conforto
humano. 
O conhecimento da carga térmica é básico para:
1. Selecionar corretamente os equipamentos de ar condicionado;
2. Dimensionar a instalação;
3. Avaliar o funcionamento de equipamentos já existentes ou futuramente adquiridos;
4. Avaliar as alterações necessárias ao sistema, por conta de oscilações no ambiente.
4. Metodologia e Memorial de cálculo
Conforme dito o método aplicado para calcular a carga térmica do local foi retirado do livro de Macintyre.
Porta 1= 3,40 metros x 2,40 metros
Porta 2= 1,20 metros x 2,10 metros
Janela= 1,50 metros x 0,60 metros
Tabelas Utilizadas:
Figura 1- Valores do fator A (Tabela 7.3)
Figura 2- Valores do Fator B (tabela 7.4)
Figura 3- Aquecimento devido a lâmpadas acesas (tabela 7.6)
Figura 4- Carga térmica de vários equipamentos (tabela 7.9)
Figura 5 - Temperatura de bulbo úmido e fator G (tabela 7.10)
Figura 6 - Calor sensível (tabela 7.2)
Memorial de Cálculo:
· 10 pessoas (como o ambiente se trata de uma loja e conta com cinco funcionários, pode-se entender que cada um atenderá um cliente);
· 30 luminárias com duas lâmpadas de led cada (18W);
· 1 Notebook;
· 1 impressora;
· Teto sob piso ocupado;
· Paredes de alvenaria pesada;
· Temperatura 32°C (90°F).
Condução
*Todas as dimensões em metros (m) devem ser convertidas para pés (ft).
Cálculo de área das portas e janelas
Área janela= 4,92 x 1,97
Área janela= 9,69 ft²
Área porta 1= 11,15 x 7,87
Área porta 1= 87,75 ft²
Área porta 2= 3,94 x 6,89
Área porta 2= 27,14 ft²
Cálculo de área das paredes (descontando a área das portas e janelas)
A1= 45,93 x 13,12
A1= 602,60 ft²
A2= A1
A2= 602,60 ft²
A3= (45,93 x 13,12) – 2 x 87,75
A3= 427,10 ft²
A4= (45,93 x 13,12) – (3 x 9,69) – 27,14
A4= 546,39 ft²
A5= 45,93 x 45,93
A5= 2109,56 ft²
A6= A5
A6= 2109,56 ft²
Parede de alvenaria pesada (tabela 7.3)
Fator A= 3
Cc1= 3 x 602,60
Cc1= 1807,80 Btu/h
Cc2= Cc1
Cc2= 1807,80 Btu/h
Cc3= 3 x 427,10
Cc3= 1281,30 Btu/h
Cc4= 3 x 546,39
Cc4= 1639,17 Btu/h
Piso (tabela 7.3)
Fator A= 3
Cc5= 3 x 2109,56
Cc5= 6328,68 Btu/h
Teto sob piso ocupado (tabela 7.3)
Fator A= 3
Cc6= 3 x 2109,56
Cc6= 6328,68 Btu/h
Parede Leste (tabela 7.4)
*considerar portas e janelas como “vidro simples e duplo sem proteção”.
Fator B= 180
Cc4’janela= 3 x (180 x 9,69)
Cc4’janela= 5232,60 Btu/h
Cc4’porta2= 180 x 27,14
Cc4’porta2= 4885,20 Btu/h
Parede Oeste (tabela 7.4)
*considerar portas e janelas como “vidro simples e duplo sem proteção”.
Fator B= 180
Cc3’porta1= 2 x (180 x 87,75)
Cc3’porta1= 31.590,00 Btu/h
Somatório das cargas térmicas
Cc= (Cc1 + Cc2 + Cc3 + Cc4 + Cc5 + Cc6 + Cc4’janela + Cc4’porta2 + Cc3’porta1)
Cc= 1807,80 + 1807,80 + 1281,30 + 1639,17 + 6328,68 + 6328,68 + 5232,60 + 4885,20 + 31.590,00
Cc= 60.901,23 Btu/h
Iluminação e eletrônicos
*Pelo fato da tabela 7.6 não possuir valores para lâmpadas de led, calculado como se fossem lâmpadas fluorescentes.
Cl= Potência da lâmpada x 0,875 x 1,26
Cl= (60 x 18) x 0,875 x 1,26
Cl= 1190,70 Kcal/h
Cl= 4721,92 Btu/h
*Com base na tabela 7.9, utilizaremos duas vezes o valor de 860 Kcal/h, referente a “aparelhos elétricos”, pare termos base de carga térmica para o Notebook e a impressora.
Celetrônicos= 2 x 860
Celetrônicos= 1720 Kcal/h
Celetrônicos= 6820,95 Btu/h
Somatório
Ct= Cl + Celetrônicos
Ct= 4721,92 + 6820,95
Ct= 11.542,87 Btu/h
Infiltração
Volume= 45,93 x 45,93 x 13,14
Volume= 27.677,49 ft³
*temperatura de bulbo úmido é de 80°F.
Para calcular a vazão de infiltração deve-se utilizar os seguintes dados:
I= 1 (para uma só parede externa)
I= 1,5 (para duas paredes externas)
I= 2 (para três ou mais paredes externas)
*como todas as paredes da sala são externas, utilizaremos o valor de I= 2.
Qi= 
Qi= 
Qi= 922,58 ft³/min
*Utilizando a temperatura de bulbo úmido e com base na tabela 7.10, encontra-se o Fator G.
Fator G= 49
Ci= Qi x G
Ci= 922,58 x 49
Ci= 45206,42 Btu/h
Carga térmica sobre número de pessoas
*É preciso utilizar a tabela 7.2 para encontrarmos o valor do metabolismo.
Metabolismo= 113
Ctp= nº de pessoas x metabolismo x fator de correção
Ctp= 10 x 113 x 1,2
Ctp= 1356 Kcal/h
Ctp= 5377,44 Btu/h
Carga térmica total
Ctt= Cc + Ct + Ci + Ctp
Ctt= 60901,23 + 11542,87 + 45206,42 + 5377,44
Ctt= 123.027,96 Btu/h
Portanto, como mostra os cálculos, o ambiente possui uma carga termica total de 123.027,96 Btu/h, ficando a critério do cliente quais e quantos equipamentos climatizadores utilizar, sendo que existem equipamentos de 30.000, 60.000 até 80.000 Btu/h, com preços que variam entre R$ 3.000,00 até R$ 8.000,00.