Projeto de Climatização de um Mini Shopping

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
Projeto e Dimensionamento de um Sistema de Climatização de Mini Shopping em 
Ambiente Educacional 
 
 
 
 
 
Aline Silveira dos Santos Silvestre 
Breno Nóbrega Moraes 
 
 
 
 
 
João Pessoa PB - Junho de 2021 
 
 
 
 
Aline Silveira dos Santos Silvestre 
Breno Nóbrega Moraes 
 
 
Projeto e Dimensionamento de um Sistema de Climatização de Mini Shopping em 
Ambiente Educacional 
 
 
 
 
 
 
Trabalho final da disciplina Condicionamento, 
Ventilação e Refrigeração do curso de 
Engenharia Mecânica da universidade Federal 
da Paraíba, como requerido para a integração 
dos créditos do Bacharel em Engenharia 
Mecânica. Professor Dr. Carlos Antônio 
Cabral dos Santos 
 
 
 
 
João Pessoa PB - junho de 2021 
 
 
RESUMO 
 
Neste trabalho é exposta uma proposta de um mini shopping para ambiente educacional, 
onde podemos contar com um projeto arquitetônico para melhor apresentação do 
espaço, um dimensionamento de carga térmica que evidencia a eficiência do projeto e, 
por último e não menos importante, a seleção de um conjunto de equipamentos para 
melhor atender a climatização de cada ambiente. Este projeto se passa no campus I da 
Universidade Federal da Paraíba - João Pessoa, por notar a falta de ambientes que visam 
o conforto térmico entre professores, alunos e colaboradores em geral, visto que as 
atividades exercidas por eles no dia a dia têm a necessidade desse projeto de 
climatização. Outro ponto apresentado é a questão da sustentabilidade e da reutilização 
de energia, que são primordiais nos dias de hoje. Para isso, após ser analisadas as 
condições físicas do local, foi feita o uso de tecnologias, onde foi decidido o uso de um 
sistema de refrigeração por compressão de vapor de 10(dez) toneladas de refrigeração 
com aplicação de termoacumulação e condensação da água, isso com uma única 
unidade de 10 TR. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1. Introdução ............................................................................................................................ 5 
2. Objetivos .............................................................................................................................. 5 
2.1. Geral ............................................................................................................................. 5 
2.2. Específicos .................................................................................................................... 6 
3. Informações Coletadas ........................................................................................................ 6 
3.1. Vistas aéreas. ............................................................................................................... 6 
3.2. Planta baixa do mini shopping ................................................................................... 8 
4. Fundamentação Teórica e Metodologia ............................................................................ 9 
4.1. Dados do projeto........................................................................................................ 11 
4.2. Cálculo da variação de temperatura interna e externa ......................................... 12 
4.3. Cálculo do coeficiente global de transmissão térmica ............................................ 12 
4.4. Cálculo da carga térmica por calor solar ................................................................ 13 
4.5. Carga térmica devido a ocupação ............................................................................ 15 
4.6. Carga térmica devido a iluminação ......................................................................... 15 
4.7. Carga térmica pela Renovação do Ar...................................................................... 15 
4.8. Total da Carga Térmica ........................................................................................... 16 
5. Conclusão ........................................................................................................................... 16 
 
 
 
 
 
1. Introdução 
 
Muito se discute a importância de ambientes climatizados na Universidade 
Federal da Paraíba (UFPB), com isso no convivio diário junto com professores, 
estudantes e todos os colaboradores, vendo toda a necessidade da população em geral, 
foi planejado e arquitetado um ambiente educacional, chamado mini shopping, que 
abrange diversos ramos de empreendimentos (farmácia, lanchonete, livraria, mini 
mercado) que são essenciais à acelerada rotinas da população da UFPB. Este mini 
shopping deve conter 10(dez) salas distribuidas em dois pavimentos. 
Agora, indo pra a perspectiva técnica do estudo, sabemos bem as condições 
climáticas de nossa cidade João Pessoa, sabe – se também do quanto se perde o foco, a 
atenção, o interesse quando estamos em um lugar onde o conforto térmico não é 
agradavel. Então, o projeto pretende incentivar por meios técnicos a criação de um 
espaço projetado que proporcione o conforto térmico da população, gerando um clima 
agradável e um bem estar essencial a quem usa diariamente o local. 
Foi decidido o uso de um sistema de refrigeração por compressão de vapor de 
10(dez) toneladas de refrigeração com aplicação de termoacumulação e condensação da 
água, isso com uma única unidade de 10 TR. Outro ponto importante é a respeito da 
sustentabilidade e da reutilização de energia citada no projeto. 
O trabalho mostra de forma clara o desenho de uma planta baixa, para melhor 
exposição do local escolhido, foram feitos cálculos com o apoio dos conhecimentos 
adquiridos na disciplina condicionamento de ar, ventilação e refrigeração que 
comprovam o dimensionamento da carga térmica e foi feita a seleção de um conjunto de 
equipamentos para a climatização dos ambientes individualizados. 
 
2. Objetivos 
 
2.1.Geral 
Este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de um projeto de 
climatização com a o uso de um sistema de refrigeração por compressão de vapor de 
10(dez) toneladas de refrigeração com aplicação de termoacumulação e condensação da 
água, isso com uma única unidade de 10 TR. Os espaços contêm farmácia, livraria, 
lanchonete e este espaço devem ter 10 salas divididas em dois pavimentos. 
 
 
2.2.Específicos 
 
• Localização do prédio dentro da UFPB; 
• Estabelecer o limite do terreno e os espaços na planta baixa e vistas laterais; 
• Definir as salas e suas funcionalidades para calcula da carga térmica das salas; 
• Dimensionamento das cargas térmicas; 
• Seleção dos equipamentos para climatização usando a tecnologia de absorção de 
vapor água - amônia usando gás natural como fonte de energia. E Compressão 
de vapor; 
• Localizar o espaço para a instalação dos equipamentos; 
• Desenhar as linhas de gás natural (para os sistemas de absorção) e de água 
gelada. 
 
3. Informações Coletadas 
 
3.1.Vistas aéreas. 
O local escolhido para a construção do mini shopping foi ao lado da Biblioteca 
Central e em frente ao Centro de Vivência dos alunos, tendo em vista que atenderia a 
um fluxo maior de estudantes da UFPB. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.Planta baixa do mini shopping 
Figura 1: Pavimento 1 do edifício analisado 
 
 
Figura 2: Pavimento 2 do edifício analisado 
 
 
4. Fundamentação Teórica e Metodologia 
 
Para projetar um sistema de refrigeração ou ar-condicionado em um determinado 
ambiente, é necessário estudar a quantidade de calor que se deve fornecer ou retirar do 
local para que se haja a sensação de conforto e qual a zona de conforto térmico para 
aquele ambiente. Essa quantidade de calor é chamada de carga térmica. A carga é 
resultado de vários meios de incidência de calor sobre o ambiente estudado. Sendo as 
principais: 
• GeraçãoInterna: O calor é gerado internamente no mini shopping devido às 
fontes de calor e de umidade. O fluxo de pessoas produz calor e umidade e as 
máquinas elétricas e mecânicas produzem apenas calor; 
• Transmissão: O calor é transferido para dentro do edifício através das paredes por 
meio da condução de calor afetando a temperatura interior do local de estudo; 
• Solar: Ocorre a incidência de radiação solar sobre a cobertura do prédio. Se a 
superfície for transparente, a incidência do sol se dá diretamente para o interior do 
mini shopping. Se a superfície for opaca, haverá condução de calor para dentro do 
 
edifício através das paredes. No caso de fonte de ganho de calor solar, a 
temperatura interna é afetada; 
• Renovação: Trata-se do calor que é adicionado ou perdido do mini shopping 
devido à infiltração do ar exterior ou saída do ar interior (no caso de infiltração por 
vedação insuficiente). Nesta situação, a temperatura interior e a umidade são 
afetadas. 
Agora iremos iniciar a discussão e com isso determinar a carga térmica atuante 
sobre o edifício, faz-se necessária a determinação das variáveis de conforto térmico para 
o local. Para tal, foi utilizado o programa Climate Consultant, que conseguiu com 
eficiência determinar qual seria a zona de conforto térmico para a cidade de João 
Pessoa, como mostrado na figura abaixo. 
 
Figura 3:Zona de conforto pelo programa Climate Consultant 
 
Fonte: (Autor) 
A zona azul indicada na figura acima compreende a zona de conforto térmico, de 
modo que embasou a fixação da temperatura interna a 24ºC e a umidade relativa interna 
a 55%. 
O entendimento da carga térmica gerada no interior dos edifício é fundamental 
para as tomadas de decisões de projeto. As fontes de ganho de calor podem ser 
classificadas pela presença humana, sistemas de iluminação artificial, motores e 
equipamentos, processos industriais e radiação solar (FROTA e SCHIFFER, p.121, 
 
2001). Para o estudo do mini shopping vamos considerar o edifício como um único 
elemento, analisando a presença humana, o sistema de iluminação, equipamentos e 
radiação solar presentes no ambiente. 
Centini (p. 16, 2011) menciona a existência diversos mecanismos de ganho de 
calor, são eles: transmissão por paredes, o teto e o piso; pelo fenômeno de radiação 
solar; e pelo processo de geração de calor interna (iluminação e passageiros). 
O mecanismo de transmissão que compõem as paredes, o teto e o piso que 
ocorrem pelos fenômenos de transferência de calor por condução, convecção e radiação. 
A figura 3 demostra o processo combinado de transferência de calor (CENTINI, p. 16, 
2011) 
Figura 4:Transferência de calor entre paredes 
 
Fonte: (Fiorelli, 2010) 
 
4.1.Dados do projeto 
 
• Janelas translúcidas – vidro + persiana: h = 1,80 m Str = 0,50 
Persiana interna cor clara: K = 5 W/m2°C 
• Parede — alvenaria de tijolo com reboco interno e externo (cor amarela) 
Tijolo: e = 0,20 m (d = 1600 kg/m3) λ = 0,72 W/m°C 
Argamassa: e = 0,02 m (d = 1800 kg/m3) λ = 0,85 W/m°C 
• Cobertura 
e1 = 0,01 m — impermeabilização (com pintura externa clara) α = 0,50 
λ = 0,14 W/m°C 
e2 = 0,05 m — concreto com argila expandida λ = 0,85 W/m°C 
e3 = 0,15 m — concreto armado (d = 2400 kg/m3) λ = 1,75 W/m°C 
 
Figura 5: Camadas que formam a cobertura do prédio 
 
Antes de serem calculados as cargas térmicas devido a insolação é preciso 
conhecermos os valores da radiação solar em nos planos verticais e horizontais, em cada 
orientação geográfica e por hora solar do dia. Esses valores são apresentados na figura a 
seguir considerando uma latitude de 8° sul. 
 
Figura 6: Tabela de incidência de radiação solar para latitude de 8,07S 
 
Fonte: (SCHIFFER, FROTA, 2001) 
 
4.2.Cálculo da variação de temperatura interna e externa 
 
De acordo com a norma brasileira ABNT 16401-1, a temperatura externa mais 
extrema em João Pessoa é de 32,5ºC que ocorre em dezembro. Assim, temos que 
∆𝑡 = 𝑇𝑒 − 𝑇𝑖 
∆𝑡 = 32,5 − 24 = 8,5°𝐶 
 
4.3.Cálculo do coeficiente global de transmissão térmica 
 
Fórmula: 
1
𝑘
 = 
1
ℎ𝑒
+ 
1
ℎ𝑖
 + 
𝑒𝑖
λ
 
 
Os dados para os cálculos do coeficiente global foram retirados do Anexo 8 do 
Manual do Conforto Térmico. 
 
• Parede — reboco interno + tijolo + reboco externo 
1
𝑘
 = 0,17 + 
0,02
0,85
+
0,20
0,72
 + 
0,02
0,85
 = 0,5 K = 2,0 W/m2 °C 
 
• Cobertura 
 — para fluxo ascendente (ganhos de calor): 
 
1
𝑘
 = 0,22 + 
0,01
0,14
+
0,05
0,85
 + 
0,15
1,75
 = 0,436 K = 2,3 W/m2 °C 
— para fluxo descendente (perdas de calor): 
 
1
𝑘
 = 0,14 + 
0,01
0,14
+
0,05
0,85
 + 
0,15
1,75
 = 0,356 K = 2,8 W/m2 °C 
 
4.4.Cálculo da carga térmica por calor solar 
Fórmulas utilizadas: 
 Para superfícies opacas 
𝑄𝑜𝑝 = 𝐴𝑜𝑝 ∗
𝛼 ∗ 𝐾
ℎ𝑒
∗ 𝐼𝑔 (𝑊) 
 Para superfícies transparentes 
𝑄𝑡𝑟 = 𝐴𝑡𝑟 ∗ 𝑆𝑡𝑟 ∗ 𝐼𝑔 (𝑊) 
Cálculo das Áreas externas do mini shopping: 
 
Tabela 1 Áreas das partes externas do edifício 
Descrição Áreas Totais (m²) 
Cobertura 890 
Janelas Leste 18,48 
Janelas Oeste 12 
Parede Norte 120,6 
Parede Leste 251,22 
Parede Sul 91,8 
Parede Oeste 232,5 
 
 
• Cobertura 
𝑄1 = 890 ∗
0,5 ∗ 2,3
20
∗ 𝐼𝑔 = 51,18 ∗ 𝐼𝑔 (𝑊) 
• Janelas Leste 
𝑄2 = 18,48 ∗ 0,5 ∗ 𝐼𝑔 = 9,24 ∗ 𝐼𝑔(𝑊) 
• Janelas Oeste 
𝑄3 = 12 ∗ 0,5 ∗ 𝐼𝑔 = 6 ∗ 𝐼𝑔(𝑊) 
• Parede Norte 
𝑄4 = 120,6 ∗
0,4 ∗ 2,0
20
∗ 𝐼𝑔 = 4,82 ∗ 𝐼𝑔 (𝑊) 
 
• Parede Leste 
𝑄5 = 251,22 ∗
0,4 ∗ 2,0
20
∗ 𝐼𝑔 = 10,05 ∗ 𝐼𝑔 (𝑊) 
 
• Parede Sul 
𝑄6 = 91,8 ∗
0,4 ∗ 2,0
20
∗ 𝐼𝑔 = 3,67 ∗ 𝐼𝑔 (𝑊) 
 
• Parede Oeste 
𝑄7 = 232,5 ∗
0,4 ∗ 2,0
20
∗ 𝐼𝑔 = 9,3 ∗ 𝐼𝑔 (𝑊) 
Aplicando os respectivos valores de Ig para cada caso, temos: 
Tabela 2 Planilha de perdas de calor pelo Sol 
Hora Cobertura 
Janelas 
Leste 
Janelas 
Oeste 
Parede 
Norte 
Parede 
Leste 
Parede 
Sul 
Parede 
Oeste 
Totais 
[W] 
6 h 1535,25 1118,04 60,00 48,24 1215,90 216,65 93,00 4287,08 
7 h 10951,45 4573,80 198,00 159,19 4974,16 807,84 306,90 21971,34 
8 h 24768,70 6126,12 288,00 231,55 6662,35 1105,27 446,40 39628,40 
9 h 37357,75 5959,80 348,00 279,79 6481,48 1215,43 539,40 52181,65 
10 h 47592,75 4703,16 378,00 303,91 5114,84 1233,79 585,90 59912,35 
11 h 54347,85 2790,48 408,00 328,03 3034,74 1219,10 632,40 62760,60 
12 h 56446,03 628,32 408,00 328,03 683,32 1200,74 632,40 60326,84 
13 h 54347,85 628,32 1812,00 328,03 683,32 1219,10 2808,60 61827,22 
14 h 47592,75 582,12 3054,00 303,91 633,07 1233,79 4733,70 58133,35 
15 h 37357,75 535,92 3870,00 279,79 582,83 1215,43 5998,50 49840,22 
16 h 24768,70 443,52 3978,00 231,55 482,34 1105,27 6165,90 37175,29 
17 h 10951,45 304,92 2970,00 159,19 331,61 807,84 4603,50 20128,51 
18 h 1535,25 92,40 726,00 48,24 100,49 216,65 1125,30 3844,33 
 
 
O horário de maior ganho de calor está destacado na tabela, ocorre as 11 horas, 
utilizaremos esse valor como referência para os próximos passos. 
 
4.5.Carga térmica devido a ocupação 
 
Considerando que o mini shopping receba um fluxo de 500 pessoas nos 
momentos de maior movimento, e que cada pessoa dissipa um calor de 65 W, temos: 
𝑄𝑒 = 500 ∗ 65 = 32500 𝑊 
 
4.6.Carga térmica devido a iluminação 
 
Considerando que foram usadas lâmpadas de LED de 38 W em todo o prédio, e 
que a quantidade de luminância necessária para os ambiente é de 500 lúmens/m², temos 
a seguinte quantidade de lâmpadas por ambiente: 
Local Áreas 
Lúmens 
necessários 
Quant 
Lâmpadas 
Salas 64 32000 9 
Livraria 148 74000 20 
Estabelecimentos 130 65000 18 
 
Fórmula: 
𝑄𝑖𝑙𝑢𝑚 = 𝑁º 𝑑𝑒 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 ∗ 𝑃𝑜𝑡 ∗ 1,25 
• Salas: 
𝑄𝑖𝑙𝑢𝑚1 = 9 ∗ 38 ∗ 1,25 = 427,5 𝑊 
• Livraria: 
𝑄𝑖𝑙𝑢𝑚2 = 20 ∗ 38 ∗ 1,25 = 950 𝑊 
• Estabelecimentos: 
𝑄𝑖𝑙𝑢𝑚3 = 18 ∗ 38 ∗ 1,25 = 855 𝑊 
 
𝑄𝑖𝑙𝑢𝑚 = 427,5 + 950 + 855 =2232,5 𝑊 
 
4.7.Carga térmica pela Renovação do Ar 
 
 
Sabendo que a vazão de ar é de aproximadamente 27m³/hora/pessoa, 
multiplicamos pelo fluxo esperado de pessoas para obter a vazão mássica (m) do ar para 
o mini shopping: 
𝑣𝑎𝑟 =
27 ∗ 500
3600
= 3,75 𝑚3/𝑠 
Fórmula: 
𝑄𝑟𝑒𝑛 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ ∆𝑡 
𝑄𝑟𝑒𝑛 = 3,75 ∗ 1,012 ∗ 8,5 = 32,26 𝑘𝑊 
4.8.Total da Carga Térmica 
 
Somando todas as cargas térmicas calculadas, temos: 
𝑄 = 62,76 + 32,5 + 2,23 + 32,26 = 129,75 𝑘𝑊 
 
5. Conclusão 
Tendo em vista os aspectos observados e em virtude do que foi mencionado no 
projeto, as informações obtidas por meio dos cálculos de carga em cada hora solar 
considerada, foi possível observar e destacar que os valores mais críticos para a carga 
térmica ocorrerão as 11 horas solares, ou seja, nesse horário teremos o pico da carga 
térmica. Temos que CT Total (em kW) é de 129,75 e a CT Total (em BTU/h) é de 
442725,38. 
Tendo em vista que o equipamento sugerido para se ter um bom conforto 
térmico, suporta uma Capacidade de Refrigeração de 120000 BTU/h, destacamos que a 
unidade de 10 TR não é o suficiente para cumprir a carga máxima. Recomendamos que 
seja utilizada pelo menos 4 unidades de 10 TR, ou que está seja substituída por uma 
unidade apenas de 40 TR, para assim suprir a necessidade do edifício. 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
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RAMOS SCHIFFER, Sueli - Manual de conforto térmico : arquitetura, urbanismo - 
5. ed. — São Paulo : Studio Nobel, 2001. 
SIMÕES MOREIRA, JOSÉ R. Ar Condicionado em trens. Notas de aula do curso de 
extensão Tecnologia Metroferroviária, PECE, EPUSP, 2009. 
FIORELLI, FLAVIO. Cálculo de carga térmica de refrigeração para câmaras 
Frigoríficas. São Paulo, 2010. 
 CENTINI, DANIEL - Projeto e Seleção de um Equipamento de Ar Condicionado 
Para um Vagão de Passageiros de Trem. - SÃO PAULO – 2011 
ABNT NBR 16401-1 – Instalações de ar-condicionado – Sistemas Centrais e 
Unitários – Parte 1: Projetos das Instalações. – 2008 
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http://www.perdiamateria.eng.br/Transcal/tabela5.jpg> 
SOUZA, VLADIMIR SOBRAL – Mapa Climático da cidade de João Pessoa – PB. 
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CARVALHO, ARAÚJO E SILVA – Tratamento de dados climáticos da cidade de 
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http://www.perdiamateria.eng.br/Transcal/tabela5.jpg