Atividade de Transferencia de Calor

Disciplina de Transferência de Calor Prof Dr Marcos Baroncini Proença 1 Atividade Prática de Transferência de Calor OBJETIVO Essa atividade tem como intuito aplicar na prática os conceitos abordados na disciplina de Transferência de Calor como transferência de calor por condução por convecção e por radiação bem como carga térmica aplicada ao conceito de conforto térmico no ambiente de trabalho doa discente Deverá então calcular a carga térmica de seu ambiente de trabalho e em função da carga térmica obtida e convertida para Btuh selecionar um sistema de condicionamento de ar para ser usado a fim de garantir o conforto térmico do ambiente MATERIAL DE CONSULTA Para a realização desta atividade prática o discente ou a discente deve consultar a Aula 6 do Roteiro de Estudos e o Caderno de Exercícios disponibilizado a partir da página 83 Usar a expressão e a metodologia gráficos e tabelas fornecidos na Aula 6 e no Caderno de exercícios a partir da página 83 para fazer os cálculos de cada carga térmica e da carga térmica total Deve também somar à carga térmica por pessoas os últimos 3 algarismos de seu RU e à carga térmica por equipamentos os 2 primeiros algarismos de seu RU Por exemplo supondo que o RU doa discente é 9876543 e que a carga térmica por pessoas tenha dado 240 W Assim a carga térmica por pessoas passaria a ser qp 240 543 783 W Supondo que a carga térmica por equipamentos tenha dado 60W Assim a carga térmica por equipamentos daria qE 6098 158 W Para transformar a carga térmica calculada em W para Btuh deve usar a seguinte relação 1 W 3412 Btuh Para selecionar o sistema de condicionamento de ar deve buscar ofertas de fornecedores representantes ou mesmo na internet Disciplina de Transferência de Calor Prof Dr Marcos Baroncini Proença 2 ATIVIDADE RELATÓRIO TÉCNICO Oa discente deve calcular a Carga Térmica total do seu ambiente de trabalho e selecionar o sistema de condicionamento de ar mais adequado para garantir o conforto térmico no ambiente O Relatório Técnico deve apresentar os cálculos das carga térmicas e a seleção do sistema de condicionamento de ar seguindo as seguintes etapas Identificação de seu ambiente de trabalho podendo anexar fotos Identificação de cada fonte de carga térmica Carga térmica por condução e convecção Carga térmica por insolação Carga térmica por iluninação e por equipamentos Carga térmica por pessoas Carga térmica por infiltração e Carga térmica por ventilação Cálulos de todas as cargas térmicas de acordo com a metodologia apresentada na Aula 6 do Roteiro de Estudos Fazer o memorial de cálculo dos resultados obstidos para cada carga térmica Calcular a carga térmica total através da soma das cargas térmicas determinadas e converter para Btuh OBSERVAÇÃO Caso o ou a discente não esteja trabalhando no momento pode usar um cômodo de sua casa Disciplina de Transferência de Calor Prof Dr Marcos Baroncini Proença 3 TUTORIAL TRABALHO TRANSFERÊNCIA DE CALOR 1 Identificar o ambiente de trabalho ou de uso diário que selecionará para a atividade prática 2 Fazer o levantamento das fontes de carga térmica presentes no ambiente de trabalho selecionado 3 Fazer um descritivo das equações tabelas e gráficos que usará para a determinação das cargas térmicas das fontes selecionadas 4 Calcular as cargas térmicas de cada fonte 5 Calcular a carga térmica total do ambiente selecionado 6 Apresentar o memorial de cálculo com a carga térmica total em Btuh OBS para converter W para Btuh pode multiplicar o resultado em W por 3412 uma vez que 1 W equivale aproximadamente a 3412 Btuh Disciplina de Transferência de Calor Prof Dr Marcos Baroncini Proença 4 UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO CARGA TÉRMICA ARIAL 14 Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncini Proença como parte da avaliação da Disciplina de Transferência de Calor Arial 10 ESTRUTURA DO TRABALHO CAPA conforme abaixo Disciplina de Transferência de Calor Prof Dr Marcos Baroncini Proença 5 ALUNO A CIDADE DATA ARIAL 12 SUMÁRIO páginas referentes a cada título e subtítulo INTRODUÇÃO comentário sobre a localização da empresa e do ambiente de trabalho selecionado para o cálculo da carga térmica se possível com anexação de fotos FONTES DE CARGA TÉRMICA descrição de todas as fontes de carga térmica presentes no ambiente de trabalho selecionado CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA DAS FONTES DE CALOR cálculo da carga térmica de cada fonte de calor CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA TOTAL calcular a carga térmica total do ambiente selecionado convertendo o resultado para Btuh MEMORIAL DE CÁLCULO apresentar as cargas térmicas calculadas para cada fonte e a carga térmica total na forma de tabela UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO CARGA TÉRMICA Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncini Proença como parte da avaliação da Disciplina de Transferência de Calor ALUNO A NOME CIDADE 26032006 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 3 2 FONTES DE CARGA TÉRMICA 6 3 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA DAS FONTES DE CALOR 6 31 Carga Térmica por Condução e Convecção 6 32 Carga Térmica por Insolação 7 33 Carga Térmica por Iluminação 8 34 Carga Térmica por Equipamentos 8 35 Carga Térmica por Pessoas 8 36 Carga Térmica por Infiltração 9 4 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA TOTAL 9 5 MEMORIAL DE CÁLCULO 10 6 SELEÇÃO DO SISTEMA DE CONDICIONAMENTO DE AR 11 7 CONCLUSÃO 12 8 REFERÊNCIAS13 1 INTRODUÇÃO A transferência de calor é um ramo da física que estuda a energia térmica em trânsito decorrente de diferenças de temperatura entre corpos ou sistemas Seus mecanismos fundamentais como condução convecção e radiação estão diretamente relacionados ao conforto térmico em ambientes ocupados uma vez que a sensação de bemestar está vinculada à capacidade do ambiente de manter condições adequadas de temperatura umidade e movimento do ar O presente trabalho tem como objetivo aplicar os conceitos teóricos da disciplina de Transferência de Calor no dimensionamento da carga térmica de um ambiente de trabalho ou cômodo residencial a fim de selecionar um sistema de condicionamento de ar capaz de garantir o conforto térmico dos ocupantes Para isso são identificadas e quantificadas as principais fontes de carga térmica presentes no local condução e convecção através das paredes teto e piso insolação pelas janelas iluminação equipamentos eletrônicos ocupação humana infiltração de ar externo e ventilação A metodologia adotada segue as diretrizes apresentadas na Aula 6 do Roteiro de Estudos e no Caderno de Exercícios da disciplina utilizando equações tabelas e gráficos específicos para cada parcela da carga térmica Conforme orientação os valores obtidos para carga térmica por pessoas e por equipamentos são ajustados com os algarismos do RU do discente personalizando o cálculo Ao final a carga térmica total expressa em Watts W é convertida para Btuh 1 W 3412 Btuh permitindo a seleção de um sistema de arcondicionado adequado disponível no mercado O presente relatório técnico tem como objetivo dimensionar a carga térmica da sala de estar de uma residência térrea localizada na cidade de Recife Pernambuco região caracterizada por clima quente e úmido com temperaturas médias anuais elevadas e alta incidência solar O estudo foi realizado com base nos conceitos de transferência de calor por condução convecção e radiação aplicando a metodologia apresentada na Aula 6 do Roteiro de Estudos da disciplina de Transferência de Calor O ambiente selecionado para a análise é a sala de estar da residência com dimensões de 8 metros de comprimento por 6 metros de largura e pédireito de 280 metros O cômodo possui duas paredes externas com orientação norte e oeste ambas com janelas e é utilizado diariamente por dois adultos e uma criança além de conter equipamentos eletroeletrônicos e sistema de iluminação artificial A seguir são apresentadas fotos do ambiente estudado CALCULUS KNOWLE Por meio desta atividade buscase consolidar os conhecimentos sobre dimensionamento de sistemas de climatização associando teoria e prática em uma situação real de engenharia 2 FONTES DE CARGA TÉRMICA No ambiente analisado foram identificadas as seguintes fontes de carga térmica conforme classificação da metodologia adotada Carga térmica por condução e convecção referente à transferência de calor através das paredes externas norte e oeste e do teto cobertura cerâmica com forro devido à diferença de temperatura entre o interior 24C e o exterior 32C Carga térmica por insolação decorrente da radiação solar direta que incide sobre as janelas localizadas nas paredes norte e oeste Carga térmica por iluminação proveniente das lâmpadas LED instaladas no ambiente Carga térmica por equipamentos gerada por televisor desktop impressora e ventilador de teto Carga térmica por pessoas devido ao calor sensível e latente emitido pelos ocupantes dois adultos e uma criança Carga térmica por infiltração resultante da entrada de ar externo através de frestas e aberturas não vedadas 3 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA DAS FONTES DE CALOR 31 Carga Térmica por Condução e Convecção Foram consideradas as paredes externas norte e oeste e o teto O coeficiente global de transferência de calor U adotado foi Paredes 25 Wm²K tijolo com reboco Teto com forro 18 Wm²K Diferença de temperatura ΔT 32C24 C8C Tabela 1 Carga térmica por condução e convecção Superfície Área Líquida m² U Wm²K ΔT K Carga W Parede Oeste 148 25 8 2960 Parede Norte 194 25 8 3880 Teto 480 18 8 6912 Total 13752 W 32 Carga Térmica por Insolação Utilizouse fator de radiação solar para vidro comum 3 mm de 085 com valores de radiação incidente conforme orientação e horário crítico 15h Tabela 2 Cargas térmicas por insolação Orientaçã o Área m² Radiação Wm² Fato r Carga W Oeste 20 500 085 8500 Norte 30 200 085 5100 Total 13600 W 33 Carga Térmica por Iluminação Iluminação composta por 2 lâmpadas LED de 10 W cada qilum21020W 34 Carga Térmica por Equipamentos Potência estimada dos equipamentos Ventilador de teto 80 W Televisor 50 180 W Desktop 800 W 1000 VA 08 Impressora 50 W Soma 80180800501110 W Ajuste pelos primeiros 2 algarismos do RU 50 qequip1110501160 W 35 Carga Térmica por Pessoas Considerouse atividade leve trabalho sentado Adulto 115 W cada 70 W sensível 45 W latente Criança 80 W Soma 211580310 W Ajuste pelos últimos 3 algarismos do RU 208 qpessoas310208518W 36 Carga Térmica por Infiltração Volume da sala 8628134 4 m 3 Taxa de infiltração adotada 05 trocashora Vazão de ar 134 405672 m 3h Calor sensível qinfs03367 281774 W Calor latente estimado qinfl53W Total infiltração 177453230 4 W 4 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA TOTAL Na Tabela 3 apresentamos a soma das parcelas anteriormente calculadas Tabela 3 Carga térmica total Fonte Carga W Condução e Convecção 13752 Insolação 13600 Iluminação 200 Equipamentos 11600 Pessoas 5180 Infiltração 2304 TOTAL 46636 W Fonte Carga W Conversão para Btuh 1 W 3412 Btuh 4663 6341215910Btuh Cargatérmicatotal15910 Btuh 5 MEMORIAL DE CÁLCULO Na tabela 4 apresentamos o memorial de cálculo com base nos valores previamente calculados e sua respectiva conversão para Btuh Tabela 5 Memorial de cálculo Item Descrição Valor W Valor Btuh 1 Condução e Convecção 13752 4692 2 Insolação 13600 4640 3 Iluminação 200 68 4 Equipamentos 11600 3958 5 Pessoas 5180 1767 6 Infiltração 2304 786 TOTAL CARGA TÉRMICA TOTAL 46636 W 15911 Btuh 6 SELEÇÃO DO SISTEMA DE CONDICIONAMENTO DE AR Com base na carga térmica total calculada de aproximadamente 15910 Btuh recomendase a instalação de um sistema de ar condicionado com capacidade nominal de 18000 Btuh garantindo folga para eventuais variações de carga e maior eficiência operacional Pesquisa de mercado indicou os seguintes modelos disponíveis Tabela 6 Opções de ar condicionado para o dimensionamento da sala Marca Modelo Tipo Capacidade Btuh Consumo W Preço R LG S3W18 Split Hi Wall 18000 1800 329900 Samsung WindFree Split Hi Wall 18000 1750 349900 Springer Midea Split Hi Wall 18000 1850 289900 7 CONCLUSÃO O presente trabalho teve como objetivo dimensionar a carga térmica da sala de estar de uma residência térrea localizada em Recife PE aplicando os conceitos de transferência de calor por condução convecção radiação além das contribuições de iluminação equipamentos pessoas e infiltração de ar conforme metodologia apresentada na disciplina A partir do levantamento das características do ambiente e das fontes de calor presentes obtevese uma carga térmica total de aproximadamente 46636 W correspondente a 15911 Btuh Esse valor representa a quantidade de calor que deve ser removida do ambiente para que as condições internas de temperatura e umidade sejam mantidas em níveis adequados ao conforto térmico dos ocupantes Com base nesse resultado verificouse que a seleção de um sistema de ar condicionado com capacidade de 18000 Btuh é a mais adequada pois atende à carga térmica calculada com margem de segurança garantindo eficiência operacional e evitando sobrecarga do equipamento A escolha do modelo deve considerar ainda critérios como eficiência energética selo Procel A facilidade de instalação e custobenefício sendo o modelo Split HiWall a opção mais indicada para ambientes residenciais Por fim este estudo evidencia a importância do correto dimensionamento da carga térmica para a seleção de sistemas de climatização contribuindo não apenas para o conforto térmico dos usuários mas também para a eficiência energética e a durabilidade dos equipamentos instalados A metodologia empregada mostrouse eficaz e de fácil aplicação podendo ser estendida a outros ambientes residenciais ou comerciais como ferramenta de apoio ao projeto de sistemas de ar condicionado 8 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 164011 Instalações de ar condicionado Sistemas centrais e unitários Parte 1 Requisitos para projetos e especificações Rio de Janeiro ABNT 2008 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 164012 Instalações de ar condicionado Sistemas centrais e unitários Parte 2 Parâmetros de conforto térmico Rio de Janeiro ABNT 2008 ÇENGEL Yunus A GHAJAR Afshin J Transferência de calor e massa uma abordagem prática 4 ed Porto Alegre AMGH 2012 INCROPERA Frank P et al Fundamentos de transferência de calor e massa 7 ed Rio de Janeiro LTC 2014 PROENÇA Marcos Baroncini Transferência de Calor roteiro de estudos Universidade 2024 SILVA Carlos Alberto Climatização e conforto térmico em ambientes construídos 2 ed São Paulo Blucher 2019