Transferência 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 Aluna Luiza Marra Mendes Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncinci Proença como parte da avaliação da Disciplina de Transferência de Calor 5 de julho de 2025 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 Sumário Sumário 1 1 Introdução 2 2 Identificação e características do ambiente 3 21 Uso e localização 3 22 Dimensões do ambiente 3 23 Envoltória térmica 4 24 Mobiliário e equipamentos 4 3 Parâmetros de projeto 4 31 Condições de temperatura 4 32 Coeficientes de transmissão térmica Uvalues 5 33 Áreas de envoltória térmica 5 4 Cálculo das cargas térmicas 6 41 Carga térmica por condução 6 42 Carga térmica por insolação 6 43 Carga térmica por iluminação e equipamentos 6 44 Carga térmica por pessoas 7 45 Carga térmica por infiltração e ventilação 7 46 Síntese das cargas térmicas 8 47 Conversão para Btuh 8 5 Seleção do sistema de condicionamento de ar 8 6 Memorial de Cálculo 8 61 Carga térmica por condução 8 62 Carga térmica por insolação 9 63 Carga térmica por iluminação e equipamentos 9 64 Carga térmica por pessoas 9 65 Carga térmica por infiltração e ventilação 10 66 Resumo das cargas térmicas e conversão para Btuh 10 7 Discussão dos Resultados Gráficos 11 1 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 1 Introdução Este relatório apresenta o cálculo da carga térmica de um ambiente de trabalho domés tico realizado como parte da disciplina de Transferência de Calor no curso de Engenharia de Produção da UNINTER sob orientação do Prof Marcos Baroncinci Proença O ob jetivo é quantificar as diferentes fontes de ganho de calor e selecionar um sistema de arcondicionado capaz de garantir conforto térmico Para isso utilizei um quarto da minha própria residência unifamiliar como espaço de trabalho home office onde passo horas estudando e realizando atividades acadêmicas O cômodo possui uma janela principal com orientação leste que recebe os primeiros raios solares da manhã e é responsável por parte significativa da carga de insolação As condições de projeto adotadas refletem dias quentes típicos da região Te 32 C Ti 24 C T 8 C Logo embaixo detalho as dimensões os materiais construtivos o mobiliário e os equi pamentos presentes Nas figuras 31 e 2 estão registradas fotos reais do ambiente utilizado para os cálculos Figura 1 Visão geral do quarto residencial utilizado como home office 2 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 Figura 2 Janela principal voltada a leste fonte de insolação matinal 2 Identificação e características do ambiente 21 Uso e localização Ambiente de estudo quarto residencial Localização residência unifamiliar 22 Dimensões do ambiente Comprimento L 40 m Largura W 30 m Altura de piso a forro H 27 m Volume V L W H 324 m3 3 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 23 Envoltória térmica Paredes Material alvenaria de tijolo cerâmico revestido e pintado Espessura 015 m Área bruta das paredes Abruto paredes 2 40 27 30 27 378 m2 Área líquida subtraindo janela Aparedes 378 144 3636 m2 Teto Material laje de concreto com reboco e pintura Área Ateto 40 30 120 m2 Piso Revestimento cerâmica sobre contrapiso Área Apiso 40 30 120 m2 Abertura janela Dimensões 12 m 12 m Área Ajanela 144 m2 Esquadrias alumínio com vidro simples de 4 mm Orientação leste 24 Mobiliário e equipamentos Cama de casal área ocupada 06 m2 Guardaroupa área ocupada 10 m2 Mesa com computador potência elétrica estimada 200 W 3 Parâmetros de projeto 31 Condições de temperatura Temperatura interna de projeto Ti 24 C Temperatura externa de projeto Te 32 C Diferença de temperatura T Te Ti 8 C 4 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 32 Coeficientes de transmissão térmica Uvalues Paredes tijolo cerâmico revestimento Uparedes 072 Wm2 K Teto laje de concreto reboco Uteto 050 Wm2 K Piso cerâmica sobre contrapiso Upiso 150 Wm2 K Tpiso 1 C Janela vidro simples 4mm esquadria de alumínio Ujanela 570 Wm2 K 33 Áreas de envoltória térmica Área líquida de paredes Aparedes 3636 m2 Área do teto Ateto 120 m2 Área do piso Apiso 120 m2 Área da janela Ajanela 144 m2 5 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 4 Cálculo das cargas térmicas 41 Carga térmica por condução Para cada elemento da envoltória térmica aplicase Q U A T Paredes Qparedes Uparedes Aparedes T 072 3636 8 2094 W Teto Qteto Uteto Ateto T 050 120 8 480 W Piso Qpiso Upiso Apiso Tpiso 150 120 1 180 W Janela condução Qjanelacond Ujanela Ajanela T 570 144 8 657 W Carga térmica total por condução Qcond Qparedes Qteto Qpiso Qjanelacond 2094 480 180 657 3411 W 42 Carga térmica por insolação Irradiância solar incidente na janela orientação leste condições de projeto G 300 Wm2 Fator de transmissão térmica do vidro simples 4 mm τ 070 Área da janela Ajanela 144 m2 Cálculo Qinsol G Ajanela τ 300 144 070 3024 W 43 Carga térmica por iluminação e equipamentos Iluminação 4 lâmpadas LED 12W cada Potência total de iluminação Qilum 4 12 48 W 6 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 Equipamentos elétricos Computador de mesa 200W Monitor 50W Potência total inicial Qbruto equip 200 50 250 W Ajuste conforme RU 43xxxx adicionar os 2 primeiros dígitos 43W Qequip 250 43 293 W Carga térmica total de iluminação e equipamentos Qilumequip Qilum Qequip 48 293 341 W 44 Carga térmica por pessoas Dados e suposições Número de ocupantes 1 pessoa Ganho sensível médio por pessoa bases Aula 6 qpbase 70 W Ajuste conforme os últimos 3 dígitos do RU 062W qp qpbase 62 70 62 132 W Carga térmica total de pessoas Qpessoas qp 132 W 45 Carga térmica por infiltração e ventilação Dados e suposições Volume do ambiente V 324 m3 Troca de ar por infiltraçãoventilação n 05 ACH air changes per hour Fator de conversão de vazão para carga Aula 6 033 Wm3 K T 8 C Cálculo Qvent 033 V n T 033 324 05 8 428 W 7 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 46 Síntese das cargas térmicas Qcond 3411 W Qinsol 3024 W Qilumequip 3410 W Qpessoas 1320 W Qvent 428 W Qtotal 11593 W 47 Conversão para Btuh 1 W 3412 Btuh Qtotal 11593 3412 3956 Btuh 5 Seleção do sistema de condicionamento de ar Com base na carga térmica total de aproximadamente 3960 Btuh buscase um aparelho de arcondicionado com capacidade nominal ligeiramente superior por exemplo Aparelho split inverter 9 000 Btuh categoria residencial leve Eficiência energética Selo Procel A Consumo aproximado 800900W elétricos MarcaModelo sugerido LG Dual Inverter Voice 9000Btuh 6 Memorial de Cálculo 61 Carga térmica por condução 1 Coeficientes de transmissão térmica adotados Paredes Uparedes 072 Wm2 K Teto Uteto 050 Wm2 K Piso Upiso 150 Wm2 K Janela Ujanela 570 Wm2 K 2 Áreas consideradas Aparedes 3636 m2 Ateto 120 m2 Apiso 120 m2 Ajanela 144 m2 3 Diferença de temperatura T 8 C 4 Cálculos Q U A T 8 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 Paredes Qparedes 072 3636 8 2094 W Teto Qteto 050 120 8 480 W Piso Qpiso 150 120 1 180 W Janela Qjanela 570 144 8 657 W 5 Total por condução Qcond 3411 W Tabela 1 Parâmetros e resultados da condução térmica Elemento U Wm2K A m2 T K Q W Paredes 072 3636 8 2094 Teto 050 1200 8 480 Piso 150 1200 1 180 Janela 570 144 8 657 Total 3411 62 Carga térmica por insolação 1 Irradiância solar adotada G 300 Wm2 2 Fator de transmissão do vidro τ 070 3 Área da janela Ajanela 144 m2 4 Cálculo Qinsol G Ajanela τ 300 144 070 3024 W 63 Carga térmica por iluminação e equipamentos 1 Iluminação 4 lâmpadas LED de 12W Qilum 48 W 2 Equipamentos Qbruto equip 200 50 250 W Qequip 250 43 293 W ajuste RU 43W 3 Total Qilumequip 48 293 341 0 W 64 Carga térmica por pessoas 1 Ganho sensível base qpbase 70 W 2 Ajuste RU 062W qp 70 62 132 W 3 Total Qpessoas 132 W 9 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 65 Carga térmica por infiltração e ventilação 1 Volume do ambiente V 324 m3 2 Troca de ar n 05 ACH 3 Fator de conversão 033 Wm3 K 4 Cálculo Qvent 033 324 05 8 428 W 66 Resumo das cargas térmicas e conversão para Btuh Tabela 2 Resumo das cargas térmicas em W e em Btuh Fonte Q W Q Btuh Condução 3411 11638 Insolação 3024 10318 Iluminação Equip 3410 11635 Pessoas 1320 4504 Ventilação 428 1460 Total 11593 39555 10 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 7 Discussão dos Resultados Gráficos Os gráficos apresentados permitem visualizar de forma clara a contribuição relativa de cada fonte de carga térmica no ambiente estudado Condução 3411 W É uma das maiores parcelas pois envolve todo o envoltório paredes teto piso e vidro A transmissão através da janela com vidro simples também reforça esse valor elevado Insolação 3024 W Representa a parcela de radiação solar incidente na janela voltada para leste Embora a área seja pequena o alto ganho de calor mostra a importância de vidros com melhor fator de transmissão ou sombreamento Iluminação e equipamentos 3410 W Equipamentos eletrônicos especialmente o computador e monitor respondem pela maior parte dessa carga O uso de lâmpadas LED reduz bastante o impacto da iluminação Pessoas 1320 W Como há apenas um ocupante esta carga é relativamente mo desta mas significativa para conforto térmico pois representa o calor interno gerado pelo metabolismo Ventilação 428 W A menor contribuição ocorre por conta do baixo número de trocas de ar consideradas 05 ACH Em ambientes com maior ventilação natural ou mecânica esse valor tenderia a aumentar Conversão em Btuh Ao transformar as cargas para Btuh mantémse a mesma ordem de grandeza relativa facilitando a comparação com as capacidades nominais dos aparelhos de arcondicionado disponíveis no mercado Em síntese as maiores cargas são por condução e por equipamentos seguidas de perto pela insolação Para otimizar o desempenho do sistema de arcondicionado recomenda se Melhorar o isolamento ou usar vidro de controle solar na janela 11 Transferência de Calor Carga Térmica RU 4349062 Escolher equipamentos de arcondicionado com eficiência energética elevada Selo Procel A ou superior Considerar práticas de sombreamento persianas cortinas térmicas para reduzir a carga de insolação 12