Carga Térmica em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado - Estimativa e Fatores

Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 1 17 1 Carga Térmica É a quantidade de calor sensível e latente que deve ser retirada resfriamento ou colocada aquecimento no recinto a fim de proporcionar as condições de conforto desejada ou manter as condições do ambiente adequadas para a conservação de um produto ou para realização de um processo de fabricação 11 Estimativa de Carga Térmica A estimativa da carga térmica tem por objetivo avaliar os valores de calor sensível mudança de temperatura e de calor latente mudança da umidade de um ambiente e desta forma a partir dos valores da carga térmica selecionar o equipamento necessário para manter as condições desejadas O valor deve ser calculado na condição mais crítica Recomendase não acrescentar fatores de segurança no cálculo da carga térmica a seleção do equipamento pode ser feita pelo valor aproximado e não necessariamente maior 111 Fatores para Estimativa Para a estimativa da carga térmica é necessário a escolher os valores de projeto da temperatura de bulbo seco e a temperatura de bulbo úmido do ar externo em função da latitude e da altitude do local b escolher as temperaturas de projeto do ambiente condicionado adequadas às pessoas em função de sua idade atividade e roupas c averiguar possíveis condições especiais como recintos adjacentes não condicionados insolação sombreamento externo etc d escolher os coeficientes de transferência de calor das distintas paredes da edificação com base no seu projeto Paredes que separam ambientes na mesma temperatura devem ser ignoradas Os coeficientes de transmissão de calor para inverno aquecimento e para verão resfriamento podem ser diferentes Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 2 17 e com base nas características construtivas da edificação no programa de operação do sistema estimar os valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura f determinar as características adicionais da edificação como localização orientação sombreamento externo e massa as quais afetam o ganho de calor por insolação g com base nas características construtivas da edificação e nas condições de projeto determinar as diferenças de temperatura para a carga de refrigeração fatores de ganho de calor por insolação e fatores de carga de refrigeração apropriados h determinar a taxa de transferência de calor para o recinto em função dos coeficientes de transferência de calor áreas e diferenças de temperatura previamente calculados i para espaços com geração interna de calor luzes equipamentos pessoas etc aplicar os fatores de carga de refrigeração quando necessário e as programações de uso 13 Cálculo da Carga Térmica O processo de cálculo da carga térmica a ser empregado conforme norma ABNT NBR 166553 é o da carga de resfriamento pela diferença de temperatura CLTD Cooling Load Temperature Difference fatores de carga de resfriamento solar SCL Solar Cooling Load e fatores de carga térmica Interna como o fator de ganho por insolação SHGF Solar Heting Gain Factor e o Fator de Sombreamento SC Shade Cooling Load Factor pois este é o processo que melhor se aplica para o cálculo manual lembrando que atualmente a definição da carga térmica é feita através de softwares de dimensionamento Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 3 17 131 Escolha dos valores de projeto da temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido do ar externo Os valores de temperatura e de umidade do ar externo devem ser escolhidos conforme a ABNT NBR 164011 ou utilizando os valores apresentados como referência nas tabelas da norma ABNT NBR 166553 Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 4 17 132 Escolha das temperaturas de projeto do ambiente condicionado A escolha das temperaturas de projeto do ambiente condicionado deve ser adequada às pessoas em função de sua idade atividade e roupas conforme a ABNT NBR 164012 ou utilizando os valores apresentados como referência nas tabelas da norma ABNT NBR 166553 Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 5 17 133 Recintos adjacentes Não Condicionados Para recintos adjacentes não condicionados considerar a temperatura de bulbo seco conforme a seguir a no verão a temperatura de bulbo seco é 3 C acima da temperatura de bulbo seco do ar externo no verão b no inverno a temperatura de bulbo seco é 3 C acima da temperatura de bulbo seco do ar externo no inverno 134 Renovação e Infiltração de Ar Com base nas características construtivas da edificação vedação de janelas e portas nos valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura estimar a taxa de infiltração e ou de ventilação com ar externo Este valor corresponde à parcela não controlada do ar externo conforme ABNT NBR 155751A carga térmica do ar externo é calculada através dos seguintes fatores 1341 Vazão de ar em volume infiltrado ou de renovação Qae QinfA Onde Qae vazão de ar externo expresso em m³h Qinf vazão de ar externo infiltrado ou de renovação expresso em m³h por metro quadrado de piso m² de piso Considerar no mínimo o valor recomendado de 1 Lsm² 36 m³hm² para cada ambiente A área do piso expressa em m² Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 6 17 1342 Vazão em massa de ar infiltrado ou de renovação ṁae Qae13600ρ onde ṁae vazão em massa de ar externo expressa em kgs Qae vazão em volume de ar externo expressa m³h ρ massa específica do ar externo expressa em kgm³ 1343 Carga de ar externo 13431 Calor Sensível qsae qtae qlae onde qsae calor sensível do ar externo expresso em W qtae calor total expresso em W qlae calor latente expresso em W 13432 Calor Total qtae ṁaehae hamb onde ṁae vazão em massa de ar externo expressa em kgs hae entalpia do ar externo expressa em kJkg hamb entalpia do ar do ambiente expressa em kJkg Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 7 17 13433 Calor Latente qlae maehlvWae Wamb onde mae vazão em massa de ar externo expressa em kgs hlv calor latente de vaporização da água igual a 2501kJkg Wae umidade absoluta do ar externo expressa em kgkg Wamb umidade absoluta do ar do ambiente expressa em kgkg 135 Carga Térmica de Condução e Insolação Para o cálculo do valor de carga térmica por transmissão e por insolação deve se considerar as seguintes condições a latitude b orientação c mês do ano d temperatura de bulbo seco externa e interna e horário f características construtivas do edifício g para condições de projeto determinar as diferenças de temperatura para a carga de refrigeração CLTD fatores de ganho de calor por insolação SHGF e fatores de carga de refrigeração CLF apropriados h determinar as características adicionais do edifício como localização orientação norte leste sul e oeste sombreamento externo devido a outras construções ou mesmo árvores as quais afetam o ganho de calor por condução Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 8 17 1351 Diferença de Temperatura para Carga de Refrigeração CLTD A tabela abaixo apresenta as diferenças de temperatura em função das condições de condução de calor 1352 Valor corrigido de CLTD CLTDr Caso seja necessário corrigir o CLTD devese utilizar a seguinte equação CLTDr temperatura de bulbo seco do ar externo 3C a temperatura de bulbo seco do ar interno Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 9 17 1353 Condução de Calor através de Superfícies Opacas Para o cálculo da transmissão de calor por superfícies opacas devese utilizar a seguinte equação qstrans ACLTDr R onde A área da superfície expressa em m² R resistividade térmica da superfície expressa em m²C W 1354 Coeficientes de Transmissão de Calor por Superfícies Opacas As tabelas a seguir trazem as opções de arranjo de materiais usuais para os coeficientes de transmissão de calor que podem ser adotados Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 10 17 1355 Características Adicionais da Edificação Para determinar as características adicionais da edificação os seguintes fatores devem ser observados a localização b orientação norte leste sul e oeste c sombreamento externo devido a outras construções ou mesmo a existência de árvores as quais afetam o ganho de calor por insolação 13551 Fator de Ganho de Calor por Insolação SHGF Fator de Carga de Resfriamento CLF e Fator de Sombreamento SC As tabelas abaixo trazem os fatores mencionados Os fatores de sombreamento devem ser usados no caso de vidros em janelas ou claraboias pois é necessário que a sua transmissibilidade seja reduzida diminuindo a carga térmica interna Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 11 17 Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 12 17 13552 Ganho de Calor Solar através de Vidros O ganho de calor solar através do vidro é calculado com a seguinte equação qsins ASCSHGFCLF onde A a área da janela expressa em m² SC fator de sombreamento SHGF fator de ganho de calor por insolação expresso em Wm² CLF fator de carga de resfriamento em função do horário 136 Calor Interno Devem ser consideradas as cargas relativas às pessoas à iluminação e aos equipamentos que dissipam calor 1361 Pessoas O cálculo da carga térmica interna de pessoas deve ser feito utilizando as seguintes equações qspessoas nº pessoascspessoa onde qspessoas calor sensível referente às pessoas expresso em W npessoas quantidade de pessoas cspessoa calor sensível por pessoa função da atividade expresso em Wpessoa Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 13 17 qlpessoas npessoasctpessoa cspessoa onde qlpessoas calor latente referente a pessoas expresso em W npessoas quantidade de pessoas ctpessoa calor total por pessoa em função da atividade expressa em Wpessoa cspessoa calor sensível por pessoa função da atividade expresso em Wpessoa Fonte NBR164011 Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 14 17 1362 Iluminação A estimativa da potência instalada deve ser calculada conforme equação abaixo Psilum Acsilum onde Psilum potência instalada de iluminação expressa em W A a área de piso expressa em m² csilum potência dissipada específica expressa em Wm² Fonte NBR164011 Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 15 17 1363 Equipamentos Fonte NBR164011 Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 16 17 Fonte NBR164011 Programa de Ensino Disciplina Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aula 3 Folha 17 17 Exemplo de Cálculo de Carga Térmica Dimensione a carga térmica da sala de estar conforme desenho abaixo Nota Assuma as condições necessárias para o exercício