Trabalho de Termodinâmica e Transmissão de Calor

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL BRAZ BORGES DE OLIVEIRA FILHO LAYLLA VIDOTTO DE MELLO NATALYA GUERRA BRANCO TRABALHO DE TERMODINÂMICA E TRANSMISSÃO DE CALOR CONFORTO TÉRMICO VITÓRIAES 2018 BRAZ BORGES DE OLIVEIRA FILHO LAYLLA VIDOTTO DE MELLO NATALYA GUERRA BRANCO TRABALHO DE TERMODINÂMICA E TRANSMISSÃO DE CALOR CONFORTO TÉRMICO Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Civil como parte dos requisitos necessários à obtenção de nota na disciplina de Termodinâmica e Transmissão de Calor Professora Elias Antonio Dalvi Disciplina MCA08764 Turma T01 20181 Grupo 9 VITÓRIAES 2018 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 3 2 OBJETIVO 3 3 CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO 4 31 FINALIDADE E LOCALIZAÇÃO 4 32 TEMPERATURA EXTERNA E INTERNA 4 33 RELAÇÃO DAS ÁREAS 5 34 MATERIAIS 5 4 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA 6 41 CARGA DE TRANSMISSÃO E IRRADIAÇÃO 7 42 PESSOAS 9 43 RAÇÃO DE AR E INFILTRAÇÃO 9 44 ILUMINAÇÃO 12 45 MOTORES E ARTEFATOS 13 46 CARGA TÉRMICA TOTAL 15 5 CONCLUSÃO 15 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 16 3 1 INTRODUÇÃO Uma das maiores dificuldades de projetos arquitetônicos atualmente é conciliar conforto térmico e economia de energia um dos pilares da sustentabilidade O conforto térmico é um requisito de desempenho para toda edificação e segundo a NBR 1522012005 é definido como a satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do ambiente Para atingir o conforto térmico de uma edificação é necessário portanto a determinação da carga térmica O conceito de carga térmica define a quantidade de calor que deve ser fornecida ou retirada de um ambiente a fim de que ele garanta conforto térmico aos usuários A carga térmica é dada pela quantidade de calor sensível ou seja quantidade de calor necessária para elevarse a temperatura e de calor latente isto é quantidade de calor necessária para mudança de estado sem que haja alteração de temperatura A diferença de cada tipo de calor em transmissão depende das condições de origem da carga térmica Nesse sentido a fim de conciliar o conforto com a economia devese determinar por meio de cálculos as cargas térmicas dos ambientes em função das condições em que se encontram Com isso é possível realizar análises a respeito do dimensionamento dos equipamentos necessários para o ambiente ideal da edificação 2 OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo analisar e calcular a carga térmica de uma edificação em suas condições extremas de uso ou seja quando os cálculos gerarem a maior carga térmica em termos de normatização Para isso foi projetada uma edificação com dimensões préestabelecidas definido sua localidade finalidade bem como os materiais usados para construíla 4 3 CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO A determinação da carga térmica se dá em função das características listadas nos itens que se seguem 31 FINALIDADE E LOCALIZAÇÃO A edificação projetada é um espaço cultural com Teatro e Cinema e têm por finalidade o entretenimento da população local A estrutura fica localizada na cidade de Vitória Espírito Santo e sua fachada principal está orientada a um ângulo de 80 com o Norte A planta baixa e um corte da edificação podem ser visualizadas em anexo A localização da edificação é necessária para o cálculo da carga térmica No cálculo é preciso definir as orientações das paredes e das esquadrias portas e janelas uma vez que cada parte da edificação está exposta a luz do sol e ventos em horários e quantidades diferentes durante o dia 32 TEMPERATURA EXTERNA E INTERNA Tomando como ponto de partida a localização da edificação e a consulta da Norma da ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 6401 foi possível chegar a estes valores de temperatura para edificação Temperatura externa 𝑇𝑒 33 𝐶 Tabela 6 NBR 6401 Temperatura interna 𝑇𝑖 25 𝐶 Tabela 1 NBR 6401 Temperatura do solo 𝑇𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑇𝑒 5 𝐶 28 𝐶 Tais valores serão utilizados na maioria dos cálculos de carga térmica descritos adiante Além disso nos cálculos a temperatura interna foi considerada como constante em todos os ambientes internos 5 33 RELAÇÃO DAS ÁREAS Para cálculo da carga térmica é necessário conhecer a área das paredes bem como a área ocupada por portas e janelas Neste trabalho foram considerados apenas as paredes portas e janelas externas para calcular a carga térmica a fim de chegar a um valor aproximado da carga térmica no local Além disso foram consideradas apenas a área do piso em contato com o solo dividida entre a área curva da recepção e camarim e a área retangular do teatro ver anexo A área da cobertura por sua vez foi também dividida de maneira semelhante por motivação arquitetônica 34 MATERIAIS Os materiais utilizados na construção são relevantes para o cálculo da carga térmica visto que cada material possui seu próprio coeficiente total de transmissão de calor 𝐾 ou seja o coeficiente transferência de calor externo entre os fluídos e a parede somado à condutividade interna da própria parede Os materiais utilizados no projeto foram escolhidos com base na Tabela 68 presente em Costa 1974 e estão listados no quadro 1 Quadro 1 Materiais utilizados no projeto Código Material B15 Tijolos refratários cheios 12cm rebocado 1 face B34 Tijolos comuns cheios 12 cm e Celotex 25 cm rebocado 2 faces C14 Concreto 10 cm com piso de tacos e estuque suspenso C15 Concreto 10 cm com forro de Celotex 15 cm suspenso E1 Concreto 10 cm com impermeabilização de feltro F2 Madeira de 25 cm e telha de barro G3 Portas duplas de madeira com vidros espaço 2 cm G8 Portas de madeira maciça 4cm G9 Blocos de vidro 195 x 195 x 98 cm H2 Janela duplas Ademais as características da superfície das paredes das esquadrias e do telhado irão influenciar no cálculo da carga térmica visto que de acordo com o tipo de 6 superfície a carga térmica calculada varia Sendo assim foram definidas as seguintes superfícies listadas no quadro 2 Quadro 2 Caracterização das superfícies Parede Superfície Fachada Opaca cor média Entrada Transparente com cortinas claras interna Demais paredes Opaca cor clara Janela Superfície Todas janelas Transparente com persiana interna Porta Superfície Entrada Transparente com cortina clara interna Lateral Opaca cor média Telhado Superfície Região circular Opaca cor clara Região retangular Opaca cor média 4 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA A determinação da carga térmica envolve inúmeras etapas a serem analisadas e para o cálculo apresentado adiante as seguintes foram utilizadas Carga de transmissão Carga de irradiação Número de pessoas considerando a atividade realizada por estas Ração e infiltração de ar Iluminação Motores e artefatos presentes na edificação A partir dos dados coletados em cada etapa calculouse a carga térmica total da edificação 7 41 CARGA DE TRANSMISSÃO E IRRADIAÇÃO A carga de transmissão é a quantidade de calor transmitida por meio de condução através das superfícies que limitam a edificação O cálculo dessa carga é feito a partir da equação 1 a seguir Sendo 𝐾 Kcalm2 h C coeficiente total de transmissão de calor baseado em Costa 1974 𝑆 m² área da superfície 𝑇 C diferença entre a temperatura externa e a temperatura interna Entendese por calor de irradiação a quantidade de calor recebida pela edificação na pior situação ou seja no horário de maior insolação e no verão Ele é calculado utilizando a equação 2 a seguir Sendo 𝐾 Kcalm2 h C coeficiente total de transmissão de calor baseado em Costa 1974 𝑆 m² área da superfície 𝑇C diferença de temperatura hipotética de insolação com base nas tabelas 104a e 10 4b contidas em Costa 1974 Assim para o cálculo dessas cargas apresentado nas tabelas 1 2 e 3 foi utilizada a equação 3 seguinte que permite encontrar o calor de transmissão junto ao calor de irradiação Sendo 𝐾 𝑆 𝑇 e 𝑇 as variáveis acima apresentadas 𝑄 σ 𝐾 𝑆 𝑇 Kcalh 1 𝑄 σ 𝐾 𝑆 𝑇 Kcalh 2 𝑄 σ 𝐾 𝑆 Δ𝑇 𝑇 3 8 Tabela 1 Carga térmica de transmissão e irradiação das esquadrias NOME DIR MAT K SUPERFÍCIE T DIMENSÕES CARGA TÉRMICA LARG ALT ÁREA P1 E G3 2200 Transparente com cortina clara interna 4830 400 300 1200 1486320 P2 E G8 2250 Opaca cor média 1445 280 210 588 297014 J1 SO H2 1700 Transparente com persiana interna 3550 200 100 200 147900 J2 SO H2 1700 3550 200 100 200 147900 J3 NO H2 1700 3000 200 100 200 129200 J4 NO H2 1700 3000 200 100 200 129200 J5 O H2 1700 4830 200 100 200 191420 J6 O H2 1700 4830 200 100 200 191420 J7 NO H2 1700 3000 200 100 200 129200 J8 NO H2 1700 3000 200 100 200 129200 J9 NO H2 1700 3000 090 140 126 81396 J10 NO H2 1700 3000 090 140 126 81396 J11 NO H2 1700 3000 200 100 200 129200 J12 NO H2 1700 3000 200 100 200 129200 Tabela 2 Carga térmica de transmissão e irradiação das paredes NOME DIR MAT K SUPERFÍCIE T DIMENSÕES ÁREA S ESQ CARGA TÉRMICA LARG ALT ÁREA TOTAL P1 SE B34 0710 Opaca cor média 1000 2200 1400 30800 30800 3936240 P2 O B15 2900 Opaca cor clara 722 500 1400 7000 6600 3089660 P3 NO B15 2900 Opaca cor clara 389 400 1400 5600 5200 1930936 P3 NO B34 0710 Opaca cor clara 389 2500 1400 35000 34748 2954665 P4 NO B34 0710 Opaca cor clara 389 700 500 3500 3100 295467 P5 E B34 0710 Opaca cor clara 722 500 1400 7000 7000 756434 P6 SE B34 0710 Opaca cor média 1000 700 900 6300 6300 805140 P7 O B15 2900 Opaca cor clara 722 700 900 6300 6300 2780694 P8 E B34 0710 Opaca cor clara 722 700 900 6300 6300 680791 A E G9 2400 Transparente com cortinas claras interna 4830 1100 500 5498 4298 7428610 B SO B34 0710 Opaca cor clara 445 1100 500 5498 5098 485977 C NO B34 0710 Opaca cor clara 389 1100 500 5498 5098 464118 D E B34 0710 Opaca cor clara 722 1100 500 5498 5098 594102 P1 SE B34 0710 Opaca cor média 1000 2200 1400 30800 30800 3936240 Tabela 3 Carga térmica de transmissão e irradiação das paredes NOME MATERIAL K SUPERFICIE T T ÁREA CARGA TÉRMICA PISO 1 C14 1370 3 0 153938 632685 PISO 2 C15 1120 3 0 348000 1169280 TELHADO 1 E1 3500 Opaca cor clara 8 128 153938 11206689 TELHADO 2 F2 2600 Opaca cor média 9 233 348000 29225040 A carga térmica total de transmissão e irradiação é portanto 7183649 Kcalh 9 42 PESSOAS A estimativa da quantidade de pessoas ocupantes do local sendo considerada a capacidade máxima do edifício também é um dado importante O total estimado para a edificação projetada é de 550 pessoas Este cálculo foi feito a partir da área da edificação onde pode haver lotação máxima dividido pelo valor de área por pessoa retirado da tabela 9 da ABNT NBR 6401 O cálculo da carga térmica referente às pessoas é feito pelo número de pessoas multiplicado pelos limites médios de carga térmica em função da atividade obtido a partir da Tabela 1012 em Costa 1974 São consideradas a quantidade de pessoas sentadas em pé e andando uma vez que a atividade por ela realizada altera a carga térmica Na tabela 4 abaixo estão relacionados tais dados Tabela 4 Carga térmica de pessoas ATIVIDADE ÁREA ÚTIL ÁREA POR PESSOA Nº PESSOAS FUNÇÃO CARGA TÉRMICA POR ATIVIDADE CARGA TOTAL SENTADAS 39347 075 524 PÚBLICO 90 47160 5 BILHETERIA 90 450 EM PÉ 5 SEGURANÇAS 110 550 ANDANDO 15 PÚBLICOEQUIPE TÉCNICAARTISTAS 200 3000 A carga térmica total de pessoas é portanto 5116000 Kcalh 43 RAÇÃO DE AR E INFILTRAÇÃO A ração de ar é a quantidade de ar externo necessário para renovação a fim de que os ocupantes do ambiente tenham conforto térmico relacionado ao ar O cálculo da ração de ar é feito a partir de do número máximo de pessoas vezes o valor da ração de ar obtido a partir da Tabela 4 ABNT NBR 6401 A fórmula está descrita na equação 4 Sendo 𝑅 ração total de ar m³pessoa 𝑁 número de pessoas presentes no local 𝑟 quantidade de ar externo para renovação m³pessoa 𝑅 𝑁 𝑟 4 10 Os valores encontrados encontramse na tabela 5 a seguir Tabela 5 Ração de ar QUANTIDADE DE AR EXTERNO PARA RENOVAÇÃO 13 NÚMERO DE PESSOAS 549 RAÇÃO DE AR 7137 A infiltração de ar externo em um ambiente acontece por meio das portas janelas e as frestas das mesmas e essa entrada de ar causa aumento na carga térmica do ambiente Desse modo o cálculo da carga térmica de infiltração é feito pela quantidade ar que entra pelas frestas e pelas portas abertas Esse valor é obtido a partir da Tabela 8 ABNT NBR 6401 de acordo com o tipo de abertura das portas e janelas Segue abaixo a tabela com os valores Tabela 6 Infiltração de ar exterior PELAS FRESTAS ABERTURA TIPO m³h POR METRO DE FRESTA PERÍMETRO DE FRESTA QUANTIDADE DE AR P1 Porta malajustada 13 17 22100 P2 Porta malajustada 13 119 15470 J1 Janela comum 3 7 2100 J2 Janela comum 3 7 2100 J3 Janela comum 3 7 2100 J4 Janela comum 3 7 2100 J5 Janela comum 3 7 2100 J6 Janela comum 3 7 2100 J7 Janela comum 3 7 2100 J8 Janela comum 3 7 2100 J9 Janela basculante 3 46 1380 J10 Janela basculante 3 46 1380 J11 Janela comum 3 7 2100 J12 Janela comum 3 7 2100 PELAS PORTAS ABERTAS P1 358889 Além disso é possível calcular a quantidade de ar insuflado isto é o tanto de ar que ainda é preciso em um ambiente a fim de que atinja a ração de ar O cálculo de ar insuflado é feito subtraindo da ração de ar o valor da quantidade de ar infiltrado A fórmula para o ar insuflado está a seguir 11 Sendo 𝐴𝑖𝑛𝑠 quantidade de ar insuflado 𝐴𝑖𝑛𝑓 quantidade de ar infiltrado 𝑅 m³pessoa ração de ar O valor obtido a partir da fórmula acima encontrase na tabela abaixo Tabela 7 dimensionamento de quantidade de ar insuflado RAÇÃO DE AR AR INFILTRADO AR INSUFLADO 7137 420219 293481 Vale ressaltar ainda que a entrada de ar externo produz calor sensível e calor latente já explicados anteriormente que somados resultam na carga térmica do ar externo Eles são obtidos pelas seguintes equações Sendo 𝑄𝑠 Kcalh calor sensível devido ao ar externo 𝛾 kgm³ densidade do ar ajustado para a altitude local 𝑐𝑝 kJkg calor específico do ar seco 𝑉 m³h vazão de ar externo 𝑇𝑒 C temperatura do ar externo 𝑇𝑖 C temperatura interna do ambiente Sendo 𝑄𝑙 Kcalh calor latente devido ao ar externo 𝛾 kgm³ densidade do ar ajustado para a altitude local 𝑐𝑝 kJkg calor específico do ar seco 𝑉 m³h vazão de ar externo 𝑋𝑒 gkg ar seco umidade específica do ar externo 𝑋𝑖 gkg ar seco umidade específica interna da sala 𝐴𝑖𝑛𝑠 𝑅 𝐴𝑖𝑛𝑓 5 𝑄𝑠 𝑉 𝛾 𝑐𝑝 𝑇𝑒 𝑇𝑖 6 𝑄𝑙 𝑉 𝛾 𝑐𝑝 𝑋𝑒 𝑋𝑖 7 12 Os valores 𝑋𝑒 e 𝑋𝑖 são ambos retirados da carta psicrométrica em função da temperatura e do grau higrométricos presente em Costa 1994 O valor obtido a partir da soma das fórmulas acima encontrase na tabela abaixo Tabela 8 Carga térmica do ar externo AR INFILTRADO 𝜸 𝒄𝒑 𝑻𝒆 𝑻𝒊 𝑸𝒔 420219 0288 33 25 9681846 AR INFILTRADO 𝜸 𝒄𝒑 𝑿𝒆 𝑿𝒊 𝑸𝒍 420219 0720 178 12 17548345 A carga térmica total do ar externo é portanto 2723019 Kcalh 44 ILUMINAÇÃO A iluminação artificial de um ambiente é feita a partir de lâmpadas Dessa maneira a carga térmica de iluminação diz respeito a energia consumida pelas lâmpadas que é quase totalmente convertida em carga térmica As lâmpadas podem ser incandescentes ou fluorescentes a relação entre os ambientes e o tipo de lâmpada encontrase abaixo Quadro 3 Tipo de iluminação por ambiente Ambiente Tipo de lâmpada Portaria e recepção Incandescente Cinemas e teatros Incandescente A potência dissipada pelas lâmpadas que é utilizada para cálculo da carga térmica é obtida pela multiplicação da área a ser iluminada de acordo com a planta baixa e a potência por metro quadrado da lâmpada valor retirado Tabela 10 ABNT 6401 Desse modo podese escrever a equação 5 a seguir Sendo 𝑃𝑑 W potência dissipada pelas lâmpadas 𝐴 m² área iluminada 𝑃 Wm² potência por metro quadrado 𝑃𝑑 𝐴 𝑃 8 13 O cálculo da carga térmica de iluminação é realizado a partir da potência dissipada pelas lâmpadas presentes no ambiente transformando de Watt para Kcal segundo a equação 6 a seguir Sendo 𝑄 Kcal carga térmica de iluminação 0860 é o valor em Kcal correspondente a um watt W 𝑃𝑑 definido anteriormente Além disso o nível de iluminação das lâmpadas é definido de acordo com o local e esse valor é obtido da Tabela 10 ABNT 6401 Os valores calculados segundo as informações acima encontramse na tabela a seguir Tabela 9 Carga térmica de iluminação SETOR NÍVEL DE ILUMINAÇÃO POTÊNCIA POR M² ÁREA ILUMINADA POTÊNCIA DISSIPADA CARGA TÉRMICA Portaria e recepção 250 35 11545353 4040874 3475151 Cinemas e teatros 60 15 73448451 11017268 9474850 A carga térmica total de iluminação é portanto 1295000 Kcalh 45 MOTORES E ARTEFATOS A presença de motores e artefatos isto é motores elétricos adicionam carga térmica ao ambiente independente de onde estejam Isso acontece devido às perdas que ocorrem nos enrolamentos Além disso é importante verificar se o uso dos equipamentos é constante ou esporádico Sendo assim considerando que a edificação é um espaço cultural com Teatro e Cinema os motores elétricos presentes encontramse relacionados no quadro 4 a seguir 𝑄 𝑃𝑑 0860 9 14 Quadro 4 Equipamentos presentes na edificação Equipamento Computador Amplificadores Ciclotron PWP 4000 Freezer Vertical Equalizador Ciclotron CGE 2313 Pipoqueira Compressor Alesis RA3630 Mesa de Som Ciclotron VEGA 48MF Microfones sem fio Shure modelo T4N Amplificadores Ciclotron PWP 6000 Projetor Sony SRXR810DS O cálculo desta carga térmica é feito a partir da potência fornecida por cada equipamento multiplicado pelo valor do calor liberado por aparelhos elétricos obtido a partir da Tabela 11 ABNT NBR 6401 Dessa forma chegase à fórmula a seguir Sendo 𝑄 Kcal carga térmica de motores e artefatos 𝑃 W potência do equipamento elétrico 𝑛 quantidade do equipamento 𝐶 Kcalh calor liberado pelo equipamento de acordo com a Tabela 11 ABNT NBR 6401 Os valores encontrados utilizandose a fórmula acima encontramse na tabela a seguir Tabela 10 Carga térmica de motores e artefatos APARELHO POTÊNCIA APROXIMADA WATTS QTD POTÊNCIA DISSIPADA CARGA TÉRMICA Computador 300 6 1800 1548 Freezer Vertical 300 2 600 516 Pipoqueira 2000 2 4000 3440 Mesa de Som Ciclotron VEGA 48MF 335 2 670 5762 Amplificadores Ciclotron PWP 6000 1800 8 14400 12384 Amplificadores Ciclotron PWP 4000 1320 4 5280 45408 Equalizador Ciclotron CGE 2313 30 1 30 258 Compressor Alesis RA3630 25 1 25 215 Microfones sem fio Shure modelo T4N 12 4 48 4128 Projetor Sony SRXR810DS 2000 1 2000 1720 A carga térmica total de motores e artefatos é portanto 2481358 Kcalh 𝑄 𝑃 𝑛 𝐶 10 15 46 CARGA TÉRMICA TOTAL A carga térmica total de uma edificação é então obtida pela soma de todas as cargas térmicas presentes no local Para garantia do resultado calculase um coeficiente de segurança equivalente a 10 da soma total e esse valor é portanto acrescido no resultado final O valor obtido está descrito na tabela a seguir Tabela 11 Carga térmica total SOMATÓRIO DAS CARGAS TÉRMICAS 187990265 COEFICIENTE DE SEGURANÇA 01 CARGA TÉRMICA TOTAL 20678929 5 CONCLUSÃO Levandose em conta o que foi observado é possível perceber a importância de se fazer um projeto arquitetônico pensando no conforto térmico dos usuários pois assim é possível encontrar meios de redução da carga térmica do ambiente seja por meio da escolha dos materiais da localização ou até mesmo pela iluminação entre outros recursos como foi visto no decorrer do trabalho Como foi possível observar a carga térmica total calculada foi de 2067892919 kcalh o equivalente a aproximadamente à carga térmica necessária para resfriar 100 câmeras de conservação de produtos congelados com dimensões internas de 3x4 metros e altura de 25 metros Devido ao fato de se ter um valor alto é muito importante que para espaços culturais como teatros e cinemas eou locais de convivência a capacidade máxima de pessoas seja respeitada a fim de garantir o bemestar dos usuários A partir dos resultados apresentados e das análises feitas é indiscutível a importância do conhecimento do conforto térmico para engenheiros civis visto que grande parte da população humana está em um período de tempo significativo dentro das edificações seja para trabalhar estudar ou para um momento de lazer Por esse motivo tornase importante aliar projetos arquitetônicos bem feitos com eficiência energética e ainda a correta utilização dos espaços para atingir o conforto necessário 16 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMBIENTE GELADO Câmaras Frigoríficas Aplicação tipos cálculo da carga térmica e boas práticas de utilização visando a racionalização da energia elétrica Disponível em httpwwwambientegeladocombrv51indexphpartigostecnicoscamarasfrigorificas291camaras frigorificasaplicacaotiposcalculodacargatermicaeboaspraticasdeutilizacaovisandoa racionalizacaodaenergiaeletrica Acesso em 29 jun 2018 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 6401 Instalações centrais de arcondicionado para conforto Parâmetros básicos de projeto Rio de Janeiro 1980 NBR 15220 Desempenho térmico de edificações Parte 1 Definições símbolos e unidades Rio de Janeiro 2005 COSTA Ennio Cruz da Física aplicada a construção conforto térmico 3 ed São Paulo Edgard Blücher 1974 EMPRESA FORÇA E LUZ DE URUSSANGA LTDA Tabela de Consumo dos Aparelhos Disponível em httpwwweflulcombrconsumidorestabeladeconsumo Acesso em 29 jun 2018 SOM AO VIVO Eletricidade e Sonorização Parte 1 Cálculo de estimativa de consumo Disponível em httpswwwsomaovivoorgartigoseletricidadeesonorizacaoparte1calculode estimativadeconsumo Acesso em 29 jun 2018 TORREIRA Raul Peragallo Elementos básicos de ar condicionado São Paulo Hemus 1976 PAREDE 3 P3 PAREDE 3 P3 PAREDE 4 P4 PAREDE 5 P5 PAREDE 1 P1 PAREDE B PB PAREDE B PB PAREDE A PA PAREDE 2 P2 JANELA 7 J7 JANELA 9 J9 JANELA 10 J10 5 22 5 7 7 ÁREA DA ESCADA BANHEIRO BANHEIRO TEATRO PLATÉIA PALCO CAMARIM ENTRADA HALL ELEVADORES BILHETERIA LANCHONETE 12 PAREDE D PD JANELA 11 J11 JANELA 12 J12 JANELA 5 J5 JANELA 4 J4 JANELA 5 J5 JANELA 2 J2 JANELA 1 J1 PORTA 2 P2 PORTA 1 P1 7 29 N 8000 LINHA DE CORTE 1 200 Pavimento Térreo PAREDE 3 P3 PAREDE 3 P3 PAREDE 1 P1 PAREDE 2 P2 PAREDE 5 P5 PAREDE 7 P7 PAREDE 6 P6 PAREDE 8 P8 JANELA 7 J7 JANELA 8 J8 ELEVADORES ÁREA DA ESCADA CINEMA CABINE BANHEIRO BANHEIRO 29 12 HALL N 8000 LINHA DE CORTE 1 200 Pavimento Superior ÁREA DA ESCADA BANH ÁREA DA ESCADA BANH BANH CINEMA TEATRO CORREDOR CAMARIM CAMARIM ÁREA PALCO ARÉA PLATÉIA 7 7 14 1 5 3 2 3 1 HALL 2 1 200 Corte TRABALHO O TRABALHO DEVE CONTER CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA a 1 PENETRAÇÃO POR PAREDES PISOS E TETO b 2 CARGA SOLAR c 3 CARGA DEVIDO A PESSOAS d 4 CARGA DEVIDO A VENTILAÇÃO α 5 A INFILTRAÇÃO 6 LUZES ILUMINAÇÃO 7 MOTORES ELÉTRICOS 8 APARELHOS E EQUIPAMENTOS DIVERSOS Q UAΔTΔT ΔT TETi ΔT DIFERENÇA DE TEMPER DEVIDO A INSOLAÇÃO ΔT DIREÇÃO DA PAREDE E COR DA PAREDE U COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR NO LIVRO U K Kcalm²hC TRABALHO DE TERMODINÂMICA E TRANSMISSÃO DE CALOR 20251 1 O trabalho deve conter a Título b Número do grupo e nomes dos componentes c Objetivo do trabalho e finalidade da construção uso etc d Localização com planta baixa e direção pontos cardeais e Um corte mostrando os principais detalhes f Materiais de construção utilizados tipo de parede etc g Cálculo de todas as cargas térmicas com as fórmulas utilizadas Esquema da construção Obs1 A parede cilíndrica pode estar acoplada em qualquer parte da construção ou mesmo dividila em duas partes A sua altura h fica a critério de cada grupo As dimensões não fornecidas deverão ser adotadas pelo aluno α é o ângulo formado entre as arestas a e a direção norte a α c a a b c D α Obs 2 Esta folha deverá obrigatoriamente ser anexada ao trabalho D1 b h N D UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO UFES CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CAIO FARIAS BENETTI LEANDRO SEVERGNINI FALQUETO CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA TERMODINÂMICA E TRANSMISSÃO DE CALOR Vitória ES 2021 CAIO FARIAS BENETTI LEANDRO SEVERGNINI FALQUETO CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA TERMODINÂMICA E TRANSMISSÃO DE CALOR Trabalho apresentado à Universidade Federal do Espírito Santo como requisito de obtenção de nota parcial na disciplina de Termodinâmica orientado pelo ProfDrElias Dalvi Vitória ES 2021 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 2 OBJETIVOS 3 ESPECIFICAÇÕES DA EDIFICAÇÃO 31 LOCALIZAÇÃO E FUNÇÃO 32 ORIENTAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DAS PAREDES 33 CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 34 CARACTERIZAÇÃO DAS SUPERFÍCIES 4 FATORES DETERMINANTES 41 PESSOAS 42 TEMPERATURA INTERNA E EXTERNA 5 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA 51 CARGA DEVIDO A TRANSMISSÃO E IRRADIAÇÃO 52 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA DEVIDO A PESSOAS 53 CARGA TÉRMICA PROVENIENTE DE RAÇÃO E INFILTRAÇÃO DE AR 54 CARGA TÉRMICA DEVIDO A ILUMINAÇÃO 55 CARGA TÉRMICA DEVIDO A EQUIPAMENTOS DIVERSOS 6 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA TOTAL 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS 8 BIBLIOGRAFIA 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 10 ANEXOS LISTA DE TABELAS Tabela 1 Ocupação máxima dos ambientes Tabela 2 Temperaturas Tabela 3 Condições Internas Tabela 4 Carga térmica de transmissão e irradiação esquadrias Tabela 5 Carga térmica de transmissão e irradiação paredes planas Tabela 6 Carga térmica de transmissão e irradiação paredes cilíndricas Tabela 7 Carga térmica de transmissão e irradiação pisos e coberturas Tabela 8 Carga devido a pessoas Tabela 9 Ração de Ar Tabela 10 Infiltração de Ar pelas frestas Tabela 11 Carga térmica devido o ar externo Tabela 12 Carga térmica devido a iluminação Tabela 13 Carga térmica devido a equipamentos Tabela 14 Carga térmica total LISTA DE QUADROS Quadro 1 Paredes e orientações Quadro 2 Materiais empregados por componente Quadro 3 Caracterização das superfícies Quadro 4 Categoria de Iluminação por ambiente 1INTRODUÇÃO É notória a importância do estudo do conforto térmico em edificações devido ao vínculo que essa condição tem com o desempenho de atividades humanas já que um ambiente termicamente confortável proporciona melhores níveis de concentração e atenção Por isso o conforto térmico é um requisito de desempenho para toda edificação e segundo a NBR 1522012005 é definido como a satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do ambiente Além disso projetar objetivando a eficiência térmica é por conseguinte garantir também o uso eficiente e racional de energia premissa fundamental no mundo atual onde há a urgência de adoção de práticas de eficiência energética Portanto fazse essencial a utilização de conhecimentos termodinâmicos a fim de determinar a carga térmica dos ambientes de uma edificação considerando todas suas particularidades conseguindo assim posteriormente propor soluções efetivas para o total adequamento da edificação a tal requisito 2OBJETIVOS O presente trabalho visa a efetuar o levantamento da carga térmica total de uma edificação proporcionando ao graduando em Engenharia Civil contato com a aplicação dos conceitos vistos em sala de aula Para tanto utilizase a metodologia adotada por PERAGALLO 1980 3 ESPECIFICAÇÕES DA EDIFICAÇÃO A fim de viabilizar o estudo de caso proposto devese efetuar a caracterização da edificação e de seus parâmetros 31 LOCALIZAÇÃO E FUNÇÃO A edificação alvo deste estudo de caso situase no município de Vitória ES Consiste num Centro Médico voltado ao atendimento de pacientes adultos mediante consultas agendadas Com foco na alta demanda da região o estabelecimento possui um pavimento térreo com uma ampla sala de espera anexa ao balcão de atendimento 2 banheiros acessíveis depósito de material de limpeza sala de apoio e 4 consultórios com lavabo integrado Há ainda dois pavimentos tipo subsequentes conectados por escada ambos com 4 consultórios e ampla sala de espera além é claro dos banheiros acessíveis Acima há o pavimento técnico que abriga as caixas dágua e ramais hidrossanitários As dimensões básicas da edificação podem encontramse exibidas abaixo Figuras 1 e 2 mas para uma melhor assimilação da proposta sugerese consultar os Anexos 1 2 e 3 disponíveis ao fim deste trabalho Figura 1 Dimensões básicas da edificação vista superior Fonte Acervo pessoal Figura 2 Dimensões básicas da edificação vista ortogonal Fonte Acervo pessoal 32 ORIENTAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DAS PAREDES As paredes da edificação foram nomeadas conforme o Anexo 4 do presente trabalho a fim de facilitar a organização dos cálculos O Quadro 1 abaixo contém um resumo das paredes e sua respectiva orientação em relação aos pontos cardeais Quadro 1 Paredes e orientações Identificação Orientação da face PE1 N PE2 O PE3 N PE4 NO PE5 O PE6 SO PE7 S PE8 S PE9 S PE10 SE PE11 L PE12 NE PE13 N PE14 L 33 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS A fim de prosseguir com o levantamento da carga térmica fazse necessário discriminar os materiais empregados nos elementos da edificação Os materiais foram definidos sob consulta à Tabela 68 do livro de Ennio Cruz da Costa Física Aplicada à Construção Conforto Térmico tendo sido aproveitados inclusive os códigos lá definidos Excetuam se a essa regra os materiais de código H8 H9 e H10 definidos a partir de consulta à obra de Raul Peragallo Torreira No Quadro 2 observase o resumo dos materiais empregados Quadro 2 Materiais empregados por componente Componente Especificação Tipo de Material Cód Ref Material Paredes PE1 a PE14 Tijolos comuns ocos 25 cm rebocada 2 faces B18 Pisos Pisos de madeira sobre barrotes forro de celotex C5 Portas P1 Portas de ferro com vidros G2 Janelas J1 e J7 Duplas móveis com moldura em alumínio H8 J2 A J6 Simples móveis com moldura em alumínio H9 J8 Simples fixa com moldura em alumínio H10 Cobertura Principal Telha metálica sobre laje de concreto 10cm com isolante 15cm E5 Secundária Concreto 15 cm com impermeabilização de feltro E2 Forro Contraplacado de 1 cm D2 34 CARACTERIZAÇÃO DAS SUPERFÍCIES Além do material o tipo de superfície também exerce influência sobre a transferência de calor numa edificação Portanto no Quadro 3 abaixo definemse características importantes quanto à superfície dos componentes da edificação Quadro 3 Caracterização das superfícies Tipo Especificação Superfície Paredes externas PE8 Opaca cor azul escuro Demais paredes Opaca cor branca Portas externas P1 Transparente sem proteção contra o sol Janelas externas J1 a J7 Transparente com persianas internas J8 Transparente sem proteção contra o sol Cobertura Principal Opaca cor alumínio Secundárias Opaca cor preto 4 FATORES DETERMINANTES Como será visto mais adiante a carga térmica total é influenciada dentre outros fatores pelas pessoas dentro da edificação e pela temperatura do local Desse modo tornase necessário fazer algumas ponderações quanto a esses aspectos 41 PESSOAS Considerando a dinâmica operacional de uma clínica médica com 4 consultórios por andar e tomando como base a tabela 9 da NBR 6401 1980 podese adotar o parâmetro de 6 m² por pessoa nas zonas de consultórios banheiros salas de apoio dentre outros compartimentos o mesmo adotado para escritórios em geral Enquanto nas zonas de recepção e sala de espera podese adotar o parâmetro de 120 m² por pessoa conforme manual disponibilizado pelo SISMOB do Ministério da Saúde a determinação da capacidade máxima da clínica Vale ressaltar que para esse levantamento da capacidade máxima excluemse as área destinadas exclusivamente à circulação de pessoas tais como corredores de modo que temse os valores expressos na Tabela 1 abaixo Tabela 1 Ocupação máxima dos ambientes Zona Fatorm²pessoa Área total m² Quantidade máxima Consultórios 6 240 40 Recepção e Sala de Espera 12 216 180 Dessa forma em sua capacidade máxima com todos os 3 pavimentos totalmente ocupados tanto os consultórios quanto as salas de espera acomodam até 220 pessoas ao mesmo tempo Desse total podese concluir que as que ocupam salas de espera recepções e consultórios permanecerão sentados na maior parte do tempo de modo que apenas os funcionários da zeladoria 5 por andar devem circular constantemente Portanto podese afirmar que haverá na lotação máxima 205 pessoas sentadas e 15 pessoas de pé 42 TEMPERATURA EXTERNA E INTERNA A partir da localização da edificação VitóriaES é possível obter seus valores de temperaturas por meio de uma consulta à norma da Associação Brasileira de Normas TécnicasABNT NBR 6401 Chegando nos valores expostos na Tabela 2 abaixo Tabela 2 Temperaturas Temperatura Externa Te33ºC Tabela 6 Umidade Relativa Externa URE60 Tabela 6 Além disso de acordo com a tabela 1NBR 6401 extraemse os valores recomendados para condições internas deste tipo de edificação evidenciados na Tabela 3 Tabela 3 Condições internas Parâmetros Intervalo Recomendado Valor adotado Temperatura Interna 23º a 25º 24 Umidade Relativa interna 40 a 60 50 Por fim é necessário calcular a temperatura do solo que se relaciona com a temperatura externa da seguinte forma TsoloTexterior5 portanto Ts335 28ºCelsius 5 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA Para uma correta determinação da carga térmica há fatores essenciais a serem abordados sendo esses Carga de Transmissão Carga de Insolação Carga flexível Devido ao número de pessoas no ambiente Ração e Infiltração de Ar Iluminação Equipamentos diversos 51 CARGA DEVIDO A TRANSMISSÃO E IRRADIAÇÃO A carga térmica de transmissão é definida como a quantidade de calor transmitida por meio de condução através das superfícies que limitam a edificação Neste caso as superfícies seriam as paredes externas a cobertura e o piso do pavimento térreo A carga pode ser calculada a partir da posterior equação 1 Kcalh 1 𝑄 𝑘𝑆𝑇 Sendo K Kcalm2 h C coeficiente total de transmissão de calor baseado em Costa 1974 S m2 área da superfície T C diferença entre a temperatura externa e a temperatura interna No presente caso TextTint33249º Celsius Além disso compreendese calor de irradiação como a quantidade de calor recebida pela edificação pela incidência direta dos raios solares Num levantamento de carga térmica como o que se propõe neste trabalho é interessante que se observe sempre os piores cenários possíveis de modo que garantase o conforto em qualquer situação A quantificação desta carga pode ser feita a partir da seguinte equação 2 2 𝑄 𝑘𝑆𝑇 Onde K Kcalm2 h C coeficiente total de transmissão de calor baseado em Costa 1974 S m2 área da superfície T C diferença de temperatura hipotética de insolaçãosendo o caso crítico de cada orientação com base nas tabelas 104a e 10 4b contidas em Costa 1974 Assim para o cálculo conjunto de ambas cargas condução e insolação é obtida uma equação 3 resultante da composição das duas primeiras 3 𝑄 𝑘𝑆𝑇 𝑇 Sendo K S T e T as variáveis supracitadas e é claro tomando T para o horário crítico isto é de maior insolação Ocorre que para as esquadrias em geral e para as paredes de superfície plana é possível proceder com o cálculo da carga térmica utilizando a equação acima porém para as paredes cilíndricas presentes na edificação será necessário utilizar a seguinte expressão 4 4 𝑄𝑐𝑖𝑙 2π𝐿𝑘𝑇 𝑙𝑛 𝑟2 𝑙𝑛𝑟1 Onde K Kcalm2 h C coeficiente total de transmissão de calor baseado em Costa 1974 L Altura do cilindro r1 e r2 raios interno e externo do cilindro respectivamente T C diferença entre a temperatura externa e a temperatura interna Nesse caso obtémse a carga térmica proveniente de condução tendo em vista o uso do gradiente de temperatura T Enquanto que para obterse a carga térmica decorrente de insolação devese adotar o T ou seja a equação 5 a seguir 5 𝑄𝑐𝑖𝑙 2π𝐿𝑘𝑇 𝑙𝑛 𝑟2 𝑙𝑛𝑟1 Notase que analogamente ao que ocorre para as parede planas a carga térmica de condução e insolação pode ser obtida de uma só vez a partir da equação 6 abaixo 6 𝑄𝑐𝑖𝑙 2π𝐿𝑘𝑇 𝑇 𝑙𝑛 𝑟2 𝑙𝑛𝑟1 A carga térmica obtida por meio da equação acima referese à carga total de um cilindro de comprimento L com raio interno r1 e raio externo r2 conforme pode ser visto na Figura 3 abaixo Figura 3 Caracterização dos parâmetros do um cilindro Fonte Acervo pessoal Cabe citar que no cilindro presente neste projeto r1 e r2 são constantes e iguais a 600 m e 575 m respectivamente tendo em vista as dimensões do projeto e a espessura das paredes de 25 cm Desse modo o denominador da equação acima pode ser calculado de antemão 𝑙𝑛 6 𝑙𝑛 5 75 0 0425596 Ao observar a face do cilindro notase que ela evidentemente não está orientada para uma só direção e por isso há diferentes gradientes de temperatura por insolação em função do ponto do cilindro que se analisa Considerando esse fato a fim de organizar e viabilizar os cálculos dividiramse as paredes cilíndricas em 4 trechos cada uma em função dos pontos cardeais como se nota na Figura 4 a seguir Figura 4 Divisão do cilindro em função dos pontos cardeais Fonte Acervo Pessoal Uma vez que seccionouse o cilindro em 8 partes podese afirmar mediante uma simples divisão que cada parte corresponde a um arco de 45 Considerando a deflexão de 10 do Norte magnético com a referência horizontal vinculamse as paredes PE3 até PE7 e PE9 até PE13 aos arcos ilustrados abaixo Figura 5 e Figura 6 Figura 5 Paredes da primeira metade do cilindro e seus arcos Fonte Acervo Pessoal Figura 6 Segunda metade do cilindro e seus arcos Fonte Acervo pessoal Sendo assim a carga térmica de cada trecho da parede será proporcional ao seu arco isto é calculase Q de um cilindro conforme a equação 6 adotando o T adequado para a parede em questão e multiplicase o resultado por uma constante de proporcionalidade que representa o quanto daquele cilindro inteiro este trecho da parede representa A fim de esclarecer a metodologia adotada supõe se a seguir que para a orientação da PE3 Norte o T adequado vale 5 Substituindo os valores constante e conhecidos e procedendo com os cálculos 𝑄𝑐𝑖𝑙 2π101819 5 00425596 𝑄𝑐𝑖𝑙 37410 11 Definindo a proporção existente 𝑄𝑐𝑖𝑙 360 𝑄𝑝𝑎𝑟 32 5º 𝑄𝑝𝑎𝑟 𝑄𝑐𝑖𝑙 32 5 360 3377 30 Estando clara a maneira pela qual obtémse cargas térmicas por condução e insolação provenientes de superfícies em geral sejam elas planas ou cilíndricas podese observar nas tabelas abaixo os resultados obtidos referentes à esquadrias paredes planas paredes cilíndricas piso e coberturas Tabela 4 Carga térmica de transmissão e irradiação esquadrias Nome Dir Quant Mat K Superfície 𝑇 Dimensões Carga Térmica Kcalh Largura m Altura m Áream² P1 S 1 G2 55 Transparente sem proteção ao sol 0 242 487 117854 58337 J1 O 6 H8 35 Transparente com persianas internas 485 2 1 2 2415 J2 N 3 H9 5 45 2 15 3 6075 J3 NO 3 H9 5 30 2 15 3 1755 J4 O 3 H9 5 45 2 15 3 6075 J5 SO 3 H9 5 35 2 15 3 1980 J6 SO 3 H9 5 35 2 15 3 1980 J7 L 6 H8 35 485 2 1 2 2415 J8 S 6 H10 45 Transparente sem proteção ao sol 0 2 240 48 1944 Total 1253777 Tabela 5 Carga térmica de transmissão e irradiação paredes planas Nome Di r Mat K Superfície 𝑇 Dimensões Carga Térmica Kcalh Larguram Alturam Áream² PE1 N B18 181 Opaca cor branca 1000 1200 120 17376 PE2 O 72 800 1200 96 28149 PE8 S Opaca cor cinza escuro 0 1000 1200 120 19548 PE14 L Opaca cor branca 74 800 1200 96 284966 Total 935696 Tabela 6 Carga térmica de transmissão e irradiação paredes cilíndricas Nome Dir Mat K Superfície 𝑇 Qcilindro Arco Fator Proporção Q parede Kcalh PE3 N B18 181 Opaca cor branca 2404864 325 009028 217106 PE4 NO 39 3446972 45 012500 430872 PE5 O 72 4328756 45 012500 541095 PE6 SO 44 3580576 45 012500 447572 PE7 S 0 2404864 125 003472 83502 PE9 S 0 2404864 125 003472 83502 PE10 SE 44 3580576 45 012500 447572 PE11 L 74 4382197 45 012500 547775 PE12 NE 39 3446972 45 012500 430872 PE13 N 2404864 325 009028 217106 Total 3446972 Cabe ressaltar que antes de exibir o cálculo para pisos e coberturas que para a quantificação da carga térmica por insolação das coberturas havendo diferença de altura entre as coberturas principal e as secundárias devemos avaliar se existe sombreamento e o quão significativo será esse sombreamento Considerando a configuração da edificação concluise que apesar de receberem sombra ao longo de parte do dia ambas as coberturas secundárias recebem sol durante o período crítico compreendido entre 11h e 16h PERAGALLO 1980 sendo que a cobertura secundária A começa a receber sombreamento quanto mais o horário tende às 16h portanto adotase gradiente de temperatura do efeito de insolação mais próximo do correspondente às 11h enquanto que para a cobertura secundária B o oposto deve ser seguido Figura 7 Modelo simplificado da incidência solar sobre as coberturas Fonte Acervo pessoal Além disso cabe ressaltar que para o piso por estar totalmente coberto não há insolação somente calor transferido por condução pelo solo Os resultados obtidos para a carga térmica por condução e insolação de piso e coberturas estão expostos abaixo Tabela 7 Carga térmica de transmissão e irradiação pisos e coberturas Nome Mat K Superfí cie 𝑇 Área m² Carga Térmica Kcalh Piso térreo C5 107 0 200 171200 Cobertura principal E5 112 Opaca cor alumínio 128 200 465920 Cobertura secundária A E2 317 Opaca cor preto 327 5655 729564 Cobertura secundária B E2 317 Opaca cor preto 368 5655 803058 Total 2000254 Sendo assim definese a carga térmica por condução e irradiação da edificação total como a soma das cargas térmicas acima de modo que se obtém 1253777 935696 3446972 2000254 7636699 Kcalh 52 CARGA TÉRMICA DEVIDA A PESSOAS Como já foi citado as pessoas constituem também fator de contribuição para a carga térmica total isso acontece pois há transferência de calor sensível que provoca variação de temperatura e calor latente que provoca mudança de fase em substâncias A intensidade dessa transferência de calor varia segundo inúmeros fatores sobretudo em função das atividades funcionais desses indivíduos Sendo assim conhecendo a quantidade de pessoas para uma situação de lotação máxima da edificação podese estimar a carga térmica devido a pessoas consultando os dados presentes na tabela 1012 disponível na obra de Raul Peragallo Torreira Tabela 8 Carga devida a pessoas CONDIÇÃO QUANTIDADE CONTRIBUIÇÃOpessoa Kcalh TOTAL Kcalh Sentado 205 80 16400 Em pé 15 95 1425 Total 17825 53 CARGA TÉRMICA PROVENIENTE DE RAÇÃO E INFILTRAÇÃO DE AR Denominase Ração de Ar a quantidade de ar necessária para a total renovação de ar de um ambiente essencial para garantir a constante renovação e qualidade de ar interna fundamentais para o conforto térmico Esse valor é obtido relacionando a quantidade de pessoas no estabelecimento e o volume de ar necessário por pessoa em função da categoria que a edificação se encaixa A fórmula que os correlaciona é a equação 7 abaixo 7 𝑅 𝑁 𝑟 Sendo R ração total de ar m³h N número máximo de pessoas presentes no local r quantidade de ar externo para renovação m³h por pessoa Para tal análise consultando a norma ABNT 6401 mais especificamente a tabela nº4 é possível obter valores de quantidade de ar externo para renovação recomendada para cada recinto Na ausência de um item de total compatibilização com o ambiente sala de espera presente na edificação foi adotado valores recomendados gerais Por pessoa não fumando Além disso para consultórios foise adotado valores referentes há escritórios de acordo com a tabela 1018 disponível na obra de Raul Peragallo de forma a selecionar condições mais análogas à proposta Tabela 9 Ração de Ar Ambientes Quantidade de Ar externo para renovaçãom³h por pessoa Número de Pessoas Ração de Ar m³h Consultórios 25 40 1000 Salas de Espera 13 180 2340 Total 3340 Ademais segundo a ABNT2008 Infiltração é o fluxo de ar externo para o interior da edificação através de frestas e outras aberturas não intencionais e através do uso de portas localizadas na fachada Assima análise da infiltração de ar externo é essencial pois ao adentrar ao ambiente afeta de maneira concomitante tanto a temperatura do ar como a umidadede maneira incontroladapodendo desse modo comprometer as condições ideais Assim a carga térmica que a entrada de ar externo produz pode ser calculada como a soma de seu calor sensível e latente por meio das seguintes equações 8 e 𝑄𝑠 𝑄𝑙 9 8 𝑄𝑠 𝑉 γ 𝐶𝑝𝑇𝑒 𝑇𝑖 Onde kgm3 densidade do ar ajustado para a altitude local γ 𝐶𝑝kJkg calor específico do ar seco V m3h vazão de ar externo C temperatura do ar externo 𝑇𝑒 C temperatura interna do ambiente 𝑇𝑖 9 𝑄𝑙 𝑉 γ 𝐶𝑝𝑋𝑒 𝑋𝑖 kgm3 densidade do ar ajustado para a altitude local γ 𝐶𝑝kJkg calor específico do ar seco V m3h vazão de ar externo Cumidade específica ambiente externo 𝑋𝑒 𝑋𝑖C umidade específica interna da sala Então primeiramente calculase a quantidade de ar infiltrado por portas abertas e frestas Esse valor é obtido a partir da Tabela 1017 da obra de Raul Peragallo de acordo com o tipo de abertura das portas e janelas Além disso para o cálculo do perímetro de fresta das janelas há abordagens diferentes quanto ao tipo Para janelas simples o perímetro foi calculado simplesmente como P2L2H já para janelas duplas o cálculo muda devido a nova fresta central entre as folhas por isso para esses casos o perímetro foi calculado como P2L 3H Esta abordagem é exposta na tabela 10 a seguir Tabela 10 Infiltração de Ar pelas frestas Pelas Frestas Abertura Quantidade Total Especificação Tipo m³h m de fresta Perímetro de fresta Quantidade de ar J1J7 12 Simples Guilhotina com castilho metálicosem vedação 45 6 324 J2J3J4 J5J6 15 Dupla Basculante mal ajustada 3 85 3825 J8 6 Simples ComumFixa 0 88 0 P1 1 Dupla Bem Ajustada 65 1945 126425 Total 832925 Nota A Janela J8 é fixa e portanto não permite troca de ar entre ambiente externo e interno por isso foi adotado o coeficiente 0 na coluna m³h m de fresta Tendo o valor de ração de ar e de ar infiltrado podese calcular o valor de ar insuflado que é a quantidade de ar necessária de injeção afim de que se atinja a ração de ar A fórmula a seguir os correlaciona Ar insuflado Ração de Ar Ar infiltrado Portanto quantidade de Ar Insuflado é 3340832925 2507075 m³h Outrossim perante esse valor de quantidade de ar externo podese também calcular a carga térmica conjunta a ele Para isso foram definidos valores de Xe e Xi da fórmula 9 retirados da carta psicrométrica em função da temperatura e do grau higrométricos presente em Costa 1994 Tabela 11 Carga Térmica devido ao Ar externo Ar Infiltrado γ 𝐶𝑝 Te Ti 𝑄𝑠 832925 0288 33 24 2158 Ar infiltrado γ 𝐶𝑝 Xe Xi 𝑄𝑙 832 0720 178 12 347829 Carga Térmica Total 563629 54 CARGA TÉRMICA DEVIDO A ILUMINAÇÃO A iluminação é um fator importante na análise de cargas térmicas já que todos elementos de iluminação artificial emitem calor Essa emissão ocorre devido ao efeito jouleque consiste na conversão de parte de energia em calor devido aos choques entre os elétrons e os átomos da estrutura cristalina do corpoComo as lâmpadas podem se diferenciar em tipo é importante definir alguns parâmetros para o prosseguimento dos cálculos A definição do tipo de lâmpada por ambiente perpassa pela recomendação da norma ABNT 6401tabela 10onde foram utilizados os critérios portaria e recepção e escritórios para salas de espera e consultórios respectivamenteDe forma a selecionar ambientes mais análogos possíveis Quadro 4Categoria de Iluminação por ambiente Ambiente Lâmpada Salas de Espera Incandescente Consultórios Fluorescente Assim a potência dissipada pelas lâmpadas utilizada no cálculo da carga térmica é calculada como a multiplicação da área a ser iluminada e a potência por metro quadrado da lâmpadaque também pode ser obtido por consulta à mesma tabela e norma supracitadaEntão a equação que as relaciona é 𝑃𝑑 𝐴 𝑃 Onde Pd W potência dissipada pelas lâmpadas A m2 área iluminada P Wm2 potência por metro quadrado Por fim ainda devese calcular a quantidade de carga térmica total emitida convertendo a potência dissipada pelas lâmpadas presentes no ambiente de Watt para Kcal segundo a equação a seguir 𝑄 𝑃𝑑 0 860 Sendo Q Kcal carga térmica de iluminação 0860 valor em Kcal correspondente a um watt W PdAnteriormente definida Tabela 12Carga térmica devido a iluminação Ambientes Potência por m² Área Iluminada Potência Dissipada Carga Térmica Salas de Espera 40 240 9600 8256 Consultórios 53 216 4968 427248 Total 14568 1252800 55 CARGA TÉRMICA DEVIDO A EQUIPAMENTOS Os equipamentos elétricos presentes na edificação contribuem para a carga térmica total na medida que durante seu funcionamento eles emitem calor sensível eou calor latente Segundo a NBR 6401 equipamento elétricos possuem contribuição de 0860 kcalh de calor sensível para cada Watt de potência Sendo assim 𝑄𝑠 𝑃𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝 0 86 Sendo Qs calor sensível proveniente do equipamento elétrico Pequip Potência do equipamento em Watts 086 é o fator de conversão para a unidade de Kcalh Desse modo expõese na tabela abaixo o levantamento dos principais equipamentos presentes nesta edificação bem como sua contribuição para a carga térmica Tabela 13 Carga térmica devido a equipamentos Equipamento Potência W Quantidade QsKcalh Computador 100 24 2064 Impressora 45 15 5805 Televisão 300 4 1032 Aparelho de Raios X 50000 4 172000 Geladeira 250 2 430 Microondas 2000 2 3440 Total 1795465 6 CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA TOTAL Definidas as parcelas que compõem a carga térmica total é possível agora determinála Para uma melhor apresentação dos resultados obtidos é possível efetuar a soma separando categoricamente em duas parcelas principais como descreve Peragallo carga térmica interna composta por carga devida à condução e irradiação pessoas iluminação e equipamentos elétricos em geral carga térmica externa composta por carga devida ao ar externo Tabela 14 Carga Térmica Total Cargas internas Tipo Valor Carga térmica devido a condução e irradiação 7636699 Carga térmica devido a pessoas 17825 Carga térmica devido à iluminação 12528 Carga térmica devido a aparelhos elétricos 1795465 Total parcial 28626649 Cargas externas Carga térmica do ar externo 563629 Total parcial 563629 Total geral 29190278 Considerando as estimativas adotadas é válido que se empregue um coeficiente de segurança incidindo sobre o valor total obtido Na ausência de parâmetros definidos em normas utilizase para este trabalho a margem de 10 Portanto a carga térmica total resultante é 29190278 x 110 32109306 Kcalh 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS Efetuar o levantamento da carga térmica de uma edificação revelou se um processo criterioso e extremamente importante No decorrer deste trabalho foi possível tomar conhecimento das inúmeras variáveis e parâmetros inerentes a este tipo de levantamento Dentre essas variáveis chamaram atenção fatores como os materiais e a orientação da edificação Notouse que a escolha dos materiais influencia diretamente na carga e portanto ela deve ser racional e considerar os coeficientes de condutividade do que se pretende empregar além disso a orientação da edificação também mostrouse muito importante devendo ser cautelosamente analisada durante a concepção de um novo projeto Cabe refletir também acerca do impacto do não conhecimento desta metodologia por boa parte da sociedade comum Sabese que atualmente é prática corriqueira no mercado a venda de aparelhos de ar condicionado mediante um cálculo breve feito simplesmente em função da área do ambiente a ser refrigerado Frente aos métodos aqui expostos fica evidente o enorme prejuízo ao qual estão sujeitos os consumidores que submetem sua escolha à uma lógica tão simplista podendo pagar mais que o necessário por um aparelho superdimensionado ou até mesmo trocar o equipamento atual enquanto a solução estaria numa intervenção nas características da edificação Desse modo é notória a importância do auxílio de um profissional habilitado para que se garanta o conforto térmico em uma edificação de maneira eficiente isto é com melhor desempenho para um custo justo REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cálculo de carga térmica para climatização Fic Frio Disponível em httpsficfriocombrindexphppgid3id32 Acesso em 29abril2021 Carga térmica em climatização UFPR Disponível em httpsdocsufprbrrudmarclimamaterial5CARGA20TERMICA20EM20CLIMA TIZACAOpdf Acesso em01maio2021 Programa arquitetônico upa24h SISMOB Disponível em http18928128100dabdocssistemassismobprogramaarquitetonicoupa24hpdf Acesso em 01maio2021 Saúde Legis Sistema de Legislação da Saúde Disponível em httpbvsmssaudegovbrbvssaudelegisgm2011prt162312072011html Acesso em 02maio2021 BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 6401 Instalações centrais de arcondicionado para conforto Parâmetros básicos de projeto Rio de Janeiro 1980 DA COSTA Ennio Cruz Física aplicada à construção conforto térmico Editora Blucher 1991 TORREIRA Raul Peragallo Elementos básicos de ar condicionado São Paulo Hemus 1976 PE1 PE2 PE3 PE4 PE5 PE6 PE7 PE8 PE9 PE10 PE11 PE12 PE13 PE14 J1 J1 J2 J3 J4 J5 J6 P1 J7 J7 SALA DE ESPERA RECEPÇÃO BANHEIROS DML CONSULTÓRIOS CONSULTÓRIOS SETOR DE APOIO E CIRCULAÇÃO VERTICAL 05052021 131350 1 125 Pavimento Térreo 1 ANEXO 1 Caio Farias e Leandro Falqueto N 1000 J8 J8 J8 J1 J1 J7 J7 J2 J3 J4 J5 J6 SALA DE ESPERA RECEPÇÃO BANHEIROS DML CONSULTÓRIOS CONSULTÓRIOS SETOR DE APOIO E CIRCULAÇÃO VERTICAL 05052021 133241 1 125 1 Pavto 2 Pavto 1 Caio Farias e Leandro Falqueto N 1000 ANEXO 2 05052021 133317 1 125 Cobertura 1 Caio Farias e Leandro Falqueto ANEXO 3 N 1000 COBERTURA PRINCIPAL COBERTURA SECUNDÁRIA A COBERTURA SECUNDÁRIA B TRABALHO DE TERMODINÂMICA E TRANSMISSÃO DE CALOR 20202 E 1 O trabalho deve conter a Título b Número do grupo e nomes dos componentes c Objetivo do trabalho e finalidade da construção uso etc d Localização com planta baixa e direção pontos cardeais e Um corte mostrando os principais detalhes f Materiais de construção utilizados tipo de parede etc g Cálculo de todas as cargas térmicas Esquema da construção Obs1 α é o ângulo formado entre a aresta a e a direção norte Serão grupos de três alunos cada grupo deverá escolher os dados de um número grupo ímpar conforme tabela O trabalho deve ser feito em papel A4 inclusive os desenhos α b a a 2000 m b 1000 m c D h α Obs 2 Esta folha deverá obrigatoriamente ser anexada ao trabalho c h N D 1000 m 1200 m 1000 m 10 ANEXO 4 BANH MASC BANH FEM DML SALA DE ESPERA CONSULTÓRIO CONSULTÓRIO BANH MASC BANH FEM DML SALA DE ESPERA CONSULTÓRIO CONSULTÓRIO BANH MASC BANH FEM DML SALA DE ESPERA CONSULTÓRIO CONSULTÓRIO CAIXA DÁGUA E INSTALAÇÕES 06052021 090034 1 125 CORTE AA 1 1 200 POSIÇÃO DO CORTE AA 2 A A ANEXO 5 CAIO FARIAS E LEANDRO FALQUETO