Ar Condicionado e Refrigeração
CARGA TÉRMICA
Representa a quantidade de calor (sensível e/ou latente) a ser
extraída do ar
de um ambiente (no caso de verão) ou a ser
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fornecida ao ar de um ambiente (no caso de inverno) para que
sejam mantidas as condições desejadas.
Calor sensível : envolve variação de temperatura
Calor latente: envolve variação de umidade absoluta
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Ar Condicionado e Refrigeração
Carga Térmica
Origens das fontes de calor que compõem a carga térmica de verão:
•
•
•
•
•
Condução de calor;
Radiação direta
através das
superfícies
transparentes;
Universidade
Santa
Cecília – Santos
/ SP
Radiação direta nas superfícies não transparentes (opacas);
Calor associado à entrada de ar externo;
Calor resultante da ocupação, equipamentos, iluminação artificial
e outros.
Carga Térmica é a soma de todas essas fontes
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Carga Térmica
Ganhos de calor por condução
A condução através de uma superfície (vidros, paredes, portas, pisos, coberturas) pode
ser calculada pela
equação de transmissão
de calor
por condução
unidirecional:
Universidade
Santa Cecília
– Santos
/ SP
QCD = U.A.(te-ti)
onde:
U= coeficiente de transmissão térmica do elemento, calculado como o inverso da
resistência térmica (W/m2ºK);
A = área do elemento considerado (m2);
(te-ti) = diferença de temperatura externa-interna
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Carga Térmica
Ganhos de calor por radiação em superfícies transparentes
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O ganho de calor por radiação solar é calculado através da fórmula:
QRT = I.A.FS
onde:
A – área da superfície transparente [m2];
I – Intensidade de radiação [W/m2];
FS – fator de sombreamento;
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Carga Térmica
Ganhos por radiação em superfícies opacas (não transparentes)
A radiação em superfícies opaca (paredes e coberturas) pode ser calculada utilizando-se a
equação da condução de calor já apresentada, porém adotando-se outro diferencial de
temperatura:
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QRO = U.A.CLTD
onde:
U= coeficiente de transmissão térmica do elemento, calculado como o inverso da resistência
térmica (W/m 2ºK);
A = área do elemento considerado (m 2);
CLTD – valor da diferença fictícia de temperatura exterior menos a interior, provocada pelo
aquecimento da superfície pela radiação.
Valores de CLTD foram inicialmente calculados pela ASHRAE, no entanto, passaram a ser
adaptados para cada região.
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Ar
Ar Condicionado
Condicionado ee Refrigeração
Refrigeração
Carga
Carga Térmica
Térmica
Ganhos
Ganhos de
de calor
calor em
em conseqüência
conseqüência da
da entrada
entrada de
de ar
ar externo
externo
Ar
Ar externo:
externo:
-- renovaç
renovação
ão para
para higienização
higienização (Portaria
(Portaria 3523
3523 do
doMinis
Ministério
tério da
da Saúde
Saúde ee NBR
NBR 16401)
16401)
-- infiltração
por
f
restas
infiltração por frestas
Uni
Universidade
versidade Santa
Santa Cecília
Cecília ––Santos
Santos // SP
SP
O
O ganho
ganho de
de calor
calor devido
devido aa entrada
entrada de
de ar
ar externo
externo éécalculado
calculado através
através da
da fórmula:
fórmula:
Q
+ Q EL
QAAEE == Q
QAES
AES + QAAEL
onde:
onde:
Q
= Calor total devido ao ar externo
QAE
AE = Calor total devido ao ar externo
Q
= Parcela do calor sensível
QAES
AES = P arcela do calor sensível
Q
= Parcela do calor latente
QAEL
AEL = P arcela do calor latente
Universidade
Universidade Santa
Santa Cecília
Cecília –– Santos
Santos // SP
SP
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Carga Térmica
Estado 1: ar externo
Estado 2: ar interno
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QAES = m. Δh sensível = (V/v) . Δh sensível
QAEL = m. Δh latente = (V/v) . Δh latente
Onde:
m = vazão de ar externo em massa [kg/s]
V = vazão de ar externo em volume [m 3/s]
v= volume específico do ar externo [m 3/kg]
1
2
TEMPERATURA DE BULBO SECO
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Carga Térmica
Outras fontes de calor:
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Ocupação de pessoas:
QOC = NP . (QPS + QPL)
Onde:
NP = número de pessoas
QPS = calor sensível gerado por pessoa (tabelas – NBR 16401)
QPL = calor latente gerado por pessoa (tabelas – NBR 16401)
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Carga Térmica
Outras fontes de calor:
Iluminação:
QIL = NL . Q L . Fu
onde:
Universidade
NL = número
de lâmpadasSanta Cecília – Santos / SP
QL = calor sensível gerado por cada lâmpada (observar tipo de lâmpada e reatores)
FU = Fator de utilização
Equipamentos elétricos:
QEQ= ∑ [ (QEQ )i . (FU )i ]
onde:
(i = 1 a n)
n = número de equipamentos
FU = Fator de utilização
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Carga Térmica
Carga Térmica Total:
QT = QCD + QRT + QRO + QAE + QOC + QIL + QEQ
Universidade
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Notas:
1 - Havendo ainda outras fontes de calor, essas deverão também ser incluídas.
2 – Atentar para a possibilidade da ocorrência de picos de carga térmica nos diversos ambientes em
diferentes horários.
3 - TR : Quantidade de calor necessária para derreter 1 tonelada de gelo no período de 24 horas.
TR = tonelada de refrigeração
1 TR = 3023 Kcal/h = 12.000 Btu/h
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Carga Térmica
Exemplo
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•
Determine a carga térmica de uma cabine de ponte rolante, cujas dimensões e
outros dados são apresentados abaixo. A cabine tem três paredes e teto
inteiramente envidraçadas e uma parede e piso de chapa isolada termicamente.
Observa-se que nenhuma parede, teto ou piso recebe insolação, visto estarem
dentro de um galpão fechado. O ambiente externo pode ser considerado, para efeito
de projeto, a 40ºC e 80% de umidade relativa. Internamente a cabine deverá ficar a
22ºC e 50% de umidade relativa.
Dados:
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- Dimensões da cabine: largura=3m, comprimento=3m, altura=2,5m
- Resist. térmica do ar : 0,10 m2 . K / W (valores válidos para as superfícies
horizontais e
verticais, interna e externamente)
- Resist. Térmica do vidro: 0,17 m2 . K / W
- Resist. Térmica da chapa isolada: 0,45 m2 . K / W
- Entalpia ar externo = 120 kJ/kg
- Entalpia ar interno = 43 kJ/kg
•
•
•
No de pessoas = 2 pessoas
renovação de ar necessária: 27 m3/h por pessoa
dissipação de calor de cada pessoa: 150 W
•
Iluminação e equipamentos elétricos : 800 W
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•
•
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Solução
•
Calor por condução:
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Rvidros = Rar ext + Rv + Rar int =0,10+0,17+0,10 =0,37 [m2.K/W].
Rch isolada = Rar ext + Rch isol + Rar int =0,10+0,45+0,10 =0,65 [m2.K/W].
 1


1
Q cond  
 Avidro 
 AchIsol   (text  tint )  
RchIsol

 Rvidro

 1

1

 
 (3  3  2,5  3  3) 
 (3  2,5  3  3)   (40  22)  1989,4[W ]
0,65

 0,37

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Calor liberado pelas pessoas:
Q pessoas  2 pessoas  150[W / pessoa ]  300[W ]
Calor devido ao ar de renovação:
V- vazão
 2 pessoas
27[ m3 / hnecessário:
. pessoa]  54[ m3 / h]
de arexterno
-vazão de ar externo
em Cecília
massa:
Universidade
Santa
– Santos / SP
m 
V
54[m 3 / h ]

 58,7[ kg / h ]
v ext 0,92[ m 3 / kg ]
-cálculo do calor devido ao ar externo:
Q ar  m  ( hext  hint )  58,7[ kg / h ]  (120  43 )[ kJ / kg ]  4519 ,9{kJ / h}  1,3[kW ]  1300W
Calor devido à iluminação e equipamentos elétricos:
Q elétr  800[W ]
CALOR TOTAL:
Q total  Q cond  Q pessoas  Q ar  Q elét 
 1989, 4  300  1300  800  4389, 4[W ]
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