calculo carga termica 2

1

Carga TérmicaCarga TérmicaCarga Térmica

Denomina-se carga térmica ao calor (sensível ou latente) a ser fornecido ou extraído do ar, por unidade de tempo, para manter no recinto as condições desejadas. Esta quantidade de calor é calculada para duas condições, de modo a nunca termos situações de desconforto térmico nas épocas críticas do ano.

A carga térmica varia com a estação:

☛ carga térmica de verão ☛ carga térmica de inverno

� Carga térmica de verão

1. Fontes de calor externo:

a) Calor do Sol� transferência de calor por condução e convecção através de paredes,tetos, janelas, etc...� transferência de calor por radiação através de janelas, paredes e teto.

b) Infiltração de Ar

c) Renovação de Ar

2

2. Fontes de calor interno:

� Pessoas, iluminação artificial, motores, cargas especiais.

DETERMINAÇÃO DA CARGA TÉRMICA DE VERÃO - Método ABNT

Todos os cálculos propostos pela ABNT prevêem regime permanente nos processos de transferência de calor.


Etapas do cálculo da carga térmica

Deve-se estabelecer as condições (temperatura e umidade) do ar externo e interno.

a) Condições Internas Para InvernoA tabela 1 nos dá as condições recomendadas de temperatura e umidade relativa internas ao ambiente, segundo a ABNT.

TBS (°C) U.R. (%) 20 – 22 35 - 65

Tabela 1 – Condições internas para inverno

3

TABELA 2 - Condições Internas para Verão

Recomendável MáximaFinalidade Local

Conforto Residências, HoteisEscritórios, Escolas

Lojas de Bancos, Barbearias,curto tempo de Cabelereiros, Lojas,ocupação Magazines, SupermercadosAmbientes c/ Teatros, Auditóriosgrandes cargas Templos, Cinemas, Bares,de calor latente Lanchonetes, Bibliotecas,e/ou sensível Estúdios de TVLocais dereuniões com Boates, Salões de Bailemovimento

Depósitos de Livros,Ambientes Manuscritos, Obras Rarasde Arte Museus e galerias

de arteAcesso Halls de elevadores

TBS (oC) UR (%)

- -

TBS (oC) UR (%)

40 a 50*

50 a 55*

21 a 23*

21 a 23*

-

-

70

-

-

28

24 a 26 40 a 65 27 65

652740 a 6524 a 26

24 a 26 40 a 60 27 65

23 a 25 40 a 60 26,5 65

*Condições constantes para o ano inteiroTBS = Temperatura de bulbo seco (°C)UR = Umidade relativa (%)


4

Tabela 3 – Condições externas para Verão

Cidades TBS TBU Temperatura MáximaI - Região NorteMacapá (AP) 34 28,5 34,7Manaus (AM) 35 29,0 36,9Santarém (AP) 35 28,5 37,3Belém (PA) 33 27,0 34,9II - Região NordesteJoão Pessoa (PB) 32 26,0 -São Luís (MA) 33 28,0 33,9Parnaíba (PI) 34 28,0 35,2Terezina (PI) 38 28,0 40,3Fortaleza (CE) 32 26,0 32,4Natal (RN) 32 27,0 32,7Recife (PE) 32 26,0 32,6Petrolina (PE) 36 25,5 38,4Maceió (AL) 33 27,0 35,0Salvador (BA) 32 26,0 33,6Aracajú (SE) 32 26,0 -


5

Cidades TBS TBU Temperatura MáximaIII - Região SudesteVitória (ES) 33 28,0 36,1Belo Horizonte (MG) 32 24,0 35,5Uberlândia (MG) 33 23,5 37,6Rio (RJ) 35 26,5 39,4São Paulo (SP) 31 24,0 34,9Santos (SP) 33 27,0 37,7Campinas (SP) 33 24,0 37,4Pirassununga (SP) 33 24,0 37,8IV - Região Centro-OesteBrasília (DF) 32 23,5 34,8Goiânia (GO) 33 26,0 37,3Cuiabá (MT) 36 27,0 39,0Campo Grande (MS) 34 25,0 37,0Ponta-Porã (MS) 32 26,0 35,8

continuação


Cidades TBS TBU Temperatura MáximaV - Região SulCuritiba (PR) 30 23,5 33,3Londrina (PR) 31 23,5 34,0Foz do Iguaçu (PR) 34 27,0 38,0Florianópolis (SC) 32 26,0 36,0Joinville (SC) 32 26,0 36,0Blumenau (SC) 32 26,0 36,0Porto Alegre (RS) 34 26,0 39,0Santa Maria (RS) 35 25,5 40,0Rio Grande (RS) 30 24,5 -Pelotas (RS) 32 25,5 -Caxias do Sul (RS) 29 22,0 -Uruguaiana (RS) 34 25,5 -

Fonte: Tabelas Climatológicas da Diretoria de Rotas Aéreas, do Ministério da Aeronáutica, apud ABNT.

6

b) Penetração de Calor por Condução e ConvecçãoOcorre por:

� paredes externas;� paredes internas;� vidros;� cobertura.

É calculada com:

em kcal/h ou Watt, ou equivalente.

� O coeficiente global de transferência de calor (ou Transmitância Térmica), U, deve ser determinado a partir dos materiais constituintes. Apresenta-se, na tabela 4, alguns valores indicativos.

TAUQ ∆××=


7

TABELA 4 – Coeficiente Global de Transferência de Calor

Descrição U (W/m2 0C) Vidros simples Internos e Externos (6 mm) 4,7 Vidro duplo 2,0 Porta externa de madeira maciça – 4 cm 2,7 Paredes externas(acabamento comum – 1 tijolo maciço) 2,0

Paredes externas duplas de tijolo maciço, com camada de ar de 5 a 12 cm 1,5

Paredes Divisórias - (1/2 tijolo oco, 12 cm, acabamento comum) 2,2

Lajes expostas (valor médio para lajes de cobertura) 3,5

Telhado (valores médios) 2,0

Piso ou Teto (em laje – valor médio) 2,0


O Coeficiente Global é o inverso da resistência térmica. Para uma lâmina simples de vidro, o valor do Coeficiente Global de Transferência de Calor depende dos coeficientes de película, englobando efeitos de convecção e de radiação, do lado interno e externo da janela, da espessura do material e de sua condutibilidade térmica. Assim:

8

onde:hi: coeficiente de película interno (W/m2 °C);e: espessura do vidro (m);k : condutibilidade térmica do vidro (W/m °C);he: coeficiente de película externo (W/m2 °C).


Coeficientes de película

Geralmente, o coeficiente de película interno representa um parâmetro de convecção natural, com temperatura do ar em torno de 24 °C, acrescido da radiação que a janela emite para as superfícies interiores.

onde:hci: coeficiente de convecção interno (W/m2 °C);hri: coeficiente de radiação interno (W/m2 °C);A = 1,77;ev: emitância da superfície interior do vidro;σ: constante de Stefan-Boltzmann (σ = 5,6697 x 10-8 W/m2 K);Tv: temperatura da superfície interior do vidro (K);Ti: temperatura do ar interior (K).

( ) ( )[ ]( )iv

ivvoivricii TT

TTeTTAhhh−

−×+−=+=44

25, σAssim:

��

��

�++

=

ei hke

h

U11

1

9

Coeficiente de película externo, he:

vhe ×+= 1,410

Onde:he é expresso em (W/m2 ) e v é a velocidade do vento (m/s).

c) Radiação

� frente / fundos� laterais� cobertura

TeqAUQ ∆××=em [kcal/h ou Watt].


10

TABELA 5 – Temperatura Equivalente (0C) (300 latitude sul)Cor Superfície Opaca Escura Média Clara

SE (8h) 18 10 4,5 E (8h) 24 14,5 7 NE (8h) 15,5 9 4 N (12h) 3,5 0,5 - NO (16h) 15,5 9 4 O (16h) 24 14,5 7 SO (16h) 18 10 4,5 Telhado (12h) 38 23 13 Superfície Transparente (1) (2) (3) SE 70 35 21 E (8h) 96 48 28 NE (8h) 58,5 30 18 N (12h) 10,5 5 3,5 NO (16h) 58 30 18 O (16h) 96 48 28 Telhado (12h) 143 70 -

(1)Sem proteção contra a insolação ou cortinas escuras(2)Com cortinas claras ou persianas internas(3)Com persianas externas


Temperatura ar-sol

“A temperatura ar-sol, para a superfície de um dado elemento de envelope, é a temperatura externa teórica que produz os mesmos efeitos térmicos no elemento que a combinação de condições de temperatura do ar externo e radiação incidente”.

11

d) Pessoas� taxa de ocupação (Tabela 6)

TABELA 6 – Valores para Ocupação dos Recintos

LOCAL m2 / Pessoa Dormitórios 10 Salas residenciais 8 Salões de hotel 6 Escritórios privados 8 Escritórios em geral 6 Bancos – recintos 7 Bancos – recintos 4 Lojas de pouco público 5 Lojas de muito público 3 Restaurantes 2 Boites 1 Auditórios – 1,5Teatros - Cinemas 0,75

• calor liberado por pessoa (Tabela 7) [kcal/h]


12

TABELA 7 – Calor Liberado por pessoa (kcal/h)

TBS 28 27 26 24 21 LOCAL

Metabolis-mo

homem adulto

Metabolis-mo

Médio(A) S L S L S L S L S L Teatro, escola primária 98 88 44 44 49 39 53 35 58 30 65 23 Escola secundária 113 100 45 55 48 52 54 46 60 40 68 32 Escrit. Hotéis, Aptos. Universidades 120

Supermercados varejistas, lojas 139

113 45 68 50 63 54 59

61 52 71 42

Farmácias, drogarias 139

Bancos 139 126 45 81 50 76 55

71

64 62 73 53

Restaurantes (B) 126 139 48 91 55 84 61 78 71 68 81 58 Fábrica, trabalho leve 202 189 48 141 55 134 62 127 74 115 92 97 Salão de baile 227 214 55 159 62 152 69 145 82 132 101 113Fábrica trabalho moderadamente pesado 252 252 68 184 76 176 83 169 96 156 116 136Boliches, fábricas, ginásios (C) 378 365 113 252 117 248 122 243 132 233 152 213

S = Sensível L = Latente


13

NOTAS:a) O “Metabolismo Médio” corresponde a um grupo composto de adulto e crianças de ambos os

sexos, nas proporções normais. Estes Valores foram obtidos à base das seguintes hipóteses:Metabolismo mulher adulta = Metabolismo homem adulto x 0,85Metabolismo criança = Metabolismo homem adulto x 0,75

b) Estes valores compreendem 14 kcal/h (50% calor latente) por ocupante, para levar em conta o calor desprendido pelos pratos

c) Boliche: admitindo uma pessoa jogando por pista e os outros sentados (100 kcal/h) ou de pé (139 kcal/h).


ie hhh −=∆

e) Ar para Renovação

� Tabela 8 V nº. Pessoas . V = Vtotal

Qren = m . ∆∆∆∆h [kcal/h]

Cálculo de he:

1. te (Tabela 9) πe

2. pve = Ye. πe

onde y é a umidade relativa/100

pressão absoluta de vapor

14

3.

em [kcal/kg ar seco]

)46,0597(622,024,0 ee

eee t

PvPPvth ×+×

−×+×=

P = 700 mm (São Paulo)


)46,0597(622,024,0 ii

iii t

PvPPvth ×+×

−×+×=3.

em [kcal/kg ar seco]

)273(27,296,13700

e

t

tV

TRVtPm

+×××=

××=

em [kg/h]

Cálculo de hi:

1. ti (Tabela 9) πi

2. pvi=Yi. πi

15

TABELA 8 – Ar Exterior para Renovação

m3/h Pessoas LOCAL recomendável mínimo Concentração de fumantes

Bancos 17 13 ocasional Barbearias 25 17 considerável Salões de beleza 17 13 ocasional Bares 68 42 - Cassinos-Grill–roon 45 35 - Escritórios

25 17 alguns 42 25 nenhum 51 42 considerável 35 25 nenhum

Públicos Privados Privados Estúdios Lojas 17 13 ocasional

Salas de hotéis 51 42 grande Residenciais 35 17 alguns Restaurantes 25 20 considerável Salas de diretores 85 50 muito grande Teatros-Cinemas-Auditórios 13 8 nenhum Teatros-Cinemas-Auditórios 25 17 alguns Salas de aula 50 40 nenhum Salas de reuniões 85 50 muito grande

13 8 - Aplicações gerais Por pessoa (não fumando) Por pessoa (fumando) 68 42 -

Fonte: ASHRAE HANDBOOK OF FUNDAMENTALS – 1972


16

t 0C

Pressão de vapor d’água

absoluta h mm Hg

π

Conteúdo de água por kg de ar seco

x103 kg/kg

Entalpia do vapor de água

hv kcal/kg de

H20

Entalpia do ar úmido

h kcal/kg de

ar seco

t 0C

Pressão de vapor d’água

absoluta hmm Hg

π

Conteúdo de água por kg de ar seco

x103 kg/kg

Entalpia do vapor de água

hv kcal/kg de

H20

Entalpia do ar úmido

h kcal/kg de ar seco

20 17,53 14,684 606,0 13,70 60 149,39 152,20 623,2 109,24 21 18,64 15,638 606,5 14,52 61 156,45 161,20 623,6 115,20 22 19,82 16,652 606,9 15,39 62 163,81 170,9 624,0 121,50 23 21,06 17,726 607,3 16,28 63 171,39 181,1 624,4 128,2 24 22,37 18,862 607,8 17,22 64 179,33 192,1 624,8 135,4 25 23,75 20,066 608,2 18,20 65 187,57 203,8 625,2 143,0 26 25,20 21,332 608,6 19,22 66 196,10 216,3 625,6 151,2 27 26,73 22,674 609,1 20,29 67 205,00 229,7 626,0 159,9 28 28,34 24,094 609,5 21,41 68 214,2 244,1 626,4 169,2 29 30,03 25,591 610,0 22,57 69 223,76 259,9 626,9 179,2 30 31,81 27,174 610,4 23,79 70 233,69 276,2 627,3 190,1 31 33,69 28,85 610,8 25,06 71 243,99 294,1 627,7 201,7 32 35,65 30,62 611,3 26,40 72 254,73 313,6 628,1 214,3

Tabela 9 - PROPRIEDADES DO AR ÚMIDO


17

f) InfiltraçãoTabela 10 Vinf.; he; hi; m

Q = m. ∆h [kcal/h]

TABELA 10 – Infiltração de Ar

A) Pelas frestas Tipo de abertura Observação m3/h por metro

de fresta - comum 3,0 - basculante 3,0

Mal ajustada 6,5 - guilhotina com caixilho de madeira Bem

ajustada 2,0

Sem vedação

4,5

- guilhotina com caixilho metálico Com vedação

1,8

Mal ajustada 13,0 Portas Bem

ajustada 6,5


18

B) Pelas portas m3/h por pessoa

Local Porta giratória (1,80 m)

Porta de vai e vem

(0,90 m) Bancos 11 14 Barbearias 7 9 Drogarias e Farmácias 10 12 Escritórios de Corretagem 9 9 Escritórios Privados - 4 Escritórios em Geral - 7 Lojas em Geral 12 14 Restaurantes 3 4 Lanchonetes 7 9

C) Pelas portas abertas

Porta até 90 cm 1350 m3/h Porta de 90 cm até 180 cm 2000 m3/h

continuação


g) Iluminação

Potência dissipada por luminárias Tabela 11

A carga térmica é a potência das lâmpadas multiplicada por um percentual devido aos reatores.

19

TABELA 11 – Energia Dissipada pelas Luminárias

LOCAL Tipos de Iluminação

Nível de Iluminação

LUX Potência

dissipada W/m2

Escritórios Fluorescente 1000 40 Lojas Fluorescente 1000 50 Residenciais Incandescente 300 30 Supermercados Fluorescente 1000 35 Barbearias e salões de beleza Fluorescente 500 20 Cinemas e teatros Incandescente 60 15 Museus Fluorescente 500 45 Bibliotecas Incandescente 500 70

Fluorescente 150 15 Restaurantes Incandescente 150 25

Bancos Fluorescente 1000 35

Incandescente 1000 50 Incandescente 500 30

Auditórios a) Tribuna b) Platéia c) Sala de espera Incandescente 150 20

Hotéis a) Banheiros Incandescente 150 25 b) Corredores Incandescente 100 15

Fluorescente 500 45 c) Sala de leitura Incandescente 500 70

d) Quartos Incandescente 500 35

Incandescente 150 20 e) Salas de Reuniões

- Platéias - Tablado Incandescente 500 30

f) Portaria e recepção Incandescente 250 35


20

h) Cargas especiais� motor do ventilador;� equipamentos, etc...

TABELA 12 – Calor Liberado por Fontes Diversaskcal/h Equipamentos Diversos Sensível Latente Total

Equipamento Elétrico

Aparelhos elétricos – por KW 860 0 860Forno elétrico – Serviço de cozinha por KW

690 170 860

Torradeiras e aparelhos de grelhar por KW

770 90 860

Mesa quente – por KW 690 170 860Cafeteiras – por litro 100 50 150

Equipamentos a Gás

GLP 50% butano + 50% propano por m3 /h

5540 700 6240

GLP (50/50%) por kg 9800 1200 11000Bico de Bunsen – tamanho grande 835 215 1050Fogão a gás – Serviço de Restaurante por m2 superfície da mesa 10500 10500 21000

Banho Maria

Por m2 de superfície superior 2130 1120 3250Cafeteira - por litro 150 50 200

Equipamentos a Vapor

Banho Maria por m 2 de boca 1125 2625 3750


21


kcal/h Equipamentos Diversos Sensível Latente TotalAlimentos

Por Pessoa (Restaurante) 7 7 14 Motores Elétricos Potência (Placa) Eficiência

aproximada (%)

Até ¼ CV Por CV 60 1050 0 1050½ a 1 CV Por CV 70 900 0 9001 ½ a 5 CV Por CV 80 800 0 8007 ½ a 20 CV

Por CV 85 750 0 750

Acima de 20 CV

Por CV 88 725 0 725

continuação

calculo carga termica 2

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