Disciplina:Sistemas Térmicos

Exercício 1

• Seja uma sala de cinema com capacidade para um público pagante de 520 pessoas (público misto, compreendendo adultos do sexo masculino e feminino e também crianças), com uma densidade de 100 pessoas para 100 m2. A sala foi construída com o objetivo de suportar até 5 sessões diárias com 2 horas de projeção cada, com início das 14h da tarde. Estime a (a) carga térmica MÁXIMA gerada pela presença do público (em BTU/h), tendo sido informado que, normalmente, ao menos um terço do público em cinemas come ativamente durante o início da sessão. Determine (b) a carga latente MÁXIMA e (c) a carga sensível MÁXIMA, também em BTU/h. Considere que uma pessoa comendo, sentada, emite uma carga térmica 30% maior que uma pessoa sentada, inativa.

• Utilize como referência o texto “STM Carga Térmica – Exemplo v4” disponível no Blog.

• 520 pessoas, 2/3 assistindo, 1/3 assistindo e comendo.

• Somente assistindo: 347 pessoas

• Assistindo e comendo: 173

� = ����� × �

Calor liberado (qocup) durante o dia:

Sentado ao cinema ou teatro, dia (tabela 7): Calor total Adultos (masc + fem): 95 WCalor Sensível: 64,98 WCalor Latente: 30,02 WCalor total comendo (masc + fem): 123,5 WCalor Sensível: 84,47 WCalor Latente: 39,03 W

Calor liberado (qocup) durante o noite:

Sentado ao cinema ou teatro, dia (tabela 7): Calor total Adultos (masc + fem): 105 WCalor Sensível: 70,04 WCalor Latente: 34,97 WCalor total comendo (masc + fem): 136,5 WCalor Sensível: 91,05 WCalor Latente: 45,45 W

• Item a) CALOR TOTAL EMITIDO MÁXIMO

• A maior quantidade de calor é emitido a noite.

• Somente assistindo: 347 pessoas (105 W cada)

• Assistindo e comendo: 173 (136,5 W cada)

�� = 105 × 347 + 136,5 × 173 = 60.049,5�

• Convertendo para BTU/s: 56,915944166 BTU/s

• Convertendo para BTU/h: 204897,3989976 BTU/h

• Resposta: a) 204.897 BTU/h ou 205.000 BTU/h

Obs.: 1 W = 0,000947817 BTU/s

• Item B) CALOR LATENTE EMITIDO MÁXIMO

• A maior quantidade de calor latente é emitido a noite.

• Somente assistindo: 347 pessoas (34,97 W cada)

• Assistindo e comendo: 173 (45,45 W cada)

�� = 34,97 × 347 + 45,45 × 173 = 19.997,44�

• Convertendo para BTU/s: 18,953915994 BTU/s

• Convertendo para BTU/h: 68234,0975784 BTU/h

• Resposta: b) 68.234 BTU/h ou 68.200 BTU/h

Obs.: 1 W = 0,000947817 BTU/s

• Item C) CALOR SENSÍVEL EMITIDO MÁXIMO

• A maior quantidade de calor sensível é emitido a noite.

• Somente assistindo: 347 pessoas (70,04 W cada)

• Assistindo e comendo: 173 (91,05 W cada)

�� = 70,04 × 347 + 91,05 × 173 = 40.055,53�

• Convertendo para BTU/s: 37,965317097 BTU/s

• Convertendo para BTU/h: 136675,1415492 BTU/h

• Resposta: c) 136.675 BTU/h ou 136.700 BTU/h

Obs.: 1 W = 0,000947817 BTU/s

Exercício 2

• Seja um recinto de 2.400 m2 que será construído para funcionar como loja, operando das 8h00 da manhã até as 18h00, sem interrupção. A iluminação adequada para este tipo de empreendimento é de cerca de 750 Lux. Considerando o ponto de vista de consumo de energia para aclimatar este recinto, (a) determine qual o melhor tipo de iluminação (tipo de luminária, tipo de lâmpada), (b) estime a carga térmica da melhor opção em BTU/h, e (c) qual é o percentual de economia em relação à segunda melhor opção.

• Utilize como referência o texto “STM Carga Térmica – Exemplo v4” disponível no Blog.

Operação das 8h às 18h

Maior fator de carga térmica para 10h de operação

Opções: luminária embutida, FCR = 0,852; luminária pendurada, FCR = 0,957.

Opções: Fluorescente (17 W/m2); fluorescente compacta (23 W/m2) e vapor metálico (28 W/m2)

• Mínimo calor emitido: 41.714 W ou 142.334 BTU/h

• Opção selecionada: Lâmpada fluorescente, luminária embutida.

• Segunda melhor opção: 46.855 W ou 159.876 BTU/h

• Economia em relação à segunda melhor opção:

��������% =�����������

�����≈ 11,0%

Luminária FCR Lâmpada [W/m2] Área [m2] Fr q[W]

Embutida 0,852 Fluorescente 17 2400 1,2 41.714

Pendurada 0,957 Fluorescente 17 2400 1,2 46.855

Embutida 0,852Fluorescente

compacta 23 2400 1,2 56.436

Pendurada 0,957Fluorescente

compacta 23 2400 1,2 63.392

Embutida 0,852 Vapor metálico 28 2400 1 57.254

Pendurada 0,957 Vapor metálico 28 2400 1 64.310

1 W = 3,412141633 BTU/h

Exercício 3

• Seja uma sala em uma casa situada em Taubaté, SP. Esta possui uma janela exposta ao Sol na face Oeste, com área de 12 m2, e outra na face Norte, com área de 18 m2. Todas as janelas são do tipo vidro simples laminado (6mm), dotadas de cortina rolôescura. (a) Estime a energia solar máxima (em BTU/h) que a sala recebe, considerando o espaço de tempo de um ano, e (b) informe a estação em que isto ocorre (primavera, verão, etc.). Verifique as demais opções da combinação vidro com cortina (desconsidere o uso de persiana ou de ausência de cortina), e (c) informe qual delas permite a menor entrada de carga térmica, e (d) estime a economia percentual de energia com o uso desta nova alternativa. Utilize como referência o texto “STM Carga Térmica – Exemplo v4” disponível no Blog.

• Para determinar a insolação em um determinado horário (verão, 16h por exemplo), multiplica-se a área da janela Norte (18 m2) pela radiação solar na face Norte (50 W/m2), e também multiplica-se a área da janela Oeste (12 m2) pela radiação solar na face Oeste (704 W/m2). Os resultados destes produtos devem então ser somados, fornecendo a insolação total sobre o recinto, naquele horário (neste caso: 9.348 W).

• Este procedimento deve ser repetido para cada estação (verão, inverno, etc.), para os horários que apresentam maiores valores de radiação solar. Após isto, o maior valor encontrado indica a estação responsável pela maior insolação do recinto.

• A estação de inverno, no horário de 14h, apresenta o maior valor de área x radiação solar: 16.014 W.

• Resposta item b) Inverno.

06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h

S 114 208 195 151 106 74 63 74 106 151 195 208 114

SE 255 560 615 549 410 244 63 68 63 58 50 40 20

L 276 608 704 659 511 311 63 68 63 58 50 40 20

NE 121 323 410 417 349 235 65 68 63 58 50 40 20

18 m2 N 20 40 50 58 63 68 66 68 63 58 50 40 20

NO 20 40 50 58 63 68 65 235 349 417 410 323 121

12 m2 O 20 40 50 58 63 68 63 311 511 659 704 608 276

SO 20 40 50 58 63 68 63 244 410 549 615 560 255

H 81 317 575 811 990 1108 1138 1108 990 811 575 317 81

Verão

• Vidro simples laminado 6 mm + cortina escura: FGCI = 0,59

�� = � × �� × ���� = 16.014 × 0,59 = 9.448�

• Convertendo para unidades inglesas: 32.239 BTU/h

• Resposta item a) 32.239 BTU/h

• As opções vidro + cortina com os menores valores de FGCI são as que proporcionariam menor carga térmica por insolação ao recinto. O menor valor de FGCI é 0,25, de modo que qualquer das opções com este valor de FGCI pode satisfazer ao item c do exercício.

• Resposta item c)

1. Vidro simples, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro

2. Vidro simples, esp. 6 a 12 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro

3. Folha dupla, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro

4. Folha dupla, esp. 6 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro

• Opção com FGCI = 0,25:�� = � × �� × ���� = 16.014 × 0,25 = 4.004�

• Convertendo para unidades inglesas: 13.661 BTU/h

��������% =9448 − 4004

9448= 57,6%

• Resposta item d) 57,6%

• Respostas exercício 3

• a) 32.239 BTU/h

• b) Inverno

• c) Qualquer das seguintes opções: Vidro simples, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro; Vidro simples, esp. 6 a 12 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro; Folha dupla, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro; Folha dupla, esp. 6 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro.

• d) 57,6 %

Exercício 4

• Seja uma parede externa voltada para a face Oeste, sujeita a um vento de 24 km/h. A parede, de espessura de 200 mm e pintada em cor clara, é feita de tijolos furados de concreto de 20 cm, com acabamento em argamassa (reboco) tanto internamente como externamente. A temperatura externa é de 36oC, e deseja-se condicionar o recinto para uma temperatura de 25oC. Pede-se: (a) Determine os coeficientes globais de transferência de calor (U), em W/m2oC. (b) Estime a carga térmica máxima relacionada com esta parede, em W/m2. (c) Estime a carga térmica máxima relacionada com esta parede, em W/m2, caso esta fosse uma parede interna.

• Utilize como referência o texto “STM Carga Térmica – Exemplo v4” disponível no Blog.

• Resolução

• Levantar os dados junto à tabela 3, em “STM Carga Térmica –Exemplo v4”:

1. Condutância superficial de paredes (película) para ar a 24 km/h, h = 34 W/m2oC;

2. Condutância superficial de paredes (película) para ar parado, h = 8,28 W/m2oC;

3. Coeficiente de transmissão de calor de reboco em argamassa de 20 mm, C = 2,78 W/m2oC;

4. Coeficiente de transmissão de calor para tijolo de concreto furado de 20 cm, k = 0,13 W/moC.

• Estimativa do coeficiente global de transferência de calor (U) para a parede externa:

� =1

ℎ���+

1

����+

�

����+

1

����+

1

ℎ���

� =1

34+

1

2,78+0,20

0,13+

1

2,78+

1

8,28= 2,40807071��℃/�

� =1

�= 0,415270198�/��℃

Película de ar externo

Argamassa

Espessura do tijolo

Tijolo

Película de ar interno

• Estimativa do coeficiente global de transferência de calor (U) para a parede interna:

� =1

ℎ���+

1

����+

�

����+

1

����+

1

ℎ���

� =1

8,28+

1

2,78+0,20

0,13+

1

2,78+

1

8,28= 2,499432��℃/�

� =1

�= 0,400091�/��℃

Película de ar interno

Argamassa

Espessura do tijolo

Tijolo

Película de ar interno

• Diferencial de temperatura real DTreal (parede externa):

������ = ���� − ���� = 36 − 25 = 11℃

• DT tabelado para parede externa (tabela 5): 9,4C

• DT corrigido para parede externa: 11C

• Acréscimo devido a cor da parede e disposição em relação ao Sol (tabela 6): 5,5C

• DT final para parede externa: 16,5C

Igual ao DTreal

• DT tabelado para parede interna (tabela 5): 5,5C

• DT corrigido para parede interna:

�������� = ����� + ∆�� = 5,5 + 1,6 = 7,1℃

• DT final para parede interna: 7,1C

• Carga térmica da parede externa, em função da área:

���� = � × � × �� ⇒ ����

�= � × ��

����

�= � × �� = 0,415270198 × 16,5 = 6,852�/��

• Carga térmica da parede interna, em função da área:

����

�= � × �� = 0,400091 × 7,1 = 2,841�/��