SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO - Técnicos Online · 2019. 10. 24. · Tabela D.3, NBR 15220-2; Para configurações diferentes: consultar metodologia de cálculo da NBR 15220. Prof.:

SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 10-11 – CARGAS TÉRMICA

CARGA TÉRMICA◦A transferência de calor através dasparedes de um edifício depende domaterial, de aspectos geométricoscomo tamanho, forma e orientação,da ocorrência de fontes internas decalor e de fatores climáticos.

◦O projeto do sistema exige que cadaum desses fatores seja estudado eque suas interações sejamcuidadosamente avaliadas.

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CARGA TÉRMICA◦O objetivo principal do cálculo das

trocas térmicas é a estimativa dacapacidade de refrigeração do sistemaprojetado, de forma a manter umdeterminado nível de conforto noambiente.

◦A carga térmica representa aquantidade de energia térmica quedeve ser removida/fornecida parapromover conforto aos usuários e/oucomponentes de um ambiente.

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CARGA TÉRMICA◦As cargas térmicas sãodivididas em dois grupos:◦ Cargas externas: que passam

pelas envolventes do recinto(paredes, janelas, portas, etc.).Exemplo: aquecimentoproveniente de radiação solar.

◦ Cargas Internas: que sãogeradas dentro das envolventesdo recinto. Exemplo: pessoas,iluminação, equipamentos, etc.

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CONDIÇÕES CLIMÁTICASDADOS CLIMÁTICOS DE PROJETO◦ As condições climáticas são de grande importância para os cálculos dos calores que

transpassam os envolventes do recinto.◦ A NBR 16401-1:2008 apresenta no Anexo A valores de condições climáticas para

diversas localidades.◦ Neste Anexo é usado a Frequência de Ocorrência que determina o percentual de vezes

que a dado real é igual ou superior ao dado apresentado.◦ 0,4% (referência quente) e 99,6% (referência fria) – Obrigatória para projetos críticos, exigindo uma

probabilidade mínima de a capacidade calculada ser inferior à necessária para garantir as condições internas(Opcional para sistemas comerciais ou residenciais de alta exigência).

◦ 1% (referência quente) e 99% (referência fria) – Adequada para projetos comerciais ou residenciais;◦ 2% (referência quente) e -% (referência fria) – adotar somente em situação onde se admita ultrapassar com

maior frequência, as condições internas de temperatura e umidade relativa previstas em projeto.

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Para localidades não listadas no Anexo A, adotar os dados da localidade listada cujos parâmetros mais se aproximam dos parâmetros climáticos da localidade do projeto: mês >Q, mês>F, altitude, entre outros.

Dados coletados em aeroportos








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Média das temperaturas ocorridas (coincidentes) com a temperatura associada.

CONDIÇÕES CLIMÁTICASDADOS CLIMÁTICOS DE PROJETO

◦A temperatura aolongo do dia pode serestimada utilizando aTabela 2.

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CONDIÇÕES CLIMÁTICASDADOS CLIMÁTICOS DE PROJETO◦Objetivos do cálculo e dados a adotar:

a) TBS e TBUc : dimensionamento de sistemas deresfriamento/desumidificação;

b) TBU e TBSc: verificação de se a carga total de resfriamento do sistemanão ultrapassa a determinada com as condiçõesindicadas em a), nocaso de altas taxas de ar exterior;

c) TBU e TBSc: dimensionamento de sistemas de resfriamento evaporativoe torres de resfriamento;

d) TPO, w e TBSc: dimensionamento de sistemas de baixa umidade;e) TBS, TPO, w e TBSc: dimensionamento de sistemas de aquecimento e

umidificação

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INSOLAÇÃO E TRANSMISSÃO DE CALOR EXTERNAINSOLAÇÃO ATRAVÉS DE VIDROS

◦A radiação solar pode transpassar superfícies não opacas agindodiretamente no aquecimento do recinto. As janelas e vidraças sãoexemplos comuns de áreas pelas quais a radiação solar pode adentrar orecinto.

◦Para o cálculo da carga térmica, tem-se:◦Onde:

◦ Qa = Carga térmica de insolação;◦ It = Intensidade de radiação (Tabelas 6 e 15);◦ A = Área envidraçada;◦ ϕ = Fator de redução do vidro (Tabela 16);◦ a = Fator de armazenamento (Tabela 7 a 11).

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◦ It = Intensidade deradiação(Tabelas 6 e 15)

◦Exemplos:

◦Latitude Sul 20°,orientação da janela N:◦ It=404kcal/hm² (Junho)

◦Latitude Sul 33°,orientação da janela O:◦ It=447kcal/hm² (Out e Fev)

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◦ It = Intensidade de radiação(Tabelas 6 e 15)

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◦Exemplo

◦Latitude Sul 20°, orientação da janela N:◦ It=404kcal/hm² (Junho)

◦ Hora Solar: 12

◦É necessário avaliar as correções!

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◦Exemplo

◦Latitude Sul 33°, orientação da janela O:◦ It=447kcal/hm² (Out e Fev)

◦ Hora Solar: 16

◦É necessário avaliar as correções!

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◦ϕ = Fator de redução dovidro (Tabela 16)

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◦ a = Fator dearmazenamento;

◦ A Tabela 7 apresenta ofator de armazenamento(a), considerando-se que ovidro tem sombreamentointerno, isto é, persianas,cortinas, e 24 horas defuncionamento do sistemade ar condicionado comtemperatura constante noambiente

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◦ a = Fator dearmazenamento;

◦ Na Tabela 8 apresenta-se ofator de armazenamento(a) para vidros comsombreamento externo,isto é, toldos, brises,marquises, e 24 horas defuncionamento do sistemade ar condicionado comtemperatura constante noambiente.

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◦a = Fator dearmazenamento (Tabela7 a 11)

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◦a = Fator de armazenamento (Tabela 7 a 11)

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INSOLAÇÃO E TRANSMISSÃO DE CALOR EXTERNACONDUÇÃO NAS PAREDES EXTERNAS

◦O calor transpassa as paredes do recito por condução, porém a áreaexterna, este calor é dividido em convecção e radiação. Para simplificaros cálculos é usado a diferença de temperatura equivalente, conformeequação:

◦Onde:◦ Qc = Calor de condução pelas paredes;

◦ U = Coeficiente global para paredes externas (Tabela D.3);

◦ A = Área das paredes externas;

◦ ΔTe = Diferença de temperatura equivalente (Tabela 19).

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◦U = Coeficiente global paraparedes externas;

◦Tabela D.3, NBR 15220-2;

◦Para configurações diferentes:consultar metodologia decálculo da NBR 15220.

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◦U = Coeficiente global para paredesexternas;


◦Para configurações diferentes: consultarmetodologia de cálculo da NBR 15220.

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◦ ΔTe = Diferença detemperatura equivalente(Tabela 19).

◦ Correção da Tabela:

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INSOLAÇÃO E TRANSMISSÃO DE CALOR EXTERNACONDUÇÃO NAS PAREDES EXTERNAS◦ ΔTe = Diferença de temperatura equivalente (Tabela 19).◦ Correção da Tabela:◦ Onde:

◦ (ΔTe)s = Diferença de Temperatura Equivalente para a mesma parede ou telhado na sombra e horado dia desejado, corrigido, para as condições de projeto;

◦ (ΔTe)m = Diferença de Temperatura Equivalente para a parede ou telhado exposto ao sol e hora dodia desejado, corrigido, para as condições de projeto.

◦ Rs = Radiação solar máxima através de vidros para a fachada da parede ou para a horizontal, nocaso de telhados, para o mês e latitude desejados (Tabela 6);

◦ Rm = Radiação solar máxima através de vidros para a fachada da parede ou para a horizontal, nocaso de telhados, para o mês de para janeiro, 40° S (para o hemisfério norte devem ser utilizados osvalores relativos a julho a 40ºN);

◦ b = Coeficiente que considera a coloração da parede exterior:◦ 1 para paredes escuras (azul escuro, verde escuro, marrom escuro, etc...);◦ 0,78 para paredes de cor média (verde claro, azul claro, etc...);◦ 0,55 para paredes claras (creme, branco, etc).

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◦ Onde:◦ (ΔTe)s = (ΔTe)s’ + Correção

(ΔTe)m = (ΔTe)m’ +CorreçãoOnde:◦ (ΔTe)s’ e (ΔTe)m’ representam os

valores para as características databela 19

◦ Correção (Tabela 20A)

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Exemplo: Para um projeto com fachada para o N e peso 300Kg/m² às 12h:(ΔTe)s’ = 0(ΔTe)m’ = 6,7




◦ Onde:◦ (ΔTe)s = (ΔTe)s’ + Correção

(ΔTe)m = (ΔTe)m’ +CorreçãoOnde:◦ (ΔTe)s’ e (ΔTe)m’ representam os

valores para as características databela 19

◦ Correção (Tabela 20A)

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ΔT=Texterna-Tinterna

Variação da Tempao logo do dia

Exemplo: Para um projeto onde a Temperatura externa é 34°C e a interna é 24°C e ΔT=6°CCorreção((34-24);6)= + 4,2


◦ ΔTe = Diferença de temperaturaequivalente (Tabela 19).

◦ Correção da Tabela:◦ Onde:

◦ Rs (Tabela 6 e/ou Tabela 15): nas condições doprojeto;

◦ Rm (Tabela 6 e/ou Tabela 15): Latitude 40°Janeiro.

◦ Exemplo:◦ Para Latitude 0° fachada para N:

◦ Rs = 222 kcal/hm²◦ Rm = 187*1,07 (correção de janeiro)

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INSOLAÇÃO E TRANSMISSÃO DE CALOR EXTERNAExemplo 1

◦ Calcule a transferência de calor por condução pelas paredes de um prédiocom 40m² voltado para o Leste localizado em Fortaleza.

◦ Dados adicionais: negociados em sala.

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INSOLAÇÃO E TRANSMISSÃO DE CALOR EXTERNACONDUÇÃO NO TELHADO

◦O calor transpassa pelo telhado por condução, porém a área externa,este calor é dividido em convecção e radiação. Para simplificar oscálculos é usado a diferença de temperatura equivalente, conformeequação:

◦Onde:◦ Qd = Calor de condução pelo telhado;◦ U = Coeficiente global para o telhado (Tabela D.4);◦ A = Área do telhado;◦ ΔTe = Diferença de temperatura equivalente (Tabela 20).

◦Caso haja forro intermediário (como gesso) considera-se 80% do valorcalculado.

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◦U = Coeficiente global de paraparedes externas;


◦Para configurações diferentes:consultar metodologia decálculo da NBR 15220.

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◦ O procedimento para ocálculo é similar aoapresentado paracondução de paredes.

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INSOLAÇÃO E TRANSMISSÃO DE CALOR EXTERNACONDUÇÃO PELOS VIDROS

◦O calor transpassa os vidros por condução, esta carga térmica pode sercalculado pela equação:

◦Onde:◦ Qb = Calor de condução pelos vidros;◦ U = Coeficiente global para os vidros:

◦ Verão: 5kcal/hm²K◦ Inverno: 5,5kcal/hm²K

◦ A = Área dos vidros;◦ Text= Temperatura externa;◦ Tint= Temperatura interna;

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INSOLAÇÃO E TRANSMISSÃO DE CALOR EXTERNACALOR TOTAL

◦O ganho total de calor devido aos fatores externos é calculado pelasoma de todas as componentes já apresentadas:

◦Onde:◦ Qa = Carga térmica de insolação;

◦ Qb = Calor de condução pelos vidros;

◦ Qc = Calor de condução pelas paredes;

◦ Qd = Calor de condução pelo telhado.

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TRANSMISSÃO ATRAVÉS DAS PAREDES INTERNASVIDROS INTERNOS

◦O calor transpassa os vidros internos por condução, esta carga térmicapode ser calculado pela equação:

◦Onde:◦ Q1 = Calor de condução pelos vidros internos;

◦ U = Coeficiente global para os vidros (3,66Kcal/hm²K);

◦ A = Área dos vidros;

◦ Te-Ti = Temperatura externa – Temperatura interna.

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Q1 só deverá ser calculado entre recintos refrigerados e não refrigerados.

TRANSMISSÃO ATRAVÉS DAS PAREDES INTERNASPAREDES INTERNAS


◦Onde:◦ Q2 = Calor de condução pelas paredes internas;

◦ U = Coeficiente global para as paredes (Tabela D.3);

◦ A = Área das paredes;


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TRANSMISSÃO ATRAVÉS DAS PAREDES INTERNASTESTOS E PISOS


◦Onde:◦ Q3 = Calor de condução través do teto e piso;

◦ U = Coeficiente global (Tabela D.3 e D.4);

◦ A = Área do teto e piso;


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TRANSMISSÃO ATRAVÉS DAS PAREDES INTERNASCALOR TOTAL

◦O ganho total de calor através das paredes internas, teto e piso écalculado pela soma de todas as componentes já apresentadas:

◦Onde:◦ Q1 = Calor de condução pelos vidros internos;

◦ Q2 = Calor de condução pelas paredes internas;

◦ Q3 = Calor de condução través do teto e piso.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADECARGA DOS OCUPANTES

◦O número máximo esperado de pessoas em cada recinto deve serestipulado pelo contratante do projeto. Para ausência destainformação, deve ser adotada a densidade de ocupação indicada naTabela 1 da ABNT NBR 16401-3.

◦O número máximo de pessoas estipulado deve ser adotado, paraprojeto, apenas no caso de ocorrer ocupação contínua por 90min oumais. No caso de ocupação intermitente de curta duração, deve seradotada um taxa média determinada de comum acordo com ocontratante do projeto.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADECARGA DOS OCUPANTES◦ Os calores sensível e latente

deverão ser computadosseparadamente:

◦ Calor sensível:◦ Onde: n representa o número de

ocupantes e S o calor sensívelliberado.

◦ Calor latente:◦ Onde: n representa o número de

ocupantes, L o calor latente.◦ Podem haver outros fontes de calor

latente como cafeteiras, refeições,reservatórios de água ehumidificadores.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADEILUMINAÇÃO

◦O tipo e a potência das lumináriasdevem ser obtidos do projeto deiluminação ou estipulado pelocontratante do projeto. Na ausênciadesta informação, devem seradotados os valores típicos para asdensidade de potência de iluminaçãona Tabela C.2 da NBR 16401-1.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADEILUMINAÇÃO

◦Em alternativa a Tabela C.2, as equações abaixo podem serutilizadas:◦ Para lâmpadas incandescentes (Kcal/h):

◦ Para lâmpadas fluorescentes (Kcal/h):

◦ Onde:◦ n = número de lâmpadas◦ PL = Potência nominal da lâmpada, em W◦ r = Fator de calor dissipado pelos reatores (0,25 para convencionais,

0,0075 para eletrônicos)Prof.: Kaio Dutra

FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADEEQUIPAMENTOS DE ESCRITÓRIO

◦ A dissipação efetiva de calor dosequipamentos de escritório deve serobtida a partir de levantamento dosequipamentos e de informações dofabricante. Devem ser aindaconsiderados a operação dosequipamentos em modo de espera ouintermitente.

◦ Na ausência destas informações,devem ser adotados os valores típicosde dissipação de calor listados nasTabelas C.3 a C.6 da NBR 16401-1.

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◦Na ausência destasinformações, devemser adotados os valorestípicos de dissipação decalor listados nasTabelas C.3 a C.6 daNBR 16401-1.

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◦Na ausência destas informações, devem ser adotados os valorestípicos de dissipação de calor listados nas Tabelas C.3 a C.6 da NBR16401-1.

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◦Em alternativa as Tabelas C.3 a C.6 da NBR 16401-1, caso não haja oequipamento procurado, a equação abaixo poderá ser utilizada:

◦Onde: Peqi representa a potência nominal do equipamento em W.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADEMOTORES ELÉTRICOS

◦A dissipação efetiva de calor dosmotores elétricos deve ser obtida apartir de levantamento dosequipamento e de informações dofabricante. Na ausência dessainformação, devem ser adotados osvalores típicos de eficiência edissipação de calor de motoreselétricos operando a plena cargalistados na Tabela C.7 da NBR 16401-1.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADEMOTORES ELÉTRICOS

◦Para motores que não constam na Tabela C.7 da NBR 16401-1, pode-se, em alternativa, usar as equações abaixo:◦ Motor e máquinas dentro do recinto:

◦ Apenas máquina dentro do recinto:

◦ Apenas motor dentro do recinto:

◦ Onde: HP representa a potência do motor em HP e η a eficiência.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADEOUTRAS FONTES DE CALOR E UMIDADE

◦A dissipação efetiva de calor eumidade de equipamentoscomerciais de cozinha,lanchonetes, médicos e delaboratório deve ser obtida apartir de levantamento dosequipamentos e de informaçõesdo fabricante. Na ausência dessainformação devem ser adotadosos valores listados nas TabelaC.8 a C.10 da NBR16401-1.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADEOUTRAS FONTES DE CALOR E UMIDADE

◦A dissipação efetiva de calor eumidade de equipamentoscomerciais de cozinha, lanchonetes,médicos e de laboratório deve serobtida a partir de levantamento dosequipamentos e de informações dofabricante. Na ausência dessainformação devem ser adotados osvalores listados nas Tabela C.8 aC.10 da NBR16401-1.

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FONTES INTERNAS DE CALOR E UMIDADECALOR SENSÍVEL

◦O ganho total de calor sensível através das fontes internas é calculadopela soma de todas as componentes já apresentadas:

◦Onde:◦ Q4 = Calor sensível de iluminação;

◦ Q5 = Calor sensível dos ocupantes;

◦ Q6 = Calor sensível de outras fontes.

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CALOR SENSÍVEL DO AR EXTERIOR◦ O ar exterior é resfriado no interior no recinto, de forma que representa um

transporte de calor para ser contabilizado na carga térmica. Pode-se calcular com aseguinte equação:

◦ Onde:◦ QSAef = Calor sensível do ar exterior;◦ cpar = calor específico a pressão constante do ar (0,24Kcal/Kg°C)◦ Varext = Vazão necessária de ar externo (m³/h);◦ ρar = densidade do ar;◦ Text-Tint = Temperatura externa – Temperatura interna;◦ b = fator de bypass.

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CALOR SENSÍVEL DO AR EXTERIOR◦A vazão de ar externo pode ser calculadoseguindo a metodologia apresentadapela ABNT NBR 16401-3, para sistemascom recirculação de ar.

◦Para casos que não haja recirculação dear, a Tabela poderá ser utilizada.

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CALOR SENSÍVEL TOTALCALOR SENSÍVEL TOTAL

◦Desta forma, o ganho de calor sensível através das transferências decalor externas para o ambiente climatizado, entre ambientes e fontesinternas de calor é dado por:

◦Ao somatório apresentado, deve-se considerar:◦ Ganho de calor e vazamentos nos dutos (caso haja) – Acréscimo de 5%

◦ Ganho de calor pelo ventilador – Acréscimo de 5%

◦Desta forma temos:

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CALOR SENSÍVEL TOTALCALOR SENSÍVEL TOTAL

◦O ganho total calor sensível é então fornecido pelo somatório:

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CALOR LATENTE DO AR EXTERIOR◦ O ar exterior é resfriado no interior no recinto, de forma que representa um

transporte de calor para ser contabilizado na carga térmica. Pode-se calcular com aseguinte equação:

◦ Onde:◦ QLAef = Calor latente do ar exterior;◦ hlv = Calor de vaporização do vapor de água (Deverá ser determinado em função da

umidade do recinto e TBS)◦ Varext = Vazão necessária de ar externo (m³/h);◦ ρar = densidade do ar;◦ Wext-Wint = Umidade externa – Umidade interna.

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CALOR LATENTE DO AR EXTERIOR◦ Para obter a umidade interna (Wint)

é necessário determinar ascondições internas do recinto, estascondições devem atender osrequisitos de conforto térmico daNBR 16401-2.

◦ A velocidade média do ar deveráestar em torno de 0,20 e 0,25 m/s.

◦ Para a umidade externa (Wext), aTabela A.3 da NBR 16401-1 poderáser usada.

◦ Uma carta psicrométrica poderá serusada para facilitar os cálculos.

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◦O ganho total calor latente é então fornecido pelo somatório:

◦Onde:

◦O acréscimo de 5% no quinto somatório refere-se ao ganho deumidade pelas paredes.

CALOR LATENTE TOTAL

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◦Finalmente a carga térmica total efetiva do recinto pode ser obtidapelo somatório das cargas térmicas de sensíveis e latentes:

◦É importante determinar o fatores de calor sensível e latente dorecinto:◦ Fator de calor sensível:

◦ Fator de calor latente: (fcl)ef=1- (fcs)ef

CARGA TÉRMICA TOTAL EFETIVA

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CARGA TÉRMICATRABALHO

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◦Cidades:◦ Fortaleza

◦ Salvador

◦ Rio de Janeiro

◦ Brasília

◦ Florianópolis

◦ Teresina

◦ Recife

◦ São Paulo

◦ Vitória

Edificação leve;Único pavimento;Teto com forro;Taxa de iluminação: 25W/m².

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