MÁQUINA TÉRMICAS

2. MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA

A carga térmica é definida como a quantidade de calor latente e sensível que deve ser retirada de um ambiente, afim de garantir o conforto térmico dos seus ocupantes ou as condições necessárias para a manutenção de um processo ou produto.

Para atender às condições térmicas é necessário a instalação de um equipamento com capacidade adequada, determinada pelo pico de carga térmica, ou seja, devem ser calculados os valores máximos do ganho de calor durante o dia para se determinar o maior valor. É impossível obter o pico real de carga de um recinto devido aos fatores ambientais e da estrutura a ser condicionada. Tal como uma diferença de temperatura interna e externa para o cálculo do ganho de calor, coeficientes e a inércia térmica da estrutura. Sendo assim, os valores de carga térmica costumam ser estimados pelos projetistas.

Para a estimativa da carga térmica é preciso definir as condições internas e externas ao ambiente. A norma ABNT NBR6401 apresenta recomendações dessas condições para várias localidades do Brasil e de acordo com a finalidade dos ambientes condicionados. O procedimento de cálculo da carga térmica deve considerar alguns aspectos físicos do recinto a ser condicionado. O cálculo fornecerá a potência do equipamento condicionador de ar.

• Primeiros Sistema

Aquecimento e Ventilação

• Posteriormente

Resfriamento e Desumidificação

• Ar condicionado

• Água gelada

• Ar + Água gelada

• Área Condicionada

Zona simples;

Multi-zonas - zonas com diferentes necessidades

• Sistemas centrais

• Sistemas individuais

As variáveis que determinam a carga térmica são numerosas, difíceis de definir precisamente e sempre inter-relacionadas;

• Quatro tipos de fluxo de calor, relacionados, porém

distintos, transientes, devem ser definidos:

• Potência térmica do ambiente;

• Carga térmica do ambiente;

• Taxa de remoção de calor do ambiente;

• Carga térmica do fan-coil / unidade condicionadora,

etc

2.1 Calor Sensível

Quando um objecto é aquecido, a sua temperatura aumenta à medida que o calor lhe é adicionado. Este aumento de calor é designado de calor sensível. Do mesmo modo, quando se retira calor a um objecto e a sua temperatura desce, o calor retirado também é designado por calor sensível. O calor que provoca uma mudança de temperatura num objecto é designado por calor sensível.

2.2 Calor Latente

Todas as substâncias puras da Natureza conseguem alterar o seu estado. Os sólidos podem tornar-se líquidos (como o gelo se torna água) e os líquidos podem transformar-se em gases (como a água se transforma em vapor). Mas estas alterações requerem a adição ou perda de calor. O calor que provoca estas alterações é designado por calor latente. O calor que causa a alteração do estado sem alterar a temperatura é designado por calor latente.

2.3 Carga de Condução – Calor Sensível

A expressão geral de transmissão de calor por condução e por hora pode ser expressa para materiais homogéneos paredes planas e paralelas:

A – área da superfície normal ao fluxo em m2

L - espessura do material em m

k – condutibilidade térmica kcal·m/(h·m2ºC)

T1 e T2 - temperaturas interna e externa da superfície de espessura L, em ºC

Quando o material não é homogéneo, como por exemplo uma parede construída com tijolos massa e isolamento, a equação toma a seguinte forma:

A – área da superfície normal ao fluxo em m2

L - espessura do material em m

C – condutância kcal/(h·m2ºC)

T1 e T2 - temperaturas interna e externa da superfície de espessura L, em ºC

Quando a transferência do calor do ar para uma superfície ou vice-versa se processa por meio de convecção e se o fluxo for uniforme, então esta transferência pode ser expressa pela fórmula:

A – área da superfície normal ao fluxo em m2

h – coeficiente de transferência de calor por convecção kcal/(h·m2ºC)

T1 e T2 - temperaturas interna e externa da superfície de espessura L, em ºC

Os valores de h dependem da cor e rugosidade da superfície, bem como da velocidade do vento.

Os valores médios de h são:

Nos cálculos de carga térmica de ar-condicionado, usa-se um coeficiente U mais fácil de ser obtido, medindo-se a temperatura do ar em ambos os lados da superfície.

O coeficiente global de transferência de calor é definido como o fluxo de calor por hora através de um m2 de superfície, quando a diferença entre as temperaturas do ar nos dois lados da parede ou teto é de um grau centígrado.

A – área da superfície normal ao fluxo em m2

U – coeficiente global de transferência de calor kcal/(h·m2ºC)

T1 e T2 – temperaturas interna e externa da superfície de espessura L, em ºC

Transmissão de calor do sol através de superfícies opacas

A energia radiante oriunda do sol incidente numa superfície transparente subdivide-se em três