Disciplina: Sistemas Térmicos

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1 Disciplina: Sistemas Térmicos

2 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 m 2. 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.

3 520 pessoas, 2/3 assistindo, 1/3 assistindo e comendo. Somente assistindo: 347 pessoas Assistindo e comendo: 173 = Calor liberado (q ocup ) durante o dia: Sentado ao cinema ou teatro, dia (tabela 7): Calor total Adultos (masc + fem): 95 W Calor Sensível: 64,98 W Calor Latente: 30,02 W Calor total comendo (masc + fem): 123,5 W Calor Sensível: 84,47 W Calor Latente: 39,03 W Calor liberado (q ocup ) durante o noite: Sentado ao cinema ou teatro, dia (tabela 7): Calor total Adultos (masc + fem): 105 W Calor Sensível: 70,04 W Calor Latente: 34,97 W Calor total comendo (masc + fem): 136,5 W Calor Sensível: 91,05 W Calor Latente: 45,45 W

4 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) = ,5 173 = ,5 Convertendo para BTU/s: 56, BTU/s Convertendo para BTU/h: , BTU/h Resposta: a) BTU/h ou BTU/h Obs.: 1 W = 0, BTU/s

5 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, , = ,44 Convertendo para BTU/s: 18, BTU/s Convertendo para BTU/h: 68234, BTU/h Resposta: b) BTU/h ou BTU/h Obs.: 1 W = 0, BTU/s

6 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, , = ,53 Convertendo para BTU/s: 37, BTU/s Convertendo para BTU/h: , BTU/h Resposta: c) BTU/h ou BTU/h Obs.: 1 W = 0, BTU/s

7 Exercício 2 Seja um recinto de m 2 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.

8 Maior fator de carga térmica para 10h de operação Operação das 8h às 18h Opções: luminária embutida, FCR = 0,852; luminária pendurada, FCR = 0,957.

9 Opções: Fluorescente (17 W/m 2 ); fluorescente compacta (23 W/m 2 ) e vapor metálico (28 W/m 2 )

10 Luminária FCR Lâmpada [W/m 2 ] Área [m2] Fr q[w] Embutida 0,852 Fluorescente , Pendurada 0,957 Fluorescente , Embutida 0,852 Pendurada 0,957 Fluorescente compacta , Fluorescente compacta , Embutida 0,852 Vapor metálico Pendurada 0,957 Vapor metálico Mínimo calor emitido: W ou BTU/h Opção selecionada: Lâmpada fluorescente, luminária embutida. 1 W = 3, BTU/h Segunda melhor opção: W ou BTU/h Economia em relação à segunda melhor opção: % = 11,0%

11 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 m 2, e outra na face Norte, com área de 18 m 2. Todas as janelas são do tipo vidro simples laminado (6mm), dotadas de cortina rolô escura. (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.

12 Verão 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE m2 N NO m2 O SO H Para determinar a insolação em um determinado horário (verão, 16h por exemplo), multiplica-se a área da janela Norte (18 m 2 ) pela radiação solar na face Norte (50 W/m 2 ), e também multiplica-se a área da janela Oeste (12 m 2 ) pela radiação solar na face Oeste (704 W/m 2 ). Os resultados destes produtos devem então ser somados, fornecendo a insolação total sobre o recinto, naquele horário (neste caso: 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: W. Resposta item b) Inverno.

13 Vidro simples laminado 6 mm + cortina escura: FGCI = 0,59 = = ,59 = Convertendo para unidades inglesas: BTU/h Resposta item a) BTU/h

14 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

15 Opção com FGCI = 0,25: = = ,25 = Convertendo para unidades inglesas: BTU/h % = = 57,6% Resposta item d) 57,6%

16 Respostas exercício 3 a) 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 %

17 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 36 o C, e deseja-se condicionar o recinto para uma temperatura de 25 o C. Pede-se: (a) Determine os coeficientes globais de transferência de calor (U), em W/m 2o C. (b) Estime a carga térmica máxima relacionada com esta parede, em W/m 2. (c) Estime a carga térmica máxima relacionada com esta parede, em W/m 2, caso esta fosse uma parede interna. Utilize como referência o texto STM Carga Térmica Exemplo v4 disponível no Blog.

18 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/m 2o C; 2. Condutância superficial de paredes (película) para ar parado, h = 8,28 W/m 2o C; 3. Coeficiente de transmissão de calor de reboco em argamassa de 20 mm, C = 2,78 W/m 2o C; 4. Coeficiente de transmissão de calor para tijolo de concreto furado de 20 cm, k = 0,13 W/m o C.

19 Estimativa do coeficiente global de transferência de calor (U) para a parede externa: Espessura do tijolo = 1 h h Película de ar externo Argamassa Tijolo Película de ar interno = ,78 + 0,20 0, , ,28 = 2, / = 1 = 0, /

20 Estimativa do coeficiente global de transferência de calor (U) para a parede interna: Espessura do tijolo = 1 h h Película de ar interno Argamassa Tijolo Película de ar interno = 1 8, ,78 + 0,20 0, , ,28 = 2, / = 1 = 0, /

21 Diferencial de temperatura real DT real (parede externa): = = = 11 DT tabelado para parede externa (tabela 5): 9,4 C DT corrigido para parede externa: 11 C Igual ao DT real Acréscimo devido a cor da parede e disposição em relação ao Sol (tabela 6): 5,5 C DT final para parede externa: 16,5 C

22 DT tabelado para parede interna (tabela 5): 5,5 C DT corrigido para parede interna: = + = 5,5 + 1,6 = 7,1 DT final para parede interna: 7,1 C

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25 Carga térmica da parede externa, em função da área: = = = = 0, ,5 = 6,852 / Carga térmica da parede interna, em função da área: = = 0, ,1 = 2,841 /