Disciplina: Sistemas Térmicos
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- Aurélio Alvarenga Morais
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1 Disciplina: Sistemas Térmicos
2 Geração Interna de Calor A iluminação, equipamentos em operação e os ocupantes de um recinto são as mais importantes fontes internas de calor, e qualquer modelo de dimensionamento da carga térmica deve leva-los em consideração.
3 Pessoas A tabela a seguir apresenta a carga proveniente dos ocupantes em função da atividade. Atividade Calor liberado [W] Calor sensível liberado [%] Sono Sentado, quieto Em pé Andando, 1 km/h Trabalho de escritório Aula (professor) Loja Trabalho industrial 300 a Tabela 4-7: Calor proveniente das pessoas.
4 Entretanto, caso não haja certeza sobre o número de ocupantes, as sugestões da tabela a seguir devem ser acatadas: Espaço Residência Escritório Loja Escola Sala de conferência Ocupação recomendada 2 a 6 ocupantes 10 a 15 m 2 por pessoa 3 a 5 m 2 por pessoa 2,5 m 2 por pessoa 1,0 m 2 por pessoa Tabela 4-8: Espaço ocupado por pessoa
5 Como uma parcela do calor liberado pelos ocupantes é pelo mecanismo de radiação, é recomendado o uso do fator de carga de refrigeração para se chegar a uma estimativa mais precisa da carga térmica. Horas após última entrada no recinto Total de horas no recinto ,49 0,49 0,49 0,50 0,50 0,51 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,57 0,58 0,60 0,62 2 0,58 0,59 0,59 0,60 0,60 0,61 0,61 0,62 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,68 0,70 3 0,17 0,66 0,66 0,67 0,67 0,67 0,67 0,68 0,69 0,70 0,70 0,71 0,72 0,74 0,75 4 0,17 0,25 0,71 0,72 0,72 0,72 0,72 0,73 0,74 0,75 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 5 0,13 0,20 0,27 0,76 0,76 0,76 0,76 0,77 0,77 0,78 0,79 0,80 0,80 0,81 0,82 6 0,10 0,16 0,21 0,32 0,79 0,80 0,80 0,80 0,80 0,81 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 7 0,08 0,12 0,16 0,25 0,34 0,82 0,82 0,83 0,83 0,84 0,84 0,85 0,85 0,86 0,87 8 0,07 0,11 0,14 0,20 0,26 0,38 0,84 0,85 0,85 0,86 0,86 0,87 0,87 0,88 0,88 9 0,06 0,09 0,11 0,16 0,21 0,30 0,38 0,87 0,87 0,88 0,88 0,89 0,89 0,90 0, ,05 0,08 0,10 0,14 0,18 0,24 0,30 0,42 0,89 0,89 0,89 0,90 0,90 0,91 0, ,04 0,06 0,08 0,12 0,15 0,20 0,25 0,34 0,42 0,91 0,91 0,91 0,91 0,92 0, ,04 0,06 0,07 0,10 0,13 0,17 0,21 0,28 0,34 0,45 0,92 0,92 0,92 0,93 0, ,03 0,05 0,06 0,09 0,11 0,15 0,18 0,23 0,28 0,37 0,45 0,93 0,93 0,94 0, ,03 0,05 0,06 0,08 0,10 0,13 0,15 0,19 0,23 0,30 0,36 0,48 0,94 0,95 0, ,02 0,04 0,05 0,07 0,08 0,11 0,13 0,17 0,20 0,25 0,30 0,39 0,47 0,95 0, ,02 0,03 0,04 0,06 0,07 0,10 0,12 0,15 0,17 0,21 0,25 0,32 0,38 0,50 0, ,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,13 0,15 0,18 0,21 0,26 0,31 0,40 0, ,01 0,02 0,03 0,05 0,06 0,08 0,09 0,11 0,13 0,16 0,19 0,23 0,26 0,33 0,39 Tabela 4-9: Fatores de carga de resfriamento sensível para pessoas (adaptado da referência).
6 Deste modo, o calor sensível q S de resfriamento relativo aos ocupantes, em Watts, pode ser estimado como sendo: = Onde: q ocup é o calor emitido por pessoa no recinto em Watts, conforme tabela 4-7. n é o número de pessoas esperado para o recinto. FCR é o fator apresentado na tabela 4-9. Para carga latente q L o fator FCR é igual a 1,0.
7 Exemplo Estime a carga térmica gerada pela presença de 18 pessoas em uma sala de treinamento, mais o instrutor, na parte da tarde, após 3 horas de permanência (13h30 início, 16h30 encerramento). Considere as pessoas como ouvintes sentados, todo o tempo, e também que na parte da manhã houve aula nesta sala (das 7h30 as 11h30), que se encerrou 2 horas antes da aula da tarde. Considere que existe presença total ou parcial dos alunos na sala de aula no horário de almoço.
8 = Horas após última entrada: 3 horas Horas totais na sala: 9 horas (4 horas da manhã + 3 horas da tarde + 2 horas de almoço). Tabela 4-9: FCR = 0,68 Alunos, tabela 4-7 Instrutor, tabela 4-7 = 100 0,6 18 0, ,5 1 0,68 = , ,68 = + = 793, = 2136,9
9 Iluminação A quantidade de calor oriunda da iluminação depende da potência das lâmpadas, do tipo da conexão elétrica (presença ou ausência de reator) e do tipo de luminária (rente à uma superfície ou totalmente ventilada).
10 Para estimar a carga térmica q produzida pelas lâmpadas: = Onde: Pot n é a potência nominal das lâmpadas, em Watts; n é o número de lâmpadas; F, fator de utilização ou porcentagem das lâmpadas instaladas que são realmente operadas tempo integral; F r, fator de reator para lâmpadas fluorescentes (1,2); FCR, fator de carga térmica segundo tabela 4-6 da referência, a qual apresenta valores referentes a lâmpadas operando 10 e 16h/dia, para dois tipos de luminárias. Para equipamentos, a equação e a tabela são as mesmas, sendo porém empregado FCR = 1 para equipamentos que irradiem pouco.
11 Horas após acionamento das lâmpadas Luminária embutida Horas de exposição Horas de exposição Luminária pendurada Horas de exposição Horas de exposição ,080 0,190 0,010 0, ,621 0,720 0,761 0, ,658 0,749 0,807 0, ,693 0,775 0,845 0, ,725 0,799 0,875 0, ,754 0,820 0,898 0, ,779 0,839 0,916 0, ,802 0,856 0,929 0, ,822 0,871 0,940 0, ,838 0,885 0,949 0, ,852 0,898 0,957 0, ,321 0,909 0,224 0, ,290 0,920 0,183 0, ,261 0,930 0,150 0, ,235 0,940 0,123 0, ,211 0,950 0,103 0, ,190 0,960 0,087 0, ,171 0,400 0,075 0, ,154 0,360 0,065 0,200 Tabela 4-6: Fatores de carga térmica de refrigeração para iluminação (adaptado da referância).
12 Exemplo Estime a carga térmica gerada pela iluminação na mesma sala de treinamento, no período da tarde, sabendo-se da operação de 12 lâmpadas fluorescentes de 20 W, dispostas em luminárias embutidas no teto, e que ficam ligadas durante as aulas da manhã, tarde e noite (7h30 até 22h00).
13 = Tabela 4-6: Luminária embutida, 9 horas após acionamento das lâmpadas (das 7h30 até 16h30, considerando a aula da manhã e da tarde), 14h30 de exposição (7h30 as 22h00); FCR = 0, % = ,2 0,885 = 254,88
14 Superfícies Transparentes As propriedades ópticas de uma superfície transparente são relacionadas entre si da seguinte forma: + + = 1 Onde é a transmissividade, a refletividade e a absorvidade.
15 Energia solar q sg que atravessa a janela: = l t é a irradiação da superfície externa, W/m 2 ; FGCI é o fator de ganho de calor por insolação (tabela 4-10), em W/m 2 ; A é área da janela, m 2.
16 Um coeficiente de sombreamento CS deve ser utilizado para adequar os valores de FGCI para os diferentes tipos de vidros ou dispositivos de sombreamento. Tabela 4-11: Coeficientes de sombreamento.
17 Por fim, a máxima energia solar que passa por uma janela pode ser estimada por meio da seguinte equação: = CS é o coeficiente de sombreamento (tabela 4-11); FGCI max é o fator de ganho de calor por insolação (tabela 4-10), em W/m 2 ; A é área da janela, m 2.
18 Exemplo Estime a energia solar máxima que passa por uma janela exposta ao Sol na face Norte, em uma casa situada em Taubaté, SP. A área da janela é 16 m 2, de vidro simples laminado (6mm) dotada de cortina rolô escura. Estime a energia solar máxima que passa por uma janela exposta ao Sol na face Norte, em uma casa situada em Taubaté, SP. A área da janela é 16 m 2, de vidro duplo laminado (6mm) dotada de cortina rolô clara.
19 Exemplo Estime a radiação solar global que recebe uma janela exposta ao Sol, em Taubaté, a) Face leste, as 8h da manhã, no verão. b) Face leste, as 15h da manhã, no verão. c) Face oeste, as 8h da manhã, no verão. d) Face oeste, as 15h da manhã, no verão. e) Face leste, as 8h da manhã, no inverno. f) Face leste, as 15h da manhã, no inverno. g) Face oeste, as 8h da manhã, no inverno. h) Face oeste, as 15h da manhã, no inverno.
20 Exemplo Estime a máxima radiação solar global que recebe uma janela exposta ao Sol, em Taubaté, SP: a) Face norte, no verão. b) Face sul, no verão. Estime a máxima radiação solar global que recebe uma janela exposta ao Sol, em Curitiba, SC: a) Face norte, no verão. b) Face sul, no verão. Estime a máxima radiação solar global que recebe uma janela exposta ao Sol, em Natal, RGN: a) Face norte, no verão. b) Face sul, no verão.
21 Exemplo Estime a máxima radiação solar global que recebe uma clarabóia exposta ao Sol, em Taubaté, SP: a) No verão. b) No inverno. Estime a máxima radiação solar global que recebe uma clarabóia exposta ao Sol, em Curitiba, SC: a) No verão. b) No inverno. Estime a máxima radiação solar global que recebe uma clarabóia exposta ao Sol, em Natal, RGN: a) No verão. b) No inverno.
22 Tabela 1: Radiação solar global (W/m 2 ) - planos verticais e horizontais. Latitude 0. 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
23 Tabela 2: Radiação solar global (W/m 2 ) planos verticais e horizontais - latitude 4 sul 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
24 Tabela 3: Radiação solar global (W/m 2 ) planos verticais e horizontais - latitude 8 sul 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
25 Tabela 4: Radiação solar global (W/m 2 ) planos verticais/horizontais - latitude 13 sul 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
26 Tabela 5: Radiação solar global (W/m 2 ) planos verticais/horizontais - latitude 17 sul 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
27 Tabela 6: Radiação solar global (W/m 2 ) planos verticais/horizontais - latitude 20 sul 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
28 Tabela 7: Radiação solar (W/m 2 ) planos verticais/horizontais - latitude sul 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
29 Tabela 8: Radiação solar (W/m 2 ) planos verticais/horizontais - latitude 30 sul 06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H S SE L NE N NO O SO H Adaptado de Gonçalves Verão Outono Primavera Inverno
30 Latitude Hemisfério norte Hemisfério sul
31 Mapa do Brasil: Latitudes 0 - Equador Trópico de Capricórnio 25 30
32 Bibliografia Wilbert F. Stoecker, Jerold W. Jones Refrigeração e Ar Condicionado, Ed. McGraw Hill, São Paulo, SP.
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