SM-III Teoria

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO

- FATEC.SP -

DISCIPLINA: SISTEMAS MECÂNICOS

DEPTO: MECÂNICA

PROFESSOR: WILSON DE AZEVEDO

JOSÉ ERNESTO FURLAN

2000 ANO

No. DA APOSTILA

ASSUNTO:

SISTEMAS

MECÂNICOS III

60

CONTEÚDO página

Ar Condicionado 001

Introdução 001

Conceitos e definições 001

Conceitos fundamentais 002

Aplicações típicas 003

Diagrama psicrométrico 004

Estrutura da carta psicrométrica 006

Processos de condicionamento de ar 009

Conforto térmico 012

Dissipação de calor 013

Índices ambientais 015

Temperatura efetiva 015

Condições recomendadas para projeto 018

Condições externas 019

Condições internas 021

Condições para processos industriais 022

Carga térmica – fatores 023

Carga térmica exterior 024

Condutividade 025

Condutância 026

Condutância superficial 039

Condutância do espaço de ar 031

Resistência térmica 033

Diferenças de temperatura de projeto 036

Ganho de calor por condução 038

Ganho de calor por isolação 042

Ganho de calor devido ao ar exterior 050

Carga térmica interna 052

Ganho de calor devido a pessoas 052

Ganho de calor devido a iluminação 054

Ganho de calor devido a motores elétricos 056

Ganho de calor devido a equipamentos e aparelhos diversos 057

Carga térmica total 059

Potência de aquecimento 059

Potências de umidificação e de reaquecimento 060

Cálculo para o insuflamento de ar condicionado 061

Determinação da temperatura na saida do equipamento 062

Ciclo frigorífico básico 063

Principais sistemas de ar condicionado 071

Condicionadores de ar de janela 071

Condicionadores de ar self-contained a ar 075

Condicionadores de ar self-contained a água 079

Condicionadores de ar remoto 083

Condicionadores de ar fan-coil 086

Unidades resfriadoras de líquido 092

Outros sistemas 097

Comparação entre sistemas 098

Torre de resfriamento 103

Dimensionamento da rede de dutos 109

AR CONDICIONADO

INTRODUÇÃO

Atualmente, um sistema qualquer de controle de condições ambientais, deixou de ser artigo de

luxo, sendo encarado como necessidade primordial no desenvolvimento de projetos civis, em

vista dos inúmeros benefícios que este(s) controle(s) trazem. Tendo-se em vista, o número

extenso de variáveis que englobam um projeto e instalação de controle ambiental. O

atendimento aos parâmetros envolventes deve ser consciente e profissional, levando-se em

conta o alto investimento por parte dos clientes.

Caberá portanto, ao engenheiro ou tecnólogo em ar condicionado, decidir por um sistema

compatível com os objetivos do investidor e com as condições pré requeridas em cálculos e

projetos.

CONCEITOS E DEFINIÇÕES

SISTEMAS DE AR CONDICIONADO

O objetivo de um sistema de ar condicionado é o de manter durante todo o ano nos ambientes

condicionados, a temperatura e umidade relativa necessárias segundo os pré-requisitos de

projeto, além de garantir a limpeza, velocidade do ar recomendadas nas zonas ocupadas, bem

como operar em nível de ruído compatível com o local e os limites exigidos para conforto.

Portanto, atualmente temos duas definições para sistemas de ar condicionado à saber:

(a) Segundo a A.B.N.T. (Associação Brasileira de Normas Técnicas) P.N.B.10/1972 (Projeto de

Norma Brasileira - 10 - l972):"É o processo pelo qual, são controlados, simultaneamente,

pelo menos a temperatura, a umidade, a movimentação e pureza do ar em recintos fechados,

destinados à ocupação do homem".

(b) Segundo a A.S.H.R.A.E. (American Society of Heating Refrigeranting an Air

Conditioning Engineers):"É o processo de tratamento de ar, visando o controle simultâneo da

temperatura, da umidade, da pureza e distribuição do ar, a fim de atender as necessidades do

recinto condicionado".

1

AR CONDICIONADO

É o ar resultante do processo de condicionamento.

TRATAMENTO DE AR

É o processo pelo qual são controlados uma ou mais condições características do ar, sem

assegurar necessariamente o controle simultâneo destas características.

O Tratamento do ar, portanto, é utilizado por três motivos fundamentais:

a. conforto térmico

b. processos industriais

c. preservar a vida de equipamentos especiais

AR TRATADO

É ar resultante de um processo de tratamento.

INSTALAÇÃO DE CONDICIONAMENTO DE AR

É o conjunto de equipamentos que é capaz de realizar o condicionamento de ar, em um ou mais

recintos.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

NOÇÕES BÁSICAS

Para a precisão de um sistema de ar condicionado, é indispensável à pré-fixação de valores

sobre determinadas características, que devem coexistir quando da aplicação e utilização do

processo do sistema, características estas que são:

temperatura de termômetro seco

temperatura de termômetro úmido

umidade relativa (quando necessário)

movimento do ar

grau de pureza do ar

Assim, o sistema de ar condicionado, terá as seguintes funções:

resfriar

desumidificar

aquecer

umidificar

controlar o grau de pureza do ar

impulsionar o ar

distribuir o ar

2

De maneira geral, o ar condicionado, atende aos seguintes propósitos básicos:

(a) promoção do bem estar físico

(b) melhor desempenho em processos de industriais

(c) aumento da eficiência individual (em função de "a")

(d) previsão da localização geográfica

(e) manutenção das características de conforto

(f) conservação de produtos

(g) preservar a vida e proporcionar condições ideais para operação de equipamentos

especiais

Os propósitos acima citados são conseguidos através do controle simultâneo de características e

variáveis que influam no sistema de ar condicionado, controle este efetuado até conseguir-se

chegar às condições previstas. Para que se consiga estas condições deve-se prever, calcular e

projetar o sistema com capacidade adequada e manter o controle sobre a mesma durante todo o

ano. Basicamente, os dados de projeto a serem levantados são:

estudo econômico técnico financeiro

finalidade do sistema

local a ser condicionado

condições externas

condições internas

condições arquitetônicas

carga térmica.

Com estas variáveis estabelecidas, pode-se escolher um sistema que seja conveniente e a partir

dai, selecionar e dimensionar os equipamentos.

APLICAÇÕES TÍPICAS PARA SISTEMAS

Existe uma série de aplicações para sistemas. Contudo, podem ser classificadas basicamente em

sistemas para conforto, sistemas para garantir condições ideais para processos industriais, e

sistemas para garantir vida de equipamentos especiais. Assim, relacionamos a seguir algumas

aplicações típicas para sistemas:

(a) processos de manufaturas que exigem condições de controle ambiental para

determinada finalidade de produção.

(b) em locais onde se exigem um controle ambiental, por fatores de segurança, devido

ao emprego de produtos tóxicos ou inflamáveis.

(c) em ambientes de trabalho, visando aumentar o conforto e portanto, a produtividade.

(d) em ambientes onde se processam materiais higroscópicos.

(e) em indústrias químicas, que exigem controles de reações químicas.

(f) para controle de eletricidade estática.

(g) em operações de usinagem com tolerâncias mínimas.

(h) em laboratórios especializados.

(i) em hospitais.

(j) em centros de processamento de dados.

PSICROMETRIA

Psicrometria é o estudo das propriedades do ar, objetivando a medição de suas condições e

propriedades. O estudo do condicionamento de ar, envolve medição e a determinação das

3

propriedades do ar externo e do ar presente em um local condicionado. A psicrometria é

também utilizada para determinar em quais condições o ar terá melhores propriedades de

conforto, e um sistema de condicionamento de ar.

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Ao percorrer um ciclo de condicionamento, o ar é submetido a processos de aquecimento,

resfriamento, umidificação e desumidificação, para poder como veículo transportador de calor e

umidade do ambiente ao condicionador e vice-versa. O estudo das propriedades do ar, de

absorção e rejeição de calor e umidade, combinadas, e das mais diversas modificações

termodinâmicas do ar, pode-se realizar em forma simples mediante a carta ou diagrama

psicrométrico.

A carta psicrométrica constitui uma das ferramentas mais úteis que existem para auxiliar o

tecnólogo ou engenheiro de ar condicionado. As variações que ocorrem no ar úmido quando ele

é submetido aos vários processos de condicionamento de ar podem ser traçadas numa carta com

um mínimo de tempo e esforço. Não existe outra forma pela a qual um ciclo de

condicionamento de ar possa ser ilustrado tão viva e rapidamente.

Existem vários tipos de diagramas, ligeiramente diversificados no que se refere à localização de

informações, mas todas elas contêm uma representação gráfica das propriedades do ar.

ESTRUTURA DA CARTA PSICROMÉTRICA

Temperatura de Bulbo Seco:

A leitura da temperatura do ar feita em termômetro padrão é representada na carta por linhas

retas verticais. A escala de temperatura de bulbo seco está na parte inferior da carta. A unidade

está em C e usa-se o símbolo "Tbs".

Temperatura de bulbo úmido:

A leitura da temperatura de bulbo úmido acima de 0 C é feita por um termômetro cujo bulbo

está envolvido por uma mecha umedecida e exposta a uma corrente de ar com velocidade de 5

m/s. Temperaturas de bulbo úmido abaixo de 0 C são obtidas através de um termômetro em que

a água contida em sua mecha transformou-se em gelo. Esta é a razão pela qual a inclinação das

linhas de temperatura de bulbo úmido muda abaixo de 0 C. A escala está sobre a linha curva à

esquerda na carta psicrométrica. A unidade está em C e usa-se o símbolo "Tbu".

Umidade Absoluta:

É a massa do vapor de água em cada quilo de ar seco. Também conhecida como umidade

específica ou relação de umidade. Na carta, estas linhas são retas, horizontais, formando ângulo

reto com as linhas de bulbo seco. Unidade [gramas de vapor/kg de ar seco.símbolo => Uabs; g].

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ESTRUTURA DA CARTA PSICROMÉTRICA

Legenda:

(1) - linha de temperatura de bulbo seco.

(2) - escala de temperatura de bulbo seco.

(3) - linha de temperatura de bulbo úmido.

(4) - escala de temperatura de bulbo úmido;

escala de temperatura de ponto de orvalho;

linha de umidade relativa.

(5) - escala de umidade relativa;

linha de volume específico.

(6) - linha de umidade absoluta ou específica.

(7) - escala de umidade absoluta ou específica.

(8) - escala de entalpia.

(9) - escala de fator de calor sensível.

(PR) - ponto de referência para escala de fator

de calor sensível.

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Entalpia

É uma propriedade termodinâmica que serve para medir a energia calorífica do sistema.

acima de uma determinada temperatura de referência, sendo para o ar contado a partir

de 0 C. Nesse caso representa a energia de 1 Kg de ar seco e gramas de vapor

associadas a ela. Unidade: [kcal/kg de ar seco; Kj/kg de ar seco]. Símbolo => h.

Volume Específico

É o volume, em metros cúbicos, ocupado pela mistura por quilo de ar seco. Símbolo =>

v.

Temperatura de Ponto de Orvalho

É a temperatura na qual se inicia a condensação de vapor de água do ar. Unidade [C].

Símbolo => Tpo.

Umidade Relativa

É a razão entre a quantidade de umidade existente no ar e quantidade de umidade

máxima que o mesmo pode conter na mesma temperatura. Unidade: [%]. Símbolo =>

UR.

Pressão de Vapor

É a pressão exercida pelo vapor de água no ar. Unidade: [mmHg; kpa] (absoluta).

Símbolo => Pv.

Fator de Calor Sensível

É a relação entre calor sensível e calor total de um processo. Símbolo => FCS.

Pressão Barométrica Padrão

A carta foi construída para uma pressão barométrica padrão ao nível do mar de 101,325

kpa (760 mmHg). Contudo, pode-se utiliza-la, com pequena margem de erro, para

variações de +/- 10%.

EXEMPLO 1

Dadas às condições da sala de 24 C de temperatura de bulbo seco e 50 % de umidade

relativa, determinar para a mistura de vapor de ar:

(a) temperatura de bulbo úmido

(b) umidade absoluta

(c) entalpia

(d) temperatura de ponto de orvalho

(e) volume específico

(f) porcentagem de umidade

Resolução:

Localize o ponto de interseção da linha vertical representativa de 24 C de temperatura

de bulbo seco com a linha representativa de umidade relativa 50 %. Deste ponto, faça a

leitura de todos os demais valores.

(a) siga a linha diagonal para a esquerda e para cima até alcançar a escala de

temperatura de bulbo úmido. Leia 17 C.

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(b) siga a linha horizontal para a direita até interceptar a escala de umidade absoluta.

Leia 9,2 gramas de vapor por quilo de ar seco.

(c) tome uma régua e gire-a em redor do ponto até que a mesma intercepte o mesmo

valor numérico na escala de entalpia acima da linha de 100 % de umidade relativa.

Leia 11,2 kcal/kg de ar seco.

(d) siga a linha horizontal para a esquerda até onde a mesma intercepta a escala de

temperatura de bulbo úmido. Leia nesta a temperatura de ponto de orvalho 12,6 C.

(e) interpole entre as linhas de volume específico. Leia 0,853 m3/kg de ar seco.

(f) a porcentagem de umidade é igual a umidade absoluta real (encontrada no item "b")

dividida pela umidade absoluta de saturação para a mesma temperatura de bulbo

seco. Com a temperatura de bulbo seco 24 C e com a umidade relativa 100 %, leia

g = 18,7 g/kg:

porcentagem de umidade = 9,2/18,7 = 0,492

Exemplo 2

Dado temperatura de bulbo seco 28 C e temperatura de bulbo úmido 15 C, Determine:

(a) entalpia

(b) umidade absoluta

(c) temperatura de ponto de orvalho

(d) umidade relativa

Resolução:

Determine o ponto de interseção entre a linha vertical para temperatura de bulbo seco 28

C e a linha inclinada para a temperatura de bulbo úmido 15 C.

(a) usando uma régua, gire-a ao redor do ponto até que a mesma intercepte o mesmo

valor numérico nas escalas de entalpia à esquerda e na parte inferior da carta. Leia 9,8

kcal/kg de ar seco.

(b) siga a linha horizontal para a direita. Leia 5,4 gramas de vapor por quilo de ar seco

na escala de umidade absoluta.

(c) siga a linha horizontal para a esquerda. Leia 5 C na escala de temperatura de bulbo

umido.

(d) permanecendo na linha de 28 C de temperatura de bulbo seco, interpole entre as

linhas de umidade relativa acima e abaixo do ponto. Leia 22%.

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PROCESSOS

DE CONDICIONAMENTO DE AR

Na Figura 1 pode-se ver um resumo de todos os processos fundamentais de

condicionamento de ar. Suponha que o processo inicia-se na interseção de todas as

linhas. Assim, cada processo desloca-se no sentido indicado. Por exemplo:

A e E realiza-se à temperatura de bulbo seco constante;

A é só umidificação;

E é só desumidificação

PROCESSOS

DE CONDICIONAMENTO DE AR

(A) somente umidificação

(B) aquecimento e umidificação

(C) somente aquecimento sensível

(D) desumidificação química

(E) somente desumidificação

(F) resfriamento e desumidificação

(G) somente resfriamento sensível

(H) somente resfriamento evaporativo

FIGURA 1

Exemplo 3 Mistura de Ar

Dados: 7 500 m3/h de ar resfriado a 14 C de temperatura de bulbo seco e 13 C de

temperatura de bulbo úmido misturado a 2 500 m3/h de ar exterior à temperatura de

bulbo seco de 35,5 C e temperatura de bulbo úmido 25,5 C.

Determinar as propriedades da mistura.

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Resolução:

Localize os pontos de ar de retorno e ar exterior na carta. Ligue os pontos através de uma linha

reta. Leia o volume específico para cada ponto na carta. Converta m3/h de ar em kg/h e ache a

vazão total em massa.

total da mistura: 7500/0,826 = 9079

2500/0,896 = 2790

vazão total em massa: 9079 + 2790 = 11869

temperatura de bulbo seco da mistura: (9079/11869) x 14 = 10,70

(3026/11869) x 35,5 = 8,30

total da temperatura de bulbo seco da mistura:

10,70 + 8,30 = 19,00 C

na interseção da linha de temperatura de bulbo seco de 19,00 C com a linha que liga os pontos

de ar de retorno com ar exterior, leia a temperatura de bulbo úmido de 16,8 C, entalpia de 11

kcal por quilo de ar seco, umidade absoluta 10,7 gramas de vapor por quilo de ar seco.

pode-se também adotar uma solução aproximada sem se converter m3/h em kg/h:

(7500/10000) x 14 = 10,5

(2500/10000) x 35,5 = 8,875

temperatura de bulbo seco da mistura: 10,5 + 8,875 = 19,375 C

na interseção desta linha com a linha que une os pontos, leia temperatura de bulbo úmido 16,9

C, entalpia 11,1 kcal/kg de ar seco, umidade absoluta 10,8 gramas de vapor/kg de ar seco.

Exemplo 4

Processo com aquecimento sensível

Dados: Ar à temperatura de bulbo seco de 2 C e umidade relativa de 60%. O ar de ser aquecido

através de uma serpentina até a temperatura de bulbo seco de 35 C.

Determinar para o ar à temperatura de bulbo seco de 35 C sua umidade relativa, sua temperatura

de bulbo úmido e sua temperatura de ponto de orvalho. Para o processo a quantidade de calor

adicionado ao ar, por quilo de ar circulado.

Resolução:

Localize a condição inicial na carta. Trace uma linha horizontal através do ponto

correspondente à condição inicial até a linha de temperatura de bulbo seco 35 C. Leia:

umidade relativa = 7,5%

temperatura de bulbo úmido = 15 C

10

temperatura de ponto de orvalho = -4 C

entalpia inicial = 2 kcal/kg

entalpia final = 9,8 kcal/kg

O calor total adicionado é igual ao diferencial de entalpia final e inicial:

9,8 - 2 = 7,8 kcal/kg

Exemplo 5

Resfriamento e desumidificação

Dados: Ar à temperatura de bulbo seco 28 C e umidade relativa 50% resfriado até a temperatura

de bulbo seco 12 C e temperatura de bulbo úmido 11 C.

Determinar:

calor total removido;

total de umidade removida;

fator de calor sensível para o processo.

Resolução:

Localize as condições iniciais e finais do processo na carta psicrométrica. Leia:

umidade absoluta inicial = 11,7 g/kg

umidade absoluta final = 7,7 g/kg

entalpia inicial = 13,8 kcal/kg

entalpia final = 7,5 kcal/kg

O calor total removido é igual ao diferencial de entalpia final e inicial:

7,5 - 13,8 = -6,3 kcal/kg

A umidade total removida é igual ao diferencial de umidade absoluta final e inicial:

7,7 - 11,7 = -4 g/kg

Para determinar o fator de calor sensível, trace uma linha reta ligando as condições inicial e

final. Trace uma linha paralela a esta passando pelo ponto de referência correspondente a

temperatura de bulbo seco 25,6 C e umidade relativa 50% até interceptar a escala de fator de

calor sensível. Leia fator de calor sensível 0,62.

Exemplo 6

Resfriamento evaporativo

Dados: Ar à temperatura de bulbo seco 32 C e temperatura de bulbo úmido 18 C, passa por um

condicionador do tipo pulverizador e sai com uma umidade relativa de 90%. A água recirculada

para pulverização está à temperatura de 18 C.

Determinar as temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido do ar na saída do condicionador.

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Resolução:

Quando a temperatura da água pulverizada é igual à temperatura de bulbo úmido do ar na

entrada, o processo de resfriamento evaporativo é um processo de temperatura de bulbo úmido

constante. Trace uma reta a partir da linha de temperatura de bulbo seco 32 C até a linha de

umidade relativa 90% seguindo a linha de temperatura de bulbo úmido 18 C. Na interseção

desta reta com a linha de umidade relativa 90%, leia temperatura de bulbo seco 19,3 C e

temperatura de ponto de orvalho 17,5 C.

CONFORTO TÉRMICO

INTRODUÇÃO

O efeito de sistemas de condicionamento de ar em materiais e produto pode ser facilmente

calculado, avaliado e medido. Por outro lado, o efeito de condicionamento de ar para conforto

humano é extremamente complexo. O entendimento de como o ar condicionado afeta o ser

humano, ajuda na análise e no processo de desenvolvimento de um projeto de condicionamento

de ar.

O corpo humano age, literalmente, como uma máquina térmica. Os seres humanos garantem sua

subsistência física, através de ingestão de alimentos, que por processos biológicos e

metabológicos, transformam-se em calor e energia que são consumidos nas ações do “dia dia”.

Portanto, da ingestão e digestão de alimentos, adquirimos energia que em parte será consumida

pelo próprio corpo e o restante será transformado em calor.

Este calor deve ser dissipado para que a temperatura normal do corpo humano (36,7 C),

mantenha-se constante. O calor é dissipado através do efeito de troca entre o próprio corpo e o

recinto por ele ocupado.

Dentre os danos mais comuns causados pela inexistência do equilíbrio térmico, ressalta-se:

exaustão térmica:

redução de retorno do sangue venoso ao coração.

câimbra:

perda de sal pela evaporação intensa

choque térmico:

é o mais grave, a temperatura do corpo pode subir até 40,5 C, quando cessa o

processo de sudação instantaneamente, resultando dai coma e morte.

Estes danos registram-se em temperaturas altas.

12

ESQUEMA GRÁFICO

DISSIPAÇÃO DE CALOR

O condicionamento de ar é estudado, analisado e calculado, tendo-se em vista que o processo de

troca de calor homem-meio ambiente processa-se nas melhores condições possíveis, de modo

que exista um balaço térmico. Como existe a necessidade de o corpo manter a temperatura de

36,7 C, a remoção de calor em excesso ou a dissipação térmica processa-se de três maneiras

distintas que podem ocorrer simultaneamente: convecção, radiação e evaporação.

Convecção:

O fenômeno da convecção baseia-se em dois fenômenos físicos:

(a) o calor flui de uma superfície quente para uma superfície fria, até ocorrer o equilíbrio

térmico.

(b) o ar quente sofre sempre efeito ascensional.

Quando os dois fenômenos são aplicáveis ao corpo humano, ocorre:

(a) o corpo libera calor para o ar envolvente circundante ao corpo.

(b) por efeito ascensional, o ar aquecido tenderá a subir.

(c) desta forma originam-se correntes frias envolvendo o corpo completando-se o ciclo de

convecção.

Radiação:

Radiação é o processo pelo qual o calor transmite-se desde uma fonte do mesmo, até outros

objetos e locais através de raios de calor, não necessitando de movimentação de ar para realizar

a transferência, sendo ainda independente da temperatura do ar e dependente das temperaturas

das superfícies circundantes.

13

Portanto, o corpo humano transmitirá ou receberá calor por transmissão de raios de calor, das

paredes e objetos do recinto ocupado pelo mesmo, dependendo das condições de temperatura de

objetos circundantes.

Evaporação:

Evaporação é o processo conhecido, no qual a umidade transforma-se em vapor. À medida que

a umidade evapora sobre uma superfície quente, extrai calor, resfriando a superfície. No corpo

humano a umidade é emitida pela superfície do corpo através dos poros, e o calor do corpo é

absorvido pela vaporização do suor. Quando a transpiração aparece em forma de gotas na

superfície da pele nos indica que o corpo está produzindo mais calor que aquele que pode ser

removido ou extraído por convecção, radiação e evaporação normais.

VISUALIZAÇÃO GRÁFICA

CONFORTO TÉRMICO

Verificou-se em itens anteriores que a temperatura ideal para o corpo humano é de 36,7 C. O

conhecimento de como o corpo humano mantém esta temperatura, através dos fenômenos

naturais de dissipação de calor, nos leva a obtenção do conhecimento de como o

condicionamento de ar ajuda a manter o corpo em estado denominado confortável, que é a

sensação que uma pessoa tem relacionado com a temperatura ambiente.

A ASHRAE define conforto térmico como sendo: "É aquele estado mental, o qual expressa a

satisfação com o ambiente térmico".

14

ÍNDICES AMBIENTAIS

Embora o equilíbrio térmico do corpo humano possa ser obtido para várias condições,

dependendo da receptividade térmica do ambiente, nem sempre estas condições de equilíbrio

produzem sensação de bem estar ao organismo. Para caracterizar estas condições de equilíbrio

térmico do organismo, adotam-se índices que são chamados de índices ambientais.

Temos três tipos de índices:

índices diretos

índices derivados

índices empíricos

Índices Diretos:

temperatura de bulbo úmido.

temperatura de bulbo seco.

temperatura de ponto de orvalho.

umidade relativa e velocidade do ar.

Índices Derivados:

temperatura média radiante.

temperatura operativa.

índice de fadiga térmica.

índice de umidade de pele.

Índices Empíricos:

temperatura efetiva.

temperatura de globo negro.

temperatura de bulbo úmido do globo negro.

temperatura efetiva corrigida.

índice de vento frio.

TEMPERATURA EFETIVA

A temperatura efetiva, que é um índice arbitrário, combina num só valor os efeitos que sobre a

sensação de frio ou calor produzem a temperatura, a umidade e o movimento do ar. Define-se

temperatura efetiva como sendo a temperatura de um recinto que contendo o ar praticamente em

repouso (velocidade do ar variando entre 0,1 e 0,15 m/s) e completamente saturado de umidade,

proporciona a mesma sensação de frio ou calor que o ambiente em consideração.

O valor numérico deste índice é a temperatura do ar saturado que produz a mesma sensação de

calor ou frio. Exemplificando:

TEMP. EFETIVA = 30 C TEMP. EFETIVA = 30 C

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AMBIENTE 1

TBS = 40,0 C

TBU = 25,0 C

V = 0 m/s

AMBIENTE 2

TBS = 34,0 C

TBU = 30,0 C

V = 1 m/s

Se a sensação de calor do Ambiente 1 é igual ao do Ambiente 2, ambos tem a mesma

temperatura efetiva.

O Gráfico 1, determinado experimentalmente, fornece as temperaturas efetivas correspondentes

à diversas condições ambientais caracterizadas pelas temperaturas TBS e TBU deslocamentos

do ar, para pessoas normalmente vestidas e em repouso (ASHARE).

Zonas de Conforto:

Os fatores que determinam a sensação de conforto térmico para as pessoas, não são mantidos

para todas, devido, principalmente às diferenças físicas e metabólicas existentes entre os seres

humanos. Assim, procura-se produzir condições ambientais, que procurem satisfazer a maioria

das pessoas.

As condições de neutralidade térmica, dependem dos mesmos fatores que influem sobre o

metabolismo, de modo que não podemos falar de uma temperatura efetiva de máximo conforto,

mas sim, de uma Zona de Conforto.

Define-se então Zona de Conforto, como sendo: "O conjunto de condições distintas do ar,

caracterizadas na Carta de Conforto, capaz de proporcionar sensações de bem estar

consideradas como ótimas, para a maioria das pessoas”.

O Gráfico 2 nos mostra a Carta de Conforto.

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Variáveis de Bem-Estar nas Zonas de Conforto:

Os estudos procedidos procuram generalizar as bases fisiológicas do conforto humano para

qualquer atividade. Assim, o conforto pode ser prognosticado analiticamente em termos de

parâmetros ambientais.

Os principais parâmetros que influem no equilíbrio do homem são:

- produção interna do calor que é função do grau de atividade.

- temperatura do ar.

- umidade relativa do ar

- velocidade do ar

- temperatura de radiação média

- resistência térmica da roupa.

Assim sendo, a idéia de conforto térmico é muito ampla, ou seja, não basta reduzir a

temperatura do ar e insuflá-lo numa sala para obter conforto.

É preciso estabelecer-se o controle sobre temperatura, umidade, velocidade do ar e limpeza do

ar para patrocinar condições de conforto.

A par das condições ofertadas pelos sistemas de ar condicionado, outros parâmetros devem ser

respeitados:

- nível de ruído

- iluminação

- odores

- espaços

- etc..

CONDIÇÕES RECOMENDADAS PARA PROJETO

As estimativas ou cálculos de carga térmica, baseia-se nas condições internas de projeto, do

espaço ou ambiente que deve ser condicionado, e as respectivas condições externas que rodeiam

o espaço, ambiente ou edifício. As condições internas de projeto são as condições de

temperatura e umidade estabelecidas por um ótimo conforto. O propósito e a finalidade do

cálculo referente aos sistemas de ar condicionado é o de dimensionar-se equipamentos que

atendam as condições pré-fixadas para ambientes interiores, em função de condições externas.

CONDIÇÕES EXTERNAS DE PROJETO

As condições externas de projeto, são estabelecidas nas Tabelas 1 e 2. Para cidades e locais não

estabelecidos nestas Tabelas, deverão ser usadas temperaturas de projeto, daquelas cujas

condições climáticas mais se aproximarem às mencionadas.

18

TABELA 01 - CONDIÇÕES EXTERNAS PARA VERÃO [C]

CIDADES TBS TBU Temp.Máxima I - Região Norte Macapá (AM) 34,0 28,5 34,7 Manaus (AM) 35,0 29,0 36,9 Santarém (PA) 35,0 28,5 37,3 Belém (PA) 33,0 27,0 34,9 II - Região Nordeste João Pessoa (PB) 32,0 26,0 (-) São Luiz (MA) 33,0 28,0 33,9 Parnaíba (PI) 34,0 28,0 35,2 Teresina (PI) 38,0 28,0 40,3 Fortaleza (CE) 32,0 26,0 32,4 Natal (RN) 32,0 27,0 32,7 Recife (PE) 32,0 26,0 32,6 Petrolina (PE) 36,0 25,5 38,4 Maceió (AL) 33,0 27,0 35,0 Salvador (BA) 32,0 26,0 33,6 Aracajú (SE) 32,0 26,0 (-) III - Região Sudeste Vitória (ES) 33,0 28,0 36,1 B.Horizonte (MG) 32,0 24,0 35,5 Uberlândia (MG) 33,0 23,5 37,6 Rio (RJ) 35,0 26,5 39,4 São Paulo (SP) 31,0 24,0 34,9 Santos (SP) 33,0 27,0 37,7 Campinas (SP) 33,0 24,0 37,4 Pirassununga (SP) 33,0 24,0 37,8 IV - Região Centro - Oeste Brasília (DF) 32,0 23,5 34,8 Goiânia (GO) 33,0 26,0 37,3 Cuiabá (MT) 36,0 27,0 39,0 Campo Grande (MT) 34,0 25,0 37,0 Ponta Porã (MT) 32,0 26,0 35,8 V - Região Sul Curitiba (PR) 30,0 23,5 33,3 Londrina (PR) 31,0 23,5 34,0 Foz do Iguaçu (PR) 34,0 27,0 38,0 Florianópolis (SC) 32,0 26,0 36,0 Joinville (SC) 32,0 26,0 36,0 Blumenau (SC) 32,0 26,0 36,0 Porto Alegre (RS) 34,0 26,0 39,0 Santa Maria (RS) 35,0 25,5 40,0 Rio Grande (RS) 30,0 24,5 (-) Pelotas (RS) 32,0 25,5 (-) Caxias do Sul (RS) 29,0 22,0 (-) Uruguaiana (RS) 34,0 25,5 (-)

Fonte: Tabelas Climatológicas da Diretoria de Rotas Aéreas, do Ministério da Aeronáutica

19

TABELA 02 - CONDIÇÕES EXTERNAS PARA INVERNO [C]

CIDADES TBS UR(%) Aracajú (SE) 20,0 78 Belém (PA) 20,0 80 B.Horizonte (MG) 10,0 75 Blumenau (SC) 10,0 80 Boa Vista (RR) 21,0 80 Brasília (DF) 13,0 65 Caxias do Sul (RS) 0,0 90 Cuiabá (MT) 15,0 75 Curitiba (PR) 10,0 80 Florianópolis (SC) 10,0 80 Fortaleza (CE) 21,0 80 Goiânia (GO) 10,0 65 João Pessoa (PB) 20,0 77 Joinville (SC) 10,0 80 Macapá (AP) 21,0 80 Maceió (AL) 20,0 78 Manaus (AM) 22,0 80 Natal (RN) 19,0 80 Pelotas (RS) 5,0 80 Porto Alegre (RS) 8,0 80 Porto Velho (RO) 15,0 80 Recife (PE) 20,0 78 Rio Branco (AC) 15,0 80 Rio Grande (RS) 7,0 90 Rio de Janeiro (RJ) 16,0 78 Salvador (BA) 20,0 80 Santa Maria (RS) 3,0 80 São Luiz (MA) 20,0 80 São Paulo (SP) 10,0 70 Teresina (PI) 20,0 75 Uruguaiana (RS) 7,0 80 Vitória (ES) 18,0 78

Fonte: Tabelas Climatológicas da Diretoria de Rotas Aéreas, do Ministério da

Aeronáutica

20

21

TABELA 03 - CONDIÇÕES INTERNAS PARA VERÃO

FINALIDADE LOCAL RECOMENDAVEL MÁXIMA

TBS [C] UR [%] TBS [C] UR [%]

CONFORTO RESIDÊNCIAS

HOTÉIS 23 à 25 40 à 60 26,5 65

ESCRITÓRIOS

ESCOLAS

LOJAS DE BANCOS

CURTO BARBEARIAS

TEMPO DE CABELEREIROS 24 à 26 40 à 60 27 65

OCUPAÇÃO LOJAS

MAGAZINES

SUPERMERCADOS

AMBIENTES TEATROS

COM GRANDESAUDITÓRIOS

CARGAS DE TEMPLOS

CALOR CINEMAS

LATENTE BARES 24 à 26 40 à 65 27 65

E/OU LANCHONETES

SENSÍVEL RESTAURANTES

BIBLIOTECAS

ESTUDIO TV

LOCAIS DE BOATES

REUNIÕES SALÕES DE 24 à 26 40 à 65 27 65

COM BAILE

MOVIMENTO

AMBIENTES DEPÓSITOS

DE DE LIVROS,

ARTE MANUSCRITOS, 21 à 23 40 à 50 (-) (-)

OBRAS

RARAS

MUSEUS E

GALERIAS 21 à 23 50 à 55 (-) (-)

ACESSO DE ARTE

HALLS DE

ELEVADORES (-) (-) 28 70

TABELA 04 - CONDIÇÕES INTERNAS PARA INVERNO

TBS [C] UR [%]

20 - 22 35 - 65

CONDIÇÕES INTERNAS DE PROJETO

Pode-se dividir as condições internas de projeto em:

a. Condições internas para conforto

b. Condições internas para ambientes industriais.

a. Condições Internas para Conforto:

A escolha da temperatura efetiva para um recinto, depende de diversos fatores, visto que esta

temperatura efetiva depende do tipo de atividade desenvolvida no recinto pelas pessoas que os

ocupam. A Tabela 3 mostra as condições internas recomendadas, para verão. A Tabela 4 mostra

as condições internas recomendadas, para inverno.

b. Condições Internas para Ambientes Industriais:

Neste caso, a escolha do sistema e condições para o equipamento de ar condicionado, depende

do processo (manufatura, conservação de produto, equipamentos, etc.). Embora prevaleçam as

condições de umidade e temperatura requeridas no processo, o ideal seria conciliá-lo com o de

conforto humano. A Tabela 5, mostra alguns valores de temperatura e umidade relativa para

processos industriais.

TABELA 5 - CONDIÇÕES INTERNAS PARA AMBIENTES INDUSTRIAIS

22

TIPOS DE PROCESSO TBS [C] UR [%]

PADARIAS:

Sala de mistura de massa 24 - 27 40 - 50

Sala de fermentação 24 - 27 70 - 75

DOCES: (chocolate)

Sala de revestimento dos núcleos 27 50

Sala de armazenagem 18 - 22 40 - 50

BALAS:

Fabricação 24 - 27 30 - 40

Embalagem 18 - 24 45 - 50

PRODUTOS ELÉTRICOS:

Fabric.Labor.Instrumentos 22 50 - 65

PELES:

Secagem 44 (-)

Armazenagem 45 - 10 55 - 65

BIBLIOTECAS E MUSEUS:

Museus 22 - 27 40 - 50

Armazenagem de livros 22 - 27 40 - 50

INDÚSTRIA FARMACÊUTICA:

Armazenagem de pó fabricado 24 - 27 15 - 35

. Sala de moagem 27 35

IMPRENSA:

Litografia colorida 24 - 27 46 - 86

TEXTIL:

Tecelagem de algodão 27 80

Fiação de linho 24 - 27 60

Fiação de rayon 27 - 32 50 - 60

CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA

DEFINIÇÕES GERAIS Vimos anteriormente que o condicionamento completo do ar compreende aquecimento, refrigeração,

umidificação e desumidificação, circulação e filtragem do ar.

A carga de condicionamento de ar é afetada por uma série de fatores complexos, tais como:

transmissão de calor

irradiação solar

pessoas

iluminação e equipamentos elétricos

ventilação e infiltração do ar

mercadorias

diversos.

Carga Térmica:

Dá-se o nome de carga térmica de uma instalação de ar condicionado à quantidade de calor que, por

unidade de tempo, deverá ser fornecida (Inverno) ou retirada (Verão) do ar a ser introduzido nos

ambientes beneficiado, a fim de que se mantenham as condições pré-fixadas de projeto, segundo as

diferentes necessidades já estudadas de antemão. Para que o projeto e instalação do sistema de ar

condicionado sejam realmente condizente com as necessidades do mesmo, é primordial que sejam

caracterizados inicialmente os seguintes elementos:

a. Carga Térmica de Aquecimento (Inverno)

b. Carga Térmica de Refrigeração (Verão)

Entendemos por cargas térmicas ambientes, como todos os calores (sensíveis e latentes) que entram em

jogo, desde o condicionador de ar, propriamente dito, até a saída do ar do ambiente e externa as demais.

Calor Sensível:

É a quantidade de calor que se acrescenta ou se retira de um corpo e que pode ser medido por mudança de

temperatura.

Calor Latente:

É a quantidade de calor que se acrescenta ou se retira de um corpo e que causa sua mudança de estado,

sem mudança de temperatura.

CARGAS TÉRMICAS - FATORES

Fontes de Calor Externo:

As fontes de calor mais consideráveis originam-se no meio exterior e atingem o ambiente condicionado

devido aos seguintes fatores:

a. ganho de calor devido ao ar externo;

b. ganho de calor devido à penetração por condução através de

janelas paredes, divisões, tetos, telhados;

c. radiação solar, através de janelas, clarabóias, paredes, portas

externas e telhados.

Fontes de Calor Interno:

As fontes de calor interno à ambientes condicionados são principalmente:

pessoas

luzes

motores elétricos

motores dos equipamentos de ar condicionado

dissipação de calor por equipamentos

cargas especiais

O calor proveniente de pessoas em atividade ou não, constituem-se em fontes de calor sensível e latente.

23

CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA - VERÃO

As partes integrantes que serão analisadas, sob o ponto de vista de carga térmica são:

(a) penetração de calor por condução de paredes, pisos e tetos

(b) carga solar

(c) carga devido a pessoas

(d) carga devido a luzes, iluminação

(e) carga devido a motores elétricos

(f) carga devido a aparelhos e equipamentos diversos

(g) carga devido à ventilação

(h) carga devido à infiltração.

CARGA TÉRMICA EXTERIOR

NOÇÕES

Transmissão de Calor:

Ao conjunto de fenômenos que caracterizam a tendência do desaparecimento do diferencial de

temperatura existente entre duas regiões do espaço, com temperaturas diferentes, denominamos

transmissão de calor.

E1 E2 E1 E2

Transmissão

T1 > T2 fluxo térmico

T'1 = T'2

A transmissão efetua-se de maneira distinta entre três formas, designadas por : condução,

convecção e radiação, cada uma delas obedecendo a leis próprias, embora admitam, em comum,

as duas características seguintes:

(a) necessidade de um diferencial de temperatura entre duas regiões;

(b) o fluxo térmico verifica-se sempre no sentido de temperaturas decrescentes.

E1 E2 E3 E1 E2 E3

fluxo térmico fluxo térmico

` Transmissão

T1 > T2 > T3 T'1 = T'2 = T’3

Fluxo de Calor:

A quantidade de calor trocada na unidade de tempo Q [Kcal/h], em qualquer um dos processos

de transmissão de calor citados, recebe o nome de fluxo de calor. O fluxo de calor através de

uma parede que separa dois espaços a temperaturas diferentes depende de três fatores:

24

T2

T1

T’1

T’2

T2

T1

T’1

T’2

T’3

T3

(a) a área da parede

(b) a diferença de temperatura dos dois espaços

(c) as propriedades de condutividade de calor da parede.

Quanto maior for a área da parede, maior a quantidade de calor que dela conduz. Uma parede de

200 m2 de área, conduzirá o dobro do calor de uma parede de 100 m2. No que diz respeito ao

segundo fator, suponhamos que a diferença nas temperaturas dos dois espaços seja de 25 graus.

Uma certa quantidade de calor sensível passará através da parede. Se a diferença de

temperaturas aumentar para 50 graus, o fluxo de calor será o dobro.

Os princípios que se acabam de discutir não são válidos só para as paredes mas também para

janelas, telhados e outras superfícies de edifícios. Estes princípios são resumidos do seguinte

modo:

O fluxo de calor através de qualquer superfície é diretamente proporcional a sua

área. É ainda diretamente proporcional a diferença das temperaturas dos espaços

separados pela superfície.

O terceiro fator é função do material da parede e da espessura. Serão usados os termos

condutividade e condutância ao discutir o fluxo de calor através de materiais de construção.

Condutividade:É do conhecimento geral que a capacidade dos vários materiais para conduzir

calor, defere consideravelmente. Os melhores condutores de calor são os metais. Os piores

condutores (madeira, asbestos, gases, cortiça e feltro) são chamados isolantes. A capacidade de

uma substância para transmitir calor por condução é uma propriedade física do material

específico. É chamada condutividade térmica (normalmente abreviado por apenas

"condutividade"). O símbolo comum é "K". A condutividade é a quantidade de calor em Kcal/h

que flui através de uma peça de material homogêneo de um milímetro de espessura, com a área

de um metro quadrado e quando a diferença de temperatura entre as faces é de um grau. Ver a

Figura 1.

FIGURA 1 25

O calor transferido por condução através de um material homogêneo pode-se calcular pela

seguinte equação:

Q = A K (t2 - t1) (1)

x

em que:

Q = fluxo de calor [Kcal/h]

A = área [m2]

K = condutividade [Kcal mm/h m2 C]

x = espessura [mm]

(t2 - t1) = diferença de temperatura entre duas superfícies

à distância "x" mm, C.

Exemplo 1:

Um caixilho velho de janela 5 m x 8 m não merece reparação e foi por isso removido, tendo-se

colocado na abertura uma face de tijolos de 100 mm. Num dado dia de inverno a superfície

exterior do tijolo estava a 8 C e a interior a 15 C. Qual o fluxo de calor através da abertura por

tijolos ?

Solução:

Da Tabela 6 vê-se que o tijolo tem uma condutividade de 1115 Kcal mm/h C m2.

Usando a equação 1:

Q = A K (t2 - t1)

x

Q = (5 x 8) (1115 / 100) (15 - 8)

Q = 3122 Kcal/h

Condutância:

A condutividade é uma propriedade de um material homogêneo. Existem muitos materiais

utilizados na construção de edifícios que são não homogêneos. Os materiais como blocos de

vidro, telha oca de barro e blocos de concreto é não homogênea. Isto é, cada mm de espessura

não é idêntico ao mm anterior. É assim necessário indicar a taxa de fluxo de calor através da

totalidade da telha ou do bloco. Para o fluxo de calor através de materiais não homogêneos,

utiliza-se o termo condutância. A condutância define-se como a taxa de fluxo de calor em

Kcal/h através de um metro quadrado de material não homogêneo de uma certa espessura para

um grau de diferença nas temperaturas entre as duas faces do material. Ver Figura 2. O símbolo

para a condutância é o "C".

Deve-se ter cuidado para não confundir condutividade com condutância. A condutividade é o

fluxo de calor através de um mm de um material homogêneo; a condutância é o fluxo de calor

através da espessura total de um material não homogêneo.

26

FIGURA 2

A transferência de calor por condução através de um material não homogêneo pode ser

calculada pela seguinte equação:

Q = A C (t2 - t1) (2)

em que:

Q = fluxo de calor [Kcal]

A = área [m2]

C = condutância [Kcal/h m2 C]

(t2 - t1) = diferença de temperatura entre as duas faces [C]

Exemplo 2:

Uma casa tem nas paredes um forro impregnado de asfalto de 20 mm. Num dia de verão a

temperatura exterior da superfície do forro é de 32 C e a temperatura da superfície interior é de

21 C. Qual o fluxo de calor através de 100 m2 de forro ?

Solução:

Sob painéis de construção na Tabela 6 - 2,39 é a condutância do forro impregnado de 20 mm.


Q = A C (t2 - t1)

Q = 100 m2 x 2,39 Kcal/h m2 C x (32 - 21) C

Q = 2629 Kcal/h

27

TABELA 06 – COEFICIENTES DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR DE

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

28

.

. DESCRIÇÃO CONDITIVIDADE CONDUTÂNCIA

PAINÉIS PARA CONSTRUÇÃO:

PLACA DE ASBESTOS CIMENTO 495,36

PLACA DE GESSO DE PARIS OU GESSO (13 mm) 10,99

MADEIRA COMPENSADA 99,07 .

MADEIRA COMPENSADA (19 mm) 5,23

FORRO (impregnado ou coberto) 47,05

FORRO (impregnado ou coberto) [20 mm] 2,39

FIBRA DE MADEIRA (tipo duro) 173,38

MATERIAIS ISOLANTES:

PLACAS DE MANTA:

FIBRAS DE LÃ MINERAL (rocha, escória, ou vidro) 33,44

FIBRA DE MADEIRA 30,96

PLACAS E PRANCHAS:

VIDRO CELULAR 48,3

CORTIÇA 33,45

FIBRA DE VIDRO 30,96

LAJES DE ISOLAMENTO DE TELHADO (50 mm) 0,88

MATERIAIS EM PLACAS

PLACA DE CIMENTO, AGREGADO DE AREIA 619

GESSO:

AGREGADO LEVE (13 mm) 15,24

AGREGADO LEVE EM RIPAS METÁLICAS (20 mm) 10,41

AGREGADO DE PERLITE 185,76

AGREGADO DE AREIA 693,16

AGREGADO DE AREIA EM RIPAS METÁLICAS 37,62

AGREGADO DE VERMICULITE 209,84

MATERIAIS DE ALVENARIA

ENCHIMENTO SOLTO:

LÃ MINERAL (vidro, escória, rocha) 33,45

VERMICULITE (expandida) 56,97

CONCRETO:

ARGAMASSA DE CIMENTO 619

AGREGADOS LEVES, CASCALHO EXPANDIDO, BARRO, ARDÓSIA, ESCÓRIA,

CINZA; PEDRA POMES; PERLITE, VERMICULITE............................................... 210,53

AGREGADO DE AREIA E CASCALHO OU PEDRA 1486

ESTUQUE 619

TIJOLO, TELHA, BLOCO E PEDRAS:

TIJOLO COMUM 619

TIJOLO DE FACE (liso) 1115

TELHA, OCA DE BARRO, ELEMENTO DE FUNDO (100 mm) 4,39

TELHA, OCA DE BARRO, 2 ELEMENTOS DE FUNDO (200 mm) 2,64

BLOCO, CONCRETO, 3 NÚCLEOS OVAIS:

AGREGADO DE AREIA E CASCALHO (100 mm) 6,84

AGREGADO DE AREIA E CASCALHO (200 mm) 4,39

AGREGADO DE CINZA (100 mm) 4,39

AGREGADO DE CINZA (200 mm) 2,83

PEDRA, CAL OU AREIA 1548

TELHADOS

TELHADO EM ASFALTO LAMINADO 31,75

TELHADO INTEGRAL 14,65

MATERIAL PARA LATERAIS

ASBESTOS-CIMENTO, DOBRADO (6 mm) 23,25

ISOLAMENTO DE ASFALTO (13 mm) 3,37

MADEIRA, RECORTADA, DOBRADA (13 x 200 mm) 6,01

MADEIRAS

BÔRDO, CARVALHO, E MADEIRAS DURAS 136,22

ABETO, PINHO, E MADEIRAS MOLES 99,07

CONDUTIVIDADE EM [kcal.mm/hm2C]

CONDUTÂNCIA EM [kcal/hm2C].

Exemplo 3:

A taxa de fluxo de calor através de uma parede de blocos de concreto é de 18,92 Kcal/h por m2.

Os blocos têm 200 x 200 x 400 mm e são do tipo de 3 núcleos ovais. A temperatura superficial

no lado frio da parede é de 35 C. Qual a temperatura superficial no outro lado da parede ?

Solução:

Da Tabela 6, a condutância do bloco é 2,83 Kcal/h m2 C.


Q = A C (t2 - t1)

(t2 - t1) = Q..

A C

(t2 - 35) C = 18,92 Kcal/h m2 x m2 C h

2,83 Kcal

(t2 - 35) C = 6,68

t2 = 6,68 + 35

t2 = 41,68 C

Condutância Superficial:

A transmissão de calor por convecção está diretamente relacionada com o movimento do fluído

transmissor de calor por efeito, do qual sempre novas partículas do mesmo se põem em contato

com a superfície aquecedora ou resfriadora. A esse transporte de calor por meio de correntes de

convecção corresponde, por outro lado, um transporte de calor por condução. Como quase todos

os gases e a maior parte dos líquidos conduzem mal o calor, essa quantidade de energia térmica

transmitida por meio de condução é geralmente desprezível, em relação à transportada por meio

de convecção. Entretanto, como, por outro lado, em todo fluído em movimento em contato com

superfícies sólidas, forma-se na proximidade das paredes uma camada mais ou menos quieta e

que, em todos casos, apresenta um movimento laminar paralelo à dita parede, que não permite a

convecção, é forçoso admitir, que o calor atravesse essa "subcamada laminar" por condução,

não podendo, portanto, essa superfície de transmissão de calor deixar de ser levada em conta. A

diferença física entre a transmissão de calor por condução e convecção, reside na grandeza das

partículas que, dotadas de movimento, transportam o calor. Nessas condições, podemos dizer

que a convecção é o resultado do movimento microscópico das partículas dos fluídos, enquanto

que a condução resulta do movimento microscópico das moléculas ou elétrons livres que

entram na constituição dos corpos. Do exposto, depreende-se que a transmissão de calor por

convecção pura não existe na prática, mas somente sob a forma de transmissão de calor entre

fluídos e paredes, onde intervém também a condução.

29

A transferência de calor do ar para uma superfície ou de uma superfície para o ar é chamada

condutância superficial. Algumas pessoas chamam-lhe condutância de película ou coeficiente

de película. A condutância superficial é a quantidade de calor transferido, em Kcal/h, de uma

superfície para o ar ou do ar para uma superfície, por m2 e para um grau de diferença em

temperatura. O símbolo para a condutância superficial é "f". O fluxo constante de transferência

de calor de uma superfície para o ar ou do ar para uma superfície, pode ser calculado pela

seguinte equação:

Q = A f (t2 - t1) (3)

em que:

Q = Fluxo de calor [Kcal/h]

A = área [ m2 ]

f = condutância superficial [Kcal/h m2 C]

(t2 - t1) = diferença de temperatura entre a superfície e o ar adjacente [C]

A condutância superficial dos materiais de construção depende da cor e do acabamento da

superfície. O valor médio dos materiais normais, usados em paredes é de 7 a 8 para ar calmo.

Para uma velocidade de vento de 6,7 m/s o valor médio é de 45,24: se a velocidade do vento for

de 4 m/s usa-se a condutância superficial de 19,52.

Exemplo 4:

Suponhamos que há uma brisa de 4 m/s no exterior da parede do Exemplo 3. Presuma-se que o

ar está calmo no interior da parede. Qual a temperatura do ar nos dois lados da parede ?

Solução:

O calor que flui através da parede de blocos passa primeiro através da película de ar no exterior

da parede. Assim, a taxa de fluxo de calor através da película de ar é de 18,92 Kcal/h por m2.

Utiliza-se agora a equação 3.

Q = A f (t2 -t1)

(t2 - t1) = Q .

A f

t2 é a temperatura do ar adjacente à parede e t1 é a temperatura da superfície da parede. A

condutância superficial para um vento a 4 m/s é de 19,52. Assim,

(t2 - 41,68) C = 18,92 Kcal x h m2 C

m2 19,52

(t2 - 41,68) C = 0,97

t2 = 0,97 + 41,68

t2 = 42,65

30

A temperatura do ar adjacente do lado quente da parede é assim de 42,65 C.

Para se calcular a temperatura do ar no lado frio da parede utiliza-se o mesmo método. O calor

flui à mesma taxa através da película de ar exterior, através da parede e também através da

película de ar interior. Contudo, desta vez, na Equação 3, t2 é a temperatura do lado frio da

parede e t1 a temperatura do ar adjacente. A condutância superficial para o ar calmo é de 7.

Assim,

Q = A f (t2 - t1)

(t2 - t1) = Q / A f

(35 - t1) C = 18,92 Kcal/h m2 x m2 C h / 7 Kcal

(35 - t1) C = 2,7 C

t1 = 35 - 2,7

t1 = 32,3 C

Condutância do Espaço de Ar:

A transferência de calor através de um espaço de ar é chamada condutância do espaço de ar.

Define-se como o fluxo de calor em Kcal/h através de uma área de um metro quadrado de um

espaço de ar para uma diferença de temperatura de um grau entre as superfícies limite. O

símbolo comum é "Cá".

O fluxo constante de transferência de calor através de um espaço de ar pode-se calcular pela

seguinte equação:

Q = A Ca (t2 - t1) (4)

em que:

Q = fluxo de calor [Kcal]

A = área [m2]

Ca = condutância do espaço de ar [Kcal/h m2 C]

(t2 - t1) = diferença de temperatura entre as superfícies limite [C]

Para um espaço de ar em uma parede entre materiais normais de construção e com uma

espessura entre 20 mm e 100 mm, a condutÂncia do espaço de ar será de cerca de 5,27. Se um

dos lados do espaço de ar for coberto por papel revestido de alumínio, a condutância do

espaço de ar será de cerca de 2,35. Os espaços de ar nos telhados terão valores ligeiramente

diferentes para a condutância do espaço de ar correspondente a espessuras entre 20mm e

100 mm. Isto é causado porque a direção do fluxo de ar é vertical em vez de ser

horizontal (como numa parede). Para espaços de ar nos telhados, limitados por materiais de

construção normais, a condutância do espaço de ar é cerca de 6,05 para fluxo

ascendente de calor (inverno) e cerca de 4,25 para fluxo descendente de calor (verão). Se

uma das superfícies do espaço de ar for coberta com

31

papel revestido de alumínio, o valor de inverno é cerca de 3,32 e o do verão cerca de 1,51.

Coeficiente Total de Transferência de Calor:

Cada uma das Equações de 1 a 4 tem uma ou mais temperaturas superficiais. Apesar de se

poderem achar a temperatura da superfície exterior e interior de uma parede, não é sempre fácil

fazê-lo. Constitui também um inconveniente real achar todas as temperaturas superficiais numa

parede feita de quatro ou cinco materiais. É contudo fácil achar a temperatura do ar nos dois

lados de uma parede utilizando-se um termômetro normal. Necessita-se assim, de uma equação

para o fluxo de ar, entrando com as temperaturas do ar. Além disso, a equação deverá ser válida

para materiais homogêneos e materiais não homogêneos bem como para paredes ou telhados

feitos de vários materiais. A Equação 5 responde a isto. Considera as temperaturas do ar e é

válida para paredes ou telhados feitos de materiais diferentes. O termo novo que aparece na

equação, U, é o coeficiente total de transferência de calor. Define-se como o fluxo de calor em

Kcal/h através de um metro quadrado quando a diferença de temperatura do ar nos dois lados da

parede ou telhado é de um grau.

Q = A U (t2 - t1) (5)

em que:

Q = fluxo de calor [Kcal/h]

A = área [m2]

U = coeficiente total de transferência de calor [Kcal/h m2 C]

(t2 - t1) = diferença de temperatura do ar nos dois lados da parede ou telhado [C]

Exemplo 5:

O coeficiente total de transferência de calor para a parede do Exemplo 4 é de 1,83 Kcal/h m2 C.

Para uma temperatura do ar interior de 32,3 C e do ar exterior de 42,65 C, qual é a taxa de fluxo

de calor através da parede ?

Solução:

Usando a Equação 5:

Q = A U (t2 - t1)

Q = 1,83 Kcal/h m2 C x 1 m2 x (42,65 - 32,3)C

Q = 18,94 Kcal/h

Isto confirma a taxa de fluxo de calor de 18,92 Kcal/h do Exemplo 4. Não é absolutamente igual

por que o coeficiente total de transferência de calor de 1,83 é um número arredondado. O valor

de U com três decimais é 1,828: se o utilizasse, o resultado da equação seria 18,92. É contudo

normal escrever K, C, Ca, f e U só com dois decimais. Não se justifica qualquer aproximação

posterior. Os materiais utilizados em condições locais variam

32

muito mais em qualidade e montagem do que o valor usando dois decimais em vez de três.

Resistência Térmica:

A resistência ao fluxo de calor é definida como o inverso do coeficiente de transferência de

calor. Por exemplo, quando o fluxo de calor através dos tijolos no Exemplo 1 foi calculado,

utilizou-se o termo K/x. Lembre-se que K era 1115 e x era 100: assim K/x = 1115/100. Se os

tijolos tivessem 200 mm de espessura na abertura da janela, 1115/200 seria o valor que

substituiria o termo K/x. O resultado seria metade do fluxo de calor. Isto era um resultado

esperado porque os tijolos tinham o dobro da espessura e ofereciam o dobro da resistência ao

fluxo de calor. A resistência oferecida pelos tijolos de 100 mm é x/K = 100/1115 = 0,089. Para

uma espessura de 200 mm obtinha-se o dobro da resistência escrevendo x/K = 200/1115 =

0,179.

A resistência ao fluxo de calor oferecido por uma material não homogêneo é simplesmente 1/C.

A resistência ao fluxo de calor oferecido por um espaço de ar é 1/Ca.

A resistência através de uma película de ar é o inverso da condutância superficial: 1/f.

Qual é a resistência ao fluxo de calor oferecida por uma parede ou telhado feitos de diversos

materiais ? Desde o ar em um dos lados até o ar no outro lado, a resistência é o inverso do

coeficiente total de transferência de calor, 1/U. O Exemplo 6 mostrará como é fácil achar o

valor de U para uma parede usando as resistências.

Exemplo 6:

Uma parede de alvenaria é feita de blocos ocos de concreto de 200 mm e de tijolos de 100 mm.

Os blocos são feitos de agregado de areia e cascalho. Entre os blocos e os tijolos existe

argamassa de cimento com 13 mm de espessura. O acabamento interior da parede é de gesso

(16 mm de espessura) com agregado de vermiculite. Presuma-se que o vento é de 6,7 m/s. Qual

é o valor de U para a parede ?

Solução:

Ver a Figura 3 para um esboço desta parede. Prepare um quadro ao resolver este problema e

escreva nele cada item que ofereça resistência ao fluxo de calor. Os números dos itens no

quadro equivalem aos indicados na parte inferior da Figura 3.

ITEM DESCRIÇÃO RESISTÊNCIA

1 película de ar interior, 1/f, 1/7 0,14

2 gesso, x/K, 16/210 0,07

3 bloco, 1/C, 1/4,39 0,22

4 argamassa, x/K, 13/619 0,02

5 tijolo, x/K, 100/1115 0,08

6 película de ar exterior, 1/f, 1/45,24 0,02

R E S I S T Ê N C I A T O T A L 0,55

33

FIGURA 3

O coeficiente total de transferência de calor é o inverso da resistência total. Assim,

U = 1 / R

U = 1 / 0,55

U = 1,81 Kcal/h m2 C

Exemplo 7:

Um telhado é feito soldando-se uma placa de metal às vigas de aço. Um quadro isolador de fibra

de vidro (41 mm) é colocado sobre o isolamento, com uma espessura de 10 mm. Ripas de metal

são cruzadas sob as vigas de aço e revestidas com gesso (agregado leve de gesso) com uma

espessura de 20 mm. Ver a Figura 4 quanto ao tipo de construção.

(a) qual é o valor de U para este telhado nas condições de verão ?

(b) e nas condições de inverno ?

34

FIGURA 4

Solução:

Parte (a) - verão:


1 película de ar exterior, 1/f, 1/19,52 (4m/s) 0,05

2 telhado construído, 1/C, 1/14,65 0,06

3 isolamento, x/K, 41/31 1,32

4 placa de metal 0,00

5 espaço de ar, 1/Ca, 1/4,25 0,23

6 ripas de metal e gesso, 1/C, 1/10,41 0,09


RESISTÊNCIA TOTAL 1,89

U = 1/R = 1/1,89 = 0,53 Kcal/h m2 C

Parte (b) - inverno:



6 ripas de metal e gesso, 1/C, 1/10,41 0,09

5 espaço de ar, 1/Ca, 1/6,05 0,16

4 placa de metal 0,00

3 isolamento, x/K, 41/36 1,32

2 telhado construído, 1/C, 1/14,65 0,06

1 película de ar exterior, 1/f, 1/45,24 0,02

RESISTÊNCIA TOTAL 1,79

U = 1/R = 1/1,79 = 0,558 = 0,56 Kcal/h m2 C

35

As resistências da película de ar exterior e do espaço do ar diminuíram para as condições de

inverno. A variação total em resistência do telhado é de 0,1 (1,89 - 1,79). Contudo, a variação é

pequena quando comparada com a resistência total do telhado. Note que para esta construção o

valor de U é o mesmo para o inverno e para o verão.

Diferenças de Temperatura de Projeto:

O fluxo de calor através de paredes, pisos, vidros e telhados depende da diferença de

temperatura através dos mesmos. Assim, para projetar um sistema de ar condicionado, deve-se

determinar a diferença de temperatura através das paredes, pisos, vidros e telhados, que para o

verão apresenta-se sob 3 formas:

(a) em casos de estruturas que separam o meio condicionado do meio externo:

Teremos então:

t = t2 - t1 (diferencial de temperaturas de bulbo seco - TBS)

t2 = temperatura externa

t1 = temperatura interna

t2 e t1 são condições de temperaturas pré-determinadas por situações climatológicas de verão,

apresentadas nas tabelas 1, 2, 3 4 e 5.

(b) para o caso de estruturas em divisórias:

Para o caso de estruturas em divisórias, iremos ter variação na temperatura externa utilizada.

Para as estruturas em contato com o meio exterior, considerando-se a temperatura do ambiente

vizinho como não condicionado.

Neste caso teremos:

t' = t'2 - t1

t'2 = t2 - 3,0 C

36

(c) para o caso de estruturas em divisórias com ambientes vizinhos condicionados:

Neste caso teremos:

t'' = t''2 - t1

t''2 = temperatura interna do ambiente vizinho

OBS.: Piso sobre terra t = 0.

Para o inverno, como normalmente temos t1 > t2, o valor de t será adotado em módulo, e da

mesma maneira que para o verão a diferença de temperatura através das paredes, pisos, vidros e

telhados apresenta-se sob 3 formas:

(a) em caso de estruturas que separam o meio condicionado do meio externo:

t = t2 - t1

t1 > t2

t = I t I

t2 e t1 são condições de temperatura pré determinadas por situações climáticas de inverno,

apresentadas nas tabelas 2 A e 2B.

(b) para o caso de estruturas divisórias:

t' = t'2 - t1

t'2 = t2 + 3,0 C

t' = I t' I

(c) para o caso de estruturas em divisórias com ambientes vizinhos condicionados:

t'' = t''2 - t1


t'' = I t'' I

OBS.: Piso sobre terra t = 0.

37

GANHO DE CALOR POR CONDUÇÃO

No presente apenas se discutirão os ganhos de calor devido à condução através das diferentes

superfícies de um edifício. O efeito dos raios do Sol nestas superfícies será discutido

posteriormente. Assim, por ora, os ganhos de calor através das paredes serão considerados como

se elas se encontrassem sempre na sombra.

Só a área líquida de uma parede é usada no cálculo do ganho de calor. A área de todas as janelas

deverá ser subtraída da área bruta; isto dará a área líquida. Os ganhos de calor através das

janelas são indicados separadamente. As portas, se são poucas, são normalmente consideradas

como parte da parede, o erro normalmente é desprezível. Suponhamos no entanto, que temos

um grande número de portas nestas paredes. Neste caso o ganho de calor através das portas

deverá ser calculado separadamente. Neste caso ainda, só se deve usar a área líquida das partes

da parede, janelas e portas.

Exemplo 8:

Calcular a carga térmica (verão) que penetra por condução em um ambiente com as seguintes

características:

38

pé direito de forro a piso = 2,60 m

pé direito de laje a piso = 2,80 m

vidro comum com persianas

paredes cor média

temperatura interna = t1 = 24 C

temperatura externa = t2 = 32 C

forro isolado com 1" de lã de vidro

piso não condicionado

localização: 2. andar de um edifício de 2 andares

"U" piso = 1,71 Kcal/h m2 C

"U" forro isolado = 1.02 Kcal/h m2 C

"U" parede externa = 1,61 Kcal/h m2 C

"U" parede divisória = 1,95 Kcal/h m2 C

"U" vidro comum = 5,37 Kcal/h m2 C

Solução:

Para Verão:

Ganhos de calor por condução através das paredes externas.

(a) diferença de temperaturas:

para o caso de estruturas que separam o meio condicionado do meio externo.

t = t2 - t1

t = 32 - 24

t = 8 C

(b) cálculo da área líquida das paredes externas:

Atotal(paredes e vidros) = (10 + 7) x 2,80

At = 47,60 m2

A vidros (área só das janelas) = (2 x 1) + (3 x 2)

Av = 8 m2

A líquida (At - Av) = (47,60 - 8)

Al = 39,60

(c) "U" parede externa = 1,61 Kcal/h m2 C

(d) Usando a equação 5

Q = A U (t2 - t1)

Qpe = 39,60 x 1,61 x 8

Qpe = 510,04 Kcal/h

Ganho de calor por condução através dos vidros externos.


para o caso de estruturas que separam o meio condicionado do meio externo.

t = t2 - t1

t = 32 - 24

t = 8 C

(b) A vidros = 8 m2

(c) U vidro comum = 5,37 Kcal/h m2 C


Q = A U (t2 - t1)

Qve = 8 x 5,37 x 8

Qve = 343,68 Kcal/h m2 C

39

Ganhos de calor por condução através das paredes divisórias:

Parede em divisória com ambiente vizinho não condicionado:

(a) diferença de temperaturas

para o caso de estruturas em divisória com ambientes não condicionados.

t' = t'2 - t1

t'2 = t2 - 3,0 C

t'2 = 32 - 3

t'2 = 29 C

t' = 29 - 24

t' = 5 C

(b) cálculo da área líquida da parede

como não existem janelas:

A líquida = 10 x 2,6

A líquida = 26 m2

(c) V parede divisória = V porta = 1,95 Kcal/h m2 C


Q = A U (t2 - t1)

Qpd' = 26 x 1,95 x 5

Qpd' = 253,5 Kcal/h

Parede em divisória com ambiente vizinho condicionado.


para o caso de estruturas em divisória com ambientes vizinhos

condicionados:

t'' = t''2 - t1


t'' = 21 - 24

t'' = (-3) C

(b) área líquida da parede

como não existem janelas

Al = 7 x 2,6

Al = 18,2 m2

(c) U parede divisória = 1,95 Kcal/h m2 C


Q = A U (t2 - t1)

Qpd'' = 18,2 x 1,95 x (-3)

Qpd'' = (-106,47) Kcal/h

Note que o fluxo de calor Qpd'' se dá no sentido do ambiente condicionado em questão, ao

ambiente vizinho que também é condicionado, porém a uma temperatura menor. Justificado

portanto, o sinal negativo do resultado.

Note também que se o ambiente vizinho fosse condicionado a mesma temperatura que o

ambiente em questão, não haveria troca de calor, pois t = 0, logo Q = 0.

Ganho de calor total através das paredes em divisória

Qpd = Qpd' + Qpd''

Qpd = 253,5 + (-106,47)

Qpd = 147,03 Kcal/h

40

Ganho de calor por condução através do piso.


para o caso de estruturas em divisória com ambientes

não condicionados.

t' = t'2 - t1

t'2 = t2 - 3,0 C

t'2 = 32 - 3

t'2 = 29 C

t' = 29 -24

t' = 5 C

(b) área do piso

Ap = 7 x 10

Ap = 70 m2

(c) U piso = 1,71 Kcal/h m2 C


Q = A U (t2 - t1)

Qp = 70 x 1,71 x 5

Qp = 598,5 Kcal/h

Observe que se neste caso o pavimento fosse o pavimento térreo o /\ t = o (piso sobre terra), e

portanto, o fluxo de calor Q = 0.

Ganho de calor por condução através de teto.


para o caso de estruturas que separam o meio ambiente

condicionado do meio externo:

t = t2 - t1

t = 32 - 24

t = 8 C

(b) área do teto

At = 7 x 10

At = 70 m2

(c) U teto = 1,02 Kcal/h m2 C


Q = A U (t2 - t1)

Qt = 70 x 1,02 x 8

Qt = 571,2 Kcal/h

Ganho de calor total por condução:

Q pe = 510,04 Kcal/h

Q ve = 343,68 Kcal/h

Q pd = 147,03 Kcal/h

Q p = 598,50 Kcal/h

Q t = 571,20 Kcal/h

Q total = 2170,45 Kcal/h

41

GANHO DE CALOR POR INSOLAÇÃO

Até aqui, nós discutimos transferência de calor sendo conduzida através de uma estrutura,

onde tínhamos a estrutura separando um ambiente condicionado do meio exterior; de

ambientes não condicionados; ou de ambientes vizinhos não condicionados. Neste estudo

vimos que o calor flui para o ambiente em estudo através do fenômeno da condução, onde

precisamos de um elemento intermediário ligando os dois elementos a diferentes

temperaturas, ou seja, se propagando através das moléculas das substâncias envolvidas.

Agora estudaremos qual a influência que o calor radiante solar produz em um ambiente

condicionado:

Em primeiro lugar o que seria carga térmica total devido à insolação de um dado ambiente?

A carga térmica total devido à insolação de um dado ambiente seria o fluxo de calor radiante

solar ganho pelo ambiente através de suas estruturas (paredes, vidros e teto).

Calor Solar:

Os raios de sol passam através do espaço exterior e da atmosfera no seu caminho para a

Terra. Qualquer superfície em que toquem (solo, telhados, paredes) aquece. O calor radiante

solar que atinge a superfície da Terra varia consideravelmente de hora para hora que depende

do instante que o sol nasce até o instante que se põe, naturalmente dependendo portanto, do

sentido de rotação da Terra em relação ao Sol. As nuvens, nebulosidade da atmosfera, o grau

de pureza da atmosfera, sua transparência e outros mil fatores originam grandes variações na

quantidade de calor que atingem a face da Terra.

Quanto às influências da atmosfera, define-se Radiação Direta e Radiação Difusa:

Radiação Direta é a parte da radiação inicial que incide diretamente na superfície da Terra. É

o feixe real de luz solar.

Radiação Difusa é a radiação devido à reflexão que se produz nas partículas de vapor de

água, ozona ou de poluição atmosférica. É a energia solar refletida pelas nuvens e poeira do

ar.

Reflexão Solar:

Quando a luz bate num espelho, superfície branca, ou qualquer outra superfície brilhante,

uma grande porcentagem dela é refletida. De modo idêntico, se o calor radiante solar atingir

uma superfície de cor clara, uma grande porcentagem dele será refletida; só o restante será

absorvido pela superfície. Quanto mais escura for a superfície, maior será o calor radiante

solar absorvido pela superfície. Assim, as superfícies escuras terão sempre temperaturas

superiores às superfícies brancas expostas à mesma luz solar.

A cor da superfície exterior de uma parede é assim de grande importância na quantidade de

calor radiante solar que será absorvido. As superfícies com cores claras refletem mais

radiação solar do que as superfícies de cores escuras. Ao calcular os ganhos de calor solar

através de estruturas, deve-se ter em conta a cor da superfície exterior.

42

Outra consideração a fazer quanto à reflexão do calor radiante solar é que da mesma maneira que as

superfícies lisas refletem mais a luz do que as ásperas, as superfícies lisas refletem mais calor

radiante solar do que as ásperas.

Temperaturas Superficiais:

A energia radiante que atinge qualquer superfície eleva a sua temperatura. Um telhado escuro

poderá atingir, por exemplo, a temperatura de 70 C durante um dia de verão. Contudo, a

temperatura imediatamente acima do telhado pode ser apenas 32 C. A temperatura superficial de

uma estrutura depende da limpeza da atmosfera, como já vimos, assim como, do ângulo com que os

raios solares incidem na superfície. Quando a superfície é perpendicular aos raios, recebe a

intensidade total do sol. Por outro lado, quando estes raios incidem na superfície segundo um

ângulo, a intensidade é muito menor.

A Terra dá uma rotação a cada 24 horas, isto causa o dia e a noite. A Terra dá uma volta ao redor

do Sol, isto causa as estações. Por causa destes movimentos, o ângulo segundo o qual os raios

solares incidem numa superfície está sempre mudando. Isto significa que a temperatura superficial

de uma estrutura ao Sol, varia ao longo do dia.

A direção para que está voltada uma estrutura vertical é importante na determinação do ângulo com

que os raios solares nela incidem. A direção também determina as horas durante as quais a estrutura

ficará exposta ao Sol. Uma parede com a direção Este à latitude de 30 graus Sul, estará ao Sol a

partir de 8 horas. A partir daí, a temperatura superficial da face exterior da estrutura aumentará

regularmente até ao meio dia. A partir do meio dia, a temperatura superficial diminuirá até um

ponto próximo das 14 horas. À tarde estará na sombra. À mesma latitude, a luz solar só incidirá

numa estrutura vertical orientada para o Oeste após o meio dia. A temperatura da superfície exterior

de uma estrutura vertical Oeste atingirá o máximo valor cerca das 16 horas. A partir desta hora

resfriará de um modo regular.

A temperatura de uma superfície exposta ao Sol é normalmente superior à temperatura do ar

exterior. Assim, o calor circula da superfície para o ar através da película superficial exterior. Só

uma parte do calor radiante que atinge a superfície passa para o interior da estrutura. Da porção de

calor que começa a circular no interior da estrutura, só uma parte atingirá o interior do ambiente

condicionado. É necessário tempo para o calor penetrar numa estrutura vindo do exterior e atingir a

face interior.

A maioria do calor radiante solar que primeiro incide numa estrutura apenas eleva a temperatura da

porção exterior da parede. Antes que o calor possa penetrar profundamente na parede, a

temperatura da superfície exterior desce novamente, devido ao Sol mudar de posição. A estrutura

quente começa a fornecer calor ao ar exterior. Apesar de tudo, há sempre uma certa porcentagem de

calor que atinge a superfície interior e eleva a sua temperatura. Esta parcela de calor obedece ao

fenômeno de condução. Portanto, deve-se aplicar a equação 5:

Q = A U (t2 - t1)

43

Orientação Geográfica:

A orientação geográfica consiste em estabelecer-se o posicionamento correto das estruturas

consideradas em função dos pontos cardeais. Portanto, para que possamos adotar um horário de

cálculo é necessário orientar as paredes do recinto a condicionar. É muito importante que a

posição Norte seja fornecida, pois em função dela orientaremos as paredes. A figura abaixo,

representa a Rosa dos Ventos e é um auxiliar importante no processo de orientação das

estruturas. A estrutura perpendicular à determinada orientação recebe o nome respectivo da

mesma.

Hora de Cálculo:

A escolha da hora de cálculo deverá ser feita de tal modo, possibilitando o cálculo para a pior

condição, ou seja, para a hora de insolação máxima ao local que está sendo calculado. Terão

grandes influências as áreas de vidros existentes nas diversas paredes.

Roteiro para cálculo do ganho de calor por insolação:

Para a determinação do percentual do ganho de calor por insolação, deverá o mesmo ser

procedido da seguinte forma:

(a) determinar as orientações das estruturas.

(b) verificar o tipo de estruturas e os coeficiente de transmissão total relativos às mesmas.

(c) verificar se existem estruturas vizinhas que impeçam a insolação parcial ou total de alguma

estrutura dos ambientes considerados.

(d) calcular as áreas de paredes externas e vidros externos das estruturas consideradas.

(e) verificar as áreas de teto sujeitas à insolação.

(f) verificar se existe insolação devido à reflexão dos raios solares em vidros de prédios

próximos, etc..

(g) verificar os valores de t em função das variáveis relativas aos mesmos (Tabelas de 7 a 12).

(h) montagem de tabela básica.

(i) cálculo do ganho de calor por insolação.

44

TABELA 07 VALORES DE T PARA SUPERFICIES OPACAS CORES: PRETO, CINZA-ESCURO

DIREÇÃO DA FACE

HORA SE E NE N NO O SO TELHADO

8 3,3 3,9

9 14,5 19,5 8,3 5

10 19,5 8,3 16,1

11 14,7 22,1 15,6 25,5

12 6,7 15 13,4 0,5 32,7

13 6,1 7,8 2,8 36,8

14 1,1 3,3 1,1 38,2

15 2,8 7,8 6,1 36,8

16 0,5 13,8 15 32,7

17 15,6 22,1 13,4 25,5

18 14,5 24,5 19,5 16,1

19 8,3 19,5 14,5 5

20 3,9 3,3

TABELA 08 VALORES DE T PARA SUPERFICIES OPACAS CORES: CINZA-CLARO, VERMELHO, MARRON

DIREÇÃO DA FACE


8 0,5 1,1

9 7,8 9,4 3,9 1,7

10 10 14,5 8,3 9,4

11 7,6 12,8 8,9 15

12 2,8 8,9 7,4 20

13 2,9 3,9 22,1

14 0,5 23,5

15 3,9 2,8 22,1

16 7,4 8,9 2,8 20

17 8,9 12,8 7,4 15

18 8,3 14,5 10 9,4

19 3,9 9,4 7,8 1,7

20 1,1 0,5

TABELA 09 VALORES DE T PARA SUPERFICIES OPACAS

CORES: ALUMINIO, BRANCO

DIREÇÃO DA FACE


8

9 3,3 4,4

10 4,4 7,4 3,3 3,9

11 2,8 6,1 3,9 7,8

12 3,9 2,8 10,5

13 0,5 12,2

14 12,8

15 0,5 12,2

16 2,8 3,9 10,5

17 3,9 6,1 2,8 7,8

18 3,3 7,2 4,4 3,9

19 1,1 4,4 3,3

20

45

TABELA 10 VALORES DE T PARA SUPERFICIES TRANSPARENTES CONDIÇÃO: SEM PROTEÇÃO CONTRA O SOL / SEM CORTINAS ESCURAS DIREÇÃO DA FACE


6 24,2 26 11 2,2

7 62 74 39 25

8 70 96 58 65

9 50 86 60 98

10 22 58 48 3,9 124

11 1,1 20 26,8 8,9 136

12 5 10,6 5 143

13 8,9 26,8 20 1,1 136

14 3,9 48 58 22 124

15 60 86 50 98

16 58 96 70 65

17 39 74 62 25

18 11 26 24,2 2,2

TABELA 11 VALORES DE T PARA SUPERFICIES TRANSPARENTES CONDIÇÃO: COM CORTINAS CLARAS / COM PERSIANAS INTERNAS

DIREÇÃO DA FACE


6 12,2 13,3 0,55 1,1

7 31 37 19,5 12,8

8 35 48,5 29,4 33

9 25,6 43 30 49

10 10,5 29,4 24 1,6 62

11 0,55 10 13,5 4,5 68

12 5 71

13 4,5 13,5 10 0,55 68

14 1,6 24 29,4 10,5 62

15 30 43 25,6 49

16 29,4 48,5 35 33

17 19,5 37 31 12,8

18 0,55 13,3 12,2 2

TABELA 12 VALORES DE DT PARA SUPERFICIES TRANSPARENTES

CONDIÇÃO: COM PERSIANAS EXTERNAS

DIREÇÃO DA FACE

HORA SE E NE N NO O SO

6 7,3 7,8 3,3

7 18,3 22 11,7

8 21 29 17,8

9 15 25,6 17,8

10 6,7 17,8 14,4 1,1

11 6,1 7,8 2,8

12 1,6 3,3 1,6

13 2,8 7,8 6,1

14 1,1 14,4 17,8 6,7

15 17,8 25,6 15

16 17,8 29 21

17 11,7 22 18,3

18 3,3 7,8 7,3

46

Exemplo 9:

Calcular para o Exemplo 8 o ganho de calor por insolação.

Solução:

Conforme item anterior, temos o seguinte roteiro:

(a) determinar as direções das faces.

1. com o auxílio da Rosa dos Ventos, temos:

b) verificar o tipo de estrutura e os respectivos coeficientes de transmissão total.

1. estruturas: parede cor média

vidros comuns com proteção de persianas

telhado com isolamento de 1" de lã de vidro

2. U parede externa = 1,61 Kcal/h m2 C

U vidro comum = 5,37 Kcal/h m2 C

U telhado = 1,02 Kcal/h m2 C

(c) verificar se existem estruturas vizinhas que impeçam a

insolação parcial ou total de alguma estrutura dos ambientes

considerados:

- não existem -

(d) calcular as áreas de paredes externas, vidros externos.

1. estrutura SO - parede + vidros = 7 x 2,80 = 19,6 m2

estrutura SO - vidros = 2 x 1 = 2 m2

estrutura SO - paredes = 19,6 - 2 = 17,6 m2

2. estrutura SE - parede + vidros = 10 x 2,80 = 28 m2

estrutura SE - vidros = 3 x 2 = 6 m2

estrutura SE - paredes = 28 - 6 = 22 m2

47

(e) verificar as áreas de teto sujeitas à insolação.

A teto = 10 x 7 = 70 m2

(f) verificar se existe insolação devido a reflexão dos raios

solares em vidros de prédios próximos, etc..

- não existem -

(g) verificar os valores de t em função de suas respectivas

variáveis:

1. na Tabela 8 encontramos os valores de t para superfícies

opacas de cor média.

2. na Tabela 11 encontramos os valores de t para superfícies

transparentes com proteção de persianas.

(h) Montagem da tabela básica

(i) Cálculo dos ganhos de calor por insolação.

Resposta:

Ganho de calor total por insolação:

Sendo que às se dará o ganho de calor máximo para o ambiente em estudo

48

Q = 1883,22 Kcal/h

16:00h

h

TABELA BÁSICA

SUPERFÍCIE PAREDE VIDROS PAREDE VIDROS TELHADO

T

DIREÇÃO

DAS SE SE SO SO (-) O

FACES

T

A [M2] 22 6 17,6 2 70

A

U [Kcal/hm2C] 1,61 5,37 1,61 5,37 1,02

I

A x U [Kcal/hC] 35,42 32,22 28,33 10,74 71,4

S

HORAS t

SOLARES Q

9 7,8 25,6 1,7

276,28 824,83 121,38 1222,49

10 10,00 10,5 9,4

354,20 338,31 671,16 1363,67

11 7,60 0,55 15

269,19 17,72 1071,00 1357,91

12 2,80 20

99,18 1428,00 1527,18

13 0,55 22,1

5,91 1577,94 1583,85

14 10,5 23,5

112,77 1677,90 1790,67

15 25,6 22,1

274,94 1577,94 1852,88

16 2,8 35 20

79,32 375,90 1428,00 1883,22

17 7,4 31 15,5

209,64 332,94 1106,70 1649,28

18 10 12,2 9,4

283,30 131,03 671,16 1085,49

49

GANHO DE CALOR DEVIDO AO AR EXTERIOR

Origina-se esta parcela da carga térmica pelo fato do ar exterior em determinadas condições de

temperatura e umidade passar para as condições do recinto condicionado. Este ar exterior é que

vai substituir o ar que por infiltração escapa do recinto condicionado por frestas existentes nas

janelas, portas, portas giratórias ou vai-e-vem e por exaustores. O valor do volume de ar que

escapa do recinto através de portas normalmente fechadas, é equivalente a uma troca, por hora,

do volume total do recinto condicionado. O valor do volume para portas de vai-e-vem depende

da medida e tipo destas portas como também da frequência de abertura das mesmas como pode-

se ver na Tabela 13 extraída do NB-10 da ABNT.

TABELA 13

PELAS PORTAS (Normalmente Fechadas):

[M3/h por pessoa]

LOCAL PORTA GIRATÓRIA PORTA DE VAI-E-VEM

(1,80 m) (0,90 m)

Bancos 11 14

Barbearias 7 9

Drogarias e Farmácias 10 12

Escritórios de Corretagem 9 9

Escritórios Privados (-) 4

Escritórios em Geral (-) 7

Lojas em Geral 12 14

Restaurantes 3 4

Lanchonetes 7 9

PELAS PORTAS (Normalmente abertas):

Porta de 90 cm 1350 [m3/h]

Porta de 180 cm 2000 [m3/h]

Para o cálculo de vazão correspondente ao ar exterior deve-se proceder a avaliação dos

seguintes valores:

(a) determinar a quantidade de ar que, por motivo de ventilação,

deve ser introduzida ao recinto condicionado;

(b) determinar a quantidade de ar que escapa por portas

normalmente fechadas;

(c) determinar o ar que escapa por eventuais portas de vai-vem;

(d) determinar o ar que escapa por eventuais exaustores.

Uma vez obtido estes valores, adotaremos para a quantidade de ar exterior o maior valor obtido

comparando a necessidade de ar para renovação do ambiente com a necessidade de ar para

reposição devido as perdas.

O ar exterior é admitido pelo condicionador de ar, o qual deverá remover seu calor total

(sensível + latente) antes de enviá-lo para o ambiente. Na Tabela 14 mostramos os valores para

as perdas de ar por frestas de janelas e portas. Na Tabela 15 mostramos os valores de

quantidades de ar exterior para renovação extraídos do NB-10 de ABNT.

50

TABELA 14 - INFILTRAÇÕES DE AR

PELAS FRESTAS

[M3/h]

TIPO DE ABERTURA OBSERVAÇÃO(por metro de fresta)

(*)

Janelas

- Comum 3

- Basculante 3

- Guilhotina com caixilho de madeira Mal ajustada 6,5

Bem ajustada 2

- Guilhotina com caixilho metálico Sem vedação 4,5

Com vedação 1,8

Portas Mal ajustada 13

Bem ajustada 6,5

(*)Largura da fresta considerada de 4,5 mm

TABELA 15 - AR EXTERIOR PARA RENOVAÇÃO

LOCAL [M3/h por pessoa] CONCENTRAÇÃO

RECOMENDÁVEL MÍNIMO DE FUMANTES

Bancos 17 13 Ocasional

Barbearias 25 17 Considerável

Salões de Beleza 17 13 Ocasional

Bares 68 42 (-)

Cassinos-Grill-Room 45 35 (-)

Escritórios:

Públicos 25 17 Alguns

Privados 42 25 Nenhum

Privados 51 42 Considerável

Estúdios 35 25 Nenhum

Lojas 17 13 Ocasional

Salas de Hotéis 51 42 Grande

Residências 35 17 Alguns

Restaurantes 25 20 Considerável

Salas de Diretores 85 50 Muito Grande

Teatros-Cinemas-Auditórios 13 8 Nenhum

Teatros-Cinemas-Auditórios 25 17 Alguns

Salas de Aulas 50 40 Nenhum

Salas de Reuniões 85 50 Muito Grande

Aplicações Gerais

Por pessoa (não fumando) 13 8 (-)

Por pessoa (fumando) 68 42 (-)

FONTE: ASHRAE Handbook of Fundamentals – 1972

51

O ganho de calor total determina-se a partir da equação:

Q = Vae x 1,1 x h (11)

onde:

Q = ganho de calor total [Kcal/h]

Vae = vazão de ar exterior [m3/h]

1,1 = constante prática

h = diferencial de entalpia [Kcal/Kg]

h = f(objetivo)

Os valores de entalpia são obtidos no diagrama psicrométrico.

CARGAS TÉRMICAS INTERNAS

GANHOS DE CALOR DEVIDO A PESSOAS

As perdas de calor do corpo humano variam de indivíduo para indivíduo. Variam também com

o grau de atividade. O corpo liberta calor sensível e calor latente; devem ambos ser

considerados no projeto do sistema de ar condicionado. Na Tabela 16 selecionam-se valores de

calor sensível e de calor latente para vários tipos de atividade física. Note que ao descer a

primeira coluna da Tabela 16, o grau de atividade aumenta. Observe agora as colunas de calor

sensível e calor latente. O calor sensível aumenta uma pequena quantidade, mas o calor latente

sobe sensivelmente. Desconhecendo-se o número exato de pessoas que eventualmente possam

ocupar o recinto condicionado deve-se utilizar da tabela abaixo:

TABELA 16 - VALORES PARA OCUPAÇÃO DOS RECINTOS

LOCAL [M2/PESSOA]

Dormitórios 10

Salas Residênciais 8

Salões de Hotel 6

Escritórios Privados 8

Escritórios em Geral 6

Bancos - Recintos Privados 7

Bancos - Recintos Públicos 4

Lojas de pouco público 5

Lojas de muito público 3

Restaurantes 2

Boites 1

Auditórios - Conferências 1,5

Teatros - Cinemas 0,75

O ganho de calor sensível devido a pessoas pode ser obtido pela equação:

Qs = n x CS (6)

onde:

52

Qs = ganho de calor sensível [Kcal/h]

n = número de pessoas

CS = calor sensível liberado por pessoa [Kcal/h]

O ganho de calor latente devido a pessoas, pode ser obtido pela equação:

Ql = n x CL (7)

onde:

Ql = ganho de calor latente [Kcal/h]

n = número de pessoas

CL = calor latente liberado por pessoa [Kcal/h]

Exemplo 10:

Um salão de baile tem uma assistência total de 1200 pessoas. Destas, 900 estão na pista de

dança e 300 estão sentadas. Calcular os calores sensível e latente total adicionados à sala:

1. da Tabela 3, das condições internas recomendadas para verão:

obtém-se que a temperatura ideal para salão de festas está na

faixa 24 - 26. Tome 24 C.

2. da Tabela 17, de calor latente e sensível:

obtém-se a temperatura:

(a) sentada com atividade moderada: CS = 71 Kcal/h

(restaurante) CL = 68 Kcal/h

(b) dançando com moderação: CS = 82 Kcal/h

(salão de baile) CL = 132 Kcal/h

3. 300 pessoas estão sentadas, portanto:

Qs = 300 x 71 Qs = 21300 Kcal/h

Ql = 300 x 44 Ql = 13200 Kcal/h

4. 900 pessoas estão dançando, portanto:

Qs = 900 x 82 Qs = 73800 Kcal/h

Ql = 900 x 132 Ql = 118800 Kcal/h

5. Os totais:

Qs t = 21300 + 73800 Qs t = 95100 Kcal/h

Ql t = 13200 + 118800 Ql t = 132000 Kcal/h

53

TABELA 17 - CALOR LIBERADO POR PESSOAS [kcal/h]

LOCAL METABOLISMO METABOLISMO TBS

HOMEM ADULTO MÉDIO (A) 28 27 26 24 21

S L S L S L S L S L

Teatro, Escola Primária 98 88 44 44 49 39 53 35 58 30 65 23

Escola Secundária 113 100 45 55 48 52 54 46 60 40 68 32

Escrit., Hoteis,Aptos.,Universidades 120

Supermercados, Varejistas, Lojas 139 113 45 68 50 63 54 59 61 52 71 42

Farmácias, Drogarias 139

Bancos 139 126 45 81 50 76 55 71 64 62 73 53

Restaurante (B) 126 139 48 91 55 84 61 78 71 68 81 58

Fabrica, Trabalho Leve 202 189 48 141 55 134 62 127 74 115 92 97

Salão de Baile 227 214 55 159 62 152 69 145 82 132 101 113

Fábrica, Trabalho Moderadamente

Pesado 252 252 68 184 76 176 83 169 96 156 116 136

Boliches, Fabricas, Ginásios (C) 378 365 113 252 117 248 122 243 132 233 152 213

S = CALOR SENSÍVEL L = CALOR LATENTE

(A) - O "METABOLISMO MÉDIO" corresponde a um grupo composto de adultos e

crianças de ambos os sexos, nas proporções normais.

Estes valores foram obtidos à base das seguintes hipóteses:

- Metabolismo mulher adulta = metabolismo homem adulto x 0,85

- Metabolismo criança = metabolismo homem adulto x 0,75

(B) - Estes valores compreendem 4 kcal/h (50% calor sensível e 50% calor latente) por

ocupante, para levar em conta o calor desprendido pelos pratos.

C) - Boliche: admitindo uma pessoa jogando por pista e os outros sentados (100 kcal/h) ou

de pé (139 kcal/h).

GANHO DE CALOR DEVIDO À ILUMINAÇÃO

A dissipação de calor liberado pelos aparelhos de iluminação elétrica é uma carga sensível

considerável e que deve ser computada. Nos casos nos quais não se tenha os valores

corretos de iluminação elétrica, deve-se assumir valores, segundo o estabelecido na tabela

18.

Para iluminações indiretas, com lâmpadas incandescentes, os números da tabela 18 devem

ser multiplicados por 2. Para iluminação com lâmpadas fluorescentes os números relativos à

lâmpadas fluorescentes devem ser divididos por 3, segundo os valores da tabela.

O ganho de calor devido à iluminação do ambiente é dada pela equação:

Qil = 0,860 x Wt (8)

onde (para lâmpadas incandescentes):

Qil = carga de iluminação [Kcal/h]

0,860 = fator de conversão

Wt = watts totais

Para lâmpadas fluorescentes deverá ser acrescido de 25% , devido à carga de reatores,

à saber:

Qil = 0,860 x Wt x 1,25 (9)

54

GANHO DE CALOR DEVIDO À ILUMINAÇÃO

A dissipação de calor liberado pelos aparelhos de iluminação elétrica é uma carga sensível

considerável e que deve ser computada. Nos casos nos quais não se tenha os valores corretos de

iluminação elétrica, deve-se assumir valores, segundo o estabelecido na tabela abaixo:

TABELA 18 - ILUMINAÇÃO

LOCAL [W/M2]

Dormitórios 10

Salas Residenciais 20

Salões de Hotel 30

Escritórios 40

Bancos 40

Lojas 60

Salas de Desenho 60

Restaurantes 20

Boates 10

Auditórios - Conferências 20

Teatros - Auditórios 10

Para iluminações indiretas, com lâmpadas incandescentes, os números da tabela devem ser

multiplicados por 2. Para iluminação com lâmpadas fluorescentes os números relativos à

lâmpadas fluorescentes devem ser divididos por 3, segundo os valores da tabela.

O ganho de calor devido à iluminação do ambiente é dada pela equação:

Qil = 0,860 x Wt (8)

onde (para lâmpadas incandescentes):

Qil = carga de iluminação [Kcal/h]

0,860 = fator de conversão

Wt = watts totais

Para lâmpadas fluorescentes deverá ser acrescido 25 % à mais, devido à carga de reatores, à

saber:

Qil = 0,860 x Wt x 1,25 (9)

Exemplo 11:

Determinar a carga térmica total à iluminação de uma recepção de hotel com as seguintes

luminárias: (unidade Kcal/h)

5 candelabros com 108 lâmpadas incandescentes de 10 watts cada;

iluminação incandescente para uma área de 20 m2, iluminação indireta para pinturas à óleo;

iluminação fluorescentes para uma área de 30 m2, para escritório da gerência.

55

Solução:

1. 5 candelabros com 108 lâmpadas com 10 watts cada:

Qil = 5 x 108 x 10 x 0,86

Qil = 4644 Kcal/h

2. Iluminação incandescente indireta para uma área de 20 m2:

a. da Tabela de iluminação ideal, obtém-se:

Salões de hotel - 30 w/m2

b. correção para iluminação indireta - dobro

30 x 2 = 60 w/m2

c. total de potência de iluminação a ser gerada:

60 x 20 = 1200 w

d. Qil = 1200 x 0,86

Qil = 1032 Kcal/h

3. Iluminação fluorescentes para escritórios com 30 m2

a. da tabela de iluminação ideal, obtém-se:

Escritórios - 40 w/m2

b. correção para iluminação fluorescentes - 1/3

40 x 1/3 = 13,33 w/m2

c. total de potência de iluminação a ser gerada:

30 x 13,33 = 400 w

d. Qil = 400 x 0,86 x 1,25

Qil = 430 Kcal/h

4. Total de calor transmitido:

QilT = 4644 + 1032 + 430

QilT = 6106 Kcal/h

GANHO DE CALOR DEVIDO À MOTORES ELÉTRICOS

Os motores elétricos fornecem calor sensível quando estão em funcionamento e esse calor deve

ser removido pelo equipamento de resfriamento, quer o motor esteja na sala condicionada quer

na corrente de ar. Tomemos como exemplo, um motor acoplado ao ventilador de insuflamento.

Assuma-se que o motor é de 5 Kw e se encontra fora da câmara do ventilador. Os Kw

fornecidos ao ventilador constituem energia adicionada à corrente de ar. O calor equivalente é 5

Kw. Ao equipamento de resfriamento não interessa de onde venha os 5 Kw; ele terá de efetuar o

mesmo trabalho de resfriamento quer o ganho de calor seja da sala ou do ventilador de

insuflamento.

Certamente que os motores não têm uma eficiência de 100 %. Assim, para que o motor

forneça 5 Kw, a sua alimentação terá de ser superior a 5 Kw. Assume-se que a eficiência

de um motor de 5 Kw é de 80 %. Assim, a alimentação do motor é 6,25 Kw

(5,0/0,80 = 6,25). Evidentemente que esta energia chega ao motor na forma de

eletricidade. Será, contudo, eventualmente toda convertida em

56

calor. Geralmente o equivalente em calor da energia elétrica de alimentação é considerado como

parte da carga da sala.

Quando o motor faz parte do ambiente condicionado sabe-se previamente sua potência, porém,

quando faz parte do equipamento torna-se difícil computar sua potência, uma vez que os ganhos

de calor do ambiente é que vão determinar as potências do equipamento frigorífico e dos

motores do mesmo. Dessa forma, a alternativa que resta é estimar sua potência e

posteriormente, quando a potência frigorífica estiver definida, verificar os valores estimados e

corrigi-los, se necessário.

Como estimativa assume-se que cada 100 m2 condicionados exigem 1 HP para potência

frigorífica. O ganho de calor devido à motores elétricos pode ser obtido pela equação:

Qm = P / E x fc (10)

onde:

Qm = ganho de calor [Kcal/h]

P = potência do motor elétrico (w); (HP); (CV)

E = eficiência do motor elétrico

fc = fator de conversão de unidades

1 watt = 0,86 Kcal/h

1 HP = 1,044 CV

1 HP = 641,2 Kcal/h

GANHO DE CALOR DEVIDO A EQUIPAMENTOS E APARELHOS DIVERSOS

Esse ganho de calor depende da função e aplicação típica do recinto a ser condicionado, pois,

estas determinarão o tipo, quantidade e potência dos equipamentos existentes. Sua composição

pode ser obtida através da somatória do calor de equipamentos relacionados na Tabela 19. O

ganho de calor de equipamentos não indicados na tabela, pode ser estimado a partir das

características indicadas em sua chapa de identificação e através da equação 11. Deve-se

ressaltar no entanto, que em alguns casos o calor liberado compõe-se de percentual latente.

Suponhamos, por exemplo, que um aquecedor elétrico aqueça um líquido num recipiente aberto

ou num recipiente ventilado para a sala. Neste caso, uma parte do ganho de calor é convertida

em calor latente. Isto pode ser estimado como cerca de 50 % de calor sensível e 50 % de calor

latente.

O ganho de calor devido a equipamentos e aparelhos diversos, pode ser obtido pela equação:

Qe = Pe x 0,86 (11)

onde:

Qe = ganho de calor [Kcal/h]

Pe = potência dos equipamentos em watts

0,86 = fator de conversão watts - Kcal/h

57

TABELA 19 - CALOR LIBERADO POR FONTES DIVERSAS

EQUIPAMENTOS DIVERSOS [kcal/h]

SENSÍVEL LATENTE TOTAL

Equipamento Elétricos

Aparelhos elétricos - por KW 860 0 860

Forno elétrico - Serviço de cozinha por KW 690 170 860

Torradeiras e aparelhos de grelhar por KW 770 90 860

Mesa quente - por KW 690 170 860

Cafeteiras - por litro 100 50 150

Equipamentos a Gás

GLP 50% butano + 50% propano por m3/h 5540 700 6240

GLP (50/50%) por kg 9800 1200 11000

Bico de Bunsen - tamanho grande 835 215 1050

Fogão a gás-Serviço de Restaurante por m2 de superfície da mesa 10500 10500 21000

Banho Maria

Por m2 de superfície superior 2130 1120 3250

Cafeteira - por litro 150 50 200

Equipamentos a Vapor

Banho maria por m2 de boca 1125 2625 3750

Alimentos

Por pessoa (Restaurante) 7 7 14

Motores Elétricos

Potência (Placa) Eficiência

aproximada (%)

Até 1/4 CV Por CV 60 1050 0 1050

1/2 a 1 CV Por CV 70 900 0 900

1 1/2 a 5 CV Por CV 80 800 0 800

7 1/2 a 20 CV Por CV 85 750 0 750

acimade 20 CV Por CV 88 725 0 725

57

CARGA TÉRMICA TOTAL (VERÃO)

A carga térmica total (verão), define a capacidade do equipamento frigorífico. A somatória do

ganho de calor total interno, mais, a somatória do ganho de calor total externo determina a carga

térmica total (verão). Ou seja:

(a) GANHO DE CALOR EXTERNO:

1. por condução (verão) através das paredes, pisos, vidros e

tetos (sensível)

2. por insolação (sensível)

3. do ar exterior (sensível e latente)

(b) GANHO DE CALOR INTERNO:

1. devido a pessoas (sensível e latente)

2. devido a luminárias (sensível)

3. devido a motores elétricos (sensível)

4. devido equipamentos elétricos e aparelhos diversos

(sensível e latente).

Qtotal = de ganho de calor externo + de ganho de calor interno [Kcal/h]

POTÊNCIA DE AQUECIMENTO

CARGA TÉRMICA DE AQUECIMENTO

Denomina-se carga térmica de aquecimento a quantidade de calor necessária a um ambiente

durante o inverno, para compensar perdas de calor devido à diferença de temperaturas entre o ar

externo e o ar interno. Estas perdas manifestam-se em escape de calor do espaço condicionado.

O cálculo da potência necessária para a reposição de calor ao ambiente no período do inverno é

dada em watts e é conseguida através da fórmula:

Raq = Qdesf - Qfav (13)

0,86

onde:

R aquecimento = potência para aquecimento [w]

Qdesf = somatória das cargas térmicas consideradas desfavoráveis para a

manutenção do ambiente em temperatura ideal de inverno. [Kcal/h]

Qfav = somatória das cargas térmicas consideradas favoráveis para a

manutenção do ambiente em temperatura ideal de inverno [Kcal/h]

0,86 = fator de conversão Kcal – watts

59

CARGAS FAVORÁVEIS

As cargas consideradas como favoráveis para a manutenção ambiente em temperatura ideal de

inverno são:

(a) carga térmica devido a iluminação (sensível)

(b) carga térmica devido a motores (sensível)

(c) carga térmica devido a equipamentos (sensível)

(d) carga térmica devido a pessoas (sensível).

CARGAS DESFAVORÁVEIS

As cargas consideradas como desfavoráveis para a manutenção do ambiente em temperatura

ideal de conforto são:

(a) CONDUÇÃO:

O processo de perda de calor durante o período de inverno é idêntico ao processo de ganhos

de calor no verão, ou seja, por condução através das paredes, pisos, vidros e tetos. A perda de

calor por condução é afetada pelos materiais de construção e pela diferença entre as

temperaturas do ar externo e interno. O fator "U" é novamente usado para determinar a

quantidade de calor "Q" que se perde através dos materiais.

(b) AR EXTERNO: (renovação do ar do ambiente)

Uma outra fonte de calor a considerar é o calor necessário para aumentar a temperatura do ar

externo usado para a renovação do ar do ambiente.

POTÊNCIA DE UMIDIFICAÇÃO

E POTÊNCIA DE REAQUECIMENTO

UMIDIFICAÇÃO

Como já vimos em itens anteriores, a quantidade de umidade existente no ar é um dos fatores

importantes para obtenção do conforto humano, além da temperatura, pureza e velocidade do ar.

Resistência de Umidificação:

Um dos meios mais utilizados em instalações de ar condicionado para a umidificação do ar do

ambiente, são as resistências elétricas de imersão. Estas resistências, normalmente estão

localizadas na saída de ar dos condicionadores do ar aos ambiente.

Cálculo da Resistência de Umidificação:

O cálculo da potência da resistência elétrica de imersão é necessária para a umidificação do ar

na situação inverno. Pode ser obtida pela equação:

60

Ru = Vae x 0,65 x (Gi - Ge) (14)

0,86

onde:

Ru = potência da resistência de umidificação [w]

Vae = vazão de ar externo [m3/h]


Gi = umidade específica ou absoluta do ar interior [g/kg]

Ge = umidade específica ou absoluta do ar exterior (inverno) [g/kg]

0,86 = fator de conversão [Kcal/h] - [w]

Os valores de umidade específica ou absoluta são obtidos no diagrama psicrométrico.

POTÊNCIA DAS RESISTÊNCIAS DE REAQUECIMENTO OU DESUMIDIFICAÇãO

O cálculo das resistências de desumidificação ou reaquecimento se torna necessário, no verão,

devido aos seguintes fatores:

(a) incidência de chuvas ocasionais de verão tornando o ar excessivamente úmido

(b) ocasional desaparecimento do Sol, acarretando a falta da carga térmica de insolação prevista

para o ambiente;

(c) ocasional não utilização dos eventuais equipamentos existentes no ambiente acarretando a

diminuição da carga térmica a ser retirada, prevista para o ambiente;

(d) ocasional diminuição da taxa de ocupação do ambiente, acarretando a diminuição da carga

térmica, a ser retirada, prevista para o ambiente.

Com base nestes fatores o cálculo da resistência de desumidificação ou reaquecimento, será:

Rd = Qisol + % Qeq + % Qpessoas (15)

0,86

onde:

Rd = potência da resistência de reaquecimento [w]

Qisol = carga térmica devido a insolação [Kcal/h]

% Qeq = 50 % da carga térmica sensível devido aos equipamentos [Kcal/h]

%Qpessoas = 50 % da carga térmica sensível devido a pessoas. [Kcal/h]

0,86 = fator de conversão [Kcal/h] - [w]

CÁLCULO PARA O INSUFLAMENTO DE AR CONDICIONADO

CONDIÇÕES DO AR NA SAÍDA DO EQUIPAMENTO

Teoricamente, o projetista de um sistema de ar condicionado, pode selecionar a condição do

fornecimento de ar; para qualquer combinação de temperaturas de bulbo seco e

61

úmido que se interceptem na linha de porcentagem de calor sensível. Na prática, contudo, a

combinação das temperaturas de bulbos seco e úmido selecionada para o fornecimento de ar

deve ser possível de obter com o equipamento usado para resfriar o ar. O ar é normalmente

fornecido à sala condicionada nas mesmas condições que deixa o equipamento de resfriamento.

O equipamento de condicionamento selecionado deve ser assim, capaz de reduzir as

temperaturas de bulbos seco e úmido do ar fornecido até um ponto que se situe na linha de

porcentagem do calor sensível para a sala em questão.

O ar pode ser resfriado através de muitas combinações diferentes de temperaturas de bulbos

seco e úmido, dependendo da combinação exata do projeto do equipamento de resfriamento.

Contudo, o ponto que representa as temperaturas de bulbos seco e úmido finais do ar ao deixar o

equipamento de resfriamento deverá cair na linha do fator de calor sensível ou abaixo dela. Os

equipamentos dos tipos normalmente usados tem tendência a fornecer ar com altas umidade.

Assim, por conveniência de cálculo, o ar ao deixar o equipamento de resfriamento é

normalmente considerado como tendo uma porcentagem de saturação 90 % apesar de se

obterem umidade relativas superiores e inferiores.

DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA NA SAÍDA DO EQUIPAMENTO

Ao projetar qualquer sistema de ar condicionado as temperaturas de bulbos seco e úmido

requeridas ao ar insuflado devem ser sempre selecionadas primeiro e a partir delas calculado o

volume de ar necessário para absorver a carga sensível e latente existente no ambiente, e deixá-

lo nas condições ideais em estudo. A temperatura de saída do equipamento de ar condicionado é

conseguida através do seguinte processo, ilustrado na Figura 6:

FIGURA 6

62

(a) localiza-se no diagrama psicrométrico o ponto que determina as condições internas do

ambiente em estudo (ponto A).

(b) calcula-se o fator de calor sensível e localiza-se este ponto na escala correspondente (ponto

B).

(c) une-se o ponto B ao ponto de referência (PR) para utilização da escala do fator de calor

sensível (reta PRB).

(d) traça-se uma paralela a PRB unindo o ponto A (condições internas) ao ponto C determinado

pela interseção desta reta com a curva de saturação (90 % UR - normalmente considerada

como a porcentagem de umidade oferecida pelo equipamento de resfriamento) - (reta AC).

(e) através do ponto C obtém-se o valor de TBS2 na escala de temperatura de bulbo seco.

(f) TBS2 é a temperatura na saída do equipamento frigorífico.

DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE AR A SER INSUFLADO

A vazão de ar a ser insuflado só deve ser calculada, através da equação 16, após selecionada a

condição do ar de insuflamento.

Vai = Qs (16)

0,288 x (TBS1 - TBS2)

onde:

Vai = vazão de ar insuflado [m3/h]

Qs = calor sensível a ser absorvido [Kcal/h]


TBS1 = temperatura de bulbo seco interna [C]

TBS2 = temperatura de bulbo seco na saída do

equipamento frigorífico [C]

CICLO FRIGORÍFICO

Ciclo frigorífico é o princípio de todo o sistema de ar condicionado e refrigeração, desde um

refrigerador doméstico até as grandes câmaras frigoríficas, e desde aparelhos autônomos de ar

condicionado até as grandes centrais.

Os principais componentes de um ciclo frigorífico são: agente refrigerante, compressor,

condensador, válvula de expansão e evaporador.

63

FIGURA 7

Agente Refrigerante:

É todo líquido utilizado em um sistema de refrigeração, e encontra-se no interior da tubulação

que interliga os componentes do ciclo.

(a). qualidades desejáveis de um agente refrigerante:

. não tóxico

. não inflamável

. inodoro

. temperatura crítica alta

. evaporar com pressões superiores à atmosférica, mesmo a baixa temperatura

. densidade baixa do líquido

. temperatura de congelamento bem abaixo da menor temperatura de trabalho

. imiscibilidade com óleo lubrificante

. absorver pouca água.

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(b) principais tipos de agentes refrigerantes e temperatura de evaporação:

TEMPERATURA

TIPO COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE EVAPORAÇÃO

(Patm = 760 mmHg)

R-11 C CL3 F 24 C

R-12 C CL2 F (-) 30 C

R-13 C CL F3 (-) 81 C

R-22 CH CL F2 (-) 41 C

R-114 C2 CL F4 4 C

R-512 C2 CL F5 (-) 45 C

Amônia NH3 (-) 32 C

Água H20 100 C

TABELA 20

Compressor:

É o dispositivo responsável pela compressão e circulação do agente refrigerante no ciclo,

servindo também como meio de separação da linha de baixa pressão com a linha de alta

pressão. Os compressores podem ser do tipo:

alternativo aberto

alternativo hermético

alternativo semi hermético

centrífugo aberto

centrífugo selado

parafuso

Condensador:

É um trocador de calor cuja finalidade é retirar o calor do agente refrigerante (calor este

absorvido no evaporador). Nesta fase do ciclo, o agente refrigerante entra no condensador no

estado gasoso e passa para o estado líquido. Os condensadores podem ser do tipo:

(a) para condensação através de ar (semelhante à Figura 11)

(b) para condensação através de água:

. condensador tipo "Tube in Tube"

FIGURA 8

65

. condensador do tipo "Shell and Tube"

FIGURA 9

Válvula de expansão:

É um dispositivo destinado a controlar o fluxo do agente refrigerante líquido ao evaporador,

servindo como meio de separação da linha de alta pressão e linha de baixa pressão. As válvulas

podem ser:

tubo capilar

válvula de expansão automática

válvula de expansão termostática (Figura 10)

Evaporador:

É um trocador de calor cuja finalidade é absorver o calor do ambiente que se pretende

refrigerar, transferindo-o ao agente refrigerante. Nesta fase do ciclo, o agente refrigerante entra

no estado líquido, recebe calor e passa para o estado gasoso. Ver Figura 11.

66

TIPO DE VÁLVULA DE EXPANSÃO TERMOSTÁTICA COM EQUALIZADOR

FIGURA 10

l. corpo 6. diagrama

2. parafuso de ajuste 7. cápsula do diafragma

3. mola de regulagem 8. bulbo termostático

4. válvula 9. conexão do tubo equalizador

5. eixo regulador 10. Distribuidor

67

FIGURA 11

68

FIGURA 12

69

DESCRIÇÃO DA OPERAÇÃO DE FUNCIONAMENTO DO CICLO FRIGORÍFICO

Podemos classificar o ciclo de refrigeração em duas regiões distintas: o ramal de alta pressão, e

o ramal de baixa pressão. No ramal de alta pressão que vai desde a saída do compressor,

passando pelo condensador, até a válvula de expansão, o refrigerante é condensado para o

estado líquido através do resfriamento no condensador. No ramal de baixa pressão que vai

desde a válvula de expansão, passando pelo evaporador, até a entrada do compressor, o

refrigerante é transformado para o estado gasoso através da evaporação na serpentina do

evaporador. Esta transformação contínua do estado físico do refrigerante de líquido para gasoso

e de gasoso para líquido faz com que o refrigerante funcione como elemento de transporte de

calor, que é removido do ambiente e dispensado a atmosfera através do ar ou água.

Para melhor ilustrar como o refrigerante absorve grande quantidade de calor durante sua

evaporação, podemos fazer um paralelo com a vaporização da água. A temperatura da água

pode ser aumentada rapidamente até o ponto de ebulição (100 C à pressão ao nível do mar),

mediante o fornecimento de razoável quantidade de calor. Entretanto à esta temperatura, durante

a transformação do estado físico da água (de líquido para vapor), uma considerável quantidade

de calor é absorvida. Apesar de o ponto de ebulição da maioria dos refrigerantes serem

diferentes do ponto de ebulição da água, esta característica de absorção de calor, durante a

transformação do estado físico (de líquido para gasoso) é análoga.

Controlando-se a pressão do refrigerante, pode-se fazê-lo evaporar, isto é, mudar seu estado

físico de líquido para gasoso, dentro da serpentina do evaporador, onde o calor do ar insuflado é

absorvido pelo refrigerante. Assim, como a água requer temperatura de ebulição mais elevada,

quando a pressão atuante sobre si é elevada, o refrigerante é mantido no seu estado líquido sob

alta pressão (pressão de descarga), mantido pelo compressor. Este refrigerante líquido é

transferido para a região de baixa pressão (pressão de sucção), na serpentina do evaporador.

O controle da pressão e vazão do refrigerante que passa para a região de baixa pressão é feita

por um controle automático (normalmente válvula de expansão). Dentro da serpentina do

evaporador, o refrigerante à baixa pressão, muda o seu estado físico de líquido para gasoso,

absorvendo calor do meio (normalmente o ar) que envolve a serpentina do evaporador. O gás

refrigerante carregador de calor é succionado pelo compressor, através da linha de sucção. Em

seguida é comprimida à alta pressão. Esta ação, aumenta ainda mais a temperatura do gás,

devido ao processo de compressão. O gás refrigerante, aquecido e comprimido é enviado ao

condensador. A água ou ar que envolve as tubulações do condensador, sendo mais fria que o

gás, absorve o seu calor condensando-o na forma líquida.

70

PRINCIPAIS SISTEMAS DE AR CONDICIONADO

Condicionamento de ar (CA) é o tratamento do mesmo tendo em vista o conforto dos ocupantes

dos ambientais, necessárias a um processo qualquer. Portanto, o (CA) constitui-se no controle

simultâneo:

(a) da movimentação do ar (velocidade);

(b) da temperatura;

(c) da umidade relativa;

(d) do grau de pureza do mesmo.

O equipamento necessário para obtenção parcial ou total de qualquer dos estágios acima

enumerados, deve funcionar dentro de limites de ruídos compatíveis com os diversos locais de

trabalho. A solução tecnicamente mais perfeita é aquela que consegue reunir o maior número de

pontos em relação a todos os tópicos acima descritos. Para isto, vamos fazer um resumo

descritivo dos sistemas mais usados no Brasil, excluídos naturalmente, os casos especiais,

comuns em países desenvolvidos.

Os diversos tipos de equipamentos usados em ar condicionado podem ser classificados em:

(a) Sistema de Expansão Direta:

Neste sistema a serpentina do evaporador absorve o calor diretamente do ar que passa através

dele. O agente refrigerante, vaporizando absorve calor diretamente do ar. Os sistemas de

expansão direta podem ser agrupados nas seguintes categorias:

Condicionadores de janela ou autônomos;

Condicionadores "Self-contained" a água;

Condicionadores "Self-contained" a ar;

Condicionadores remotos.

(b) Sistema de Expansão Indireta:

Neste sistema, denominado também sistema secundário, água fria passando através das

serpentinas do evaporador é o elemento que absorve o calor do ar. A água, uma vez que

absorveu o calor do ar, retorna à unidade de resfriamento, constituído por um sistema

convencional de refrigeração. Sistemas de expansão indireta:

Condicionadores FAN-COIL;

Unidades Resfriadoras de líquido.

CONDICIONADORES DE JANELA OU AUTÔNOMOS

O tipo mais comum de condicionador de ar é o chamado "aparelho de janela". São

aparelhos do tipo "self-contained", isto é, que contém num só corpo todos os

componentes para o condicionamento do ar. São de fácil instalação, principalmente em

edifícios existentes, pois não requerem complementos especiais ou grandes

modificações na arquitetura, e além disso, não ocupam espaço útil no recinto. Esses

71

ILUSTRAÇÕES

FIGURA 13

69

aparelhos são fabricados em série, como qualquer eletrodoméstico e comercializados também

da mesma maneira, já que sua instalação é bem simples. Devido a isso o seu uso é largamente

difundido, e realmente apresentam boa eficiência para o condicionamento de recintos de

pequenas dimensões, como salas de escritórios, consultórios, residências, pequenas lojas e etc..

São apresentados nas capacidades de 1 a 3 TR (TR = Tonelada de Refrigeração => 12000 Btu/h

= 3024 kcal/h)

COMPONENTES

filtros

resistências de desumidificação

compressor hermético

evaporador

condensador

válvula de expansão

motor dos ventiladores

ventilador para condensação

ventilador para insuflamento

grelha

chicana

quadro elétrico

pressostato

umidostato

termostato

tubulações de cobre

agente refrigerante

válvulas de serviço

gabinete metálico

NOTA: Todos os componentes estão encerrados no gabinete metálico.

CARACTERISTICAS

Vantagens:

(a) cada ambiente ou áreas na qual a unidade está instalada possuirá um controle de temperatura

individual;

(b) não são necessários dutos para a distribuição do ar;

(c) não são necessários serviços de encanamentos, para o condensador;

(d) a instalação é simples, não sendo necessárias mudanças na construção civil;

(e) custo baixo

(g) fácil manutenção

(h) não ocupa espaço útil no ambiente, apenas um espaço determinado na parede (de janela).

Desvantagens:

(a) devem ser instalados em paredes externas, portanto, prejudicam a estética das fachadas dos

edifícios;

(b) há necessidade da previsão de drenos para água de condensação, no evaporador;

(c) não podem ser utilizados em salas centrais do edifício que não tenham janelas para o

exterior.

73

(d) a distribuição do ar é feita apenas nas proximidades do aparelho, prejudicando os pontos

mais afastados, em salas de grandes dimensões;

(e) depois de certo tempo de uso, o ruído produzido aumenta bastante, atingindo níveis

considerado, às vezes, inaceitáveis;

(f) deverá ser prevista fiação elétrica em circuito especial com chaves de proteção visto o seu

grande consumo de energia;

(g) os gastos operacionais são maiores, pois empregam motores de corrente monofásica que

consomem mais energia com taxas mais altas que a de corrente trifásica.

NOTA: As desvantagens foram classificadas, tendo em vista que, quando existe a necessidade

da instalação de várias unidades, aparecem certas limitações que condenam a utilização dos

aparelhos de janela, além disso, o grande número de aparelhos requer pessoas especializado

para a constante limpeza de filtros e partes componentes, mesmo para as revisões técnicas de

manutenção preventiva, onerando sobremaneira os gastos operacionais.

CAPACIDADES - DIMENSÕES - PONTOS DE FORÇA

LOCALIZAÇÃO DAS UNIDADES

(a) deverá ser localizado onde sua parte traseira tenha contato direto com o ar exterior, e a

veneziana lateral deve ficar completamente livre e no lado externo. (ver figura 14 e 15)

(b) deve-se procurar um lugar resguardado da incidência direta de raios solares. Quando isto for

impossível pode-se usar um protetor (telhado ou toldo) desde que não interfira com o fluxo

de ar do aparelho;

(c) o aparelho deverá de preferência, estar localizado a uma altura de aproximadamente 1,5 m

do piso da sala. Abaixo desta altura o aparelho poderá produzir um efeito incômodo pela

movimentação de ar frio ou quente;

(d) não se deve instalar o aparelho perto de cortinas ou obstáculos que impeçam a circulação de

ar;

(e) em ambientes em que sejam necessários mais de um aparelho deve-se observar que a

descarga de um deles não seja dirigida contra a entrada do outro;

74

(f) a parede ou janela que sustenta o aparelho deve ser rígida de modo a não vibrar com o seu

funcionamento;

(g) deve-se procurar facilitar ao máximo o acesso ao aparelho com a finalidade de não haver

dificuldade em se retirar o filtro de ar para limpeza;

(h) o aparelho deve ficar horizontal no sentido de sua frente. Deve, no entanto, ser inclinado de

meia bolha do nível para o lado externo (5 mm).

CONDICIONADORES SELF-CONTAINED A AR Os aparelhos conhecidos como "self-contained" são como os anteriores, unidades que contém

todos os componentes para a refrigeração e distribuição do ar. Embora com a mesma concepção

técnica dos aparelhos de janela, os "selfs" apresentam uma série de vantagens sobre aqueles,

que os tornam sistemas ideais para uma faixa bem ampla das instalações de condicionamento de

ar. Sua capacidade varia entre 3 e 20 TR.

Poderá ser do tipo vertical para assentamento no piso, ou do tipo horizontal para a instalação

acima de lajes ou pendurados no teto.

75

ILUSTRAÇÕES

.

76

A característica que basicamente difere o self-contained do aparelho de janela, é a possibilidade

de distribuir o ar através de dutos, o que elimina a série de inconvenientes daqueles, como

segue:

(a) não prejudicam a estética dos edifícios, por não terem componentes que devam ficar no

exterior;

(b) a utilização de dutos possibilita o condicionamento de ar em qualquer região do prédio;

(c) com o dimensionamento adequado da tubulação e com o emprego de registros ou "dampers"

possibilita-se o controle satisfatório da temperatura ou eventualmente a alteração do número

de pessoas em cada sala, sem modificações no sistema;

(d) ausência total de ruídos;

(e) funcionamento com corrente elétrica trifásica de tarifas reduzidas, e a possibilidade do

emprego de um número menor de unidades, reduzem as suas despesas operacionais;

(f) possibilitam o controle rígido da unidade com o emprego de resistências ou serpentinas de

reaquecimento e umidificadores.

O custo desse sistema varia com a distribuição do ar e com as necessidades e sofisticações de

cada caso. Sua instalação requer sempre um projeto de engenharia, e pessoal especializado. O

prazo de entrega da instalação completa varia de 20 a 60 dias.

A medida que se aumenta o número de aparelhos, a sua utilização vai se tornando

antieconômica, devido tanto aos gastos com energia como também com a sua manutenção. Há

limites a partir do qual a sua utilização torna-se discutível. Isso acontece quando se emprega

grande quantidade de aparelhos, em edifícios com carga térmica acima de 100 TR.

COMPONENTES

ventilador de insuflamento

grelhas de retorno de ar

motor do ventilador de insuflamento

evaporador

válvula de expansão termostática

filtro secador de refrigerante

isolamento termo-acústico

motor do ventilador do condensador

condensador

aquecedor

pressostatos

termostatos

umidostatos

lâmpadas piloto

painel de controle

recipiente para refrigerante


filtros de ar

caixa plenum (opcional)

distribuidor de refrigerante

manômetros

dispositivos de segurança

77

bandeja de recolhimento de água


refrigerante

gabinete horizontal ou vertical

NOTA: todos os componentes estão encerrados no gabinete metálico.

CARACTERÍSTICAS

(a) a condensação do refrigerante no condensador, é feita através do ar;

(b) exige abertura em paredes externas para saída do ar que é utilizado para a condensação do

agente refrigerante;

(c) pode ser utilizado direto ao ambiente, sem rede de dutos, optando-se pela caixa plenum;

(d) não é necessária a construção de fundações especiais e podem ser instalados em qualquer

lugar;

(e) funcionamento automático;

(f) funcionamento silencioso;

(g) aquecimento e umidificação opcional;

(h) filtros laváveis.

NOTA: os condicionadores self-contained a ar são encontrados nas seguintes capacidades: 2,5 -

3 - 5 - 7,5 - 10 - 12,5 [TR].

CAPACIDADES - DIMENSÕES DAS UNIDADES - DIMENSÕES MÍNIMAS

EXIGIDAS PARA CASA DE MÁQUINAS

TABELA 21

78

PONTOS DE FORÇA

TABELA 21

VAZÕES DE INSUFLAMENTO

TABELA 21

CONDICIONADORES SELF CONTAINED A ÁGUA

Condicionador self-contained a água são como os anteriores diferindo apenas a condensação

que é feita através da água, o que acarreta a utilização de uma torre para o seu arrefecimento, no

entanto, possibilitando uma flexibilidade ainda maior, por serem praticamente independentes,

não exigindo abertura em paredes externas para descarga do ar quente de condensação.

COMPONENTES

grelhas de retorno de ar

motor do ventilador de insuflamento

ventilador de insuflamento

evaporador

umidificador

válvula de expansão termostática

filtro secador de refrigerante

isolamento termo-acústico

79

condensador

aquecedor

pressostatos

termostatos

umidostatos

lâmpadas piloto

painel de controle

recipiente para refrigerante


filtros de ar

distribuidor de refrigerante

manômetros

dispositivos de segurança

bandeja para recolhimento de água


refrigerante

gabinete metálico vertical

NOTA: todos os componentes estão encerrados no gabinete metálico.

CARACTERÍSTICAS

(a) exige torre de resfriamento de água, bomba de circulação de água, tubulações hidráulicas

(devido ao seu sistema de condensação);

(b) exige rede de dutos;

(c) alto rendimento

(d) não exige aberturas em paredes externas;

(e) funcionamento mais silencioso que o self-contained a ar;

(f) funcionamento automático;

(g) filtros laváveis;

(h) aquecimento e umidificação opcional.

NOTA: os condicionadores self-contained a água são encontrados nas seguintes capacidades: 5

- 7,5 - 10 - 15 - 20 [TR]

PONTOS DE FORÇA

TABELA 22

NOTA: estas informações foram obtidas através de catálogos de fabricantes.

80

ILUSTRAÇÕES

CONDICIONADOR SELF-CONTAINED À AGUA

ESQUEMA DO CIRCUITO FRIGORÍFICO

FIGURA 12

81

ILUSTRAÇÕES

82

VAZÕES DE INSUFLAMENTO

TABELA 26

CONDICIONADORES DE AR REMOTO

Consiste basicamente de duas unidades: uma fica interna ao ambiente e a outra fica na parte

externa. A unidade interna compõe-se de um compressor, evaporador, válvula de expansão

termostática, ventilador, dispositivo de controle e proteção do equipamento, encerrados em um

gabinete metálico. A unidade externa denominada condensador remoto, compõe-se de uma

serpentina de condensação resfriada a ar, ventilador e motor do ventilador, encerrados em um

gabinete metálico.

O condensador remoto possibilita uma flexibilidade de projeto muito grande, permitindo a sua

instalação distante da unidade interna, em qualquer local que mantenha o livre fluxo de ar pelo

condensador.

Os condicionadores de ar com condensador remoto são encontrados nas seguintes capacidades: 3 -

5 - 7,5 [TR]

ILUSTRAÇÕES

83

ILUSTRAÇÕES

CONDICIONADORES DE AR COM CONDENSADOR REMOTO

84

DIMENSÕES – CARACTERÍSTICAS – PONTOS DE FORÇA DAS UNIDADES DE 3, 5

E 7,5 TR

UNIDADE INTERNA (evaporador)

UNIDADE EXTERNA (condensador)

DIMENSÕES (mm)

85

CARACTERÍSTICAS

CONDICIONADORES FAN-COIL

O gabinete metálico possui basicamente: ventilador, serpentina de resfriamento, filtro de ar e

quadro elétrico. A serpentina de resfriamento é percorrida com água gelada proveniente de uma

central de resfriamento que produz água gelada, que é geralmente colocada no subsolo ou na

cobertura do prédio. A água gelada impulsionada por um sistema de bombas através de uma

tubulação hidráulica, percorre a serpentina de resfriamento do fan-coil, retirando calor do ar

proveniente do local a se condicionado, circulado por meio do ventilador do fan-coil. Uma

válvula de três vias comandada por um servo-motor termostático, controla o fluxo de entrada de

água no resfriador, permitindo, desta maneira controlar a temperatura do ambiente.

O fan-coil não possui compressor e condensador, sendo portanto, de menor peso e menor

dimensões. O ponto de força a ser deixado é apenas para o ventilador, o que facilita e muito a

instalação elétrica. Outra vantagem é a de exigir menor manutenção, uma vez que, a única parte

móvel é o motor. A instalação é de custo inicial mais cara que as demais, devido a necessidade

de uma unidade central de resfriamento que produza a água gelada.

ILUSTRAÇÕES

86

ILUSTRAÇÕES

CAPACIDADE - DIMENSÕES DAS UNIDADES – PONTOS DE FORÇA

CARACTERÍSTICAS DE 1, 1,5 E 2 TR

87

CAPACIDADES DE 1, 1,5 E 2 TR

CARACTERÍSTICAS DE 1, 1,5 E 2 TR

HORIZONTAIS E VERTICAIS

88

CARACTERÍSTICAS DE 3 À 75 TR

HORIZONTAIS E VERTICAIS

POSIÇÃO DO VENTILADOR

89

POSIÇÃO DO VENTILADOR

CAPACIDADES DE 3 À 75 TR

90

DIMENSÕES

HORINZONTAIS

CAPACIDADES DE 3 À 75 TR

VERTICAIS

DIMENSÕES FC VERTICAIS

91

CARACTERÍSTICAS

(a) propicia condições independentes em cada sala empregando-se fan-coils individuais de

pequenas dimensões;

(b) reduz consideravelmente os gastos com manutenção, visto que a grande capacidade da

unidade central de resfriamento possibilita a utilização de diversos fan-coils alimentados

por apenas uma unidade central de resfriamento;

(c) propicia a utilização de fan-coils localizados até mesmo a grandes distâncias;

(d) redução do espaço utilizado por self-contained, pois não há necessidade de compartimento

independente para o isolamento do ruído;

(e) redução do custo ao que se refere ao gabinete metálico;

(f) menor gasto com energia, com redução do número de compressores;

(g) possibilidade do dimensionamento da unidade de condicionamento perfeitamente adequada

as condições do ambiente a condicionar, sem as limitações da pré-fabricação dos self-

containeds;

(h) custo operacional é o mais baixo entre os analisados anteriormente, devido a centralização

da unidade de resfriamento.

UNIDADES RESFRIADORAS DE LÍQUIDO

São ciclos frigoríficos montados com o objetivo de produzirem água gelada, para manutenção

das serpentinas de resfriamento dos condicionadores de ar do tipi fan-coil.

COMPONENTES

compressor

evaporador

condensador

válvula(s) de expansão termostática

válvulas solenóides

válvulas de serviço

filtro(s) secador(es)

manômetros

pressostatos

quadro de comando

gabinete metálico (somente para pequenas capacidades)

CARACTERISTICAS

(a) para pequenas capacidades (10 TR) podem ser encontrados com gabinete metálico,

encerrando todos os componentes;

(b) o sistema de condensação para capacidades pequenas, pode ser feita através do ar;

(c) para grandes capacidades, como a condensação é feita através da água, exige uma torre de

resfriamento de água;

(d) são encontrados em capacidades de: 10 - 20 - 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90 - 100 - 110 -

120 - 130 - 140 - 150 - 160 - 170 - 180 [TR];

(e) recomenda-se sua aplicação para capacidades superiores a 90 TR, ou aplicações onde

necessita-se de controles rigorosos individuais de temperatura e umidade.

92

ILUSTRAÇÕES

93

ESPAÇOS MÍNIMOS EXIGIDOS PARA MANUTENÇÃO

OUTROS SISTEMAS

De utilização muito pouco freqüente entre nós, devido a não nacionalização dos componentes

principais, são entretanto, de utilização comum entre outros países, outros sistemas de

condicionamento de ar que trazem consigo algumas vantagens, geralmente a de menor consumo

de energia, qualidade muito interessante, principalmente em nossa época.

DUAL DUCT

Dual duct ou rede dupla consiste em um condicionador alimentado por um sistema de expansão

direta ou indireta, acoplado a um sistema de aquecimento independente. Utiliza-se então dois

ramais de dutos: um com ar frio e desumidificado e outro com ar quente. Esses dois dutos

alimentam uma única "caixa de mistura" que controla a proporção exata de ar quente e frio,

propiciando o controle rígido das condições de cada ambiente condicionado. A grande

vantagem desse sistema é a total flexibilidade das caixas de mistura, que se adaptam às

condições de cada ambiente a ser condicionado.

SISTEMAS DE VOLUME VARIÁVEL

Em sistemas de volume variável, a quantidade de ar insuflada no ambiente é regulada de acordo

com as necessidades momentâneas. São empregadas "caixas reguladoras" de vazão que recebem

o ar condicionado de uma unidade central, através de dutos, e que controlam a vazão do ar a ser

insuflado no ambiente.

INDUÇÃO

Em sistemas de indução emprega-se uma tubulação de ar dito primário. Esse ar é admitido em

caixas terminais instaladas nos ambientes e providas de injetores que insuflando o ar primário,

causam uma depressão nessa região, que aspira o ar do ambiente e do exterior. A mistura do ar

primário (indutor) com o secundário interior e exterior (induzidos) atravessam uma serpentina

de água gelada, destinada a absorver o calor gerado no ambiente. Observa-se, portanto, que esse

sistema elimina o clássico ventilador e portanto as ligações elétricas necessárias ao seu

funcionamento.

97

SISTEMAS DE ABSORÇÃO

O sistema de absorção é de concepção totalmente diversa de todos os descritos até agora. Nesse

sistema não existe compressor do tipo convencional. Emprega-se como resfrigerante a amônia,

que é evaporada por uma fonte qualquer de calor e depois absorvida por um sal, o brometo de

lítio. Esse sistema é utilizado principalmente em instalações que apresentam certa facilidade

para a obtenção de vapor ou água quente e é particularmente interessante, se considerarmos a

possibilidade do advento da utilização da energia solar, atualmente em estágio de

desenvolvimento.

COMPARAÇÃO ENTRE SISTEMAS

Pelo que vimos, concluímos que não é fácil escolher-se o melhor sistema, entretanto, uma

análise econômica prévia deve ser feita.

Hoje em dia, com a utilização dos computadores, pode-se orçar várias soluções e escolher-se

rapidamente a mais indicada sob o ponto de vista econômico. Existem métodos mais apurados

para isso, entretanto, o que propomos é um processo simplificado. Quando um incorporador ou

construtor vai determinar o tipo de condicionamento de ar que deseja, a sua primeira pergunta é

sempre relativa ao aspecto econômico.

Devido ao pouco conhecimento dos empresários brasileiros sobre as alternativas oferecidas

pelos diversos sistemas de condicionamento de ar, encontramos com certa frequência

instalações anti-econômicas ou até inadequadas, originadas em decisões tomadas sem muito

critério, geralmente influenciadas pelo investimento inicial da instalação.

A solução depende, especialmente, de estudos técnico-econômicos e das características

individuais de cada caso, e dependem de:

(a) tipo de edifício;

(b) divisão interna e destino dos compartimentos;

(c) uso do edifício, levando-se em conta o seu tipo, tempo de uso e características operacionais;

(d) forma e plástica arquitetônicas;

(e) características especiais de propriedade;

(f) localização geográfica, orientação das fachadas e facilidades de aquisição de bens e

equipamentos;

(g) custo de instalação;

(h) custo operacional;

(i) considerações gerais.

Estamos considerando a aplicação em um edifício novo, entretanto, muito daquilo que aqui se

estuda, pode-se aplicar a um edifício existente.

Os arquitetos devem prever e cooperar, fornecendo todos os elementos necessários quanto aos

espaços, aos equipamentos, móveis e serviços em geral, de modo a haver um perfeito

entrosamenteo entre eles e os projetistas de ar condicionado. Um fato evidente, que ninguém

mais põe em dúvida no Brasil, é a necessidade de uma equipe de profissionais especializados

para a boa execução da obra. Assim, inicialmente o projetista deverá

98

constituir a sua equipe e coordenar o trabalho dos arquitetos, calculistas de estrutura ou concreto

armado, engenheiros mecânicos, eletricistas, eletrônicos, de acústica, paisagistas, etc..

Relembrando os pontos importantes enumerados anteriormente:

TIPO E CARACTERÍSTICAS DO EDIFÍCIO

É evidente que cada tipo de edifício requer um estudo individual para um sistema de ar

condicionado. Assim, um laboratório por exemplo, difere inteiramente de um teatro ou de um

prédio de escritórios. O último dispõe de várias salas pequenas ocupadas das 7 às 20 horas, no

máximo. Já o laboratório possui salas amplas de condições térmicas diversas, e pode funcionar

normalmente 24 horas. O teatro é uma construção toda especial, que funciona ocasionalmente.

Mesmo dentro de uma categoria, podemos ter várias soluções para um determinado prédio.

DIVISÕES E DESTINO DOS COMPARTIMENTOS

Cada espaço requer cuidado especial. Assim, mesmo no caso do edifício de escritórios, deverá

haver certa diferença entre a sala do presidente da companhia e as suas salas de datilografia, por

exemplo. Ou então, um grande magazine que não requer controle individual para os ocupantes

de seus amplos salões e sim para a sala do gerente, ou ainda no hospital, onde a sala cirúrgica

requer 100% de ar exterior, enquanto que a sala do diretor exige somente condições normais de

conforto. Vê-se, portanto, que nos vários tipos de construção, há necessidade de

armazenamento, controles especiais ou mesmo sistemas independentes.

USO DO EDIFÍCIO

O tempo de uso varia demais, podendo ser diário, semanal ou sazonal. Um magazine fica

superlotado nas vésperas do Natal, em pleno verão, e nos outros dias mais folgado. O edifício

de escritórios só tem ocupação das 7 às 20 horas, e no sábado até as 12 horas, fechando-se nos

outros horários. O teatro fica lotado na temporada de espetáculos e depois por várias semanas

permanece fechado. Um clube superlota-se no carnaval, aos domingos e feriados ficando

folgado nos outros dias. Dessa forma, observa-se o quanto pode variar o funcionamento dos

sistemas empregados. Ninguém vai ligar os condicionadores do edifício de escritórios à noite,

no entanto, alguns computadores de escritórios não podem parar nunca, sendo providos de

máquinas de reserva e de completo sistema de baterias e conversores contínuos de alimentação.

Portanto, a ocupação e uso dado ao local são essenciais na escolha do sistema, como por

exemplo: um banco onde todas as dependências podem ficar paradas nos domingos ou feriados,

mas o seu computador estará operando, inclusive se faltar energia, acionado pelo sistema de

emergência.

FORMA PLÁSTICA E ARQUITETÔNICA

Esse ponto é muito importante, principalmente na periferia do edifício. Os prédios

antigos diferem dos edifícios modernos, totalmente envidraçados. Assim, se formos

condicionar o ar de um prédio moderno com predominância de vidros, deveremos tomar

99

cuidados especiais com a grande variação de radiação solar de sua fachada, enquanto que o

mesmo não acontece com um edifício de pequenas janelas. Se sua forma se aproxima a de um

cubo ou de um prisma alto ou achatado, as cargas térmicas variarão sensivelmente. As

profundidades das salas ou do edifício são importantes para os cálculos.

Um edifício cúbico pode necessitar de um sistema perimetral e de outro interno. Um edifício

longo e estreito, pode prescindir do sistema interno. Essa influência da forma pode até aumentar

o custo inicial da instalação, assim, um prédio achatado e extenso pode necessitar de uma

instalação mais cara, devido aos maiores lances de dutos e tubulações, que um edifício de forma

cúbica. Um edifício cúbico é o que apresenta maior volume interno que os outros prédios de

formatos diferentes, para uma mesma área.

CARACTERISTICAS DE PROPRIEDADE

Haverá sempre um fator subjetivo no processo de decisão sobre qual tipo de instalação que

deverá ser contratada, que é o grau de importância que esse benefício terá no conjunto do

prédio. O empresário pode querer um prédio com acabamento requintado, em localização

privilegiada, e pode decidir por uma instalação de ar condicionado que não onere demais o seu

investimento inicial, mesmo sabendo que este terá um custo operacional maior. O mesmo

acontece com os locais alugados. Uma grande companhia, sediada num moderno edifício pode

optar pela instalação de centenas de aparelhos de janela, pois outras soluções elevariam o

investimento, e no final do contrato de locação, o equipamento deveria ser deixado no prédio à

impossibilidade e custo de remoção.

LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA E FACILIDADE DE AQUISIÇÃO DE BENS

Há diferença entre um edifício construído no centro de São Paulo, Rio de Janeiro ou Belo

Horizonte, e outro localizado em Corumbá, Rio Branco ou Montes Claros. Os custos dos

equipamentos, dos materiais e da mão de obra, serão influenciados pelo transporte, pela

necessidade de automação e por outros fatores inerentes à região. A situação física do edifício,

ou seja, a sua orientação, sua situação em relação aos edifícios vizinhos, sua latitude e

proximidade de água abundante, são elementos fundamentais para o projeto. Outrossim,

deveremos considerar o tipo de energia disponível, se vapor ou óleo combustível. Há lugares em

que a energia varia de tarifa para industrial, comercial e residencial, e em outros, a taxa é única.

Existem ainda cidades onde se estabelece uma demanda mínima, a partir da qual há vários

estágios de tarifas para consumos crescentes e tudo isto é levado em conta no cálculo do custo

operacional.

CUSTO INICIAL

O investimento é um fator de grande importância para a análise da decisão sobre os

vários sistemas. Algumas vezes o empresário é forçado a optar por um sistema

tecnicamente inferior, e de custo operacional mais alto, devido às dificuldades

financeiras, que podem acompanhar a implantação de uma obra de vulto, entretanto, a

100

decisão com base no custo inicial nem sempre é a melhor. Os problemas resultantes de um

sistema de qualidade inferior, tornar-se-ão permanentes e devem, portanto, serem evitados.

Dessa maneira, uma decisão para o sistema ideal, só poderá ser tomada ponderando-se três

fatores básicos:

análise técnica

custo operacional

custo inicial.

O custo inicial da tonada de refrigeração instalada com o sistema de água gelada é da ordem de

quatro vezes o custo do investimento com aparelhos de janela. Depois de uma análise mais

apurada, entretanto poderemos chegar a conclusão de que a instalação de um sistema de água

gelada poderá representar um investimento vantajoso. Um item importante para uma decisão

acertada, é o custo do capital investido, de acordo com o tempo estimado de vida útil de cada

sistema.

CUSTO OPERACIONAL

O custo operacional compõe-se de duas parcelas distintas:

custo operacional de energia

custo operacional de manutenção.

Custo Operacional de Energia

O gasto de energia é função da potência do sistema, do número de horas que ele trabalha, e do

número de parada dos motores. Uma visão das cargas de cada sistema, considerando-se

unidades idealmente projetadas, isto é, os compressores funcionam 100% do tempo, sem

interrupções. Essa condição favorece as unidades de menor porte, pois uma unidade de janela

ou self-contained de pequena capacidade, é sempre projetada com certa reserva de potência,

mesmo porque as unidades padrão encontradas no mercado são escalonadas a cada 5 TR, em

média, para os selfs e a cada 0,5 TR para os de janela. Isso requer um certo número de paradas

do compressor, originando consumo maior de energia. No caso de instalações centrais, a

capacidade da unidade principal, é considerada 10% menor que a total dos condicionadores,

considerando-se a não simultaneidade de insolação nas fachadas oeste e leste. Tomaremos, para

efeito de melhor entendimento, uma instalação de 100 TR. Desta forma, a unidade central seria

dimensionada para 90 TR.

Supondo-se um edifício de cinco pavimentos com necessidade de dois fan-coils ou selfs em

cada um, devido à diferença de insolação nas fachadas norte-sul, teremos:

Condição 1:

100 aparelhos de janela de 1 TR cada um

Condição 2:

10 condicionadores self-contained de 10 TR cada um

Condição 3:

Uma central de água gelada de 90 TR com 10 condicionadores fan-coil de 10 TR cada um.

Resumindo-se o consumo de cada sistema com informações colhidas de diversos

fabricantes, pode-se formar um quadro comparativo entre os sistemas. Para o cálculo do

101

consumo anual, pode-se tomar como base todos os sistemas funcionando em média 4,925 horas

por dia, durante 282 dias úteis do ano, valores estabelecidos segundo autores americanos que

nos indicam a porcentagem diária de funcionamento de um sistema instalado em um escritório.

Obteremos então o valor de 1390 horas por ano.

Custo Operacional de Manutenção

Mesmo no caso de sistemas menos sofisticados, é difícil obter-se pessoal especializado para

assistência às máquinas. Mesmo nas grandes cidades, a manutenção é feita a chamado, isto é, o

usuário espera aparecer o defeito para depois corrigi-lo. A manutenção deveria ser sempre

preventiva e contratada, de modo que o usuário recebesse a visita quinzenal ou mensal do

mecânico que corrigiria os defeitos, limpasse o aparelho, lavasse os filtros, lubrificasse as peças

que necessitam de óleo ou graxa, reapertasse-o, verificasse os contatos elétricos, etc., entretanto,

conta-se nos dedos o número de firmas competentes que fazem isto. Manutenção preventiva

contratada, não tem sido um negócio lucrativo, e então a maioria das firmas vendem o aparelho

e desaparece. Tal é a dificuldade de se encontrar mecânicos competentes, que as principais

firmas do ramo no Rio de Janeiro e em São Paulo mantém as suas próprias escolas de

mecânicos que estão sempre lotadas. Portanto, considera-se manutenção de aparelhos de ar

condicionado no Brasil, um problema a ser urgentemente solucionado.

Hoje já existe no Brasil uma tendência no mercado de ar condicionado, a qual promove a

responsabilidade de cobertura do instalador, ao que se refere à instalação e manutenção do

equipamento do fabricante. Os usuários, induzidos pelos construtores, freqüentemente já

consultam as boas firmas do ramo sobre "agrupamento de responsabilidade" (responsabilidade

unificada: fabricante x usuário x instalador).

Assunto extremamente discutível, é o da manutenção preventiva contratada. No Rio de Janeiro,

São Paulo, Belo Horizonte e Porto Alegre é mais fácil encontrar-se firmas que se encarreguem

da manutenção, entretanto, no resto do Brasil é um problema difícil. É muito comum firmas do

Rio ou São Paulo darem manutenção em cidades longínquas. Estes casos devem fugir das

nossas previsões. Há dificuldades em se estabelecer preço de mão de obra para manutenção

preventiva para aparelhos de janela. Uma simples visita é cobrada apenas para a constatação do

defeito. O conserto e as peças necessárias são cobrados à parte.

Considerações Gerais

Conhecemos muitas instalações especiais no Brasil, que fogem a padrões aqui estudados, mas

serão uma exceção à regra. Naturalmente, é difícil prever-se todas as exceções, mas o

aparecimento de condições especiais de ambiente, seja quanto a sua temperatura, umidade ou

pressão, influenciam sobremaneira as soluções do projeto. Um último fator a ser considerado é a

necessidade de expansão do edifício. Há projetos onde se deve fazer a previsão dos acréscimos

futuros planejados ou não.

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CONCLUSÕES

Todos os sistemas são normalmente utilizados, dentro de suas gamas de aplicações.

Nas pequenas instalações, principalmente salas individuais de escritórios, predomina o uso de

aparelhos de janela.

Nas médias, onde começam aparecer conjunto de salas predominam os selfs-containeds.

Nas instalações de maior capacidade é quase sempre interessante a instalação de sistemas

centrais. Nas instalações com necessidade de muitos condicionadores ou quando os

condicionadores devem ficar muito distanciados da central, utiliza-se o sistema de água gelada.

Nas instalações com poucos condicionadores, isto é, supermercados, grandes salões, etc., é mais

econômica a utilização de sistemas centrais com condensadores remotos.

Observa-se que as instalações de menor capacidade tendem a se tornar mais onerosas, devido ao

aumento das despesas de energia e manutenção, e a distribuição do tempo de vida útil.

TORRE DE RESFRIAMENTO

Torres de resfriamento são equipamentos utilizados em sistemas de ar condicionado, quando

necessitamos retirar calor do condensador através de água. Uma vez que a água cumpriu sua

missão de retirar calor do condensador, naturalmente ficará com temperatura alta, devido ao

calor recebido. Para que esta mesma água seja reaproveitada no sistema, é que se utilizam as

torres de resfriamento, para expulsar o calor recebido.

As torres são dimensionadas em função da capacidade total da instalação, podendo uma torre

beneficiar várias máquinas de ar condicionado simultaneamente.

Devem ser instaladas sempre em contato com o meio exterior, de preferência nas coberturas dos

edifícios.

As torres de resfriamento mais utilizadas em sistemas de ar condicionado podem ser:

MODELO A

Com insuflamento do ar em contra corrente, com descarga do ar úmido na vertical

para cima.

Capacidades: 3 - 4 - 8 - 12 - 16 - 20 - 25 - 32 [TR]

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MODELO A

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MODELO B

Aspiração do ar em contra corrente, com descarga do ar úmido na vertical para cima.

Capacidades: 40 – 50 – 63 – 80 [TR]

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MODELO C


Capacidades: 100 – 125 – 155 [TR]

106

MODELO D


Capacidades: 160 – 230 [TR]

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MODELO D


Capacidades: 240 – 380 - 550 [TR]

108

DIMENSIONAMENTO DA REDE DE DUTOS DE

INSUFLAMENTO DE AR

1. DISTRIBUIÇÃO DE AR

OBJETIVO:

Retirar quantidade de calor (sensível + latente) pré calculado, através de uma

quantidade de ar (vazão) insuflada no ambiente à temperatura inferior aquela que

desejamos manter na sala condicionada.

Como normalmente, o equipamento que resfria o ar não se encontra no local que

desejamos condicionar, deveremos canalizar o ar desde o local onde é tratado até a sala

condicionada. O conjunto de peças que faz este trabalho é chamado de REDE DE

DUTOS DE INSUFLAMENTO.

A rede de dutos de retorno tem a função de transportar o ar desde a sala condicionada

até o equipamento para novo tratamento.

Completam ainda o sistema de distribuição de ar, os ventiladores e as bocas de

distribuição de ar.

2. DUTOS DE AR

Formas: circular e retangular.

A forma circular é a mais favorável, pois transporta maior quantidade de ar, utilizando-

se de menor quantidade de material para uma mesma passagem de ar (área).

109

Na prática no entanto, devido aos espaços disponíveis ser cada vez menores, a forma retangular

é mais utilizada. Os dutos são normalmente fabricados de chapas de aço ou alumínio revestidos

de material isolante. Também podem ser fabricados de concreto, madeira, plástico, fibra de

vidro, etc...

3. VENTILADOR

Equipamento que fornece energia ao ar permitindo que o mesmo se desloque através da rede de

dutos.

Os ventiladores normalmente utilizados em ar condicionado são centrífugos e helicoidais.

O tipo centrífugo é utilizado quando a resistência ao movimento de ar (perda de carga) é grande.

Os helicoidais são utilizados para vencer pequenas resistências.

OBS.: O dimensionamento da rede de dutos e o cálculo cuidadoso da resistência ao movimento

do ar são dois fatores importantes para a seleção do ventilador pois: se selecionarmos um

ventilador para vencer uma determinada perda de carga e, se esta carga for, a vazão de ar

aumentará. Caso contrário, se a perda de carga for maior, o ventilador não conseguirá fornecer a

vazão desejada.

4. PRESSÃO ESTÁTICA, PRESSÃO DINÂMICA E PRESSÃO TOTAL

- Pressão Estática: é a pressão que o ar exerce contra as paredes do duto:

- Pressão Dinâmica: é a pressão devida a velocidade do ar.

- Pressão Total: PT = PE + PV

Portanto: PD = PT – PE PD = 30 – 25 = 5 mmcA

5. PERDA DE CARGA (PRESSÃO) EM UMA REDE DE DUTOS

Para que o ar possa chegar até o ambiente condicionado, retirar carga térmica e, retornar ao

condicionador, é necessário que o ventilador impulsione com certa pressão capaz de vencer as

resistências da rede de dutos. Essa resistência é devida às paredes do duto, cotovelos, reduções,

grelhas e difusores.

111

6. CÁLCULO DA PERDA DE CARGA E DIÂMETRO DO DUTO

UTILIZANDO OS GRÁFICOS 3 E 3A

Exemplo:

Determinar as perdas de cargas e dimensões do duto para vazão de 7200 m3/h e velocidade de

aproximadamente 7,5 m/s.

a) Transformar m3/h para m3/s:

7200 m3/h => 2 m3/s

b) No gráfico 3A: a partir do valor de 2m3/s seguir horizontalmente até cruzar com a

linha inclinada de aproximadamente 7,5 m/s.

c) no cruzamento lemos os dois valores:

- na linha vertical => perda de carga: 0,095 mmcA/m de comprimento de duto.

- na linha inclinada => diâmetro do duto: 555 mm.

Obs: - Este gráfico permite o cálculo de dutos redondos.

- O valor da perda de carga é para trechos retos.

7. TRANSFORMAÇÃO DE DUTO REDONDO EM RETANGULAR

EQUIVALENTE

Do exemplo anterior:

- diâmetro = 555 mm ~= 21,85 pol.

pelo gráfico 4: lado b: 19" ou 49 cm

lado a: 19,5"ou 50 cm

8. COMPRIMENTO EQUIVALENTE

No item 6 verificamos que os valores de perda de carga devido ao atrito são para trechos retos.

Entretanto sabemos que peças de interligação, cotovelos, etc.., também provocam perdas de

pressão. Utilizar para este fim a tabela 29 de perda localizada

112

10. DIMENSIONAMENTO DE DUTOS

O método mais utilizado é o de IGUAL PERDA DE CARGA.

Este método consiste em dimensionar os dutos de maneira que a perda de carga por unidade de

comprimento seja constante ao longo de toda a rede.

Exemplo:

Vamos admitir como exemplo a rede de dutos abaixo esquematizada:

. vazão do ventilador: 10800 m3/h

. vazão de ar de cada boca de insuflamento: 3600 m3/h

. local: edifício industrial

SEQÜÊNCIAS:

a) Adotar a velocidade de ar do ramal principal:

- pela tabela 26: edifício industrial => 6 a 9 m/s

adotar 8 m/s

b) Vazão = 10800 m3/h = 3 m3/s

velocidade = 8 m/s

- através do gráfico 3A:

diâmetro = 680 mm

p = 0,09 mmcA/m

c) O restante da tubulação será calculada mantendo-se a perda de carga de 0,09 mmcA/m

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Obs.:

(b)

(a)

Comprimento total da rede: 10 m + 5 m + 24 m + 4 m + 6 m + 6 m = 55 m

Comprimento equivalente das curvas de secção retangular:

- admitindo-se R = 300 mm => R/D = 300/400 = 0,75

portanto: 3 x 29 D = 3 x 29 x 400 = 24800 mm = 34,8 m ~= 35 m

comprimento total = 55 m + 35 m = 90 m

perda de carga total = 0,09 [mmCA/m] x 90 [m] = 8,1 mmCA

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