Questão 1 - Com base nas orientações da norma NBR 16401, realize o cálculo da carga térmica total para o ambiente descrito a seguir. Considere todas as parcelas que influenciam o dimensionamento da carga térmica, como cargas térmicas provenientes das paredes, teto, piso, janelas, cargas internas (pessoas, iluminação, equipamentos) e ventilação. Apresente os resultados em kW, BTU/h e TR (toneladas de refrigeração). Ao final, justifique a escolha do equipamento de ar condicionado mais adequado para atender a essa carga térmica. Considerar um Fator de segurança de 10%.
Dados do problema:
  1. Dimensões do ambiente:
  • Comprimento: 10 metros
  • Largura: 8 metros
  • Altura: 3 metros
  1. Tipo de ambiente: Escritório
  2. Orientação solar:
  • A parede de 10 metros está voltada para o Norte.
  • A parede de 8 metros está voltada para o Oeste.
  1. Materiais de construção:
  • Paredes: Tijolo maciço de 20 cm de espessura, sem isolamento térmico.
  • Janelas: 2 janelas de 2 metros de largura por 1,5 metros de altura, com vidro simples (orientadas para o Norte).
  • Teto: Laje de concreto de 15 cm de espessura, sem isolamento.
  • Piso: Piso cerâmico sobre laje de concreto (ambiente climatizado no andar inferior, e na direção sul e direção leste).
  • Considerar efeito de radiação comente nos vidros.
  1. Carga interna:
  • Pessoas: 10 pessoas trabalhando sentadas (metabolismo baixo).
  • lluminação: 20 lâmpadas fluorescentes de 40 W .
  • Equipamentos: 10 computadores de 200 W cada, uma cafeteira de 600 W, um Micro ondas de 500 W , uma impressora de 300 W e um frigobar de 200 W .
  1. Ventilação:
  • Renovação de ar conforme a NBR 16401, com 27 m³/h por pessoa.
  1. Condições externas de projeto:
  • Temperatura do ar externo: 35^{\circ} \mathrm{C}
  1. Condições internas de projeto:
  • Temperatura do ar interno: 23^{\circ} \mathrm{C}
  • Umidade relativa interna: 50%

Informações complementares

  • Aplicar acréscimo de diferencial de temperatura: para parede norte \Delta T=3^{\circ} \mathrm{C}, para a parede oeste \Delta T=5
    { }^{\circ} \mathrm{C} e para o telhado \Delta T=8^{\circ} \mathrm{C}.
    >Q_{\text {paredes }}=U * A *\left[\left(T_{\text {ext }}-T_{\text {int }}\right)+\Delta T\right]

Passo 1

Resumindo: temos um escritório de 10,m × 8,m × 3,m, parede de 10,m ao Norte e de 8,m ao Oeste, sem isolamento em parede (tijolo 20 cm), laje de concreto sem isolamento (teto) e vidro simples nas janelas (somente na parede Norte). Há cargas internas (pessoas, iluminação, equipamentos) e ventilação de 27,m³/h por pessoa. As condições de projeto são T_{\rm ext}=35~^\circ\mathrm{C} e T_{\rm int}=23~^\circ\mathrm{C}. Usaremos a norma NBR 16401 somando:
  • condução nas paredes e teto, mais ganho solar pelas janelas;
  • cargas internas sensíveis;
  • carga de ventilação (sensible + latent);
    por fim aplicamos 10 % de fator de segurança e convertemos para BTU/h e TR.

Passo 2

Cálculo da carga de condução nas paredes e teto e do ganho solar nas janelas.
Dados de U típicos:
\displaystyle U_{\rm parede\,(tijolo\,20\,cm)}\approx2{,}3\\ \mathrm{W/(m^2\,K)},\quad U_{\rm teto\,(laje\,15\,cm)}\approx2{,}5\\ \mathrm{W/(m^2\,K)},\quad U_{\rm vidro\,simples}\approx5{,}7\\ \mathrm{W/(m^2\,K)}.
  1. Área líquida da parede Norte:
A_{N} = 10\cdot3 \;-\; (2\cdot1{,}5)\cdot2 = 30 - 6 = 24\\ \mathrm{m^2}.
Aplicamos \Delta T_{N}=3~\mathrm{K}, então
Q_{N} = U_{\rm parede}\,A_{N}\bigl[(35-23)+3\bigr] =2{,}3\cdot24\cdot(12+3)=2{,}3\cdot24\cdot15=828\\ \mathrm{W}.
  1. Área da parede Oeste:
A_{W} = 8\cdot3 =24\\ \mathrm{m^2},\quad \Delta T_{W}=5~\mathrm{K},
Q_{W} =2{,}3\cdot24\cdot(12+5)=2{,}3\cdot24\cdot17=938{,}4\\ \mathrm{W}.
  1. Área do teto:
A_{\rm teto}=10\cdot8=80\\ \mathrm{m^2},\quad \Delta T_{\rm teto}=8~\mathrm{K},
Q_{\rm teto}=2{,}5\cdot80\cdot(12+8)=2{,}5\cdot80\cdot20=4000\\ \mathrm{W}.
  1. Ganho nas janelas (conv. + solar):
A_{\rm vidros}=2\times(2\cdot1{,}5)=6\\ \mathrm{m^2},\quad \Delta T=12~\mathrm{K},
Q_{\rm conv} =5{,}7\cdot6\cdot12=410{,}4\\ \mathrm{W}.
Para radiação solar em fachada Norte consideramos 150,W/m²:
Q_{\rm sol}=6\cdot150=900\\ \mathrm{W},
Q_{\rm vidros}=410{,}4+900=1310{,}4\\ \mathrm{W}.
Somando envelope e vidros:
Q_{\rm env}=828+938{,}4+4000+1310{,}4=7076{,}8\\ \mathrm{W}\approx7{,}08\\ \mathrm{kW}.

Passo 3

Cálcula das cargas internas sensíveis:
– Pessoas (sentadas, baixo metabolismo): 70,W sensível por pessoa →
Q_{\rm pessoas}=10\cdot70=700\\ \mathrm{W}.
– Iluminação: 20\times40=800,W elétricos, 75 % vira calor sensível →
Q_{\rm lum}=0{,}75\cdot800=600\\ \mathrm{W}.
– Equipamentos:
Q_{\rm eq} =10\cdot200 +600+500+300+200 =3600\\ \mathrm{W}.
Total interno:
Q_{\rm int}=700+600+3600=4900\\ \mathrm{W}\approx4{,}90\\ \mathrm{kW}.

Passo 4

Carga de ventilação (sensible + latent):
Fluxo de ar V=27,m³/h/pessoa×10 =270 m³/h =0,075 m³/s.
Q_{\rm vent,s}=\rho\,c_p\,V\,(35-23) =1{,}2\cdot1{,}005\cdot0,075\cdot12\approx1{,}09\\ \mathrm{kW}.
Latent típico por pessoa sentado ≃ 55 W →
Q_{\rm vent,l}=10\cdot55=550\\ \mathrm{W}=0{,}55\\ \mathrm{kW}.
Q_{\rm vent,total}=1{,}09+0{,}55=1{,}64\\ \mathrm{kW}.

Passo 5

Somando todas as parcelas antes do fator de segurança:
Q_{\rm total,bruto}=7{,}08+4{,}90+1{,}64=13{,}62\\ \mathrm{kW}.
Aplicando 10 % de segurança:
Q_{\rm proj}=1{,}10\times13{,}62=14{,}98\\ \mathrm{kW}.
Convertendo:
14{,}98\\ \mathrm{kW}\times3412{,}14\approx51100\\ \mathrm{BTU/h},
1\\ \mathrm{TR}=3{,}517\\ \mathrm{kW}\quad\Longrightarrow\quad \frac{14{,}98}{3{,}517}\approx4{,}26\\ \mathrm{TR}.

Resposta

Carga térmica total com 10 % de segurança:
\displaystyle Q =14{,}98\\ \mathrm{kW}\approx51{,}1\times10^3\\ \mathrm{BTU/h}\approx4{,}26\\ \mathrm{TR}.
Para atender a essa carga escolhe-se um aparelho de ar condicionado de capacidade nominal ligeiramente superior, tipicamente um equipamento de 5 TR, garantindo folga operacional, eficiência e conforto.

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