Questão 3- A) Calcule qual é a energia (em kcal) que entra em uma câmara através de suas paredes, piso e teto durante 24 horas de funcionamento, considerando-se um isolamento de EPS de 100 \mathrm{~mm}(0,040 \mathrm{~W} / \mathrm{m} \cdot \mathrm{K}), temperatura externa de 35^{\circ} \mathrm{C} e temperatura interna de 5^{\circ} \mathrm{C}. A câmara tem as seguintes dimensões: 5 m de largura por 2 m de comprimento e 3 m de altura. Considere a equação de Fourier no cálculo e que as trocas acontecem através de todas as 6 faces com mesmo diferencial de temperatura.
Ainda considerando estes dados e umidade de 50 \% responda
B) Qual o valor da carga térmica de infiltração para essa câmara?
C) Considerando-se que uma pessoa fica 2 horas dentro da câmara durante as 24 horas, calcule qual é a carga térmica decorrente desse período de permanência em kcal.
D) Estime qual é a carga térmica em kcal decorrente da iluminação e do motor do forçador de ar interno utilize método gráfico, considerando-se que as lâmpadas ficam ligadas durante 3 horas diárias. Potência de iluminação igual 10 \mathrm{~W} / \mathrm{m}^{2} ( de piso).

Passo 1

O enunciado pede quatro cargas térmicas para uma câmara de dimensões 5\,\mathrm m\times2\,\mathrm m\times3\,\mathrm m, isolada com EPS de espessura L=0{,}10\,\mathrm m e condutividade térmica k=0,040\,\mathrm W/(m\cdot K), com T_{\rm ext}=35\,^\circ\mathrm C e T_{\rm int}=5\,^\circ\mathrm C.
A) Calcular a energia em kcal que entra pela envoltória em 24 h usando a lei de Fourier.
B) Calcular a carga de infiltração (considerando 50 % de umidade).
C) Calcular a carga gerada por uma pessoa dentro da câmara durante 2 h.
D) Estimar a carga da iluminação e do motor do forçador de ar interno, usando método gráfico e sabendo que as lâmpadas de potência 10\,\mathrm W/m^2 do piso (área de 5\times2=10\,\mathrm m^2) ficam ligadas 3 h por dia.

Passo 2

Para a parte A usamos a lei de Fourier em regime permanente:
\dot Q \;=\; \frac{k\,A\,(T_{\rm ext}-T_{\rm int})}{L}.
A área total da envoltória (6 faces) é
A \;=\; 2\,(5\times3) \;+\; 2\,(2\times3) \;+\; 2\,(5\times2) \;=\;30+12+20 \;=\;62\;\mathrm m^2.
Logo
\dot Q =\frac{0{,}040\;\times62\;\times(35-5)}{0{,}10} =\frac{0{,}040\;\times62\;\times30}{0{,}10} =744\;\mathrm W.
Em 24 h a energia fornecida é
E =\dot Q\times24\;\mathrm h =744\;\mathrm W\times24\;\mathrm h =17\,856\;\mathrm Wh.
Convertendo Wh em kcal ( 1\;\mathrm Wh=0{,}86\;\mathrm kcal):
E =17\,856\;\mathrm Wh\times0{,}86 \approx15\,350\;\mathrm{kcal}.

Passo 3

Para a parte B, a carga de infiltração sensível em kcal/h costuma ser calculada por
Q_{\rm inf}\;=\;0{,}33\;n\;V\;(T_{\rm ext}-T_{\rm int}),
onde n é a taxa de renovação de ar (em trocas/h) e V o volume da câmara.
Como o enunciado não fornece n, não há dados suficientes para obter numericamente a carga de infiltração.

Passo 4

Para a parte C, a carga térmica de uma pessoa depende da atividade (metabolismo) e divide-se em sensível e latente. O enunciado não especifica o valor da geração térmica por pessoa, nem tabela de cargas metabólicas, portanto não há dados suficientes para quantificar essa carga em kcal.

Passo 5

Na parte D, a estimativa pelo “método gráfico” exige curvas ou diagramas de desempenho do equipamento de iluminação e do motor do forçador de ar, que não foram fornecidos. Apesar de sabermos que a potência de iluminação é
10\;\mathrm W/m^2\times10\;\mathrm m^2=100\;\mathrm W,
ficam faltando os rendimentos, fatores de simultaneidade e dados do motor para converter em carga térmica. Logo, não há dados suficientes para concluir numericamente esta parte.

Resposta

A) 1{,}54\times10^{4}\;\mathrm{kcal} (aprox.)
B) Impossível calcular sem a taxa de renovação de ar n.
C) Impossível calcular sem o valor da geração térmica da pessoa.
D) Impossível calcular sem os dados do método gráfico para iluminação e motor.

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