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Memorial de calculo para dimensionamento de um edificio residencial
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Tinteiro De Jesus Choe
MSc. Eng.º. Juvenaldo Pastola
SONGO, FEVEREIRO DE 2021
Tinteiro De Jesus Choe
MSc. Eng.º. Juvenaldo Pastola
ii
ABNT………...Associação Brasileira De Normas Técnicas;
NBR …………Norma Brasileira Regulamentadora;
ISO…………. Organização Internacional De Normalização;
ASHRAE…American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers;
TR……….Toneladas de Refrigeração;
BTU………Unidade Técnica Britânica;
TBS………Temperatura Do Bolbo Seco;
TBU………Temperatura Do Bolbo Húmido;
INAM…….Instituto Nacional De Meteorologia;
INE… Instituto Nacional De Estatística.
iii
𝑊𝑜………. Conteúdo de humidade exterior;
𝑊𝑖………. Conteúdo de humidade interior;
𝜑…. Humidade relativa;
𝑉…. Velocidade do vento;
℃………. Graus Celsius;
% .... Percentagem;
𝑘𝑚 ℎ⁄ ……. Quilómetros por hora; 𝑘𝑔𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 ⁄𝑘𝑔 (^) 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜..Quilograma de vapor de água por quilograma de ar seco;
(𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ. 𝑚⁄ (^2). ℃)……Quilocaloria por hora vezes metros quadrado vezes graus celsius;
𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ⁄ ………. Quilocaloria por hora;
𝑊…………… Watts;
𝐵𝑡𝑢 ⁄ℎ^ …….. British technical unit per hour;
𝑘𝑔 𝑚⁄^3 …… Quilogramas por metros cúbicos;
𝑚^3 ⁄ℎ ….. Metros cúbicos por hora;
𝑚^2 …. Metros quadrados;
𝑄… caudal de ar que entra no espaço;
𝑃…. Potencia;
𝜌…. Massa específica do ar;
𝑇𝑒𝑥𝑡…. Temperatura externa;
𝑇𝑖𝑛𝑡 …. Temperatura interna;
∆𝑡…. Acréscimo ao diferencial de temperatura;
𝐴…. Área da superfície normal ao fluxo;
U.... Coeficiente global de transmissão de calor.
v
Figura 1. Transmissão do calor solar através de vidro .................................................... 6 Figura 2. Sala Comum .................................................................................................... 9 Figure 3. Cozinha .......................................................................................................... 10 Figura 4. Quarto Suíte ................................................................................................... 11
Tinteiro De Jesus Choe – Sistemas De Climatização 2021 Página 1
A refrigeração juntamente com a construção civil e a arquitectura evoluiu muito nas últimas décadas. Com a necessidade cada vez maior do homem de sentir-se termicamente confortável, o desenvolvimento do condicionamento de ar tornou-se de primordial importância. Há escritos da prática do condicionamento de ar desde a época antes de Cristo, quando um poeta chinês do século 𝑋𝐼 𝑎. 𝐶., colectava e armazenava neve e gelo natural a fim de fazer resfriamento. Os antigos soberanos, mandavam seus escravos buscar grandes quantidades de neve nas montanhas próximas no intuito de que na primavera tivessem brisas refrescantes.
Porém foi em 1902 que surgiu o primeiro processo mecânico para condicionamento de ar contínuo, quando Willis Carrier, um engenheiro mecânico, teorizou que poderia retirar a humidade em dias quentes de uma fábrica de impressão em Nova Iorque através de resfriamento do ar por ductos artificialmente resfriados.
Com o surgimento do compressor, em uma exposição internacional em Londres em 1862, tivemos o desenvolvimento de diversos fluidos refrigerantes e sistemas de climatização artificiais. Actualmente tem sido desenvolvido fluídos refrigerantes cada vez menos danosos ao meio ambiente, e sistemas cada vez mais potentes e ao mesmo tempo que ocupem menos espaço físico.
Justamente pensando no espaço físico surgiram os sistemas centrais de ar, no qual poupa-se área devido ao menor número de condensadoras. Para grandes ambientes pode-se utilizar centrais de ar com sistemas de ductos, uma vez que, seriam necessários um elevado número de evaporadoras para atender estes ambientes, tornando-se inviável o uso dos sistemas splits convencionais.
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Segundo a norma ABNT NBR 16401-2, revista em 2019, o conforto térmico pode ser definido como o estado de espírito que expressa satisfação com o ambiente térmico e a temperatura do corpo como um todo. Como existem grandes variações fisiológicas e psicológicas de pessoa para pessoa, é muito difícil satisfazer a todos em um mesmo ambiente. Por esse motivo, pode-se afirmar que as condições ambientais que resultam em conforto térmico não são as mesmas para todos.
2.2. Qualidade do ar
Para o bem-estar dos ocupantes de um espaço, para além da componente conforto térmico é necessário ter em a qualidade de ar interior. O ar não é somente indispensável para as células do organismo, mas também é importante para regular a temperatura do corpo através da pele. Uma boa qualidade de ar manifesta-se numa sensação de bem-estar, numa melhor coloração da pele e numa maior capacidade de reacção da própria pessoa, com um consequente aumento de resistência à doenças.
Para melhorar a qualidade do ar num espaço habitado, há que diminuir as fontes de carga poluente, ou ainda aumentar a caudal volúmico de renovação de ar, o que permite a redução da poluição pés-embora aumente o consumo da energia eléctrica.
2.3. Carga Térmica
Segundo CREDER (2004), a carga térmica é a quantidade de calor sensível e calor latente que deve ser retirada ou colocada no recinto a fim de proporcionar as condições de conforto desejadas. A carga térmica é pois influenciada pelas condições climáticas exteriores e interiores verificadas no espaço.
Condições exteriores da carga térmica estão associadas as trocas de calor através da envolvente da zona a climatizar, nomeadamente: transmissão de calor através das paredes, tectos, pavimentos, envidraçados e às infiltrações de ar;
Tinteiro De Jesus Choe – Sistemas De Climatização 2021 Página 4
Condições internas da carga térmica dependem do calor gerado internamente, tipicamente, estes fluxos de calor estão associados a utilização de equipamentos diversos, à iluminação artificial e a permanência das pessoas no espaço.
Para as condições exteriores do projecto foi necessário uso dos dados climáticos fornecidos pela INAM (Instituto Nacional De Meteorologia) que retirados do anuário estatístico do INE (Instituto nacional de Estatística), dados estes que foram submetidos a uma média anual, isto é a temperatura de bolbo seco e a humidade relativa. Os dados usados são provenientes da Província de Tete, concretamente no distrito de Cahora Bassa, na Vila de Songo, onde será dimensionado o aparelho de ar condicionado, e as condições externas escolhidas foram:
Tabela 1.Dados das condições externas Temperatura de bolbo seco (𝑻𝑩𝑺)
Humidade relativa (𝝋)
Velocidade do vento (𝑽) 38 ,1℃ 59 ,4% 14 𝑘𝑚 ⁄ℎ
Fonte: INAM (2015) Com estes dados exteriores, utilizou-se o diagrama psicrométrico para retirada de outras propriedades que serão úteis ao longo do projecto e tais propriedades são:
Temperatura do bolbo húmido (𝑇𝐵𝑈) − 30,8 ℃; Conteúdo de humidade externo (𝑊𝑜) − 0,0254 𝑘𝑔𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 ⁄𝑘𝑔 (^) 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜;
Segundo a norma ISO 7730 (2005) as condições interiores para o conforto térmico, são:
Tabela 2.Dados das condições internas Temperatura Do Bolbo Seco (TBS) Humidade Relativa (𝝋) 𝟐𝟒℃ 𝟓𝟎% Fonte: ISO 7730 (2005)
Tinteiro De Jesus Choe – Sistemas De Climatização 2021 Página 6
4.1.2. Transmissão de calor do Sol através de superfícies transparentes A energia radiante oriunda do Sol incidente em uma superfície transparente subdivide- se em três partes:
parte reflectida pelo vidro 𝑞 1 ; parte absorvida pelo vidro 𝑞 2 ; parte que atravessa o vidro 𝑞 3.
Figura 1. Transmissão do calor solar através de vidro
O calor latente libertado é transformado instantaneamente na respectiva carga térmica latente de arrefecimento. Está componente é directamente proporcional ao número de pessoas do espaço em questão. O calor sensível é dissipado por radiação e por convecção. Considera-se a temperatura média nos tecidos internos aproximadamente a 37℃, sem realizar um esforço assinalável. Verifica-se que quanto maior for a temperatura exterior maior será a quantidade de calor latente libertado, e quanto menor for a temperatura exterior maior será o calor sensível.
A carga térmica devido às pessoas é dada pela NBR 16401, pelo calor sensível e latente liberado pelas pessoas em um determinado tipo de recinto, para uma determinada temperatura de bolbo seco das condições internas e ela é dada segundo a fórmula:
𝑄𝑃 = 𝑛 × (𝑄𝑆 + 𝑄𝐿)^ (𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ⁄ )^ (2)
Tinteiro De Jesus Choe – Sistemas De Climatização 2021 Página 7
Onde:
𝑛 − é o número de pessoas no espaço;
𝑄𝑆 − é o calor sensível em (𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ⁄ );
𝑄𝐿 −é o calor latente em (𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ⁄ ).
O ganho de calor libertado pelos equipamentos existentes no espaço pode algumas vezes ser conhecido mediante a informação do próprio fabricante Está carga dependendo do tipo de equipamento instalado, pode apresentar uma componente sensível devido à radiação e à convecção e uma outra latente associada a libertação de vapor de água.
A carga térmica devido aos equipamentos é dada também pela NBR 16401, através de valores típicos de dissipação de calor (equipamentos de escritório, motores eléctricos e outras fontes de calor e umidade), eficiência (motores eléctricos) e potência dissipada (iluminação).
4.3.1. Carga térmica devido à Iluminação A iluminação artificial é a que mais contribui para a carga térmica no interior dos espaços, cuja é escolhida para assegurar um determinado nível de iluminação, expressa em Lux, em função da actividade desenvolvida no espaço em questão. Tratando-se de um edifício residencial são usados valores mais baixos numa de 300 Lux. Para o projecto foram usadas as lâmpadas incandescentes com uma potência de 60 𝑊 e o seu cálculo é dado pela seguinte fórmula.
𝑞 = 𝑞𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 × 3,4 (𝐵𝑡𝑢 ℎ⁄ ) (3) Onde:
𝑞𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − potência total instalada em (𝑊).
4.3.2. Carga térmica devido aos equipamentos a gás Em locais como cozinhas, laboratórios, restaurantes, cafeterias etc., pode haver equipamentos de gás, cuja queima pode adicionar à carga térmica do recinto mais duas
Tinteiro De Jesus Choe – Sistemas De Climatização 2021 Página 9
Como foi referido antes, o projecto foi dividido em três partes, isto é, a Sala, Cozinha e o Quarto Suíte, abaixo estarão anexadas em tabelas um resumo de cálculo de cargas térmicas para cada compartimento.
5.1. Compartimento 1 (Sala Comum)
Figura 2. Sala Comum Tabela 3. Cálculo de cargas térmicas da Sala Comum Tipo De Carga Térmica Resultados Unidades Paredes 3360 , 3 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Tecto 2863 , 88 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Janelas 1492 , 21 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Portas (^48) , 77 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Ocupação (^600) 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Equipamentos 372 , 82 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Infiltração 202 , 47 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Carga Térmica total 8040 , 45 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Carga Térmica total (𝟏𝟎%) 9834 , 49 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ 39023 , 27 𝐵𝑇𝑈 ⁄ℎ 3 , 25 𝑇𝑅 Fonte: Autor
Tinteiro De Jesus Choe – Sistemas De Climatização 2021 Página 10
Figure 3. Cozinha Tabela 4. Cálculo de cargas térmicas da Cozinha Tipo De Carga Térmica Resultados Unidades Paredes (^2146) , 28 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Tecto (^927) , 47 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Janelas 389 , 43 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Portas 116 , 56 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Ocupação 664 , 4 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Equipamentos 1580 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Infiltração 356 , 34 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Carga Térmica total 6180 , 90 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ Carga Térmica total (𝟏𝟎%) 6798 , 99 𝑘𝑐𝑎𝑙 ⁄ℎ 26978 , , 37 𝐵𝑇𝑈 ⁄ℎ 2 , 25 𝑇𝑅 Fonte: Autor NOTA: Referir que todos os materiais usados para o projecto estão localizadas em tabelas que estão no anexo desde o material da parede, tecto, janelas e portas, e a planilha apresenta aquilo são alguns dos dados por mim referido. E para locais como a dispensa e a casa foram feitos cálculos de estimação isto é foi a média entre a temperatura exterior e a temperatura do espaço a climatizar.
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O desenvolvimento do presente estudo possibilitou a elaboração de um projecto de climatização residencial buscando uma solução que levasse em consideração o conforto térmico, que acaba estando ligado ao custo benefício dos condicionadores de ar, visando sempre a diminuição do consumo de energia eléctrica e os custos de manutenção, e a sua grande relevância no âmbito social, económico e ambiental. A marcha de cálculo foi baseada é um modelo de cálculo detalhado de carga térmica a partir do livro de Instalações de ar Condicionado CREDER (2004) e a norma NBR 16401 (2008).
Com bases nos dados obtidos sugeriu-se no projecto a instalação de (3) ambientes distintos aparelhos de ar condicionadores com capacidades térmicas totalmente distintas devido a áreas, ocupação, infiltração e equipamentos dos ambientes, assim sendo a sala Comum foi prevista uma capacidade térmica de aproximadamente 40000 𝐵𝑇𝑈 ℎ⁄^ , a Cozinha a capacidade prevista foi de 27000 𝐵𝑇𝑈 ℎ⁄ , e a Quarto Suíte foi de 18000 𝐵𝑇𝑈 ℎ⁄^ , valores esses que foram alcançados por uma planilha feita por mim no Microsoft office Excel 2010.
É perceptível que, para assegurar o conforto térmico necessário aos habitantes da residência, aliado ao menor consumo possível de energia e, por consequência, e escolha de equipamentos apropriados, a partir do levantamento de dados consistentes e substanciais. Para estudos futuros, peço eu que tenhamos o privilégio de fazermos uma comparação com edifícios já dimensionados para, como uma forma de facilitar a análise como futuros projectistas dos condicionadores de ar.
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Instalações de ar-condicionado – Sistemas centrais e unitários Parte: projectos das instalações. Rio de Janeiro, 2008. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6401: Instalações centrais de ar-condicionado para conforto – Parâmetros básicos de projecto. Rio de Janeiro, 1980. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16401-1: Instalações de Ar-Condicionado – Sistemas centrais e unitários Parte 3: Qualidade do ar interior. Rio de Janeiro, 2008. CREDER , Hélio. Instalações de Ar Condicionado. 6º Edição. Rio de Janeiro. Editora LTC, 2004. Aulas 1,2,3 e 4 de Sistemas de climatização. 2021. FROTA , Anésia et al. Manual de conforto Térmico. 5a^ edição. São Paulo. Studio Nobel, 2001. Anuário estatístico de 2015 de Moçambique. Instituto Nacional De Estatística (INE). Maputo.
