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Cálculo de carga térmica: o que é e porquê é importante realizá-lo

29.11.2018

 

 

O que é carga térmica?


A carga térmica se baseia na quantidade de calor sensível e latente de um
determinado ambiente. Pra que seja possível proporcionar condições de conforto
térmico de seus ocupantes ou condições ambientes para a conservação de algum
produto, faz-se necessária a remoção (em caso de resfriamento) dessa energia no
ambiente. A retirada é feita com a ajuda de um sistema ou equipamento de ar
condicionado, que permitirá uma agradável temperatura e controlará a qualidade do ar
interior.

 

O cálculo de carga da térmica de um ambiente é a base principal de um projeto de
climatização, podendo influenciar consideravelmente no custo inicial do investimento
no projeto, no custo operacional das instalações dos equipamentos e no consumo de
energia, além de refletir no conforto térmico e produtividade dos ocupantes.


O intuito deste texto é descrever de forma resumida os dados de entrada que compõe
o cálculo de carga térmica, analisando também o impacto de alguns destes
parâmetros para um edifício de escritórios através de simulações computacionais de
desempenho térmico.

 

Ao final do artigo, disponibilizaremos um guia da planilha do cálculo de carga térmica
utilizada por nós da TM Jr.

 

O cálculo da carga térmica


Para determinar a quantidade de calor que deverá ser retirada de um ambiente, é
necessário o cálculo da carga, garantindo condições térmicas ideais para o conforto
humano.


O conhecimento da carga térmica é básico para:
- selecionar corretamente os equipamentos de ar condicionado;
- dimensionar a instalação;
- avaliar o funcionamento de equipamentos já existentes ou futuramente adquiridos;
- avaliar as alterações necessárias ao sistema, por conta de oscilações no ambiente.

 

A importância da carga térmica para o rendimento do sistema


Durante um projeto de climatização, o cálculo de carga térmica muito importante, pois
ele irá garantir os equipamentos certos para o ambiente. Se a quantidade de calor no
ambiente a ser refrigerado não for calculada e os equipamentos forem mal

dimensionados, caso haja um aumento dessa carga térmica, por exemplo, aumenta o
trabalho do compressor e minimiza sua vida útil.

 

Em um ambiente industrial, onde há processos em que o controle da temperatura é de
fundamental importância, a inadequação do projeto de climatização, considerando sua
carga térmica, pode afetar diretamente na produtividade e qualidade do produto final.

 

É importante salientar que quando o sistema é subdimensionado, ou seja, que
apresente carga térmica acima do necessário, poderá comprometer em todo o
processo de refrigeração. Além do gasto excessivo e desnecessário com a energia
elétrica, o equipamento irá retirar do ambiente mais calor do que o desejado, afetando
diretamente no conforto térmico dos ocupantes. Inclusive, com certa frequência, os
problemas associados aos desajustes da carga térmica podem refletir no rendimento,
por exemplo, do fluido refrigerante, considerando possibilidade de ocorrência de
vazamentos; que podem ser mal interpretados e com o problema não identificado.

 

O cálculo da carga térmica deve ser considerado sempre que houver oscilações
durante o ano, por conta de fatores como variações no número de ocupantes no local;
maior número de equipamentos ligados; diferentes estações do ano, isolamento
insuficiente do local; entre outros.

 

Tendo isso em vista, é importante a atenção nas condições previstas no projeto,
observando também as oscilações inesperadas dos parâmetros adotados. Com essa
ação, há alguns transtornos que podem ser ajustados rapidamente, o que evitará
futuros problemas. 


O uso de sistemas de ar-condicionado é bastante difundido, assim sendo, um projeto
realizado mas deficiente gera custos desnecessários com energia e danos à saúde de
seus usuários.


Um dos grandes problemas vinculados a sistemas de ar condicionado está em resfriar
o líquido refrigerante. Para isso, necessidade de esforço intenso do compressor do
aparelho e consequentemente um alto consumo de energia elétrica.


Essa importância dada a esse problema está na funcionalidade do líquido refrigerante
em que retira o calor do ambiente no evaporador e libera calor para o ambiente
externo no condensador. Essa retirada de calor pode gerar, inevitavelmente, poluição
térmica.

 

Outra variável que deve está constante no projeto é a necessidade de renovação do ar
em circulação do ambiente. Tal ponto se torna crucial para manter a qualidade do ar
em níveis recomendáveis pelas organizações de saúde.


Dessa forma, é extremamente importante que o projeto de condicionamento de ar de
um ambiente, tanto industrial como comercial ou residencial, deva ser feito
sistematicamente, para que o compressor não seja sobrecarregado, o que gera
consumo de energia excessivo.

 

Fatores do cálculo da carga térmica


A carga térmica, precisamente falando, varia com o tempo, pois os fatores que nela
influem, como a temperatura externa, insolação, número de pessoas, etc., variam ao
longo do dia.

 

O ganho de calor por meio de pessoas, iluminação, insolação, equipamentos internos,
renovação de ar e infiltração são os principais fatores para dimensionamento de um
sistema de ar condicionado que devem ser levados em consideração na execução do
cálculo.


Tal ganho de calor é classificado pelo modo de transferência: sensível ou latente.
Sendo ganho de calor sensível, o ganho de calor de um determinado ambiente devido
a transmissão por radiação, condução ou convecção (ou devido ainda a estas formas
simultaneamente). Quando a umidade é adicionada ao ambiente, como por exemplo,
pelo vapor d'água liberado pelas pessoas, há uma quantidade de energia associada
com esta umidade, que precisa ser considerada. A carga latente, a ser considerada,
entretanto, é essencialmente a carga latente instantânea de resfriamento.

 

Os cálculos das cargas térmicas, como mencionado anteriormente, devem ser os mais
precisos possíveis, evitando aplicar “fatores de segurança” arbitrários para compensar
eventuais incertezas no cálculo (ABNT, 2008). Nos itens a seguir serão apresentados
e discutidos os parâmetros necessários para compor o cálculo: pessoas, iluminação,
insolação e equipamentos internos.


Pessoas


Todo ser humano emite calor latente e calor sensível, que variam conforme esteja o
indivíduo em repouso, em atividade leve ou atividade intensa, a tabela 12 da NBR
6401, dá os valores do calor liberado pela pessoas em função da temperatura e da
atividade.

 

O número máximo previsto de pessoas em cada ambiente deve ser estipulado. Na
ausência desta informação, deve ser adotada a densidade de ocupação indicada na
Tabela 1 da NBR 16401-3 (ABNT, 2008), devendo ser considerados a ação e os
horários de ocupação.

 

A Tabela C.1 da mesma norma apresenta taxas representativas na qual calor sensível
e umidade são emitidos por seres humanos exercendo diferentes atividades. Para
ambientes firmemente ocupados, tais como auditórios, o ganho de calor sensível e
latente representarão uma grande parcela da carga total do local, mesmo
considerando um curto prazo de permanência.

 

Iluminação


Em geral, iluminação é o componente que mais contribui para o ganho de calor do
ambiente. O tipo e a potência de cada luminárias utilizada, obtidas a partir do projeto
de iluminação, devem ser informadas. Na ausência destas informações, devem ser
adotados os valores padrões para as densidades de potência de iluminação
estipulados também na Tabela C.1 NBR 16401-3 (ABNT, 2008).

 

A possibilidade de não simultaneidade da carga de iluminação com a carga máxima de
insolação das áreas envidraçadas, deve ser mensurada. O capítulo 18 da referência
ASHRAE Handbook of Fundamentals – Nonresidential Cooling and Heating
Calculations (ASHRAE,2013), auxilia no projeto, indicando os parâmetros de ganho de
calor por tipo de luminária e detalha os fatores que devem ser utilizados para o cálculo
de carga térmica por iluminação.

 

Insolação


A energia radiante do Sol, que passa através de materiais transparentes como o vidro,
torna-se um ganho de calor para o ambiente. Seu valor varia com a hora, orientação,
sombra e efeitos de armazenamento.

 

A radiação celeste é um tipo de radiação difusa, cuja presença constitui o ganho de
calor na terra; a ela é adicionada à radiação solar direta, que é maior quando a
atmosfera está translúcida. O guia, ASHRAE estabelece equações para avaliar o total
de radiação recebida do céu pela superfície da terra. A quantidade recebida depende

das variações sazonais da constante de umidade, da distância sol-terra, da variação
angular com as vizinhanças e das superfícies refletoras mais relevantes.

 

Equipamentos internos

 

A dissipação concreta de calor por esse fator deve ser obtida a partir do levantamento
dos equipamentos e de informações do fabricante, como a sua potência. Devem ser
ainda considerados a operação dos equipamentos em modo de espera ou intermitente
e o fator de simultaneidade (ABNT, 2008). Na ausência destas informações, devem
ser adotados os valores típicos de densidade de potência de equipamentos internos e
taxas de dissipação de calor listados nas Tabelas C.3 a C.6 da NBR 16401-3 (ABNT,
2008).

 

Relação carga térmica e BTU


Ao visitar uma loja de vendas de ar condicionados, você certamente verá a seguinte
sigla: BTUs.


Esse termo é uma abreviação de British Thermal Unit, que traduzindo para o
português significa Unidade Térmica Britânica. BTU é a unidade de medida que
determina a potência de refrigeração do aparelho de ar condicionado, ou seja, essa
medida vai variar inicialmente, de acordo com as dimensões em m² do espaço que se
deseja controlar a temperatura.


Embora o termo BTU seja utilizado na prática comercial como indicação da
capacidade de um sistema de condicionamento do ar, na realidade a unidade correta é
BTU/h (BTU por hora), que acaba sendo uma unidade de potência térmica.


O cálculo da carga térmica, será imprescindível para a seleção do equipamento ideal
para o seu ambiente, ou seja, o valor encontrado no cálculo informará a carga térmica
do ambiente para que possamos comparar com a capacidade de refrigeração do
equipamento, garantindo que a retirada do calor sensível e latente seja feita,
promovendo um conforto térmico de maneira mais eficiente.


Colocando no ambiente, um aparelho acima do necessário, acarretará um custo de
compra maior e com um consumo energético também maior, por conta da sua alta
potência.


Em contrapartida, se for colocado um aparelho abaixo do necessário, terá um custo de
aquisição menor, mas o consumo de energia será absurdamente maior, pois não

conseguirá atender às necessidades, terá que trabalhar acima do esperado e ainda
assim não promoverá um conforto para os ocupantes.

 

 

A TM Jr, trabalha para o melhor dos seus clientes, garantindo a sua satisfação.
Entregamos o cálculo da carga térmica do seu ambiente dentro do nosso serviço de
climatização. 
Entre em contato conosco! 

 

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