Disciplina: Sistemas Térmicos

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Disciplina:

Sistemas Térmicos

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Exercício 1

• Seja uma sala de cinema com capacidade para um público pagante de 520 pessoas (público misto, compreendendo adultos do sexo masculino e

feminino e também crianças), com uma densidade de 100 pessoas para 100 m2_{. A sala foi construída com o objetivo de suportar até 5 sessões}

diárias com 2 horas de projeção cada, com início das 14h da tarde. Estime a (a) carga térmica MÁXIMA gerada pela presença do público (em BTU/h), tendo sido informado que, normalmente, ao menos um terço do público em cinemas come ativamente durante o início da sessão. Determine (b) a carga latente MÁXIMA e (c) a carga sensível MÁXIMA, também em BTU/h. Considere que uma pessoa comendo, sentada, emite uma carga térmica 30% maior que uma pessoa sentada, inativa.

• Utilize como referência o texto “STM Carga Térmica – Exemplo v4” disponível no Blog.

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• 520 pessoas, 2/3 assistindo, 1/3 assistindo e comendo. • Somente assistindo: 347 pessoas

• Assistindo e comendo: 173

= ×

Calor liberado (q_ocup) durante o dia:

Sentado ao cinema ou teatro, dia (tabela 7): Calor total Adultos (masc + fem): 95 W

Calor Sensível: 64,98 W Calor Latente: 30,02 W

Calor total comendo (masc + fem): 123,5 W Calor Sensível: 84,47 W

Calor Latente: 39,03 W

Calor liberado (q_ocup) durante o noite:

Sentado ao cinema ou teatro, dia (tabela 7): Calor total Adultos (masc + fem): 105 W Calor Sensível: 70,04 W

Calor Latente: 34,97 W

Calor total comendo (masc + fem): 136,5 W Calor Sensível: 91,05 W

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• Item a) CALOR TOTAL EMITIDO MÁXIMO

• A maior quantidade de calor é emitido a noite. • Somente assistindo: 347 pessoas (105 W cada) • Assistindo e comendo: 173 (136,5 W cada)

= 105 × 347 + 136,5 × 173 = 60.049,5 • Convertendo para BTU/s: 56,915944166 BTU/s

• Convertendo para BTU/h: 204897,3989976 BTU/h

• Resposta: a) 204.897 BTU/h ou  205.000 BTU/h

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• Item B) CALOR LATENTE EMITIDO MÁXIMO

• A maior quantidade de calor latente é emitido a noite. • Somente assistindo: 347 pessoas (34,97 W cada)

• Assistindo e comendo: 173 (45,45 W cada)

= 34,97 × 347 + 45,45 × 173 = 19.997,44 • Convertendo para BTU/s: 18,953915994 BTU/s

• Resposta: b) 68.234 BTU/h ou  68.200 BTU/h

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• Item C) CALOR SENSÍVEL EMITIDO MÁXIMO

• A maior quantidade de calor sensível é emitido a noite. • Somente assistindo: 347 pessoas (70,04 W cada)

• Assistindo e comendo: 173 (91,05 W cada)

= 70,04 × 347 + 91,05 × 173 = 40.055,53 • Convertendo para BTU/s: 37,965317097 BTU/s

• Resposta: c) 136.675 BTU/h ou  136.700 BTU/h

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Exercício 2

• Seja um recinto de 2.400 m2 _{que será construído para}

funcionar como loja, operando das 8h00 da manhã até as 18h00, sem interrupção. A iluminação adequada para este

tipo de empreendimento é de cerca de 750 Lux. Considerando o ponto de vista de consumo de energia para aclimatar este recinto, (a) determine qual o melhor tipo de iluminação (tipo de luminária, tipo de lâmpada), (b) estime a carga térmica da melhor opção em BTU/h, e (c) qual é o percentual de

economia em relação à segunda melhor opção.

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Operação das 8h às 18h Maior fator de

carga térmica para 10h de operação

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Opções:

Fluorescente (17 W/m2_);

fluorescente compacta (23 W/m2_{) e}

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• Mínimo calor emitido: 41.714 W ou 142.334 BTU/h • Opção selecionada: Lâmpada fluorescente, luminária

embutida.

• Segunda melhor opção: 46.855 W ou 159.876 BTU/h • Economia em relação à segunda melhor opção:

% = ≈ 11,0%

Luminária FCR Lâmpada [W/m2_] _{Área [m2]} _Fr _q[W]

Embutida 0,852 Fluorescente 17 2400 1,2 41.714

Pendurada 0,957 Fluorescente 17 2400 1,2 46.855

Embutida 0,852 Fluorescente _compacta 23 2400 1,2 56.436

Pendurada 0,957 Fluorescente _compacta 23 2400 1,2 63.392

Embutida 0,852 Vapor metálico 28 2400 1 57.254

Pendurada 0,957 Vapor metálico ₂₈ ₂₄₀₀ ₁ _64.310

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Exercício 3

• Seja uma sala em uma casa situada em Taubaté, SP. Esta possui

uma janela exposta ao Sol na face Oeste, com área de 12 m2_{, e}

outra na face Norte, com área de 18 m2_{. Todas as janelas são do}

tipo vidro simples laminado (6mm), dotadas de cortina rolô

escura. (a) Estime a energia solar máxima (em BTU/h) que a sala recebe, considerando o espaço de tempo de um ano, e (b)

informe a estação em que isto ocorre (primavera, verão, etc.). Verifique as demais opções da combinação vidro com cortina

(desconsidere o uso de persiana ou de ausência de cortina), e (c) informe qual delas permite a menor entrada de carga térmica, e (d) estime a economia percentual de energia com o uso desta nova alternativa. Utilize como referência o texto “STM Carga Térmica – Exemplo v4” disponível no Blog.

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• Para determinar a insolação em um determinado horário (verão, 16h por exemplo), multiplica-se a área da janela Norte (18 m2_{) pela radiação solar}

na face Norte (50 W/m2_{), e também multiplica-se a área da janela Oeste}

(12 m2_{) pela radiação solar na face Oeste (704 W/m}2_{). Os resultados}

destes produtos devem então ser somados, fornecendo a insolação total sobre o recinto, naquele horário (neste caso: 9.348 W).

• Este procedimento deve ser repetido para cada estação (verão, inverno, etc.), para os horários que apresentam maiores valores de radiação solar. Após isto, o maior valor encontrado indica a estação responsável pela maior insolação do recinto.

• A estação de inverno, no horário de 14h, apresenta o maior valor de área x radiação solar: 16.014 W.

• Resposta item b) Inverno.

06h 07h 08h 09h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h S 114 208 195 151 106 74 63 74 106 151 195 208 114 SE 255 560 615 549 410 244 63 68 63 58 50 40 20 L 276 608 704 659 511 311 63 68 63 58 50 40 20 NE 121 323 410 417 349 235 65 68 63 58 50 40 20 18 m2 N 20 40 50 58 63 68 66 68 63 58 50 40 20 NO 20 40 50 58 63 68 65 235 349 417 410 323 121 12 m2 O 20 40 50 58 63 68 63 311 511 659 704 608 276 SO 20 40 50 58 63 68 63 244 410 549 615 560 255 H 81 317 575 811 990 1108 1138 1108 990 811 575 317 81 Verão

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• Vidro simples laminado 6 mm + cortina escura: FGCI = 0,59

= × × = 16.014 × 0,59 = 9.448

• Convertendo para unidades inglesas: 32.239 BTU/h

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• As opções vidro + cortina com os menores valores de FGCI são as que proporcionariam menor carga térmica por insolação ao recinto. O menor valor de FGCI é 0,25, de modo que qualquer das opções com este valor de FGCI pode satisfazer ao item c do exercício.

• Resposta item c)

1. Vidro simples, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro 2. Vidro simples, esp. 6 a 12 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro 3. Folha dupla, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro 4. Folha dupla, esp. 6 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro

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• Opção com FGCI = 0,25:

= × × = 16.014 × 0,25 = 4.004

• Convertendo para unidades inglesas: 13.661 BTU/h

% = 9448 − 4004

9448 = 57,6%

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• Respostas exercício 3 • a) 32.239 BTU/h

• b) Inverno

• c) Qualquer das seguintes opções: Vidro simples, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro; Vidro simples, esp. 6 a 12 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro; Folha dupla, esp. 3 mm, tipo comum, cortina "rolô", tom claro; Folha dupla, esp. 6 mm, laminado, cortina "rolô", tom claro.

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Exercício 4

• Seja uma parede externa voltada para a face Oeste, sujeita a um vento de 24 km/h. A parede, de espessura de 200 mm e pintada em cor clara, é feita de tijolos furados de concreto de 20 cm, com acabamento em argamassa (reboco) tanto

internamente como externamente. A temperatura externa é de 36o_{C, e deseja-se condicionar o recinto para uma}

temperatura de 25o_{C. Pede-se: (a) Determine os coeficientes}

globais de transferência de calor (U), em W/m2o_{C. (b) Estime a}

carga térmica máxima relacionada com esta parede, em W/m2_{. (c) Estime a carga térmica máxima relacionada com}

esta parede, em W/m2_{, caso esta fosse uma parede interna.}

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• Resolução

• Levantar os dados junto à tabela 3, em “STM Carga Térmica – Exemplo v4”:

1. Condutância superficial de paredes (película) para ar a 24 km/h, h = 34 W/m2o_C;

2. Condutância superficial de paredes (película) para ar parado, h = 8,28 W/m2o_C;

3. Coeficiente de transmissão de calor de reboco em argamassa de 20 mm, C = 2,78 W/m2o_C;

4. Coeficiente de transmissão de calor para tijolo de concreto furado de 20 cm, k = 0,13 W/mo_C.

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• Estimativa do coeficiente global de transferência de calor (U) para a parede externa:

= 1 ℎ + 1 + + 1 + 1 ℎ = 1 34 + 1 2,78 + 0,20 0,13 + 1 2,78 + 1 8,28 = 2,40807071 ℃/ = 1 = 0,415270198 / ℃ Película de ar externo Argamassa Espessura do tijolo Tijolo Película de ar interno

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• Estimativa do coeficiente global de transferência de calor (U) para a parede interna:

= 1 ℎ + 1 + + 1 + 1 ℎ = 1 8,28 + 1 2,78 + 0,20 0,13 + 1 2,78 + 1 8,28 = 2,499432 ℃/ = 1 = 0,400091 / ℃ Película de ar interno Argamassa Espessura do tijolo Tijolo Película de ar interno

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• Diferencial de temperatura real DT_real (parede externa):

= − = 36 − 25 = 11℃

• DT tabelado para parede externa (tabela 5): 9,4C • DT corrigido para parede externa: 11C

• Acréscimo devido a cor da parede e disposição em relação ao Sol (tabela 6): 5,5C

• DT final para parede externa: 16,5C

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• DT tabelado para parede interna (tabela 5): 5,5C • DT corrigido para parede interna:

= + ∆ = 5,5 + 1,6 = 7,1℃

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• Carga térmica da parede externa, em função da área:

= × × ⇒ = ×

= × = 0,415270198 × 16,5 = 6,852 /

• Carga térmica da parede interna, em função da área: