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A carga térmica é a quantidade de calor que deve ser removida ou adicionada a um ambiente para manter uma temperatura desejada, compensando os efeitos do calor gerado por fontes internas e externas. Todavia, ela é fundamental para dimensionar sistemas de climatização, como ar-condicionado, garantindo que o ambiente permaneça confortável e eficiente.
Fontes de Carga Térmica
1. Fontes Internas:
- Pessoas: O corpo humano emite calor (metabolismo).
- Equipamentos Elétricos: Computadores, lâmpadas, fornos, etc., que geram calor ao funcionar.
- Iluminação: As lâmpadas liberam calor durante o funcionamento.
- Processos Internos: Máquinas, fornos ou processos industriais que liberam calor.
2. Fontes Externas:
- Radiação Solar: O calor gerado pela luz do sol que incide sobre as paredes, telhados, janelas e superfícies externas do edifício.
- Temperatura Externa: A diferença de temperatura entre o ambiente interno e externo, que provoca trocas de calor através de paredes, janelas, portas e outros elementos da construção.
- Ventos e infiltrações de ar: Trocas de calor através da ventilação natural ou infiltrações de ar não controladas.
Como Calcular a Carga Térmica
A princípio, o cálculo da carga térmica envolve a soma do calor proveniente de todas as fontes internas e externas. Porém, existem várias abordagens para o cálculo, sendo que as mais utilizadas são os métodos manuais e os softwares especializados como o HAP (Hourly Analysis Program).
Assim, um dos métodos mais comuns é o seguinte:
1. Carga Sensível (Q_s):
Refere-se ao calor necessário para mudar a temperatura do ambiente, sem alterar a umidade.
Onde:
- U = Coeficiente de transmissão térmica (W/m²·K) da parede ou janela.
- A = Área da superfície (m²).
- ΔT = Diferença de temperatura entre o ambiente interno e externo.
2. Carga Latente (Q_l):
Está associada à quantidade de umidade no ar, ou seja, ao calor necessário para remover a umidade do ar.
Onde:
- m = Vazão de ar (kg/s).
- Δw = Diferença de umidade absoluta entre o ar externo e o interno (kg de vapor d’água/kg de ar seco).
- h = Calor latente de vaporização (kJ/kg).
Exemplo de Cálculo
Vamos calcular uma carga térmica sensível simplificada para um ambiente com uma janela exposta ao sol.
Dados
- Área da janela (A): 5 m².
- Coeficiente de transmissão térmica (U): 5 W/m²·K.
- Temperatura externa (T_ext): 35°C.
- Temperatura interna desejada (T_int): 24°C.
Cálculo:
- Determinamos a diferença de temperatura:
2 Calculamos a carga sensível para a janela:
Como resultado, isso significa que, apenas para compensar a entrada de calor pela janela, seriam necessários 275 W de capacidade de refrigeração.
2. Carga térmica de pessoas
Situação: Um escritório com 10 pessoas, onde cada pessoa libera cerca de 100 W de calor sensível, ou seja:
- Número de pessoas: 10.
- Calor liberado por pessoa: 100 W.
Cálculo:
- Carga sensível das pessoas: Qs=10⋅100 W=1000 W
Portanto, 1000 W (ou 1 kW) de capacidade de refrigeração são necessários para compensar o calor liberado pelas pessoas.
3. Carga térmica de equipamentos
Situação: Uma sala com três computadores e dois monitores. Cada computador gera 300 W de calor e cada monitor, 100 W, ou seja:
- Número de computadores: 3.
- Número de monitores: 2.
- Calor gerado por cada computador: 300 W.
- Calor gerado por cada monitor: 100 W.
Cálculo:
- Carga sensível dos computadores:Qs=3⋅300 W=900 W
- Carga sensível dos monitores:Qs=2⋅100 W=200 W
- Carga total dos equipamentos:Qs=900 W+200 W=1100 W
Portanto, 1100 W (ou 1,1 kW) de capacidade de refrigeração são necessários para compensar o calor liberado pelos computadores e monitores.
4. Carga térmica de iluminação
Situação: Um ambiente com 15 lâmpadas de 60 W, ou seja:
- Número de lâmpadas: 15.
- Potência de cada lâmpada: 60 W.
Cálculo:
- Carga sensível das lâmpadas: Qs=15⋅60 W=900 W
Portanto, 900 W de capacidade de refrigeração são necessários para compensar o calor liberado pela iluminação.
Nesse sentido, esses exemplos ilustram como o cálculo da carga térmica leva em consideração diversas fontes de calor. Assim, a soma desses valores fornece a carga térmica total, que é a base para dimensionar o sistema de climatização adequado para um ambiente.
Considerações
Contudo, em um projeto real, seria necessário somar todas as cargas internas e externas, além de considerar o calor latente e outras variáveis, como infiltração de ar e o efeito de isolamento térmico das paredes.
Aliás, cuidado com cálculo usando taxas comumente utlizadas por leigos, do tipo: cada 20m2 = 1 TR ou ainda, 1 m2 = 600 BTU/h, que no fundo é a mesma coisa. Claro se você tem experiência no ramo, pode utilizar tranquilamente, agora, se você está iniciando, recomendo cautela. Então, a resposta à pergunta “Como calcular a carga térmica de um ambiente” já está bem mais clara.
Por outro lado, use uma planilha de cálculo que já contenha as fórmulas de calculo de todas as fontes, eu recomendo esta, só CLICAR!
Eng. João Agnaldo Ferreira(Consultor e Ministrante de Cursos de sistemas VRV)
