UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA: Refrigeração e Ar Condicionado PROFESSOR: Orosimbo

Dimensionamento de um ar condicionado residencial

Aluno: Guilherme Augusto de Oliveira

1. Dados de Projeto3
2. Cálculo da Carga Térmica4
2.1. Determinação das propriedades do ambiente:4
2.1.1. Ambiente Externo4
2.1.2. Temperatura e propriedades dos Ambientes Condicionados4
2.1.3. Temperatura sobre o teto4
2.1.4. Temperatura do piso4
2.1.5. Coeficientes Globais de Transferência de Calor5
2.2. Cálculo do Calor de Condução5
2.3. Cálculo de Calor de Insolação6
2.4. Calor de Pessoas6
2.5. Calor de Iluminação6
2.6. Calor de Infiltração7
2.7. Cálculo da Carga térmica total8
3. Seleção de Equipamentos8
3.1. Análise de climatização por um sistema SPLIT8
3.2. Análise de um ar condicionado comum9

1. Dados de Projeto

Cidade: Uberlândia.

Características do Ambiente: TBS = 33°C, TBU = 23,5°C, UR = 51,6%. Pressão Atmosférica: 92,3535 kPa.

Paredes Externas: tijolos furados meia vez (14 cm) Paredes Internas: tijolos furados meia vez (14 cm) Teto e piso: concreto interno de 10 cm. Iluminação: Uma lâmpada fluorescente de 100 w de potência. Dimensões do quarto: 300 cm de largura, 290 cm de altura e 400 cm de comprimento. Dimensões das portas: 80 cm de largura por 210 cm de altura (2 portas). Dimensões da janela: 120 cm de altura por 120 cm de largura. Outras Informações: Há também na quitinete um computador com uma fonte de 60 W e uma pessoa, que permanece na casa em torno de 9 horas por dia. A quitinete situa-se no terceiro e último andar do edifício.

Figura 1 – Planta baixa da residência

2. Cálculo da Carga Térmica 2.1. Determinação das propriedades do ambiente:

Para a cidade de Uberlândia – MG (776 m de altitude) e pressão atmosférica de 92,35 kPa, tem-se as seguintes propriedades (EES):

TBS = 33°C

2.1.2. Temperatura e propriedades dos Ambientes Condicionados

Para ambientes internos residenciais condicionados, recomendam-se as seguintes características:

TBS = 24 ºC UR = 50%

Com as propriedades acima e através da carta psicrométrica do EES, chega-se às seguintes propriedades:

∆ =5,5 º (baseado em uma diferença de 9,4 ºC entre temperatura externa e do recinto condicionado)

2.1.3. Temperatura sobre o teto

Como a quitinete está no último andar, não há sótão, portanto, ∆ =9,4 º . Como foi mostrado acima, a diferença entre a temperatura de ambiente e a temperatura interna do ambiente condicionado é de 9 ºC.

2.1.4. Temperatura do piso Será desconsiderado o calor de condução pelo piso ( é − ∆ =0).

2.1.5. Coeficientes Globais de Transferência de Calor

Elementos U [Kcal/h. m². ºC]

Paredes Externas: tijolos furados meia vez (14 cm) 2,59 Paredes Internas: tijolos furados meia vez (10 cm) 2,54

Teto e piso: concreto interno de 10 cm 3,17 Janela de vidros simples 5,18

Com os dados obtidos pela carta psicrométrica para o ambiente condicionado e externo, constrói-se a seguinte tabela:

Tabela 1 – Resumo dos dados de projeto do ar condicionado residencial

Ambiente TBS (°C) TBU (°C) UR (%) w(Kg/Kg) ρ(kg/m3

2.2. Cálculo do Calor de Condução Parede Externa

Janela

2.3. Cálculo de Calor de Insolação Parede Clara à Leste:

Fator Solar: 448 Kcal/h.m² Coeficiente de Atenuação: 0,5 (paredes internas e refletoras) Esquadrias metálicas e refletoras: multiplicar por 1,15

2.4. Calor de Pessoas

qsen= 6 kcal/h.pes; qlat= 34 hcal/h.pes

Qpe.total = 100 Kcal/h

2.5. Calor de Iluminação 1 lâmpada fluorescente GE de 100W

Qilu = Potência de Iluminação Instalada X 1,1 (Fluorescente)

2.6. Calor de Infiltração

𝑄𝑖𝑛𝑓.𝑙 = 𝑉𝑖𝑛𝑓.𝜌𝑎𝑟.(𝑊𝑓 – 𝑊𝑖).𝑕𝑙𝑣

Estimativa do volume de ar infiltrado pelo método das frestas Para janela comum, adota-se que o volume infiltrado de ar é:

Para janela comum, tem-se:

Para a porta bem ajustada, tem-se:

2.7. Cálculo da Carga térmica total

Tabela 1 – Cargas Térmicas do quarto

Cargas Térmicas Kcal/h

CTs = Qc + Qins + Qpe.s + Qilu + Qinf.s

3. Seleção de Equipamentos

3.1. Análise de climatização por um sistema SPLIT

Antes de se escolher um equipamento SPLIT para a climatização da residência em questão, serão feitas algumas explicações acerca do uso destes aparelhos. A unidade consiste de um trocador de calor com tubos em espiras na forma de um cilindro. Dentro do trocador existe um ventilador que sopra ar, um compressor resistente às intempéries e um sistema de controle. Esse sistema tem evoluído ao longo dos anos, pois tem baixo custo e também promove a redução do ruído dentro da casa - porém ocorre um aumento do ruído do lado externo. Além do fato de que o lado frio e o lado quente estão separados e a capacidade é maior (em função dos trocadores de calor e compressores serem maiores), não existe diferença entre um sistema do tipo split e um ar condicionado de janela.

nominal

Para a seleção de um aparelho tipo SPLIT, deve-se conhecer a carga térmica total do ambiente. Neste caso, tem-se uma demanda por 7073 BTU/h. Assim, optou-se pela compra de um aparelho Carrier 9k Frio, modelo 42 LUCA009515LC, com uma capacidade de 9000 BTU/h. Desta forma, tem-se com segurança a climatização do ambiente. Outra hipótese levantada é que, como o cálculo da carga térmica foi “levemente” superdimensionado, poderia-se considerar a escolha do aparelho Carrier 7k Q/F , de 7000 BTU/h de capacidade Com isso, poderia-se obter uma redução de consumo de energia, visto que esse aparelho opera a uma potência de 639 W, enquanto o modelo Carrier 9k frio opera a 822 W, cerca de 20% a mais, o que implicaria num maior consumo de energia elétrica.

Pelo portal eletrônico http://www.norterefrigeracao.com.br encontrou-se o modelo de SPLIT escolhido pelo valor de R$ 1.150,97. O modelo 42luqa007515c, de 7000 BTU/h, foi encontrado no portal eletrônico http://www.clcarcondicionado.com.br/carrier_26.html pelo preço de R$ 1080,0.

Figura 2 - Catálogo Carrier para modelos de aparelhos SPLITS

3.2. Análise de um ar condicionado comum

Para a escolha deste ar condicionado, foi feita a consulta no portal http://www.americanas.com.br/ tendo-se o seguinte ar condicionado como selecionado para atender a demanda térmica:

Figura 3 - Condicionador de Ar Janela 7.500 BTUs Frio CCI07D Mecânico - Consul O valor deste aparelho é de R$ 799,0. Algumas especificações técnicas são informadas pelo vendedor:

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS: -Ciclo: frio

-Compressor: rotativo

-Consumo de energia mensal: 15.8 KWH/mês

-Freqüência: 60Hz

-Vazão de ar: 330 m3 /h

-Cor: Branco

Dimensões aproximadas do produto (com painel): 36,8x54,1x54cm (AxLxP) Dimensões aproximadas do produto (parte traseira): 32,2x44,3x44cm (AxLxP) Peso líq. aproximado do produto: 28,5kg Garantia do Fornecedor: 12 meses

Portanto, comparando preço, o ar condicionado comum é mais barato que o SPLIT. Porém, se compararmos em termos de consumo de energia elétrica, e se optarmos pelo SPLIT de 7000 BTU/h, de potência de 639 W, tem-se uma redução de consumo de energia de cerca de 15% frente ao ar condicionado comum, desta forma,o “quesito” potência elétrica consumida deve ser considerado no ato da compra, dependendo do tempo de funcionamento do aparelho. Além disso, o SPLIT é mais silencioso, sendo este um fator que pode ser de grande relevância para se decidir qual modelo adquirir.

4. Anexos As tabelas abaixo foram retiradas do livro “INSTALAÇÕES DE AR CONDICIONADO – HÉLIO CREDER”

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