Antes da instalação de um equipamento para climatização é fundamental realizar um cálculo conhecido como CARGA TÉRMICA.
A Carga térmica de climatização é a quantidade total de calor sensível e latente que deve ser retirada ou adicionada ao ambiente para que se mantenham as condições desejadas de temperatura e umidade relativa.
Para que a estimativa de carga térmica possa ser realizada é preciso, antes de tudo, estabelecer as condições de projeto: localização da instalação, temperatura externa de verão, umidade relativa externa de verão, orientação solar, tipo de ocupação, potência de iluminação, tipo de paredes, tipo de cobertura, taxa de renovação de ar de externo, temperatura interna, umidade relativa interna. A NBR 16.401/2008 normatizou diversos parâmetros de projeto. Para a Grande Florianópolis utilizamos no verão a temperatura de projeto como sendo Temperatura de Bulbo Seco do ar externo de 32°C e umidade relativa do ar externo de 60%.
Para o cálculo de carga térmica consideramos que os ganhos de calor podem ser provenientes de fontes externas ao espaço condicionado e dele próprio.
Como ganhos externos, podemos citar os decorrentes da radiação solar direta e difusa através das janelas; radiação solar através das superfícies opacas (paredes); calor transmitido através do vidro das janelas e das paredes devido à transferência de temperatura entre o ar externo e ar interno; infiltração de ar quente do exterior. Esta infiltração engloba a infiltração ou ar de renovação.
Como ganhos internos, podemos citar os decorrentes da iluminação elétrica; ocupação (calor liberado pelas pessoas que ocupam o ambiente) e dissipação de potência em máquinas e equipamentos (computadores, motores elétricos ou cafeteiras, por exemplo).
Algumas fontes de calor contribuem com carga sensível e latente simultaneamente. As pessoas que ocupam o recinto contribuem com carga sensível devido a maior temperatura da pele em relação ao ar do espaço condicionado (convecção e radiação), e com carga latente devido à transpiração e à respiração. A taxa de ar externo de renovação também deve ser considerada na carga térmica, pois após ser misturada com o ar de retorno acaba passando pela serpentina de resfriamento e desumidificação do equipamento.
É muito comum o cálculo de carga térmica ser realizado por uma proporção de 12.000BTU/h a cada 20 metros quadrados ou ainda 600 BTU/h por metro quadrado. Para fins de aproximação é aceitável esse cálculo. Mas quando uma edificação tem número grande pessoas ou está sujeita à insolação direta ou tem um pé-direito mais alto essa simplificação trará muitos inconvenientes. A seguir vamos apresentar o cálculo de carga térmica por meio de uma planilha com fatores multiplicativos, que para instalações de pequeno e médio porte oferecem maior precisão.
Estime qual a carga térmica de uma loja que tem dimensões de 8m de comprimento na face leste, 4m de largura e pé-direito de 3m. As paredes são leves (15 cm). Considere uma ocupação máxima de 10 pessoas no período da manhã. Há 1.500W em potência de equipamentos instalados e 2.000 W de iluminação fluorescente. A janela tem cortina interna e está na face Leste com medidas de 6m por 2m. A loja fica localizada entre dois andares de um prédio climatizado. Considere uma taxa de renovação de ar de 17 metros cúbicos de ar por hora por pessoa (Resolução 9/2003 da ANVISA prevê essa taxa reduzida quando há grande rotatividade no ambiente, caso contrário deve-se utilizar a taxa de 27 metros cúbicos por hora por pessoa de taxa de ar de renovação). As faces Norte, Sul e Oeste fazem fronteiras com ambientes climatizados. Portanto, as áreas superficiais dessas paredes não entram nos cálculos.
Observe que a área de janela face OESTE é 12 metros quadrados. Já a área da parede mais insolada é a face OESTE, cujas dimensões totais são 8,00 x 3,00 = 24,00 metros quadrados. Mas subtraindo-se a área da janela temos 12 metros quadrados de parede face OESTE.
Observe que não há trocas de calor pelo teto e pelo piso porque estas duas faces estão em contato com ambientes climatizados.
Há diversas planilhas disponíveis na internet e nos sites dos fabricantes de ar condicionado que podem ser utilizadas, principalmente pelos iniciantes. Há também muitos aplicativos que realizam cálculos aproximados. Muitos profissionais também desenvolvem suas próprias planilhas a partir das normas técnicas utilizando dados de temperatura e insolação de sua região.
Planilha simplificada para estimativas preliminares de carga térmica
A maioria das planilhas pode ser utilizada da seguinte forma: Há um FATOR que deve ser multiplicado pela ÁREA de paredes, pelo número de pessoas, pela ÁREA de janelas etc.
Com essas explicações acima você já pode fazer estimativas para pequenos ambientes. Lembre-se que se o equipamento for superdimensionado o cliente pagará um custo inicial (custo do aparelho) e operacional (energia elétrica) também maior.
Observem que no exemplo considerado a área do ambiente é de 32m². Nesse caso fazendo-se a conta simplificada de 600BTU/h para cada metro quadrado teríamos uma carga térmica 19.200BTU/h, muito distante do cálculo mais detalhado que considerou uma janela ao sol com área de 12m² e 10 pessoas no ambiente.
A Catarinense Ar Condicionado utiliza modernos programas de engenharia para realizar o cálculo de forma bem mais precisa, onde é possível avaliar a carga térmica hora a hora ao longo dos dias mais quentes do ano. Com isso podemos selecionar o equipamento mais adequado para cada tipo de aplicação para a satisfação e bem estar de nossos clientes.
Para saber mais:
SPITLER, J. D. Load Calculations Applications Manual. Atlanta: ASHRAE, 2014.
Carga Térmica – material de apoio
