UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO
Curso de Engenharia Mecânica
LUÍS ANDRÉ OLIVEIRA DA SILVA
Dimensionamento de central de ar condicionado para
conforto ambiental em uma igreja
SÃO LUÍS/MA
2019
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Estudo da Carga Térmica em Ambientes Requisitando Refrigeração e Ar Condicionado, Provas de Engenharia Mecânica
Um estudo sobre a carga térmica em ambientes que necessitam de refrigeração e ar condicionado, como empresas, hospitais, casas e grandes departamentos. O texto aborda os estudos de termodinâmica, carga térmica e conforto ambiente, além da transferência de calor e os tipos de carga térmica. O objetivo é dimensionar qualquer aparelho de conforto térmico em um local determinado.
Tipologia: Provas
2022
1 / 85
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO
Curso de Engenharia Mecânica LUÍS ANDRÉ OLIVEIRA DA SILVA
Dimensionamento de central de ar condicionado para
conforto ambiental em uma igreja
SÃO LUÍS/MA
LUÍS ANDRÉ OLIVEIRA DA SILVA
Dimensionamento de central de ar condicionado para
conforto ambiental em uma igreja
Monografia de graduação apresentada ao Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual do Maranhão como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título Bacharel em Engenharia Mecânica. Orientador: Prof. Me. Paulino Cutrim Martins ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA MONOGRAFIA DEFENDIDA PELO ALUNO LUÍS ANDRÉ OLIVEIRA DA SILVA. E ORIENTADA PELO PROF. ME. PAULINO CUTRIM MARTINS. ........................................................................... ASSINATURA DO (A) ORIENTADOR (A) SÃO LUÍS/MA 2019
iii
FOLHA DE APROVAÇÃO
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E PRODUÇÃO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Dimensionamento de central de ar condicionado para
conforto ambiental em uma igreja
Autor: Luís André Oliveira da Silva Orientador: Paulino Cutrim Martins A Banca Examinadora composta pelos membros abaixo aprovou esta Monografia: Prof. Me. Paulino Cutrim Martins, Presidente Universidade Estadual do Maranhão Prof. José Henrique Bezerra Universidade Estadual do Maranhão Prof. Me. Francismar Rodrigues de Sousa Universidade Estadual do Maranhão A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.
São Luís/MA, 28 de junho de 20 19.
v
DEDICATÓRIA
A minha família, por sempre ter dado apoio em todos os momentos que passei durante a graduação. Sem estas pessoas maravilhosas, não estaria firme e forte conquistando meus objetivos.
ix
EPÍGRAFE
“Ele deu sua vida por nós, ele caiu perante a cruz. Para morrer por todos aqueles que nunca lamentaram sua perda. Não foi destinado a nós, sentir a dor novamente. Me diga o porquê, me diga o porquê”. (Iron Maiden - For the Greater Good of God)
xi Resumo A climatização ambiente tem sido, de forma drástica, afetada pelo crescente aumento de temperatura. Espaços onde há uma quantidade significativa de pessoas, requerem um conforto térmico para o bem-estar dos indivíduos. Para que isso ocorra, é imprescindível a presença de aparelhos climatizadores de ar. O presente trabalho teve por finalidade dimensionar um sistema de central de ar-condicionado em uma igreja, ou seja, a realização de um projeto de climatização ambiental para garantir uma quantidade adequada de conforto térmico, a fim de atender a demanda de fieis. Esta proposta de estudo de caso foi avaliada e executada de acordo com as normas regentes do país, visto que, a necessidade de buscar esses dados, além da análise do recinto estudado (descrição da localização, parte estrutural, regulação térmica) nortearam caminhos para o sucesso do projeto. Foram utilizados na metodologia, conteúdos que envolvem basicamente refrigeração e ar condicionado, dos quais auxiliaram no estudo da carga térmica e consequentemente na escolha do equipamento. Palavras-chave: Climatização, dimensionamento, carga térmica.
xv
xvii
xxi Lista de símbolos Δ - delta Φ - fi Ɵ - teta τ - tau
Sumário FOLHA DE APROVAÇÃO........................................................................................................... iii DEDICATÓRIA .............................................................................................................................. v AGRADECIMENTOS .................................................................................................................. vii EPÍGRAFE ..................................................................................................................................... ix Resumo ........................................................................................................................................... xi Abstract ......................................................................................................................................... xiii Lista de Ilustrações ........................................................................................................................ xv Lista de tabelas ............................................................................................................................ xvii Lista de abreviaturas e siglas ........................................................................................................ xix Lista de símbolos .......................................................................................................................... xxi INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 1 1.1 Abordagem inicial ..................................................................................................................... 1 1.2 Objetivos.................................................................................................................................... 2 1.3 Justificativa ................................................................................................................................ 2 REVISÃO DA LITERATURA ....................................................................................................... 4 2.1 Termodinâmica .......................................................................................................................... 4 2.1.1 Conservação de energia .......................................................................................................... 5 2.1.2 Segunda Lei da Termodinâmica ............................................................................................. 6 2.2 Ciclos de Refrigeração............................................................................................................... 8 2.2.1 Ciclo de Refrigeração padrão ................................................................................................. 8 2.2.1.1 Fases de um ciclo ideal de refrigeração ............................................................................... 9 2.2.1.1.1 por evaporação – Evaporador ........................................................................................... 9
- Figura 2.1 – Convenção de sinais para a primeira Lei da Termodinâmica Lista de Ilustrações
- Figura 2.2 – Mecanismo de partida
- Figura 2.3 – Mecanismo de retorno
- Figura 2. 4 – Etapas de um ciclo de refrigeração
- Figura 2. 5 – Condução Térmica
- Figura 2. 6 – Convecção Térmica
- Figura 2. 7 – Irradiação de calor
- Figura 2. 8 – Fatores que afetam a carga térmica
- Figura 3.1 – Localização da igreja São Miguel Arcanjo
- Figura 4.1 – Esboço simples do recinto
- Tabela 3.1 – Aspectos climáticos de São Luís Lista de tabelas
- Tabela 3.2 – Acréscimo ao diferencial de temperatura
- Tabela 4.1 – Determinação de medidas do templo
- Tabela 4.2 – Face central (face S)
- Tabela 4.3 – Face lateral direita e esquerda (face L e face O)
- Tabela 4.4 – Face saída (face N)
- Tabela 4.5 – Diferencial de temperatura usado nos projetos – DT
- Tabela 4.6 – Coeficiente Global de Trans. de calor (U) para materiais de construção
- Tabela 4.7 – Coeficiente globais da transmissão de calor em U em kcal/h.𝑚^2 .°C
- Tabela 4.8 – Taxas típicas de calor liberado por pessoas
- Tabela 4.9 – Taxas típicas de calor liberado por pessoas
- Tabela 4.10 – Taxas típicas de calor liberado por pessoas
- Tabela 4.11 – Soma de todas as cargas de ocupação
- Tabela 4.12 – Componentes da carga de iluminação
- Tabela 4.13 – Taxas típicas de dissipação de calor pela iluminação
- Tabela 4.14 – Equipamentos utilizados no templo
- Tabela 4.15 – frestas localizadas nas janelas
- Tabela 4.16 – frestas localizadas em portas
- Tabela 4.17 – Soma de cargas térmicas do recinto
- Tabela 4.18 – Carga térmica convertida em unidades de refrigeração
- 2.2.1.1.2 por compressão – Compressor
- 2.2.1.1.3 por condensação – Condensador
- 2.2.1.1.4 por expansão – Dispositivo de expansão
- 2.3 Calor
- 2.3.1 Calor Sensível
- 2.3.2 Calor Latente
- 2.3.3 Transferência: Propagação de Calor
- 2.3.3.1 Condução
- 2.3.3.2 Convecção
- 2.3.3.3 Radiação
- 2.4 Carga Térmica
- 2.5 Conforto Térmico
- METODOLOGIA..........................................................................................................................
- 3.1 Detalhamento do problema......................................................................................................
- 3.2 Avaliação do espaço
- 3.3 Cálculo da carga térmica e suas atribuições
- 3.3.1 Cargas externas
- 3.3.1.1 Condução em superfícies
- 3.3.1.2 Insolação em superfícies opacas
- 3.3.2 Cargas internas
- 3.3.2.1 Pessoas – Carga humana
- 3.3.2.2 Iluminação
- 3.3.2.3 Cargas diversas
- 3.3.2.4 Cargas de infiltração
- 3.3.2.5 Cargas de renovação
- 3.4 Seleção dos principais equipamentos
- RESULTADOS E DISCUSSÕES
- 4.1 Considerações iniciais
- 4.1.1 Dimensões do ambiente e suas atribuições...........................................................................
- 4.2 Análise das cargas térmicas
- 4.2.1 Cargas Externas
- 4.2.1.1 Condução por paredes externas, piso e teto
- 4.2.1.2 Condução por janelas e portas
- 4.2.1.3 Carga por insolação em paredes, janelas e portas
- 4.2.2 Cargas Internas
- 4.2.2.1 Pessoas
- 4.2.2.2 Carga térmica de iluminação
- 4.2.2.3 Diversas
- 4.3 Cargas de infiltração
- 4.4 Carga de renovação
- 4.5 Carga térmica total...................................................................................................................
- 4.6 Escolha adequada do equipamento
- 4.7 Discussões dos resultados........................................................................................................
- CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS
- ANEXO A – INFILTRAÇÃO DE AR
- APÊNDICE A – ESBOÇO GERAL DO LOCAL DIMENSIONADO
INTRODUÇÃO
1.1 Abordagem inicial Em condições atuais, com as elevadas temperaturas que se alteraram no decorrer do tempo, indicava uma necessidade de aprimoramento moderno, de equipamentos que exercem o papel de conforto térmico em diversos ambientes. Ares condicionados, climatizadores de ar, ventiladores, entre outros aparelhos, foram inovados para atender um público que está aumentando a cada dia que passa. Em especial o ar condicionado, onde é a fonte de estudo deste trabalho. (CREDER, 2004 ) Para a instalação do aparelho em questão, houve um estudo de dimensionamento do espaço onde seria colocado tal aparelho de refrigeração. Em sequência, foram aplicados os conhecimentos específicos da carga térmica, fator essencial para a escolha do aparelho correto. Empresas, lojas, hospitais, casas e grandes departamentos são ambientes que necessitam de um estudo de refrigeração bem amplo e dimensionamento correto de equipamentos que serão escolhidos e realizar os procedimentos adequados por quem já tem uma boa experiência no assunto, para que não haja prejuízos para ambas as partes (STROBEL, 2013). No trabalho vigente, será destacado um projeto de um dimensionamento de um sistema de refrigeração em uma igreja no município de São Luís, visto que há uma necessidade de tal aplicação, pois devido a região em que se encontra, a temperatura elevada torna-se um incômodo para quem frequenta a mesma. Estudos foram realizados no local, dimensionamentos, cálculo da carga térmica e principal a seleção dos aparelhos tiveram fundamental importância para o pleno funcionamento do sistema do projeto.
Assim a busca incessante pelo conhecimento em refrigeração e ar condicionado tem sua devida importância, pois um dimensionamento correto no sistema refrigerador influenciará eficientemente nos componentes para o trabalho ideal.
REVISÃO DA LITERATURA
Na revisão da literatura é averiguada mais precisamente, aspectos que terão utilidade direta em aplicações e de fundamentais importâncias aplicações no trabalho. Inicialmente serão abordados os estudos de termodinâmica e os tópicos que envolvem refrigeração e ar condicionado, seguidamente dos pontos conceituais sobre o assunto de carga térmica e conforto ambiente. 2.1 Termodinâmica A termodinâmica é, de forma breve, a ciência que estuda as trocas de energia e realização de trabalho e das substâncias que as envolvem, sendo oriundas de um sistema, de um corpo ou máquina para seus compares. A base deste ramo da física é a análise experimental, sendo esta, uma forma acurada para resoluções de dúvidas (SONNTAG, 2003). Para Savi (2010, p.10), a temperatura e o calor não podem em hipótese nenhuma estarem desprezadas na atmosfera termodinâmica. Ainda acrescentam que estes métodos usados ao longo de anos, tornam a termodinâmica uma área excepcional no ramo da físico-química, com experimentos e ferramentas flexíveis aprimoradas. Na termodinâmica são apresentadas 4 leis regentes, lei zero, primeira, segunda e terceira. A lei zero abrange o equilíbrio de temperatura de dois corpos (A e B) a um terceiro corpo (C). Enquanto que a primeira lei aborda a conservação de energia, a segunda lei baseia-se na desordem da entropia no sistema. Na terceira e última lei é mostrada a entropia a um nível zero, ou seja, verificar o comportamento do grau de desordem a condições mínimas. Neste trabalho somente a primeira e a segunda lei da termodinâmica serão explicadas mais à frente. Um exemplo básico da termodinâmica demonstra uma locomotiva a vapor, onde ocorre geração da energia térmica do vapor para produzir trabalho mecânico (energia mecânica) aos