Conforto termico

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TRANSFERÊNCIA 
DE CALOR 
AULA 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Marcos Baroncini Proença 
 
 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Tratamos até o momento das transferências de calor por condução, por 
convecção e por radiação. Também tratamos de uma aplicação envolvendo a 
análise da troca térmica por condução e convecção juntas. No entanto, há 
também uma aplicação envolvendo as três formas de transferência de calor, que 
é de suma importância para a Engenharia de Produção. É a determinação da 
carga térmica no ambiente de trabalho, a qual resulta na análise do conforto 
térmico, um dos fatores que mais influenciam a produtividade. 
 
Figura 1 – Carga térmica 
 
Fonte: Shutterstock 
 
Trataremos então nesta aula da determinação da carga térmica em 
ambientes de trabalho, bem como passaremos uma noção de conforto térmico. 
 
Figura 2 – Carga térmica em domicílios 
 
Fonte: Shutterstock 
 
 
3 
 
TEMA 1 – NOÇÕES SOBRE CONFORTO TÉRMICO 
O conforto térmico é um conceito subjetivo, determinado pelas condições 
de temperatura e umidade que proporcionam bem-estar aos seres humanos. 
Essa noção pode ser estendida, em ambientas de produção industrial, para os 
equipamentos e as instalações. Porém, o foco da noção de conforto térmico em 
termos de produção industrial é a resultante de temperatura e umidade que 
levarão às melhores condições de produtividade por parte dos funcionários. 
 
Figura 3 – Conforto térmico 
 
Fonte: <http://w3.ualg.pt/~econcei/Human%20Thermal%20Comfort.htm> 
 
Em termos básicos, o conforto térmico trata da sensação de calor ou frio 
que sentimos. Essa sensação se deve a alguns fatores do ambiente de trabalho, 
como umidade relativa do ambiente, temperatura e movimento do ar, e 
temperatura superficial da pessoa. 
A nossa temperatura superficial é função direta de como perdemos ou 
ganhamos calor por condução, convecção (evaporação) e radiação. Essa troca 
de calor é função de fatores fisiológicos como idade, atividade sendo exercida e 
saúde da pessoa. Interfere nesse processo de troca térmica a vestimenta que 
está sendo usada, atuando como um isolamento térmico. 
 
 
 
 
4 
 
Figura 4 – Troca de calor pelo corpo humano 
 
Fonte: Shutterstock.com 
Embora cada um de nós tenha suas próprias percepções de conforto 
térmico, valores médios foram estabelecidos estatisticamente, sempre tendo 
como meta atingir satisfação de no mínimo 80% dos funcionários do local de 
trabalho. Normas técnicas foram estabelecidas em função desses valores 
médios. As principais normas são da American Society of Heating, Refrigerating 
and Air-Conditioning Engineers Standard 55 (ASHRAE) e a Associação 
Brasileira de Normas Técnicas NBR6401 (ABNT). 
 
Figura 5 – Gráfico de conforto térmico 
 
Fonte: ASHRAE Standard 55 
A ASHRAE 55 apresenta graficamente uma região de conforto térmico em 
função da temperatura e da umidade do ambiente de trabalho. 
A ABNT NBR6401 estabelece em quadros as temperaturas e umidades 
recomendadas para verão e inverno. 
 
 
 
5 
Tabela 1 – Condições internas de conforto térmico para verão 
 
 
Fonte: NBR 6401 
Tabela 2 – Condições internas de conforto térmico para inverno 
 
Fonte: NBR 6401 
O conceito de conforto térmico bem como as determinações das vazões 
de ventilação e sistemas de refrigeração necessários para manter as condições 
de conforto térmico serão vistos com maior profundidade na disciplina Sistemas 
Térmicos e de Geração de Energia. 
É importante salientar que muitas vezes a melhor determinação da 
combinação temperatura e umidade deve ser auferida na instalação, pois, 
embora a instalação esteja dentro das normas, pode ser uma causa para 
 
 
6 
afastamentos de funcionários e problemas de produtividade por estar gerando 
desconforto térmico. 
Temperaturas entre 21°C e 24°C, para uma umidade máxima de 65%, são 
os parâmetros mais comumente usados em empresas e indústrias para manter 
os funcionários termicamente confortáveis. 
 
TEMA 2 – CARGA TÉRMICA TOTAL 
Carga térmica total é a quantidade de calor total que deve ser retirada do 
ambiente de trabalho para que se atinja o conforto térmico. Outra forma de 
analisar é como a carga térmica total do ambiente de trabalho deve ser anulada 
parcial ou totalmente, visando que se atinjam as condições de conforto térmico. 
 
Figura 6 – Carga térmica em um escritório 
 
Fonte: Shutterstock 
 
Assim, para que seja selecionado o melhor sistema de ventilação ou de 
condicionamento do ambiente de produção, primeiro deve ser determinada essa 
carga térmica total a que os funcionários estão sujeitos. 
A carga térmica total pode ser determinada pela seguinte expressão: 
qT = qc + qI + qIL + qE + qP + qInf + qV (1) 
 
Em que: 
 qT = carga térmica total, ou quantidade de calor total (BTU/h ou W) 
 
 
 
7 
Cabe aí salientar que: 
 1 W = 3,412 BTU/h 
 qC = calor por condução e convecção(W) 
 qI= calor por insolação (W) 
 qIL = calor por iluminação (W) 
 qP = calor por pessoas (W) 
 qE = calor por equipamentos (W) 
 qInf = calor por infiltração (W) 
 qV = calor por ventilação (W) 
Trataremos separadamente de cada uma dessas cargas na sequência. 
 
TEMA 3 – CARGA TÉRMICA POR CONDUÇÃO E CONVECÇÃO 
A carga térmica por condução e convecção analisa a quantidade de calor 
imposta a um ambiente de trabalho levando em consideração o coeficiente global 
de troca térmica. Para ambientes internos de trabalho, normalmente esse 
coeficiente global é obtido pela sua expressão para paredes planas. Caso haja 
tubulação passando pelo ambiente na qual circule vapor ou um fluido frio, deve 
também ser incorporada a expressão do coeficiente global para tubulações. 
 
Vídeo 
Assista ao vídeo <https://www.youtube.com/watch?v=jw_AdGX2yOA> para visualizar a carga 
térmica em unidades industriais. 
 
Assim, conforme visto no Tema 2 da Aula 4, a expressão que usaremos 
para determinar a carga térmica será: 
TUAq
C

= UA(T∞4 - T∞1) (2) 
Para paredes planas, conforme visto no Tema 2 da Aula 4, o coeficiente 
global será determinado por: 
 (3) 
Com relação ao coeficiente de transferência de calor por convecção (h), 
embora já tenhamos visto como determiná-lo na Aula 3, tanto para convecção 
natural quanto para convecção forçada, poderemos adotar aqui uma tabela de 
variação em função da velocidade de circulação do ar, que nos permite 
determinar mais facilmente esse coeficiente, com uma margem aceitável de 
 
 
8 
precisão. Para valores intermediários das velocidades tabeladas, usamos 
interpolação para a obtenção dos coeficientes relativos a elas. Para valores 
maiores que o valor máximo da tabela, usamos extrapolação. 
Velocidade do ar (km/h) h(BTU/h.ft2) h(W/m2) 
0 1,46 – 1,63 0,428 – 0,478 
12 4 1,172 
24 6 1,758 
 
Os coeficientes de transferência de calor por condução são obtidos das 
tabelas do Anexo 4 da Aula 2. 
 Com relação à insolação, devemos acrescentar um valor (∆t) à diferença 
de temperatura entre o meio interno e o meio externo do ambiente de trabalho 
(∆T), em virtude do telhado e das paredes. Esse acréscimo ocorre devido à 
função da cor e da posição do telhado e das paredes, na maior parte do dia, com 
relação ao sol. A tabela a seguir fornece esses valores de acréscimo da 
temperatura. 
Tipo de 
superfícieValor de acréscimo de temperatura (°C) 
Cor escura Cor intermediária Cor clara 
Telhado 25 17 8 
Parede E e O 17 11 5,5 
Parede N 8 5,5 3 
 
TEMA 4 – CARGA TÉRMICA DA INSOLAÇÃO E CARGA TÉRMICA POR ILUMINAÇÃO 
 A carga térmica da insolação é a quantidade de calor por insolação que 
penetra em um ambiente, resultante de inter-relação de três fatores: 
 Energia refletida (qR) 
 Energia absorvida (qA) 
 Energia passante (qP) 
 
 
 Energia refletida é a parte da insolação que o vidro não permite que passe 
através dele, sendo, portanto, refletida. Energia absorvida é a parte da insolação 
que o vidro absorve e que, por consequência, não atinge o ambiente. A energia 
passante é aquela que efetivamente atinge o ambiente, levando ao seu 
aquecimento. 
 
 
9 
A expressão para o cálculo da carga térmica da insolação é: 
qI = K.A (4) 
Em que K é o coeficiente de transmissão de calor solar através de vidros 
(BTU/h ft2 ou W/m2), que depende da posição relativa da janela com relação ao 
sol na maior parte do dia, sendo determinado para os meses do ano, e A sendo 
a área total ocupada pelas janelas. Há uma tabela com valores de insolação no 
Anexo 1. 
Como mencionado por Proença (2015), “Se houver algum tipo de 
proteção contra a radiação nas janelas, devemos multiplicar os resultados 
obtidos pelos seguintes fatores da tabela abaixo”. 
 
Tabela 4 – Fatores de redução da insolação por janelas, em função do tipo 
de proteção 
 
Fonte: Creder, 2004. 
A carga térmica da iluminação nada mais é que somatória da potência 
dissipada pelo conjunto de luminárias que compõem a iluminação artificial do 
ambiente de trabalho. 
Figura 7 – Definição de luz 
 
Portanto, essa carga térmica é calculada pela expressão: 
qIL = ∑ P (5) 
Em que: P = potência dissipada pela luminária (W) 
 
Tipo de proteção Fator 
Toldos ou persianas externos 0,15-0,20 
Persianas internas ou películas refletoras 0,5-0,66 
Cortinas internas brancas 0,25-0,61 
 
 
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A NBR 6401 apresenta a potência dissipada por metro quadrado de área 
coberta pelas luminárias, em função da quantidade de lux (relação entre o fluxo 
luminoso que incide na direção perpendicular a uma superfície e sua área) que 
proporciona. Para obter o valor da potência dissipada, deverá conhecer a 
necessidade de iluminação do local e o tipo de luminárias que será usado. 
O Anexo 2 apresenta essa tabela. 
 
TEMA 5 – CARGA TÉRMICA POR EQUIPAMENTOS E POR PESSOAS 
A carga térmica por equipamentos é obtida pela somatória do calor 
dissipado por computadores, motores e ventiladores: 
qE = qCOMP + qMOT +qVENT (6) 
No caso dos computadores, o calor dissipado é a somatória do calor 
dissipado em cada computador: 
 (7) 
Tomando como base um PC de configuração padrão, podemos dizer que 
ele consome uma potência aproximada de 460W. Considerando que 15% dessa 
potência é dissipada na forma de calor, podemos então estimar que cada 
computador dissipa na forma de calor aproximadamente 69W. 
 
 
 
 
11 
Figura 8 – Placa motor elétrico 
 
Para motores, o calor dissipado é obtido pela expressão: 
.2,490





 P
η
P
=qMOT
 (7) 
 Sendo q o calor dissipado em BTU/h; P a potência do motor em HP e η o 
rendimento do motor. Tanto a potência quanto o rendimento do motor são 
obtidos das placas presentes nas carcaças deles. 
No caso de a potência do motor ser usada em CV, o calor dissipado será 
em W e a expressão será: 
.733





 P
η
P
=qMOT
 (8) 
A carga térmica dissipada por ventiladores é obtida pelas expressões: 
.2,490
η
P
=qVENT
 (9) 
 
.733
η
P
=qVENT
 (10) 
 
 
 
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Usamos aqui as mesmas observações que foram feitas para os motores. 
 
Figura 9 – Placa de um ventilador 
 
 
Quando não constar na placa o rendimento quer seja do motor quer seja 
do ventilador, a tabela a seguir pode ser usada com um bom grau de precisão. 
 
Tabela 5 – Rendimento em função da potência do motor 
Potência (HP) Rendimento Aproximado (%) 
Até ¼ 60 
½ a 1 70 
1,5 a 5 80 
7,5 a 20 85 
Maior que 20 88 
Fonte: Creder, 2004. 
 
A carga térmica por pessoas é obtida pela soma das cargas térmicas 
devidas a cada indivíduo, em função principalmente da atividade exercida. 
A NBR 6401 apresenta a carga térmica liberada por pessoas em kcal/h. 
Para transformar kcal/h para W usar a relação: 1 kcal/h = 1,163W 
O Anexo 3 apresenta essa tabela. 
 
 
13 
 
TEMA 6 – CARGA TÉRMICA POR INFILTRAÇÃO E POR VENTILAÇÃO 
A carga térmica por infiltração de ar e por ventilação de ar são 
determinadas usando a mesma metodologia. Cabe, então, definir a diferença 
entre a infiltração e a ventilação e como obter os dados para calcular a carga 
térmica devida a cada uma delas. 
Infiltração de ar se refere à vazão de ar que entra no ambiente de trabalho 
por frestas em janelas e portas ou por portas abertas. Ventilação, por sua vez, 
refere-se à entrada de ar forçada necessária às pessoas dentro de um ambiente 
e que é medida em metros cúbicos por pessoa, por exemplo. 
Tabelas com valores usados para vazão de infiltração e ventilação estão 
presentes na NBR6401. O Anexo 4 apresenta essas tabelas. 
A carga térmica devido tanto à infiltração quanto à ventilação é dada pela 
somatória da carga fornecida pelo calor sensível com a carga fornecida pelo 
calor latente. 
A expressão para determinação do calor específico é: 
qS = Q.0,29.(Te-Ti) 
Em que Q é a vazão de ar em m3/h que por infiltração é fornecida para 
janelas e portas, sendo para ventilação fornecida pela quantidade de ar em m3 
necessária em função do tipo de ambiente e das pessoas; Te é a temperatura 
do ambiente externo e Ti é a temperatura de conforto térmico para o ambiente 
de trabalho. 
A expressão para determinação do calor latente é: 
qL = 583.C 
Sendo C a capacidade calorífica (J/molK) dada por: 
C = (UE2-UE1). ρ. Q 
Em que UE2 é a umidade específica do ar interno em kg/kg; UE1 é a 
umidade do ar de entrada em kg/kg, e ρ é a massa específica do ar em kg/m3. 
A vazão Q é obtida pelas tabelas fornecidas no Anexo 4. 
Os valores de massa específica ρ são fornecidos por tabelas do Anexo 4 
da Aula 2. 
Os valores de umidade específica são obtidos por cartas psicométricas. 
O Anexo 5 apresenta cartas psicométricas e como levantar dados delas. 
 
 
 
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NA PRÁTICA 
1. Determinar a carga térmica por insolação em um ambiente de trabalho, no 
período de janeiro a março, sabendo que possui 50 m2 de área de janelas. 
Determinar com e sem película de insulfilm, sabendo que o ambiente ao longo 
do dia varia de NE para N para NO, com relação ao Sol. 
 
Resolução: 
Sabemos que a expressão é qI = K.A 
K é determinado pela média aritmética dos valores encontrados no Anexo 1: 
W/m2 
 
 
Assim: 
Como A = 50 m2 
Teremos: 
qI = K.A 
qI = 312,5.50 = 15625 W = 15,625 kW 
 
Cálculo com insulfilm: Considerando insulfilm como superfície refletora, 
temos o fator entre 0,50 e 0,66 para multiplicar com o resultado: qI = 15625.0,58 
= 9062,5 = 9,062kW 
Obs.: Repare como o insulfilm reduziu o calor por irradiação. 
 
 
 
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2. Sabendo que um escritório possui iluminação artificial com lâmpadas 
fluorescentes com 20 mesas, tendo em cada mesa 1 computador e um 
funcionário e tendo 4 ventiladores de teto de ½ HP, determinar a carga térmica 
devida à iluminação, ao equipamento e às pessoas. 
 
Resolução: 
Sabemos que a carga térmica pela iluminação é dada por: qIL= ∑ P 
 
Do Anexo 2: 
 
Da tabela, vemos que cada mesa necessitará de 1000 lux, com potência 
dissipada de 40W/m2. 
 Considerando 1,5 m2 por mesa e sabendo que temos 20 mesas, teremos 
então: 
qIL = ∑ P = 40 + 40 + 40 + 40... + 40 = 20.40 = 800W 
O calor dissipado pelos computadores é dado por: 
 = 69 + 69 +...+ 69 = 20.69 = 1380W 
O calor dissipado pelas pessoas é fornecido no Anexo 3: 
 
 
qP = 20.113 = 2260 kcal/h = 2260.1,163 = 2628,4W 
A carga térmica dissipada pelos ventiladores é dada por: 
.733
η
P
=qVENT
 
W=qVENT 6,523.733
7,0
5,0

 
Como são 4 ventiladores: qVENT = 4 . 523,6 = 2094,4W 
O calor total será então: qT = 800 + 1380 + 2628,4 + 2094,4 = 6902,8 W = 
6,903kW 
 
3. Determinar a quantidade de calor devida à infiltração e à ventilação para um 
ambiente de trabalho em um galpão com 50 funcionários e uma porta de 180 
 
 
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x 180 aberta constantemente e com um sistema de ventilação industrial. 
Nesse galpão, deseja-se manter uma temperatura de 24°C para uma umidade 
de 50% e no ambiente externo tem-se uma temperatura média de 30°C e uma 
umidade média de 30%. 
 
Resolução: 
Primeiro temos as expressões de calor sensível e calor latente para infiltração 
e para ventilação. 
qS = Q.0,29.(Te-Ti) 
qL = 583.C 
Em que: C = (UE2-UE1). ρ. Q 
 
Do Anexo 4, teremos os valores de vazão de infiltração e de ventilação: 
 
 
Assim, a vazão de infiltração será de 1350m3/h e a de ventilação será Qv 
= 50.13 = 650 m3/h 
Do Anexo 5, teremos UE1 e UE2 que serão usados para infiltração e 
ventilação. 
Da carta psicométrica UE2 = 0,011kg/kg de ar e UE1 = 0,008kg/kg de ar. 
ρ será obtido do Anexo 4 da Aula 2, para a temperatura média (T = 27 + 
273 = 300K) : ρ = 1,1614 kg/m3 
 
Substituindo nas expressões, teremos: 
Ventilação: qS = 650.0,29.(30-24) = 1131 W 
 
 
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 C = (0,011-0,008). 1,1614. 650 = 2,265 J/molK 
 qL = 583.2,265 = 1320,5 W 
 qTV = 1131+1320,5 = 2451,5W 
Infiltração: qS = 1350.0,29.(30-24) = 2349 W 
 C = (0,011-0,008). 1,1614. 1350 = 4,704 J/molK 
 qL = 583.4,704 = 2742,4 W 
 qTI = 2349+2742,4 = 5091,4W 
Assim, o calor total por ventilação e infiltração será: 
qT = qTV + qTI = 8352,9W = 8,35 kW 
 
SÍNTESE 
Após esta aula, você adquiriu conhecimentos gerais sobre transferência 
de calor envolvendo simultaneamente condução, convecção e radiação. 
Também viu aplicações de expressões matemáticas para determinar a carga 
térmica, bem como noção de conforto térmico. Expanda seus conhecimentos 
lendo os anexos das rotas de aprendizagem, assim como pesquisando sobre o 
assunto em outras leituras. 
 
REFERÊNCIAS 
BIRD, R. B.; STEWART, W. E.; LIGHTFOOT, E. N. Fenômenos de transporte. 
2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 
CREDER, H. Instalações de ar-condicionado. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 
INCROPERA, F. P. et al. Fundamentos da transferência de calor e massa. 6. 
ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 
MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N. Princípios da termodinâmica para 
engenharia. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. 
PROENÇA, M. B. Cálculo de carga térmica. Disponível em: 
<http://documents.tips/documents/calculo-de-carga-termica-
55cac04cabb36.html>. Acesso em: 22 dez. 2016. 
SISSON, L. E.; PITTS, D. R. Fenômenos de transporte. Rio de Janeiro: 
Guanabara Dois, 1996.