Análise de capacidade térmica em sistemas de climatização
O cálculo da capacidade térmica permite verificar se um sistema de climatização está entregando o desempenho nominal especificado pelo fabricante.
O método baseia-se na variação de entalpia do ar associada à vazão mássica no evaporador, sendo aplicável a sistemas split, self-contained e fan coils, tanto de expansão direta quanto de água gelada.
A equação fundamental é:
Capacidade térmica (kW) = ṁ × Δh
Onde:
- ṁ = vazão mássica de ar (kg/s)
- Δh = variação de entalpia (kJ/kg)
1 – Cálculo da Capacidade Térmica
A – Determinação da Vazão Mássica de Ar (ṁ)
A vazão mássica é obtida a partir da vazão volumétrica e da densidade do ar.
A.1 – Vazão volumétrica
A vazão volumétrica é calculada por:
Q = V × A
Onde:
- Q = vazão volumétrica (m³/s)
- V = velocidade média do ar (m/s)
- A = área útil da face da serpentina (m²)
Procedimento:
- Medir largura e altura úteis da serpentina.
- Calcular a área (m²).
- Medir a velocidade média com anemômetro digital, distribuindo as medições em múltiplos pontos.
- Calcular Q em m³/s.
- Converter para m³/h quando necessário (multiplicar por 3600).
Em equipamentos de maior porte pode-se utilizar balômetro ou instrumentos digitais com cálculo automático.
A.2 – Determinação da densidade do ar (ρ)
A densidade do ar é determinada a partir das condições psicrométricas na saída do evaporador.
Podem ser utilizados:
- Termohigrômetro digital
- Psicrômetro eletrônico
- Instrumentos multiparâmetro
- Software ou aplicativo psicrométrico
Caso seja utilizada carta psicrométrica, devem ser informados:
- Temperatura de bulbo seco
- Temperatura de bulbo úmido ou umidade relativa
A.3 – Cálculo da vazão mássica
A vazão mássica é dada por:
ṁ = Q × ρ
Onde:
- ṁ = vazão mássica (kg/s)
- Q = vazão volumétrica (m³/s)
- ρ = densidade do ar (kg/m³)
B – Determinação da Variação de Entalpia (Δh)
Medem-se as condições psicrométricas do ar:
- Na entrada do evaporador
- Na saída do evaporador
Obtêm-se os valores de entalpia em kJ/kg.
A variação é calculada por:
Δh = h entrada − h saída
Instrumentos digitais modernos podem fornecer diretamente os valores de entalpia e a variação.
1.1 – Exemplo de Aplicação em Sistema Nominal de 15 TR
Dados medidos em campo
- Vazão de ar no evaporador: 8200 m³/h
- Temperatura de bulbo úmido na entrada: 20 °C
- Temperatura de bulbo úmido na saída: 11,7 °C
- Temperatura de bulbo seco na saída: 12,5 °C
1.1.1 – Determinação da densidade
A partir das condições psicrométricas obtém-se:
ρ = 0,896 kg/m³
1.1.2 – Vazão mássica
8200 m³/h × 0,896 kg/m³ = 7347,2 kg/h
Convertendo para kg/s:
7347,2 ÷ 3600 = 2,04 kg/s
1.1.3 – Variação de entalpia
Valores obtidos:
h entrada = 14,3 kcal/kg
h saída = 8,3 kcal/kg
Δh = 6 kcal/kg
Convertendo para o Sistema Internacional:
1 kcal = 4,186 kJ
Δh = 25,12 kJ/kg
1.1.4 – Capacidade térmica
Capacidade = 2,04 kg/s × 25,12 kJ/kg
Capacidade ≈ 51,24 kW
Conversão para TR:
1 TR = 3,517 kW
51,24 ÷ 3,517 = 14,57 TR
O sistema nominal de 15 TR apresenta capacidade real de aproximadamente 14,6 TR.
2 – Cálculo da Vazão de Ar
Aplicável a sistemas split, self-contained e fan coil.
2.1 – Procedimento
2.1.1 – Medição da área da serpentina
Largura = 1,2 m
Altura = 0,7 m
Área = 1,2 × 0,7 = 0,84 m²
2.1.2 – Medição da velocidade média
Velocidade média medida: 2,65 m/s
2.1.3 – Cálculo da vazão volumétrica
Q = 2,65 × 0,84
Q = 2,23 m³/s
2.1.4 – Conversão para m³/h
2,23 × 3600 = 8028 m³/h
Considerações Técnicas
O método de cálculo por variação de entalpia permanece tecnicamente válido e é amplamente utilizado em:
- Comissionamento
- Retrocomissionamento
- Diagnóstico de desempenho
- Auditorias energéticas
- Avaliação de eficiência operacional
A precisão do resultado depende da qualidade das medições de vazão e das condições psicrométricas.
Para análise completa recomenda-se associar a verificação da capacidade térmica à medição de consumo elétrico e à avaliação de indicadores de eficiência, como COP ou EER.
Autor original
José de Castro Silva — Técnico em Refrigeração e Ar Condicionado; Engenheiro de Produção Mecânica; Mestre em Engenharia Mecânica; Professor universitário na área de Sistemas Térmicos.
Atualização técnica e adequação editorial (2026)
