Equações de arrefecimento e equilíbrio térmico do invólucro
A calculadora equilibra as perdas internas do componente, uma margem solar ao ar livre inserida, transferência de calor na parede e fluxo de ar em circuito aberto no estado estacionário.
Qgenerated = Qinternal + QsolarQwall = Ueff × Aeff × (Tambient − Ttarget)Qactive = max(0, Qgenerated + Qwall)qv = Qactive × Fmargin / (0.33 × (Ttarget − Tambient))Tinside = Tambient + Qgenerated / (Ueff × Aeff + 0.33 × qv)Kheat-exchanger = Qactive × Fmargin / (Ttarget − Tambient)em que:
- Qgenerated
- Calor total gerado ou absorvido pelo invólucro[W]
- Qinternal
- Perdas de componentes libertadas como calor no interior do invólucro[W]
- Qsolar
- Margem de calor solar ao ar livre inserido pelo utilizador[W]
- Qwall
- O calor entra através da parede; negativo quando a parede dissipa passivamente o calor[W]
- Ueff
- Coeficiente de transferência de calor global eficaz, incluindo o isolamento inserido[W/m²K]
- Aeff
- Área da superfície exposta do invólucro[m²]
- qv
- Fluxo de ar aberto fornecido[m³/h]
- Fmargin
- Multiplicador da margem de projeto de arrefecimento inserido
- Kheat-exchanger
- Referência necessária para o desempenho do permutador de calor em circuito fechado[W/K]
A ventilação em circuito aberto não pode arrefecer abaixo da temperatura ambiente. As curvas de desempenho do fabricante, a perda de pressão, a classificação do invólucro, a condensação, os pontos quentes e as normas térmicas aplicáveis determinam a seleção final do equipamento.
Como usar a calculadora de arrefecimento do invólucro
Escolha primeiro o resultado pretendido: temperatura interna estimada, caudal de ar necessário ou capacidade de arrefecimento ativa. Introduza as dimensões do invólucro, as superfícies expostas, o material, as perdas térmicas dos componentes e a pior condição ambiente prevista. Nos projetos no exterior, pode ser adicionada uma margem separada para o aquecimento solar.
- Escolha temperatura interior, caudal de ar necessário ou capacidade de arrefecimento.
- Introduza as dimensões do invólucro e selecione as superfícies expostas ao ar ambiente.
- Introduza perdas de componentes como calor, não como carga total ligada.
- Definir o ambiente máximo e a temperatura-alvo interna permitida.
- Escolha o ar condicionado e se é permitido o fluxo de ar em circuito aberto.
- Reveja o equilíbrio de calor, a verificação do método de arrefecimento e cada aviso de seleção.
Método de equilíbrio térmico do invólucro
O modelo em regime permanente soma o calor dos componentes e a contribuição térmica solar introduzida e considera depois a transferência de calor através das superfícies expostas do invólucro. Quando o quadro está mais quente do que o ambiente, as paredes rejeitam calor e reduzem a carga de arrefecimento ativo. Quando o ambiente está mais quente do que o valor alvo, o calor entra através das paredes e aumenta a capacidade de arrefecimento necessária.
| Quantidade | Função de cálculo | Regra de entrada importante |
|---|---|---|
| Calor interno | Disjuntor, contator, acionamento, alimentação de energia, transformador e outras perdas | Utilize dados de perda do fabricante no ponto de operação esperado |
| Transferência de calor de parede | Valor U efetivo × área exposta × diferença de temperatura | Excluir as superfícies obstruídas por uma parede ou por invólucros adjacentes |
| Margem solar | Calor exterior adicional que entra no invólucro | Usar um valor derivado do projeto; não assumir zero ao sol direto |
| Remoção de calor de fluxo de ar | Aproximadamente 0,33 × m³/h × aumento da temperatura | Usar o fluxo de ar após as perdas de filtro e pressão |
| Margem de projeto | Adicionado à capacidade de arrefecimento ou fluxo de ar necessária | Não substitui entradas precisas de perda de calor |
Arrefecimento natural, ventilador, trocador de calor ou ar condicionado
O arrefecimento natural pode ser adequado quando a área de parede exposta pode rejeitar o calor gerado na temperatura interna permitida. Um ventilador de filtro é uma opção de circuito aberto para ar limpo quando o alvo permanece acima do ambiente. Os permutadores de calor de circuito fechado preservam a separação do ar ambiente sujo ou húmido, mas também requerem uma diferença de temperatura positiva. É necessário um ar condicionado do invólucro ou outro sistema de arrefecimento quando o alvo está no ambiente ou abaixo dele.
| Abordagem de arrefecimento | Melhor condição de arranque | Limitação principal |
|---|---|---|
| Convecção natural | Baixa carga térmica e área útil exposta | Temperatura média pode esconder pontos quentes internos |
| Ventilador filtrado | Ambiente limpo e alvo acima do ambiente | Não é possível arrefecer abaixo do ambiente; o fluxo de ar fornecido cai à medida que os filtros carregam |
| Trocador de calor de circuito fechado | Invólucro selado e temperatura pretendida superior à temperatura ambiente | A capacidade é regida por W/K e diferença de temperatura disponível |
| Ar condicionado do invólucro | Alvo no ambiente ou abaixo dele, ou carga térmica elevada | Capacidade de utilização a temperaturas ambiente/internas reais, não nominal apenas |
| Arrefecimento perigosa certificada | Localização dos gases ou poeiras classificados | o grau de proteção por si só não é certificação para áreas classificadas |
Fluxo de ar do ventilador em CFM e metros cúbicos por hora
O resultado corresponde ao caudal de ar efetivamente necessário através do invólucro. O valor de catálogo de um ventilador em ar livre é normalmente superior ao caudal em serviço, porque os filtros, grades, alhetas, condutas, a altitude e a contaminação acrescentam resistência. Utilize a curva pressão-caudal do fabricante e inclua o percurso de escape ao selecionar o conjunto ventilador-filtro.
1 CFM ≈ 1,699 m³/h
A ventilação exige uma temperatura pretendida superior à temperatura ambiente
Selecione a partir da curva de fluxo de pressão, não CFM de ar livre sozinho
Exemplo de arrefecimento do invólucro trabalhado
Considere um invólucro de parede de aço pintado de 800 × 1200 × 300 mm com 250 W de perda interna, ambiente máximo 35°C e um alvo 45°C. A área exposta simplificada é 2,16 m² e a parede pode rejeitar cerca de 118,8 W na diferença de temperatura 10°C. Após uma margem de projeto de 15%, o calor remanescente requer aproximadamente 45,7 m³/h, ou 26,9 CFM, de fluxo de ar fornecido.
- Calor dos componentes internos: 250 W
- Rejeição passiva do calor da parede no alvo: aproximadamente 118,8 W
- Carga líquida antes da margem: aproximadamente 131,2 W
- Fluxo de ar fornecido necessário com 15% de margem: aproximadamente 45,7 m³/h ou 26,9 CFM
Limites de conceção térmica e verificações finais
Esta calculadora estima o comportamento médio do estado estacionário. Não é uma verificação IEC 60890 completa, estudo de fluido-dinâmica computacional, ou substituto para o programa informático de seleção de equipamento de arrefecimento exato. Espaçamento de componentes, circulação interna, pontos quentes, regime transiente, humidade, condensação, altitude, carregamento de filtro, sol direto, acabamento superficial e redução de capacidade de componentes podem governar o projeto real.
- Utilizar o menor limite de temperatura relevante do componente após a redução de capacidade.
- Confirme carga solar exterior, sombra, cor e orientação para a instalação.
- Verificar o risco de condensação quando o arrefecimento ativo pode levar superfícies abaixo do ponto de orvalho.
- Preserve o grau de proteção NEMA ou IP exigido em ventiladores, filtros, drenos, prensa-cabos e portas.
- Verifique a capacidade do refrigerador e os dados elétricos da tabela de desempenho exata do fabricante.
Continuar com: Calculadora de perdas térmicas de componentes de quadrosContinuar com: Conversor de classificação de invólucros NEMA e IPContinuar com: Calculadora de dimensionamento, proteção e quadro para variador de frequência
Pressupostos
- Temperatura média do invólucro em estado estacionário
- Distribuição uniforme do calor interno
- Entrada de fluxo de ar é fornecido fluxo de ar após filtros e resistência do sistema
- Margem solar fornecido pelo utilizador para instalações exteriores
Avisos importantes
- Estimativa de engenharia preliminar apenas. Verifique o projeto final em relação à norma aplicável em vigor, regras locais, dados do fabricante e condições do projeto.
- Esta não é uma verificação térmica IEC 60890 completa ou uma curva de seleção de produtos do fabricante.
- Os pontos quentes, humidade, condensação, altitude, carga de filtro, curto-circuito de fluxo de ar e redução de capacidade de componentes podem governar o projeto final.