Hvac Equations (U.S./Metric) - HVAC

O aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC)equações.

EQUAÇÕES DO AR

Velocidade

UNIDADES DOS EUA

ou para ar padrão (d = 0,075 lb/pés cúbicos)

Para resolver para “d”:

V = Velocidade (fpm)

Vp = Pressão de Velocidade (pol. wg)

d = Densidade (lb/pé cúbico)

P_b = Pressão Estática Absoluta (pol. Hg)
(Pressão barométrica + pressão estática)

T = Temperatura Absoluta. (460° + °F)

UNIDADES MÉTRICAS

ou para ar padrão (d = 1,204 kg/m³)

Para resolver para “d”:

V = Velocidade (m/s)

Vp = Velocidade Pressão (Pascal ou Pa)

d = Densidade (kg/m³)

P_b = Pressão Estática Absoluta (kPa)
(Pressão barométrica + pressão estática)

T = Temperatura Absoluta. (273° + °C = °K)

Fluxo de calor

UNIDADES DOS EUA

Q (sens.) = 60 x C_p xdx cfm x Δt

ou para ar padrão (C_p = 0,24 Btu/lb – °F):

Q (sens.) = 1,08 x cfm x Δt

Q (lat.) = 4750 x cfm x ΔW (lb.)

Q (lat.) = 0,67 x cfm x ΔW (gr.)

Q (total) = 4,5 x cfm x Δh

Q = A x U x Δt

R = 1/U

Q=Fluxo de calor (Btu/h)

C^p = Calor específico (Btu/lb · °F)

d = Densidade (lb/pé cúbico)

At = diferença de temperatura (°F)

AW = Taxa de umidade (lb ou gr H₂O/lb ar seco)

Ah = Diferença de Entalpia. (Btu/lb de ar seco)

A = Área da Superfície (pés quadrados)

U = Coeficiente de transferência de calor (Btu/pé quadrado · h * °F)

R = Soma das resistências térmicas (pés quadrados · h · °F/Btu)

P = Pressão Absoluta (lb/pés quadrados)

V = Volume Total (pés cúbicos)

T = Temperatura Absoluta. (460° + °F = °R)

R = Constante do Gás (ft/°R)

M = Massa (lb)

UNIDADES MÉTRICAS

Q (sens.) = 60 x C_p xdxl/sx Δt

ou para ar padrão (C_p = 1,005 kJ/kg – °C):

Q (sens.) = 1,23 xl/sx Δt

Q (lat.) = 3 xl/sx ΔW (lb.)

Q (total) = 1,2 xl/sx Δh

Q = A x U x Δt

R = 1/U

Q = Fluxo de calor (watts ou kW)

C_p = Calor Específico (kJ/kg – °C)

d = Densidade (kg/m³)

Em = diferença de temperatura (°C)

AW = Humidity Ratio (g H₂O/kg ar seco)

Ah = Diferença de Entalpia. (kJ/kg ar seco)

A = Área da Superfície (m²)

U = Coeficiente de transferência de calor (W/m² . °C)

R = Soma das Resistências Térmicas (m² . °C/W)

P = Pressão Absoluta (kPa)

V = Volume Total (m³)

T = Temperatura Absoluta. (273° + °C = °K)

R = Constante do Gás (kJ/kg °R)

M = Massa (kg)

Pressão Total

UNIDADES DOS EUA

TP = V_p + SP

cfm = A x V

TP = C x V_μ

TP = Pressão Total (pol. wg)
Vp = Pressão de Velocidade (pol. wg)
SP = Pressão Estática (pol. wg)
V = Velocidade (fpm)
V_m = Velocidade medida (fpm)
d = Densidade (lb/pé cúbico)
A = Área da seção transversal do duto (pés quadrados)
C = Coeficiente de Perda de Encaixe do Duto

UNIDADES MÉTRICAS

TP = V_p + SP

l/s = 1000 x A x V

TP = C x V_μ

TP = Pressão Total (Pa)
Vp = Pressão de Velocidade (Pa)
SP = Pressão Estática (Pa)
V = Velocidade (m/s)
V_m = Velocidade medida (m/s)
d = Densidade (kg/m³)
A = Área da seção transversal do duto (m²)
C = Coeficiente de Perda de Encaixe do Duto

EQUAÇÕES DO VENTILADOR

UNIDADES DOS EUA

cfm = Pés cúbicos por minuto

rpm = rotações por minuto

P = Pressão Estática ou Total (pol. wg)

bhp = Potência do freio

d = Densidade (lb/pé cúbico)

UNIDADES MÉTRICAS

I/s = Litros por segundo

m³/s = metros cúbicos por segundo

P = Pressão Estática ou Total (Pa)

kW = Quilowatts

d = Densidade (kg/m³)

EQUAÇÕES DA BOMBA

UNIDADES DOS EUA

gpm = galões por minuto

rpm = rotações por minuto

D = Diâmetro do impulsor

H = Cabeça (ft. wg)

bhp = Potência do freio

EQUIVALENTES HIDRÔNICOS

a. Um galão de água = 8,33 libras
b. Calor específico (Cp) da água = 1,00 Btu/lb °F (@ 68°F)
c. Calor específico (Cp) vapor de água = 0,45 Btu/lb °F (@ 68°F)
d. Um pé de água = 0,433 psi
e. Um pé de mercúrio (Hg) = 5,89 psi
f. Um pé cúbico. de água = 62,4 lb = 7,49 gal.
g. Uma polegada de mercúrio (Hg) = 13,6 pol.wg = 1,13 pés wg
h. Pressão atmosférica = 29,92 pol.Hg = 14,696 psi
eu. Um psi = 2,31 pés wg = 2,04 pol.Hg

UNIDADES MÉTRICAS

I/s = Litros por segundo

m³/s = metros cúbicos por segundo

rad/s = radianos por segundo

D = Diâmetro do impulsor

H = Cabeça (kPa)

BP = Potência de freio

EQUAÇÕES HIDRÔNICAS

UNIDADES DOS EUA

gpm = galões por minuto
Q = Fluxo de calor (Btu/h)
Δt = Diferença de temperatura. (°F)
ΔP = Dif. pressão. (psi)
C_v = Constante da válvula (adimensional)

whp = Potência da água
gpm = galões por minuto
bhp = Potência do freio
H = Cabeça (ft wg)
Sp. Gr. = Gravidade específica (use 1,0 para água)
Ep = Eficiência da bomba

NPSHA = Altura de sucção líquida positiva disponível
P_uma = Atm. imprensa. (use 34 pés wg)
P_s = Pressão na linha central da bomba (ft wg)

V²/2g = Cabeça de velocidade no ponto P_s (ft wg)
P_vp = Pressão absoluta de vapor (pés wg)
g = Aceleração da gravidade (32,2 pés/seg²)
h = Perda de carga (pés)
f = Fator de atrito (adimensional)
L = Comprimento do tubo (pés)
D = Diâmetro interno (pés)
V = Velocidade (pés/seg)

Convertendo a pressão em polegadas de mercúrio em pés de água em várias temperaturas da água

Graus de temperatura da água $F F F$	$60 \circ 60 \circ 60^(@)$	$150 \circ 150 \circ 150^(@)$	$200 \circ 200 \circ 200^(@)$	$250 \circ 250 \circ 250^(@)$	$300 \circ 300 \circ 300^(@)$	$340 \circ 340 \circ 340^(@)$
Pés. diferencial de cabeça por pol. Hg. diferencial	$1.046 1.046 1.046$	$1.07 1.07 1.07$	$1.09 1.09 1.09$	$1.11 1.11 1.11$	$1.15 1.15 1.15$	$1.165 1.165 1.165$

UNIDADES MÉTRICAS

Q = Fluxo de calor (quilowatts)

Δt = Diferença de temperatura. (°C)

ΔP = Diferencial de pressão. (Pa ou kpa)

C_v = Constante da válvula (adimensional)

m³/s = metros cúbicos por segundo

l/s = Litros por segundo

WP = Potência da água (kW) ou (W)
m³/s = metros cúbicos por segundo
I/s = Litros por segundo
Sp. Gr. = Gravidade específica (use 1,0 para água)
BP = Potência de frenagem (kW)
E, = Eficiência da Bomba
H = Cabeça (Pa) ou (m)

NPSHA = Altura de sucção líquida positiva disponível
P_uma = Atm. imprensa. (Pa – Pressão Atm padrão. = 101.325 Pa)
P_s = Pressão na linha central da bomba (Pa)

V²/2g = Cabeça de velocidade no ponto P_s (m)
P_vp = Pressão absoluta de vapor (Pa)
g = Aceleração da gravidade (9,807 m/seg²)
h = Perda de carga (m)
f = Fator de atrito (adimensional)
L = Comprimento do tubo (m)
D = Diâmetro interno (m)
V = Velocidade (m/seg)

EQUAÇÕES ELÉTRICAS

UNIDADES DOS EUA

I = Amperes (A)

E = Volts (V)

PF = Fator de potência

R= ohms (Ω)

P = watts (W)

Bhp = Potência do freio

UNIDADES MÉTRICAS

kW = Quilowatts

I = Amperes (A)

E = Volts (V)

PF = Fator de potência

R = ohms (Ω)

P. = watts (W)

FREQUENTLY ASKED QUESTIONS

What is the significance of air density in HVAC calculations?

Air density is a critical parameter in HVAC calculations as it affects the performance of fans, blowers, and other air-handling equipment. The density of air varies with temperature, humidity, and pressure, which in turn impacts the volume flow rate and pressure drop in ducts. Accurate calculations of air density are essential to ensure proper sizing of equipment, optimal system performance, and energy efficiency. The equation for air density (d = 0.075 lb/cu ft) is a fundamental relationship in HVAC engineering, and its application is crucial in designing and operating HVAC systems.

How do I convert between U.S. and Metric units in HVAC calculations?

When working with HVAC equations, it’s often necessary to convert between U.S. and Metric units. To do this, you can use conversion factors such as 1 lb/cu ft = 16.02 kg/m³ for air density, 1 ton of refrigeration = 3.516 kW for cooling capacity, and 1 horsepower = 0.7457 kW for fan power. Additionally, you can use online conversion tools or consult a reliable reference source, such as the ASHRAE Handbook, to ensure accurate conversions.

What is the relationship between air velocity and pressure drop in ducts?

Air velocity and pressure drop are closely related in ducts, as an increase in velocity results in a corresponding increase in pressure drop. The equation for pressure drop (ΔP) in ducts is ΔP = f \* (L/D) \* (ρ \* V^2 / 2), where f is the friction factor, L is the duct length, D is the duct diameter, ρ is the air density, and V is the air velocity. Understanding this relationship is essential for designing and optimizing duct systems to minimize energy losses and ensure efficient airflow.

How do I calculate the cooling capacity of an HVAC system?

The cooling capacity of an HVAC system can be calculated using the equation Q = m \* Cp \* ΔT, where Q is the cooling capacity, m is the mass flow rate of air, Cp is the specific heat capacity of air, and ΔT is the temperature difference between the supply and return air. This equation is a fundamental principle in HVAC engineering and is used to size cooling coils, select equipment, and optimize system performance.

What is the importance of humidity in HVAC calculations?

Humidity plays a critical role in HVAC calculations, as it affects the comfort, health, and safety of building occupants. The equation for relative humidity (RH) is RH = (Pv / Ps) \* 100, where Pv is the vapor pressure and Ps is the saturation pressure. Accurate calculations of humidity are essential for designing and operating HVAC systems, particularly in applications such as hospitals, laboratories, and data centers, where precise control of humidity is crucial.

How do I apply HVAC equations to real-world design problems?

To apply HVAC equations to real-world design problems, you need to understand the specific requirements of the project, including the building’s occupancy, climate, and load characteristics. By selecting the relevant equations and inputting the necessary parameters, you can perform calculations to size equipment, design duct systems, and optimize system performance. It’s essential to consider factors such as safety, energy efficiency, and cost-effectiveness when applying HVAC equations to ensure that the designed system meets the project’s requirements and constraints.