Funcionamento e Componentes do Condicionamento Ambiental Térmico

CONDICIONAMENTO AMBIENTAL TÉRMICO Refrigeração Calefação MTCAIII LDZ Processos e equipamentos mecânicos para Resfriar ou aquecer Desumidificar ou umidificar Distribuir filtrar e renovar o ar de um ambiente para Conforto térmico Controle de um processo produtivo Preservação de produtos Objetivos Como funciona um arcondicionado É insuflado no ambiente ar em condições de temperatura umidade e pureza em condições diferentes daquelas que se quer manter Resfriamento para se remover o calor gerado no interior dos ambientes somado àquele que penetra pela envoltória é insuflado ar de 10ºC a 12ºC abaixo da temperatura desejada Conceito de diluir o calor gerado Princípio de Funcionamento Evaporador rouba o calor do ambiente pela evaporação de um fluído a baixas pressões Compressor fornece energia mecânica para o sistema funcionar e eleva a pressão do gás para permitir sua condensação Condensador rejeita para o exterior o calor retirado do ambiente condicionado condensando o gás volta para o estado líquido Válvula de expansão reduz a pressão do líquido deixandoo no estado adequado para recomeçar o ciclo ou seja ser evaporado Componentes Componentes O fluido refrigerante FR em 4 entra no evaporador no estado líquido mais vapor e retira calor do meio interno passando para estado de vapor saturado seco em 1 que é succionado pelo compressor onde é comprimido até a pressão de condensação ponto 2 No condensador o FR libera calor para o ambiente exterior e passa para o estado líquido ponto 3 Após isto entra no dispositivo de expansão que reduz a sua pressão até a pressão do evaporador reiniciando assim o ciclo 4 1 2 Componentes Bomba de calor Uma alternativa atualmente em uso é utilização do sistema de refrigeração por compressão de vapor como aquecedor de água basicamente para piscinas Uma alternativa importante que concorre com sistemas de aquecimento via combustão ou eletricidade Ideal se utilizada em paralelo com energia solar Para aquecimento na zona bioclimática da GAP durante o inverno por apresentar rendimento baixo comum ao sistemas de refrigeração via compressão de vapor exige apoio elétrico ou via combustão Janela Sistema Split Multi Split VRF Splitão Self Contained Resfriadores de líquido Chiller com climatizadores FanCoils Tipos de condicionadores de ar 1 TR 12000 Btuh 1 TR 3517 W 1 TR 3025 Kcalh 1000 Btuh 293 W 1 Kcalh 1163 W TR TONELADA DE REFRIGERAÇÃO POTÊNCIA DE REFRIGERAÇÃO QUANTIDADE QUE CALOR A SER RETIRADA DA ÁGUA PARA CONGELAR 9071847 KG DE ÁGUA EM 24 HORAS BTU BRITISH THERMAL UNIT UNIDADES TÉRMICAS BRITÂNICAS Conversão de unidades Janela capacidades que variam entre 6000 e 30000 Btuh Split São equipamentos onde os componentes não estão montados em um gabinete ou chassis Normalmente os evaporadores ficam no ambiente a ser condicionado e os demais elementos do ciclo de refrigeração condensador compressor e válvula de expansão ficam fora do ambiente Funcionamento Split Unidade evaporadora Também conhecida por UNIDADE INTERNA destinada ao resfriamento do ar no local a ser condicionado Podem ser instaladas em paredes HIWALL no piso PISOTETO sob o forro PISOTETO semi embutida no forro CASSETE embutidas no forro DUTO Unidade condensadora Também conhecida por UNIDADE EXTERNA destinada a mudança do estado do refrigerante de gasoso para liquido Instalada externamente em local de fácil acesso e distância prédefinida pelo fabricante do equipamento Equipamento de custo relativamente baixo Instalação fácil pequena abertura na parede para passagem de tubos de refrigerantes dreno e alimentação elétrica maior segurança contra invasões Adequado para condicionamento de recintos individuais ou ambientes coletivos de pequeno porte O split é um sistema que proporciona maior conforto uma vez que a maior parte do ruído ocorre na unidade externa condensadora a qual pode ser instalada a uma distância de até 30 metros do ambiente climatizado com um desnível de até 10m Vantagens do Split Observações s Split Split convencional x Inverter A diferença entre eles é a velocidade com que a temperatura é alterada mais rápido que o normal como o inverter mantém uma constância o aparelho trabalha menos para controlar essas alterações do clima e consequentemente gasta menos energia já que evita picos de energia MultiSplit x Split A principal diferença entre os dois é que com o MultiSplit podem ser definidas temperaturas diferentes para diferentes salas com um sistema de divisão enquanto o Split climatiza apenas 1 ambiente O principal tipo de MultiSplit é o sistema VRF Vazão de Fluido Refrigerante Variável com uma unidade condensadora central que atende simultaneamente várias unidades evaporadoras típicos equipamentos unitários instaladas nos ambientes condicionados ou no forro com ventilação de insuflamento direta para o ambiente condicionado para atender aos requisitos de conforto térmico e qualidade do ar interior será necessária a inclusão de sistemas complementares para resfriamento e desumidificação do ar externo e filtragem adequada sistema independente de insuflamento e retorno de ar Splitão Sistema Split de maior capacidade com característica de sistema central com ventilação de insuflamento para uma rede de distribuição de ar no ambiente condicionado podem servir diferentes ambientes e podem ser projetados para atender os requisitos de conforto térmico e qualidade do ar interior Split VRF Ministério do Meio Ambiente e ao Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento Condicionadores Self Contained São aqueles condicionadores de ar compactos ou divididos que encerram em seus gabinetes todos os componentes necessários para efetuar o tratamento do ar tais como filtragem refrigeração aquecimento umidificação desumidificação e movimentação do ar Possuem ainda sistemas de comando controles e segurança Praticamente são condicionadores que para operar necessitam somente esperas de força energia elétrica e de drenagem Suas potências normalmente situamse na faixa de 3 TR a 30 TR podendo tanto ser instalados com insuflamento ou como condicionadores centrais geralmente distribuindo o ar tratado através de redes de dutos São fabricados para condensação a ar ou água Condicionadores Self Contained Condicionadores Self Contained Rooftop Sistema central de ar condicionado do tipo SelfContained tipicamente com condensação a ar instalado fora do ambiente condicionado no teto do edifício com ventilação de insuflamento para uma rede de distribuição de ar no ambiente condicionado Normalmente instalados em edifícios baixos com grande área de teto supermercados shopping centers galpões Os sistemas Rooftop podem servir diferentes ambientes e podem ser projetados para atender os requisitos de conforto térmico e qualidade do ar interior Vantagens Maior simplicidade de instalação Em geral menor custo por TR Manutenção mais econômica Fabricação seriada com aprimoramentos técnicos constantes Garantia de desempenho por testes de fábrica Fabricação seriada com aprimoramentos técnicos constantes Garantia de desempenho por testes de fábrica Maior rapidez de instalação Grande versatilidade para projetos zoneamentos variações de demanda Self Contained Desvantagens Não são produzidos para operar como bomba de calor necessitam de uma fonte de calor para aquecimento de ar Se colocados no ambiente podem provocar ruído e induzir correntes de ar de retorno com velocidades desagradáveis para as pessoas próximas ao mesmo Geralmente são implantados em ambientes que não foram inicialmente projetados para condicionamento Alguns projetistas os colocam em casa de máquinas tornandoos definidos como ar central com dutos de insuflamento de ar e de retorno Condensação Self Contained Casa de máquinas Em muitos processos de condicionamento onde é exigido uma qualidade elevada do ar é conveniente a implantação de uma casa de máquinas onde é feito do tratamento do ar resfriamento aquecimento umidificação desumidificação Características acessível preferencialmente piso térreo zona não ocupada abertura para exterior tomada de ar psistema e ventilação própria Dependendo do conteúdo dentro da mesma pode ser designada como central ou semicentral Centrais evaporador condensador em uma mesma casa de máquinas Pequenas Pf 30 TR Grandes Pf 30 TR Semicentrais só evaporador condensador remoto Casa de Máquinas Obs em 5 pode ser água de condensação que segue para a torre de refrigeração a ar ou a água Casa de Máquinas Área necessária para casa de máquinas a Pequenas centrais com ciclo reverso ou aquecimento elétrico A Pf 3 1 m2 b Pequenas centrais centrais ou semicentrais com aquecimento por meio de água quente A Pf 2 1 m2 c Centrais 30TR Evaporadores para ar área 005 a 009 m2 TR volume 0025 m3 TR para água área 06 a 15 m2 TR Condensadores para ar área 04 a 1 m2 TR para água área 01 a 0135 m2 TR Torres de Refrigeração área da superfície horizontal 01 m2 TR altura H 2 a 6 metros TR Pf Potência Frigorífica carga térmica de verão Toneladas de Refrigeração Casa de Máquinas Resfriadores de líquido Chiller Estes equipamentos quando usados para fins de condicionamento do ar utilizam a água como fluído intermediário Esta água devidamente resfriada 7ºC é levada para as unidades condicionadoras para água gelada conhecidas como FanCoils Os resfriadores de líquido são produzidos numa larga faixa de capacidades desde 20 até 220 TR quando utilizam compressores recíprocos ou alternativos desde 250 até 1000 TR ou mais quando utilizam compressores centrífugos São também projetados para condensação a ar ou água Estes sistemas são sem dúvida os que impõem uma maior complexidade ao conjunto Resfriadores de líquido Chiller Resfriadores de líquido Chiller Resfriadores de líquido Chiller Resfriadores de líquido Chiller Economia de custos de operação Menor potência instalada Controle preciso dos ambientes climatizados Alta eficiência em cargas parciais Menor área ocupada pela centralização do equipamento em um único local Facilidade de manutenção Alto desempenho Vantagens do Chiller Geralmente implicam num custo elevado de implantação Para aquecimento necessitaria acréscimo de equipamentos adicionais caldeira ou resistências elétricas nas unidades condicionadoras Maior complexidade do sistema Desvantagens do Chiller A dinâmica do funcionamento das unidades fancoil é a mesma seja em sistemas de aquecimento ou resfriamento de ar movimentação de ar por convenção forçada no ambiente filtrando o fluxo de ar e introduzindo ar externo para a renovação Climatizadores FanCoils Climatizadores FanCoils Os FanCoils nada mais são do que um conjunto de serpentinas através da qual circula a água resfriada um ventilador responsável pela movimentação do ar a ser tratado e um sistema de filtragem do ar Quatro princípios básicos são aplicados na utilização de unidades fancoil em sistemas de aquecimento de ar ou sistemas convencionais de ar condicionado controle de temperatura controle de umidade relativa movimentação do ar filtragem e renovação do ar ambiente Climatizadores FanCoils Ar externo Exterior Ar insuflado Ar de retorno Filtro Serpentina de resfriamento Vent Unidade FanCoil Damper Difusor Difusor Sala Serpentina de água quente ou Climatizadores FanCoils Resfriadores de líquido Chiller Os Fancoils podem funcionar com água quente ou água gelada Climatizadores FanCoils Vantagem a maior vantagem desses sistemas sem dúvida é a facilidade de distribuição tubulação X dutos que requer menor espaço de construção Desvantagem em relação aos demais sistemas requerem uma manutenção mais especializada principalmente se a central resfriador de líquido Chiller opera com baixas temperaturas exigindo controle da quantidade de aditivos anticongelantes polipropileno glicol Vantagens e desvantagens Sistema Faixas Típicas Observações COP Compressor Total do Sistema RoofTop Self a Ar 10 a 30 ton Compressor Scroll 250 270 210 235 VRF a Ar 10 40 ton Compressor Scroll VFD 330 335 250 300 VRF a Água 10 40 ton Compressor Scroll VFD 370 440 300 370 Chiller a Ar 150 400 ton Compressor Parafuso 290 415 220 300 Chiller a Água 150 700 ton Compressor Parafuso 500 640 300 390 Chiller a Água 300 4000 ton Compressor Centrífugo VFD 580 700 370 470 Sistema de Termoacumulação de Gelo com chiller a Água 250 a 3000 ton Ar Condicionado 470 540 370 415 Fabricação de Gelo 320 390 260 293 Sistema de Termoacumulação de Água Gelada com chiller a Água 250 a 10000 ton Compressor Parafuso ou Compressor Centrífugo VFD 580 700 470 550 Item Descrição Sistema tipo VRF Sistema de Água Gelada 1 Conforto Humano Parcial com controle da umidade limitado e distribuição de ar limitada no ambiente Umidade Relativa 60 Atende plenamente desde que projetado de forma completa 2 Carga Térmica Cerca de 15 menor quando normalmente não atende os requisitos de umidade relativa Atende plenamente desde que projetado de forma completa 3 Processos de resfriamento aquecimento umidificação e desumidificação De difícil aplicação devido ser analisado caso a caso Atende plenamente desde que projetado de forma completa 4 Qualidade Interna do Ar Parcial necessita de um sistema dedicado de ar externo com resfriamento e desumidificação filtragem e distribuição nos pavimentos Atende plenamente desde que projetado de forma completa 5 Custo Inicial 10 a 15 mais caro 6 Custo Operacional COP de 370 para condensação a água e COP de 300 para condensação a ar COP de 470 com condensação a água Centrífuga Bombas Torres Fan Coils e COP de 300 com condensação a ar 7 Capacidade de refrigeração Bom desempenho para distâncias de até 100 m Acima de 100 m a redução de capacidade é significativa Distâncias são vencidas no projeto da tubulação e seleção da bomba 8 Aumento da capacidade de refrigeração Não é simples Poderá ser necessário novas linhas e acréscimo de equipamentos Fácil de ser atingido com a nova seleção da serpentina e da válvula de controle Item Descrição Sistema tipo VRF Sistema de Água Gelada 9 Operação em carga parcial Bom desempenho e controle Bom desempenho e controle 10 Controle dos custos operacionais pelo usuário Controle total até para desligar o ar condicionado Controle limitado sobre a CAG Controle somente do Condicionador da própria sala 11 Compatibilidade com Normas e Legislação Parcial O projeto deverá ser feito considerando as restrições Totalmente compatível 12 Gerenciamento do fluido frigorífico Há riscos de vazamentos em muitos pontos Depende muito dos cuidados durante a montagem da tubulação Simples de ser feito Probabilidade de vazamento mínima restrita aos chillers 13 Carga de Fluido Frigorífico 4 a 15 vezes maior Novos sistemas com cargas muito reduzidas até 10 vezes menor que chillers convencionais 14 Operação pelo usuário Simples através das mais diferentes interfaces desde um termostato com controle a um computador Em sistemas mais convencionais ainda não é simples para o usuário 15 Possibilidade de pane Elevada devido à quantidade excessiva de componentes e partes Reduzida menor quantidade de componentes e partes 16 Tempo de vida Até 15 anos Até 25 anos Eficiência energética O COP é a sigla de Coefficient Of Performance e significa Coeficiente de Desempenho Esse termo representa a relação entre a energia térmica fornecida por uma bomba de calor e a energia elétrica consumida pelo sistema Assim como o EER quanto maior for o COP mais eficiente é o equipamento Ou seja EER e COP são índices que nos indicam o nível de eficiência de um aparelho de ar condicionado E o nível de consumo energético depende da relação entre a quantidade de frio ou calor obtida assim como a energia elétrica consumida Portanto o COP e o EER significam basicamente a mesma coisa porém o EER está associado à eficiência dos sistemas no resfriamento e o COP está associado a eficiência dos sistemas no aquecimento As duas medidas são calculadas da seguinte forma Dividese o valor da capacidade em kW de arrefecimento para obter o EER ou de aquecimento para obter o COP pelo consumo eléctrico nominal kW Exemplo Um arcondicionado que gera uma potência térmica calor de 4kW e ao mesmo tempo possui um consumo de energia elétrica de 1kW seu Coeficiente de Desempenho é de 4 Ou se um arcondicionado gera uma potência térmica em resfriamento de 4kW com um consumo de energia de 1kW seu EER também é de 4 Distribuição de Ar Definição do sistema de distribuição de ar escolha do local de instalação casa de máquinas escolha do tipo de insuflamento dutos aparentes ou invisíveis grades parede vertical difusores teto layout das linhas de distribuição de ar escolha do tipo de retorno de ar se houver dutos aparentes ou invisíveis dutos independentes para insuflamento e para retorno plenum rebaixo no teto prever locais para entrada do ar de retorno geralmente após o ponto mais distante de insuflamento de um ambiente chão ambiente corredores cuidado para não aumentar muito a velocidade do ar de retorno principalmente próximo ao sistema de condicionamento dutos compostos insuflamento e retorno em dutos concêntricos sistema deinsuflamento de ar tipo difusor com retorno do ar pelo centro e insuflamento pela periferia é o sistema mais caro mas o mais eficiente permite uma excelente distribuição de ar o insuflamento e o retorno de ar podem estar integrados ao sistema de iluminação Distribuição de Ar Cada projeto deve ser avaliado sob diversos aspectos principalmente se for projeto de aproveitamento de alguma área em empreendimentos existentes a opção pelo split ou gabinete deve ser avaliada com bastante interesse sendo necessário availarse as alternativas de áreas para o condensador do split ou para a entrada de ar de renovação do gabinete no caso de necessidade de eliminar ruído devese prever condensação a água incluir torre de refrigeraçã Em alguns empreendimentos é interessante a utilização do split de teto cassete com renovação de ar independente por rebaixo no teto No opinião de alguns projetistas o sistema mais econômico é a utilização de mini central com condensação a ar e retorno de ar por dutos ou rebaixo do teto plenum Eventualmente pode ser utilizado o sistema rooftop condicionador de telhado desde que as condições do telhado permitam sistema que não ocupa espaço útil não tem problemas de rúidos e gasto de energia bastante aceitável Tem algumas desvantagens relativas ao posicionamento do mesmo por receber uma carga elevada de radiação solar diminuindo a eficiência de condensação sempre a ar Distribuição de Ar Calefação Aquecimento de ambientes direto contato direto entre fonte de calor e ar lareiras estufas indireto utilização de fluido intermediário geralmente água ou vapor não indicado local ou individual no próprio ambiente resistências elétricas em AC tipo split ciclo reverso em AC de parede estufas elétricas lareiras central ou coletiva água quente caldeira elétrica óleo diesel lenha12 GLP GN etc boiler passagem ou acumulação vapor caldeira elétrica óleo diesel lenha GLP GN etc ar aquecido fornalha resistências elétricas ciclo reverso aquecedores convectivos ou radiantes QT calor total somatório dos calores perdidos calor proveniente de fontes internas Q1 calor perdido pelo ambiente aquecido para o exterior Q1 UA tr te U transmitância térmica da parede Watts m2 A área da parede m2 te temperatura externa de inverno o C tr temperatura de conforto para inverno 20º a 22º C o C recintos habitados não aquecidos tr te 5o C coberturas com forro ventilado tr te coberturas com forro não ventilado trt te 3o cozinhas ou salas de calefação central tr te 10o C Observação 1 a utilização de lenha não é considerada antiecológica porque o fornecedor da mesma deve possuir o selo VERDE para comercializar o qual significa que ele planta 3 x mais do que produz Observação 2 atualmente existe no mercado caldeiras para produção de água quente que operam automaticamente sem necessidade de operador fixo caldeiras que utilizam briquetes de lenha Calefação Q2 Perdas adicionais de Q1 Tabela 20 Perdas de calor adicionais pelas paredes e telhado Número de paredes NE NO O SO S SE L N TELHA 1 4 5 10 15 10 10 4 2 ou 6 10 15 20 15 15 15 6 Q3 Calor para aquecer o ar interno Q3 Volume do ambiente x n x 03333 x tr te Número de paredes com aberturas 0 1 2 3 ou 4 n taxa de renovação de ar Q4 Fontes de calor internas o pessoas o equipamentos o iluminação Calefação Cargas térmicas de inverno mais comuns Ambiente Q Watts m3 Residências térreo 41 56 Residências piso superior 53 77 Grandes lojas igrejas shoppings hotéis área comuns 18 24 Cinemas teatros auditórios 12 18 Sanitários de hotel 20 25 Quartos de hotel 25 35 Elementos de Aquecimento Casa de caldeira A Pc 80000 Pc potência calorífica kcalh 1 kWatt 860 kcalh Inclui tanques de retorno dos aquecedores tanques de água quente para chuveiros e reposição Porta venezianada para entrada de ar para combustão Chaminé de tiragem no mínimo 1 m acima do ponto mais alto do telhado Distância de no mínimo 10 m entre caldeira e paredes The end Buenas gurizada tudo bem Gostaria de agradecer a todos pela paciência e cumplicidade em nosso empreendimento de aulas via web Nessa semana estarei completando 405 anos de Unisinos 81 semestres 10156 alunos fico extremamente feliz ao terminar um semestre sensação missão cumprida ao mesmo tempo que deixa um vazio no coração e saudades mas também a certeza de que serei sempre o professor de vocês ad infinitum Espero poder encontrar vocês nas assessorias de TC mas se isso não ocorrer fico a disposição de vocês para auxiliálos em sua vida profissional assim como venho fazendo com meus exalunos há muito tempo essa é uma missão UBNCDV Escrevi porque sei que não conseguiria falar todo o final é sempre um reinício 51