Princípios de Aqueecimento, Ventilação, Ar Condicionado e Refrigeração (AVACR)

AQUECIMENTO VENTILAÇÃO AR CONDICIONADO E REFRIGERAÇÃO AVACR Renato de Brito Sanchez 2 SUMÁRIO 1 PRINCÍPIOS DE AVACR 3 2 VENTILAÇÃO 12 3 AQUECIMENTO 31 4 REFRIGERAÇÃO 49 5 CLIMATIZAÇÃO 58 6 PROJETO DE AVACR 67 3 1 PRINCÍPIOS DE AVACR Apresentação Olá estudante Este é o bloco responsável por apresentar os elementos introdutórios voltados para AVACR que servem de base para todo o conteúdo desta disciplina 11 Características do ar O ar é um conjunto mais ou menos homogêneo de gases contidos na atmosfera da Terra pela ação da força da gravidade do planeta sendo transparente de constituição variada e permeável não muito denso e opõe relativamente pouca resistência aos corpos que se movem através dele O ar é vital para a vida no planeta tendo em vista que contém os gases necessários para a respiração e para a fotossíntese além de ser o canal para a transferência de vapor de água necessário no cumprimento do ciclo hidrológico vital Tendo isso em vista quando lidamos com AVACR ou seja Aquecimento Ventilação ArCondicionado e Refrigeração saber as características do ar é fundamental para o projeto de sistemas AVACR sendo esse um dos principais setores de atividade da engenharia mecânica Além da termodinâmica se faz uso da mecânica dos fluidos e transferência de calor Feita a introdução das características mais usuais sobre o ar precisamos levar outros pontos em consideração como a composição do ar os tipos de contaminantes e a psicrometria 111 Composição do ar Quando falamos de ar como dito inicialmente na introdução estamos lidando com uma massa de gases de modo que eles variam de acordo com o tipo de ar podendo 4 ser ar externo ar inspirado e ar expirado cada qual possuindo determinados componentes COMPONENTES AR EXTERNO AR INSPIRADO seco 21 C UR 50 AR EXPIRADO 36 C UR 100 gases inertes 7900 7800 7500 oxigênio 2097 2069 1600 vapor de água 000 125 500 dióxido de carbono 003 006 400 Fonte Oliveira sd Para o ar seco a massa molecular aparente é Mol ar 29966 A constante para a equação dos gases é R 2927 kgmkgf Um adulto respira até cerca de 40 litros de ar por minuto consumindo 2 litros de oxigênio e exalando 17 litros de dióxido de carbono aproximadamente 12 Tipos de contaminantes É fato que o ar externo pode ser a principal fonte de poluentes para os ambientes internos principalmente quando lidamos com grandes centros urbanos ou centros industriais com as fontes dos contaminantes podendo vir de diversos locais até mesmo a própria atividade humana Quando lidamos com ar interno os principais contaminantes são de origem não biológica e compostos orgânicos voláteis Nesse contexto o termo MP de Material Particulado designa uma mistura física e química de diversos compostos presentes em suspensão no ar tanto sólidos como líquidos Para entendermos melhor os tipos de contaminantes precisamos entender tanto sua origem como sua dosagem além de sabermos as formas de controle ou eliminação desses contaminantes visando sempre manter os ambientes principalmente os com circulação de pessoas com a melhor qualidade possível 5 121 Contaminantes sua origem dosagens Contaminantes em geral são substâncias indesejáveis no ambiente Seus efeitos podem ser tóxicos quando em contato físico com o ser humano ou podem causar prejuízos a processos industriais como a poeira em instalações de pintura o pólen em instalações industriais próximas a áreas agrícolas etc Qualquer elemento que não está na composição do ar normal ou mesmo elementos do ar normal quando a concentração ultrapassa determinados valores podem prejudicar a saúde ou como citado anteriormente os processos industriais ou patrimônio 122 Fumaça É uma forma de apresentação de substâncias em forma de partículas diminutas formadas de substâncias químicas à alta temperatura e submetidas ao processo de volatilização e oxidação Tem partículas da ordem de 1 mícron A tabela a seguir fornece a concentração máxima para algumas substâncias comumente utilizadas na indústria Substância Concentração mgs10 m³ Compostos metálicos tóxicos de Cádmio cromo chumbo mercúrio selênio e telúrio 10 Antimônio arsênio e bário 50 Manganês 600 Óxido de zinco óxido de ferro óxido de manganês 1500 Fonte Oliveira sd 123 Mist Névoa Quando um líquido é atomizado formamse pequenas gotículas de fluido que são transportadas pelo ar A eliminação dessas pequenas gotículas por ventilação é bastante difícil Obs Entendese por atomização a fragmentação de uma substância sólida ou líquida em uma forma muito pequena mas não em nível atômico como o nome a princípio sugere 6 A tabela a seguir fornece a concentração máxima para alguns líquidos comumente utilizados na indústria Substância Concentração mgs10 m3 fósforo amarelo 1 dímitro cresol 2 pentacloro naftaleno pentaclorofenol 5 clorodifenil dimitrotolueno pentacloreto de fósforo TNT ácido sulfúrico 10 a 15 fluoreto 25 tridoronaftaleno cianitreto 50 Fonte Oliveira sd 124 Gases tóxicos ou contaminantes Tipo de contaminação que ocorre quando substâncias químicas estão presentes no ar atmosférico em fase gasosa Pode ser tóxico quando em geral gera danos a um ser vivo ou contaminante quando em geral interfere em processos de interesse empresarial ou ambiental Normalmente quando em concentração muito pequena é imperceptível e somente pessoas especializadas em higiene industrial ou com aparelhos podem detectálo 125 Solventes voláteis Muitos solventes usados em processos industriais devem ser voláteis para que após o seu uso sejam eliminados do produto Na sua fase gasosa especificamente para os solventes vapor essa forma de contaminante se aproxima dos gases contaminantes Ou seja de uma certa forma os solventes voláteis poderiam ser qualificados fisicamente como uma forma particular dos gases como contaminantes A seguir a concentraçãolimite para alguns solventes industriais 7 Substância Concentração 1 ppm diclorometano cloreto de vinil 500 brometo etílico metanol clorofórmio nitroetano nitrometano 200 cloro benzeno 75 benzeno 35 brometo metílico 20 tetracloroetano 5 Fonte Oliveira sd Para efeito de documentação e redação técnica devemos lembrálo de que para a física clássica e básica gás é um corpo físico que tem massa mas não tem volume definido nem forma definida já para a termodinâmica é um corpo físico que tem massa não tem volume definido e nem forma definida e tem a sua temperatura crítica situada abaixo da temperatura ambiente enquanto vapor é um corpo físico que tem massa não tem volume definido e nem forma definida e tem a sua temperatura crítica situada acima da temperatura ambiente Em termos práticos o gás quando comprimido à temperatura ambiente continua um gás enquanto o vapor quando comprimido à temperatura ambiente se liquefaz O desconhecimento dessa informação leva ao uso equivocado de expressões técnicas que em literatura técnica ou científica caracterizam erro por falta de competência Por exemplo quando falamos em contaminantes à base de propano ou butano não deveríamos utilizar a expressão gás de propano ou de butano O mais adequado termodinamicamente seria falarmos em vapor de propano e vapor de butano Essas substâncias são a base química do GLP Gás Liquefeito de Petróleo Uma vez que essas substâncias se liquefazem à temperatura ambiente deveriam ser chamadas de VLP Vapor Liquefeito de Petróleo Da mesma forma falar em vapor de água de uma caldeira está correto apenas para caldeiras em regime subcrítico com produção de vapor abaixo da temperatura crítica Para caldeiras operando em regime supercrítico temos a produção de gás a uma temperatura superior à temperatura crítica da água logo nesse caso temos a formação de gás de água Em silos de armazenamento e secagem de grãos existem como contaminantes básicos CO2 como gás H2O como vapor e sólidos em suspensão 8 126 Poeiras Em geral são partículas provenientes dos processos mecânicos Possuem um tamanho considerável As poeiras indesejáveis geralmente são pós de material não tóxico Assim a presença dessas partículas no ambiente em geral provoca incômodo visual físico e respiratório Poeiras Concentração x 106 partículaspé Sílica livre acima de 50 sílica livre 5 Sílica livre de 5 a 50 sílica livre 20 Asbestos 5 Talco pedra sabão 20 Poeiras indesejáveis alundum carborundum mica cimento Portland lousa ardósia em que o conteúdo de sílica livre é 1 menor que 5 50 Fonte Oliveira sd 127 Irritantes Existem ainda substâncias que provocam irritação e desconforto aos olhos e nariz São encontradas entre gases vapores névoas fumaças e poeiras Como a sensibilidade das pessoas é difícil de ser avaliada a determinação dos valoreslimites na forma de concentrações representa uma média para qual a maioria dos trabalhadores pode suportar a dose de contaminante sem sentir irritação sensível A seguir estão relacionados alguns contaminantes com essas características Substância Concentração ppm acetaldeído 200 amoníaco 100 ácido acético dióxido de enxofre 10 anidrido acético formaldeído ácido clorídrico 5 ácido fluorídrico 3 bromo cloro iodo ozônio cloreto de enxofre 1 acroleína 05 Fonte Oliveira sd 9 Caso ocorra a inalação das substâncias acima em dosagem de 3 a 5 vezes o valor limite por alguns minutos danos irreparáveis poderão ocorrer no sistema respiratório As concentraçõeslimites Threshold Limit Values TLV são publicadas anualmente pelo American Conference of Governamental Industrial Hygienists Os valores acima mencionados têm origem nessas publicações A NR15 nos oferece limites de tolerância para muitos produtos em partículas10 m ou mgm ou ainda em ppm 13 Psicrometria A psicrometria é a parte da termodinâmica que tem por objetivo o estudo das propriedades do ar úmido É fundamental para o estudo de AVACR pois analisa a interação das propriedades do ar úmido nos processos de ventilação secagem umidificação resfriamento e aquecimento em relação à mudança da temperatura eou a quantidade de vapor dágua presente no ar 131 Carta psicrométrica É um ábaco que permite representar graficamente as relações do ar úmido Cada ponto da carta representa uma combinação de ar seco e vapor dágua A carta psicrométrica constitui uma excelente ferramenta de trabalho para analisar os diversos processos para tratamento do ar 10 Fonte ASHRAE Psychrometric Chart via Matos sd Figura 11 Carta Psicrométrica Conclusão Este bloco foi muito importante para introduzirmos o tema de AVACR apresentando as principais características do ar e os tipos de contaminantes mais comumente presentes no cotidiano principalmente em ambientes industriais Uma curiosidade sobre os contaminantes do ar é quando citamos asbestos poeiras Antigamente era comum a utilização em larga escala de compostos contendo asbestos de modo que a fabricação e comercialização foi proibida em todo o país devido ao conhecimento do seu alto risco à saúde humana Ainda hoje podemos encontrálos principalmente em casas antigas ou industriais abandonadas ou até mesmo algumas máquinas industriais antigas cabendo a nós ter um cuidado exclusivo ao lidarmos com tal material devido à tendência de produzir uma poeira muito nociva para o trato respiratório E como podemos ver neste bloco poeiras são em geral partículas provenientes dos processos mecânicos 11 Referências Bibliográficas CPSOL Noções de ventilação industrial Disponível em httpswwwcpsolcombr Acesso em 23 mar 2022 HELERBROCK R Termologia Brasil Escola 26 abr 2007 Disponível em https brasilescolauolcombrfisicatermologiahtm Acesso em 23 mar 2022 OLIVEIRA J M Noções de ventilação industrial Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd CASTELLAN G Fundamentos de físicoquímica 1 ed Rio de Janeiro LTC 1986 MACINTYRE A J Equipamentos industriais e de processo Rio de Janeiro LTC 1997 MACINTYRE A J Ventilação industrial e controle da poluição Rio de Janeiro Guanabara Koogan 1990 p 403 MATOS R S Climatização Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd 12 2 VENTILAÇÃO Apresentação Olá estudante Este é o bloco responsável por apresentar um dos elementos da AVAC R a ventilação o que é importante para definição de qual melhor método de ventilação do ambiente seja ventilação diluidora ou exaustora 21 Conceitos e princípios de ventilação Quando lidamos com ventilação de ambientes internos levamos em consideração as normas vigentes principalmente ao falarmos de ambientes industriais Sabemos o quanto as condições ambientais influenciam na projeção das obras industriais em que um dos aspectos mais importantes da ventilação é a remoção de contaminantes e foca na temperatura no ambiente Um exemplo prático é a preocupação com a qualidade do ar tendo em vista que ambientes industriais tendem a lidar com diversas substâncias poluentes além de compostos tóxicos Sem falar que são ambientes amplos e fechados sendo bastante desafiador manter o conforto térmico Nesse sentido as soluções de ventilação são as primeiras a serem consideradas para as edificações e processos tal que alguns estudos iniciais mostram um baixo custo de implantação dessas soluções tecnológicas para melhorar os ambientes bastando apenas uma análise local É até possível nesses estudos verificar a implantação de ventilação natural sem precisar haver aumento de gastos com energia para adequar os ambientes já que tal solução utiliza e tira proveito do próprio ar sendo um recurso infinito sustentável e gratuito E ainda sobre as principais técnicas de ventilação natural podemos citar sistema passivo de ventilação ventilação cruzada ventilação natural induzida e efeito chaminé 13 Os sistemas passivos de ventilação tiram proveito das diferenças de pressão Esses sistemas movem ar fresco entre os ambientes com a diferença de pressão ocorrendo tanto devido ao vento como pela diferença de temperatura E dentro dos sistemas passivos temos a ventilação cruzada sendo a técnica mais utilizada já que basta utilizar diversas aberturas em pontos estratégicos da edificação para criar correntes de ar permitindo sua circulação nesses espaços Também há ventilação natural induzida de modo que essa técnica utiliza sistemas de indução térmica para a condução do resfriamento do ar Um mecanismo provoca diferença entre as densidades do ar quente e frio Exaustores eólicos são um exemplo de ferramenta de ventilação natural com tais equipamentos trabalhando a partir de correntes de ar que incidem sobre um globo fazendo com que ele se movimente e mesmo que não haja correntes de vento basta apenas haver massas de ar quente internas para provocar uma pressão no interior do globo fazendo com que o exaustor gire Essas massas de ar quente se dão principalmente pelo fato de que a densidade do ar muda de acordo com a temperatura e massas de ar quente principalmente dentro de grandes galpões como é no caso da indústria tendem a ficar próximas ao teto e o ar mais frio fica embaixo Um exemplo prático desse aspecto de massas de ar quente e frio é o caso de balões de ar quente e tais balões utilizam um aquecedor para aquecer o ar e fazêlos subir e para descerem basta apenas deixar que o ar esfrie e conduzaos ao chão Com ventilação industrial entendese todo o processo de retirar ou fornecer ar por meios naturais ou mecânicos de ou para um recinto fechado O processo de ventilação tem por finalidade a limpeza e o controle das condições do ar para que homens e máquinas convivam num mesmo recinto sem prejuízo de ambas as partes Resolver o problema da vazão necessária à ventilação sua distribuição e a sua qualidade requer do projetista grande experiência criatividade e conhecimento dos princípios físicos em que ela se baseia Grande parte das empresas quer sejam do ramo da indústria do comércio ou prestadoras de serviços gera resíduos e desperdícios que não sendo tratados de forma adequada podem poluir a atmosfera local Daí a necessidade de sistemas de ventilação industrial 14 O objetivo principal do estudo da ventilação industrial é identificar técnicas de controle das correntes de ar a serem introduzidas ou retiradas de um recinto a fim de mantêlo salubre com o mínimo de perdas de energia e a melhor eficiência possível Em resumo a finalidade da ventilação é controlar a qualidade distribuição temperatura e umidade do ar com o ar podendo ser seco úmido ou normal 211 Classificação de ambientes Para definirmos qual o melhor método de ventilação precisamos também conhecer o ambiente e qual o principal poluidor Diante disso podemos definir 2 tipos principais de ambientes que são os ambientes industriais e os ambientes onde o principal poluidor é o ser humano Quando lidamos com ambientes onde o principal poluidor é o ser humano precisamos cumprir com algumas necessidades mantendo níveis toleráveis de conforto Para isso existe a necessidade de manter a concentração de CO2 em níveis aceitáveis nível de ruído baixo a concentração de O2 em níveis aceitáveis e diluir odores e fumaças Nos ambientes normais precisamos seguir 3 tipos de critérios que consistem em definir a necessidade de vazão para diluição de odores em m3hpessoa Definir a partir de velocidades convenientes e o mínimo de renovações completas do volume de ar Para atingir o primeiro critério utilizamos as vazões necessárias estipuladas pelas normas ABNT Onde V vazão para diluição de odores e fumaças Np número de pessoas O segundo critério exige manter o ar com velocidades convenientes para proporcionar conforto estando ele em 15 mmin V 15 mmin E em locais sem condicionamento de ar a sensação de conforto deve estar em 8 mmin V 12 mmin 15 212 Situação de estado Conhecer as características da situação atual do ambiente em estudo é uma condição necessária e imprescindível para se iniciar o estudo de concepção de qualquer projeto de ventilação 213 Situaçãoalvo requerida Conhecer as características da situação requerida do ambiente em estudo é uma condição necessária e imprescindível para se iniciar o estudo de concepção de qualquer projeto de ventilação Essas características geralmente são determinadas por normas técnicas envolvidas com o ambiente laboral ou determinadas pelo processo técnico Note que a situação de estado e a situaçãoalvo são dois pontos definidos por dois estados do sistema envolvido Por analogia na geometria e na geometria vetorial dois pontos definem uma reta e uma reta é a estrutura básica de um vetor Um vetor para a matemática ou para a física determina uma direção e um sentido Para um projetista pode significar um caminho para a solução Dessa forma e por analogia o conhecimento pleno de dados dos pontos de partida e chegada bem como do caminho a ser seguido devem ser minuciosamente estudados a fim de que um projeto de ventilação seja suficientemente embasado e fundamentado tecnicamente 214 Força propulsora Outro conceito muito interessante nessa atividade de estudo é que toda a movimentação de massa de um fluido gasoso qualquer e nesse caso específico o ar atmosférico é realizada por uma diferença de pressão Como engenheiro e técnicos não podemos nos esquecer desse fato pois de forma calculada ou intuitiva essa informação nos ajuda muito na especulação de informações ou tomada de decisões Em geral utilizamos ventiladores mecânicos ou configuração geométrica para promover de forma forçada ou natural a diferença de pressão necessária ao processo de ventilação 215 Fluxo Esse é outro conceito também muito simples e até conhecido dos engenheiros e técnicos porém muito importante para os projetos de ventilação É de conhecimento 16 geral que temos dois tipos básicos de movimento de fluidos o turbulento e o lamelar O conhecimento de cada um desses tipos de fluxos nos auxilia na concepção de ventilação de diluição e na de arraste 216 Classificação dos sistemas de ventilação Para classificar os sistemas de ventilação é necessário levar em consideração a finalidade a que se destinam As finalidades da ventilação podem então ser a Ventilação para a manutenção do conforto térmico Refrigera o ambiente no verão Aquece o ambiente no inverno b Ventilação para a manutenção da saúde e segurança do homem Reduz a concentração de substâncias tóxicas perigosas ou nocivas à saúde humana c Ventilação para a conservação de materiais e equipamentos Reduz a temperatura e a umidade do ar para preservar equipamentos como motores e painéis elétricos máquinas armazéns e instalações com a finalidade de evitar deterioração 217 Tipos ventilação Visando atender as finalidades acima descritas apresentamos as seguintes modalidades dentre as quais conheceremos algumas logo em seguida Ventilação natural Ventilação geral Para conforto térmico Diluidora Por insuflamento Por exaustão 2171 Ventilação natural A ventilação natural é caracterizada pela troca do ar interno de um ambiente através da configuração estrutural do ambiente estudado Essa configuração deve levar em 17 conta a possibilidade de um fluxo de ar estabelecido por processos de convecção térmica e diferença de pressão gerada por deslocamento de ar externo como por exemplo os ventos naturais Nessa forma de ventilação o ambiente em estudo deve ser projetado para permitir que naturalmente esse fluxo de ar ocorra devido aos efeitos da convecção térmica e a ação dos ventos naturais ou seja entradas e saídas devem ser previstas e dimensionadas de forma conveniente 2172 Ventilação para conforto térmico O processo de ajustar a temperatura ambiente de forma a favorecer o conforto térmico em um ambiente de trabalho onde pessoas ou animais estão presentes pode ser feito através de uma operação de ventilação Nesse processo o ar atmosférico ambiente é forçado a entrar ou sair do ambiente objeto do estudo Parte ou todo o ar contido no ambiente é substituído de forma que a temperatura ambiente seja ajustada de forma conveniente uma vez que a temperatura do ar substituído é em princípio diferente do ar substituto 2173 Ventilação geral diluidora VGD É o sistema utilizado quando não há possibilidade de capturar o contaminante na fonte antes mesmo de se dispersar no ambiente Em métodos gerais a ventilação geral diluidora é um método de insuflar ar em um ambiente ocupacional de exaurir ar desse ambiente ou ambos a fim de promover uma redução na concentração de poluentes nocivos Essa redução ocorre pelo fato de que ao introduzirmos ar limpo ou não poluído em um ambiente contendo certa massa de determinado poluente faremos com que essa massa seja dispersa ou diluída em um volume maior de ar reduzindo portanto a concentração desse poluente Perceba que essa modalidade de ventilação não está interessada em acabar com os contaminantes mas sim em controlálos e mantêlos em uma concentração baixa que não interfira de forma significativa no ambiente de trabalho Em geral se caracteriza pela redução da concentração de contaminantes ou da temperatura através de um processo de diluição Nesse caso todos os processos e equipamentos acima podem ser utilizados Esse processo em geral tende a ser mais 18 econômico devido ao fato de que trabalhamos com uma fração do volume de todo o ar do sistema A ventilação geral diluidora é um dos métodos disponíveis para controle de um ambiente ocupacional Consiste em movimentar o ar num ambiente através de ventiladores É também chamada de ventilação mecânica Um ventilador pode insuflar ar no ambiente tomando ar externo ou exaurir ar desse mesmo ambiente para o exterior Quando um ventilador funciona no sentido de exaurir ar de um ambiente é comumente chamado de exaustor O modelo básico de cálculo de controle de contaminantes em um processo de ventilação por diluição é baseado em balanço de massa e energia conforme ilustrado a seguir M arf M ari M arn equação universal de balanço de massa M arf Cx M ari Cx M arn Cx equação de balanço de massa específica do contaminante x M massa de ar kg arf índice para identificar ar final depois da mistura diluidora ari índice para identificar ar inicial existente no ambiente a ser ventilado arn índice para identificar ar novo elemento novo a ser utilizado para diluição C concentração específica para qualquer contaminante de interesse para o estudo x índice para identificar o contaminante de interesse Perceba que com esse cálculo podemos determinar a quantidade de ar novo e limpo que devemos disponibilizar para reduzir um contaminante em um ambiente Sabendo com que velocidade e quantidade um contaminante entra no sistema podemos junto com o cálculo acima determinar a quantidade de ar contaminado que 19 deve ser removido por unidade de tempo bem como através da equação também podemos determinar a quantidade de ar novo a ser fornecido para o ambiente estudado Fonte CPSOL sd Figura 21 Localização dos ventiladores Fonte CPSOL sd Figura 22 Localização dos ventiladores 20 22 Definições Adicionais Vazão é o volume de ar que se desloca na unidade de tempo num ambiente ou numa tubulação Onde Q Vazão em m3h ou ft3min V Volume em m3 ou ft3 t Tempo em h ou min Taxa de renovação de ar é o número de vezes que o volume de ar desse ambiente é trocado na unidade de tempo É também chamado de número de trocas de ar Onde T Taxa de renovação em 1h ou 1min Q Vazão em m3h ou ft3min V Volume em m3 ou ft3 Tabela 21 Critérios para projetos gerais de ventilação de ambientes ÁREA FUNCIONAL TAXA DE RENOVAÇÃO trocashora VAZÃO ft3minpessoa Hospitais sala de anestesia 8 12 Salas de animais 12 16 Auditórios 10 20 10 Hospitais salas de autópsia 8 12 10 Padaria e confeitaria 20 60 Boliches 15 30 30 Igrejas 15 25 5 Hospitais salas de citoscopia 8 10 20 21 Salas de aula 10 30 40 Salas de conferência 25 35 Corredores 3 10 Hospitais salas de parto 8 12 Leiterias 2 15 14 Lavagem de pratos 30 60 Lavagem a seco 20 40 Fundições 5 20 Ginásios 6 30 15ft2 Garagens 6 10 Hospitais salas de hidroterapia 6 10 Hospitais salas de isolamento 8 12 Manutenção e limpeza Cozinhas 10 30 Lavanderias 10 60 Bibliotecas 15 25 10 Salas de depósito 2 15 Pequenas oficinas 8 12 Equipamentos mecânicos 8 12 Hospitais suprimentos 6 10 Berçários 10 15 Escritórios 6 20 10 Hospitais salas de operação 10 15 Pinturas e polimentos 10 22 Radiologia 6 10 Restaurantes 6 20 10 Lojinhas 18 22 10 Residências 5 20 Equipamentos telefônicos 6 10 Salas de controle de tráfego aéreo 10 22 10 22 Toaletes 8 20 Soldas a arco voltaico 18 22 Fonte baseado em ASHRAE American Society of Heating and Air Condictioning Engineering Guide and Data Book via Oliveira sd 221 Dimensionamento de dutos para condução do ar Quando lidamos com ventilação um cuidado deve se ter com o dimensionamento de dutos para condução do ar sendo isso muito importante tanto para sistemas de exaustão como de diluição Os principais materiais utilizados nos dutos são Chapa de aço galvanizado com 010 de carbono e 040 de manganês Alumínio Aço inoxidável Aglomerado de madeira ou de fibra de vidro Para o correto dimensionamento dos dutos precisamos conhecer antes os principais métodos e as características Há 3 principais métodos utilizados método da redução de velocidades método da recuperação de pressão estática e método da igual perda por unidade de comprimento O método de redução de velocidade não prevê o equilíbrio das pressões estáticas nas bocas devendo haver uma avaliação inicial ou dimensionamento dos dutos principais Outra característica desse método é a arbitragem de velocidades O método de recuperação da pressão estática consiste em reduzir a velocidade de distribuição do ar na rede com a redução da pressão dinâmica sendo transformada em pressão estática suficiente para vencer as perdas do percurso Já o método da igual perda não prevê o equilíbrio das pressões estáticas nas bocas adotando nos ramais a mesma perda e determinando a velocidade e o diâmetro Outra característica é identificar as vazões nos vários ramais e em se adotando a velocidade 23 no duto tronco com a vazão e a velocidade nesse duto tronco temse a perda e o diâmetro No dimensionamento de dutos a menor dimensão dos dutos não deve ser inferior a 10 cm para residências a dimensão mínima dos dutos pode ser de 95 cm Nas diversas seções contínuas de dutos devese sempre manter uma dimensão como por exemplo Seção 1 20x15 Seção 2 15x10 As grelhas de insuflamento devem ter as dimensões de 2x1 entre largura e altura podendo no máximo chegar a 6x1 O projeto dos dutos deve ser sempre o mais simples e retilíneo possível Para que a vazão seja correta em cada boca deve haver o balanceamento isto é controlar as perdas de carga em cada trecho para que seja atingida uma vazão correta em cada saída Também deve haver a determinação dos dutos retangulares equivalentes com os dutos sendo normalmente instalados entre o forro e a laje em espaço limitado e a relação ideal entre os lados do retângulo deve ser menor do que 5 A fórmula a seguir é a relação entre o diâmetro de um duto e os lados de um duto retangular equivalente Onde D Diâmetro equivalente em mm a Dimensão de um lado do duto retangular em mm b Dimensão do lado adjacente do duto retangular em mm A fórmula a seguir já é a relação entre o diâmetro de um duto e os diâmetros de um duto oval equivalente 24 Onde D Diâmetro equivalente em mm P Perímetro do duto oval πb 2 a b em mm A área da seção transversal do duto oval a Dimensão maior do duto oval em mm b Dimensão menor do duto oval em mm Para que não haja problemas de ruído e conforto as velocidades do ar dentro dos dutos devem ficar dentro de limites estabelecidos conforme as tabelas a seguir Tabela 22 Velocidades usuais do ar em dutos Designação Edifícios Públicos mmin Indústrias mmin ms Entrada de ar no duto 150270 150360 2560 Filtros 90110 110120 1820 Lavador de ar 150210 150210 2535 Aspiração do ventilador 250300 300430 5072 Saída do ventilador 600660 720840 1214 Dutos principais 390480 540600 910 Ramais horizontais 270390 240480 48 Difusores ou bocas de insuflamento 30120 60300 15 Fonte NB1019 78ABNT Tabela 23 Velocidades usuais do ar em dutos Designação Recomendadas ms Máximas ms Residências Escolas Teatros e Edifícios Públicos Prédios Industriais Residências Escolas Teatros e Edifícios Públicos Prédios Industriais Tomadas de ar exterior 250 250 250 400 450 600 25 Serpentinas Resfriamento 225 250 300 225 250 360 Aquecimento 225 250 300 250 300 750 Lavadores de ar Borrificador 250 250 250 350 350 350 Alta velocidade 900 900 Descarga do ventilador mín 500 650 800 máx 800 100 1200 850 1100 1400 Dutos principais mín 350 500 600 máx 450 650 900 600 800 1000 Ramais horizontais mín 300 400 máx 300 450 500 500 650 900 Ramais verticais mín 300 máx 250 350 400 400 600 800 Fonte ABNT NBR64011980 23 Ventilação Local Exaustora VLE Esse processo se caracteriza por uma redução substancial do ruído proveniente do sistema de exaustão bem como de fluxos de ar de forma pontual ou com alto gradiente hidráulico Isso é muito bom onde existem muitas partículas em suspensão como poeira ou em hospitais onde não podemos dispersar contaminantes patogênicos logo quanto menor o gradiente hidráulico melhor Em geral procurase um fluxo lamelar e a garantia de que os usuários do local não estejam na linha de contaminação ou seja fora do fluxo Esse processo exige uma captação distribuída e uma entrada de ar também distribuída de forma a se evitar um regime turbulento eou a contaminação cruzada Logo é um sistema naturalmente mais complexo e caro A ventilação local exaustora tem como objetivo principal captar os poluentes de uma fonte gases vapores ou poeiras tóxicas antes que os mesmos se dispersem no ar do ambiente de trabalho ou seja antes que atinjam a zona de respiração do trabalhador Em geral esse tipo de ventilação é utilizado de forma pontual Basicamente um esquema de instalação de um sistema de ventilação local exaustora é o seguinte 26 231 Equipamentos críticos na exaustão Em geral a forma como o ar é aspirado no ponto de contaminação determina muito da eficiência do processo Fonte CPSOL sd Figura 23 Esquema Geral Simplificado 232 Enclausuramento Enclausure a operação tanto quanto possível Quanto maior o enclausuramento menor será a quantidade de ar requerida pela exaustão Fonte CPSOL sd Figura 24 Esquema de enclausuramento 27 233 Direção do fluxo de ar Localize o captor de maneira que o contaminante não atinja a zona de respiração do trabalhador Fonte CPSOL sd Figura 25 Exemplos de direcionamento da exaustão 234 Captores coifas São pontos de captura de poluentes que dimensionados convenientemente para uma fonte poluidora irão enclausurar parte da fonte e com um mínimo de energia conseguese a entrada desses poluentes para o sistema de exaustão Esses captores devem induzir na zona de emissão de poluentes correntes de ar em velocidade tais que assegurem que os poluentes sejam carregados por essas correntes para dentro desses captores 28 Fonte CPSOL sd Figura 26 Tipos de coletores para ventilação de exaustão 29 Conclusão Este bloco foi muito importante para introduzirmos o tema no qual mostramos os princípios de funcionamento e as aplicações da ventilação Finalizamos o bloco aprendendo mais sobre o dimensionamento de dutos de ventilação 30 Referências Bibliográficas CPSOL Noções de ventilação industrial Disponível em httpswwwcpsolcombr Acesso em 23 mar 2022 HELERBROCK R Termologia Brasil Escola 26 abr 2007 Disponível em https brasilescolauolcombrfisicatermologiahtm Acesso em 23 mar 2022 OLIVEIRA J M Noções de ventilação industrial Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd CASTELLAN G Fundamentos de físicoquímica 1 ed Rio de Janeiro LTC 1986 MACINTYRE A J Equipamentos industriais e de processo Rio de Janeiro LTC 1997 MACINTYRE A J Ventilação industrial e controle da poluição Rio de Janeiro Guanabara Koogan 1990 p 403 MATOS R S Climatização Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd 31 3 AQUECIMENTO Apresentação Olá estudante Este é o bloco responsável por apresentar os conceitos e princípios do aquecimento falando um pouco da temperatura do calor e das escalas termométricas Em seguida abordaremos o tema relativo à dilatação Também será apresentado o aquecimento de fluidos gasosos e as formas de transferência de calor 31 Conceitos e princípios de aquecimento 311 Termologia É o estudo científico dos fenômenos relacionados ao calor e à temperatura como transferência de calor equilíbrio térmico transformações sofridas por gases mudanças de estado físico etc 312 Temperatura É a medida do grau de agitação das partículas que constituem um corpo A temperatura de um corpo é diretamente proporcional à velocidade com que seus átomos e moléculas vibram rotacionam ou até mesmo transladam A temperatura é uma das grandezas fundamentais da natureza juntamente com o metro e com o segundo por exemplo No sistema internacional de unidades SI a unidade utilizada para a medida da temperatura é o Kelvin K Essa escala de temperatura é considerada absoluta pois não admite valores negativos e pode ser determinada diretamente pela vibração térmica dos átomos Por isso dizemos que a menor temperatura possível é o 0 K também conhecido como zero absoluto Apesar da existência do Kelvin outras escalas usuais baseadas em outras substâncias como Celsius e Fahrenheit continuam sendo usadas no mundo A figura a seguir 32 mostra três termômetros graduados nas escalas mais comuns existentes Celsius Kelvin e Fahrenheit Fonte Termologia Brasil Escola Figura 31 Escalas Termométricas 313 Escalas termométricas As escalas termométricas são usadas para medir a temperatura a partir de alguma referência Geralmente tomamse dois pontos fixos para os quais o corpo ou a substância de referência apresentaria as mesmas propriedades como volume densidade condutividade ou resistência elétrica comprimento etc A Celsius é a escala termométrica mais usada no mundo Tratase de uma escala centígrada isto é apresenta 100 divisões de igual tamanho entre seus pontos fixos 0 ºC e 100 ºC chamados de graus Por ser uma escala usual admite temperaturas negativas seu zero absoluto tem valor de aproximadamente 2735 ºC A escala Fahrenheit por sua vez é usada em poucos países como Estados Unidos e Inglaterra Foi desenvolvida para que o ponto de fusão da água seja igual a 32 ºF Assim mesmo atingindo baixas temperaturas é improvável que se observem 33 temperaturas negativas em países que utilizam essa escala A temperatura de ebulição da água em Fahrenheit é de 212 ºF A escala Kelvin foi baseada na agitação térmica de átomos de hélio de forma que ao atingirem o repouso total atribuise a esses átomos a temperatura de 0 K Hoje em dia sabemos que essa baixíssima temperatura é na verdade inalcançável Para convertermos valores de temperatura expressos em uma das escalas citadas acima podemos utilizar as seguintes equações TK temperatura em Kelvin TF temperatura em Fahrenheit TC temperatura em Celsius 314 Calor Dizemos que calor é a energia térmica transferida entre corpos que se encontram em temperaturas diferentes sendo portanto uma forma de energia Além disso o calor sempre transita do corpo de maior temperatura para os corpos de menor temperatura até que se estabeleça o equilíbrio térmico O calor pode ser transmitido por meio de três processos Condução transmissão de calor mediante o contato de superfícies Convecção transmissão de calor em razão da formação de correntes convectivas em um fluido 34 Irradiação transmissão de calor por ondas eletromagnéticas Existem apenas duas formas de calor calor latente e calor sensível Calor sensível é a forma de calor responsável pela mudança de temperatura em um corpo Quando um corpo recebe calor sensível sua temperatura aumenta quando o mesmo corpo cede calor sensível sua temperatura cai Calor latente é a quantidade de calor que deve ser transferida para que um corpo ou uma substância mude de estado físico Quando um corpo encontrase na temperatura de ebulição ou de fusão por exemplo sua temperatura não varia mesmo que ele continue exposto a uma fonte de calor Não há mudanças de temperatura quando um corpo troca calor latente apenas mudanças de estados físicos Por isso dizemos que ele recebe calor latente 315 Dilatação térmica A dilatação térmica ocorre quando um corpo recebe ou cede grandes quantidades de calor Além da mudança de temperatura ou do seu estado de agregação estado físico a passagem de calor para um corpo pode ocasionar mudanças em suas dimensões A dilatação térmica depende da variação de temperatura sofrida pelo corpo além do seu coeficiente de dilatação linear superficial e volumétrico De acordo com o formato do corpo podese determinar qual de suas dimensões é mais favorecida Por exemplo uma agulha tem formato alongado por isso a dilatação mais importante nesse caso é a linear Ao todo existem três formas de dilatação térmica Dilatação linear mudança no comprimento de um corpo Depende do seu coeficiente de dilatação linear α L Lo Lo α ΔT ou ΔL Lo α ΔT L comprimento final 35 L0 comprimento inicial ΔT variação de temperatura ΔL variação da dilatação linear α coeficiente de dilatação linear Dilatação superficial mudança sofrida pela área de um corpo Depende do coeficiente de dilatação superficial β S So So β ΔT ou ΔS So β ΔT S comprimento final S0 comprimento inicial ΔT variação de temperatura ΔS variação da dilatação superficial β coeficiente de dilatação superficial Dilatação volumétrica mudança ocorrida no volume de um corpo Depende do coeficiente de dilatação volumétrica γ V Vo Vo γ ΔT ou ΔV Vo γ ΔT V comprimento final V0 comprimento inicial ΔT variação de temperatura ΔV variação da dilatação volumétrica γ coeficiente de dilatação volumétrica 36 316 Termodinâmica A Termodinâmica é uma importante área da Termologia que estuda as relações entre calor trabalho temperatura e outras grandezas como pressão volume etc É responsável pelo estabelecimento de leis que regem todas as transformações que podem ser sofridas pela matéria como a lei da conservação da energia também conhecida como Primeira Lei da Termodinâmica Conheça as leis da Termodinâmica e uma breve descrição de seu conteúdo Lei Zero da Termodinâmica é a lei do equilíbrio térmico Essa lei fala que todos os corpos tendem a trocar calor até atingirem o equilíbrio térmico Primeira Lei da Termodinâmica é a lei da conservação da energia Essa lei afirma que todo o calor recebido por um sistema durante um processo termodinâmico pode ser convertido em trabalho ou em aumento de sua energia interna Segunda Lei da Termodinâmica é a lei da entropia Essa lei afirma que todos os sistemas que recebem calor tendem a alcançar níveis cada vez menores de organização Terceira Lei da Termodinâmica é a lei do zero absoluto Essa lei nos diz que o zero absoluto é na verdade inatingível Por mais frio que esteja um corpo ele nunca estará a 0 K Fórmulas de Termologia Conversão de escalas termométricas Cálculo do calor sensível 37 Q calor sensível m massa c calor específico ΔT variação de temperatura Cálculo do calor latente Q calor m massa L calor latente 32 Aquecimento de fluidos gasosos 321 Objetivos Aumentar a temperatura de um corpo físico no estado gasoso Aumentar a pressão de um corpo físico no estado gasoso Transportar energia térmica na forma de calor utilizando para isso um corpo físico no estado gasoso 322 Dissipativa Forma particular de uso do processo de aquecimento de fluidos gasosos muito utilizada no mundo contemporâneo para resfriar equipamentos Nesses casos em geral o calor passa de um corpo sólido para uma corrente de um fluido gasoso utilizando para isso processos de convecção condução e irradiação simultaneamente O fluxo de fluido gasoso pode ser gerado por convecção ou por diferença de pressão forçada por ação mecânica bombas sopradores ou ventiladores 38 323 Transferência de calor A transferência de calor para um fluido gasoso ou proveniente deste pode ocorrer entre superfícies de fases diferentes como sólido e gás sólido e vapor líquido e gás líquido e vapor gás e gás vapor e gás vapor e vapor A transferência de calor por condução implica um contato direto entre as substâncias envolvidas A transferência de calor por convecção implica um contato direto entre as substâncias envolvidas e em conjunto um processo de movimentação vertical de gases causado pela dilatação térmica volumétrica dos gases mais quentes Os gases mais quentes têm uma densidade mais baixa e pelo princípio de Arquimedes sofrem a ação de um empuxo vertical de baixo para cima A transferência de calor por irradiação não implica contato direto entre as substâncias envolvidas Considerando que os gases são formados por partículas distantes umas das outras por um vazio sem massa a irradiação apresenta uma vantagem com relação à profundidade na transferência de calor Também existe a questão da transferência ser de forma direta na qual existe o contato direto de uma substância 3231 Contato direto Existe a transferência de calor por contato direto Isso implica que as substâncias estão em contato direto As torres de resfriamento condensadores com nebulização para vapor de água e outros vapores utilizando pulverizadores de água são exemplos típicos de trocadores de calor por contato direto As torres de resfriamento são largamente empregadas para dispor do rejeito térmico dos processos industriais lançando o calor na atmosfera e não em um rio ou lago ou no oceano Os tipos mais comuns incluem as torres de resfriamento com tiragem natural e as torres com tiragem forçada 39 Um exemplo comum de torres de resfriamento é nas usinas nucleares que utilizam torres de resfriamento úmidas tendo como base o princípio do resfriamento evaporativo Então quando observamos aquela nuvem típica saindo das grandes torres de resfriamento não são poluentes pesados como gás carbônico ou outro particulado mas sim de forma geral vapor de água Fonte traduzido de httpsthermalengineeringorgwpcontentuploads201905CoolingSystem CoolingTowerminpng Figura 32 Esquema de geração de energia elétrica a partir de vapor 3232 Contato indireto Existe a transferência de calor por contato indireto Isso implica que as substâncias não estão em contato direto Nesse caso utilizamse equipamentos chamados trocadores de calor responsáveis por realizar o contato indireto do gás a ser aquecido Também nesses casos podese utilizar um fluido térmico substância esta destinada a direcionar a fonte de calor bem como regular a taxa e o fluxo de calor transferido Um exemplo prático de transferência de calor por contato indireto é nas Usinas Heliotérmicas que se utilizam de um fluido de transferência que circula através de 40 tubos aquecidos pelos raios solares Esse fluido é transportado por meio de trocadores de calor produzindo vapor dentro da usina de energia de modo que esse vapor movimenta as turbinas o que por sua vez produz eletricidade O exemplo a seguir é o esquema básico de uma usina héliotermica com armazenamento de fluido Fonte Guia de Licenciamento Ambiental de Heliotérmicas 2017 Figura 33 Esquema de uso de espelhos para concentrar energia solar 3234 Compatibilidade química Quando falamos em contato direto temos que levar em consideração a compatibilidade química entre as substâncias envolvidas na transferência de calor Quando falamos em contato indireto temos que levar em consideração a compatibilidade térmica entre os fluidos envolvidos e o trocador de calor 41 3235 Compatibilidade térmica Quando falamos em contato direto temos que levar em consideração a compatibilidade térmica entre as substâncias envolvidas na transferência de calor Pode ocorrer mudança de fase e comprometimento estrutural Quando falamos em contato indireto temos que levar em consideração a compatibilidade térmica entre os fluidos envolvidos e o trocador de calor Pode ocorrer mudança de fase e comprometimento estrutural para baixas e altas temperaturas 324 Capacidade de transmissão de calor Nesse caso falamos em demanda de calor e oferta de calor ou seja temos que conhecer a quantidade de calor necessária para o processo considerando as perdas e as ineficiências como também a disponibilidade técnica de calor 325 Influência da temperatura A diferença de temperatura é um dos parâmetros que determinam a velocidade e a capacidade de transferência de calor entre dois corpos 326 Influência da pressão Quanto mais baixa a pressão de um gás mais distantes estão as particulas desse gás já que a transferência de calor por contato se propaga através de transferência de vibração energia cinética Logo quanto mais baixa for a pressão de um gás mais difícil fica a transmissão de calor 327 Fontes de calor As fontes de calor podem ser 42 Fluxograma básico Fonte Autor Resultados do aquecimento de fluidos gasosos aquecimento de fluido gasoso aumento da pressão de interesse em um processo PV n RT Equação de Clapeyron P pressão V volume n quantidade de matéria R constante termodinâmica de um gás T temperatura Essa equação não é universal mas é basica e serve muito bem para entendermos a influência da temperatura na pressão Perceba que pela equação quando a temperatura sobe a pressão também se eleva de forma a manter a igualdade da equação 43 33 Aquecimento de fluidos líquidos O aquecimento de fluidos líquidos segue os mesmos princípios e técnicas utilizados para o aquecimento de fluidos gasosos A única diferença é com relação à pressão de trabalho No caso de fluidos líquidos a pressão não influencia de forma significativa na velocidade de transmissão de calor 331 Objetivos Aumentar a temperatura de um corpo físico no estado líquido Transportar energia térmica na forma de calor utilizando para isso um corpo físico no estado líquido 332 Dissipativa Forma particular de uso do processo de aquecimento de fluidos líquidos geralmente utilizada no mundo contemporâneo para resfriar equipamentos como bobinas de indução ou painéis elétricos Nesses casos em geral o calor passa de um corpo sólido para um fluxo de um fluido líquido utilizando para isso processos de convecção condução e irradiação simultaneamente O fluxo de fluido líquido pode ser gerado por convecção ou por diferença de pressão forçada por ação mecânica bombas sopradores ou ventiladores 333 Transferência de calor A transferência de calor para um fluido líquido ou proveniente deste pode ocorrer entre superfícies de fases diferentes como sólido e líquido A transferência de calor por condução implica um contato direto entre as substâncias envolvidas A transferência de calor por convecção implica um contato direto entre as substâncias envolvidas e em conjunto um processo de movimentação vertical de líquidos causada pela dilatação térmica volumétrica dos líquidos mais quentes Os líquidos mais 44 quentes têm uma densidade mais baixa e pelo princípio de Arquimedes sofrem a ação de um empuxo vertical de baixo para cima A transferência de calor por irradiação não implica contato direto entre as substâncias envolvidas Considerase que esse processo de transferência de calor é favorecido por líquidos límpidos ou seja com baixa turbidez Também nesse caso devemos ter noção de que os líquidos têm comportamentos específicos com relação à irradiação eletromagnética podendo ocorrer absorção seletiva de calor em função da natureza das substâncias envolvidas Existe toda uma tecnologia instrumental de análises químicas desenvolvida que explora esse comportamento Dessa forma a irradiação eletromagnética como forma de transmissão de calor é uma opção a ser avaliada caso a caso Também existe a questão de a transferência ser de forma direta onde há o contato direto de uma substância 3331 Contato direto Existe a transferência de calor por contato direto Isso implica que as substâncias estão em contato direto Em colunas de absorção e adsorção muito utilizadas pela indústria química devemos considerar a troca térmica entre líquidos diferentes 3332 Contato indireto Existe a transferência de calor por contato indireto Isso implica que as substâncias não estão em contato direto Nesse caso utilizamse equipamentos chamados trocadores de calor responsáveis por realizar o contato indireto do líquido a ser aquecido Também nesses casos podese utilizar um fluido térmico substância esta destinada a direcionar a fonte de calor bem como regular a taxa e o fluxo de calor transferido Um exemplo prático de transferência de calor por contato indireto é nas Usinas Heliotérmicas que utilizam um fluido de transferência que circula através de tubos aquecidos pelos raios solares Esse fluido é transportado por meio de trocadores de calor produzindo vapor dentro da usina de energia O vapor movimenta as turbinas o 45 que por sua vez produz eletricidade O exemplo a seguir é o esquema básico de uma usina heliotérmica com armazenamento de fluido Fonte Guia de Licenciamento Ambiental de Heliotérmicas 2017 Figura 34 Esquema de uso de espelhos para concentrar energia solar 3333 Compatibilidade química Quando falamos em contato direto temos que levar em consideração a compatibilidade química entre as substâncias envolvidas na transferência de calor Quando falamos em contato indireto temos que levar em consideração a compatibilidade térmica entre os fluidos envolvidos e o trocador de calor 3334 Compatibilidade térmica Quando falamos em contato direto temos que levar em consideração a compatibilidade térmica entre as substâncias envolvidas na transferência de calor Pode ocorrer mudança de fase e comprometimento estrutural 46 Quando falamos em contato indireto temos que levar em consideração a compatibilidade térmica entre os fluidos envolvidos e o trocador de calor Pode ocorrer mudança de fase e comprometimento estrutural para baixas e altas temperaturas 3335 Capacidade de transmissão de calor Nesse caso falamos em demanda e oferta de calor ou seja temos que conhecer a quantidade de calor necessária para o processo considerando as perdas e as ineficiências como também a disponibilidade técnica de calor 334 Influência da temperatura A diferença de temperatura é um dos parâmetros que determinam a velocidade e a capacidade de transferência de calor entre dois corpos 335 Influência da pressão Como um líquido sofre praticamente pouca alteração dimensional em função da pressão a que está submetido isso impacta muito pouco na capacidade de tranferência de calor dos fluidos envolvidos 336 Fontes de calor As fontes de calor podem ser uma atividade dedicada de combustão uma tocha ou chama resíduo térmico de algum processo industrial reúso resistência elétrica radiação 47 Fluxograma básico Fonte Autor Resultados do aquecimento de fluidos líquidos aquecimento de fluido líquido facilidade de armazenamento temporário de energia térmica Conclusão Com este bloco aprendemos formas de conversão de temperatura como por exemplo Celsius para Fahrenheit Aprendemos também sobre a dilatação e as formas de se calcular Vimos que calor é a energia térmica transferida entre corpos que se encontram em temperaturas diferentes Com isso o calor sempre transita do corpo de maior temperatura para os corpos de menor temperatura até que se estabeleça o equilíbrio térmico Desse modo podemos entender que o conceito de frio não existe mas sim a ausência de calor Em ambientes onde a temperatura local é extremamente baixa a temperatura de um corpo humano por exemplo sempre irá transferir calor para esse ambiente até que se estabeleça o equilíbrio mas como tal ambiente sempre está gelado provocamos com isso hipotermia quando a temperatura interna do corpo está baixa transferindo muito calor para o ambiente 48 Referências Bibliográficas CPSOL Noções de ventilação industrial Disponível em httpswwwcpsolcombr Acesso em 23 mar 2022 HELERBROCK R Termologia Brasil Escola 26 abr 2007 Disponível em https brasilescolauolcombrfisicatermologiahtm Acesso em 23 mar 2022 OLIVEIRA J M Noções de ventilação industrial Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd CASTELLAN G Fundamentos de físicoquímica 1 ed Rio de Janeiro LTC 1986 MACINTYRE A J Equipamentos industriais e de processo Rio de Janeiro LTC 1997 MACINTYRE A J Ventilação industrial e controle da poluição Rio de Janeiro Guanabara Koogan 1990 p 403 MATOS R S Climatização Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd 49 4 REFRIGERAÇÃO Apresentação Olá estudante Este é o bloco responsável por apresentar os elementos relacionados à refrigeração comercial e industrial mas antes iniciaremos pelos conceitos e princípios de refrigeração Em seguida é que falaremos sobre a refrigeração comercial e industrial apresentando as principais características que diferenciam cada uma 41 Conceitos e princípios de refrigeração A origem dos princípios básicos de refrigeração é dada por Carnot em 1824 Anos após o desenvolvimento dos princípios em 1897 Joseph McCreaty criou e patenteou o primeiro equipamento que pode ser considerado de condicionamento de ar e consistia em um sistema de resfriamento baseado no borrifamento de água Já em 1902 Willys Carrier inventou e fez o primeiro exemplo de condicionamento de ar por um processo mecânico para controlar a umidade de uma sala de impressão 411 Refrigeração Um sistema de refrigeração é primordial para o funcionamento de ambientes comerciais e industriais sobretudo quando há grande circulação de pessoas ou execução de atividades laborais Seja a refrigeração industrial ou a comercial o fato é que ambas são fundamentais na rotina das sociedades e também necessárias quando se busca a normativa e legislação vigente Refrigeração é todo processo em que há remoção do calor de modo que a temperatura fique menor que a do ambiente Quando se remove calor até que a temperatura se iguale à do ambiente o processo chamase resfriamento A refrigeração industrial nada mais é que um processo de transformação de um determinado fluido refrigerante com o propósito de realizar a troca térmica absorvendo o calor cedido por um produto eou ambiente assim trocando de fase 50 Saber a diferença entre refrigeração e climatização é algo importante mesmo que ambas possuam o mesmo objetivo Funcionam de maneiras distintas com aparelhos próprios A climatização é o fenômeno de manter um ambiente com temperatura agradável seja aquecendo ou esfriando enquanto a refrigeração é algo que proporciona o resfriamento de maneira artificial em certos ambientes Fonte VectorMine via Shutterstock Figura 41 Ciclo básico de refrigeração Todo o ciclo de refrigeração possui 4 componentes básicos Compressor é o coração de um sistema de refrigeração Como o próprio nome diz ele comprime o fluido refrigerante e também tem a função de mover esse fluido pelo circuito Condensador transforma o fluido que sai na forma de vapor quente do compressor em estado líquido através da diminuição de sua temperatura A diminuição da temperatura se dá pela remoção de calor do fluido para o meio no qual ele se encontra Em um sistema de arcondicionado essa troca se dá com o ar ambiente mais frio que circula através do condensador com auxílio de um ventilador 51 Em outros sistemas a troca pode ser com a água num condensador do tipo cascotubo ou de placas brasadas Dispositivo de expansão diminui bruscamente a pressão do fluido e com essa diminuição diminui abruptamente a temperatura do mesmo Evaporador transforma o fluido que sai do dispositivo de expansão na forma de líquido vapor frio em vapor através da elevação de temperatura do mesmo A elevação de temperatura se dá pela absorção de calor do meio em que o fluido está circulando Em um sistema de arcondicionado essa troca se dá com o ar ambiente mais quente que circula através do evaporador com auxílio de um ventilador Já num equipamento Chiller a troca se dá com a água num evaporador do tipo cascotubo ou de placas brasadas 42 Refrigeração comercial Climatização quando a refrigeração é utilizada para a climatização em geral a temperatura final fica em torno de 20 C a 30 C Para essa atividade podese utilizar equipamentos dedicados ou uma unidade central Conservação de alimentos e medicamentos quando a refrigeração é utilizada para a conservação de alimentos e medicamentos em geral a temperatura final fica em torno de 10 C a 10 C Existem porém casos em que temperaturas mais baixas são necessárias como por exemplo preservação de sêmen e de vacinas especiais de maneira que a temperatura utilizada fica próxima de 85 C Equipamentos utilizados em geral para temperaturas entre 10 C e 10 C utilizam se geladeiras que têm um único fluido térmico Vários tipos de fluidos térmicos existem no mercado disponibilizando características técnicas diferentes bem como segurança ambiental No final do século XX muitos tinham em sua composição derivados de CFC que tinham em sua fórmula química compostos químicos com cloro flúor e carbono Essas substâncias tinham como efeito colateral a propriedade de 52 aumentar o buraco na camada de ozônio da atmosfera Para se evitar esse inconveniente novos produtos foram desenvolvidos para essa finalidade Para temperaturas muito mais baixas em geral utilizamos gelo de dióxido de carbono CO2 ou gelo de nitrôgenio N2 Processos envolvidos essa atividade é realizada por uma máquina térmica parecida com uma geladeira onde um fluido térmico realiza o transporte de calor entre a região quente e a região fria Em um ponto externo ao ambiente a ser resfriado fica a unidade de compressão a qual comprime o fluido térmico na fase de vapor Com o aumento da pressão existe um aumento da temperatura segundo a equação de Clapeyron A temperatura se eleva acima da temperatura ambiente de modo que flui energia térmica na forma de calor para o ambiente externo através de um trocador de calor por radiação e convecção Como o equipamento opera em um circuito fechado o fluido térmico retorna para o meio ambiente interno agora na fase líquida Dentro de um segundo trocador de calor agora dentro do ambiente interno cuja temperatura se quer rebaixar ocorre a evaporação do fluido térmico bem como a expansão do vapor gerado Essas duas etapas reduzem a temperatura do vapor abaixo da temperatura do ambiente interno de forma que o calor do ambiente interno flui para o fluido térmico que nesse momento encontrase com a temperatura mais baixa O vapor do fluido térmico agora com mais energia térmica e em um circuito fechado é conduzido para a unidade de compressão para dissipar a sua energia térmica para o ambiente externo Esse modelo de processo é a base de quase todas as máquinas de resfriamento térmico Para os casos em que se utiliza gelo o processo se baseia no contato direto ou indireto do gelo com o produto a ser resfriado ou com a atmosfera que envolve o produto a ser resfriado Por condução o calor flui do corpo mais quente para o corpo mais frio Nesses casos a temperatura se mantém aproximadamente constante levandose em conta o equilíbrio térmico causado pela transferência de uma parte do calor externo para o interior da caixa acondicionadora visto que não existe na prática isolamento térmico perfeito A condição adiabática é uma hipótese para efeito de estudos e modelação Nesse caso a temperatura tende a não abaixar mais 53 Outra questão para efeito de equilíbrio térmico ocorre quando estamos sublimando o gelo Essa mudança de fase reabsorve calor do sistema Esse fenômeno evita que a temperatura se eleve no interior do sistema Com essas duas atividades ocorrendo simultaneamente a temperatura do interior do sistema tende a se estabilizar 43 Refrigeração industrial 431 Fabricação de alimentos e medicamentos Quando a refrigeração é utilizada para a fabricação de alimentos e medicamentos em geral a temperatura final fica em torno de 10 C a 10 C Existem porém casos em que temperaturas mais baixas são necessárias como por exemplo preservação de sêmen e de vacinas especiais de maneira que a temperatura utilizada fica próxima de 85 C 432 Procedimentos médicos A refrigeração industrial é usada na preservação de orgãos em transplante preservação de sêmen e de vacinas especiais de modo que a temperatura utilizada fica próxima de 85 C Também é usada em procedimentos baseados em hipotermia 433 Procedimentos industriais Uma quantidade grande de processos da indústria química farmacêutica bebidas alimentícia metalúrgica etc necessita de frio para ser utilizada 434 Conservação de alimentos e medicamentos Quando a refrigeração é utilizada para a conservação de alimentos e medicamentos em geral a temperatura final fica em torno de 10 C a 10 C Existem porém casos em que temperaturas mais baixas são necessárias como por exemplo preservação de sêmen e de vacinas especiais de modo que a temperatura utilizada fica próxima de 85 C 54 435 Equipamentos utilizados Em geral para temperaturas entre 10 C e 10 C utilizamse geladeiras que têm um único fluido térmico Para aumentar a potência e a eficiência energética das máquinas envolvidas no sistema de resfriamento industrial em geral adicionase em série à geladeira um resfriador evaporativo conhecido popularmente como torre de resfriamento Esse equipamento reduz a temperatura de 25 C a 35 C para algo menor que 20 C Para esses dois equipamentos funcionarem juntos existe a necessidade de um trocador de calor de maneira que dois fluidos térmicos trocam calor através de uma superfície de contato Em geral utilizamse geladeiras com um trocador de calor adicional conhecidas como Chiller Fonte tecnogeracombr Figura 42 Esquema de funcionamento de um Chiller 55 Fonte cubienergiacombr Figura 43 Diagrama interno de um Chiller Processos envolvidos O processo envolvido é o mesmo descrito para a remoção de calor descrita nos processos de resfriamento comercial Neste processo o calor é transportado do ambiente cuja temperatura se quer abaixar para um outro ambiente normalmente externo onde o calor do processo de resfriamento pode ser dissipado em um ambiente maior e que não gera impacto ao sistema de interesse O que muda são as dimensões e as capacidades envolvidas Quanto mais baixa for a temperatura externa ao sistema de forma mais eficiente opera o processo de resfriamento Para isso a torre de resfriamento operando com água como fluido térmico realiza essa primeira etapa de resfriamento primário 56 A água proveniente da torre de resfriamento nesse momento resfria o trocador de calor da etapa de compressão Esse tipo de montagem melhora a eficiência térmica do sistema permitindo uma potência maior de resfriamento bem como uma temperatura menor no trocador de expansão ou seja uma temperatura final menor Perceba que não estamos falando em eficiência energética mas sim em eficiência térmica Conclusão Com este bloco foi possível conhecer mais sobre a refrigeração e suas aplicações com refrigeração comercial e industrial Apesar de lidarem com o mesmo objetivo ambas apresentam dimensionamentos distintos Na sequência falamos sobre os equipamentos utilizados e o funcionamento 57 Referências Bibliográficas CPSOL Noções de ventilação industrial Disponível em httpswwwcpsolcombr Acesso em 23 mar 2022 HELERBROCK R Termologia Brasil Escola 26 abr 2007 Disponível em https brasilescolauolcombrfisicatermologiahtm Acesso em 23 mar 2022 OLIVEIRA J M Noções de ventilação industrial Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd CASTELLAN G Fundamentos de físicoquímica 1 ed Rio de Janeiro LTC 1986 MACINTYRE A J Equipamentos industriais e de processo Rio de Janeiro LTC 1997 MACINTYRE A J Ventilação industrial e controle da poluição Rio de Janeiro Guanabara Koogan 1990 p 403 58 5 CLIMATIZAÇÃO Apresentação Olá estudante Neste bloco veremos os elementos que compõem a climatização Começaremos falando sobre os conceitos e os princípios de climatização Por fim falaremos sobre os sistemas e equipamentos para se entender quais operações unitárias estão envolvidas nos sistemas de climatização 51 Conceitos e princípios de climatização A climatização compreende uma atividade de ajustar a temperatura ambiente com o objetivo de se atingir uma condição de conforto térmico Devemos lembrar que esse ajuste de temperatura pode ser no sentido de abaixar a temperatura como também de elevála Como alguns exemplos interessantes sobre isso podemos imaginar um hospital na cidade de Manaus no qual muito provavelmente existe a necessidade de se abaixar a temperatura para se conseguir o conforto térmico outro caso interessante é a Estação Antártica Comandante Ferraz EACF que está subordinada à Subsecretaria do Programa Antártico Brasileiro PROANTAR da Secretaria da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar SECIRM O processo de climatização passa em princípio por aquecimento do ar ambiente interno da estação Processos semelhantes de aquecimento ocorrem de forma corriqueira em aviões comerciais e militares navios que transitam por oceanos e mares fora das regiões tropicais bem como em moradia e hospedagens em ambientes de clima severo Outro aspecto interessante é que o processo de climatização envolve além da temperatura a umidade relativa do ar a radiação em suas diversas formas ruído questões organolépticas etc Ou seja vários parâmetros podem ser utilizados para caracterizar a condição de conforto ambiente 59 O arcondicionado como conhecemos hoje foi inventado em 1902 portanto há quase 120 anos mas na realidade ele constitui a base para todos os sistemas A maioria dos equipamentos de climatização ou seja um Chiller ultramoderno um sistema split ou até mesmo uma geladeira compartilham o mesmo princípio básico de refrigeração De uma forma geral as figuras a seguir representam a maior parte dos processos de climatização utilizados em regiões tropicais do mundo Fonte httpsbitly3JcqOqg Figura 51 Tipo de climatização evaporativa 60 Fonte httpsbitly3udNYIR Figura 52 Fluxograma básico de um sistema de resfriamento 52 Controle de temperatura e umidade A existência de sensores de temperatura e umidade relativa do ar é comum no mercado de automação Para sistemas pequenos em geral não utilizamos sensores de umidade apenas de temperatura que em geral operam de forma intertravada com a remoção de calor de forma a controlar a temperatura automaticamente Para sistemas de médio e grande porte como grandes centros comerciais silos de estocagem de grãos fabricação de equipamentos sensíveis etc em geral utilizamos sensores de temperatura e umidade ativos para informar registrar e pilotar esses parâmetros no sistema envolvido Para sistemas de grande porte podemos monitorar e controlar pelo registro final mas o mais eficiente seria instalar pontos de controle e monitoramento em vários pontos estratégicos Com auxílio de CLPs podese ainda ajustar previamente o fluxo de ar a ser condicionado Tudo vai depender do nível de automação desejado e da necessidade de estabilidade necessária ao sistema 61 Para entendermos mais sobre os controles de temperatura e umidade precisamos também apresentar os conceitos dos ciclos de refrigeração Apesar de o Ciclo de Compressão de Vapor ser o mais utilizado existem ainda outros dois tipos de ciclos que são os Ciclos de Refrigeração por Absorção de Vapor e o Ciclo Economizador Como dito anteriormente o ciclo de refrigeração mais utilizado é o Ciclo de Compressão de Vapor seu princípio de funcionamento é baseado na transferência de calor que ocorre quando um fluido refrigerante muda de fase no interior de uma serpentina sendo que esse sistema opera com dois ou mais níveis de pressão fazendo com que o fluido que passa à baixa pressão em uma serpentina evapore atuando como um sumidouro de calor e o líquido que passa à alta pressão em um outro trocador de calor condense atuando como uma fonte de calor Assim temos a base da definição dos evaporadores e condensadores com o trocador de calor sendo conhecido por evaporador e o trocador que atua como fonte conhecido como condensador Dentro dos condensadores também existe a presença de um compressor que é utilizado para vencer a diferença de pressão nos dois reservatórios O ciclo de refrigeração por absorção de calor consiste em utilizar o calor como fonte de energia ao contrário do ciclo por compressão que utiliza energia elétrica para fazer funcionar compressores e motores Por calor entendese energia a uma determinada temperatura como por exemplo água quente a 85 C já é suficiente para alimentar o ciclo por absorção sendo obtido dele temperaturas de 5 C Pode ainda ser utilizada uma resistência elétrica nesse ciclo Nesse ciclo de absorção há necessidade de utilizar dois fluidos sendo um fluido refrigerante e o fluido absorvente Esses fluidos misturamse mas não se combinam de modo a poderem ser separados com a elevação da temperatura Já o conceito de ciclo economizador é a utilização de ar externo para resfriamento quando as condições ambientais permitem sendo utilizados vários parâmetros que devem ser avaliados para determinar se o ciclo economizador se justifica sendo eles o clima ocupação da edificação zoneamento da edificação a compatibilidade do economizador com outros sistemas e o custo de sua implantação Para efetuarse o resfriamento através do ar externo geralmente é necessário um ventilador de retorno 62 adicional e de equipamento de controle para o economizador O sistema de umidificação também será sobrecarregado portanto esses sistemas devem ser cuidadosamente avaliados levandose em consideração sua aplicação específica Dentro desse conceito de ciclo economizador temos dois tipos comuns de operação controlados por temperatura de bulbo seco ou controlados por entalpia O ciclo economizador controlado por temperatura de bulbo seco pode ser automatizado instalandose dampers de ar externo e controles locais Durante a operação em ciclo economizador em um eventual aumento de temperatura do ambiente condicionado abrirão primeiro os dampers de ar externo Com a abertura dos dampers um aumento da temperatura do ambiente climatizado deverá fazer com que os controles acionem o sistema de resfriamento O ciclo economizador controlado por temperatura de bulbo seco é ativado quando a temperatura externa do bulbo seco é inferior a um determinado valor sendo que acima desse valor o resfriamento do ar externo não é econômico e os dampers de ar externo fecham até a posição mínima satisfazendo a ventilação E por fim o ciclo controlado por entalpia é o sistema que utiliza um controle por entalpia medindo a temperatura de bulbo seco e a umidade relativa do ar externo e no duto de retorno determinando as suas respectivas entalpias Sendo determinada qual fonte de ar se terá como resultado a menor carga térmica sobre a serpentina de resfriamento caso o ar externo represente a menor carga o controlador por entalpia habilita o ciclo economizador A economia de energia nesse sistema será maior devido à maior precisão na mudança de regime de resfriamento exceto no caso dos climas bastante secos 53 Sistemas e equipamentos Antes de prosseguirmos com a explicação dos sistemas de climatização precisamos avaliar o rendimento de um equipamento de refrigeração sendo definido pelo COP ou Coeficiente de Performance Esse índice é importante para essa avaliação sendo que o COP nos dá a relação entre a capacidade de remoção de calor de um equipamento e a 63 potência requerida pelo compressor Quanto maior for o COP melhor vai ser o rendimento Para calcularmos o COP utilizamos a seguinte fórmula E para entendermos os pontos envolvidos nesse conceito precisamos verificar um diagrama indicando perdas de pressão nas tubulações subresfriamento e superaquecimento nas linhas Esse diagrama é originado pelo Diagrama de Mollier que indica esquematicamente as principais linhas e grandezas termodinâmicas Fonte httpswwwresearchgatenetfigureFigura7DiagramadeMollieraColetadeinformacoes bTemperaturasdeEntradaefig5336747889 Figura 53 Diagrama de Mollier 64 Levandose em consideração que a evolução do fluido refrigerante pode ser representada graficamente conseguimos fazer representação esquemática de um diagrama indicando as perdas de pressão Fonte researchgatenet Figura 54 Representação esquematicamente de um diagrama indicando perdas de pressão Para resumirmos os pontos em questão que precisamos para analisar o COP utilizaremos apenas a figura a seguir onde está sendo indicado o ciclo ideal Fonte researchgatenet Figura 55 Pontos envolvidos no conceito de COP 65 Agora para se endendermos os equipamentos utilizados nos sistemas de climatização de ar devemos fragmentar o sistema por operaçãos unitárias Circulação de ar essa etapa tem a função de evitar a concentração de algum parâmetro específico em algum local ou seja visa homogenizar a atmosfera ambiente Aquecimento essa etapa tem a função de elevar a temperatura do ar ambiente Geralmente é realizada por resistências elétricas Resfriamento essa etapa tem a função de abaixar a temperatura do ar ambiente Essa atividade é realizada por uma máquina térmica parecida com uma geladeira onde um fluido térmico realiza o transporte de calor entre a região quente e a região fria Domesticamente uma unidade dessas com uma unidade de armazenamento de produtos é o que nós conhecemos como geladeira Umidificação essa etapa tem a função de aumentar a umidade relativa do ar Geralmente é feita por uma superfície de contato onde a água forma uma camada fina de área muito grande o que favorece a evaporação da água exemplo como uma colmeia de radiador Outra forma muito utilizada é a dispersão de pequenas gotas de água diretamente na corrente de ar de entrada Quanto menores as gotas maior é a área de contato da água com o ar de forma que também favorece a evaporação de água Conclusão Com este bloco conhecemos mais sobre as operações dos sistemas de climatização de ar e como eles são fragmentados Também conhecemos os principais equipamentos de controle de temperatura e umidade 66 Referências Bibliográficas CPSOL Noções de ventilação industrial Disponível em httpswwwcpsolcombr Acesso em 23 mar 2022 HELERBROCK R Termologia Brasil Escola 26 abr 2007 Disponível em https brasilescolauolcombrfisicatermologiahtm Acesso em 23 mar 2022 OLIVEIRA J M Noções de ventilação industrial Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd CASTELLAN G Fundamentos de físicoquímica 1 ed Rio de Janeiro LTC 1986 MACINTYRE A J Equipamentos industriais e de processo Rio de Janeiro LTC 1997 MACINTYRE A J Ventilação industrial e controle da poluição Rio de Janeiro Guanabara Koogan 1990 p 403 SMACNA BRASIL Disponível em httpssmacnaorgbrartigostecnicossistemasde arcondicionadoprincipiobasicoderefrigeracao Acesso em 5 abr 2022 67 6 PROJETO DE AVACR Apresentação Olá estudante Este é o bloco responsável por apresentar os elementos introdutórios voltados para o projeto de AVACR onde serão detalhados seus princípios de funcionamento assim como alguns exemplos de aplicações na indústria e também cotidianas Para fechar o bloco abordaremos as principais características desse tipo de AVACR com foco na instalação e manutenção 61 Tipos de Sistemas AVAC Aquecimento Ventilação e ArCondicionado AVACR Aquecimento Ventilação ArCondicionado e Refrigeração Para efeito deste bloco Aquecimento referese à transferência de calor por convecção radiação ou condução por meio de um sistema de distribuição de ar ou água gerando calor para conforto controle de umidade ou conservação Ventilação é o movimento deliberado e a substituição processamento de ar em qualquer espaço para melhorar suas qualidades de acordo com as normas vigentes por exemplo temperatura níveis de oxigênio CO2 umidade odor partículas transportadas pelo ar e bactérias pressão estagnação ArCondicionado significa qualquer forma de tecnologia que modifique a condição do ar temperatura e umidade com a finalidade de gerar conforto para seres humanos e animais 68 Refrigeração sistema que funciona para remover o calor de um lugar onde ele não é desejado e rejeitálo em outro lugar É muito utilizado em sistemas de conservação O projeto de sistemas de AVACR é um dos principais setores de atividade da engenharia mecânica utilizando os princípios da termodinâmica da mecânica dos fluidos e da transferência de calor É particularmente importante no projeto de edifícios industriais e de serviços de média ou grande dimensão bem como no projeto de instalações com ambientes especiais como nas indústrias alimentícias e laboratoriais Esses locais obrigam a um estrito controle das condições ambientais especialmente em termos de temperatura umidade qualidade e de renovação do ar a fim de garantir a não contaminação prejudicial por particulados e variação térmica Também é imprescindível no projeto de usinas térmicas como no caso de usinas nucleares e usinas heliotérmicas sendo dois grandes exemplos de aplicações práticas em grande escala de todos os conhecimentos da termodinâmica e mecânica dos fluidos O primeiro e mais importante passo no processo de projeto de uma instalação de condicionamento de ar é a Carga Térmica Os demais elementos deverão ser desenvolvidos visando ao suprimento da carga térmica com o condicionamento de ar efetuando o controle da temperatura e umidade satisfazendo as necessidades do ambiente e deve ainda controlar o fluxo e a qualidade do ar Para isso existem duas condições de projeto internas e externas Para as condições de projeto internas devemos atender as condições de temperatura e umidade ou seja condições de conforto usando como base a ISO 77402005 ASHRAE 552004 e a NBR 164012008 Quando falamos de conforto térmico ou seja nos referimos à NBR 164012008 Para tanto precisamos levar em consideração dois fatores que são o verão CLO 05 no qual a temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona ficam delimitadas por 225 ºC e 255 ºC e umidade de 65 ou ainda 23 ºC a 26 ºC e umidade relativa de 35 e o inverno CLO 09 no qual a temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona ficam delimitadas por 21 ºC 69 a 235 ºC e umidade relativa de 60 e 215 ºC a 24 ºC e umidade relativa de 30 Outra condição interna se dá pela renovação de ar ou salubridade Já as condições externas são fixadas em função do dia típico que corresponde às condições em que 10 dos dias de verão podem ter temperatura do ar superior para casos de resfriamento àquela adotada no projeto utilizando de base a NBR 164012008 62 Dimensionamento e considerações para especificações Para descobrirmos a carga térmica do ambiente podemos utilizar 3 métodos de cálculos Método Simplificado Método Detalhado Método Intermediário O método simplificado consiste em cálculos em regime permanente determinando apenas valores máximos diários da carga térmica Para CTcondução e devido à transferência de calor por elementos opacos será Onde U coeficiente global de troca de calor entre o ambiente interno e o meio externo função dos coeficientes de película que englobam tanto os efeitos de convecção como radiação A área do elemento de vedação Tin temperatura de bulbo seco de projeto do ar interior Tarsol temperatura ArSol A temperatura fictícia dada por Tarsol é determinada por 70 Onde Text temperatura de bulbo de projeto do ar exterior α absortância à radiação solar da face externa do elemento de vedação I radiação solar incidente no elemento he coeficiente de troca de calor combinado convecçãoradiação na face externa do elemento de vedação CTsolar sendo a Carga Térmica devido à radiação solar direta é Onde ID radiação direta incidente sobre o vidro τD transmissividade do vidro à incidência solar direta Av área do vidro sujeito à radiação solar direta Também devemos considerar a Carga Térmica gerada internamente ou CTinterna dado por Onde CTpessoas taxa de calor dissipado número de pessoas CTequipamentos taxa de calor dissipado número de equipamentos CTiluminação taxa de calor dissipado número de lâmpadas 71 CTrenovação é dado por Onde vazão de ar de renovação em kgs Cp calor específico do ar em kjkgC Texterna temperatura externa do ar externo de renovação em C Tinterna temperatura interna de conforto térmico C hLv entalpia líquidovapor em kjkg Wexterna umidade absoluta do ar externo de renovação em kgkg ar seco Winterna umidade absoluta do ar interno de conforto térmico em kgkg ar seco E CTventilador Onde Q vazão volumétrica de ar insuflado Δp diferença de pressão n rendimento do ventilador Sendo que para determinar a vazão Onde 72 Q vazão volumétrica de ar insuflado em m³s p massa específica do ar em kgm³ cp calor específico do ar em kjkg C Assim o CTequipamento se dá pela soma algébrica da carga do ambiente renovação e ventilador Dividindo o valor total da carga térmica por 3520 obtemos o valor da carga em TR ou seja tonelada de refrigeração sendo a energia necessária para que 1000 kg de água a 0 ºC passe de água para gelo em 24 horas E no sistema britânico de unidade termal ou British Thermal Unite temos 1 TR 12000 BTUh Agora para o método detalhado precisamos de programas de simulação do comportamento térmico da edificação sendo o EnergyPLus o mais utilizado E para o método intermediário utilizamos fatores que tentam reproduzir o efeito do armazenamento térmico dos componentes radiantes dos ganhos de calor e da natureza transitória da condução de calor nos elementos de vedação Outro ponto no projeto de sistemas de AVACR é levar em consideração as normas e legislação vigente nacional e internacional considerando tanto os principais órgãos instituições e entidades quantos as normas específicas de cada uma que se aplicam a esse tipo de projeto sendo Ministério da Economia o NR 1 Redação dada pela Portaria SEPRT nº 6730 de 9 de março de 2020 Disposições Gerais e Gerenciamento de Riscos Ocupacionais o NR 2 Inspeção Prévia para início de atividades Revogada em 30 de julho de 2019 73 o NR 3 Embargo e Interdição de atividades e equipamentos Redação publicada em 23 de setembro de 2019 Início da vigência 22 de janeiro de 2020 o NR 10 Norma que define as condições e requisitos para atender a segurança nas instalações elétricas em baixa tensão o NR 12 Segurança em Máquinas e Equipamentos Redação publicada 30 de julho de 2019 A NR 12 é a Norma Regulamentadora de Segurança do Trabalho em Máquinas e Equipamentos Sendo assim seu principal objetivo é garantir a segurança saúde e integridade física dos trabalhadores o NR 17 Esta norma visa estabelecer parâmetros que permitam a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores de modo a proporcionar um máximo de conforto segurança e desempenho eficiente o NR 24 Condições Sanitárias e de Conforto Redação publicada em 23 de setembro de 2019 A NR 24 estabelece as condições sanitárias e de conforto nos locais de trabalho Garantir um ambiente higiênico e com boas condições de trabalho promove a saúde do trabalhador Esse é o principal objetivo da norma o NR 28 Penalidades Atualizada em 19 de outubro de 2020 A NR 28 estabelece as medidas a serem adotadas pela fiscalização do trabalho assim como a aplicação de penalidade de multas A função do fiscal do trabalho é identificar as condições de trabalho verificar as irregularidades nas empresas e aplicar as penalidades se necessário o NR 32 Ao tratar do sistema de climatização exige que sejam efetuadas as manutenções preventivas e corretivas com a finalidade de preservar a integridade e eficiência de todos os seus componentes o que significa que devem estar em perfeito funcionamento ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas o NBR 164012008 Instalações de ArCondicionado Sistemas centrais e unitários Partes 1 2 e 3 74 o NBR 148802002 Saídas de emergência em edifícios Escadas de segurança Controle de fumaça por pressurização o NBR 146792001 Sistemas de condicionamento de ar e ventilação Execução de serviços de higienização o NBR 139711997 Sistemas de condicionamento de ar e ventilação Manutenção programada o NBR 54102005 Instalações Elétricas de Baixa Tensão ASHRAE American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers o ASHRAE Standard 1111988 ASTM American Society for Testing and Materials AMCA Air Movement Control Association International o AMCA Standard 500 Tabela 64334 para dampers o AMCA 203 Field Performance Measurement of Fan Systems o AMCA 210 Laboratory Methods of Testing Fans for Rating ANSI American National Standards Institute SMACNA Sheet Metal and Air Conditioning of Contractors National Association ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária Ministério da Saúde o Portaria nº 3523GM de 28 de agosto de 1998 Qualidade do Ar de Interiores e Prevenção de Riscos à Saúde dos Ocupantes de Ambientes Climatizados 75 o Portaria nº 3523 de 28 de agosto de 1998 Regras para a manutenção e higienização dos sistemas de condicionamento de ar o Resolução nº 9 de 16 de janeiro de 2003 Revisão e Atualização da RE 176 Padrões referenciais de Qualidade de Ar Interior em Ambientes Climatizados Artificialmente de Uso Público e Coletivo Corpo de Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São Paulo o IT132011 Pressurização de escada de segurança Ministério da Justiça e Segurança Pública MJSP o Lei nº 13589 de 4 de janeiro de 2018 dispõe sobre a manutenção de instalações e equipamentos de sistemas de climatização de ambientes Torna obrigatória a execução de um plano de manutenção operação e controle PMOC de sistemas e aparelhos de arcondicionado em edifícios de uso público e coletivo Também devemos levar em consideração a disponibilidade de espaço podendo se utilizar uma unidade integrada ou com a unidade de compressão remota Levandose em consideração a complexidade do sistema podese utilizar uma única unidade de condicionamento de ar ou várias unidades distribuídas de forma conveniente Devese levar em consideração a necessidade de se ajustar a umidade relativa do ar Por exemplo um shoping center pode necessitar de uma umidade relativa do ar acima de 60 enquanto uma empresa operadora de equipamentos eletrônicos pode necessitar de baixa umidade relativa do ar Devese levar em consideração a necessidade de controle sanitário microbiológico Por exemplo um centro cirúrgico UTI fabricação de medicamentos etc Nesses casos equipamentos para esterilização da linha de arcondicionado deve ser instalado de monitorado Por exemplo radiação ultravioleta 63 Observações para instalação e manutenção Apesar de o projeto de AVACR comercial e industrial serem semelhantes na forma de calcular devemos diferenciar os tipos de sistemas mais pelo seu tamanho e 76 complexidade Por exemplo para grandes demandas utilizamos a expansão indireta água gelada A principal característica desse tipo de sistema é a presença de rede de dutos casa de máquinas CAG e fancoil A principal vantagem desse sistema é a alta eficiência energética centralização da manutenção vida útil longa e o menor nível de ruído interno permitindo o dimensionamento em função das características psicrométricas do local Mas a principal desvantagem é o custo inicial elevado e área de piso além de ser necessário criar sala de máquinas específicas As principais aplicações desse tipo de sistema como o próprio nome do projeto diz são edifícios comerciais de grande porte shopping hospitais indústrias em geral Segue exemplo da composição de um sistema de refrigeração de expansão indireta Fonte httpsbitly3j8CEHv Figura 61 Diagrama de distribuição de um sistema de refrigeração Outro exemplo comum de se encontrar principalmente em grandes indústrias como o caso de industrias químicas são as típicas torres de resfriamento 77 Fonte httpsbitly3j6NNIG Figura 62 Torre de resfriamento industrial Em geral evitase que o fluxo de arcondicionado incida diretamente sobre as pessoas A instalação da unidade de compressão deve ser sempre na área externa à área a ser resfriada e coberta Quanto mais quente estiver o equipamento externo mais difícil fica a transferência de calor logo cai a eficiência do equipamento A insidência solar atrapalha o processo de resfriamento A instalação das unidades de compressão e evaporação deve ser de tal forma a permitir e facilitar a sua manutenção Verificamos que existe muita legislação dedicada à manutenção e higienização periódica dos equipamentos Também não podemos esquecer que existe uma recomendação específica para monitoramento e controle de Legionela uma pneumonia muito letal e causada por um microorganismo presente em sistemas de arcondicionado 78 Conclusão Este último bloco apresenta as principais características dos projetos de AVACR além das principais normas utilizadas apesar de as normas serem as mesmas usadas tanto para AVACR Comercial como para AVACR Industrial a diferença como foi apresentado encontrase na dimensão dos equipamentos e no método de distribuição do ar Para fecharmos apresentamos observações a se levar em consideração na hora da instalação e manutenção 79 Referências Bibliográficas CPSOL Noções de ventilação industrial Disponível em httpswwwcpsolcombr Acesso em 23 mar 2022 HELERBROCK R Termologia Brasil Escola 26 abr 2007 Disponível em https brasilescolauolcombrfisicatermologiahtm Acesso em 23 mar 2022 OLIVEIRA J M Noções de ventilação industrial Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná sd CASTELLAN G Fundamentos de físicoquímica 1 ed Rio de Janeiro LTC 1986 MACINTYRE A J Equipamentos industriais e de processo Rio de Janeiro LTC 1997 MACINTYRE A J Ventilação industrial e controle da poluição Rio de Janeiro Guanabara Koogan 1990 p 403