Predio Pub Manual Ar Condicionado[1]
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8/14/2019 Predio Pub Manual Ar Condicionado[1]
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SISTEMAS DE AR CONDICIONADOE REFRIGERAO
PROCEL
PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAO DEENERGIA ELTRICA
Eng Srgio Meirelles Pena
1 Edio - JULHO/2002
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8/14/2019 Predio Pub Manual Ar Condicionado[1]
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL2
ndiceMDULO I - FUNDAMENTOS ......................................................... 6
1. INTRODUO ...........................................................................7
1.1.Climatizao Refrigerao Ventilao .......................... 7
1.2.Diagnstico Energtico ........................................................7
1.3.Medidas de Conservao de Energia (MCES) ....................8
2. FUNDAMENTOS .........................................................................8
2.1. UMA VISO DE CONJUNTO .................................................8
2.1.1. Uma instalao de pequeno/mdio porte ..........................................8
2.1.2. Uma instalao de mdio/grande porte .............................................10
2.2. CONCEITOS BSICOS ............................................................ 12
2.2.1. Temperatura .........................................................................................12
2.2.2. Calor Sensvel ........................................................................................13
2.2.3. Calor Latente ........................................................................................13
2.2.4. Umidade Relativa do Ar (UR) .................................................................142.2.5. Temperatura de Bulbo Seco do Ar ........................................................17
2.2.6. Temperatura de Bulbo mido do Ar .....................................................17
2.2.7. Entalpia .................................................................................................17
2.2.8. Carta Psicromtrica ..............................................................................17
2.2.9. Exerccios na Carta Psicromtrica .........................................................18
2.2.10. Ciclo Frigorfico por Compresso ..........................................................26
2.2.11. Coeficiente de Performance .................................................................30
2.2.12. EER ENERGY EFFICIENCY RATE (RAZO DE EFICINCIA ENERGTICA) .....31
2.2.13. EFICINCIA EM kW/TR..............................................................................32
2.2.14. TRANSMISSO DE CALOR MECANISMOS RADIAO- CONVECO CONDUO ..........................................................................................32
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL3
2.3.CARGAS TRMICAS SOBRE UMA EDIFICAO ....................... 40
2.3.1. Fatores que influem sobre as Cargas Externas ....................................41
2.3.1.1. Radiao Solar atravs de Janelas ....................................................41
2.3.1.2. Ganhos por Conduo atravs de Paredes Externas e Telhados .......43
2.3.1.3. Ar de Ventilao...................................................................................45
2.3.1.4. Infiltrao .............................................................................................47
2.3.2. Fatores que influem sobre as Cargas Internas .....................................48
2.3.2.1. Ganhos por Conduo atravs de Vidros - Paredes Internas- Forros - Pisos.............................................................................................................48
2.3.2.2. Pessoas ................................................................................................50
2.3.2.3. Potncia dissipada por Equipamentos ...............................................512.3.2.4. Potncia dissipada por Iluminao.....................................................51
2.3.2.5. Perdas em Dutos ..................................................................................51
2.4. PLANILHA DE CARGA TRMICA .............................................. 53
2.5. CLASSIFICAES DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO EQUIPAMENTOS - ARRANJOS - DISTRIBUIO DE AR ..............56
2.5.1. Sistema de Expanso Direta .................................................................56
2.5.2. Sistema de Expanso Indireta ..............................................................612.5.2.1. Tudo gua ...........................................................................................61
2.5.2.2. Sistemas Ar gua ..............................................................................62
2.5.2.3. Sistemas Tudo Ar ..................................................................................63
2.5.2.3.1. Sistemas Multizona ...........................................................................63
2.5.2.3.2. Sistemas VAV ....................................................................................65
2.6.EQUIPAMENTOS DE AR CONDICIONADO E SEUS RENDIMENTOS
TPICOS .................................................................................. 66
BIBLIOGRAFIA:..............................................................................70
MDULO II - GERENCIAMENTO DO CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA- MEDIDAS DE CONSERVAO DE ENERGIA (MCES) - DIAGNSTICOENERGTICO ............................................................................ 71
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL4
1. INTRODUO ...........................................................................72
1.1.GERENCIAMENTO DO CONSUMO DE ENERGIA ....................72
1.2.DIAGNSTICO ENERGTICO .................................................72
2.0.MEDIDAS DE CONSERVAO DE ENERGIA (MCES) ..............722.1.MCES COM CUSTO ZERO ................................................... 73
2.1.1. Ajustes de registros (dampers) de tomada de ar exterior ...................73
2.1.2. Desligamento De Luzes.........................................................................75
2.1.3. Vazamento em Dutos ...........................................................................77
2.1.4. Desligamento de Sistemas de Exausto ..............................................77
2.1.5. Limpeza de Filtros .................................................................................77
2.1.6. Programao de Computadores Para Baixo Consumo ......................79
2.1.7. Ajustes de acionamentos .....................................................................79
2.1.8. Limpeza de Superfcies de Trocadores de Calor ..................................79
2.1.9. Ajustes de Termostatos ..........................................................................80
2.1.10. Ajustes de Vazo de Ar .........................................................................81
2.1.11. Manutenao Programada.................................................................82
2.1.12. Seminrio de Conservao de Energia ...............................................822.2. MCES COM BAIXO CUSTO..................................................82
2.2.1. Reduo de Infiltrao de Ar Externo. ..................................................82
2.2.2. Reclculo de Ocupao de Pessoal - Ar Exterior - Rebalanceamento 83
2.2.3. Isolamento Trmico em Dutos ...............................................................83
2.2.4. Isolamento de Tubos .............................................................................84
2.2.5. Desligamento de Sistemas X Instalaes de Sistemas Dedicados. .....84
2.2.6. Desligamento de Bombas de Circulao (BAG e BAC) e Torres deResfriamento .........................................................................................84
2.2.7. Segregao para rea de Fumantes ..................................................84
2.2.8. Recalibrar Controles ..............................................................................85
2.2.9. Instalar Barreiras ou Isolar Equipamentos .............................................85
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL5
2.2.10. Reduzir Perdas em Circuitos de gua (Fase de Projeto ou Retrofit) .....85
2.2.11. Proteo de Vidros Cortinas, Filmes, Brises, Telas ...............................86
2.3. MEDIDAS COM CUSTOS DE MODERADOS A ALTOS REFORMAS(RETROFITS) ..........................................................................87
2.3.1. Impacto da Eficientizao da Iluminao sobre o Sistema de arCondicionado ......................................................................................87
2.3.2. Controle do Ar Exterior (Ventilao) pelo uso de Sensores de CO2 .......88
2.3.3. Isolamento Trmico em Coberturas ......................................................88
2.3.4. Uso de Motores Eficientes ......................................................................89
2.3.5. Uso de Variador de Freqncia ( VSDS) ...............................................91
2.3.6. Trocas de Centrais de gua Gelada ( CAG) ........................................92
3.0. SOFTWARES RELACIONADOS ESTIMATIVA DE CARGA TRMICAE SIMULAO PREDIAL ..........................................................96
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL6
MDULO I - FUNDAMENTOS
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL7
1. INTRODUO
1.1. Climatizao Refrigerao Ventilao
Climatizao - Trata o ar , ajustando sua temperatura em valores geralmente
acima de 20 o.C. Pode controlar alm da temperatura do ar no recinto, a pressointerna, a pureza do ar (filtragem) e sua umidade relativa.
A Climatizao pode ser utilizada com finalidades de conforto ambiental (como no
uso residencial, em escritrios, comrcio, etc.) ou Industrial, para controlar variveis
de processo (na indstria de tecelagem e grfica, controlando temperatura e
umidade) na indstria eletrnica, controlando temperatura, umidade, pureza do ar
e presso do recinto.
Refrigerao - Quando utilizando o ar como fluido para controle da temperatura,o ar resfriado a temperaturas prximas de 0 o.C, podendo chegar a temperaturas
abaixo de -10 C. Como aplicaes tpicas, o uso de Cmaras ou Balces Frigorficos.
Ventilao - Nesta aplicao, o ar introduzido num ambiente para controlar a
sua temperatura, limitado sempre em relao temperatura do ar exterior,removendo a energia trmica gerada no seu interior por pessoas , equipamentos,
etc. Neste caso, no h como controlar a temperatura a um valor fixo. A Ventilao
tambm usada para remover poluentes e odores.
1.2.Diagnstico Energtico
Um Diagnstico Energtico uma ferramenta utilizada para levantar e estimar comoe em que quantidades as diversas formas de energia esto sendo gastas numa
Edificao, em seus Sistemas (ar condicionado, iluminao, motorizao,
bombeamento, refrigerao, etc.) ou, em aplicaes Industriais, nos seus processos
(ar comprimido, vapor, bombeamento, etc.). Aps o levantamento, feito estudoque permite avaliar perdas (traduzido em consumo de kWh, demanda, etc.), seus
custos e indicar medidas corretivas, avaliar custos de investimentos nas modificaes(projetos, aquisio de equipamentos novos), calcular tempo de retorno dos
investimentos, visando orientar os gerentes do empreendimento na tomada dedecises.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL8
1.3.Medidas de Conservao de Energia (MCES)
So medidas que visam reduzir o consumo de energia, nas suas diversas formas
(eltrica, trmica, etc.). Podem ser extremamente simples como desligar lmpadas
e condicionadores de ar fora de horrio de uso, ou medidas mais complexas que
demandam clculos elaborados e investimentos, como a substituio de umacentral de resfriadores de gua gelada (CAG), com baixa eficincia, de um Sistema
de Ar Condicionado de um prdio.
2. FUNDAMENTOS
2.1. UMA VISO DE CONJUNTO
2.1.1. Uma instalao de pequeno/mdio porteInstalaes at 100 TR (este nmero limite pode variar). A instalao pode consistir
no uso de um ou mais condicionador unitrio tipo janela (Fig . 1), condicionadores
tipo split (Fig.2), ou num sistema um pouco mais complexo constitudo de
condicionadores tipo self contained(auto portante), rede de dutos para distribuio
do ar, torre de resfriamento, bomba de gua de condensao e respectivas
tubulaes (Fig 3).
Fig. 1
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL9
Fig. 2- Split
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL10
Fig. 3
2.1.2. Uma instalao de mdio/grande porte
Instalaes acima de 100 TR podem assumir diversas configuraes, mas a ttulode ilustrao, vamos apresentar os constituintes de um Sistema tpico de guagelada (expanso indireta) . Ver Fig 4A e 4 B
Fig. 4 A
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL12
2.2.CONCEITOS BSICOS
2.2.1. Temperatura
A temperatura uma propriedade da matria. uma medida do nvel energtico
de um corpo. Uma alta temperatura um indicativo de alto nvel de energia docorpo. Diz-se neste caso, que o corpo est quente. J se demonstrou que atemperatura uma funo da energia cintica interna, sendo um ndice da
velocidade molecular. expressa em graus Celsius (C) , no sistema Internacional,Fahrenheit (F), e outras unidades.
A correspondncia entre as escalas Celsius e Fahrenheit, mostrada na Fig. 5, a
seguir:
Fig. 5
A expresso que correlaciona estas unidades dada por:
9
32
5
=FC
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL13
A ttulo de ilustrao:
A gua a 100 C , corresponde a:
Fx 21232))5100(9( =+
Outra relao importante, de uso freqente, a que relaciona diferenciais de
temperaturas expressas em C com F, dado por:
9
)(
5
)( FTCT =
A tabela no.1, no Anexo , mostra a correspondncia entre estas temperaturas.
2.2.2. Calor Sensvel
Se tomarmos uma poro de uma matria, por exemplo gua na fase lquida atemperatura ambiente , digamos 25 C, por exemplo, e a aquecemos at 99 C a
uma presso atmosfrica normal (760 mm Hg), dizemos que introduzimos Calor
Sensvel .
Ento, toda vez que introduzimos (ou removemos) calor num corpo , variando sua
temperatura, sem contudo mudar de estado, dizemos que recebeu (ou perdeuCalor Sensvel).
2.2.3. Calor Latente
Se tomarmos a gua do exemplo acima, levarmos a 100 C (212 F), e presso
atmosfrica normal (760 mm Hg- 14,7 psia), e introduzirmos uma quantidade
adicional de calor, vamos observar que ter incio a mudana de fase, ou seja,
Vaporizao. Se medirmos a temperatura da gua durante toda a vaporizao,
veremos que a temperatura permanece a 100 C (212 F). Neste caso o calorintroduzido dito Calor Latente. Ver Figs. 6 e 7
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL15
A umidade relativa do ar pode ser medida com auxlio de higrmetros, sendo que
os tcnicos de ar condicionado (A/C) usam mais comumente os psicrmetros (Fig.8).
Estes consistem basicamente de dois termmetros, um de bulbo seco e outro mido.
Com estas medidas, a umidade pode ser lida numa Carta Psicromtrica (Fig.9).
Fig. .8
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL16
Fig. 9
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL17
2.2.5. Temperatura de Bulbo Seco do Ar
a temperatura indicada para a mistura ar-vapor, por um termmetro comum. Esta
temperatura a mesma para ambos elementos da mistura, ou seja, do vapor e ar.
(Fig. 8).
2.2.6. Temperatura de Bulbo mido do Ar
Esta temperatura obtida por um termmetro similar ao mostrado na Fig.8, onde
seu bulbo envolto numa gaze molhada exposta a uma corrente de ar at que o
equilbrio da temperatura da mistura ar-vapor /bulbo seja obtida e a temperaturapare de baixar. Esta temperatura ser inferior de Bulbo Seco.
2.2.7. EntalpiaA Entalpia uma varivel termodinmica de posio ou de quantidade. De uma
maneira geral trabalha-se com diferenas de entalpias . Esta diferena corresponde
quantidade de calortrocado pelo ar (mistura ar- vapor), entre duas posies
.
2.2.8. Carta Psicromtrica
A Carta Psicromtrica um diagrama onde so representadas as propriedades
termodinmicas do ar (Ver Fig. 9).
As grandezas representadas neste diagrama so as seguintes:
Temperatura de bulbo seco BS- o.C ou F
Temperatura de bulbo mido BU- o.C ou F
Umidade relativa do ar (UR)- %
Umidade Absoluta do ar (W) lb vapor/lb ar seco, ou grains vapor/lb ar seco ougramas (g) vapor/ kg de ar seco.
1 lb = 0,454 kg
1 grain vapor = 1/7000 lb vapor
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL18
1 g vapor =15,42 grains vapor
1 g vapor / kg ar seco = 1/7 grains vapor/ lb ar seco
Volume Especfico (v) m3
/kg ar ou ft3
de ar/ lb ar (o volume especfico o inversoda massa especfica).
Entalpia- (h, ou i)- BTU/ lb ar ou kcal/kg ar
A Fig. 10, a seguir , apresenta de forma esquemtica as principais linhas de uma
carta psicromtrica, com as respectivas grandezas termodinmicas:
Figura 10
2.2.9. Exerccios na Carta Psicromtrica
A) Na carta a seguir foi assinalado um ponto (1), com as seguintes caractersticas:
TBS 77 o. F h = 38,5 BTU/LB
TBU 75 o. F W= 127 gr/Lb ar
UR 90 % W= 0,018 Lb vapor/Lb ar seco
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL19
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL21
1,08 = fator de converso
Qs= 1,08 X 1000X_(10) =10800_
Qs=10.800BTU/h
A expresso do Calor Sensvel em unidades mtricas:
Qs= 0,288 X m3/h X (t2-t1)
Sendo:
Qs = Calor Sensvel em kcal/h
m3/h = vazo em m3/ h
t2/t1 = temperaturas de sada e entrada em o. C
Ou com a expresso do Calor Total:
hcfmQt = ..5,4
Qt= 4,5X1000X(2,4) =10.800
Qt=10.800BTU/h
Comparando, vemos que Qs= Qt, j que s houve variao no calor sensvel, portanto
igual ao calor total.
C) UMIDIFICAO (OU DESUMIDIFICAO) S COM CALOR LATENTE (Fig. 11)
Uma vazo de 1000 ft3/min (c.f.m.) ar ser umidificada num duto por um umidificador
(s calor latente), conforme esquema, passando do ponto (2) ao ponto (3), segundoevoluo mostrada na carta psicromtrica:
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL22
Fig. 12
1 - Indicar as condies iniciais e finais do ar , lidas na carta psicromtrica:
2 - Com a expresso a seguir, calcular a quantidade de calor latente acrescido ao
ar:
Ql= 0,67 X cfm X (w2-w1)
Sendo:
Ql = Calor latente trocado , em BTU/h
cfm = vazo em ps cbicos por minuto
w2, w1, umidades absolutas (grain/lb) , na sada e entrada do umidificador
0,67 = fator de converso
Ql= 0,67 X 1000X_(62) =41540
INICIAL (2) FINAL (3) DIFERENABS ( F) 85 85 0BU ( F) 66 77 11W (GR/LB) 66 128 62W(LB/LB AR SECO) 0.0095 0.0182 0.0087h=(BTU/LB) 30.7 40.5 9.8V= (ft3/LB) 13.9 14.1 0.2
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL23
Ql=41540BTU/h
A Expresso do Calor Latente em unidades mtricas:
Ql= 0,702 X m3/h X (w2-w1)
Sendo:
Ql = Calor latente em kcal/h
m3/h = vazo em m3/h
w2/w1 = umidades de sada e entrada em g/kg ar seco (gramas/quilograma ar
seco)
D) RESFRIAMENTO COM DESUMIDIFICAO EM UMA SERPENTINA (Fig.13)
Uma vazo de 1000 ft3/min (c.f.m.) ar ser resfriada e desumidificada numa
serpentina de um condicionador de ar, conforme esquema, passando do ponto (3)ao ponto (1), segundo evoluo mostrada na carta psicromtrica:
Fig.13
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL24
1 - Indicar as condies iniciais e finais do ar , lidas na carta psicromtrica:
2 - Com a expresso a seguir, calcular a quantidade de calor sensvel removido do
ar:
Qs= 1,08 X cfm X (t3-t1)
Sendo:
Qs = Calor sensvel removido , em BTU/h
cfm = vazo em ps cbicos por minuto
t1, t3, temperaturas (o. C) , na sada e entrada da serpentina
1,08 = fator de converso
Qs= 1,08 X 1000X(10) =10800
Qs=10.800BTU/h
3 - Com a expresso a seguir, calcular a quantidade de calor latente removido do
ar:
Ql= 0,67 X cfm X (w3-w1)
Sendo:
Ql = Calor latente trocado , em BTU/h
cfm = vazo em ps cbicos por minutow1, w3, umidades absolutas (grain/lb) , na sada e entrada da serpentina
0,67 = fator de converso
Ql= 0,67 X 1000X(62) =41.540
Ql=41.540 BTU/h
INICIAL (3) FINAL (1) DIFERENABS ( F) 85 75 10BU ( F) 77 62.9 14.1
W (GR/LB) 128 66 62W(LB/LB AR SECO) 0.0182 0.0095 0.0087h=(BTU/LB) 40.5 28.3 12.2V= (ft3/LB) 14.1 13.4 0.7
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL25
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL26
2.2.10. Ciclo Frigorfico por Compresso
A gua, com sabido, vaporiza a 100 C em presses normais. Existem fluidos
contudo, que vaporizam a temperaturas bem mais baixas. Estes fluidos so
chamados de Fluidos Refrigerantes, pois possuem caractersticas termodinmicas
especiais.
O Freon 22, vaporiza a 0 C quando recebendo calor e submetido a presso de 4
kg/cm2. Isto permite que este fluido, nesta temperatura, seja utilizado para remover
calor de substncias a temperaturas mais elevadas, como no resfriamento do Ar ou
gua numa instalao de Ar Condicionado.
Desta forma tornou-se possvel, atravs da compresso e expanso de fluidos
especiais, a obteno de baixas temperaturas e assim remover calor de uma fontequente.
A evoluo do Fluido Refrigerante num ciclo fechado chamada de Ciclo Frigorfico
por Compresso.
Os principais componentes (equipamentos) utilizados num Ciclo a Compressoesto mostrados na Fig.14, a seguir:
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL27
Fig.14
A evoluo do fluido refrigerante pode ser representada graficamente num diagrama
chamado de Diagrama de Mollier, ilustrado esquematicamente, com suas principaislinhas e grandezas termodinmicas, na Fig. 15.
Fig. 15
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL28
As Figuras de 16 a 23, a seguir, mostram cada fase do ciclo com os respectivos
balanos energticos : o calor removido no ciclo, atravs do Evaporador (serpentina);
a potncia requerida no acionador do Compressor; o calor removido no
Condensador e sua passagem na Vlvula de Expanso .
Evaporador Fig 16 Fig 17
Compresso Fig 18 Fig 19
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL29
Condensao Fig 20 Fig 21
Expanso Fig 22 Fig 23
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL31
A Fig. 25 a seguir, mostra os pontos envolvidos no conceito.
Fig. 25
2.2.12. EER ENERGY EFFICIENCY RATE (RAZO DE EFICINCIA ENERGTICA)
uma outra forma de indicar a eficincia de uma mquina frigorfica, relacionando
o Efeito Frigorfico (EF) (4-1) produzido e o Trabalho de Compresso (w) dispendido
(1-2).
dado pela expresso abaixo, sendo expressa em BTU/h / Watts:
A figura 26 abaixo , ilustra o significado da expresso:
Fig. 26
Watts
hBTU
w
EF
hh
hhEER
/
12
41==
=
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL32
2.2.13. EFICINCIA EM kW/TR
Um forma bastante usual de indicar eficincia de um equipamento em kW/TR,
sendo o TR (Tonelada de Refrigerao) equivalente a 12 000 BTU/h. Neste caso,
estaramos relacionando o Trabalho de Compresso (em kW), com o Efeito Frigorifico
(em TRs).
Na Fig. 26, acima, seria dado pela relao:
Existe uma correlao entre o ndice EER e a eficincia expressa em kW/TR:
2.2.14. TRANSMISSO DE CALOR MECANISMOS RADIAO- CONVECO CONDUO
Embora a transmisso de calor possa se dar por um mecanismo ou pela
combinao de mais de um, cabe distinguir a forma em que isto ocorre e a forma
de calcular.
a) RADIAO Este mecanismo envolve a transferncia de energia radiante entredois corpos separados. Esta transferncia no requer um meio contnuo. propagada
por ondas, de todos os corpos, em todas as direes. proporcional rea, ao tipo
de superfcie e diferena de temperatura absoluta entre as superfcies.
Para exemplificar, imaginemos a energia do sol que penetra por uma janela, aquece
o piso, o qual ir irradiar seu calor para o ar ambiente, que se encontra a temperatura
inferior a do piso.
O fluxo trmico (taxa de calor transferido), dado pela equao abaixo:
EF
w
hh
hhTRkW =
=
41
12/
EERTRkW
12/ =
4)12.(.. TTA =
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL33
Onde:
= fluxo trmico , em kcal/h ou BTU/h
A= rea da superfcie radiante ( m2, ou ft2)
= emissividade do corpo
= constante de Boltzman ( 5,669 W/m2. K ou BTU/h.ft2. K4)
T2,T1 Temperaturas absolutas da fonte quente e fria , em Kelvin
b) CONVECO A Conveco envolve transferncia de energia trmica dentro de
um fluido, atravs de uma ao de mistura. Pode ocorrer naturalmente por diferena
de densidade ou por interferncia de um agente externo (ventilador, bomba, etc.).A Fig. 27, a seguir, mostra um exemplo da transferncia por Conveco.
Fig. 27
A seguir, a equao de transferncia de calor:
Fig. 28
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL34
O fluxo trmico dado pela expresso:
Onde:
= fluxo trmico em kcal/h ou BTU/h
A= rea da superfcie radiante (m2, ou ft2)
h= coeficiente de pelcula (em BTU/h.ft2. F ou kcal/h.m2. C)
T1, T2, temperaturas em F ou C
c) CONDUO Envolve a transferncia de energia entre as molculas dentro de
um corpo, por contato fsico. A transferncia pode ser alcanada pelo contato entredois corpos, podendo ser dois slidos, ou fluidos, ou um de cada . A conduo
dentro de um fluido concomitante com a transferncia por Conveco.
A Conduo atravs de um corpo depende da sua rea ( A), da resistncia trmica
oferecida pelo material do qual o corpo feito (r) ou falando de outra forma, da sua
condutibilidade trmica (k), da sua espessura (x), e da diferena de temperatura(T2-T1).
A resistncia oferecida pelo filme, ou seja, seu coeficiente de pelcula (h) devido a
transmisso por Conveco deve ser contabilizada.
Observando a Fig. 29, a seguir, vamos calcular o fluxo trmico atravs do corpo:
)21.(. TThA =
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL35
Fig.29
Onde:
= fluxo trmico , em kcal/h ou BTU/h
A= rea da superfcie radiante (m2
, ou ft2
)
ho, hi= coeficientes de pelcula externo e interno (em BTU/h.ft2. F ou kcal/h.m2. C)
T1, T2,T3,T4- temperaturas em F ou C
X= espessura da parede
1- clculo do fluxo trmico entre 1 e 2:
da,
)21( TThoA
=
hoATT
.)21(
=
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL36
2- clculo do fluxo trmico entre 2 e 3:
da,
3- clculo do fluxo trmico entre 3 e 4:
4-
da,
Se somarmos (T1-T2), (T2-T3) e (T3-T4), teremos:
Se fizermos:
Teremos:
Desta expresso, podemos observar:
O fluxo trmico proporcional a rea, ao diferencial de temperatura e ao coeficiente
U, chamado de coeficiente Global de Transmisso de Calor. Ele expresso em BTU/h.ft2.F ou kcal/h.m2. C, e est tabelado para diversos materiais. Ver tabela 2, no
Anexo.
Para paredes compostas, com materiais em srie, conforme desenho abaixo:
)32( TTx
k
A =
kA
xTT
.)32(
=
)43( TThiA
=
hiATT
.)43(
=
)11
(41hok
x
hiATT ++=
hok
x
hU
1
1
11++=
)41.(.. TTUA =
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL37
Fig. 30
onde k1, k2,k3, k4, so os coeficientes de condutibilidade dos materiais.
O problema pode ser apresentado na forma de resistncias:
e:
, ,.. , etc.
vem:
logo:
vem:
13
3
2
2
1
1 111
hk
x
k
x
k
x
hoU ++++=
nrrrrR ++++= ...321
01
1
hr =
1
12 k
xr =
RU =1
RU
1=
nn hr
1=
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL38
Exemplo 1:
A parede externa de uma casa constituida de tijolos de 10 cm (4 pol) de espessura
e de duas camadas de argamassa de 2,5 cm cada (1 pol), com 30 m2 de rea.
Imaginando-se que a temperatura interna de 24 C e a externa de 35 C,
calcular o fluxo trmico.
Fig. 31
A= 30 m2 = 30 X 10,76 ft2/m2= 322,8 ft2
TC= 35 24= 11 C TC /5=TF/9 11/5=T F/9
TF=19,8 F
U , da tabela, U= 0,53 BTU/h.ft2.F
Exemplo 2
Calcule o fluxo trmico atravs da laje de cobertura com 30 m2, sob diferencial detemperatura de 11 C, e constituda da seguinte forma:
)41.(. TtUA =
hBTUXX /33878,1953,08,322 ==
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL39
Fig. 32
No anexo, vamos encontrar as resistncias oferecidas pelos filmes de ar (air film) ou
espaos de ar (air space).
he= filme externo (vero) r e = 0,25
h i filme interno parado- (still) horizontal descendente ri= 0,92
Espao de ar horizontal descendente vero 4 pol r3= 0,99
Computando as resistncias:
R= re+ r1+ r2+ ri+ r 3+ rI+ r4+ r i
Camada Material Espessura (mm-pol) K (BTU.pol/hft2.F)1 Isopor 25,4/1 0,252 Concreto 100/4 12,003 Ar 100/4
4 Fibra de vidro 25,4/1 0,25
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL40
R = r e+ x1/ k1+ x 2/ k 2+ r I + r 3+ r I+ r 4+ ri
R= 0,25+ 1/0,25 + 4/12 + 0,92 + 0,99 + 0,92 + 1/0,25 + 0,92
R= 12,33U= 1/R U-1/12,33 = 0,081 BTU/h. ft 2.F
Calculando o fluxo trmico:
A= 30 m2 = 322,8 ft 2
T= 11 C T=19,8 F
A ttulo de exerccio, verifique a relao entre os fluxos trmicos e U , deste exemploe do anterior.
2.3.CARGAS TRMICAS SOBRE UMA EDIFICAO
Uma forma de classificar as cargas sobre uma edificao quanto a sua origem
externas ou internas. A figura 29 abaixo ilustra o fato.
Fig. 33
)41.(.. TTUA =
hBTUXX /31,5118,1908,08,322 ==
-
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL41
Cargas externas so tipicamente aquelas provenientes da insolao atravs de
uma janela; diferena de temperatura exterior/interior atravs de parede externa;
admisso ou infiltraes de ar externo e outras.
Cargas internas so aquelas geradas no interior da edificao. Tipicamente, provmde pessoas, equipamentos, iluminao, recintos adjacentes sob temperaturas maiselevadas.
Vamos dar uma olhada nestas cargas.
2.3.1. Fatores que influem sobre as Cargas Externas
2.3.1.1. Radiao Solar atravs de Janelas
Uma vez que a Terra descreve uma rbita em torno do Sol e que nosso planeta
possui uma inclinao no seu eixo, a incidncia de energia solar varia de acordo
com a latitude, orientao da edificao e horrio, ao longo do dia.
As tabelas 3 mostram os valores da energia solar (BTU/h.ft-2) por rea de vidro, para
latitudes 0 , 20 e 40 , diferentes fachadas e horrios do dia, evidenciando avariao acima referida.
Por este fato, ao se fazer um estudo de localizao de uma edificao, de suma
importncia analisar a orientao das fachadas envidraadas.
Cabe observar que a energia solar incidente atravs dos vidros no se torna
integralmente em carga trmica instantnea. As lajes e paredes atingidas pela
energia radiante do Sol absorvem esta energia e a irradia parcialmente para o
ambiente. Existem metodologias que auxiliam no clculo da energia transferida
para o ambiente. A tabela 4 (A,B,C,D,E), no Anexo, extrada do Manual da Springer
Carrier, indica os fatores aplicveis, para uma determinada fachada, peso deconstruo e horrio.
Outros fatores que influenciam na energia transmitida pelos vidros, so funo das
caractersticas de vidro e a existncia de elementos de sombreamento (venezianas,
telas, toldos, brises, etc.). A tabela 4 F , do anexo, mostra como estes fatores
influenciam na radiao transmitida.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL42
A seguir faremos um exerccio aplicativo.
Calcular o ganho solar atravs das janelas de uma construo, com as seguintes
caractersticas:
Local Rio de Janeiro latitude 22 S ms dezembro rea de vidro comum (6 mm) 100 ft 2 (com esquadria de alumnio)
Fachada Oeste (W) 10 h e 16 h
Alternativa 1- sem veneziana
Alternativa 2- veneziana interna clara
Alternativa 3- veneziana externa clara
Peso mdio da construo 100 lb/ft 2
Soluo:
1- rea de vidro 100 ft2
2- Pico solar: da tabela 3 B, lat sul 20 , dezembro, oeste, temos o pico de 160 BTU/h.ft2
Do rodap da tabela , tomadas as correes de 17 % e 7 % para latitude Sul,
dezembro:
160 X 1,17X 1,07 = 200,3 BTU/h. ft 2
3-Fator de armazenamento (tab. 4)
Alt 1/3 (sem sombreamento, c/ venez ext) tab 4 B, lat Sul, oeste, 100 lb/ft 2
10 h _ 0,09
16 h _ 0,40
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL43
Alt 2 (venez int clara ) tab 4A lat sul oeste 100 lb/ft 2
10 h_ 0,09
16 h_ 0,66
4- Correo para proteo (veneziana tab 4 F)
Vidro comum (6 mm)
S/ venez. _ 0,94
Venez int. clara _ 0,56
Venez externa _0,14
O quadro a seguir, sumariza os ganhos devido insolao, para os diversos horrios,e com elementos de proteo diversos:
Radiao atravs da Janela
2.3.1.2. Ganhos por Conduo atravs de Paredes Externas e Telhados
O ganho por Conduo influenciado pelo diferencial de temperaturas atravs daparede ou telhado, seu Coeficiente de Transmisso Global de Calor (U) e da rea
da superfcie.
A localizao da cidade da edificao influencia nas temperaturas externas
ambientes, acarretando maiores ou menores cargas por Conduo, atravs deparedes ou outros elementos externos da construo.
GanhoBTU/h.ft2
rea Ft 2 Correc
p/protec Tot BTU/h
200,3 100 10 h 0,09 0,94 169416 h 0,40 7531
200,3 100 10 h 0,09 0,56 100916 h 0,66 7403
200,3 100 10 h 0,09 0,14 25216 h 0,40 1121
Armazenamento
Alt 1S/venez
Alt 2 C/ven int
Alt 3C/ven ext
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL44
Considerando que a temperatura externa varia ao longo do ano e do dia, a carga
trmica por Conduo atravs das paredes externas e telhados, no calculada
diretamente usando uma temperatura de Projeto fixa.
Numa metodologia utilizada (da Springer Carrier), foram desenvolvidos clculos detemperatura equivalente que consideram o regime transiente, do transporte atravsdas paredes /telhados, que podem ser usados nos clculos em questo, com as
devidas correes, para o correto diferencial de temperatura (externa/interna),fachada, latitude, ms, cor de parede e daily range.
A equao que calcula o fluxo trmico :
O diferencial T eq, obtido nas trs tabelas 5 A,B e C, da Springer Carrier (no Anexo).
A equao mais geral, para obter condies para latitudes e meses diferentes de
40 N, Julho, a seguinte:
onde:
teq=diferencial equivalente, para latitude, mes
tes=idem, para mesma parede ou telhado , em sombra, na hora, corrigido.
tem=idem, para mesma parede ou telhado , insolado, na hora, corrigido.
Rs=max ganho solar, para fachada em questo ou telhado, para mes e latitude.
Rm= max ganho solar, para fachada em questo ou telhado, para julho, 40 N.
Onde se fizerem necessrias correes para diferentes cores de paredes, as
expresses acima se transformam em:
TeqAU = ..
)( testemRm
Rstesteq +=
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL45
Paredes claras (ou tetos)
Paredes mdias (ou tetos)
Cores claras: branco, creme, etc.
Cores mdias: verde claro, azul claro, etc.
Cores escuras: azul escuro, verde escuro, marrom escuro, etc.
2.3.1.3. Ar de Ventilao
O Ar de Ventilao assim chamado pois utilizado para renovar o ar interno, quevai sendo depreciado, seja pela queima no metabolismo humano (O2 CO2), seja
pela agregao de poluentes internos. A ABNT estabelece valores (tabela 6), para
se estimar as vazes de ar a serem adotadas num projeto de climatizao.
Este ar, que se encontra nas condies externas, ao ser admitido ir introduzir uma
carga trmica sobre o sistema (condicionador de ar). Condies termo- higromtricasforam estabelecidas pela ABNT, na tabela 7.
Condies de conforto para ambientes diversos (temperatura e umidade) so
estabelecidas pela ABNT, na tabela 8.
Uma vez calculada a sua taxa de admisso (vazo), e o salto entlpico (diferena
entre condio do ar exterior/ar interior), a carga trmica introduzida pode ser
estimada.
A seguir, faremos um exemplo ilustrativo.
Um pavimento de escritrio no Rio de janeiro, com 600 m2, e taxa de ocupaomdia de 6 m2/pessoa, dever admitir ar exterior atravs de seu sistema de ar
condicionado para efeito de renovao. Calcular qual a carga trmica sensvel,
latente e total, que incidir sobre o sistema.
testemtestemtesteq +=+= 45,055,0)(9,0
5,0
testemtestemtesteq +=+= 22,078,0)(9,07,0
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL47
2.3.1.4. Infiltrao
O ar infiltrado num ambiente atravs de janelas , portas, frestas, outras aberturas ou
por efeito de exaustores, constitui-se numa carga para o ambiente e,
conseqentemente, para o sistema, j que o ar externo ir aquecer o ambiente
(vero). A carga ser proporcional a vazo de ar (rea da abertura e velocidade doar) e ao salto entlpico entre as condies externa/interna.
A tabela 9 fornece meios para estimar a quantidade de ar infiltrado. Eventualmente,
este valor ter que ser determinado por medies.
A exemplo do clculo de cargas trmicas, visto no pargrafo anterior (ar de
ventilao), com a vazo de ar infiltrado e as condies termo - higromtricas,
pode-se estimar a carga trmica devido ao Ar Infiltrado.
A carga a ser computada dever considerar situaes de projeto (1 e 2) e situao
efetivamente medida (3).
(1)- Caso o ar infiltrado (calculado) seja inferior vazo de ar de ventilao, apenas
esta carga ser computada, j que a pressurizao do recinto evitar a infiltrao.
(2)- Caso o ar infiltrado (calculado) seja superior vazo de ar de ventilao, a
diferena (infiltrado ventilao), ser computada a ttulo de carga de infiltrao.
(3)- Caso o ar infiltrado, seja efetivamente verificado (por medio), este valor dever
ser usado para base de clculo.
A seguir faremos um exemplo.
Uma loja de departamentos possui quatro portas de 1,80 m de largura, que
permanecem abertas durante o seu funcionamento. Sabendo-se que a ventilao(ar de renovao) foi dimensionada para 200 pessoas, calcular:
a) Ar de ventilao
b) Ar de infiltrao
c) Vazo efetiva para clculo de carga de ar infiltrado
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL48
Soluo;
a) Ar de ventilao
Da tab. 6 ABNT, loja, recomenda-se 17 m3/h/pessoa.
17 x 200 pessoas = 3400 m3/h (2000 cfm)
b) Ar de infiltrao
Da tabela 9 da ABNT, porta de 1,80 m de largura, temos:
2000 m3/h x 4 = 8000 m3/h (4706 cfm)
c) Ar efetivamente infiltrado:
Considerando que o recinto ser pressurizado pelo sistema de ar condicionado,
teremos:
Ar infiltrado (calculado) Ar de ventilao (calculado)
4706 cfm 2000 cfm = 2706 cfm
Com esta vazo e os dados (BS, w, h) do ar exterior e interno, seguindo os clculos doexemplo anterior (Ar de ventilao), poderamos calcular a carga trmica devido
infiltrao.
2.3.2. Fatores que influem sobre as Cargas Internas
Cargas internas so aquelas geradas no interior do prdio, dentre outras, divisrias,
tetos, pisos ,pessoas, equipamentos , luzes, e perdas em dutos. A seguir estudaremoscada caso mais detalhadamente.
2.3.2.1. Ganhos por Conduo atravs de Vidros - Paredes Internas- Forros - Pisos
Este ganho proporcional a rea, ao Coeficiente U do elemento construtivo e ao
diferencial de temperaturas.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL49
Para o caso de vidros de janelas externas em paredes no insoladas , pode-se usar
o diferencial temperatura externa/interna.
No caso de paredes internas (divisrias), forros e pisos, usa-se o diferencial de
temperaturas dos ambientes.
A seguir, um exemplo.
Um escritrio em S. Paulo, tem uma rea de divisrias internas, calculada em 200
m2, adjacentes reas no condicionadas. Estimar a carga trmica atravs desta
divisria, sabendo-se que o Uda divisria de 0,36 BTU/h.ft2. F.
Soluo:
1- Condio interna para Escritrio (tab. 8)
24 C (75,2)
2- Condio das reas internas no climatizadas
As reas no climatizadas, por experincia, costumam ficar a 5C abaixo da
temperatura ambiente externa.
Para S. Paulo, da ABNT (tab. 7), temperatura externa de BS = 31 C (87,8 F)
Temperaturas das reas no condicionadas :
31 5 = 26 C (78,8 F)
3- Clculo da carga trmica
= A x U X t
A= 200 m2 x 10, 70 ft2/m2 = 2152 ft2
t= (78,8 - 75,2) = 3,6 F
= 2152 x 0,36 x 3,6 = 2789 BTU/h
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL51
Em TR (toneladas de refrigerao)
1 TR = 12.000 BTU/h
448384 BTU/h = 37,36 TR
2.3.2.3. Potncia dissipada por Equipamentos
Equipamentos que dissipam calor diretamente para os ambientes condicionados,
devem ser contabilizados.
A tabela 11 no Anexo, da ABNT e outras fontes, apresentam valores listados paradissipao de equipamentos.
2.3.2.4. Potncia dissipada por Iluminao
Despeito de, na realidade, a dissipao pelos sistemas de iluminao para os
ambientes tambm estarem sujeitos ao armazenamento trmico pelas estruturasda edificao, em clculos estimativos, admite-se que todo o calor dissipado pelas
luminrias se tornam uma carga instantnea para o sistema de ar condicionado.
As tabelas da ABNT e Springer Carrier, tabelas 12 A e B no Anexo, estabelecem
critrios para clculo da energia dissipada por sistemas de iluminao. Caberiaressaltar, no entanto, que o melhor meio para calcular esta carga seria atravs do
levantamento na planta de iluminao. Os valores indicados na tabela da ABNT
correspondem a padres antigos, distantes em muitos casos de padres deiluminao eficiente. Valores mais atuais , podem estar na faixa de 20 w/m 2ou
cerca de 2 w/ft2. Tabelas com valores para iluminao eficiente so encontradasno Anexo.
2.3.2.5. Perdas em Dutos
As perdas em dutos , em geral, tem duas fontes: (1) quando vazando para ambiente
diferente daquele sob condicionamento ou (2), por passagem em reas nocondicionadas e quando no estiverem devidamente isolados.
No primeiro caso, a perda se d pois uma parcela adicional de ar ter que ser
condicionada para atender ao recinto. Este tipo de perda ocorre, em geral, pelo
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL52
mal acabamento nas juntas dos dutos, devido equipamento inadequado ou
qualificao do duteiro. Estas perdas podem variar muito, sendo difceis de estimar,
podendo ser superior a 5 %. Caso o vazamento se d para o interior do ambiente
condicionado, a perda no ser computada.
No segundo caso (passagem por reas no condicionadas/duto mal isolado), asperdas so proporcionais a rea do trecho do duto passante em rea no
condicionada, o diferencial de temperatura interna/externa ao duto, a velocidadedo ar no duto e o coeficiente U do duto isolado. Estas perdas so relacionadas
(percentualmente) carga trmica do ambiente alvo do condicionamento, j que
esta carga e a vazo do duto esto intimamente relacionadas. O grfico da
Springer Carrier a seguir, indica os parmetros aqui mencionados.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL53
O exemplo, a seguir, mostra os passos a serem seguidos para o clculo em questo.
Uma rede de dutos no isolada , com 20 ft (6 m) de comprimento, passa sobre uma
rea no condicionada, que se encontra a 100 F (37,8 C). Conhecendo-se ainda
a velocidade do ar no duto, de 2000 ft/min (10 m/seg), a temperatura do suprimentodo ara de 60 F (15,6 C)e o ganho de calor sensvel no recinto de 1000.000 BTU/h,determinar o percentual adicional de calor ao recinto.
Soluo:
Diferena de temperatura ( ambiente duto) : 100 60 = 40 F
Da carta da Springer Carrier, com 100.000 BTU/h, duto no isolado, e 20 ft de
comprimento, o percentual adicional de : 4,5 %
Correo para a velocidade de 2000 ft/min e 40 F : 1,26
Percentual adicional: 4,5 x 1,26 = 5,7 %
Calor adicional :
0,057 x 100. 000BTU/h = 5780 BTU/h (aproximadamente 0,5 TR)
2.4. PLANILHA DE CARGA TRMICA
Os clculos de carga trmica, quando executados manualmente, so lanadosnuma planilha com aspecto similar apresentada a seguir. Os campos so
grupados de forma mais ou menos lgica, separando cargas sensveis e latentes,externas e internas, e clculos gerais de psicrometria. Ela sumariza os clculos
anteriormente vistos e apresenta os campos listados a seguir:
Bloco de Identificao
Identificao da edificao e do executante do clculo
Bloco das condies de Projeto
Condies de projeto (TBS/TBU/UR, etc.)
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL54
Vazo de ar exterior
Vazo por infiltrao.
Bloco de Cargas Sensveis Externas e Internas
Vidros com ganho por radiao solar Paredes externas e telhados com ganhos por diferencial de temperatura(equivalente)
Ganhos internos por vidros, divisrias, forros, pisos. Ganhos por infiltrao de ar externo
Ganhos devido ocupao, equipamentos, iluminao e outros
Ganhos de calor em dutos
Ganhos de calor em motores de ventiladores dos condicionadores
Ganhos pelo ar de ventilao
Bloco de Cargas Latentes
Infiltrao, ocupao , outros, vapor , outros Perdas nos dutos
Ar de ventilao
Bloco de carga sobre a serpentina
Sensvel e latente
Bloco de Condies Psicromtricas
Ponto de orvalho Fator de calor sensvel
Vazo de ar insuflado Temperatura de mistura e de insuflamento
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL55
Fig. 34Preparado por: Local:Conferido por: Endereo:Aprovado por: Obs.:
Item rea ou Ganho Solar ou Dif. de Fator BTU/Hora Estimativa Para:
Quantidade Temperatura Ms: Hora:Ganho Solar - Vidros Cond. T.S T.U UR% P.O gl/lb
Vidro sq ft x x x Ext.Vidro sq ft x x x Rec. ----Vidro sq ft x x x Dif. ---- ---- ----
Vidro sq ft x x x Ar Exterior - Ventilao
Ganho Solar e Transmisso - Paredes Externas e Cobertura Pes. x CFM/ps=L Parede sq ft x ( - ) x sq ft x CFM/ps=
O Parede sq ft x ( - ) x InfiltraoS Parede sq ft x ( - ) x P. Girat. pes.x CFM/pes=
N Parede sq ft x ( - ) x = CFMTeto sq ft x ( - ) x P. Aber. por.x CFM/port=Portas sq ft x ( - ) x = CFM
Transmisso por Paredes Internas e Teto Exaustores CFMVidro sq ft x ( - ) x Vos ft x CFM/ft =Vidro sq ft x ( - ) x = CFMDivisrias sq ft x ( - ) x CFM =
Divisrias sq ft x ( - ) x Ar Exterior Exigido: CFM
Teto sq ft x ( - ) x Ponto de Orvalho da Serpent. (PO)Piso sq ft x ( - ) x FCSE= CSER = ####
Infiltrao CFMx ( - ) x 1.08 CTER
Calor Interno P.O (Indicado) = FOcupao Pessoas x P.O (Selecionado) = F
Equipamentos Hp ou W x 3.4 Ar InsufladoLuz Watts x x 3.4 ( 1 - FB ) x ( FR -
Outros Ganhos - F P.O ) = F
Calor Sensvel do Recinto (CSR)
Ganhos de Calor nos Dutos % CSER #### CFM
Ganhos de Calor Dev. Hp Vent. % ( 1,08 x F )
Ar Ext. CFM x F x FB x 1.08 Temp. de Insuflamento e Mistura
Calor Sensvel Efetivo do Recinto (CSER) TES=TR F + ( CFMvent /
Calor Latente #DIV/0! CFM ins ) x ( TE F -Infiltrao CFMx gl/lb x 0.67 - TR F ) = #### FOcupao Pessoas x
Vapor lb/hr x 1000 Tins=P.O F + FB xOutros Ganhos x (TES #### F - P.O F ) =
Calor Latente do Recinto (CLR) = #### F
Perdas nos Dutos % NOTAS
Ar Ext. CFM x gl/lb x FB x 0.67Calor Latente Efetivo do Recinto (CLER)
Calor Total Efetivo do Recinto (CTER)
Carga de Ar Exterior Sobre a SerpentinaSensvel CFM x Fx (1- FB) x1,08Latente CFM x gl/lbx (1- FB) x0,67 FCER= Fator de Calor Sensvel do RecintoOutros Ganhos P.O = Ponto de Orvalho
TOTAL P. Girat. = Portas Giratrias
GRANDE TOTAL P. Abert. = Portas Abertas
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL56
2.5. CLASSIFICAES DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO EQUIPAMENTOS - ARRANJOS - DISTRIBUIO DE AR
Uma maneira de classificar os sistemas de condicionamento quanto aos fluidos
utilizados para a remoo da carga trmica e arranjos dos equipamentos.
Uma classificao possvel a seguinte:
Expanso direta
Tudo gua
Ar - gua
Tudo ar
2.5.1. Sistema de Expanso Direta
Um sistema dito de Expanso Direta , quando o ar diretamente resfriado pelo
fluido refrigerante (freon).As aplicaes so as seguintes:
Instalaes de Pequenas e mdias capacidades, onde so usados:
Aparelhos de janela
Splits
Self contained
Resfriamento de lquidos (expanso indireta), para mdias e altas capacidades,
onde so usados chillers com compressores alternativos, centrfugos ou parafuso.
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CONDICIONADORES SPLIT 3 AT 50 TR
Fig. 35
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EXPANSO DIRETA SELF CONTAINED- 5 A 40 TR
CONDENSAO A GUA OU AR
Fig.36
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COMPRESSOR TIPO PARAFUSO
Fig.38
ROTOR DE COMPRESSOR TIPO CENTRFUGO
Fig.39
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL61
2.5.2. Sistema de Expanso Indireta
Um sistema dito de Expanso Indireta, quando o fluido usado como refrigerante
do ar a gua. Esta , por sua vez, resfriada num circuito de compresso, por um
chiller.
Podem ser classificados em:
Tudo gua
Ar - gua
Tudo Ar
2.5.2.1. Tudo gua
assim dito, quando a gua distribuda para os recintos, onde passa nos
condicionadores de ar. Este condicionadores so chamados de Fan coil (ventilador-serpentina).
Aplicao:
prdios de salas onde custo de dutos se torna proibitivo. Ex: hotis, hospitais, escritrios,prdios profissionais.
Arranjos
duplo tuboquatro tubos
Fig. 40 Fan coil Fig. 41 Arranjo fan coil dois tubos
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Fig. 42 Arranjo fan coil - quatro tubos
2.5.2.2. Sistemas Ar gua
Aplicao:
prdios com grande nmero de salas, muitas internas. Ex : hotis, hospitais, etc..
Fig. 43 Sistema Ar - gua
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Fig.44 Fig.45
System Ar gua dutos e tubos Sistema Ar gua tubos
2.5.2.3. Sistemas Tudo Ar
assim dito, quando o ar distribudo diretamente para os recintos. Dentre outros,
esto os sistemas Multizona e os sistemas VAV.
2.5.2.3.1. Sistemas Multizona
Aplicao:Locais com espaos com mltiplas condies de operao e funo, requerendo
grandes flexibilidades de temperatura e umidade.
Requisitos para aplicao:
Vrios espaos a serem controlados individualmente. Ex .: Escolas, escritrios, etc.Prdios com fachadas mltiplas e diferentes caractersticas de cargas internas.Combinao de amplas reas internas com pequenos espaos na periferia.
reas com espaos internos com diferentes caractersticas de cargas (estdio de TV,Rdio, etc.).
Ambientes tpicos para uso com Sistemas Multizona
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Fig.46
Fig 47
Equipamento Multizona- Arranjo de dutos (cmaras)
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2.5.2.3.2. Sistemas VAV
A sigla VAV, significa Volume de Ar Varivel. Estes sistemas abrigam, via de regra,
alm de caixas reguladoras de vazo, chamadas caixas VAV, controles de
freqncia nos acionadores dos ventiladores .
Aplicao:Sistemas com cargas internas variveis, que requeiram controle de temperatura
fixo. Ex.: Prdios de escritrios com diferentes fachadas e horrios de funcionamento
flexveis.
Vantagens:
Reduo na carga de refrigerao, pela reduo nos volumes de ar resfriado.
Reduo da carga trmica, pela admisso de maiores parcelas de ar exterior emestaes amenas.Controle individual de temperatura, pelo controle de vazo de ar em caixas VAV,
para diferentes recintos.
Fig. 48
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Abaixo, uma caixa VAV
Fig.49
2.6.EQUIPAMENTOS DE AR CONDICIONADO E SEUS RENDIMENTOSTPICOS
Conforme foi visto no pargrafo 2.2.11,12,13, o rendimento de uma equipamento
pode ser expresso atravs de seu COP, seu EER ou em kw/TR.
O rendimento atravs do ndice EER, expresso em BTU/h / watts, representando a
relao entre o efeito til e a quantidade de trabalho utilizado para produzi-lo.
A relao entre o EER e seu correspondente em kw/TR :
A seguir, listamos algumas tabelas com valores tpicos, para diversos tipos de
equipamentos. conveniente lembrar contudo, que estes valores so apenas
para referncia, devendo ser obtidos junto aos fabricantes, no caso de uso emestudos de casos reais. Outros valores, padres de equipamentos eficientes, esto
includos no Anexo.
EERTR
kw 12=
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BIBLIOGRAFIA:
Dossat, Roy- Principles of Refrigeration
Marques , Iomar- Termodinmica Tcnica
Buffalo Forge, Fan Engineering
Carrier, System Design Manual
Trane, Reciprocating Refrigeration
ABNT, NBR 6401
ANS, ASHRAE STANDARD 100 1995
ENERGY STAR BUILDING MANUAL U.S. E.P.A.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL71
MDULO II - GERENCIAMENTO DOCONSUMO DE ENERGIA ELTRICA -
MEDIDAS DE CONSERVAO DEENERGIA (MCES) - DIAGNSTICO
ENERGTICO
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL73
com o objetivo de reduzir o consumo de energia eltrica, sem contudo, burlar leis,
normas de projeto ou outros dispositivos que regulamentem questes ocupacionais,
operacionais, etc.
Estas medidas podem ser divididas em trs nveis ,por critrios de custos deimplantao:
MCES com custo zero
MCES com baixos custos
MCES com custos significativos
2.1.MCES COM CUSTO ZERO
2.1.1. Ajustes de registros (dampers) de tomada de ar exterior
Cargas excessivas de ar exterior (Fig. 1), levam a consumos acima do normal, jque gasta uma quantidade extra de energia para resfriar aquela quantidade de
ar. . No Mdulo I, vimos como avaliar as quantidades de ar requerido por critrio de
Ventilao. O que excede o especificado EXCESSO e deve ser ajustado.
Fig.1
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL74
A medio do ar efetivamente tomado, deve ser feita com um anemmetro como
aquele mostrado a seguir:
Fig. 2
Uma vez calculada a vazo e respectiva Carga Trmica (BTU/h), pode-se chegar a
um consumo de kwh e R$.
A seguir um exemplo.
No Mdulo I, pargrafo 2.3.1.3, calculou-se o ar de ventilao para um escritrio.Determinou-se o nmero de ocupantes (100 pessoas) e a carga trmica respectivapara o ar de renovao (1470 ft3/min e 99.225 BTU/h).
Considerando-se que o gerente de manuteno mediu, na tomada de ar exterior
uma vazo de 1800 Ft3/min (cfm), calcular o consumo em excesso.
O ar em excesso corresponde a :
(1800 1470) cfm= 330 cfm
Proporcionalmente, a 99225 BTU/h, estes 330 cfm, correspondem a uma cargatrmica de :
(330/1470) X 99225 = 22.275 BTU/h
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL75
Agora calcularemos o consumo em kwh e R$:
Admitindo-se-
O escritrio opera 22 dias/ms, 10 h/dia, 12 meses
A eficincia do equipamento (chiller antigo) de 1,3 kw/TR, ou 1,3 kwh/TRh
A tarifa mdia de energia de R$ 0,07/kwh:
22.275 BTU/h X 12 meses X 22 d/ms X 10 h/dia = 58.806.000 BTU/h
Sendo 1TR = 12000 BTU/h , vem 1 TRh = 12.000 BTU
58.806.000BTU/h / 12000 BTU/h= 4900 TRh
Assim, a despesa em excesso ser:
4900 TRh X 1,3 kwh/TRh X R$ 0,07/kwh = R$ 445,94 ( /ano)
Sobre o clculo acima, algumas consideraes devem ser feitas.
1-A carga trmica foi estimada em cima de condies extremas, sendo que para
clculo mais exato, deveria ter sido feito um clculo que considerasse as variaesde temperatura ao longo dos meses e horas do dia.
2-A eficincia do chiller, foi de uma mquina j obsoleta, devendo-se observar a
mquina de cada caso, tarifas etc.
2.1.2. Desligamento De LuzesA iluminao tem dois impactos na conta de luz: 1) o consumo de luz propriamentedito e 2) a carga trmica (a energia dissipada) sobre o equipamento de remoo
de calor, seja um self, split ou chiller.
Neste segundo caso, observa-se que luzes acesas desnecessariamente ou
iluminao superdimensionada (no eficientizada), acarretaro um excesso de
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carga sobre os equipamentos de A/C.
O exemplo a seguir , tornar mais claro o assunto.
Um prdio com 5 andares e 600 m2/andar, tem uma taxa mdia de iluminao de20 w/m2. Estimou-se que cerca de 70 % da iluminao poderia ser desligada., noperodo ps - expediente, de 18 s 22 h Pergunta-se qual o ganho que se estima
com o desligamento da iluminao, sobre a operao do sistema de A/C.
A rea iluminada de :
600 m2 X 5 = 3000 m2
A carga trmica, devido iluminao por conseguinte seria de:
20 w/m2 X 3000 m2 X 0,7= 42.000w = 142.800 BTU/h = 11,9 TR
Com os parmetros a seguir:
Eficincia do chiller : 0,8 kw/TR (= 0,8 kwh/TRh)
Horas em operao: 12 m X 22 d/ms X 4 h/dia= 1.056 h
Tarifa : R$ 0,07/kwh
O custo do consumo evitado seria:
11,9 TR X 1.056 h = 12.566 TRh
12.566 TRh X 0,8 kwh/TRh X R$ 0,07/kwh = R$ 703,00
este custo evitado, poderia somar o custo de operao das BAGS, BACS e Torres de
resfriamento, que poderiam ser desligadas.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL77
2.1.3. Vazamento em Dutos
A utilizao de mo -de -obra inadequada na fabricao de dutos de sistemas de
ar condicionado, com juntas e acabamentos de baixa qualidade, ou a existncia
de aberturas indesejveis em dutos, vai permitir a perda de quantidades expressivas
de ar tratado (resfriado e desumidificado), obrigando os equipamentos afuncionarem em sobrecarga. O resultado direto que uma quantidade extra deenergia eltrica ser dispendida, na proporo da vazo de ar perdido. A estimativa
destas perdas difcil podendo ser, s vezes, levantada (aproximadamente), pela
diferena entre o ar insuflado e o ar retornado (a menos do ar exfiltrado).
Recomenda-se, portanto, a utilizao de duteiros experientes, seja na execuode obras novas ou de reformas.
2.1.4. Desligamento de Sistemas de Exausto
Sistemas de exausto, que exaurem ar tratado, devem ser desligados quando suafuno for dispensvel. Por exemplo, sistemas que operam fazendo exausto de
cozinhas, lanchonetes, condicionadas ou interligadas a restaurantes condicionados.
2.1.5. Limpeza de Filtros
Filtros obstrudos (Fig. 3) acarretam aumento no consumo de energia eltrica, j que
o motor do ventilador obrigado a trabalhar contra um acrscimo de presso.
Fig.3
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL78
Recomenda-se que a perda de presso nos filtros seja controlada por manmetros,
tipo coluna dgua, procedendo-se a limpeza ou troca dos filtros (descartveis),
quando atingida a perda mxima recomendada pelo fabricante. Estas perda,
em geral, expressa em mm CA (milmetros de coluna dgua) ou polegada de CA,
ou Pa (Pascal), ou outras unidades de presso.
As perdas de energia podem ser estimadas conforme a seguir.
750
.PDmW=
onde :
W= kW potncia
m=vazo em massa (l/s)
PD= Presso diferencial kPA (quilo Pascal)
Verificou-se que uma instalao de A/C, tem seus FACS operando com 230.000 m3/
h, com filtros sujos durante trs perodos de 1 ms por ano. Estimar as perdas emenergia eltrica.
750
.PDmW=
PD = 10 mmCA = 0,1 kPa
m= 230.000 m3/h X 1000 l/m3 x 3600 s/h = 63888 l/s
W = 63 888 X 0,1/750 = 8,51 kw
Consumo anual:
3 meses x 22 dias x 10 h/dia x 8,51 kW = 5622 kwh/ano
Despesa:
1 kwh @ R$ 0,10
5622 kWh x R$ 0,10 = R$562,20/ano
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL79
2.1.6. Programao de Computadores Para Baixo Consumo
Computadores pessoais antigos (PCS), incluindo monitor e a CPU, podem dissipar
at 200 watts. Os mais modernos, possuem a capacidade de serem programados
para desligar seus monitores (e at o disco rgido), se permanecerem inoperantes
aps um perodo de tempo (ajustvel). Nesta configurao, passam a consumirapenas poucos watts (cerca de 10 w,ou menos). fcil calcular a economia alcanvel com uma simples medida de programar
um PC, j que raramente estes so operados em tempo integral.
2.1.7. Ajustes de acionamentos
Freqentemente, encontram-se motores de ventiladores com sua correiaspatinando. Este deslizamento, produz uma perda de energia considervel.
Recomenda-se nestes casos seu ajuste (tensionamento).
Outra alternativa a troca de correias tipo V por correias sncronas (dentadas).
Correias tipo V, possuem eficincia tpica de 90 a 95 %, enquanto as dentadas
oferecem eficincias na faixa de 97 a 99 %. A diferena na eficincia (e preo),
retorna na forma de economia de energia.
2.1.8. Limpeza de Superfcies de Trocadores de Calor
Serpentinas com seus tubos (parte interna) e alhetamento obstrudo ou trocadoresdo tipo casco e tubo, com seus tubos sujos, acarretam perdas de bombeamento,
j que ventiladores ou bombas tero que trabalhar mais para fornecer a mesmavazo. Como no caso de filtros sujos, a perda de energia, ser proporcional s
perdas de carga adicionais (sujo limpo).
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL81
Para o caso, a medida simples: ajustar o termostato para 24 C.
No caso de medidas destinadas a economizar energia, sempre pode-se recorrer a
uma subida no set point, mantendo-o dentro do permitido por Norma.
A conservao dos instrumentos tambm fundamental, j que instrumentos emmau estado de conservao daro leituras erradas. O exemplo a seguir ilustra
como um termostato pode mascarar seu set point (Fig. 6)
Fig.6
2.1.10. Ajustes de Vazo de Ar
Freqentemente, aps um longo tempo de operao de uma instalao , ela seencontra funcionando fora de seus parmetros de projeto.
Uma avaliao da carga trmica, em funo da reduo de pessoal, modificaes
da finalidade do uso de ambientes (que funcionavam coma altas cargas e agoraforam reduzidas), traz surpresas, podendo em alguns casos permitir um
rebalanceamento das vazes, com reduo no consumo de energia de FACS,
chillers e bombeamento.
As redues alcanveis somente podem ser avaliadas caso a caso e aps um
levantamento criterioso.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL82
2.1.11. Manutenao Programada
A elaborao de Programas de Manuteno, baseado em um Manual, em que
so previstos todos os servios em cada equipamento, freqncias, set points,
contribui no s para reduzir o consumo (filtros sujos, serpentinas obstrudas, correias
frouxas, etc), como para reduzir ou impedir paradas no desejadas deequipamentos.
Estes manuais devem compreender, pelo menos:
. Plantas e fluxogramas dos sistemas.
. Desenhos dos principais equipamentos
. Desenhos de Eltrica
. Lista de componentes reserva, com suas especificaes. Set points para controles (chillers, de ambiente, etc)
. Freqncias de ajustes ou trocas de componentes
2.1.12. Seminrio de Conservao de Energia
Acreditamos que ser de grande valia um seminrio, com todos os funcionriosda empresa, desde o pessoal executivo , de apoio at o pessoal de Manuteno,
baseado no que est sendo exposto neste Curso, e adequando a rea de alcance,
responsabilidade, atuao e linguagem.
2.2.MCES COM BAIXO CUSTO
2.2.1. Reduo de Infiltrao de Ar Externo.
A infiltrao de ar externo, como j foi visto no Mdulo I , traz uma carga trmicaindesejvel para o sistema , onerando a conta de luz do usurio.
As fontes podem ser, janelas (esquadr ias) mal ajus tadas, portas abertas
continuamente ou no (comunicando com a rua ou ambientes no condicionados).
Quanto s janelas, devem ser mantidas fechadas e ter seus ajustes s esquadrias
verificados .
Portas que do acesso a ambientes no condicionados (garagens internas por
exemplo), devem ser mantidas fechadas, por molas ou outros sistemas.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL83
Portas com acesso rua, devem possuir sistema de fechamento automtico (mola
ou eletrnico) ou quando isto no for possvel , o uso de cortinas de ar pode ser
vantajoso.
2.2.2. Reclculo de Ocupao de Pessoal - Ar Exterior - Rebalanceamento
Uma instalao antiga, com um projeto baseado numa ocupao do prdio
diferente da atual, dever ser avaliada quanto s novas destinaes das reas,
cargas de equipamentos originais (equipamentos de escritrios) e nmero de
pessoas.
Uma rea originalmente destinada a pessoal e que virou um depsito, ter suas
taxas de ar de ventilao reduzidas.
Uma rea que originalmente era um laboratrio com exaustores e se tornou uma
rea de escritrio, poder igualmente ter sua carga de equipamentos e ventilaoreduzidas.
Esta avaliao poder indicar uma reduo na vazo de ar exterior (ventilao) ,
ou a necessidade de rebalancear o sistema de distribuio de ar (dutos),
remanejando vazes de regies com superavit para regies com deficit,
melhorando assim as condies de conforto e reduzindo as reclamaes dosocupantes.
A reduo de ar exterior, atravs de medio e atuao no damper da tomada
de ar, trar uma reduo no consumo de energia.
2.2.3. Isolamento Trmico em Dutos
J vimos no Mdulo I, que dutos mal isolados, passando sobre reas no
condicionadas, acarretam perdas considerveis, onerando a carga trmica dosistema e, por conseguinte, aumentando a conta de energia. Aprendemos l,tambm como calcular estas perdas.
Em geral, os custos para isolar dutos so bem inferiores s perdas ocasionadas pela
ausncia do isolamento.
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL84
Via de regra, para condies de conforto em ar condicionado, mantas ou placas
de 25 mm de espessura de isolamento a base de l de vidro (Dutover, ou similar),
isopor incombustvel, ou outros materiais , so suficientes.
2.2.4. Isolamento de Tubos
Pelos mesmos motivos acima, tubulaes devem estar devidamente isoladas,
evitando perdas energticas e danos provocados por condensao (tubo
pingando) sobre equipamentos, mobilirio, etc.
2.2.5. Desligamento de Sistemas X Instalaes de Sistemas Dedicados.
Sistemas que operam 24 horas por dia, devem ter sistemas dedicados. Exemplos
so centrais telefnicas ou de computadores, que via de regra operamcontinuamente, porm podero obrigar grandes sistemas (grandes CAGs) a
trabalharem em faixas de baixo rendimento, exclusivamente para atend-los. Assim,
os equipamentos de maior porte seriam desligados, ficando em operao apenas
aqueles dedicados (de menor capacidade).
2.2.6. Desligamento de Bombas de Circulao (BAG e BAC) e Torres deResfriamento
Equipamentos que operem desnecessariamente, devero ser desligados.Tipicamente, quando em baixa carga trmica (inverno ou noite), as bombas degua gelada (BAG) ou de gua de condensao (CAC) e respectivas Torres, podem
ser desligadas. Isto pode ser feito manualmente, mas preferencialmente por sistema
de controle capaz de sentir a carga reduzida.
conveniente lembrar que o consumo de bombas e torres na instalao expressivo.
Para um clculo expedito, pode-se usar a potncia de placa dos motores e o
tempo que podero permanecer desligadas.
2.2.7. Segregao para rea de Fumantes
Pelas taxas de ar de renovao estabelecidas por norma percebe-se a sobrecarga
que o projeto requer para rea em que sejam admitidos fumantes.
No caso de escritrios os valores estabelecidos podem ser 20 % superiores. Como
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL85
estas sobrecargas se refletem no consumo de energia, sugere-se que sejam criadas
reas especficas para fumantes. Desta forma, e dotando-se e de exausto o local,
conseguem-se redues expressivas nas vazes de ar de renovao ,
conseqentemente reduzindo o consumo de energia.
2.2.8. Recalibrar Controles
Uma vez pronta a instalao de A/C de um prdio, aps decorridos alguns anos,
dificilmente o responsvel pelo sistema de A/C ir lembrar-se da calibrao dos
instrumentos de controle
Controles descalibrados (termostatos, umidostatos), alm de complicarem a tarefa
do pessoal de Manuteno (as temperaturas , umidades, ajustadas nos instrumentos
no coincidem com as efetivamente medidas), tendem a produzir aumento noconsumo (resfriamento ou umidade abaixo do set point desnecessrio).
Chillers com desajustes de subresfriamento ou superaquecimento, so bonsexemplos de efeito nocivo sobre o consumo energtico.
2.2.9. Instalar Barreiras ou Isolar Equipamentos
Equipamentos que so geradores de grande dissipao trmica mas que no
necessitam de trabalhar em temperaturas controladas (baixas), devem ser removidosdo ambiente condicionado, providenciando ventilao adequada para o mesmo.
Equipamentos de copas (geladeiras, fornos), transformadores, motores, em
equipamentos condicionados, so exemplos tpicos.
Com as dissipaes calculadas, ser fcil avaliar o consumo em kwh (e R$)
despendido no equipamento de condicionamento.
2.2.10. Reduzir Perdas em Circuitos de gua (Fase de Projeto ou Retrofit)
Filtros com crivos de mesh (furao ) maior; tubulao com traado mais suave
(menor quantidade de curvas), trocando cotovelos de 90 de raio curto por raio
longo; dimetros para velocidades adequadas; uso de vlvulas adequadas (globo
para regulagem de vazo e gaveta para bloqueio). Por isso, o traado de uma
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ELETROBRS/PROCEL CEPEL86
tubulao deve ser produto de um estudo criterioso, no devendo ser feito por
pessoa inexperiente.
bom lembrar que as perdas de energia so diretamente proporcionais s perdas
de carga nas tubulaes, isto , se acrescermos as perdas de carga na tubulaoem 20 % desnecessariamente, as perdas no consumo sero tambm aumentadasem 20 %.
2.2.11. Proteo de Vidros Cortinas, Filmes, Brises, Telas
O uso de vidros especiais; pelculas especiais aplicadas sobre os vidros comuns; o
uso de cortinas internas com cores claras; o uso de brises, reduzem
consideravelmente a radiao solar direta sobre os recintos condicionados, reduzindo
consequentemente o impacto sobre os sistema de A/C.
A tabela a seguir, mostra a carga trmica incidente num recinto , cujas janelas estoprotegidas , alternativamente, por trs tipos de elementos de proteo:
Sem veneziana
Com veneziana interna
Com veneziana externa
Entre o projeto sem veneziana e com veneziana externa h uma reduo superior
a 6 vezes (s 16 h) na carga trmica do recinto. Da recomenda-se , sempre quepossvel , o uso destes elementos de proteo, na arquitetura do prdio. As venezianas
devem ser de cores claras, preferencialmente.
GanhoBTU/h.ft2
rea Ft 2 Correcp/protec
Tot BTU/h
200,3 100 10 h 0,09 0,94 169416 h 0,40 7531
200,3 100 10 h 0,09 0,56 100916 h 0,66 7403
200,3 100 10 h 0,09 0,14 25216 h 0.40 1121
Armazenamento
Alt 1S/venez
Alt 2 C/ven int
Alt 3C/ven ext
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2.3. MEDIDAS COM CUSTOS DE MODERADOS A ALTOS REFORMAS(RETROFITS)
2.3.1. Impacto da Eficientizao da Iluminao sobre o Sistema de arCondicionado
A eficientizao da iluminao de um prdio trs por si o benefcio da reduo daconta de energia eltrica. Como bnus, reduz o consumo do sistema de Ar
Condicionado, j que a dissipao trmica da iluminao foi reduzida.
Adicionalmente, se pretender trocar os chillers, teremos ainda uma reduo no
tamanho deste equipamento e conseqentemente no custo inicial. A seguir faremos
um exerccio para demonstrar estas afirmativas.
Exemplo:
Imaginemos que um prdio com 9300 m2 (100.000 ft2) possua um sistema deiluminao que vai ser eficientizada, passando de uma taxa mdia de 33 w/m2 (3
w/ft2) para 21 w/m2 (2 w/ft2). Calcular as economias obtidas.
Tempo de operao:
10 h/dia x 22 dias /ms x 12 meses/ano= 2640 horas
Reduo no consumo de iluminao:
(33 21) w/m2X 9300 m2 X 2640 h/ano = 294.624.000 wh = 294.624 kwh/ano
Equivalente em TRh (carga trmica acumulada):
1 w = 3,4 BTU/h
1 TR = 12000 BTU/h
ento:
294.624 kwh = 84.704 TRh
Se considerarmos que a eficincia de um chiller novo de 0,6 kwh/TRh:
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pela introduo de materiais isolantes trmicos com alta Resistncia trmica
(baixo U).
Em prdios novos ou em reforma , adicionar placas (tipicamente com 50 mm de
espessura) de isopor incombustvel, adicionar vermiculita argamassa da laje soboas prticas. Onde existir um entreforro, outras opes podem ser adotadas, taiscomo , aplicao de mantas de fibra de vidro ou jato de espumas a base de
uretano ou fibra de vidro, sobre a laje.
Apenas a ttulo de exemplo , duas situaes:
Uma laje de 10 cm de espessura (4 pol) de concreto , sem ou com revestimento de
5 cm (2 pol) de isopor :
Calculemos as resistncias (R) destes conjuntos:
R da laje sem isopor:
R = ((1/12) X 4 pol) + 0,25 + 0,92 = 1,5 da , U = 0,66
R da laje com isopor:
R= (( 1/12)X 4 pol) + ((1/0,25) X 2 pol) + 0,25 + 0,92 = 9,5 , da, U= 0,10
Observa-se que a conduo (o ganho) de calor para uma mesma rea de laje
tem uma relao de quase 7 vezes entre lajes sem isolamento e com isolamento.
Outras tcnicas construtivas , como a proviso de espaos de ar (entreforros), nacobertura tambm contribuem para redues considerveis na carga trmica,
com conseqentes redues no consumo de energia.
2.3.4. Uso de Motores Eficientes
O Sistema de A/C utiliza uma quantidade de motores apreciveis: bombas , torresde resfriamento, unidades ventiladoras (fan coils) , etc.
Dependendo da potncia (e idade), Os rendimentos tpicos dos motores podem
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variar na faixa de 75 a 95 %, sendo os 5 a 25 % restantes perdidos internamente no
motor.
Motores mais eficientes, so projetados para converter uma quantia de energia
eltrica maior em trabalho. Instalando motores bem dimensionados e mais eficientes,estaremos consumindo menos energia.
Na tabela a seguir, uma comparao entre motores Padro e de Alto Rendimento
Em ocasies de troca de motores, principalmente aqueles de grandes potncias e
que operam continuamente, deve-se considerar a possibilidade de adquirir motoresde Alto Rendimento.
A ttulo de estimativa, tomando um motor de 100 HP, que roda continuamente:
Por definio:
Para uma mesma Potncia de sada de 100 HP, temos:
HP Efic. Motor Padro Efic Alto de Rendimento5 83.3 89.5
7.5 85.2 91.710 86.0 91.715 86.3 92.420 88.3 93.030 89.5 93.640 90.3 94.150 91.0 94.560 91.7 95.075 91.6 95.4
100 92.1 95.4
PotEntrada
PotSada=
xTempoARPad
PotSaidaDifConsumo )11
(
=
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Para funcionamento contnuo em 1 ano: 8760 h
E sendo: 1 HP= 745 w
Vem:
Dif Consumo = 24.511.298 Wh = 24.511 kWh
A R$ 0,10/kwh, vem reduo de R$ 2451,00 /ano
Com esta reduo no consumo, pode-se calcular o tempo de retorno do
investimento (troca de motor no eficiente, por outro eficiente).
2.3.5. Uso de Variador de Freqncia ( VSDS)
Os Variadores de Freqncia so dispositivos eletrnicos, que atuam sobre a
freqncia da corrente dos motores, variando sua rotao.
Considerando que ventiladores , bombas e outras mquinas rotativas nem sempreoperam a plena carga (sua vazo varia), e que as formas de variar as vazes via
de regra so obtidas atravs de estrangulamento (fechamento de vlvulas edampers), isto introduzia perdas considerveis de energia.
Considerando ainda que as vazes so linearmente relacionadas com a rotao
(da bomba ou ventilador), a utilizao de VSDS, introduz a possibilidade de ajustar
a vazo sem introduzir perdas, alterando a rotao do equipamento.
oportuno lembrar , que a relao de potncias varia com o cubo da variao darotao. Isto significa que reduzindo a vazo (atuando na rotao), o consumo
cair em relao cbica.
8760)954.0
1
921.0
1(74500 xWDifConsumo =
RPMbRPMacfmbcfma
3)(RPMb
RPMa
HPb
HPa
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Estudos (nos EUA) tm mostrado que o uso destes dispositivos podem economizar
at 52 % de energia.
Abaixo, uma tabela com custo instalado (nos EUA) de VSDS para diversas potncias:
Em Ar Condicionado atualmente, os sistemas VAV (Volume Varivel) e de
bombeamento, j aplicam largamente estes dispositivos.
2.3.6. Trocas de Centrais de gua Gelada ( CAG)
O momento da troca dos resfriadores (chillers), um momento que deve ser motivode estudos detalhados.
Em geral, equipamentos com mais de 20 anos, merecem ser considerados, uma
vez que j apresentam grau de obsolescncia razovel e , em geral, um nvel de
desgaste aprecivel (controles, compressores, tubos de trocadores, etc).
Necessriamente, no se deve fazer a troca por um de mesma capacidade. Em
geral, os chillers encontram-se superdimensionados. Recomenda-se fazer umestudo minucioso, visando verificar as possibilidades de reduo de carga trmica,
considerando todas as oportunidades aqui estudadas anteriormente. bom lembrarque s o chiller, ter um custo inicial de cerca de U$ 450,00/TR, sem falar nos outros
equipamentos. Uma reduo de 50 TR, numa grande instalao representar, por
baixo, U$22.500,00 (R$56.250,00).
Depois, de recalculada a carga trmica da instalao, com todas as reduespossveis, provvel que de sada se obtenha uma reduo no tamanho da novamquina. Deve-se ento, levantar informaes dos custos operacionais dos
equipamentos existentes, isto , seu histrico de manuteno (custos anuais comtrocas de componentes), prever trocas futuras previsveis (compressores,
condensadores, etc) e medir sua performance (kW/TR). Em seguida, mediante
HP Custo Instalado U$5 297510 357530 722550 11100
100 19400
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consulta aos fabricantes e de posse de uma Especificao Tcnica , obtem-se
dados tcnicos (performance) e custos de novos equipamentos.
Ento, teremos em mos os elementos necessrios para fazer uma anlise tcnico
econmica criteriosa, para balizar a virtual substituio.
Outro aspecto a considerar, so os refrigerantes utilizados nas mquinas.
Considerando as restries que vem sendo impostas pelo Protocolo de Montreal epelo CONAMA, os Refrigerantes R-11 e R-12 devero ser substitudos a curto prazo
pelos HCFC-123 e HFC-134 a, respectivamente. Estes refrigerantes so largamente
usados em equipamentos de grande porte.
A Resoluo CONAMA 267 de 14 /09/2000, em funo do Protocolo de Montreal, faz
restries srias ao uso do R-11 e R-12, tendo ficado suas importaes restritasa
partir de janeiro de 2001.
Seria bom lembrar, que estes novos refrigerantes possuem eficincia termodinmica
inferior aos antigos, porm a modificao se faz em funo dos problemas verificadosna camada de Oznio.
A seguir uma tabela resumida com as datas previstas para proibio dos CFCs
* Usado em equipamentos unitrios.
Em funo das restries impostas para uso de R-11 e R-12, e no caso de
equipamentos mais novos (cerca de 10 anos), poder ser mais vantajosoexecutar o retrofit do equipamento em vez de adquirir novos equipamentos. O
retrofit pode envolver a troca de rotores, gaxetas ou mesmo do compressor. Cabe
lembrar, que um estudo de reduo de cargas trmicas seria aconselhvel, tambm
neste caso, j que uma reduo de capacidade do equipamento (retrofit), poder
Phase Out Refrigerante Ao
1996 R11, R12, R500 Extingue a produo. Equipamentos
no mais fabricados2010 HCFC 22 * Pra a fabricao de equipamentos.2020 HCFC 22 Pra a fabricao do refrigerante2020 HCFC 123 Pra a fabricao de equipamentos.2030 HCFC 123 Pra a fabricao do refrigerante
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ocorrer. Desta forma, poderamos garantir que, ao final de redues de cargas da
instalao e do retrofit, o equipamento continuaria a atender plenamente.
A seguir, apresentamos o estudo de um caso tpico de anlise tcnico-econmica,
para substituio de chillers.
Exemplo:
Numa empresa foi constatada a degradao e obsolescncia de seus resfriadores
(com cerca de 25 anos). Considera-se a substituio dos mesmos e foi feito um
estudo tcnico-econmico em cima dos nmeros a seguir.
Capacidade Instalada: 640 TR (4 x 160 TR)
TRh calculada por ano : 1.136.083 TRh
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Custos Iniciais de Reposio :
4 resfriadores alternativos ( Instalados) R$ 475.680,00 ( Alt 1)
4resfriadores parafuso ( instalados)- R$ 565.920,00 ( Alt 2)
Tarifa de E.E. R$0,118 /kWh
Performance dos resfriadores kW/TR
Existente 1,3
Alternativo 0,95
Parafuso- 0,74
Custos Operacionais ( kWh/R$)
Energia Eltrica:
Existente 1.476.907 174.275.13
Compressor Alternativo 1.079.278 127.354.00
Compressor Parafuso 840.701 99.202.76
Manuteno ( R$)- 1 a 5 anos e 6 a 20 anos
Existente 39.000.00 14.498.00
Compressor Alternativo 14.573.00 14.573.00
Compressor Parafuso 14.573.00 14.573.00
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Custo Operacional Total (R$) 1 a 5 anos e 6 a 20 anos
Existente 213.275.00 189.223.00
Compressor Alternativo 141.927.00 141.927.00
Compressor Parafuso 113.375.00 113.