1. SISTEMAS DE AR CONDICIONADO E REFRIGERAO PROCEL PROGRAMA
NACIONAL DE CONSERVAO DE ENERGIA ELTRICA Eng Srgio Meirelles Pena 1
Edio - JULHO/2002
2. ELETROBRS/PROCEL CEPEL2 ndice MDULO 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)
.................................................................14
2.2.5. 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
3. 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
...............................................51 2.3.2.4. 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
..............................................................61
2.5.2.1. 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) - DIAGNSTICO ENERGTICO
............................................................................71
4. 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) ..............72 2.1. 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
...............................................82 2.2. 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 de Resfriamento
.........................................................................................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
5. 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 ar
Condicionado
......................................................................................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 TRMICA E SIMULAO PREDIAL
..........................................................96
6. ELETROBRS/PROCEL CEPEL6 MDULO I - FUNDAMENTOS
7. 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 presso interna, 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 como e 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 estudo que 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 de decises.
8. 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 uma central 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 porte
Instalaes 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
9. ELETROBRS/PROCEL CEPEL9 Fig. 2- Split
10. 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 ttulo de ilustrao, vamos apresentar os
constituintes de um Sistema tpico de gua gelada (expanso indireta)
. Ver Fig 4A e 4 B Fig. 4 A
11. ELETROBRS/PROCEL CEPEL11 Fig. 4B
12. 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 do corpo. Diz-se neste caso, que o corpo est
quente. J se demonstrou que a temperatura 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
13. 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 a temperatura 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
perdeu Calor 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 calor introduzido dito Calor Latente. Ver Figs. 6 e
7
14. ELETROBRS/PROCEL CEPEL14 Fig.6 Fig .7 No caminho inverso,
se tomarmos o vapor que estava sendo gerado no exemplo acima e o
passssemos num Condensador (operao de Condensao), removendo o seu
calor, obteramos um liquido (o Condensado), tambm a 100 C. O calor
removido foi , igualmente, Calor Latente. Sumarizando: Toda vez que
h troca de calor com mudana de temperatura, sem mudana de estado
fsico, o calor cedido ou removido dito Sensvel. No momento em que a
troca de calor acarreta mudana de estado fsico, sem ser acompanhado
por mudana de temperatura, dizemos que houve troca de Calor
Latente. 2.2.4. Umidade Relativa do Ar (UR) A Umidade Relativa a
relao aproximada entre as massas de vapor dgua presente num volume
e a massa de vapor que saturaria aquele volume, a mesma temperatura
e presso total. max2 2 OvapH OvapH m m UR =
15. 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
16. ELETROBRS/PROCEL CEPEL16 Fig. 9
17. 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 temperatura pare de baixar.
Esta temperatura ser inferior de Bulbo Seco. 2.2.7. Entalpia A
Entalpia uma varivel termodinmica de posio ou de quantidade. De uma
maneira geral trabalha-se com diferenas de entalpias . Esta
diferena corresponde quantidade de calor trocado 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 ou gramas (g) vapor/ kg de ar seco. 1 lb = 0,454
kg 1 grain vapor = 1/7000 lb vapor
18. 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 ft 3 de ar/ lb ar (o volume especfico o inverso da
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
19. ELETROBRS/PROCEL CEPEL19
20. ELETROBRS/PROCEL CEPEL20 B) AQUECIMENTO (RESFRIAMENTO) S
COM CALOR SENSVEL Uma vazo de 1000 ft3/min (c.f.m.) ar sendo
aquecido num duto por um banco de resistncias (s calor sensvel),
conforme esquema, passou do ponto (1) ao ponto (2). Fig. 11 1 - A
partir da carta psicromtrica, indicar as condies iniciais e finais
do ar: 2 - Com a expresso a seguir, calcular a quantidade de calor
sensvel acrescido ao ar: Qs= 1,08 X cfm X (t2-t1) Sendo: Qs = Calor
sensvel trocado , em BTU/h cfm = vazo em ps cbicos por minuto t2,
t1, Temperatura de bulbo seco , na sada e entrada do resistor
INICIAL (1) FINAL (2) DIFERENA BS ( F) 75 85 10 BU ( F) 62.9 66 3.1
W (GR/LB) 66 66 0 W(LB/LB AR SECO) 0.0095 0.0095 0 h=(BTU/LB) 28.3
30.7 2.4 V= (ft3/LB) 13.4 13.9 0.5
21. 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), segundo evoluo mostrada na
carta psicromtrica:
22. 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) DIFERENA BS ( F) 85 85 0 BU ( F) 66 77 11 W (GR/LB) 66 128 62
W(LB/LB AR SECO) 0.0095 0.0182 0.0087 h=(BTU/LB) 30.7 40.5 9.8 V=
(ft3/LB) 13.9 14.1 0.2
23. 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
24. 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 minuto w1, 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) DIFERENA
BS ( F) 85 75 10 BU ( F) 77 62.9 14.1 W (GR/LB) 128 66 62 W(LB/LB
AR SECO) 0.0182 0.0095 0.0087 h=(BTU/LB) 40.5 28.3 12.2 V= (ft3/LB)
14.1 13.4 0.7
25. ELETROBRS/PROCEL CEPEL25
26. 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 fonte quente. A evoluo do Fluido
Refrigerante num ciclo fechado chamada de Ciclo Frigorfico por
Compresso. Os principais componentes (equipamentos) utilizados num
Ciclo a Compresso esto mostrados na Fig.14, a seguir:
27. 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 principais linhas e grandezas termodinmicas, na Fig. 15. Fig.
15
28. 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
30. ELETROBRS/PROCEL CEPEL30 A Fig. 24 representa
esquematicamente um diagrama indicando perdas de presso nas
tubulaes, subresfriamento e superaquecimento nas linhas. Fig.24
2.2.11. Coeficiente de Performance Este um ndice importante para
avaliar o rendimento de um equipamento de refrigerao (selfs,
chillers, Tc). Ele nos d um ndice que relaciona a Capacidade de
Remoo de Calor de um equipamento (Energia til ou Efeito Frigorfico)
Potncia requerida pelo Compressor (Energia Consumida). Quanto maior
o C.O.P. , melhor o rendimento do equipamento. Observe-se que um
ndice maior que 1. dado pela expresso: 12 41 hh hh SUMIDAENERGIACON
LENERGIATI COP ==
31. 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 hh EER / 12 41 == =
32. 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 entre dois
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 hh TRkW = = 41 12 /
EER TRkW 12 / = 4 )12.(.. TTA =
33. 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
34. 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 entre
dois 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 =
35. 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( TTho A = hoA
TT . )21( =
36. 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( TT x k A = kA x TT . )32( =
)43( TThi A = hiA TT . )43( = ) 11 (41 hok x hiA TT ++= hok x hU 1
1 11 ++= )41.(.. TTUA =
37. 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 0
1 1 h r = 1 1 2 k x r = R U = 1 R U 1 = n n h r 1 =
38. 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 de temperatura de
11 C, e constituda da seguinte forma: )41.(. TtUA = hBTUXX
/33878,1953,08,322 ==
39. 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 + r I + r 4 + r i Camada
Material Espessura (mm-pol) K (BTU.pol/hft2.F) 1 Isopor 25,4/1 0,25
2 Concreto 100/4 12,00 3 Ar 100/4 4 Fibra de vidro 25,4/1 0,25
40. 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= 12,33 U= 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 exemplo e 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
==
41. 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, provm de pessoas,
equipamentos, iluminao, recintos adjacentes sob temperaturas mais
elevadas. 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 a variao
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 de construo 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.
42. 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
43. 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 da
parede 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 de paredes ou outros elementos
externos da construo. Ganho BTU/h.ft2 rea Ft 2 Correc p/protec Tot
BTU/h 200,3 100 10 h 0,09 0,94 1694 16 h 0,40 7531 200,3 100 10 h
0,09 0,56 1009 16 h 0,66 7403 200,3 100 10 h 0,09 0,14 252 16 h
0,40 1121 Armazenamento Alt 1 S/venez Alt 2 C/ ven int Alt 3 C/ven
ext
44. 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 de temperatura
equivalente que consideram o regime transiente, do transporte
atravs das 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 = .. )( testem
Rm Rs testeq +=
45. 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,
que vai 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-
higromtricas foram 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 ocupao mdia 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)( 9,0 7,0
46. ELETROBRS/PROCEL CEPEL46 Soluo: 1- Condies termo-
higromtricas. Interna - (Tab. 8 da ABNT) BS 24 C (75,2 F)- 50 % UR
BU 17,2 C (62,9 F) Externa - (Tab. 7 ABNT ) BS 35 C (95 F) BU 26,5
(79,7 F) 2- Ar de Ventilao Da tab. 6 ABNT Escritrio ( pblico) 25
m3/h/pessoa 25 m3/h X 35,3 ft3/m3 X 1 h/60 min = 14,7 cfm (
ft3/min) (1 m3 = 35,3 ft3) Ocupao : 600 m2/ 6 pes/m2 = 100 pessoas
Vazo : 14,7 cfm/pes x 100 pessoas = 1470 cfm 3- Carga Trmica Cs =
1,08 X cfm X Dt BS = 1,08 x 1470 x 19,8 F = 31.434 BTU/h Cl= 0,67 x
cfm X Du = 0,67 x 1470 x 64 = 63.033 BTU/h Ct= 4,5 x cfm x X Dh =
4,5 x 1470 x 15 = 99 225 BTU/ h (a diferena encontrada entre a soma
das parcelas de Cs e Cl contra o valor calculado de Ct, decorre de
impreciso na leitura de valores na Carta Psicromtrica,
aproximadamente 5 %). BS (F) BU (F) U s ( gr/lb) h ( BTU/lb)
EXTERNA 95 79,7 130 43,5 INTERNA 75,2 62,9 66 28,5 DIFERENA 19,8
16,8 64 15
47. 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 do ar) 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
48. 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 do exemplo 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
estudaremos cada 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.
49. 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
50. ELETROBRS/PROCEL CEPEL50 2.3.2.2. Pessoas Tambm chamada de
carga de ocupao, aquela proveniente do calor de metabolismo. funo
da temperatura interna do ambiente, do sexo da pessoa e do nvel de
atividade (mais ou menos intensa). Apresentamos no Anexo, as
tabelas 10 A e 10 B, que estabelecem: (1) condies de temperatura a
serem adotadas nos projetos, em funo do tipo de ambiente; (2) calor
liberado pelas pessoas (em BTU/h ou kcal/h). Com estes elementos ,
possvel calcular a dissipao trmica devido a ocupao do ambiente. A
seguir, um exemplo. Uma Empresa sofreu uma restruturao ao longo dos
anos, tendo reduzido o nmero de funcionrios em 1000 pessoas.
Estimar a reduo proporcional na carga trmica. Da ABNT, tab. 10 A,
para escritrios, a 24 C: Calor sensvel - 61 kcal/h Calor latente -
52 kcal/h Total 113 kcal /h/pessoa Para 1000 pessoas : 113 kcal/h x
1000 pessoas = 113.000 kcal/h Em BTU/h: 1 kcal/h = 3,968 BTU/h
1BTU/h = 0,252 kcal/h 113.000 kcal/h = 448.384 BTU/h
51. 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 para dissipao 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 estruturas da 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. Caberia ressaltar, 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
de iluminao eficiente. Valores mais atuais , podem estar na faixa
de 20 w/m2 ou cerca de 2 w/ft2 . Tabelas com valores para iluminao
eficiente so encontradas no 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 no condicionadas 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
52. 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), as perdas so
proporcionais a rea do trecho do duto passante em rea no
condicionada, o diferencial de temperatura interna/externa ao duto,
a velocidade do 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.
53. 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 suprimento do 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 lanados numa 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.)
54. 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
55. ELETROBRS/PROCEL CEPEL55 Fig. 34 Preparado 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 Infiltrao
S Parede sq ft x ( - ) x P. Girat. pes.x CFM/pes= N Parede sq ft x
( - ) x = CFM Teto sq ft x ( - ) x P. Aber. por.x CFM/port= Portas
sq ft x ( - ) x = CFM Transmisso por Paredes Internas e Teto
Exaustores CFM Vidro sq ft x ( - ) x Vos ft x CFM/ft = Vidro sq ft
x ( - ) x = CFM Divisrias 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) = F
Ocupao Pessoas x P.O (Selecionado) = F Equipamentos Hp ou W x 3.4
Ar Insuflado Luz 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 ) = #### F Ocupao Pessoas x Vapor lb/hr x 1000 Tins=P.O F + FB
x Outros 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
0.67 Calor Latente Efetivo do Recinto (CLER) Calor Total Efetivo do
Recinto (CTER) Carga de Ar Exterior Sobre a Serpentina Sensvel CFM
x Fx (1- FB) x1,08 Latente CFM x gl/lbx (1- FB) x0,67 FCER= Fator
de Calor Sensvel do Recinto Outros Ganhos P.O = Ponto de Orvalho
TOTAL P. Girat. = Portas Giratrias GRANDE TOTAL P. Abert. = Portas
Abertas
56. 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.
58. ELETROBRS/PROCEL CEPEL58 EXPANSO DIRETA SELF CONTAINED- 5 A
40 TR CONDENSAO A GUA OU AR Fig.36
59. ELETROBRS/PROCEL CEPEL59 RESFRIADORES DE LQUIDOS - (EXPANSO
INDIRETA) CONDENSAO A AR - ALTERNATIVOS- AT 400 TR CONDENSAO A GUA-
ALTERNATIVO - AT 280 TR PARAFUSO - 75 AT 350 TR CENTRFUGO - 165 AT
2800 TR Fig. 37 RESFRIADOR ( CHILLER ) CENTRFUGO
60. ELETROBRS/PROCEL CEPEL60 COMPRESSOR TIPO PARAFUSO Fig.38
ROTOR DE COMPRESSOR TIPO CENTRFUGO Fig.39
61. 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 tubo quatro tubos Fig. 40 Fan coil Fig. 41 Arranjo
fan coil dois tubos
62. ELETROBRS/PROCEL CEPEL62 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
63. ELETROBRS/PROCEL CEPEL63 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
65. ELETROBRS/PROCEL CEPEL65 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 em estaes
amenas. Controle individual de temperatura, pelo controle de vazo
de ar em caixas VAV, para diferentes recintos. Fig. 48
66. ELETROBRS/PROCEL CEPEL66 Abaixo, uma caixa VAV Fig.49 2.6.
EQUIPAMENTOS DE AR CONDICIONADO E SEUS RENDIMENTOS TPICOS 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 em estudos de casos reais.
Outros valores, padres de equipamentos eficientes, esto includos no
Anexo. EERTR kw 12 =
67. ELETROBRS/PROCEL CEPEL67
68. ELETROBRS/PROCEL CEPEL68
69. ELETROBRS/PROCEL CEPEL69
70. ELETROBRS/PROCEL CEPEL70 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.
71. ELETROBRS/PROCEL CEPEL71 MDULO II - GERENCIAMENTO DO
CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA - MEDIDAS DE CONSERVAO DE ENERGIA (MCES)
- DIAGNSTICO ENERGTICO
72. ELETROBRS/PROCEL CEPEL72 1. INTRODUO 1.1. GERENCIAMENTO DO
CONSUMO DE ENERGIA O gerenciamento do consumo , no sentido mais
amplo, deve comear na fase de Projeto do Sistema, elaborando
Especificaes claras, bem detalhadas, incluindo a documentao a ser
fornecida e caractersticas fundamentais dos equipamentos, tais como
eficincias. O Estudo de Soluo que leve a Equipamentos mais
eficientes, com bases em estudos tcnico-econmicos.. Soluo que
preveja a facilidade de execuo da manuteno. Prever nas Especificaes
de Fornecimento, testes na fase de inspeo em fabricante e aps a
montagem, que permitam certificar que o especificado foi
efetivamente o fornecido , e instalado corretamente. Elaborar
Manual de Manuteno, de forma a no atuar s na crise, mas
estabelecendo regras claras, prazos para fazer ajustes de forma que
os equipamentos operem nos seus set points originais . 1.2.
DIAGNSTICO ENERGTICO Um Diagnstico Energtico uma ferramenta
utilizada para levantar e estimar como e 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 estudo que 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 de decises. 2.0. MEDIDAS DE CONSERVAO DE ENERGIA (MCES) So
assim chamadas, todas aquelas aes, que tenham por objetivo
introduzir modificaes na fase de Projeto ou de Operao (em sistemas
j operacionais),
73. 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 de implantao: 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, j que 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
74. 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$. A seguir um exemplo. No
Mdulo I, pargrafo 2.3.1.3, calculou-se o ar de ventilao para um
escritrio. Determinou-se o nmero de ocupantes (100 pessoas) e a
carga trmica respectiva para o ar de renovao (1470 ft3/min e 99.225
BTU/h). Considerando-se que o gerente de manuteno mediu, na tomada
de ar exterior uma vazo de 1800 Ft3/min (cfm), calcular o consumo
em excesso. O ar em excesso corresponde a : (1800 1470) cfm= 330
cfm Proporcionalmente, a 99225 BTU/h, estes 330 cfm, correspondem a
uma carga trmica de : (330/1470) X 99225 = 22.275 BTU/h
75. ELETROBRS/PROCEL CEPEL75 Agora calcularemos o consumo em
kwh e R$: 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 variaes de 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 Luzes A iluminao tem dois
impactos na conta de luz: 1) o consumo de luz propriamente dito 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
76. ELETROBRS/PROCEL CEPEL76 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 de 20 w/m2.
Estimou-se que cerca de 70 % da iluminao poderia ser desligada., no
perodo 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.
77. 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 a
funcionarem em sobrecarga. O resultado direto que uma quantidade
extra de energia 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 execuo de obras novas ou
de reformas. 2.1.4. Desligamento de Sistemas de Exausto Sistemas de
exausto, que exaurem ar tratado, devem ser desligados quando sua
funo 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
78. 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 .PDm W = 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 em energia eltrica. 750 .PDm W =
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
79. 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 consumir
apenas 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 correias patinando. 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 trocadores do tipo casco e tubo, com seus
tubos sujos, acarretam perdas de bombeamento, j que ventiladores ou
bombas tero que trabalhar mais para fornecer a mesma vazo. Como no
caso de filtros sujos, a perda de energia, ser proporcional s
perdas de carga adicionais (sujo limpo).
80. ELETROBRS/PROCEL CEPEL80 Fig. 4 No caso de trocadores tipo
casco e tubo, e outros, o uso de manmetros, (Fig. 5) permite o
controle das perdas de carga dentro do especificado pelo fabricante
do equipamento Fig.5 2.1.9. Ajustes de Termostatos Os termostatos
so equipamentos destinados a controlar temperaturas, sejam dos
ambientes, da gua gelada do chiller, etc. Se a temperatura ajustada
for diferente da requerida por projeto , poderemos estar gastando
mais energia que o requerido. Seno vejamos. Uma instalao que tenha
sido projetada para ter 24 C em seus recintos, mas opera a 22 C,
estar gastando quase 10 porcento a mais, j que estar resfriando em
excesso.
81. 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 em mau 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 se encontra 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 agora foram 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.
82. 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 de equipamentos. 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
funcionrios da 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 trmica indesejvel para o sistema , onerando a conta de luz do
usurio. As fontes podem ser, janelas (esquadrias) mal ajustadas,
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.
83. 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 ventilao reduzidas. 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 dos ocupantes. 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 do sistema 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.
84. 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 operam continuamente, 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 de Resfriamento
Equipamentos que operem desnecessariamente, devero ser desligados.
Tipicamente, quando em baixa carga trmica (inverno ou noite), as
bombas de gua 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
85. 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 no consumo
(resfriamento ou umidade abaixo do set point desnecessrio).
Chillers com desajustes de subresfriamento ou superaquecimento, so
bons exemplos 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 removidos
do 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
86. 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 tubulao em 20 % desnecessariamente, as perdas no consumo
sero tambm aumentadas em 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
esto protegidas , 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 que possvel , o uso destes elementos de
proteo, na arquitetura do prdio. As venezianas devem ser de cores
claras, preferencialmente. Ganho BTU/h.ft2 rea Ft 2 Correc p/protec
Tot BTU/h 200,3 100 10 h 0,09 0,94 1694 16 h 0,40 7531 200,3 100 10
h 0,09 0,56 1009 16 h 0,66 7403 200,3 100 10 h 0,09 0,14 252 16 h
0.40 1121 Armazenamento Alt 1 S/venez Alt 2 C/ ven int Alt 3 C/ven
ext
87. ELETROBRS/PROCEL CEPEL87 2.3. MEDIDAS COM CUSTOS DE
MODERADOS A ALTOS REFORMAS (RETROFITS) 2.3.1. Impacto da
Eficientizao da Iluminao sobre o Sistema de ar Condicionado A
eficientizao da iluminao de um prdio trs por si o benefcio da reduo
da conta 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 de iluminao 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:
88. ELETROBRS/PROCEL CEPEL88 84.704 TRh X 0,6 kwh/TRh = 50.822
kwh de reduo de consumo no chiller A uma tarifa mdia de R$ 0,10
/kwh, teremos uma economia anual de : 50822 kwh X R$0,10 = R$
5082,00/ano Adicionalmente, a reduo na capacidade do Chiller, no
caso de substituio ser de: (33 21) w/m2 X 9300 m2 = 111.600w = 32
TR A um custo mdio de U$ 450, 00/TR, teremos uma reduo de U$
14438,00, no custo de investimento (R$ 36.095,00). 2.3.2. Controle
do Ar Exterior (Ventilao) pelo uso de Sensores de CO2 A concentrao
de CO2 um bom indicador da populao de uma rea. Quanto maior o nmero
de pessoas respirando , maior ser a concentrao de CO2. Controlando
a taxa de ar exterior baseado num set point de concentrao de CO2
(expresso em p.p.m.), estaremos suprindo o ar de renovao baseado na
demanda, e com isso reduzindo a carga trmica do sistema. A atuao do
detetor feita sobre os dampers de ar exterior Em prdios com
diversas reas e condicionadores (casas de mquinas), a localizao do
sensor dever dar um indicativo da rea exata onde a demanda se faz
maior ou menor. Outro fator que no deve ser esquecido que alm do
CO2, existem outros contaminantes internos aos prdios , os quais
podero exigir maiores taxas de ventilao ( fumos, gases e vapores
emanados de materiais de limpeza, detergentes, tintas, etc). Desta
forma, o uso deste sistema de controle, dever ser feito de forma
bastante criteriosa. 2.3.3. Isolamento Trmico em Coberturas Uma
carga trmica significativa sobre um prdio , aquela proveniente do
calor introduzido atravs de seu telhado. A maneira mais efetiva de
reduzir estes ganhos,
89. ELETROBRS/PROCEL CEPEL89 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 so boas prticas. Onde existir um entreforro, outras opes
podem ser adotadas, tais como , 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), na
cobertura 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 , torres de resfriamento, unidades
ventiladoras (fan coils) , etc. Dependendo da potncia (e idade), Os
rendimentos tpicos dos motores podem
90. ELETROBRS/PROCEL CEPEL90 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 motores de 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 Rendimento 5 83.3 89.5
7.5 85.2 91.7 10 86.0 91.7 15 86.3 92.4 20 88.3 93.0 30 89.5 93.6
40 90.3 94.1 50 91.0 94.5 60 91.7 95.0 75 91.6 95.4 100 92.1 95.4
PotEntrada PotSada = xTempo ARPad PotSaidaDifConsumo ) 11 ( =
91. ELETROBRS/PROCEL CEPEL91 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 sempre operam
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 e dampers), 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 da rotao. Isto significa que reduzindo a
vazo (atuando na rotao), o consumo cair em relao cbica. 8760) 954.0
1 921.0 1 (74500 xWDifConsumo = RPMb RPMa cfmb cfma 3 )( RPMb RPMa
HPb HPa
92. ELETROBRS/PROCEL CEPEL92 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 motivo de 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 um estudo minucioso, visando verificar as
possibilidades de reduo de carga trmica, considerando todas as
oportunidades aqui estudadas anteriormente. bom lembrar que 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$56.250,00). Depois, de
recalculada a carga trmica da instalao, com todas as redues
possveis, provvel que de sada se obtenha uma reduo no tamanho da
nova mquina. Deve-se ento, levantar informaes dos custos
operacionais dos equipamentos existentes, isto , seu histrico de
manuteno (custos anuais com trocas de componentes), prever trocas
futuras previsveis (compressores, condensadores, etc) e medir sua
performance (kW/TR). Em seguida, mediante HP Custo Instalado U$ 5
2975 10 3575 30 7225 50 11100 100 19400
93. ELETROBRS/PROCEL CEPEL93 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 e pelo 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 restritas a 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 verificados na 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 vantajoso executar 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 fabricados 2010
HCFC 22 * Pra a fabricao de equipamentos. 2020 HCFC 22 Pra a
fabricao do refrigerante 2020 HCFC 123 Pra a fabricao de
equipamentos. 2030 HCFC 123 Pra a fabricao do refrigerante
94. ELETROBRS/PROCEL CEPEL94 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
95. ELETROBRS/PROCEL CEPEL95 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$)- 1 a 5 anos e 6 a 20 anos Existente
39.000.00 14.498.00 Compressor Alternativo 14.573.00 14.573.00
Compressor Parafuso 14.573.00 14.573.00
96. ELETROBRS/PROCEL CEPEL96 Custo Operacional Total (R$) 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
113.775.00 RESUMO - COMPARAO DOS EQUIPAMENTOS MAQ TIPO ECONOMIA
ECONOMIA RETORNO RETORNO KWH/ANO % EMPRESA ANOS ANOS 10% AA 12 % AA
ALTERNAT 397,629 7,7 17 40 PARAF 636,205 11,8 10 12 RET-ANOS
RET-ANOS DIF CUSTO DIF CUSTO 10 % AA 12 % AA 4-ANOS 4,5 ANOS 3.0.
SOFTWARES RELACIONADOS ESTIMATIVA DE CARGA TRMICA E SIMULAO PREDIAL
Para desenvolver os estudos explanados nos Mdulos I e II, num nvel
de preciso acima de uma mera estimativa, seria desejvel que o
Administrador se apoiasse em pessoal tcnico especializado, dotado
de ferramentas que possam dar um grau de confiana aos clculos
(tanto maior quanto maior for a magnitude do investimento). Existem
programas para calcular Cargas Trmicas de edificaes, com graus de
complexidades maiores ou menores. Dentre outros, pode-se mencionar
o Load Express da Trane, para clculos mais expeditos. O E-20da
Carrier, com nvel bastante detalhado. Em termos de simulao predial,
existe o Visual DOE, originalmente desenvolvido pelo governo Norte
Americano e hoje disponvel em verso PC, que simula os diversos
sistemas de um prdio iluminao, ar condicionado, arquitetura,
etc.