condicionado

PCC-2466
SISTEMAS PREDIAIS II

Condicionamento de Ar I

Sistema de Condicionamento de Ar

CONFORTO TÉRMICO

Dar ao ambiente condições tais que propiciem
com facilidade as trocas de calor do corpo
humano na medida de suas necessidades.

Comportamento do corpo como máquina térmica;

Características do meio em que ele se encontra;

Interações entre ambos.

PCC-2466 - Sistemas Prediais II 2

CONFORTO TÉRMICO
O desempenho de qualquer atividade física ou
mental pode ser otimizado, desde que o ambiente
proporcione condições de conforto.
Variáveis que influenciam o conforto térmico:
Temperatura do ar
Temperatura radiante média
Velocidade do ar
Pressão de vapor do ambiente, ou umidade
Metabolismo, com produção interna de calor
Resistência térmica das roupas
Qualidade do ar
Nível de atividade Onde:
Cor da pele P⋅H Ac = m2
Peso e Altura (Fórmula de Dubois) Ac = P = kg
PCC-2466 - Sistemas Prediais II 3600 H = cm 3

Conforto Térmico
Princípios Fisiológicos
O corpo humano troca calor sob 3 formas:
• Convecção (C)
• Radiação (R)
• Evaporação (E)

EQUAÇÃO DO METABOLISMO:
M=C+R+E+A
M = Calor gerado nas células, proveniente da
alimentação e reservas do próprio corpo.
A = Variação do calor armazenado.


Conforto Térmico
R = Calor trocado
por radiação
C = Calor trocado por R > 0, quando o
0 E = Calor trocado
convecção corpo cede calor por evaporação
ao meio Depende da
Normalmente C > 0,
isto é, o corpo cede R < 0, quando o
0 umidade e
calor ao meio. corpo ganha velocidade do ar
calor


Conforto Térmico
A = Variação do calor armazenado
T corpo constante: A=0
T corpo cresce: A>0
T corpo diminui: A<0
O metabolismo do corpo humano é cumprido de maneira
a manter a temperatura constante de 36,8°C
Valores extremos: 24°C e 42,8°C
Em ambiente confortável, em condições normais de
trabalho, sentado ou andando, o corpo humano perde
calor na seguinte proporção:

• Convecção (20 %)

• Radiação (60 %)

• Evaporação (20 %)


Conforto Térmico
Contaminantes do ar: O conforto se dá muito mais
ar
pela redução da poluição do que por aspectos térmicos.


Conjunto de equipamentos capaz de resfriar ou aquecer,
umidificar ou desumidificar o ar, além de filtrar e
distribuir o ar.
O sistema pode ser dividido em três sistemas principais:
• Produção de frio
• Produção de calor
• Condicionamento/Distribuição do ar
O sistema de resfriamento mais comum utiliza
compressão de vapor.
CALOR
Fluido Fluido
(líquido) (gasoso)


Elementos / Componentes do Sistema
Condicionamento do Ar


Produção de Frio e Calor


Evaporador
Série de tubos (aumenta a superfície da troca de calor).

Compressor
Comprime o fluido logo após a saída do evaporador.

Condensador
Constituído por uma série de tubos dentro dos quais o
fluido de condensação (ar ou água) circula. O fluido de
condensação sai mais quente do que entra e o fluído
refrigerante se condensa.

Válvula de Expansão
Faz a pressão cair até um nível tal que possa evaporar.


Evaporador
Série de tubos (aumenta a superfície da troca de calor).


Condensador
Constituído por uma série de tubos dentro dos quais o
fluido de condensação (ar ou água) circula. O fluido de
condensação sai mais quente do que entra e o fluído
refrigerante se condensa.


Válvula de Expansão
Faz a pressão cair até um nível tal que possa evaporar.


Classificação dos Sistemas
Expansão Direta: sistema onde o refrigerante contido
numa serpentina, ao se evaporar, resfria diretamente o ar
em contato com ela. Tipos mais comuns:
• aparelhos de janela;
• self-contained com condensação a ar;
• self-contained com condensação a água;
• split-system.

Expansão Indireta: neste sistema, um refrigerante
(primário) resfria um fluido intermediário (refrigerante
secundário, geralmente a água) que, passando por uma
serpentina, retira o calor do ar proveniente dos ambientes,
quando em contato com a mesma.

Sistema de Expansão Direta -
componentes
• compressor, condensador, válvula de
expansão termostática e evaporador,
responsáveis pela refrigeração;
• ventilador para insuflamento do ar frio nos
ambientes;
• válvula solenóide;
• termostato de ambiente;
• dutos;
• difusores;
• válvulas de volume de ar variável (VAV);
• dampers.

Sistema de Expansão Direta –
Aparelho de janela


Aparelho de janela

evaporador

condensador


Self-contained
Unidade compacta que possui, montados
dentro da mesma carcaça, todos os
componentes necessários às trocas de
calor:
• compressor;
• condensador;
• válvula de expansão;
• evaporador;
• filtros, controles e ventilador.

Self-contained

Com condensação a ar

O elemento que
resfria o condensador
é o próprio ar
atmosférico, cuja
circulação é forçada
por um ventilador.


Sistema de Expansão Direta – Split
Ventilador
e
Evaporador

Comando remoto
Compressor
e
Condensador

O condensador é resfriado a ar.

Sistema de Expansão Indireta -
componentes
• fan coil;
• chiller;
• torre de resfriamento.

Sistema ar condicionado típico em um edifício de pequeno porte

Sistema de Expansão Indireta

A distribuição
de água
gelada no
edifício se dá
por meio do
bombeamento
da água
proveniente
do chiller até
às serpentinas
dos fan coils
ou unidades Esta água gelada percorre as
terminais. tubulações do circuito a uma
temperatura de 4 a 13o C.

Sistema de Expansão Indireta –
Fan coil
A unidade terminal de
ar fan coil consiste
basicamente de:
• dampers;
• filtros;
• ventilador(es);
• serpentina;
• dispositivos controladores (válvulas e atuadores de
dampers).

Ela é controlada para que a quantidade de ar
condicionado a ser fornecido ao ambiente seja
regulada de acordo com a sua necessidade.

Chiller
Os chillers resfriam a água, que é bombeada,
conduzida por meio de tubulações até às
serpentinas localizadas nas unidades
terminais (fan coils). Neste ponto, há uma
elevação em sua temperatura, pela troca de
calor com o ar de retorno em contato com a
serpentina.
A água volta aos chillers para ser novamente
resfriada por meio da troca de calor com o
refrigerante.


Chiller


Sistema de Expansão Indireta –
Torre de resfriamento

A torre de resfriamento dissipa o calor
retirado do edifício pelo sistema de água de
arrefecimento, resfriando a água de
condensação por processo evaporativo.
A torre resfria a água fazendo-a entrar em
contato com o ar, resultando em sua
evaporação parcial.


Consumo de energia dos sistemas de
ar condicionado


Insuflamento pelo piso
No sistema de insuflamento pelo piso, o ar passa entre
a laje e o piso elevado (plenum).
Características:
o ar de retorno e externo são misturados e insuflados
no plenum, por uma unidade de condicionamento e
quantidade mínima de dutos;
o plenum é formado pela laje e o piso elevado;
a vazão de ar pode ser constante ou variável;
o ar é introduzido nos ambientes através de difusores,
controlados por termostatos ou pelo usuário, que são
localizados no piso ou próximos ao usuário;
o retorno é feito pelo teto.


Insuflamento pelo piso – Esquema geral


Insuflamento pelo piso –
aspecto energético



Damper é um
componente
utilizado para
controle de vazão
de ar (impede ou
permite a
passagem de uma
determinada
quantidade de ar).
Há vários tipos de
dampers.

Damper de lâmina única


Damper de controle de fumaça


Damper de múltiplas lâminas

Filtro de ar



Moldura metálica
com placas de
poliuretano, fibra
natural, mantas de
fios metálicos ou
fibras sintéticas.
Dividem-se ainda
em secos e de
impacto adesivo
(impregnados com
óleo). Filtro de ar



Manta de lã de
vidro, de papel
especial ou de
material têxtil não
trançado.
O material
particulado
aumenta a perda
de carga, mas a
renovação do
filtro é
automática.
Filtro de ar contínuo (de rolo)


Adsorção de
gases com odor e
nocivos, como o
SO2. Consiste de
duas placas
perfuradas e
paralelas entre as
quais vai o
carvão ativado
em forma
granular. Exige
um pré-filtro para
eliminar a poeira.

Filtro de carvão ativado


As partículas de
poeira são carregadas
eletricamente em uma
zona de ionização
(campo eletrostático)
e posteriormente
atraídas pelos
eletrodos (polaridade
oposta) na zona de
precipitação, onde se
acumulam. Retém
partículas de diâmetro
inferior a 0,5 µm.
PCC-2466 - Sistemas Prediais II Precipitador eletrostático 42


HEPA: High Efficiency Particulate Air

São filtros construídos de microfibras de
vidro, capazes de reter pólen, ácaros e
partículas de fumaça.

A taxa de retenção dos filtros HEPA atinge
99,97% de partículas de até 0,3 µm.



Para o projeto do sistema tem-se que:

• Calcular a carga térmica total;

• Definir o equipamento;

• Projeto de rede de dutos.



DISTRIBUIÇÃO DO AR

A distribuição de ar tratado tem grande
importância para a obtenção do conforto térmico
em ambientes climatizados.

O ar é distribuído no ambiente por meio de
grelhas ou difusores de modo que se obtenha
uma temperatura uniforme de ar, sem correntes de
ar na zona de ocupação até a altura de 1,8 a 2,0m.




Grelhas

Instaladas em paredes ou sancas e lançam o ar na
horizontal.

Difusores
Instalados no teto e lançam o ar no sentido
horizontal para a troca de calor e redução da
velocidade antes de atingir a zona ocupada.




As grelhas e difusores também devem compor
esteticamente o ambiente. Apresentam-se em
diversas formas:

difusores quadrados, retangulares, redondos,
lineares, acoplados à luminárias;

grelhas retangulares ou contínuas com aletas
horizontais ou verticais.



Vazão de ar
Resultante da carga térmica do ambiente, sendo que
a vazão de ar unitária em cada difusor ou grelha
é igual a vazão total do ambiente dividido pelo
número de bocas de ar.

Velocidade de saída do ar
É a velocidade média de saída do ar junto ao
difusor ou grelha. Esta velocidade é que definirá os
demais parâmetros: nível de ruído, perda de carga
e alcance.


Tabela 1 - Velocidades de saída de ar recomendadas.
Ambiente Velocidade máxima
(m/s)
Estúdio de gravação 1,5 a 2,5
Residências, hotéis, igrejas e 2,5 a 3,8
teatros
Escritórios 2,5 a 3,8
Cinemas 5,0
Locais públicos 5,0 a 6,3
Lojas e centros comerciais 7,5 a 10

Esses valores estão relacionados ao nível de ruído aceitável
nesses ambientes.


Nível de ruído
As grelhas e difusores devem ser selecionados de tal forma que
gerem ruído inferior aos valores da Tabela 2.

Tabela 2 – Nível de ruído recomendado para grelas e difusores.
Ambiente Nível sonoro em dB
Emissoras de rádio, estúdios de TV, 20 - 25
Bibliotecas
Residências, hotéis, igrejas e teatros 25 - 35
Escritórios em geral 35 - 40
Cinemas 35 - 40
Locais públicos 35 - 45
Lojas e centros comerciais 40 - 50



Perda de carga
A perda de carga do ar ao passar pela grelha ou
difusor é função da velocidade de saída do ar e deve
ser somada no cálculo para a obtenção da pressão
estática do ventilador.

Recomenda-se, ao selecionar bocas de ar com perdas
de carga semelhantes a fim de garantir um bom
balanceamento de ar.



Alcance
O alcance do jato de ar é a distância horizontal que o
fluxo de ar percorre até atingir a velocidade terminal
pré-determinada na zona de ocupação. Essa
velocidade para o ar insuflado a baixa temperatura
deve estar entre 0,20 e 0,25 m/s.

Os valores de alcance encontram-se indicados nos
catálogos dos fabricantes de difusores e grelhas.


DISTRIBUIÇÃO TÍPCA DO AR NO AMBIENTE COM INSUFLAMENTO PELO
TETO POR MEIO DE DIFUSORES

Fonte: Curso de Engenharia do Ar Condicionado. NTT, 2006.

Outras características

As grelhas e aberturas de retorno e tomadas de ar
externo devem ser selecionadas com baixas
velocidades, o que resulta em baixas perdas de
carga, com o objetivo de facilitar o retorno de ar para
o condicionador.

A velocidade máxima recomendada para a captação
do ar deve ser de 2,5 m/s.


1
Recomendações para uma boa distribuição de ar

Utilizar registros de regulagem nos dispositivos para ajuste
fino da vazão de ar.

Não considerar os registros de regulagem das bocas de ar
para balanceamento da rede de dutos. Utilizar damper de
lâminas opostas nos ramais das redes de dutos para
balanceamento da rede e registros de regulagem nas
bocas de ar para ajuste fino no ambiente.

Utilizar grelhas com deflexão das aletas para possibilitar o
direcionamento e abertura do jato de ar insuflado.


1
Recomendações para uma boa distribuição de ar

Não instalar grelhas e difusores próximo a curvas ou
trecho inicial da rede de dutos.

Não instalar grelhas e difusores ou quaisquer dispositivos
com diferentes perdas de carga no mesmo ramal de duto.
Separe os ramais e utilize dispositivos de regulagem no
duto (damper de lâminas opostas).

Utilizar grelhas com deflexão das aletas para possibilitar o
direcionamento e abertura do jato de ar insuflado.


Referências
• ABNT NBR 6401 - Instalações Centrais de Ar Condicionado
para Conforto - Parâmetros Básicos de Projeto.
• ABNT NBR 7256 - Tratamento de Ar em estabelecimentos
assistenciais de saúde.
• Portaria GM/MS nº 3523 de 28/08/98 - limpeza e
manutenção de sistemas de climatização.
• Recomendação Normativa 004-1995 da SBCC –
Classificação de Filtros de Ar para Utilização em Ambientes
Climatizados.
• ABNT NBR 14518 – Sistemas de Ventilação para Cozinhas
Profissionais.


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