Este trabalho apresenta um estudo de caso da modernização do sistema de ar condicionado de um edifício e suas melhorias mais relevantes. A modernização da climatização é, assim, uma das ferramentas à disposição dos gestores de edifícios para tornar o edifício mais competitivo, quer aumentando o bem-estar e a satisfação dos ocupantes, quer aumentando a sua eficiência.
INTRODUÇÃO E OBJETIVO DO TRABALHO
O conhecimento de como ocorre a troca de calor entre o ser humano e o ambiente, bem como as condições necessárias para atingir as condições de conforto térmico, tornam-se importantes para a determinação de medidas em aparelhos e equipamentos de ar condicionado. Fanger, que levou à definição de PMV e PPD e serve como base para padrões de projeto de sistemas de ar condicionado em todo o mundo.
CONFORTO TÉRMICO
- Sistema termoregulador, equilíbrio térmico e conforto térmico
- Os índices PMV (Predicted Mean Vote) e PPD (Predicted Percentage of
- Desconforto localizado
- Aceitabilidade térmica dos ambientes
O conforto térmico depende de variáveis que interferem no funcionamento do sistema termorregulador, as chamadas variáveis pessoais e ambientais. Segundo a definição clássica da ISO, conforto térmico é “um estado de espírito que expressa satisfação com o ambiente térmico” (PRADO, 2003).
SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
Transferência de calor
O calor retirado do ambiente interno pelo evaporador é transferido para o condensador pelo líquido refrigerante no circuito refrigerante; O ar mais frio do ambiente externo (atmosfera) ao passar pelas aletas do condensador remove o calor do líquido refrigerante.
Tecnologias dos sistemas de refrigeração e ar condicionado
- O circuito de refrigeração a compressão de vapor
- O circuito de refrigeração de absorção de vapor
A seguir, descrevemos as tecnologias dos sistemas de refrigeração e os respectivos modos de operação para produção de frio. Nos últimos anos, com a privatização das concessionárias de gás, o aumento da disponibilidade de gás natural no país e a proliferação de sistemas de geração de energia, aumentou a viabilidade de sistemas de ar condicionado por absorção de vapor em edifícios. A Figura 3.3 mostra, em diagrama, a montagem básica de um sistema de refrigeração por compressão de vapor e seus principais componentes, ou seja, a linha de refrigerante, o compressor, o condensador, a válvula de expansão e o evaporador.
Ao sair do evaporador, o líquido refrigerante, na fase de vapor e sob baixa pressão, é aspirado e comprimido pelo compressor, aumentando sua pressão e temperatura. O sistema de refrigeração por absorção de vapor, que existe desde cerca de 1860, precedeu o sistema de refrigeração por compressão de vapor por muitos anos e pode ser descrito como um ciclo movido a calor, ou seja, requer uma fonte de calor para executar o processo. SBRAVATI; SILVA, n.d.). Passando do condensador para o evaporador, o refrigerante sofre uma queda de pressão de 690 para 6 mmHg, entra na fase de vapor (expande), esfria a aproximadamente 4°C e retira calor do circuito de água gelada dos ventiladores. enxaguar (TUMA, s.d.).
Fluídos refrigerantes
- Fluídos refrigerantes naturais
- Fluídos refrigerantes sintéticos
Dentre os refrigerantes naturais mais utilizados em sistemas de refrigeração e ar condicionado estão a Amônia (NH3) e a Água (H2O). Os refrigerantes sintéticos utilizados em sistemas de compressão de vapor tiveram seu desenvolvimento a partir das décadas de 1920-30, o que mudou significativamente o uso de sistemas de refrigeração e ar condicionado. Os HCFCs são refrigerantes compostos de hidrogênio, cloro, flúor e carbono que, em comparação com os CFCs, afetam menos a camada de ozônio e o efeito estufa.
A última geração de gases sintéticos são os HFCs, refrigerantes compostos por hidrogênio, flúor e carbono, sem cloro e que não contribuem para a redução da camada de ozônio. Por causa de seus efeitos nocivos à camada de ozônio, os CFCs e HCFCs têm sido foco de diversos organismos internacionais, culminando no Protocolo de Montreal, que estabeleceu prazos para os países signatários fabricarem e utilizarem esses refrigerantes, conforme Tabela 3.1. . Aparentemente, as únicas alternativas ecologicamente corretas parecem ser amônia e compostos de hidrogênio e carbono (HC), mas a amônia é tóxica e inflamável sob certas condições e os compostos HC são altamente inflamáveis.
Tipos de sistemas de ar condicionado
- Sistema de Expansão Direta
- Aparelhos de Janela
- Sistema Self-Contained com Condensação a Ar
- Sistema Self-Contained com Condensação a Água
- Sistema Split-System
- Sistema de Expansão Indireta
Possui todos os componentes do sistema de ar condicionado em um único gabinete, especialmente construído para ser fixado em janelas e vãos em fachadas de prédios, necessitando apenas de um ponto de energia elétrica próximo ao aparelho. Com conceito semelhante ao sistema autônomo com condensação a ar, o sistema split-system tem como principal diferencial o fato do compressor ser montado próximo ao condensador remoto, o que evita ruídos para o ambiente condicionado. Quando houver várias salas, pode-se implementar o tipo Multi-Split, que consiste em um único condensador servindo a vários evaporadores (Figura 3.13).
O tanque de expansão ou reposição de água serve apenas para compensar as perdas de água no sistema, para evitar a entrada de ar no sistema. Após a apresentação dos diferentes tipos de sistemas de climatização, pode-se observar as diferentes configurações de sistemas de implantação possíveis. Especificamente no caso dos sistemas de expansão indireta com condensação de água, objeto do estudo de caso, são inúmeras as possibilidades de implantação ou melhoria dos sistemas existentes, com diferentes graus de sofisticação, possibilitando ao administrador do edifício a escolha do mais conveniente de acordo com o grau . de satisfação com o conforto térmico desejado.
ESTUDO DE CASO
Descrição do sistema de ar condicionado
O Anel Secundário de cada edifício é composto por três bombas de água gelada montadas em paralelo, suas tubulações e respectiva instrumentação de supervisão e controle, que a partir da tubulação de alimentação do Anel Primário bombeia a água gelada para os ventiloconvectores, tipo VAF (Fixed Air Volume). , cada um com uma válvula de 2 vias operada por um controlador/atuador proporcional. A saída de água gelada de cada fan coil é conectada ao tubo de retorno de água gelada do prédio e ao tubo de retorno do anel primário. Todo o excesso de água bombeada também é direcionado para o tubo de retorno através da válvula de alívio de pressão controlada por meio de um dispositivo de controle de pressão diferencial.
Motivação para realização das melhorias
Todo o bombeamento de água fria e condensada foi feito por motores CA sem controle de velocidade e vazão, formando uma máquina com baixo consumo de energia. Válvulas, posicionadores, atuadores, etc., que utilizam tecnologia pneumática, eficientes, mas que requerem muita atenção e alta demanda de mão de obra para sua manutenção, inclusive evitando vazamentos de ar comprimido; Qualquer falha neste PLC causando sua indisponibilidade faria com que todo o sistema de ar condicionado parasse imediatamente.
A rede de controle da automação de campo utilizava muita fiação e as falhas nas conexões elétricas eram constantes. Incapacidade de monitorar e controlar remotamente os valores definidos (pontos de ajuste) dos instrumentos para regular a temperatura dos convectores do ventilador. Diante dessa situação, a direção da empresa decidiu iniciar um plano de melhoria do sistema de ar condicionado, que poderia ser implantado gradativamente.
Planejamento das melhorias
Deste trabalho resultou a lista de melhorias da Tabela 4.1, que foram analisadas quanto à consequência das suas implementações segundo 4 critérios, nomeadamente: maior conforto, menor consumo de energia, melhor supervisão e controlo e melhor segurança operacional. 9 Implementação de uma rede de automação para todos os sistemas de controle de temperatura fan coil. Com o resultado obtido, foi elaborado o Quadro 4.1 – Cronograma de implantação de melhorias, com periodicidade anual, segundo critérios que levem a um maior conforto e eficiência na operação do sistema, pois cada uma das fases deve trazer um benefício tangível para usuários e proprietários de a empresa.
Aplicação de variadores de velocidade no sistema de bombagem do circuito secundário de qualquer edifício. Implementação de uma rede de automação para todos os sistemas de controle de temperatura fan-coil.
Melhorias, características e benefícios
- Substituição de chillers
- Determinação da carga térmica atualizada e da capacidade requerida para o
- Eficiência
- Fluído refrigerante
- Chiller aberto
- Hot Gas By Pass
- Caixa de ligação Water Marine Box
- Variadores de velocidade nos sistemas de bombeamento dos anéis secundários81
- Variadores eletrônicos de velocidade
- Mudança da configuração da rede de automação
- Nova configuração da rede de automação
- Redes de comunicação
- Estação controladora remota
- Estação de supervisão do sistema
- Alimentação de energia
- Substituição dos sistemas de controle de temperatura nos fan-coils
- Estação metereológica
Determinação da carga térmica atualizada e capacidade necessária para o sistema de ar condicionado necessário para o sistema de ar condicionado. Apenas para efeito de comparação, a figura 4.15 mostra um cooler sem a Marine Water Box, onde pode-se observar que o acesso aos tubos do condensador requer a desmontagem dos tubos de água do condensador e seus flanges. Com conceito industrial, a rede de automação do Sistema de Ar Condicionado centralizou todas as informações de campo de todas as edificações em um CLP central localizado no CAG, conforme figura 4.18 a seguir.
A nova configuração da rede de automação adotou o modelo de controle distribuído conforme diagramado na Figura 4.19 abaixo. A Figura 4.19 descreve as principais características de cada parte desse sistema recém-implementado. A Figura 4.21 mostra esta estação devidamente implementada e a Figura 4.22, a nova estação de telecomando para toda a CAG (Central de Água Gelada).
Futuramente, todo o processo poderá ser monitorado e controlado remotamente por meio de uma rede de comunicação conectada à central de controle dos condicionadores de ar. Todos os sinais desses instrumentos são concentrados no transmissor de sinal, que os envia via rede de comunicação para a central de controle dos condicionadores de ar localizada no CAG.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A escolha do gás refrigerante R134a também foi acertada, pois fica claro que a maioria dos chillers novos, mesmo de outros fabricantes, utilizam atualmente esse líquido. Nos fan-coils, os novos componentes do circuito de controle de temperatura proporcionam um melhor controle da passagem de água fria e, portanto, da temperatura ambiente, fato percebido pelo menor número de reclamações recebidas dos usuários. Com a futura implementação da rede de automação, o monitoramento e o controle de temperatura dos ventiloconvectores serão significativamente melhorados, o que espera aumentar ainda mais a satisfação com o conforto térmico.
Com a implantação de variadores de frequência nas bombas de água gelada do Anel Secundário, já iniciada, espera-se que além da considerável racionalização de energia elétrica mencionada no Capítulo 4, sejam obtidos dados sobre o funcionamento do sistema em tempo real , o que levará à melhoria do funcionamento do sistema. Já os itens diferidos, como a implantação de válvulas de balanceamento hidráulico (itens 5, 6 e 7 da Tabela 4.1), serão objeto de nova avaliação juntamente com a possibilidade de implantação de sistema de controle de velocidade para os ventiladores dos fan coils , item que inicialmente não foi considerado. Por fim, fica claro que a gestão predial, por meio de planos de investimentos adequados, focados tanto nos resultados econômicos quanto na qualidade de vida no ambiente de trabalho, pode prolongar a vida útil da edificação como um todo, levando a
Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 2001. Dissertação (Doutorado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 2002.
