Aula 3 - Sistemas de Climatização

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Sistemas de Climatização
Prof. ME. Sandro Martins Dolghi
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Histórico
Na segunda metade do século XVII os cientistas descobriram que
organismos microscópios, presentes nos alimentos,
multiplicavam-se rapidamente em temperaturas elevadas e,
dessa forma, deterioravam os alimentos, porém, pareciam
hibernar sob temperaturas em torno de 10°C ou menores.
Temperaturas mais baixas não matavam estes microrganismos,
mas controlavam o seu crescimento.
Assim, o alimento podia ser mantido em seu estado natural pelo
uso do frio ao invés de preservá-lo através da defumação ou
salgamento, técnicas utilizadas até então.
O uso da refrigeração para esse fim estendeu-se para boa parte
da população mundial.
Histórico
A primeira descrição detalhada
de um equipamento para
produção de gelo foi patenteada
por Jacob Perkins, em 1834.
O primeiro equipamento real foi
construído por James Harrison
(escocês), entre 1856 e 1857.
Em 1862, em uma exibição
internacional em Londres foi
apresentada a primeira máquina
de produzir gelo artificial.
Durante décadas estes sistemas
foram aperfeiçoados.
Histórico
Com a invenção dos motores
elétricos foram desenvolvidos
os primeiros refrigeradores
para uso doméstico, que
passaram a ser vendidos na
segunda década do século
XX.
Histórico
Os sistemas mais simples de refrigeração utilizam 4
componentes principais:
•Evaporador;
•Compressor;
•Condensador;
•Dispositivo de expansão.
Esses componentes são interligados por uma
tubulação por onde circula internamente um fluido
refrigerante, que se evapora facilmente a baixas
pressões quando recebe calor.
Componentes Básicos
COMPONENTES DO SISTEMA
1. Evaporador: Retira o calor do
ambiente pela evaporação de um fluído
a baixas pressões.
2. Compressor: Fornece energia
mecânica para o sistema funcionar e
eleva a pressão do gás para permitir sua
condensação.
3. Condensador: Rejeita, para o
exterior, o calor retirado do ambiente
condicionado, condensando o gás (volta
para o estado líquido).
4. Válvula de expansão: Reduz a
pressão do líquido, deixando-o no
estado adequado para recomeçar o
ciclo, ou seja, ser evaporado.
1
2
3
4
Histórico
Willis Carrier mudou nossa rotina.
Durante séculos, o homem usou o ventilador, gelo e muitos outros
métodos em tentativas inúteis para livrar-se do calor
Em 1902 inventou um processo mecânico para condicionar o ar.
A invenção de Carrier foi uma
resposta direta aos problemas
específicos de uma indústria: a
Sackett-Wilhelms Lithography
and Publishing Co., no Brooklin,
New York, que estava tendo
problemas com trabalhos de
impressão durante os quentes
meses de verão.
Histórico
Histórico
Outra importante aplicação deu-se quando,
em 1914, Carrier instalou o primeiro
condicionador de ar hospitalar no Pittsburg
Allegheny General Hospital.
O sistema introduzia umidade extra no
ambiente de um berçário de partos
prematuros, ajudando a reduzir a
mortalidade infantil causada pela
desidratação.
INSTALAÇÕES DE CLIMATIZAÇÃO (IC)
BASE LEGAL
 ABNT NBR 16401 – Partes 1, 2 e 3 - Instalações Centrais de Ar
Condicionado para Conforto - Parâmetros Básicos de Projeto;
 ABNT NBR 7256:2005 - Tratamento de Ar em
estabelecimentos assistenciais de saúde;
 Portaria GM/MS nº. 3.523 de 28/08/98 - limpeza e
manutenção de sistemas de climatização;
 ABNT NBR 14518 – Sistemas de Ventilação para Cozinhas
Profissionais.
 Resolução – RE nº 9, de 16 de janeiro de 2003 – parâmetros
de qualidade do ar interior.
 Lei nº 13.589, de 4 de janeiro de 2018 - dispõe sobre a
manutenção de instalações e equipamentos de sistemas de
climatização de ambientes.
INSTALAÇÕES DE CLIMATIZAÇÃO (IC)
Segundo Willis Carrier, o “pai do ar
condicionado”, uma definição funcional para os
sistemas de climatização englobaria: um
tratamento do ar que envolve o controle da
temperatura, umidade, purificação e ventilação.
Para a ASHRAE (American Society of Heating,
Refrigerating and Air Conditioning Engineers) ar
condicionado é “o processo de tratamento de ar
para atender os requisitos de um espaço
condicionado por meio do controle de umidade,
temperatura, limpeza e distribuição do ar”.
INSTALAÇÕES DE CLIMATIZAÇÃO (IC)
São aquelas que criam um microclima nos
quesitos de temperatura, umidade, velocidade,
distribuição e pureza do ar.
Climatização:
Conjunto de processos empregados para se
obter por meio de equipamentos em recintos
fechados, condições específicas de conforto e
boa qualidade do ar, adequadas ao bem estar
dos ocupantes.
(Portaria GM/MS nº 3.523 de 1998)
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
PARÂMETROS DA CLIMATIZAÇÃO
 Temperatura
 Umidade relativa
 Ventilação
 Renovação 
 Pureza
 Segurança
 Ruído
 Distribuição
PARÂMETROS DA CLIMATIZAÇÃO
Estes valores consideram:
 Os limites da zona de conforto
 Ganho de calor no ambiente
Taxa de calor que entra, sai ou é gerado dentro
da zona de ocupação em um determinado
momento.
Classificados como:
 Fonte
 Sensível
 Latente
FONTES DE CALOR
Fontes externas:
 Radiação solar através de superfícies transparentes (vidros)
 Condução de calor através de superfícies opacas e
transparentes (paredes externas, tetos, vidros)
 Ventilação e infiltração do ar
Fontes internas:
 Pessoas
 Iluminação
 Equipamentos
 Cargas especiais
CALOR
Sensível:
Diretamente adicionado (ou retirado) da zona de
ocupação através de condução, convecção ou
radiação.
Latente:
Quando ocorre um aumento (ou diminuição) do
vapor d’água presente na zona de ocupação.
O DIMENSIONAMENTO DO AR 
CONDICIONADO DEPENDE
Da avaliação do desempenho do 
edifício (local e uso)
Inércia Térmica
Da carga térmica
Normas: ASHRAE, ISO e ABNT
Modelo adaptativo para estratégias com controle de 
temperatura misto (AC e Ventilação Natural)
CARGA TÉRMICA
É a quantidade de calor, que deve ser
retirada ou colocada no recinto a fim de
proporcionar as condições de conforto
desejadas.
Geralmente expressa em BTU/h
1 BTU/h  0,252 Kcal/h  0,2931W
1 TR  12.000 BTU/h
CARGA TÉRMICA
Meios de Remoção
 Sistemas de Ventilação
 Sistemas de Ar Condicionado
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
Natural
Forçada
- Por Insuflamento
- Por Exaustão
- Mista
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
SISTEMAS DE 
VENTILAÇÃO
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
VENTILADORES AXIAIS OU DE HÉLICE
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
VENTILADORES CENTRÍFUGOS
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
ACESSÓRIOS - GABINETE DE VENTILAÇÃO
SISTEMAS DE VENTILAÇÃO
ACESSÓRIOS – VENTILADOR CENTRÍFUGO EM LINHA
SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
COMPRESSÃO A VAPOR
SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
COMPRESSÃO A VAPOR
Expansão ou Evaporação Direta
A massa de ar a ser resfriada passa 
diretamente pelo evaporador
Expansão Indireta
O condicionador utiliza um meio 
intermediário para resfriar a massa de ar
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Controlando a Vazão Desejada 
de Ventilação/Ar Condicionado
DIFERENCIAL DE PRESSÃO
Depende das vazões de ar de insuflação e de
exaustão:
Pressão positiva no ambiente: Qinsuflação > Qexaustão
Pressão negativa no ambiente: Qinsuflação < Qexaustão
Pressão neutra no ambiente: Qinsuflação = Qexaustão
SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
TROCADORES DE CALOR
Expansão Direta
• Split
• Ar Condicionado de Janela
• Self Contained
Expansão Indireta
• Condensação a água
• Condensação a ar
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TIPOS DE CONDICIONADORES DE AR
SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
Ar condicionado de Janela
SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
Ar condicionado de Janela
SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
SPLIT - CONDENSADOR REMOTO
APARELHO SPLIT
25/03/2021
47
SPLIT HI-WALL
ATÉ 30.000 BTU
25/03/2021
48
SPLIT CASSETE
ATÉ 60.000 BTU
25/03/202149
SPLIT PISO - TETO
ATÉ 80.000 BTU
SPLIT - CONDENSADOR REMOTO
(Para instalação Embutida)
Filtros: G0 a G4 ou F5
CONDICIONADORES DE AR- SPLIT DUTADO
Filtros: G0 a G4 ou F5
CONDICIONADORES DE AR- SELF CONTAINED
CONDENSADORES A AR
56
UNIDADE DE RESFRIAMENTO DE LÍQUIDO
Fonte: Mectec Engenharia Ltda.
60
CHILLER
CONDENSADOR RESFRIADO A AR
25/03/2021
61
CHILLER
CONDENSADOR RESFRIADO A AR
62
CONDENSADOR RESFRIADO A AR
CHILLER
CONDENSADOR RESFRIADO A ÁGUA
64
TORRE DE RESFRIAMENTO
65
CONDENSADOR RESFRIADO A ÁGUA
Filtros: G0 a H14
Filtros: G0 a G4 ou F5
CONDICIONADORES DE AR – FAN-COIL
UNIDADES FAN-COIL
UNIDADES FAN-COIL
UNIDADES FAN-COIL
FAN-COIL HORIZONTAL MODULADO
FANCOLETES - INDIVIDUAL
FANCOLETES - INDIVIDUAL
FAN-COIL HORIZONTAL MODULADO
DUTOS
Fonte: Mectec Engenharia Ltda.
DIFUSORES
CAIXAS TERMINAIS
CAIXAS TERMINAIS
DUTOS E ACESSÓRIOS
Filtros
Filtragem do Ar
Separação de partículas do ar 
mantendo-as aprisionadas em 
elementos denominados filtros
Processo mecânico que 
captura as partículas sólidas 
do ar
Processo mecânico/químico 
que separa e apassiva 
moléculas dos gases
FILTRAGEM DO AR
FILTRAGEM DO AR (NORMAS)
NBR 16401:2008
FILTRAGEM DO AR (NORMAS)
NBR 16101:2012
FILTRAGEM DO AR (NORMAS)
CLASSIFICAÇÃO DOS FILTROS (ABSOLUTOS)
PARTÍCULAS E FILTROS (COLETORES)
Filtragem de ar - meio filtrante
Fibra do filtro limpo
Fibra do filtro com 
partículas retidas
Filtragem de ar
mecanismos de filtragem
Efeito Peneira
Intercepção Direta
Filtragem de ar
mecanismos de filtragem
Efeito Inercial Difusão Browniana
SISTEMAS DE FILTRAGEM
Três estágios de filtragem:
1º estágio: constituído de pré-filtros (filtros
grossos), responsáveis pela captação de
partículas de 10 a 5 mícrons.
2º estágio: constituído de filtros intermediários
(filtros finos), responsáveis pela captação de
partículas de 5 a 1 mícron.
3º estágio: constituído de filtros HEPA (filtro
absoluto), responsáveis pela captação de
partículas de 1 a 0,3 mícrons.
FILTROS GROSSOS
FILTROS GROSSOS/MÉDIOS/FINOS
FILTROS GROSSOS/MÉDIOS/FINOS
FILTROS FINOS
FILTROS FINOS
TIPOS DE FILTROS
 Filtros Finos 
FILTROS ABSOLUTOS (HEPA/ULPA)
TIPOS DE FILTROS
 Filtro Absoluto
ACESSÓRIOS - DUTOS FLEXÍVEIS
ACESSÓRIOS - PORTA DE INSPEÇÃO EM DUTO
ACESSÓRIOS - CAIXA DE FILTRAGEM
ABNT NBR 16401:2008 
Instalações de ar condicionado – Sistemas centrais 
e unitários
• Parte 1: Projeto das instalações
• Parte 2: Parâmetros de conforto térmico
• Parte 3: Qualidade do Ar Interior
1.1 Escopo
- Vazões mínimas de ar exterior para ventilação;
- Níveis mínimos de filtragem do ar;
- Requisitos técnicos dos sistemas e componentes relativos 
à qualidade do ar interior;
ABNT NBR 16401:2008
1.2 Esta parte da Norma aplica-se a:
- sistemas centrais de qualquer capacidade;
- sistemas unitários constituídos por um ou mais
condicionadores autônomos cuja capacidade nominal somada
é igual ou superior a 10 kW, instalados na mesma edificação
ou numa fração autônoma da edificação.
sistemas unitários sistemas centrais
Ar exterior
Ar exterior 
Ar exterior 
Filtragem do ar
RENOVAÇÃO DE AR EXTERIOR
25/03/2021
107
RENOVAÇÃO DE AR EXTERIOR
RENOVAÇÃO DE AR EXTERIOR
CONTROLE DA UMIDADE RELATIVA DO AR
A atmosfera é agradável 
quando o teor de umidade 
relativa do ar se situa entre 
50% e 60%
UMIDADE
MUITO ALTA = PROLIFERAÇÃO DE FUNGOS
MUITO BAIXA = AFETA AS VIAS RESPIRATÓRIAS
FONTES DE CONTAMINAÇÃO
 Pessoas:
São a maior fonte de contaminação,
podendo esta ser controlada com os
Paramentos Necessários.
 Partículas Suspensas no Ar:
Podem ser retiradas por meio de uma
Pré-Filtragem do Tratamento de Ar.
CONTROLE DE POLUENTES
FÍSICOS E BIOLÓGICOS
CONTROLE DE POLUENTES
FÍSICOS E BIOLÓGICOS
Sombra para os olhos 82 milhões partículas
Pó de arroz 270 milhões partículas
Blush 600 milhões partículas
Batom 1 bilhão partículas
Rímel 3 bilhões partículas
Barba de Homem + 3 bilhões partículas
CONTAMINANTES POR PESSOAS
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PARTÍCULAS SUSPENSAS NO AR 
CONTROLE DE POLUENTES
FÍSICOS E BIOLÓGICOS
CONTROLE DE POLUENTES
FÍSICOS E BIOLÓGICOS
Poeira Em geral < 100 μ
Pólen 20 A 40 μ
Fungos 10 A 30 μ
Bactérias 0,4 A 5 μ
Fumaça 0,1 A 0,3 μ
Vírus 0,005 A 0,1 μ
Gases (Moléculas) 0,0001 A 0,005 μ
PARTÍCULAS SUSPENSAS NO AR 
CONTROLE DE POLUENTES
FÍSICOS E BIOLÓGICOS
FILTROS ABSOLUTOS 
Deve ser instalado o mais próximo 
possível do ambiente tratado 
HEPA - HIGH EFFICIENCY PARTICULATE AIR FILTERS
CONTROLE DE ODORES
A técnica de controlar odores e poluentes químicos 
é diluí-los com a renovação do ar exterior. 
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