Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
PROJETO DE SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO: DIMENSIONAMENTO DE EQUIPAMENTO TIPO “SPLIT” PARA APLICAÇÃO NA SALA 303 B3 Felipe Almança ¹, Gladson Antunes ², Morgana Lima ³, Rodrigo Altoé 4, Thiago Toscano 5, Wandercleiton Cardoso6 RESUMO Os sistemas de refrigeração são equipamentos que se utilizam de processos termodinâmicos para retirar calor de um ambiente isolado para o ambiente externo. Para tanto utiliza-se de um fluido denominado refrigerante no transporte da energia de um ambiente para outro. O processo se inicia com a compressão do fluido por um compressor, o que o transforma em um gás comprimido a alta temperatura e pressão, esse segue em um circuito que o leva a um condensador, que resfria o fluido passando a esse a um estado líquido a baixa temperatura e a alta pressão; o circuito segue levando o fluido para uma válvula de expansão, que restringe a passagem para um meio de baixa pressão, nessa passagem o fluido entra em ebulição, retirando calor do meio, nesse ponto o equipamento está montado em um ventilador que faz circular o ar do ambiente a ser refrigerado, chamado de evaporador, após o fluido é succionado para o compressor reiniciando o processo. O dimensionamento correto de um sistema de refrigeração se faz necessário para evitar gastos desnecessários em equipamentos superdimensionados ou subdimensionados, que podem acarretar problemas futuros, seja em manutenção ou despesas com dispêndio de energia elétrica. ___________________________________________________________________ 1, 2, 3, 4, 5 Graduando em Engenharia Mecânica pela Multivix – Vitória. 6 Mestre em Engenharia Mecânica pela UFES e docente pela Multivix – Vitória. 2. INTRODUÇÃO Os equipamentos condicionadores de ar já estão amplamente difundidos pelo mundo. Com o intuito de refrigerar ambientes ou mantê-los a temperaturas específicas para fins de estudo ou conservação, são de grande importância, porém no atual estudo veremos o dimensionamento para um ambiente de sala de aula, onde a aplicação do equipamento será para conforto térmico dos usuários. Esse tipo de aplicação, que pode ser considerada como comercial, exige um estudo prévio a fim de se prevenir problemas como excesso de manutenção ou gastos excessivos com contas de energia. O estudo prévio para a instalação de um sistema de ar condicionado exige informações do ambiente a ser refrigerado para que o sistema seja efetivo, durável e com a potência necessária para a demanda. Caso o equipamento instalado seja superdimensionado haverá gasto excessivo na compra, pois um equipamento mais potente também é mais caro, também ocorrerá excesso de manutenção, essa demandará períodos mais curtos que um equipamento dimensionado corretamente, pois o equipamento irá “entrar e sair” mais vezes, o que acarretará em problemas no compressor e na válvula de expansão, também poderá haver a não ebulição completa do fluido no compressor, o que pode causar calço hidráulico no compressor. Por outro lado, o subdimensionamento pode causar gastos excessivos com energia elétrica, pois o compressor funcionará por períodos grandes de tempo devido à demanda do ambiente que será maior que a capacidade do equipamento. Ocorrerá também falhas em períodos mais curtos devido a excesso de trabalho dos componentes, outro risco é a falha de válvula de expansão e também do condensador devido a trabalho contínuo em carga máxima. Esses são os principais fatores que levam as empresas a buscarem auxilio especializado no dimensionamento de sistemas de refrigeração. 3. METODOLOGIA O sistema de refrigeração deverá ser instalado na sala 303 do bloco 03 da unidade Multivix campus Vitória. Para tanto, foi realizada uma pesquisa in loco com a finalidade de se coletar os dados referentes às informações pertinentes ao cálculo e dimensionamento do equipamento correto. Foi utilizada uma planilha disponibilizada para tal, para preenchimento foram realizadas as seguintes aferições: A sala possui 7,24m de comprimento, 7,58m de largura e 2,80m de altura, com as seguintes características: • Uma porta à sombra de 2,28m por 0,88m; • Duas janelas expostas ao sol, porém com película de proteção solar e persianas instaladas de 2,80m por 1,51m; • Quatro janelas à sombra com as seguintes dimensões: 1. 1,04m por 0,40m; 2. 0,68m por 0,45m; 3. 2,43m por 0,40m; 4. 0,68m por 0,425m; • 59 mesas para alunos e 01 mesa para o professor; • 18 lâmpadas fluorescentes; • 04 equipamentos eletrônicos, sendo 02 caixas de som, 01 projetor e 01 computador pessoal do professor. Os seguintes fatos devem ser levados em consideração no dimensionamento: • A parede em que estão instaladas as duas janelas grandes possui 0,3m de espessura e está exposta ao sol de leste a oeste; • As demais paredes possuem 0,15m e estão à sombra; • O teto da sala é um terraço (último piso) sem cobertura de isolamento; • O fator para as janelas expostas ao sol será o Fator 3, pois as mesmas possuem proteção interna (persiana) e externa (película solar); • O trabalho no ambiente será considerado “sentado” para os alunos e leve para o professor; • O fator para os equipamentos será de 0,89; • Será considerada a situação mais exigente para o sistema que é a sala com sua lotação total, todas as lâmpadas e equipamentos ligados numa exposição ao sol de leste a oeste na parede lateral. Todos os relatados servem para preenchimento da planilha de cálculo de carga térmica disponibilizada para realização do estudo. Condições a serem estabelecidas para os recintos - NBR 6401/1980 � O condicionamento de ar, qualquer que seja a finalidade a que se destine, implica preliminarmente a limitação entre os seguintes valores preestabelecidos das grandezas discriminadas, representativos das condições que devem coexistir nos recintos, no período de tempo em que se considera a aplicação do processo: � a) temperatura do ar no termômetro de bulbo seco; b) umidade relativa do ar; c) movimentação do ar; d) grau de pureza do ar; e) nível de ruído admissível; f) porcentagem ou volume de renovação de ar. � A diferença entre as temperaturas do termômetro de bulbo seco, simultâneas, entre dois pontos quaisquer de um recinto, ao nível de 1,5 m, não deve ser superior a 2°C, não devendo a medida de temperatura ser feita junto a janelas e portas sujeitas a radiação solar direta. � A velocidade do ar, ao nível de 1,5 m, não deve ser inferior a 0,025m/s nem superior a 0,25 m/s. Estes valores são considerados médios quando medidos com instrumentos de alta sensibilidade. 4. DISCUSSÃO Segue abaixo o layout da sala 303 – Bloco 03 que foi adotada como objeto de estudo neste trabalho. Figura 01 – Detalhe isométrico. Figura 02 – Detalhe isométrico. Abaixo segue a tabela preenchida com os dados relatados: FALCUDADE MULTIVIX DISCIPLINA PROJETOS DE SISTERMAS TÉRMICOS PLANILHA SIMPLIFICADA PARA CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA 1 JANELAS Fator¹ Área¹ Q (²) Fator² Fator³ 1.1 Janela ao sol (Leste ou Oeste) 520 8,46 922,14 353 109 1.2 Janela ao sol (Sudeste ou Sudoeste) 354 245 86 1.3 Janela ao sol (Nordeste ou Noroeste) 415 284 94 1.4 Janelas ao sol (Norte) 223 160 67 1.5 Janelas a sombra 42 1,98 83,16 CROQUI 2 CONSTRUÇÃO Fator Área Q (²) 2.1 Parede mais insolada pesada (30 cm) 34 11,82 401,88 2.4 Paredes leves (15 cm) 18 58,73 1057,14 2.5 Terraço s/ isolamento 83 54,88 4555,04 3 ILUMINAÇÃO E EQUIPAMENTOS Fator Potencia³ Q (²) 3.2 Iluminação fluorescente 0,86 18 15,48 3.3 Equipamentos 0,86 4 3,44 4 ATIVIDADE Fator Pessoas Q (²) sensível Fator Q (²) latente 4.1 Trabalho Leve 62 1 62 127 1274.2 Sentados 54 59 3186 46 2714 Qsensível Qlatente CARGA TOTAL 10.286,28 2841 Q (sensível+latente) CARGA TÉRMICA DE REFRIGERAÇÃO [kcal/h] 13.127,28 CARGA TERMICA DE REFRIGERACÁO [TR] 4,34 Obs.: Fator¹- Janelas s/ proteção Área¹ - [m²] Planilha válida para condições: Fator²- Janelas c/ cortinas internas Q² - [kcal/h] Interna: TBS = 25°C e UR = 50% Fator ³ - Janelas c/ prot. externa Potencia³- [W] Externa: TBS = 32°C e UR = 60% Vazão* - [m³/h] O CÁLCULO É APENAS UMA ESTIMATIVA. OBSERVE QUE AS CONDIÇÕES ESTABELECIDAS VARIAM O TEMPO TODO E PORTANTO TEREMOS O APARELHO SE ADAPTANDO A SITUAÇÃO DO AMBIENTE, LOGO NEM SEMPRE PODEMOS CONTAR COM A CONDIÇÃO INTERNA CONFORME PRESCRITO NA NB10. Parcela CT (kcal/h) CT (Btu/h) CT (TR) paredes 1459,02 5836,08 0,49 janelas 1005,3 4021,2 0,34 telhado 4555,04 18220,16 1,52 equipamentos 3,44 13,76 0,00 iluminação 15,48 61,92 0,01 pessoas 3248 12992 1,08 renovaçao 10286,28 41145,12 3,42876 Tabela 01 – Cálculo da Carga Térmica A demanda sensível é dividida da seguinte forma: Gráfico 01 – Divisão demanda carga térmica sensível. Pode-se verificar que a tabela e o gráfico divergem nos valores totais, a tabela contempla também a carga térmica latente referente à execução dos trabalhos no ambiente, esse dado não é considerado na distribuição do gráfico, porém para um correto dimensionamento esse fator deve ser levado em conta. O gráfico mostra que a maior demanda do ambiente, considerando-o estático está concentrada na dissipação do calor da laje dado que essa fica exposta diretamente ao sol o dia todo. A segunda maior demanda é a das pessoas, devido à grande quantidade presente no ambiente. 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 CT (TR ) CARGA TÉRMICA 5. CONCLUSÃO O equipamento recomendado para a utilização na sala 303 B3 é um sistema com capacidade de 5 TR, equivalente a 60.000 BTU's. Outro item a ser levado em consideração é o fluido de refrigeração que não deve agredir a camada de ozônio e deve ser fácil de encontrar e de se manusear, para tanto o fluido escolhido é o R-22, que é o mais utilizado comercialmente. O equipamento utilizado será um modelo tipo “split” por se tratar de fácil instalação, manutenção e da facilidade de acesso no momento da aquisição. Utilizando os fatores recomenda-se a utilização do seguinte modelo: • Ar Condicionado Multi-Split Carrier 5 TR Frio 220V, modelo 5000000683. Em pesquisa realizada esse modelo foi o de melhor custo benefício e que atende a todos os requisitos nesse trabalho solicitado, possuindo capacidade adequada, utilizando o fluido escolhido e de fácil acesso no mercado. O melhor valor encontrado é de R$ 8.919,55. Para este modelo foram encontrados os dados de consumo de 17,43 kW/h, com potência de refrigeração de 5670 W. Outro fator a ser levado em consideração é o modelo utilizar 220V, o que minimiza os custos com instalação de cabeamento elétrico. 6. REFERÊNCIAS Autores: Sonntag, Borgnakke, van Wylen. Fundamentos da Termodinâmica 6ª edição. Octave Levenspiel, Termodinâmica Amistosa para Engenheiros - ed – 1ª. Edgard Blucher, ano 2002. http://www.infoescola.com/fisica/refrigeracao, acessado em 24/03/2016 às 14:30. http://www.multiar.com.br/ar-condicionado-multi-split-splitao-carrier-5-tr-frio-220v- trifasico-38ccm060535mcms26-40msd060tcrms26/p, acessado em 24/03/2016 às 16:10.
Compartilhar