Artigo - Dimensionamento de Ar Condicionado

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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.