Palestra Ar Condicionado

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AUT 190 
AR CONDICIONADO PARA ARQUITETURA 
Eder Ricardo Voltani 
edervoltani@usp.br 
Eder Ricardo Voltani 
edervoltani@usp.br 
1. INTRODUÇÃO 
2. CARGA TÉRMICA 
3. CICLO DE REFRIGERAÇÃO 
4. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 
5. TIPOS DE SISTEMAS 
6. EQUIPAMENTOS 
7. DISTRIBUIÇÃO DE AR 
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 Sumário 
 Princípios básicos de refrigeração foram desenvolvidos por Carnot, em 1824. 
 
 Em 1897, Joseph McCreaty criou e patenteou o primeiro equipamento que 
pode ser considerado como sendo de ar condicionado e consistia em um 
sistema de resfriamento baseado no borrifamento de água. 
 
 Em 1902, Willys Carrier inventou e fez o primeiro exemplo de 
condicionamento de ar por um processo mecânico para controlar a umidade 
de sala de impressão. Primeiro grande mercado foi industria têxtil, que logo 
passou a ser usado em diversos prédios e instalações de industrias de papel, 
produtos farmacêuticos, tabaco e estabelecimentos comerciais. 
 1 Introdução 
 2 Carga Térmica 
 A carga térmica é o primeiro e mais importante passo no processo de projeto de 
uma instalação de ar condicionado. 
 Os demais elementos deverão ser desenvolvidos visando o suprimento da carga 
térmica. 
 O condicionamento de ar efetua o controle da temperatura e umidade para 
satisfazer as necessidades do espaço, devendo ainda controlar o fluxo e a 
qualidade do ar. 
 Condições de Projeto: (internas e externas) 
• Internas: 
• Temperatura e umidade (condições de conforto); 
 ISO 7730:2005 - Ergonomics of the thermal environment – 
Analytical determination and interpretation of thermal comfort 
using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal 
comfort criteria. 
 ASHRAE 55:2004 – “Thermal environmental conditions for human 
occupancy”. 
 NBR 16401:2008 - Instalações centrais de ar condicionado – 
Sistemas centrais e unitários: Parte 1- Projeto das instalações; 2- 
Parâmetros de conforto térmico e 3 - Qualidade do ar interior. 
 2 Carga Térmica 
• Condições de conforto térmico (NBR 16401, 2008); 
• Verão (CLO = 0,5) 
• Inverno (CLO = 0,9) 
 2 Carga Térmica 
• Condições Internas: 
• Renovação de ar (salubridade); 
 ASHRAE 62.1:2010 – “Ventilation for Acceptable Indoor Air 
Quality” prevê valores de renovação do ar em função do tipo de 
ambiente, ocupação e volume do ambiente. 
 A Portaria 3.523 do Ministério da Saúde, 1998, prevê valores 
de ar de renovação para diferentes ambientes (27 
m3/h/pessoa para escritórios), enquanto a ASHRAE 62.1:2004 
prevê valores de renovação do ar em função do tipo de ambiente, 
ocupação e volume do ambiente. 
 NBR 16401:2008 – Parte 3 prevê valores de renovação do ar em 
função do tipo de ambiente, ocupação e volume do ambiente. 
 2 Carga Térmica 
• Condições Externas: 
 
• São fixadas em função do dia típico, que corresponde às condições em 
que 10% dos dias de verão podem ter temperatura do ar superior (para 
resfriamento) aquela adotada no projeto (temperatura de bulbo seco, 
temperatura de bulbo úmido ou umidade relativa, nebulosidade ou 
radiação solar, direção e velocidade do vento). 
 
 NBR 16401:2008 – Prevê 32 ͦC para frequência de 0,4%, 31 ͦC para 
frequência de 1% e 30 ͦC para frequência de 2%. 
 2 Carga Térmica 
 Cargas térmicas: (taxa de calor que deve ser removida, em W) 
As cargas térmicas do ambiente e no equipamento são divididas em sensível e latente. 
 Carga térmica do ambiente: 
• Métodos de cálculos: 
 Simplificado; 
 Detalhado; 
 Intermediário. 
• Simplificado: 
 Cálculos em regime permanente; 
 Determinação apenas do valor máximo diário da carga térmica. 
CTcondução devido a transferência de calor por elementos opacos será: 
 2 Carga Térmica 
U: coeficiente global de troca de calor entre o ambiente interno e o meio 
externo, função dos coeficientes de película que englobam tanto os 
efeitos de convecção como de radiação 
A: área do elemento de vedação 
Tint: temperatura de bulbo seco de projeto do ar interior 
TAr-Sol: temperatura Ar-Sol. Temperatura fictícia determinada por: 
 2 Carga Térmica 
Text: temperatura de bulbo de projeto do ar exterior 
α: absortância à radiação solar da face externa do elemento de vedação 
I: radiação solar incidente no elemento 
he: coeficiente de troca de calor combinado convecção+radiação, na face 
externa do elemento de vedação. 
CTsolar Carga térmica devido a radiação solar direta: 
ID = radiação direta incidente sobre o vidro: 
τD = transmissividade do vidro à incidência solar direta: 
AV = área do vidro sujeito à radiação solar direta. 
 2 Carga Térmica 
CTinterna Carga térmica gerada internamente: 
ASHRAE (2009)) 
CTpessoas = taxa de calor dissipado * número de pessoas 
 2 Carga Térmica 
CTequipamentos + CTiluminação 
ASHRAE (2009) 
CTequipamentos = taxa de calor dissipado * número 
de equipamentos 
CTiluminação = taxa de calor dissipado * número 
de lâmpadas 
 
 2 Carga Térmica 
CTRENOVAÇÃO 
mren = vazão de ar de renovação (kg/s) 
cp = calor especifico do ar (kJ/kg ͦC) 
Texterna = temperatura externa do ar externo de renovação ( ͦC) 
Tinterna = temperatura interna de conforto térmico ( ͦC) 
hlv = entalpia líquido-vapor (kJ/kg) 
wexterna = umidade absoluta do ar externo de renovação(kg/kg ar seco) 
winterna = umidade absoluta do ar interno de conforto térmico (kg/kg ar seco) 
 2 Carga Térmica 
 2 Carga Térmica 
Q = vazão volumétrica de ar insuflado 
Δp= diferença de pressão 
= rendimento do ventilar 
Q = vazão volumétrica de ar insuflado (m3/s) 
= massa específica do ar (kg/m3) 
cp = calor específico do ar (kj/kg( ͦC) 
Para determinar a vazão: 
CTEQUIPAMENTO soma algébrica da carga do ambiente, renovação e ventilador: 
 2 Carga Térmica 
Divide o valor total da carga térmica por 3520 W para obter o valor da carga em 
TR = tonelada de refrigeração (energia necessária para que 1000 kg 
(1tonelada) de água a 0 ͦC passa de água para gelo em 24 horas. 
1TR = 12.000 Btu/h (British Thermal Unit). 
• Detalhado: 
 Necessário programas de simulação do comportamento térmico da 
edificação, tais como: NBSLD (Kusuda, 1976), BLAST (Pedersen et al., 
1993), ESP-r (Clarke, 1993), DOE (birdsall, et al., (1994). 
 EnergyPlus é o mais utilizado. 
 
• Intermediário: 
 Utilizam fatores que tentam reproduzir o efeito do armazenamento 
térmico dos componentes radiante dos ganhos de calor e da natureza 
transitória da condução de calor nos elementos de vedação. 
 Método das CLTD/CLF: 
 2 Carga Térmica 
CLTD = diferença de temperatura equivalente entre o ambiente interno e 
externo, na qual está embutido o efeito de condução de calor e sua 
conversão em carga térmica. 
CLF = fator de ponderação para conversão da componente radiante dos ganho 
de calor em carga térmica, especifico para cada fonte de energia radiante. 
(Hernandez Neto et al. 1999) 
• Comparação dos métodos: 
 3 Ciclo de Refrigeração 
 Componentes do ciclo de refrigeração: 
 3 Ciclo de Refrigeração 
 Processos do ciclo de refrigeração 
• Evaporação: Etapa onde o fluido refrigerante entra na serpentina como 
uma mistura predominantemente líquida, com baixa pressão e 
temperatura, e absorverá calor (carga térmica) do ar forçado pelo 
ventilador que passa entre os tubos. Ao receber calor, o fluido vaporiza-
se. 
• Compressão: O fluido refrigerante em forma de vapor é comprimido por 
meio de um compressor elevando a pressão e a temperatura (calor de 
compressão). 
• Condensação: Etapa onde ocorre a rejeição de calor do ciclo. No 
condensador o vapor perde calor para o meio condensante (ar ou água) 
e sai do condensador na forma líquida. 
• Expansão: Etapa onde ocorre uma perda de pressão brusca,porém 
controlada, que vai reduzir a pressão do fluido 
 4 Eficiência Energética 
 Dada pelo coeficiente de desempenho (COP) que a relação entre o calor 
trocado no evaporador , QL, (carga térmica do equipamento) e a energia gasta 
no compressor, W, isto é: 
• COP de “chiller” a água é da ordem de 4,5 a 5 (sem bomba e torre), 
3 a 3,5 com bomba e torre de resfriamento. 
• COP de “chiller”a ar 2,5 a 3,5 
 
 5 Tipos de Sistemas 
 Expansão direta; 
 Ar condicionado de janela (ACJ) 
 0,6 a 3 TR 
 Vantagens: custo baixo, controle individual,não 
necessita de área de piso. 
 Desvantagens: elevado consumo de energia, 
vida útil reduzida, elevado nível de ruído, 
impacto na fachada, distribuição de ar 
ineficiente, baixa qualidade de filtragem, não 
permite a renovação de ar com controle. 
 Aplicações: residências, salas comerciais , etc. 
 Expansão direta; 
 Split system 
 0,6 a 5 TR 
 Vantagens:funcionamento e controle individualizado, 
não necessita de área de piso, baixo nível de ruído. 
 Desvantagens: idem o aparelho de janela. 
 Aplicações:residências, hotéis, pequenos prédios 
comercias, escolas, lojas e restaurantes. 
 5 Tipos de Sistemas 
 5 Tipos de Sistemas 
 Expansão direta; 
 Self containeds com condensador remoto (5 a 40 TR) 
 Vantagens: independência de operação, tecnologia simples. 
 Desvantagens: consumo de energia, nível de ruído, controle 
de temperatura on-off por zona, condições psicrométricas 
pré-definidas. 
 Aplicações: agências bancárias, pequenos escritórios, lojas, 
restaurantes. 
 5 Tipos de Sistemas 
 Fluxo de refrigerante variável (VRV ou VRF); 
 Vantagens; controle de temperatura e funcionamento individualizado, diversos 
modelos de evaporadoras 
 Desvantagens: custo elevado, condições 
psicrométrica pré-definidas, tecnologia importada. 
 Aplicações: residências de alto padrão, hotéis. 
CHILLER 
FANCOIL 
 5 Tipos de Sistemas 
 Expansão indireta (água gelada) 
 Principais características ; 
 CAG; 
 Casa de máquina; 
 Fancoil; 
 Rede de dutos; 
 Vantagens: 
 Alta eficiência energética, manutenção centralizada, 
longa vida útil, menor nível de ruído interno, permite o 
dimensionamento em função das características 
psicrométricas do local. 
 Desvantagens: 
 Custo inicial elevado, área de piso. 
 Principais aplicações; 
 Edifícios comerciais de grande porte, shopping, 
hospitais, indústrias, etc. 
 
 6 Equipamentos 
 6 Equipamentos 
 6 Equipamentos 
 6 Equipamentos 
(Fonte: G.E.O., 2011, adaptado). 
 Geotermia: 
 6 Equipamentos 
 7 Distribuição de ar 
 Pelo teto: 
- Volume de ar constante (VAC) 
- Volume de ar variável (VAV) 
 7 Distribuição de ar 
 Pelo piso: 
 7 Distribuição de ar 
 8 Referências bibliográficas 
ASHRAE. Handbook of Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating 
and Air Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, 2009. 
 
ASHRAE 55. Thermal environmental conditions for human occupancy, American 
Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, 
2004. 
 
Hernandez Neto, A.; Tribess, A.; Vittorino, F. Análise comparativa de cálculos de 
carga térmica, XV Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica, Águas de 
Lindóia, SP. 1999. 
 
GEOTHERMAL EXCHANGE ORGANIZATION. (2011). Apresentação: Geothermal 
Heat Pumps: Harnessing On-Site Renewable Energy to Meet Energy-Efficiency 
and Climate Change Goals. Recuperado em 8 de julho, 2011, de 
http://www.geoexchange.org/index.php?option=com_phocadownload&view=c
ategory&id=15:igshpa-conference-presentations&Itemid=182. 
ISO 7730. Ergonomics of the thermal environment – Analytical determination 
and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD 
indices na local thermal criteria. International Organization for Standardization, 
Geneva, 2005. 
 
NBR 16401 (2008) – Instalações centrais de ar condicionado – Sistemas centrais e 
unitários: Parte 1 – Projeto das instalações, Parte 2 – Parâmetros de conforto 
térmico, Parte 3 – Qualidade do ar interior. NBR 16401: 2008. Associação 
Brasileira de Normas técnicas, Rio de Janeiro. 
 
 
 8 Referências bibliográficas 
 Muito Obrigado!