aula 9 ie 2017 2 elementos de ar condicionado

Prévia do material em texto

1
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
18/10/2017
Sistemas Prediais I 
Aula 9: Elementos de Ar Condicionado
Professor
Wilson Teixeira
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
218/10/2017
Ano / Semestre 2017 / 2
Disciplina Instalações Prediais I
Dia Sexta-feira
Local Sala 334
Horário 14:00 às 18:00 h
Professor Prof. Wilson Teixeirawteixeira@mail.ru
Informações
2
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
318/10/2017
Datas importantes (sujeitas a ajustes)
Aula 14 – Apoio ao trabalho de projeto1601/12/2017
Aula 10 – SPDA  (NBR 5419)1127/10/2017
Data Semana Conteúdo
18/08/2017 1 Aula 1 – Apresentação da disciplina + O projeto elétrico (NBR 5410)
25/08/2017 2 Aula 2 – O projeto elétrico (NBR 5410)
01/09/2017 3 Aula 3 – O projeto elétrico (NBR 5410)
08/09/2017 4 Recesso
15/09/2017 5 Aula 4 –Instalações em locais de grande afluência de público (NBR 13570) + Instalações em locais assistenciais de saúde (NBR 13534)
22/09/2017 6 Aula 5 – Primeira Avaliação (prova)
29/09/2017 7 Aula 6 – Iluminação (ISO/CIE 8995‐1)
06/10/2017 8 Aula 7 – Iluminação – Métodos manuais para o cálculo da iluminação artificial
13/10/2017 9 Aula 8 – Elementos de elevadores
20/10/2017 10 Aula 9 – Elementos de ar condicionado
03/11/2017 12 Recesso
10/11/2017 13 Aula 11 – Segunda Avaliação (prova)
17/11/2017 14 Aula 12 – O projeto das instalações especiais
24/11/2017 15 Aula 13 – Apoio ao trabalho de projeto  + VR
08/12/2017 17 Aula 15 – Apoio ao trabalho de projeto
15/12/2017 18 Aula 16 – Terceira Avaliação (apresentação de trabalho de projeto)
22/12/2017 19 Aula 17 – Prova de Recuperação
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
418/10/2017
Bibliografia
• Notas de aula
• Outras publicações relevantes
3
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
518/10/2017
1. Conceitos Fundamentais
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
618/10/2017 6
Conceitos fundamentais
Introdução
• Condicionamento de ar objetiva controlar 
simultaneamente (alguns dos) fatores relacionados com 
o conforto térmico e a renovação do ar:
• A temperatura
• A umidade
• A movimentação
• A renovação de ar
• A qualidade do ar de um ambiente
4
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
718/10/2017 7
Conceitos fundamentais
Introdução
• A Norma Brasileira é composta de três partes 
independentes, complementares:
• NBR 16401-1:2008 – Projeto das Instalações
• NBR 16401-2:2008 – Parâmetros de Conforto Térmico
• NBR 16401-3:2008 – Qualidade do Ar Interior
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
818/10/2017 8
Conceitos fundamentais
Introdução
• A Norma Brasileira está agora alinhada com as normas 
internacionais
5
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
918/10/2017 9
Conceitos fundamentais
Transmissão de calor – Processos de transmissão
condução radiação
convecção
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1018/10/2017
• Transferência de calor por condução
•  fluxo de calor [W]
• k  condutividade térmica [W/m.K]
• A  área normal ao fluxo de calor [m²]
� T  diferença de temperatura [K]
� x  espessura da placa [m]
• U = k/x  transmitância térmica [W/m².K]
10
Conceitos fundamentais
Transmissão de calor
∆TQ = k A = U A T∆x 

Q
6
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1118/10/2017 11
Conceitos fundamentais
Transmissão de calor
• Analogia entre fluxo de calor e fluxo elétrico

t
∆TQ = 
Re
∆Vi = 
R
Fluxo elétrico Fluxo de calor
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1218/10/2017
Conceitos fundamentais
Transmissão de calor
– R = 1/U  resistência térmica [m².K/W]
– U = k A  transmitância térmica [W/m².K]
7
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1318/10/2017
Conceitos fundamentais
Transmissão de calor
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1418/10/2017
Conceitos fundamentais
Superfícies seletivas
8
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1518/10/2017 15
Conceitos fundamentais
Propriedades termodinâmicas – Definições
• Propriedades termodinâmicas
• São características macroscópicas de um sistema, como: 
volume, massa, temperatura, pressão, etc.
• Estado termodinâmico
• Pode ser entendido como sendo a condição em que se 
encontra a substância, caracterizada pelas suas 
propriedades
• Processo
• É uma mudança de estado de um sistema
• O processo representa qualquer mudança nas propriedades 
de uma substância
• Uma descrição de um processo típico envolve a 
especificação dos estados de equilíbrio inicial e final
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1618/10/2017 16
Conceitos fundamentais
Propriedades termodinâmicas – Definições
• Ciclo
• É um processo, ou mais especificamente uma seqüência de 
processos onde o estado inicial e o estado final do sistema 
(substância) coincidem
• Substância pura
• É qualquer substância que tenha composição química 
invariável e homogênea
• Ela pode existir em mais de uma fase (sólida, líquida e 
gasosa), mas a sua composição química é sempre a mesma 
em qualquer das fases
RECIPIENTE
Líquido
P
1 atm
1,01325 bar 
1,01325 x 105 Pa 
1,01325 x 105 N/m²
9
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1718/10/2017 17
Conceitos fundamentais
Propriedades termodinâmicas – Definições
• Estados de uma substância pura
Líquido
P
T
Líquido Subresfriado
T < TSAT
Líquido Saturado
T = TSAT
Título x = 0
P
Líquido
Vapor Úmido
T = TSAT
0 < x < 1
Líquido
Vapor
P
Vapor 
Saturado
P
Vapor Saturado
T = TSAT
x = 1
Vapor 
Superaq.
P
Vapor Superaquecido
T > TSAT
Gás
T >>>> TSAT
Gás
P
Líquido
P
T
Líquido Subresfriado
T < TSAT
Líquido
P
LíquidoLíquido
PPP
TT
Líquido Subresfriado
T < TSAT
Líquido Saturado
T = TSAT
Título x = 0
P
Líquido
Líquido Saturado
T = TSAT
Título x = 0
P
Líquido
PP
Líquido
Vapor Úmido
T = TSAT
0 < x < 1
Líquido
Vapor
P
Vapor Úmido
T = TSAT
0 < x < 1
Líquido
Vapor
P
LíquidoLíquido
Vapor
P
VaporVapor
PP
Vapor 
Saturado
P
Vapor Saturado
T = TSAT
x = 1
Vapor 
Saturado
P
Vapor 
Saturado
P
Vapor Saturado
T = TSAT
x = 1
Vapor 
Superaq.
P
Vapor Superaquecido
T > TSAT
Vapor 
Superaq.
P
Vapor 
Superaq.
P
Vapor Superaquecido
T > TSAT
Gás
T >>>> TSAT
Gás
P
Gás
T >>>> TSAT
Gás
P
Gás
P
Gás
P
v v
l v t
m mx = =
m + m m
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1818/10/2017 18
Conceitos fundamentais
Propriedades termodinâmicas de uma substância pura
• Cada propriedade de uma substância, em um dado 
estado, tem somente um valor finito
• Essa propriedade sempre tem o mesmo valor para um 
estado independentemente de como foi atingido tal 
estado
10
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
1918/10/2017 19
Conceitos fundamentais
Propriedades termodinâmicas de uma substância pura
• Propriedades termodinâmicas mais comuns:
• Temperatura (T)
• Pressão (P)
• Volume específico (v)
• Massa específica (ρ)
• Estas propriedades são mensuráveis diretamente
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2018/10/2017 20
Conceitos fundamentais
Propriedades termodinâmicas de uma substância pura
• Outras propriedades importantes, não mensuráveis 
diretamente, são:
• Energia interna (u)
• É a energia que a matéria possui devido ao movimento 
das moléculas e/ou forças intermoleculares
• Essa energia pode ser decomposta em duas partes:
• Energia cinética interna  relacionada à 
velocidade das partículas
• Energia potencial interna  relacionada às forças 
de atração entre as moléculas
11
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2118/10/2017 21
• Entalpia (h)
• Na análise térmica de alguns processos específicos, 
freqüentemente são encontradas certas combinações de 
propriedades termodinâmicas
• Uma dessas combinaçõesocorre quando se tem um 
processo a pressão constante, resultando a combinação 
u + pv
• Assim é conveniente definir uma nova propriedade 
termodinâmica chamada entalpia, a qual é 
representada pela letra h
h = u + pv
Conceitos fundamentais
Propriedades termodinâmicas de uma substância pura
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2218/10/2017 22
Conceitos fundamentais
Diagrama de Mollier para fluidos refrigerantes
• O ciclo termodinâmico de fluidos refrigerantes em 
equipamentos frigoríficos por compressão de vapor são 
adequadamente representados em gráficos pressão x 
entalpia
• Esses diagramas são úteis, tanto como meio de 
apresentar a relação entre propriedades termodinâmicas, 
como possibilitam a visualização dos processos que 
ocorrem em cada uma das partes do sistema
12
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2318/10/2017 23
Conceitos fundamentais
Diagrama de Mollier para fluidos refrigerantes
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2418/10/2017 24
Conceitos fundamentais
Diagrama de Mollier para fluidos refrigerantes
Pressão
En
ta
lp
ia
Tí
tu
lo
En
tro
pi
a
Temperatura
Volum
e esp
ecífic
o
13
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2518/10/2017 25
Conceitos fundamentais
Diagrama de Mollier para fluidos refrigerantes
• Podem se destacar três regiões características:
• Região de líquido sub-resfriado
• região à esquerda da linha de líquido saturado (x = 0).
• Região de vapor úmido (região de líquido mais vapor)
• região entre as linhas de líquido saturado (x = 0) e 
vapor saturado (x = 1)
• Região de vapor superaquecido
• região à direita da linha de vapor saturado (x = 1)
X 
=
 0
X
 =
 1
Vapor
úmido
Líquido 
sub-resfriado
Vapor 
superaquecido
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2618/10/2017 26
Conceitos fundamentais
Primeira Lei da Termodinâmica
• Também conhecida como Princípio da Conservação de 
Energia
• “A energia não pode ser criada nem destruída, mas 
somente transformada entre as várias formas de energia 
existentes”
Convenção de sinais 
para calor e trabalho
14
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2718/10/2017
• Sistema termodinâmico (delimitado através de suas 
fronteiras)
27
Conceitos fundamentais
Primeira Lei da Termodinâmica
meio ou vizinhança
sistema fechado sistema aberto(volume de controle)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2818/10/2017
2. Ciclo de Refrigeração por 
Compressão de Vapor
15
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
2918/10/2017 29
O que vamos ver neste capítulo
2.1 Introdução
2.2 Ciclo teórico de refrigeração por compressão de vapor
2.3 Ciclo real de compressão de vapor
2.4 Balanço de energia para o ciclo de refrigeração por 
compressão de vapor
2.4.1 Influência da temperatura de vaporização
2.4.2 Influência da temperatura de condensação
2.4.3 Influência do superaquecimento útil
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3018/10/2017
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Introdução
• O processo endotérmico é aquele que ocorre 
com absorção de calor
• O processo exotérmico é aquele que ocorre 
com liberação de calor 
• A mudança de estado líquido-vapor é endotérmica
• A mudança de estado vapor-líquido é exotérmica
• Os ciclos de refrigeração por compressão de vapor se 
baseiam nestes fenômenos 
16
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3118/10/2017 31
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Introdução
• Segunda Lei da Termodinâmica
• Enquanto a Primeira Lei da Termodinâmica estabelece a 
conservação de energia em qualquer transformação, a 
segunda lei estabelece condições para que as 
transformações termodinâmicas possam ocorrer
• “Nenhum processo é possível onde o único resultado é a 
absorção de calor de um reservatório e sua conversão 
completa em trabalho”
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3218/10/2017 32
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Introdução
• Segunda Lei da Termodinâmica
• "A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado 
termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, 
até alcançar um valor máximo“
• Mais sensivelmente, quando uma parte de um sistema 
fechado interage com outra parte, a energia tende a 
dividir-se por igual, até que o sistema alcance um 
equilíbrio térmico
17
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3318/10/2017
• Ciclo de Carnot
• O Ciclo de Carnot é definido como um processo cíclico 
reversível que utiliza um gás perfeito, e que consta de 
duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Introdução
33
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3418/10/2017
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Introdução
• Ciclo de Carnot
• Ramo A-B
• Isotérmica a temperatura T1
• Ramo B-C
• Adiabática
• Ramo C-D
• Isotérmica a temperatura T2
• Ramo D-A
• Adiabática
34
• Transformação adiabática é um processo de 
transformação termodinâmica na qual não há trocas 
de calor com o ambiente, apesar de haver variação 
térmica. A energia interna se transforma em trabalho 
diretamente (ΔU = Q - W, Q = 0 Logo ΔU = -W)
18
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3518/10/2017
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo teórico por compressão de vapor
• Componentes principais:
• Compressor
• Condensador
• Evaporador
• Válvula de expansão
35
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3618/10/2017
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo teórico por compressão de vapor
• Componentes principais:
• Compressor
• Condensador
• Evaporador
• Válvula de expansão
• Processos termodinâmicos do 
ciclo teórico:
• Processo 1-2
• Compressão isentrópica 
(adiabática reversível) do 
vapor superaquecido
• Processo 2-3
• Rejeição de calor à pressão 
constante
• Processo 3-4
• Expansão isentálpica
(irreversível a entalpia 
constante)
• Processo 4-1
• Absorção de calor à pressão 
constante
36
19
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3718/10/2017
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo teórico por compressão de vapor
• Na prática, ocorrem perdas não consideradas no ciclo 
teórico
• Vamos conhecer essas perdas...
37
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3818/10/2017
• Diferenças entre o ciclo teórico e o ciclo real de 
refrigeração
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo real por compressão de vapor
38
20
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
3918/10/2017
2 2
ent sai
V VQ + m h + + g z = m h + + g z + W
2 2
                 
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo real por compressão de vapor
• Balanço de energia para o ciclo
– Aplicação da Primeira lei da Termodinâmica para cada 
componente do sistema
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4018/10/2017
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo real por compressão de vapor
• Capacidade frigorífica – Evaporador (Qo)
• Quantidade de calor retirada, por unidade de tempo, do 
meio que se quer resfriar (produto), utilizando-se o 
evaporador do sistema frigorífico
Qo = mf (h1 – h4) onde (h1 – h4) = Efeito Frigorífico
40
21
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4118/10/2017
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
• Evaporador para resfriamento de ar
41
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4218/10/2017
• Potência teórica de compressão
• Quantidade de energia fornecida, por unidade de tempo, ao 
refrigerante no compressor a fim de se obter elevação de 
pressão igual àquela do ciclo teórico
WC = mf (h2 – h1)
42
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
22
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4318/10/2017
• Compressoralternativo (semi-hermético), compressor de 
parafuso, compressor scroll e compressor automotivo
43
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4418/10/2017
• Calor rejeitado no condensador
• A função do condensador é transferir calor do fluido 
frigorífico para o meio de resfriamento do condensador 
(água ou ar)
QC = mf (h2 – h3)
44
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
23
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4518/10/2017
• Condensador de ar remoto
45
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4618/10/2017
• Dispositivo de expansão
• A função da válvula de expansão é abaixar a temperatura e 
a pressão do fluido refrigerante
(h3 = h4)
46
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
24
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4718/10/2017
• Válvula de expansão termostática
47
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4818/10/2017
• Resumo
• Evaporador Qo = mf (h1 – h4) 
• Compressor WC = mf (h2 – h1)
• Condensador QC = mf (h2 – h3)
• Dispositivo de Expansão (h3 = h4)
48
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
25
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
4918/10/2017
• Coeficientes de desempenho do ciclo
• Coeficiente de Performance (COP)
• Razão de Eficiência Energética (EER)
• Razão entre consumo e capacidade frigorífica (kW/TR)
49
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
c
o
W WattskW/TR = 
TRQ
   


c
EF Btu/hEER = 
W Watts
   
o
c
QEnergia ÚtilCOP = = 
Energia Gasta W


©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5018/10/2017
• Coeficiente de Performance (COP)
• Parâmetros que influenciam no COP do ciclo de 
refrigeração:
• Influência da temperatura de vaporização
• Influência da temperatura de condensação
• Influência do subresfriamento
• Influência do superaquecimento útil
50
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de energia
26
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5118/10/2017
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência da temperatura de vaporização
51
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5218/10/2017
-30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00
Temperatura de Vaporização, To, em Celsius
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
C
oe
fic
ie
nt
e 
de
 P
er
fo
rm
an
ce
, C
.O
.P
.
LEGENDA
R-717
R-134a
R-22
Tc = 40o C
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência da temperatura de vaporização
52
27
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5318/10/2017
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência da temperatura de condensação
53
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5418/10/2017
30.0 40.0 50.0 60.0
Temperatura de Condensação, Tc , em Celsius
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
C
oe
fic
ie
nt
e 
de
 P
er
fo
rm
an
ce
, C
.O
.P
. LEGENDA
R-717
R-134a
R-22
To = - 10 C
o
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência da temperatura de condensação
54
28
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5518/10/2017
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência do subresfriamento
55
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5618/10/2017
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0
Sub-Resfriamento, , em Celsius
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
C
oe
fic
ie
nt
e 
de
 P
er
fo
rm
an
ce
, 
C
.O
.P
Tsr
Legenda
R-717
R-134a
R-22
Tc = 45 C
To = - 10 C
o
o
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência do subresfriamento
56
29
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5718/10/2017
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência do superaquecimento útil
57
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
5818/10/2017
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0
Superaquecimento Útil, , em Celsius
3.50
3.60
3.70
3.80
3.90
C
oe
fic
ie
nt
e 
de
 P
er
fo
rm
an
ce
, 
C
.O
.P
.
LEGENDA
R-717
R-134a
R-22
Tc = 45 C
To = - 10 Co
o
Tsa
Parâmetros que influenciam no COP 
Influência do superaquecimento útil
58
30
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
18/10/2017
3. Características dos sistemas de 
ar condicionado e seleção de 
equipamentos 
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
18/10/2017
3.1 Tipos de sistemas 
de ar condicionado
31
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6118/10/2017
Ciclo de refrigeração por compressão de 
vapor
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6218/10/2017
Ciclo de refrigeração por compressão de 
vapor
32
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6318/10/2017
Ciclo de refrigeração por compressão de 
vapor
• Unidades
– TR  Tonelada de refrigeração
– ! TR = 12.000BTU
– 1 TR = 3.024 kcal/h
– 1 TR = 3.517 Watts
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6418/10/2017
Tipos de sistemas de ar condicionado
• Classificação
– Sistemas de expansão direta
– Sistemas de expansão indireta
33
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6518/10/2017
Tipos de sistemas
• Sistema de expansão direta – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
kW
AR 
INTERNO
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6618/10/2017
Tipos de sistemas
• Sistema de expansão indireta – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
ÁGUA DE 
GELADA
kW
34
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6718/10/2017
Tipos de sistemas
• Sistemas de expansão direta com condensação a ar
– Componentes do sistema
24ºC
13ºC
5ºC
55ºC 35ºC
45ºC
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6818/10/2017
Tipos de sistemas
• Sistemas de expansão direta com condensação a 
água
– Componentes do sistema
24ºC
13ºC
5ºC
45ºC 29ºC
35ºC
35ºC
UR~100%
35
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
6918/10/2017
Tipos de sistemas
• Sistemas de expansão indireta com condensação a 
ar
– Componentes do sistema
24ºC
13ºC
12,5ºC
7ºC 55ºC
5ºC
35ºC
45ºC
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7018/10/2017
Tipos de sistemas
• Sistemas de expansão indireta com condensação a 
água
– Componentes do sistema
23ºC
13ºC
12,5ºC
7ºC
45ºC
5ºC 35ºC
29,5ºC 35ºC
UR~100%
36
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7118/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Aparelho de janela
• Split system de ambiente
• Split system para duto
• Self-contained com condensador remoto
• Self-contained com condensador a ar incorporado
• Self-contained com condensação a água
• Roof-top
• Sistema de fluxo de refrigerante variável (VRV ou VRF)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7218/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Aparelho de janela
15º
25º
35º
45º
7,2º
7,2º
51,7º
85º
lado de baixa lado de alta
líquido
líquido
vapor
vapor
37
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7318/10/2017Tipos de sistemas – expansão direta
• Aparelho de janela – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
AR 
EXTERNO
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7418/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Aparelho de janela
– Vantagens
• Baixo custo inicial, muito inferior às demais soluções
• Funcionamento e controle individualizado
• Não necessita de área de piso para instalação
38
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7518/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Aparelho de janela
– Desvantagens
• Atende somente a ambientes com comunicação com o 
exterior
• Elevado consumo de energia
• Vida útil reduzida
• Manutenção dificultada quando da utilização de muitas 
unidades
• Problemas para drenagem de condensado
• Controle de temperatura on-off
• Baixa qualidade de filtragem de ar
• Presença do equipamento dentro do ambiente de 
trabalho
• Elevado nível de ruído
• Forte impacto na estética da arquitetura (fachada)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7618/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Aparelho de janela
– Aplicações
• Residências
• Hotéis até 3 estrelas
• Salas comerciais
• Pequenos escritórios
39
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7718/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Split system de ambiente
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7818/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Split system de ambiente – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
AR 
EXTERNO
Unidade 
Evaporadora
Unidade 
Condensadora
40
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
7918/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Split system de ambiente
– Vantagens
• Custo inicial relativamente baixo para pequenas 
capacidades, porém superior ao aparelho de janela
• Funcionamento e controle individualizado
• Não necessita de área de piso para instalação
• Baixo nível de ruído da unidade evaporadora, se 
comparado ao aparelho de janela
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8018/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Split system de ambiente
– Desvantagens
• Elevado consumo de energia
• Vida útil reduzida
• Manutenção dificultada quando da utilização de muitas 
unidades
• Problemas para drenagem de condensado
• Controle de temperatura on-off
• Baixa qualidade de filtragem de ar
• Baixa qualidade do ar devido a não utilização de ar 
exterior de renovação
• Presença do equipamento dentro do ambiente de 
trabalho
• Distância limitada entre as unidades internas e externas
41
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8118/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Split system de ambiente
– Aplicações
• Residências
• Hotéis até 4 estrelas
• Salas comerciais e escritórios
• Escolas
• Lojas e restaurantes
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8218/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensador incorporado 
• Self-contained com condensador remoto
• Condicionador split para dutos
42
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8318/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained incorporado – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
AR 
EXTERNO
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8418/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained remoto – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
AR 
EXTERNO
Condicionador 
RemotoCondicionador 
de Ar
43
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8518/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Split para dutos – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
AR 
EXTERNO
Unidade 
Evaporadora
Unidade 
Condensadora
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8618/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensador incorporado 
• Self-contained com condensador remoto
• Condicionador split para dutos
44
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8718/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensador incorporado 
• Self-contained com condensador remoto
• Condicionador split para dutos
– Vantagens
• Menor custo de implantação que os sistemas de água 
gelada para aplicações de pequeno e médio porte,
• As unidades podem operar com horários independentes 
proporcionando maior flexibilidade de operação
• Tecnologia simples amplamente difundida pela mão de 
obra nacional
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8818/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensador incorporado 
• Self-contained com condensador remoto
• Condicionador split para dutos
– Desvantagens
• Consumo de energia maior que os sistemas de água 
gelada
• Maior nível de ruído que os sistemas de água gelada 
devido a presença do compressor próximo do ambiente 
climatizado, exceto no caso de condicionadores split
para duto
• No caso de utilização de muitas unidades, apresentam 
maior custo de manutenção em função da utilização de 
muitos equipamentos e componentes
• Controle de temperatura on-off por zona (não 
individualizado)
• Equipamento projetado para operação com 
características de carga térmica de conforto (fator de 
calor sensível ~ 0,75)
45
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
8918/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensador incorporado 
• Self-contained com condensador remoto
• Condicionador split para dutos
– Aplicações
• Agências bancárias
• Pequenos escritórios
• Lojas
• Restaurantes
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9018/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Roof-top
46
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9118/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Roof-top – ciclo de refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
AR 
EXTERNO
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9218/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Roof-top
– Vantagens
• Baixo custo inicial
• Não há necessidade de área técnica interna
• Ciclo economizador entálpico pode vir incorporado ao 
equipamento
47
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9318/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Roof-top
– Desvantagens
• Consumo de energia mais elevado que os sistemas de 
água gelada
• Nível de ruído elevado junto as unidades podendo 
ocasionar problemas com vizinhos
• No caso de utilização de muitas unidades resulta em 
maior custo de manutenção em função da utilização demuitos equipamentos e componentes
• Controle de temperatura on-off por zona (não 
individualizado)
• Equipamento projetado para operação com 
características de carga térmica de conforto (fator de 
calor sensível ~ 0,75)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9418/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Roof-top
– Aplicações
• Hipermercados
• Prédios comerciais horizontais
• Lojas de conveniência
• Restaurantes
• Galpões industriais
48
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9518/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas de expansão direta com condensação a 
água
– Componentes do sistema
24ºC
13ºC
5ºC
45ºC 29,5ºC
35ºC
35ºC
UR~100%
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9618/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensação a água
49
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9718/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensação a água – ciclo de 
refrigeração
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
ÁGUA
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9818/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensação a água
– Vantagens
• Não possui limitações de distância entre o condicionador 
de ar e a rejeição de calor para o exterior como os 
sistemas com condensação a ar de expansão direta, 
sendo aplicável em instalações de maior porte ou onde 
exista esta limitação
• Baixo custo de implantação do sistema de resfriamento 
de água de condensação (infra-estrutura básica para 
implantação de um sistema de ar condicionado central)
• Maior facilidade de rateio de custos de energia e 
manutenção em prédios comerciais multi-usuários
• Tecnologia simples amplamente difundida pela mão de 
obra de manutenção nacional
• Menor consumo de energia elétrica que os sistemas com 
condensação a ar
50
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
9918/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensação a água
– Desvantagens
• Consumo de energia mais elevado que os sistemas de 
água gelada com condensação a água
• Dependência de água de reposição e tratamento 
químico, elevando os custos operacionais
• Maior nível de ruído no ambiente que os sistemas de 
água gelada devido a presença do compressor próximo 
ao ambiente trabalho
• Custo de manutenção elevado em função da utilização 
de muitos equipamentos e componentes, localizados em 
espaços mecânicos geralmente apertados e junto aos 
ambientes de trabalho
• Controle de temperatura on-off por zona (não 
individualizado)
• Equipamento projetado para operação com 
características de carga térmica de conforto (fator de 
calor sensível ~ 0,75)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10018/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Self-contained com condensação a água
– Aplicações
• Edifícios comerciais multi-usuários, especialmente os 
construídos para venda das unidades
• Agências bancárias
• Lojas
51
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10118/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas VRV ou VRF - fluxo de refrigerante variável
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10218/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas VRV ou VRF - fluxo de refrigerante variável
PRESSÃOBAIXA ALTA
COMPRESSOR
EV
A
PO
R
A
D
O
R
C
O
N
D
EN
S
A
D
O
R
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO
gás refrigerante
FA
S
E
LÍ
Q
U
ID
O
V
A
P
O
R
fonte quentefonte fria
AR 
INTERNO
kW
AR 
EXTERNO
Múltiplas Unidades 
Evaporadoras
Unidade 
Condensadora
52
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10318/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas VRV ou VRF - fluxo de refrigerante variável
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10418/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas VRV ou VRF - fluxo de refrigerante variável
– Vantagens
• Controle de temperatura e funcionamento individualizado
• Solução de equipamento, sistema e controle integrados de um 
mesmo fabricante minimizando problemas de instalação
• Diversos modelos de unidades evaporadoras internas com 
diferentes arranjos de montagem e acabamento
• Mínima área técnica requerida para equipamentos, shafts e 
tubulações
• Longas distâncias permitidas entre as unidades internas e 
externas
• Baixo consumo de energia em cargas parciais proporcionado 
pela variação da velocidade do compressor
• Aproveitamento do fator de demanda e diversidade de carga 
no dimensionamento da capacidade do sistema central
53
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10518/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas VRV ou VRF - fluxo de refrigerante variável
– Desvantagens
• Custo de implantação elevado
• Condições psicrométricas e de carga térmica definidas para 
aplicações de conforto
• Tecnologia importada
• Presença de equipamento dentro do ambiente de trabalho
• Possíveis problemas de qualidade do ar relacionados com a 
renovação de ar (necessidade de um sistema de ventilação 
mecânica) e filtragem
• Perda de eficiência e capacidade quando aplicado com longas 
linhas de gás refrigerante
• Necessidade de corrigir o dimensionamento em função do 
comprimento da linha de gás, temperaturas internas e 
externas
• Eventuais problemas de vazamento nas linhas de gás 
refrigerante podem ser de difícil diagnóstico e solução
• Parada do sistema em caso de mudança de posição do 
evaporador (mudança de layout)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10618/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas VRV ou VRF - fluxo de refrigerante variável
– Aplicações
• Residências de alto padrão
• Hotéis de alto padrão
• Reforma de edifícios existentes sem sistema central de 
ar condicionado original (minimiza obras civis 
necessárias)
• Prédios históricos
• Prédios de escritórios de pequeno e médio porte
54
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10718/10/2017
Tipos de sistemas – expansão direta
• Sistemas VRV ou VRF - fluxo de refrigerante variável
– Aplicações
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10818/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Expansão indireta (água gelada)
– Classificação conforme tipo de 
chiller
• Chiller a ar
• Chiller a água 
– Classificação conforme tipo de 
condicionadores de ar
(sistema secundário)
• Condicionador fan-coil
convencional
• Condicionador fan-coil com 
VAV (volume de ar variável)
• Condicionador tipo fancolete
55
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
10918/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Expansão indireta (água gelada)
– Classificação conforme tipo de chiller
• Chiller a ar
• Chiller a água 
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11018/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Sistemas de expansão indireta com condensação a 
ar
– Componentes do sistema
56
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11118/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Sistemas de expansão indireta com condensação a 
água
– Componentes do sistema
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11218/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Expansão indireta (água 
gelada)
– Classificação conforme tipo 
de condicionadores de ar 
(sistema secundário)
• Condicionador fan-coil
convencional
• Condicionador fan-coil
com VAV (volume de ar 
variável)
• Condicionador tipo 
fancolete
57
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11318/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil convencional
©
Wils
on
 T
ei
xe
ira
11418/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil convencional
– Vazão do ar no duto constante
– Temperatura do ar no duto variável Condicionador de ar
STASala 1 Sala 2
Válvula motorizada
2 ou 3 vias
Duto de retorno
58
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11518/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil convencional
– Vantagens
• Podem ser obtidas altas eficiências energéticas
• Manutenção centralizada de baixo custo
• Longa vida útil do sistema central
• Menor nível de ruído interno
• Permite o dimensionamento do condicionador em função 
das características psicrométricas e de carga térmica 
específica da aplicação
• Menor capacidade instalada que os sistemas de 
expansão direta em instalações de grande porte em 
função do aproveitamento do fator de demanda e 
diversidade de carga no dimensionamento da 
capacidade da Central de Água Gelada (CAG)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11618/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil convencional
– Desvantagens
• Não permite o funcionamento individualizado de um 
ambiente
• Custo inicial mais elevado para pequenas capacidades
59
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11718/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil convencional
– Aplicações
• Edifícios comerciais
• Shopping centers
• Hospitais e laboratórios
• Indústrias
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11818/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil com VAV
60
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
11918/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil com VAV
– Temperatura do ar no duto constante
– Vazão do ar no ambiente variável
STA STA
Condicionador de ar
Caixa de VAV
STA
Duto de retorno
Sala 1 Sala 2
SPD
Variador de 
Freqüência
Válvula motorizada
2 ou 3 vias
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12018/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil com VAV
– Vantagens
• Podem ser obtidas altos índices de eficiências energéticas
• Controle individualizado de temperatura
• Menor consumo de energia dos ventiladores
• Manutenção centralizada de baixo custo
• Longa vida útil do sistema central
• Baixo nível de ruído interno
• Melhor controle da umidade relativa
• Permite o dimensionamento do condicionador em função das 
características psicrométricas e de carga térmica específica da 
aplicação
• Pode utilizar equipamentos de menor capacidade e levar 
vantagem da diversidade de carga térmica para um 
dimensionamento otimizado do sistema secundário de 
tratamento do ar.
• Fornece maior flexibilidade à variações de carga térmica
61
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12118/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil com VAV
– Desvantagens
• Apresentam custos de implantação elevados
• Possui maior complexidade e exige cuidadoso trabalho 
de comissionamento da instalação
• Exige controle digital com automação
• Não permite o funcionamento individualizado de um 
ambiente
• Requer maior espaço físico no entreforro para instalação 
das caixas de VAV e dutos
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12218/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Fan-coil com VAV
– Aplicações
• Edifícios comerciais e escritórios de alto padrão 
• Aplicações com grandes variações de carga térmica
62
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12318/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Condicionador tipo fancolete (hidrônico)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12418/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Condicionador tipo fancolete (hidrônico)
– Vantagens
• Podem ser obtidas altas eficiências energéticas
• Proporciona de forma econômica funcionamento e 
controle de temperatura individualizado
• Longa vida útil do sistema central
• O sistema utiliza a água para transporte do frio (sistema 
todo água – All water system), o que economiza espaço 
interno e por isso muitas vezes é aplicado quando a 
altura do pé-direito é restrita
63
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12518/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Condicionador tipo fancolete (hidrônico)
– Desvantagens
• Presença do equipamento dentro do ambiente de 
trabalho
• Problemas de drenagem de condensado junto a cada 
condicionador de ar
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12618/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Condicionador tipo fancolete (hidrônico)
– Aplicações
• Hotéis de alto padrão (4 e 5 estrelas)
• Também utilizados em quartos de pacientes de hospitais
• Prédios com limitação de pé-direito
• Utilização como solução mista em sistemas centrais, ou 
seja, aplicação de condicionadores centrais com rede de 
dutos e condicionadores individuais dedicados a 
ambientes que necessitem de funcionamento e controle 
independente
64
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12718/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Condicionador tipo fancolete (hidrônico)
– Aplicações – utilização com chiller modular
• Conceito do VRF aplicado a água gelada
• Chiller padronizado em módulos para sistemas de água 
gelada de pequeno e médio porte
• Aplicação da tecnologia de compressores scroll com 
modulação de capacidade: Inverter ou Digital Scroll para 
operação com baixa carga
• Possibilidade de integração do controle do chiller com 
bombas e fancoletes, dependendo do fabricante
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12818/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Condicionador tipo fancolete (hidrônico)
– Aplicações – utilização com chiller modular
65
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
12918/10/2017
Tipos de sistemas – expansão indireta
• Chiller modular
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
18/10/2017
3.2 Critérios para seleção de 
sistemas de ar condicionado
66
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13118/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Diversidade de sistemas
• Necessidade de estudo caso 
a caso
• Definição do sistema é a 
decisão mais importante em 
uma instalação nova ou 
retrofit
• 90% dos custos do sistema 
e da satisfação do usuário 
estão associados ao tipo de 
sistema
• Apesar disso apenas de 5 a 
10% do trabalho de 
engenharia em um projeto é
dedicado a definição a 
seleção do sistema
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13218/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Custo de implantação
• Custo operacional
• Confiabilidade
• Flexibilidade
• Manutenção
• Conforto
• Outras premissas determinantes
67
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13318/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Custo de implantação
– Primeiro critério a ser considerado
– Em alguns casos o único critério
– Determinação do custo de implantação da instalação é
função de
• capacidade
• tipo de sistema
• particularidades da instalação
• condições comerciais de contratação e do mercado
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13418/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Custo operacional
– Composto de diversos componentes (energia, água, 
manutenção, etc.)
– Trata-se de um critério de grande complexidade de 
avaliação
– Composição dos custos em prédios americanos com ciclo de 
vida de 40 anos (ASHRAE)
Operação
50%
Alterações diversas
25%
Construção do 
prédio
11%
Outros
14%
68
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13518/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Confiabilidade
– Equipamentos reservas, energia de backup, ...
– Aplicações: Data Center, CPD, Telecomunicações, Indústria, 
Laboratórios, Estabelecimentos de Saúde, Segurança, ...
Custo médio de Downtime - USA:
Segmento Custo médio / hora US$
Venda de bilhetes entretenimento69.000,00
Reservas de passagens de avião 89.000,00
Home Shopping 113.000,00
Pay-per-view 150.000,00
Vendas via cartão de crédito 2.650.000,00
Mercado Financeiro 6.450.000,00
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13618/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Flexibilidade
– Mudança de lay-out
– Mudança de ocupação
– Flexibilidade de horários de funcionamento
– Variações de carga térmica
69
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13718/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Manutenção
– Assistência técnica
– Qualificação da mão de obra requerida
– Cultura de manutenção da empresa
– Padronização
– Durabilidade do sistema e componentes
– Acesso aos equipamentos
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13818/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Conforto
– Acústica
– Controle individualizado
– Distribuição de ar
– Qualidade do ar
70
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
13918/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
• Outras premissas determinantes para definição de um 
sistema
– Limitações de espaço físico
– Limitações arquitetônicas
– Prazo de implantação
– Preservação arquitetônica em prédios históricos
– Qualidade do ar interno (ex. salas limpas, hospital)
– Precisão de controle requerida (ex. temperatura e umidade)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14018/10/2017
Critérios para a escolha do sistema
Custo de 
implantação
Outras 
premissas
Ciclo de 
vida
Manutenção
Confiabilidade Custo operacional
71
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
18/10/2017
3.3 Análise técnica e econômica de 
sistemas de ar condicionado
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14218/10/2017
Análise energética
• O custo com energia é um fator determinante em uma 
análise técnica e econômica de um sistema de ar 
condicionado. A análise e determinação do consumo de 
energia é bastante complexa e está baseada nos 
seguintes fatores
– Desempenho térmico da edificação
– Eficiência do sistema de ar condicionado
– Tarifa de energia
72
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14318/10/2017
CONSUMO DE ENERGIA
EFICIÊNCIA DO SISTEMA 
DE AR CONDICIONADO
DESEMPENHO TÉRMICO 
DA EDIFICAÇÃO
TARIFA
CUSTO ENERGÉTICO 
OPERACIONAL
Análise energética
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14418/10/2017
Análise energética – Carga térmica
• Perfil de carga térmica – exemplo de um prédio de 
escritórios Componentes da carga térmica do prédio
30%
6%
6%
3%1%10%
8%
9%
20%
7%
Radiação solar através das janelas Transimssão de calor pelas janelas Transissão de calor pelas paredes
Transmissão de calor pela cobertura Transmissão de calor por paredes internas Iluminação
Equipamentos de escritório Pessoas Ar externo de renovação
Fator de segurança
73
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14518/10/2017
Análise energética – Carga térmica
• Schedules de utilização (variação da iluminação, ocupação, 
equipamentos internos ao longo do dia)
Hotel - Schedule de iluminação
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Hora
%
Escritório - Schedule de ocupação
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Hora
%
Escritório - Schedule de iluminação
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Hora
%
Hotel - Schedule de ocupação
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Hora
%
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14618/10/2017
Análise energética – Carga térmica
• Considerações gerais Carga Térmica Diária (TR) - Janeiro
0
500
1000
1500
2000
2500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Horas
TR
Perfil de Carga Térmica de Bloco de verão [TR]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Horas
TR
TR  TR.h / dia
74
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14718/10/2017
Análise energética – Carga térmica
• Considerações gerais Capacidade Térmica Mês a Mês
0
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
300,000
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
Mês
TR
h
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
TR.h MÊS
TR.h / dia  TR.h / ano
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14818/10/2017
Chillers fabricados até início da década de 90 
Compressor Faixa de capacidade 
(TR) 
Gás Refrigerante Eficiência (kW/TR) 
Alternativo a água 20 a 200 R-22 0,9 a 1,2 ou mais 
Centrífugo a água 300 a 5000 R-11 ou R-12 0,7 a 0,8 ou mais 
 
Chillers atuais 
Compressor Faixa de capacidade 
(TR) 
Gás Refrigerante Eficiência (kW/TR) 
Scroll a ar 20 a 150 R-22,R-407c ou R-410a 1,1 a 1,3 
Scroll a água 20 a 150 R-22,R-407c ou R-410a 0,8 a 0,95 
Parafuso a ar 60 a 400 R-22, R407c ou R-134a 1,1 a 1,2 
Parafuso a água 60 a 400 R-22, R407c ou R-134a 0,62 a 0,8 
Centrífugo a água 300 a 5000 R-123 ou R-134a 0,5 a 0,7 
 
Análise energética – Eficiência do sistema
• Análise da eficiência de um sistema
– CHILLER – Eficiência Energética – kW/TR
75
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
14918/10/2017
Análise energética – Eficiência do sistema
• Análise da eficiência de um sistema
– Equipamentos auxiliares
• Bombas de água gelada
• Bombas de água de condensação
• Torres de Resfriamento
• Ventiladores
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15018/10/2017
Análise energética – Eficiência do sistema
• Análise da eficiência de um sistema
– Bombas
• Potência consumida é função da vazão, altura 
manométrica e rendimento total (eficiência do impelidor
e do motor elétrico) 
76
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15118/10/2017
Análise energética – Eficiência do sistema
• Análise da eficiência de um sistema
– Torres de resfriamento
• Potência elétrica consumida do 
ventilador é função da capacidade, 
das condições climáticas do local e 
do tipo de torre
• Além do consumo elétrico é
importante considerar o consumo 
de água por evaporação, arraste e 
purga
– Este consumo é função do calor 
rejeitado na torre, tipo de torre 
e condições climáticas. Valores 
típicos de consumo: 7 a 10 
litros / h / TR
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15218/10/2017
Análise energética – Eficiência do sistema
• Análise da eficiência de um sistema – eficiência da planta
– Análise simplificada
• Representação da eficiência de todos os equipamentos em função do 
consumo elétrico e da capacidade térmica em TR do sistema (kW / TR)
– Exemplo de sistema – 240 TR:
• Duas unidades resfriadoras de 120 TR com condensação a água (URA)
• Duas bombas de água gelada vazão constante (BAG)
• Duas bombas de água de condensação vazão constante (BAC)
• Duas torres de resfriamento (TRA)
Exemplo de Eficiência Global da Planta a plena carga 
Equipamento Capacidade total (TR) Potência total (kW) Eficiência (kW/TR) 
URA 2 x 120 = 240 2 x 96 = 192 0,80 
BAG 2 x 120 = 240 2 x 11 = 22 0,092 
BAC 2 x 120 = 240 2 x 7,5 = 15 0,063 
TRA 2 x 120 = 240 2 x 5,5 = 11 0,046 
Total 240 240 1,00 
 
77
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15318/10/2017
Análise energética – Eficiência do sistema
• Análise da eficiência de um sistema
– Eficiência da planta – carga parcial
• A eficiência global da planta varia em função do tipo de 
sistema e estratégia de operação e controle
• Exemplo carga parcial – 130 TR
Exemplo de Eficiência Global da Planta em carga parcial 
Equipamento Capacidade parcial 
(TR) 
Potência médiaparcial 
(kW) 
Eficiência média 
(kW/TR) 
URA 2 x 65 = 130 2 x 52 = 104 0,80 
BAG 2 x 65 = 130 2 x 11 = 22 0,169 
BAC 2 x 65 = 130 2 x 7,5 = 15 0,115 
TRA 2 x 65 = 130 2 x 5,5 = 11 (on-off) 
(on-55%, off-45%) 
0,046 
Total 130 147,0 1,13 
 
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15418/10/2017
Análise energética – Eficiência do sistema
• Eficiência global do sistema – estado da arte
78
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15518/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Tarifa de energia elétrica – Grupo A – Alta Tensão
– Tarifa Convencional
• Faturamento do consumo e demanda, sem diferenciar o 
horário do dia e o período do ano
– Tarifa horo-sazonal
• Faturamento de preços diferentes para demanda e 
consumo de energia de acordo com as horas do dia 
(ponta e fora de ponta) e com os períodos do ano (seco 
e úmido).
• Hora de ponta – 3 horas consecutivas entre 17:00 e 
22:00 hs, de segunda a sexta-feira, definidas pela 
concessionária.
• Período seco – 7 meses (maio a novembro)
• Período úmido – 5 meses (dezembro a abril)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15618/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Tarifa de energia elétrica – Tarifa horo-sazonal
– Tarifa verde
• Aplicação de um preço único de demanda, independente 
de horário e período, e preços diferenciados de 
consumo, de acordo com as horas do dia e do período 
do ano
– Tarifa azul
• Aplicação de preços diferenciados de demanda e 
consumo de energia elétrica para os horários de ponta e 
fora de ponta e para os períodos seco e úmido.
79
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15718/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Tarifa horo-sazonal – Light (sem ICMS, PIS, COFINS)
TARIFAS DE ALTA TENSÃO - ESTRUTURA HORO-SAZONAL VERDE 
Nível de tensão Demanda 
( R$ / kW ) 
Consumo ( R$ / MWh ) 
Ponta Fora de Ponta 
Seca Úmida Seca Úmida 
A4 (2,3 a 25 kV) 12,06 1.161,79 1.137,87 142,04 128,16 
AS (subterrâneo) 18,89 1.210,47 1.186,55 142,04 128,16 
 
TARIFAS DE ALTA TENSÃO - ESTRUTURA HORO-SAZONAL AZUL 
Nível de tensão Demanda 
( R$ / kW ) 
Consumo ( R$ / MWh ) 
Ponta Fora de Ponta 
Ponta Fora de 
Ponta 
Seca Úmida Seca Úmida 
A4 (2,3 kV a 25 kV) 39,86 13,81 236,21 212,29 142,04 130,16 
AS (subterrâneo) 44,09 20,61 236,21 212,29 142,04 130,16 
 
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15818/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Tarifa de gás natural
– Tarifa por faixas de consumo – Valores com impostos – CEG 
RJ
Tarifa de Gás Natural para Climatização (CEG) 
C
us
to
 d
o 
gá
s 
(im
po
st
os
 in
cl
us
os
) Faixa de consumo (m3/h) R$/m3 
0 - 200 2,7540 
201 - 5.000 1,7687 
5.001 - 20.000 1,6135 
20.001 - 70.000 1,4000 
70.001 - 120.000 1,3163 
 
80
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
15918/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Água
– Consumo nas torres de resfriamento de sistemas com 
condensação a água
– Tarifas variam de um local para outro
– Cobradas normalmente por faixas de consumo
– Cobrança adicional de tarifa de esgoto em função do 
consumo de água
– Obtenção da tarifa média: valor pago dividido pelo consumo
– Valores encontrados no Rio de Janeiro: R$ 15,00 a R$ 
30,00 / m3
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
16018/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Conceitos básicos
CUSTO DE 
ENERGIA ≠
EFICIÊNCIA 
ENERGÉTICA
R$ / kWh kW
81
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
16118/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Tecnologias para modificação do custo de energia (R$ / 
kWh)
– Termoacumulação
– Climatização com Gás Natural (Chiller de Absorção)
– Outras tecnologias (auto-geração na ponta, cogeração, ar 
condicionado solar)
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
16218/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Redução do consumo de energia (KW)
– Carga térmica
• Iluminação eficiente, redução de carga de vidros (brises, 
vidros de alta performance), isolamento térmico de coberturas, 
etc. 
– Equipamentos
• Utilização de equipamentos eficientes (Chiller, Bombas, Torre 
de Resfriamento, Motores Elétricos, Condicionadores de Ar, 
etc.) 
– Sistema
• Configuração do sistema, aplicação correta da tecnologia, 
otimização em relação à carga térmica e às condições de 
operação, dispositivos de controle, etc.
– Manutenção
• Manutenção preventiva para preservação da performance dos 
equipamentos e sistemas ao longo de toda vida útil, 
manutenção corretiva com técnica correta para revitalização 
da performance quando necessário
– Operação e Controle
– Automação Predial
82
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
16318/10/2017
Análise energética – Sistemas especiais
• Termoacumulação
– Deslocamento do consumo para fora do horário de ponta e 
redução da capacidade instalada através do 
armazenamento térmico
– A termoacumulação não reduz o consumo de energia (kWh) 
e sim o valor pago (R$)
– A análise energética de um sistema de termoacumulação
deve considerar a carga térmica hora a hora ao longo do 
dia, efetuando um balanço térmico e energético entre as 
formas de operação de carregamento e descarregamento 
do tanque de termoacumulação
– As tarifas de energia devem ser aplicadas para a demanda 
e consumo em cada período
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
16418/10/2017
Análise energética – Sistemas especiais
• Termoacumulação – Gráfico
83
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
16518/10/2017
Análise energética – Sistemas especiais
• Termoacumulação – Tecnologias
Água gelada Gelo
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
16618/10/2017
Análise energética – Custo da energia
• Análise simplificada
TR TR.h / dia
TR.h / dia TR.h / ano
(kW / TR) x TR.h kWh
kWh x Tarifa R$
84
©
W
ils
on
 T
ei
xe
ira
18/10/2017
Wilson Teixeira
wteixeira@mail.ru