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1 INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA ANÁLISE DE VIABILIDADE EM INSTALAÇÕES DE SISTEMA DE AR CONDICIONADO USANDO O CONTROLE ENTÁLPICO Charles Daniel da Paixão Marques chdanimarques@gmail.com Fernanda Christina Teotonio Dias Troysi Orientador Técnico Breno Augusto Ribeiro Aredes Coordenação do curso de Engenharia Mecânica Resumo – A conservação de energia recebe hoje em dia uma maior atenção devido à sua importância em termos sustentáveis, e o ar condicionado é uma das disciplinas em uma edificação que carece de grandes consumos. Diante disso, foi analisado a viabilidade econômica de uma instalação de expansão indireta usando o controle entálpico em um Call Center que funciona durante 8h/dia por mês, em um comparativo entre as cidades de Florianópolis e Fortaleza, a fim de avaliar onde será viável economicamente. Uma análise de consumo entre Janeiro de 2014 a Dezembro de 2017 foi feita, encima de um projeto de ar condicionado e automação. A viabilidade se mostrou eficiente e eficaz somente em Florianópolis, devido às grandes diferenças de consumo nos meses predominantemente frios. Palavras chave – Controle entálpico, temperatura, umidade absoluta e relativa, ar condicionado. 1. Introdução No cenário atual, a necessidade pela conservação de energia tem recebido maior atenção no campo das pesquisas científicas e tecnológicas. Associado a esse fato, discussões acerca dos impactos ambientais causados pelo crescimento desenfreado das populações se tornaram mais constantes. Assim, diversas pesquisas nas mais variadas áreas das ciências têm sido desenvolvidas com o intuito de buscar tecnologias que aumentem a eficiência dos sistemas atuais e diminuam os impactos ambientais causados (VALVERDE; PIMENTA, 2014). Uma das principais preocupações do país é a questão energética. O crescimento industrial e demográfico exige cada vez mais dos recursos de energia. O Brasil vem fazendo constantemente programas de racionalização para diminuir a demanda. De acordo com dados da Agência Nacional de Energia Elétrica a potência demandada por instalações de ar condicionado e refrigeração é da ordem de 14.000 MW, representando 11,8% da capacidade instalada no país (ANEEL, 2012 apud VALVERDE; PIMENTA, 2014). Dessa forma, soluções mais eficientes também são necessárias nos diversos sistemas de engenharia, de maneira a manter as mesmas funções e exceder a eficiência exigida por sistemas anteriores. Esse é caso em 2 sistemas de Aquecimento, Ventilação, Ar Condicionado (AVAC), que são sistemas requeridos para prover conforto térmico e qualidade do ar interno em edifícios ou escritórios, com razoáveis custos de instalação, manutenção e operação (VALVERDE; PIMENTA, 2014). Na Figura 1, mostra o consumo do ar condicionado em comparação ao consumo total de todos os eletrodomésticos. Figura 1: Consumo do ar condicionado em edificações Fonte: Adaptado de Light, 2012 apud UOL, 2012 O alto custo energético da utilização desse sistema é um problema em grandes empreendimentos. No início, havia só a busca por maior eficiência ao menor custo de instalação. Mas com o tempo devido à sucessivas crises no fornecimento de energia elétrica, otimizar o seu consumo passou, então, a ser o fator obrigatório para o desenvolvimento de um projeto. 1.1 Objetivo Geral Analisar a melhor situação que viabilize a instalação do sistema que proporciona o controle entálpico. 1.2 Objetivos Específicos maquina de lavar; 2% bomba dagua; 6 lampadas; computador, impressora e estabilizador; ar condicionado; 45% geladeria economica; TV; 5% chuveiro; 26% ferro eletrico; 5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 3 Escolha das cidades e edificação a serem estudadas; Definir parâmetros de cálculo; Coleta de dados climáticos; Cálculo da Carga Térmica Seleção dos equipamentos; Elaboração do projeto executivo de ar condicionado; Elaboração do projeto executivo de automação; Avaliação do consumo de energia; 2. Referencial Teórico 2.1 Carta Psicométrica A fim da obtenção de estudos que envolvem ar seco e vapor d’água, houve a necessidade de criar um ábaco para facilitar e catalogar as grandezas para aplicações de cálculos que os envolvam, assim temos a carta psicométrica. Ela é essencial no estudo de processos onde ocorrem transferência de calor e de massa simultâneos entre o ar e uma superfície molhada e também inter-relaciona inúmeras grandezas da mistura de ar e de vapor de água de grande aplicação em cálculo de refrigeração e ar condicionado (TROYSI, 2017). Na Figura 2 mostra os fatores a serem considerados na carta, as linhas de temperatura de bulbo seco e bulbo úmido, a linha de saturação, umidade absoluta, entalpia e volume específico. 4 Figura 2: Linhas da Carta Psicométrica Fonte: Adaptado de TROYSI, 2017 2.2 Expansão indireta Em instalações de ar condicionado que utilizam o sistema de expansão indireta (água gelada), há a transferência de calor em mais de um meio antes de chegar a transferir o calor contido no meio que se deseja resfriar, no caso o ar do ambiente. Através da instalação de resfriadores de líquidos chamados de chillers, é efetuado o resfriamento da água que circula no interior das tubulações hidráulicas. Bombas primárias e secundárias são responsáveis pela pressurização do fluído, no caso analisado a água, e que por sua vez alimentam as unidades de tratamento do ar dos ambientes, chamados de FanCoils. Esse conjunto de equipamentos se dá o nome de CAG, que significa Central de água gelada (Adaptado de DIAMONT, 2014). Na Figura 3 tem-se uma CAG. 5 Figura 3: Central de água gelada Fonte: Guimarães, 2017 Os Fancoils são responsáveis por promover o arrefecimento dos ambientes, através da transferência de calor contido no ar do ambiente para a água que circula no interior da serpentina (trocador de calor) do equipamento. Geralmente é composto por três módulos: módulo equalizador (caixa de mistura), módulo trocador (serpentina) e módulo ventilador. No módulo equalizador é feita a mistura do ar externo com o ar de retorno, esse oriundo do ambiente climatizado. No módulo trocador, tem em seu interior uma serpentina de cobre ou alumínio onde circula água gelada, geralmente a 5 °C. É instalado uma válvula de controle 2 vias periférica à tubulação conectada à serpentina, nela é controlada a vazão que escoa na serpentina, de acordo com os dados de entrada recebidos da automação. No módulo ventilador tem-se os ventiladores providos de motores e correias, que tem a função de captar o ar do ambiente, através de um diferencial de pressão negativo, passar o mesmo por filtros e após pela serpentina onde será refrigerado e devolvido ao ambiente através de insuflamentos, esses feitos por dutos ou a pleno. Na figura 4 tem-se um FanCoil instalado e seus respectivos módulos representados: A: Módulo trocador; B: Módulo equalizador; C: Módulo ventilador. 6 Figura 4: FanCoil modular instalado. Fonte: Catálogo TROX, CENPES RJ, 2003 2.3 Controle Entálpico 2.3.1 Modulação dos dampers Obter uma economia de energia no resfriamento do ar através do controle no acionamento de dampers deve-se a variação na geração de trabalho, que leva em consideração diversos fatores. Entre eles, variações médias de temperatura interna e externa e umidade do ar, análise de sensores que realizam a medição da umidade relativa e temperatura do ar externo e de retorno. A integração das variações apresentadas permite a otimização do processo em relação à variação de consumo deenergia no resfriamento de líquidos (chiller), das eletrobombas de recirculação de água, e dos fancoils. Através de variadores de frequência instalados nos mesmos, modula-se o trabalho, logo o consumo de energia gasto pelo processo, através da verificação da entalpia e temperatura do ar exterior. Essa análise é realizada em sistema de refrigeração com ciclo entálpico, pois se verifica a entalpia do ar exterior modulando-se a condição de trabalho do sistema. Se o ar exterior estiver com entalpia e temperatura de bulbo seco baixas (períodos de inverno) o trabalho e consumo de energia gastos pelo compressor do chiller, vazão das eletrobombas, e vazão de água da serpentina dos fancoils, a necessidade de resfriamento desse ar pode ser menor. 7 Os controles entálpicos ou ciclos economizadores, são caracterizados pela modulação da tomada de ar exterior por meio de registros motorizados (dampers) que irão ser acionados segundo limites de condições climáticas, controle do sistema e ambiente. Figura 5 mostra um damper de regulagem motorizado junto com o periférico do atuador da automação, responsável pelo acionamento. Figura 5: Damper de regulagem de vazão. Fonte: Adaptado de Catálogo TROX, 2013 Os dampers são acionados e tornam-se responsáveis pelo funcionamento efetivo do ciclo, através da definição dos parâmetros listados a seguir, que são analisados e viram dados de entrada nos processos de automação (INATOMI; LEITE, 2008): Temperaturas de bulbo seco do ar exterior máxima e mínima: Quando a temperatura de bulbo seco do ar exterior estiver entre a mínima e a máxima estabelecidas, a utilização de maior vazão de ar exterior será permitida; Entalpia do ar exterior: Se a umidade absoluta do ar exterior estiver superior à estabelecida, a vazão do ar exterior será limitada ao valor mínimo estabelecido; Entalpia do ar de retorno: Se a entalpia do ar de retorno estiver menor que a entalpia do ar exterior, a vazão do ar exterior será limitada ao valor mínimo estabelecido; Temperatura do ar de retorno: Se a temperatura do ar de retorno estiver menor que a temperatura do ar exterior, a vazão do ar exterior será limitada ao valor mínimo estabelecido. 8 Com a atuação destes controles, a vazão de ar exterior é modulada de maneira que as condições do ar no módulo equalizador do ar exterior permitam que o sistema de condicionamento do ar atinja o conforto térmico no ambiente. 2.3.2 Sistema de automação dos dampers O sistema de automação voltada para o ar condicionado tem como objetivo principal o controle dos multi processos existentes, além da busca constante por atingir uma melhor eficiência energética ao maximizar as variáveis de temperatura, pressão, entre outros, em conjunto com a instrumentação e o funcionamento dos diversos motores utilizados. O Sistema de automação, se consiste em: • Computador; • Software de Gerenciamento do ar Condicionado / Insumos; • Controladoras / Sub Controladoras; • Periféricos e Pontos E/S dos equipamentos a serem automatizados; • Rede de comunicação; O sistema monitora os valores recebidos pelos periféricos instalados, comparando com os set points pré-estabelecidos, a fim de verificar o total rendimento do equipamento de HVAC. São monitoradas as temperaturas de retorno, insuflamento e do ambiente externo, através de sensores que enviam a informação a uma controladora e a mesma atua nos motores atuadores de válvulas de controle do tipo duas vias, instaladas nas tubulações de água gelada dos fancoils. A umidade absoluta é monitorada através do sensor instalado no duto de insuflação e retorno. Os ventiladores de exaustão são comandados através de contato seco, além de status através de contatores e defeito a partir de relé de sobre carga, localizados nos respectivos quadros elétricos. A Central de Água Gelada é monitorada e controlada pelo sistema de automação, buscando sempre propiciar e garantir a eficiência no gerenciamento e energética. Os chillers são ligados e desligados por programação horária. Antes da partida de cada chiller deve ser ligada uma bomba primária BAGP. Essas bombas só poderão ser desligadas após a parada total do chiller correspondente. Os chillers devem ser ligados de forma escalonada conforme a necessidade, ou seja, em cargas parciais. 9 As bombas secundárias BAGS tem um controle próprio através do painel PSPC que fornece um ponto serial Bacnet para integração com o sistema de automação. A carga térmica (medida em TR) instantânea do sistema secundário é calculada através de sensores de temperatura na alimentação e retorno de água gelada e de sensor de vazão do circuito secundário. O monitoramento dos parâmetros dos chillers é realizado através de comunicação serial Bacnet MS/TP. No Apêndice 1 tem-se o fluxograma de controle do processo de automação. Para os ambientes em questão o controle de temperatura é feito diante das seguintes condições: 10 Sempre que a temperatura e umidade absoluta do ambiente externo forem maiores as do ar de retorno o damper (A1) permanece fechado, porém o atuador do damper (A2) é acionado, fazendo com que o mesmo abra, em seguida a válvula de controle 2 vias, é modulada de forma a atender o set point de temperatura ambiente predefinido. Dessa maneira o ar de retorno é direcionado para dentro do módulo equalizador do Fancoil, de acordo com a Figura 6. Figura 6: Fluxograma do ciclo entálpico - Retorno. BAGS BAGP FIXA ‐ 70% 70% CHILLER FANCOIL CASA DE MÁQUINAS A1 A2 A1 VENTILADOR DE RETORNO AMBIENTE CLIMATIZADO V2V ST ST ST ST VF VF 70% Fonte: Próprio autor, 2018 11 Sempre que a temperatura e umidade absoluta do ambiente forem menores que as mesmas do ar de retorno, o damper (A2) permanece fechado, porém o atuador do damper (A1) é acionado fazendo com que o mesmo abra, em seguida a válvula de água gelada, é modulada de forma a atender o set point de temperatura ambiente predefinido. Dessa maneira o ar de retorno é expurgado da casa de máquinas e o Fancoil estará com 100% ar externo, de acordo com a Figura 7. Figura 7: Fluxograma do ciclo entálpico – 100% ar externo. BAGS BAGP FIXA ‐ 70% FIXA ‐ 30% 70% CHILLER FANCOIL CASA DE MÁQUINAS A1 A2 A1 VENTILADOR DE RETORNO AMBIENTE CLIMATIZADO V2V ST ST ST ST VF VF Fonte: Próprio autor, 2018 12 3. Metodologia A apresentação da estrutura da metodologia realizada pode ser vista na Figura 7. Figura 7: Fluxograma metodológico. EDIFICAÇÃO E PARÂMETROS DE CÁLCULO COLETA DE DADOS CLIMÁTICOS CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA PROJETO DE AR CONDICIONADO PROJETO DE AUTOMAÇÃO SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS SET POINT E CONSUMO Fonte: Próprio autor, 2018 3.1 Edificação e parâmetros de cálculo A edificação a ser estudada é um Call Center com 3° pavimentos e 01 cobertura de 1300 m² cada. A planta de pavimento típico 1°, 2° e 3° estão dividos nos Apêndices 1, 2 e 3. Após definidos a planta arquitetônica, locais de instalação, e o sistema de ar condicionado por expansão indireta, foram realizado os cálculos de estimativa de carga térmica com cada parâmetro definido segundo norma NBR 16401 Parte 1, 2 e 3 (ABNT, 2008). Seguem abaixo: • Local “Call Center”: FP (Fator pessoas) de 5,7 e FA (Fator área ocupada) 0,9, ambos no nível 3 (Anexo 1) • Local “Escritórios e Bancos”: Taxa de iluminação: 16 W/m²; (Anexo 2) • Fração da variação média da temperatura ∆Tmd: Para estipularum perfil teórico da variação média das temperaturas ao longo do dia. Florianópolis: 6,7°C (Anexo 3); Fortaleza: 5,9°C (Anexo 4); 13 Outros parâmetros foram definidos sem o auxílio de normas e ou memoriais descritivos: • Vidro com persianas internas e cortinas claras: 5,52 kcal/(h.m².°C); • Telhado com o coeficiente global de transferência de calor de 1,38 kcal/(h.m².°C); • Parede interna: 1,70 kcal/(h.m².°C); • Parede externa: 1,38 kcal/(h.m².°C); • ∆T de projeto: É o diferencial de temperatura do fluido no sistema, no caso a água: ∆T de 5,5°C, logo a entrada da água nos Fancoils será de 6,5°C e sua de 12°C. 3.2 Dados climáticos A coleta dos dados climáticos foi através do Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP, 2018). Foi coletado as média de temperatura de bulbo seco máxima, e Umidade Relativa de cada dia de Janeiro de 2014 até Dezembro de 2017. Logo após foi feito uma média para cada mês do ano. E os dados restantes de temperatura de bulbo úmido, umidade absoluta e volume específico foi determinado usando os dados coletados com a carta psicométrica, mostrada na Figura 2. Usando o software Excel, os dados compilados de Florianópolis e Fortaleza estão apresentado no Apêndice 4. Assim, com dados climáticos e parâmetros definidos, foi efetuado o cálculo de estimativa de carga térmica para cada cidade. 3.3 Seleção dos equipamentos Após feitos os cálculos, foram selecionados os equipamentos de ar condicionados (chiller, Fancoils, bombas e ventiladores) fixado nas condições de verão (Apêndice 5). 3.4 Projeto executivo de ar condicionado Posteriormente foi feito o projeto executivo de ar condicionado. Ficou definido que cada pavimento teriam 03 casas de máquinas onde ficariam instalados os Fancoils, os dampers automatizados e os ventiladores que fariam o retorno do ar do ambiente e que cada casa teriam: • 02 Fancoils, trabalhando em paralelo, com 01 válvula de controle 2 vias 14 cada; • 02 ventiladores de retorno trabalhando em paralelo; • 03 dampers que fariam a modulação de ar; Totalizando uma edificação com 18 Fancoils, 18 ventiladores e 54 dampers automatizados. No Apêndice 6 apresenta um desenho do layout de uma casa de máquinas típico. Na cobertura serão 03 chillers com condensação a ar, e fator de adversidade de 80%, trabalhando em paralelo com 03 bombas primárias e 04 bombas secundárias, sendo estas últimas instaladas com variadores de frequência a fim de modular o consumo de acordo com a demanda de parâmetros de entrada da automação. O mesmo vale para os chillers, que estão com variadores de frequência integrados ao seu compressor. 3.5 Projeto executivo de automação Com base no projeto executivo de ar condicionado, foi feito o projeto da automação. E através dele, foi gerado o custo geral dessa instalação, levando em consideração os equipamentos da Central de água Gelada, atuadores das válvulas de controle 2 vias, sensores de temperatura e umidade, cabos de alimentação e infraestrutura, mão- de-obra e demais equipamentos. No projeto de automação é definido o set point da automação, ou seja, a partir de valores abaixo desse ponto, em que é analisado pelos sensores da automação, aconteceria o acionamento dos dampers e assim e controle entálpico. Ele foi definido com base nas condições teóricas que estariam o ar retornando para a casa de máquinas em cada cidade: Florianópolis: Temperatura de bulbo seco: 27,01°C Umidade absoluta 14,5 g/kg de ar seco Fortaleza: Temperatura de bulbo seco: 32°C Umidade absoluta 22,7 g/kg de ar seco 15 3.6 Consumo de energia Depois das estimativas calculadas, foi verificado o consumo para cada situação. A análise aconteceu levando em conta que o Call Center irá operar por 8h/dia e em 22 dias no mês. A economia de energia teórica acontece a partir da validação da temperatura de bulbo seco e umidade absoluta juntas. Com isso, a válvula de controle 2 vias iria mandar um sinal para os chillers e bombas secundárias, modulando seus funcionamentos e assim seu consumo. Variando a frequência desses equipamentos, de acordo com a demanda e de acordo com a variação média horária da temperatura, espera-se uma economia de energia elétrica em conjunto com o conforto térmico esperado do ar condicionado. O valor da bandeira do consumo de energia elétrica é de acordo com a distribuidora local. Para Florianópolis, a CELESC e Fortaleza a ENEL-CE. Abaixo tem-se os valores que serão utilizados com base de cálculo para cada kW consumido. (ENEL DISTRIBUIÇÃO, 2018 e CELESC, 2018): Florianópolis: 0,45985 R$/kW, B3 Demais classes, Bandeira Verde; Fortaleza: 0,55962 R$/kW, B3 Demais classes, Bandeira Verde; 4. Resultados e Discussão Após realizados os cálculos, verificou-se os seguintes resultados: 4.1 Cálculos de carga térmica As tabelas 1 e 2, mostra a carga térmica média para os meses analisados para cada cidade: 16 Tabela 1: Carga térmica média mensal de Florianópolis. mês carga térmica mês carga térmica mês carga térmica jan/14 795 TR mai/15 524 TR set/16 464 TR fev/14 780 TR jun/15 497 TR out/16 522 TR mar/14 705 TR jul/15 454 TR nov/16 560 TR abr/14 608 TR ago/15 538 TR dez/16 680 TR mai/14 510 TR set/15 495 TR jan/17 776 TR jun/14 455 TR out/15 501 TR fev/17 773 TR jul/14 435 TR nov/15 565 TR mar/17 693 TR ago/14 460 TR dez/15 701 TR abr/17 589 TR set/14 502 TR jan/16 718 TR mai/17 537 TR out/14 558 TR fev/16 756 TR jun/17 498 TR nov/14 608 TR mar/16 694 TR jul/17 483 TR dez/14 706 TR abr/16 584 TR ago/17 470 TR jan/15 791 TR mai/16 457 TR set/17 536 TR fev/15 754 TR jun/16 349 TR out/17 554 TR mar/15 680 TR jul/16 399 TR nov/17 561 TR abr/15 602 TR ago/16 450 TR dez/17 649 TR Fonte: Próprio autor, 2018 Tabela 2: Carga térmica média mensal de Fortaleza. mês carga térmica mês carga térmica mês carga térmica jan/14 787 TR mai/15 826 TR set/16 775 TR fev/14 798 TR jun/15 788 TR out/16 814 TR mar/14 811 TR jul/15 795 TR nov/16 827 TR abr/14 824 TR ago/15 736 TR dez/16 830 TR mai/14 814 TR set/15 757 TR jan/17 804 TR jun/14 792 TR out/15 770 TR fev/17 813 TR jul/14 772 TR nov/15 816 TR mar/17 809 TR ago/14 760 TR dez/15 816 TR abr/17 824 TR set/14 777 TR jan/16 824 TR mai/17 827 TR out/14 784 TR fev/16 824 TR jun/17 805 TR nov/14 793 TR mar/16 854 TR jul/17 789 TR dez/14 789 TR abr/16 826 TR ago/17 772 TR jan/15 787 TR mai/16 818 TR set/17 775 TR fev/15 814 TR jun/16 802 TR out/17 788 TR mar/15 807 TR jul/16 800 TR nov/17 778 TR abr/15 825 TR ago/16 769 TR dez/17 807 TR Fonte: Próprio autor, 2018 17 Observa-se valores maiores para Fortaleza, cidade predominantemente com histórico de temperaturas mais elevadas. 4.2 Cálculos de consumo As tabelas 3 e 4, mostra o consumo mensal, média calculado em função da variação média horária da temperatura para cada cidade: Tabela 3: Consumo mensal Florianópolis. mês consumo mês consumo mês consumo jan/14 267231,0 kW mai/15 191035,8 kW set/16 172548,1 kW fev/14 263158,9 kW jun/15 182813,3 kW out/16 190382,6 kW mar/14 241924,1 kW jul/15 169300,9 kW nov/16 201718,7 kW abr/14 214755,8 kW ago/15 194995,2 kW dez/16 235115,0 kW mai/14 186693,2 kW set/15 182152,7 kW jan/17 261901,1 kW jun/14 169743,5 kW out/15 184044,2 kW fev/17 261021,9 kW jul/14 163513,2 kW nov/15 202566,4 kW mar/17 238672,8 kW ago/14 171267,3 kW dez/15 241086,4 kW abr/17 209649,4 kW set/14 184170,8 kW jan/16 245712,6 kW mai/17 194719,5 kWout/14 200645,2 kW fev/16 256538,8 kW jun/17 183050,0 kW nov/14 214816,8 kW mar/16 238908,0 kW jul/17 178169,4 kW dez/14 242199,8 kW abr/16 207964,1 kW ago/17 174147,3 kW jan/15 266192,1 kW mai/16 170135,6 kW set/17 194442,8 kW fev/15 255758,0 kW jun/16 137216,5 kW out/17 199547,7 kW mar/15 234865,0 kW jul/16 149585,3 kW nov/17 201786,6 kW abr/15 213116,2 kW ago/16 168190,8 kW dez/17 226200,5 kW Fonte: Próprio autor, 2018 18 Tabela 4: Consumo mensal Fortaleza. mês consumo mês consumo mês consumo jan/14 261976,4 kW mai/15 243429,9 kW set/16 258401,3 kW fev/14 265010,3 kW jun/15 262211,8 kW out/16 254845,3 kW mar/14 254003,3 kW jul/15 264272,6 kW nov/16 243447,2 kW abr/14 250255,0 kW ago/15 247537,8 kW dez/16 244372,7 kW mai/14 254648,1 kW set/15 253266,2 kW jan/17 266674,5 kW jun/14 263380,2 kW out/15 257209,6 kW fev/17 254657,6 kW jul/14 257752,2 kW nov/15 255451,8 kW mar/17 267860,3 kW ago/14 254384,7 kW dez/15 255478,4 kW abr/17 250251,7 kW set/14 259283,8 kW jan/16 242799,0 kW mai/17 243620,2 kW out/14 261176,5 kW fev/16 242851,7 kW jun/17 267105,1 kW nov/14 263673,6 kW mar/16 243075,0 kW jul/17 262386,0 kW dez/14 262360,6 kW abr/16 243323,5 kW ago/17 257753,1 kW jan/15 261853,8 kW mai/16 256018,4 kW set/17 258436,5 kW fev/15 254933,0 kW jun/16 266228,1 kW out/17 262138,4 kW mar/15 267508,9 kW jul/16 265673,7 kW nov/17 259301,4 kW abr/15 250287,7 kW ago/16 256812,1 kW dez/17 260113,4 kW Fonte: Próprio autor, 2018 4.3 Acionamento dos dampers Com base no set point definido pela automação, foi avaliado o mês em que os dampers irão acionar e assim, ocorrer o controle entálpico. Na tabela 5 o acionamento dos dampers para Florianópolis e na tabela 6 para Fortaleza. 19 Tabela 5: Acionamento dos dampers Florianópolis. DATA Temperatura de bulbo seco [°C] Umidade Absoluta [g/Kg] STATUS jun/14 21,88 13,9 DAMPER ON jul/14 21,72 13,15 DAMPER ON ago/14 23,00 13,45 DAMPER ON jul/15 21,88 13,84 DAMPER ON mai/16 22,26 13,73 DAMPER ON jun/16 18,97 11,15 DAMPER ON jul/16 20,72 12,24 DAMPER ON ago/16 22,39 13,39 DAMPER ON set/16 23,40 13,39 DAMPER ON jul/17 23,33 14,19 DAMPER ON ago/17 23,19 13,73 DAMPER ON Fonte: Próprio autor, 2018 Tabela 6: Acionamento dos dampers Fortaleza. DATA Temperatura de bulbo seco [°C] Umidade Absoluta [g/Kg] STATUS jan/14 31,47 22,27 DAMPER ON jun/14 31,23 22,62 DAMPER ON jul/14 31,17 21,82 DAMPER ON ago/14 31,56 21,09 DAMPER ON set/14 31,64 21,77 DAMPER ON nov/14 31,88 22,28 DAMPER ON dez/14 31,77 22,15 DAMPER ON jan/15 31,49 22,24 DAMPER ON jun/15 30,97 22,6 DAMPER ON ago/15 30,99 20,41 DAMPER ON set/15 31,16 21,16 DAMPER ON out/15 31,83 21,35 DAMPER ON jul/16 31,79 22,63 DAMPER ON ago/16 31,73 21,35 DAMPER ON set/16 31,74 21,58 DAMPER ON jul/17 31,59 22,26 DAMPER ON ago/17 31,56 21,59 DAMPER ON nov/17 31,78 21,69 DAMPER ON Fonte: Próprio autor, 2018 Percebe-se que em Fortaleza os dampers abririam mais vezes que em Florianópolis. 20 4.4 Valor da economia em relação ao custo da automação De acordo com o valor de economia a cada acionamento do dampers e a cada consumo calculado em cada período do ano, o valor de custo da instalação da automação foi avaliado no total de economia gerada. O valor da instalação da automação foi de R$ 250.887,95, como é demostrado no Apêndice 7. A soma da economia gerada somente em cada situação de abertura dos dampers, é diluída no custo total da automação, e assim tem-se o valor de viabilidade da relação ao custo gerado pelo economizado. No Gráfico 1 tem-se a economia do custo de energia elétrica gerada e somada, nos meses onde houve o acionamento dos dampers, para Florianópolis e no Gráfico 2 para Fortaleza. Gráfico 1: Somatório da economia de energia elétrica gerada em Florianópolis. Fonte: Próprio autor, 2018 R$ 0,00 R$ 50.000,00 R$ 100.000,00 R$ 150.000,00 R$ 200.000,00 R$ 250.000,00 R$ 300.000,00 R$ 350.000,00 R$ 400.000,00 R$ 450.000,00 21 Gráfico 2: Somatório da economia de energia elétrica gerada em Fortaleza. Fonte: Próprio autor, 2018 Percebe-se que o valor de economia somado em Florianópolis chega no valor do custo de instalação da automação no 29° mês após iniciado a avaliação de economia, já em Fortaleza o valor somado não chega ao custo de instalação em 48 meses. 4.5 Relação do consumo mensal O Gráfico 3 serve de análise da relação do consumo de energia elétrica mensal do sistema de ar condicionado, em expansão indireta usando o controle entálpico, das cidades analisados neste trabalho. R$ 0,00 R$ 10.000,00 R$ 20.000,00 R$ 30.000,00 R$ 40.000,00 R$ 50.000,00 R$ 60.000,00 R$ 70.000,00 R$ 80.000,00 R$ 90.000,00 R$ 100.000,00 ja n/ 14 m ar /1 4 m ai /1 4 ju l/1 4 se t/ 14 no v/ 14 ja n/ 15 m ar /1 5 m ai /1 5 ju l/1 5 se t/ 15 no v/ 15 ja n/ 16 m ar /1 6 m ai /1 6 ju l/1 6 se t/ 16 no v/ 16 ja n/ 17 m ar /1 7 m ai /1 7 ju l/1 7 se t/ 17 no v/ 17 22 Gráfico 3: Acionamento dos dampers Fortaleza. Fonte: Próprio autor, 2018 Percebe-se que a diferença entre a altura dos picos e valores de energia em Florianópolis é maior do que em Fortaleza. 5. Conclusão De acordo com os cálculos feitos e os resultados analisados que o controle entálpico se mostrou eficaz, no quesito economia de energia nas regiões analisadas, porém a viabilidade dele só se faz presente em Florianópolis. De acordo com a bandeira verde analisada pela CELESC, com o valor de 0,45985 R$/kW o sistema da automação do controle entálpico é pago em 29 meses a partir do início do consumo. Isso é devido a maior diferença no consumo de energia em meses predominantemente frios, ou no inverno. Em Fortaleza é diferente. Avaliando a bandeira verde analisada pela ENEL-CE com o valor de 0,55962 R$/kW, a economia gerada e somada não faz jus ao investimento da automação nos 48 meses avaliados, chegando apenas à 35% do valor investido no controle entálpico. Com números maiores no valor da energia elétrica e no acionamento dos dampers, esperava-se a viabilidade econômica. Porém, é observado que a causa da inviabilidade seja a pequena variação de economia de energia nos meses mais frios, se comparado à Florianópolis, de acordo com o Gráfico 3. A 0,0 kW 50000,0 kW 100000,0 kW 150000,0 kW 200000,0 kW 250000,0 kW 300000,0 kW ja n/ 14 ab r/ 14 ju l/1 4 ou t/ 14 ja n/ 15 ab r/ 15 ju l/1 5 ou t/ 15 ja n/ 16 ab r/ 16 ju l/1 6 ou t/ 16 ja n/ 17 ab r/ 17 ju l/1 7 ou t/ 17 CO N SU M O M EN SA L MESES DO ANO RELAÇÃO DO CONSUMO MENSAL FLORIANÓPOLIS FORTALEZA 23 umidade absoluta, predominantemente alta na região, dificulta no resfriamento e condicionado do ar. 6. Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16401 - PARTE 1 E 3: Instalação de Ar condicionado - Sistemas Centrais e Unitários. 1° edição ed. Rio de Janeiro: ABNT, 2008. 60 p. CATALOGO TROX: Produtos e serviços, CENPES RJ. Rio de Janeiro: -, 2013. CELESC (Santa Catarina). Celesc Distribuição. Tarifas. 2018. Disponível em: <http://www.celesc.com.br/portal/index.php/duvidas-mais-frequentes/1140- tarifa>. Acessoem: 16 de junho de 2018. DIAMONT (Curitiba). Suporte Técnico Diamont. Sistemas de refrigeração: Expansão direta vs. expansão indireta: Expansão indireta. 2014. Disponível em: <http://diamont.com.br/sistemas-de-refrigeracao-expansao-direta-vs- expansao-indireta/>. Acesso em: 19 jun. 2018. ENEL DISTRIBUIÇÃO (Ceará). Enel Spa (Org.). Tarifas, taxas e impostos. 2018. Disponível em: <https://www.eneldistribuicao.com.br/ce/TaxasETarifas.aspx>. Acesso em: 16 jul. 2018. GUIMARÃES, André L. Centrais de Água Gelada BM&F. 2017. Disponível em: <http://www.alguimaraes.com.br/trabalhos---central-de-refrigeracao- bmf.html#.Wf9AMdWnHIU>. Acesso em: 01 nov. 2017. INATOMI, Thais Aya Hassan; LEITE, Brenda Chaves Coelho. Analise da eficiencia energética do sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso em ambiente de escritório, na cidade de São Paulo, utilizando o modelo computacional. 2008. 15 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Departamento de Engenharia de Construção Civil, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008. Disponível em: 24 <http://www.pcc.usp.br/files/text/publications/BT_00511.pdf>. Acesso em: 19 jun. 2018. METEOROLOGIA, Instituto Nacional de (Org.). Dados Históricos. 2018. Elaborado por BDMEP. Disponível em: <http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=bdmep/bdmep>. Acesso em: 22 mar. 2018. TROYSI, Fernanda. Refrigeração e conforto ambiental: Aula 4. Belo Horizonte: Una, 2017. UOL (Ed.). Ar-condicionado pode aumentar em 166% gasto de energia nos domicílios do Rio, estima Light... - Veja mais em https://noticias.uol.com.br/cotidiano/ultimas-noticias/2012/12/28/ar- condicionado-no-verao-carioca-pode-aumentar-consumo-domiciliar-de- energia-em-mais-de-40.htm?cmpid=copiaecola. 2012. Disponível em: <https://noticias.uol.com.br/cotidiano/ultimas-noticias/2012/12/28/ar- condicionado-no-verao-carioca-pode-aumentar-consumo-domiciliar-de- energia-em-mais-de-40.htm>. Acesso em: 01 nov. 2012. VALVERDE, Matheus Sodré; PIMENTA, João. TECNOLOGIAS DE RECUPERAÇÃO DE ENERGIA AR-AR: APLICADAS EM SISTEMAS DE AR CONDICIONADO E VENTILA-ÇÃO. 2014. 8 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Mecânica, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Brasília, Brasília, 2014. Disponível em: <https://pt.scribd.com/document/253525828/Sistemas-com-vazao-de-ar-de- renovacao-variavel-e-recuperacao-termica>. Acesso em: 19 jun. 2018 25 ANEXO 1 26 ANEXO 2 27 ANEXO 3 ANEXO 4 28 APÊNDICE 1 141 29 APÊNDICE 1 APÊNDICE 2 30 APÊNDICE 3 31 APÊNDICE 4 FLORIANÓPOLIS mês Temperatura máxima °C Umidade relativa média % mês Temperatura máxima °C Umidade relativa média % jan-14 30,9 78,5 jan-16 29,9 75,9 fev-14 31,2 76,9 fev-16 30,2 79,7 mar-14 29,1 79,0 mar-16 29,1 77,5 abr-14 26,7 79,7 abr-16 28,8 80,1 mai-14 24,0 79,3 mai-16 22,3 81,5 jun-14 21,9 84,4 jun-16 19,0 81,4 jul-14 21,7 80,7 jul-16 20,7 80,0 ago-14 23,0 76,3 ago-16 22,4 78,9 set-14 23,5 81,8 set-16 23,4 74,2 out-14 26,0 74,6 out-16 24,2 78,8 nov-14 27,2 74,1 nov-16 26,4 72,3 dez-14 28,9 79,0 dez-16 28,6 78,7 jan-15 31,7 76,2 jan-17 31,0 77,1 fev-15 30,2 79,3 fev-17 31,1 76,3 mar-15 28,7 77,8 mar-17 29,0 78,0 abr-15 26,6 79,2 abr-17 26,2 79,6 mai-15 24,0 82,3 mai-17 24,3 83,1 jun-15 23,8 78,3 jun-17 23,6 80,5 jul-15 21,9 84,1 jul-17 23,3 78,8 ago-15 24,6 80,6 ago-17 23,2 77,0 set-15 23,3 81,8 set-17 24,6 80,2 out-15 23,0 85,7 out-17 25,6 77,0 nov-15 25,3 81,1 nov-17 26,4 72,7 dez-15 28,5 82,5 dez-17 28,1 76,8 32 FORTALEZA mês Temperatura máxima °C Umidade relativa média % mês Temperatura máxima °C Umidade relativa média % jan-14 31,5 77,3 jan-16 31,22 82,51 fev-14 31,0 80,2 fev-16 31,27 82,20 mar-14 31,2 81,1 mar-16 32,15 80,60 abr-14 30,9 84,6 abr-16 31,18 83,05 mai-14 30,8 84,0 mai-16 31,41 80,54 jun-14 31,2 78,1 jun-16 31,76 76,12 jul-14 31,2 75,7 jul-16 31,79 75,66 ago-14 31,6 71,6 ago-16 31,73 71,77 set-14 31,6 73,5 set-16 31,74 72,47 out-14 32,2 71,4 out-16 32,45 73,48 nov-14 31,9 74,1 nov-16 32,59 74,25 dez-14 31,8 74,2 dez-16 32,37 76,05 jan-15 31,5 76,3 jan-17 31,33 79,06 fev-15 31,5 79,2 fev-17 31,13 81,67 mar-15 30,7 83,4 mar-17 30,31 86,50 abr-15 30,9 85,0 abr-17 30,85 85,03 mai-15 31,7 79,4 mai-17 31,37 81,97 jun-15 31,0 79,2 jun-17 31,54 77,93 jul-15 30,4 82,9 jul-17 31,59 75,30 ago-15 31,0 71,6 ago-17 31,56 73,25 set-15 31,2 73,5 set-17 32,02 70,82 out-15 31,8 71,4 out-17 32,07 72,27 nov-15 32,4 74,1 nov-17 31,78 72,68 dez-15 32,4 74,2 dez-17 32,35 73,08 33 APÊNDICE 5 CHILLER 34 35 BOMBA DE ÁGUA GELADA PRIMÁRIA 36 BOMBA DE ÁGUA GELADA SECUNDÁRIA 37 FANCOILS 38 39 40 41 42 43 VENTILADORES 44 45 46 APÊNDICE 6 47 APÊNDICE 7 Item Nome QuantidadeUnidade Marca Modelo Custo Unitário Custo Parcial 1 MATERIAL R$ 250.887,95 1.1 Equipamentos CAG R$ 115.347,73 1.1.1 Computador c/ Core i3, 4GB RAM, 500GB HD, Monitor 19", Windows 1 pç Dell Inspiron R$ 3.085,00 R$ 3.085,00 1.1.2 Software para supervisão do ar condicionado 1 pç Delta Controls DOW340-HS R$ 5.990,25 R$ 5.990,25 1.1.3 Software para supervisão do medidor de insumos 1 pç Mercato OmniRate View 2.0 R$ 2.659,00 R$ 2.659,00 1.1.4 Medidor de Insumos Eletrônico 1 pç Mercato MEI-PRO R$ 802,00 R$ 802,00 1.1.5 Controlador e Gerenciador Programável BACnet/Modbus (8AI , 18DI/N 1 pç Mercato MCP50-PRO R$ 2.165,19 R$ 2.165,19 1.1.6 Controlador Programável BACnet/Modbus (2AI , 10DI/NTC, 10DO) 12 pç Mercato MCP22-PRO R$ 707,04 R$ 8.484,43 1.1.7 Controlador Programável BACnet/Modbus (8AI , 18DI/NTC, 4AO, 16D 6 pç Mercato ME46A-PRO R$ 1.148,55 R$ 6.891,32 1.1.8 GW100-C Conversor de protocolo CCN para Modbus 1 pç Carrier GW1000-C R$ 1.862,95 R$ 1.862,95 1.1.9 Protetor contra surtos para rede dos Chillers 3 pç Clamper 822.B.020 R$ 130,00 R$ 390,00 1.1.10 TRM768 Network Terminator (MS/TP) 4 pç Delta Controls TRM768 R$ 60,88 R$ 243,51 1.1.11 RPT768 Network Repeater (MS/TP) 2 pç Delta Controls RPT768 R$ 1.247,15 R$ 2.494,31 1.1.12 Painel de Automação - (QAC-1P-01) 1 pç Diversos Diversos R$ 1.800,00 R$ 1.800,00 1.1.13 Painel de Automação - (QAC-2P-01) 1 pç Diversos Diversos R$ 1.800,00 R$ 1.800,00 1.1.14 Painel de Automação - (QAC-3P-01) 1 pç Diversos Diversos R$ 1.800,00 R$ 1.800,00 1.1.15 Painel de Automação - (QAC-CO-01) 1 pç Diversos Diversos R$ 2.100,00 R$ 2.100,00 1.1.16 Atuador ON/OFF - Valvulas FCs 3 pç Belimo LRB120-3 R$ 461,67 R$ 1.385,01 1.1.17 Atuador Proporcional - Valvulas FCs 18 pç Belimo LRB24-SR R$ 534,95 R$ 9.629,10 1.1.18 Atuador ON/OFF - Damper 54 pç Belimo LF230 US R$ 370,50 R$ 20.007,00 1.1.19 Chave de Fluxo 1 pç Dwyer FS-2 R$ 224,94 R$ 224,94 1.1.20 Sensor de pressão pra água 7 pç Dwyer 628-10-GH-P1-E1-S R$ 593,26 R$ 4.152,82 1.1.21 Sensor de vazão roda d' água HOT-TAP + Transmissor de fluxo para sensor 1 pç Kele 25BR000512 + 310-0R$ 7.962,30 R$ 7.962,30 1.1.22 Sensor de Temperatura Ambiente 36 pç Dwyer TE-WND-E R$ 80,08 R$ 2.882,88 1.1.23 Sensor de temperatura de imersão 2 pç Dwyer TE-IBG-A0444-14 R$ 67,52 R$ 135,05 1.1.24 Sensor temperatura pra duto 36 pç Dwyer TE-DFG-A044-00 R$ 58,21 R$ 2.095,53 1.1.25 Sensor de pressão pra ar 36 pç Dwyer 616KD-00 R$ 327,00 R$ 11.771,90 1.1.26 Pressostato diferencial pra ar 36 pç Dwyer ADPS-08-2-N R$ 102,19 R$ 3.678,72 1.1.27Sensor de umidade de duto 5% DWYER 18 pç Dwyer RHP5D10 R$ 428,47 R$ 7.712,48 1.1.28 Miscelanias 1 vb Diversos Diversos R$ 1.142,06 R$ 1.142,06 1.2 CABOS R$ 6.820,50 1.2.1 Cabos de Alimentação (2x 2,5 mm² mínimo) 200 M Megatron 3 x 2,50 mm² R$ 3,00 R$ 600,00 1.2.2 Cabos de Instrumentação para Entradas Digitais (2x 0,75 mm² mínimo) 1515 M Lipperfil 2 x 0,75 mm² R$ 0,85 R$ 1.287,75 1.2.3 Cabos de Instrumentação para Saídas Digitais (2x 0,75 mm² mínimo) 1125 M Lipperfil 2 x 0,75 mm² R$ 0,85 R$ 956,25 1.2.4 Cabos de Instrumentação para Entradas Analógicas (3x 0,75 mm² mínimo) 2205 M Lipperfil 2 x 0,75 mm² R$ 1,35 R$ 2.976,75 1.2.5 Cabos de Instrumentação para Saídas Analógicas (3x 0,75 mm² mínimo) 540 M Lipperfil 2 x 0,75 mm² R$ 1,35 R$ 729,00 1.2.6 Cabo de Rede de Interligação entre as Controladoras 285 M Lipperfil 2 x 0,35 mm² R$ 0,95 R$ 270,75 1.4 INFRAESTRUTURA R$ 5.884,00 1.4.1 Eletroduto Galvanizado 1" 132 BR R$ 18,00 R$ 2.376,00 1.4.2 Eletroduto Galvanizado 3/4" 122 BR R$ 14,00 R$ 1.708,00 1.4.3 Acessórios Fixação 1 VB R$ 1.800,00 R$ 1.800,00 2.0 MÃO DE OBRA R$ 61.417,86 2.1 INDIRETA - TERCEIRIZADA R$ 34.305,86 2.1.1 Lançamento de Cabos 5870 M R$ 1,95 R$ 11.447,20 2.1.2 Fechamento Pontos 369 P R$ 16,25 R$ 5.996,62 2.1.3 Instalação Periféricos SAP 214 P R$ 32,50 R$ 6.955,43 2.1.4 Instalação de infraestrutura 762 M R$ 13,00 R$ 9.906,61 2.2 PRÓPRIA R$ 27.112,00 2.2.1 Engenheiro de Sistema (Programação e Start-Up) 1 22 R$ 561,00 R$ 12.342,00 2.2.2 Designer gráfico 1 10 R$ 211,00 R$ 2.110,00 2.2.3 Técnico 1 60 R$ 211,00 R$ 12.660,00 Carbinox Carbinox Carbinox CUSTO TOTAL