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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA ENGENHARIA ELÉTRICA - 2018 Ar Condicionado Inverter vs Convencional Discente: Jonathan Ângelo Victorio Barbieri Docente: Ms. Sérgio Alampi Filho 1. INTRODUÇÃO Hoje em dia, muita pesquisa tem sido feita em energia eficiente e favorável ao meio ambiente em resposta à escassez de recursos energéticos de combustíveis fósseis e de Meio Ambiente danos tais como: poluição do ar, efeito estufa e aquecimento global. O ar condicionador é parte essencial da vida moderna na contribuição de um ambiente confortável, o ar condicionado tem sido aplicado em edifícios residenciais, comerciais ou industriais, bem como em veículos e aplicações frigoríferas, o que leva o alto consumo de eletricidade contribuindo para aumentar os preços da energia, a necessidade de menor consumo de energia tem de tornar-se uma preocupação global. O consumo de energia para ar condicionado em prédios representa quase 50% do consumo total de energia, foi reconhecido que 30% do consumo mundial de energia se deve à refrigeração e ao ar condicionado, e assim sendo estes sistemas tem um amplo impacto na energia que exigem. Para isto e por essa razão, tem sido um objetivo de muitos pesquisadores melhorar os sistemas convencionais de ar condicionado, e com isso resultaria em uma economia de energia significativa, melhorando a energia eficiência do ar condicionador e no combate à escassez de energia e às questões ambientais. Os refrigerantes usados no sistema de ar condicionado também são outra preocupação devido ao potencial de destruição da camada de ozono (ODP) e ao potencial de aquecimento global (GWP). Mais atenção deve ser dada ao compressor de ar condicionado, pois é o maior consumo de energia quando se trata de nível de consumo do sistema. A aplicação da tecnologia do inversor em sistemas de ar condicionado para fins comerciais e residenciais foi implementada pela primeira vez no Japão na década de 1980. Desde a então, estes sistemas tendem a tornar-se popular devido à sua economia de energia e sua melhor eficiência no mantimento da temperatura devido sua variação quando comparado com o ar condicionado convencional com sistema constante de velocidade. O sistema inversor é frequentemente usado para controlar a velocidade de rotação do compressor em relação à carga térmica variável. Principalmente, quando o ar condicionado é operado em longos períodos o consumo de energia é reduzido em relação ao ar condicionado convencional (on / off). O refrigerante R-22 é o mais fluido utilizado nos modelos convencionais e CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA ENGENHARIA ELÉTRICA - 2018 seus dias estão contados devido ao seu efeito na camada de ozônio e o Protocolo de Montreal que proibirá o uso de hidro-cloro-fluoro-carbono (HCFC) em 2020. Atualmente, os novos refrigerantes HFC-410A (R-410A) são considerados os principais substitutos do R-22. A pressão de vapor do R-410A é cerca de 60% maior que a do R-22. Como resultado para alcançar um desempenho competitivo em relação ao R-22, é necessário a modificação no compressor. 2. DIAGNOSTICO ELÉTRICO Tecnologia Inverter x Tecnologia convencional (ON/OFF) Um inversor é um dispositivo no ar condicionador, que controla a frequência de energia fornecida ao compressor. O inversor controla a velocidade de rotação do compressor garantindo que o fluxo de refrigerante seja compatível com a necessidade de refrigeração da sala. Em contraste com o ar condicionado convencional que possuem compressor fixo que não pode aumentar ou diminuir sua velocidade e a taxa de fluxo refrigerante funciona apenas em uma determinada capacidade. O controle de capacidade de velocidade variável funciona por meio de um sistema de controle de malha fechada. Um sinal de ajuste dependente das temperaturas interna e externa, bem como da temperatura ajustada, é usado para corresponder à carga térmica necessária. Este sinal controla a frequência do inversor, que altera a velocidade do compressor, à medida que a velocidade do compressor é reduzida, a taxa de fluxo de massa diminui à medida que menos refrigerante é descarregado para fora do compressor, ajustando a capacidade da refrigeração. O ar condicionado inverter opera na capacidade máxima quando iniciado e consequentemente a taxa de fluxo do refrigerante é aumentado e a temperatura programada é alcançada rapidamente. Em contraste, os condicionadores de ar convencional possuem apenas uma capacidade fixa devido a velocidade estar relacionada a frequência da rede, ou seja, 60Hz em nosso território nacional. Portanto, eles não podem aumentar a taxa de fluxo do refrigerante e a temperatura desejada leva mais tempo para ser alcançada em comparação ao ar condicionado inverter. O ar condicionado inverter ao alcançar a temperatura programada pelo usuário o inversor reduz a velocidade do compressor e a taxa de fluxo do refrigerante reduzindo o consumo de energia elétrica e mantendo a temperatura no ambiente estável. Em comparação ao ar condicionado convencional ao atingir a temperatura programada o compressor é desligado e quando a temperatura subir novamente, o compressor e o fluxo de refrigerante reiniciam. Este ciclo de parada/partida continua sempre que o ar condicionador convencional estiver em uso, resultando em maior consumo de energia devido a partida. CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA ENGENHARIA ELÉTRICA - 2018 3. VIABILIDADE A empresa Toshiba foi a primeira fabricante a incorporar a tecnologia inverter em seus aparelhos de ar-condicionado, no ano de 1981 (TOSHIBA, 2015). Tal tecnologia é responsável pelo controle da rotação do compressor, desta forma, pode ser feito o controle da potência (em Watts) fornecida ao compressor. A Figura 1(a) apresenta uma ilustração do fabricante Daikin, onde pode ser observado um gráfico informando a rotação do compressor, sendo que o traço vermelho representa o modelo convencional (liga e desliga) e o traço azul representa o modelo com a tecnologia inverter (onde a rotação pode ser controlada). Figura 1 – Tecnologia convencional e inverter, (a) rotação do compressor, e (b) relação de economia Fonte: Adaptado de Daikin (2015) Pode ser observado na Figura 1(b) que o fabricante informa que a utilização de seus equipamentos com a tecnologia inverter pode gerar uma economia de 30% no consumo de energia em relação à utilização dos modelos convencionais. CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA ENGENHARIA ELÉTRICA - 2018 Na Figura 2 pode ser observada a variação (oscilação) na temperatura ambiente desejada (em graus Celsius), onde a linha vermelha representa um aparelho do tipo Convencional e em Azul um aparelho com a tecnologia Inverter. Figura 2 – Controle da temperatura para os modelos Convencional e Inverter Fonte: Adaptado de Pioneer (2015) De acordo com o fabricante Pioneer (2015), a precisão no controle da temperatura para o modelo Convencional chega a variar entre ± 3º Celsius (traço em vermelho), enquanto a precisão no controle para o aparelho com a tecnologia inverter (traço em azul) é de ± 0,5º Celsius. Outra característica observada no gráfico é o fato de que o modelo inverter é capaz de reduzir a temperatura ambiente mais rapidamente, chegando a utilizar apenas 30% do tempo necessário para o aparelho convencional. Estas características comprovam a maior eficiência do modelo Inverter em relação ao modelo Convencional. O fabricante Daikin (2015), por exemplo, informa que seus aparelhos com a tecnologia Inverter são 30% mais econômicos no consumode energia elétrica do que os aparelhos convencionais. Outros fabricantes informam que essa economia chega a 40%. Alguns aparelhos da Samsung (2015) possuem uma função chamada Smart Inverter, que de acordo com a empresa, chegam a apresentar uma economia de até 60% em relação aos modelos convencionais. CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA ENGENHARIA ELÉTRICA - 2018 4. Certificação Ambiental A crescente demanda da construção civil, sobretudo com a chegada de grandes eventos e empreendimentos para o Brasil, tem acarretado no crescimento de projetos que contam com sistemas mais complexos de refrigeração. O que, consequentemente, aumentou a demanda das aplicações de certificação sustentável nos edifícios. Com foco nestas questões, a LG Electronics oferece ao mercado sistemas de refrigeração Multi V IV e Multi Inverter que, com maior eficiência energética e menos agressivos ao meio ambiente, atendem às necessidades dos empreendimentos, contribuindo para que atinjam as exigências das certificações ambientais. A principal opção de refrigeração comercial oferecida pela LG, atendendo aos requisitos de certificação, é o Multi V IV, sistema de ar condicionado com tecnologia VRF que propicia os melhores índices de eficiência energética existentes no mercado e utiliza compressores 100% Inverter. Desenvolvido para instalações corporativas, o produto conta com a 2ª geração da tecnologia Hipor™, que contribui para um excelente desempenho energético. Além de garantir um condicionamento de ar mais rápido e com menor oscilação de temperatura do ambiente, o Multi V IV otimiza a área de piso ocupada pelas unidades condensadoras e oferece, ainda, facilidade de manutenção, que pode ser feita por acesso remoto, via wireless, por meio de smartphones, tablets ou notebooks. Para que uma construção seja validada como sustentável, existem alguns sistemas internacionais de certificação ambiental, com critérios específicos de avaliação, como o LEED - Leadership in Energy and Environmental Design - Liderança em Energia e Design Ambiental - e o AQUA – Alta Qualidade Ambiental. Esses critérios avaliam se as construções incorporaram estratégias que minimizam o impacto negativo sobre o meio ambiente implantando soluções como: uso eficiente de dos recursos; gestão dos resíduos gerados; redução de desperdícios e poluição; qualidade interna dos ambientes; conforto e saúde dos usuários. Pensando nestes critérios, uma das grandes vilãs que pode influenciar o consumo gerado por um projeto é o consumo de energia. Por isso, as metodologias de certificação dão grande ênfase à eficiência energética das edificações durante sua vida útil, considerando a contribuição de grandes sistemas como iluminação e ar condicionado. Sendo assim, o incentivo ao uso racional da energia e o desenvolvimento de aparelhos de consumo reduzido passaram a ser uma questão estratégica para a LG. CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA ENGENHARIA ELÉTRICA - 2018 5. Conclusões Com base nos vários estudos teóricos e experimentais, pesquisa e trabalhos pode ser concluído: Ar condicionado inverter (com compressor de velocidade variável) é mais eficiente em termos energéticos que o ar condicionado convencional (velocidade constante no compressor).Um sistema de ar condicionado convencional sempre sofre muitos liga/desliga com cada ciclo requer um arranque a alta energia, enquanto que devido ao arranque mais suave do inversor, o requisito de energia para o arranque do inverter é mais eficiente. Um sistema AC acionado por inversor pode oferecer economia de energia em relação a um condicionador de ar convencional em até 60%. A LEED procura certificar projetos que atendam parâmetros ecológicos como: uso racional e redução da extração dos recursos naturais, redução do consumo de água e energia, implantação consciente e ordenada, mitigação dos efeitos das mudanças climáticas, uso de materiais e tecnologias de baixo impacto ambiental, redução, tratamento e reuso dos resíduos da construção e operação contribuindo para um futuro melhor e mundo melhor para nossos filhos. Referências DAIKIN. Low-Impact Products. Disponível em: http://www.daikin.com/csr/environment/production/index.html>. PIONEER. Inverter Air Conditioners. Disponível em: http://pioneerair.com.au/air- conditioning-products-for-australia/inverter-air-conditioners/ Haifeng Zhang, Jianhua Wu, Cu Li e Yanzhong Li (2014) Avaliação anual de desempenho e estudo experimental em compressores de velocidade variável para condicionadores de ar de ambientes. Peça Proc-EcechE C: J Mecânico Engenharia Ciência Chen IY, Chen YM, YJ Chang, Wei CS, Wang CC. 2009, Um estudo comparativo entre um ar-condicionado de velocidade constante e um ar-condicionado de velocidade variável, Ashrae Trans. 115 (1): 326–332 TOSHIBA. Toshiba Air Conditioners - Modern Technologies. Disponível em:<http://www.ahi-toshiba.com/quality/index.php?ELEMENT_ID=355> https://www.lg.com/br/press-release/sistemas-de-ar-condicionado-comercial-da-lg- auxiliam-na-obteno-de-certificaes-ambientais
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