Trabalho final de RAC

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1 
 
Universidade Federal de Uberlândia 
Faculdade de Engenharia Mecânica 
Refrigeração e ar condicionado 
 
 
 
 
 
Trabalho final de refrigeração e ar condicionado 
 
Substituição dos condicionadores de ar do 
bloco 1M por aparelho do tipo split inverter 
 
 
 
 
 
Alunos: Dannúbia C. de A. Ferreira 11321EMC023 
 João Pedro B. Amaral 11311EMC004 
 Juliana Paes dos Santos 
 Pedro Henrique R. Ribeiro 11511EMC059 
 
Professor: Enio Pedone B. Filho 
 
 
 
 
 
 
Uberlândia – MG 
2018 
2 
 
Sumário 
 
1 Introdução ............................................................................................... 3 
2 Justificativa para o estudo ....................................................................... 3 
3 Vantagens e desvantagens do multi split ................................................ 4 
4 Sistema split inverter ............................................................................... 5 
5 Análise de custos: multi split inverter x split inverter ................................ 7 
6 Seleção de equipamentos ....................................................................... 10 
7 Instalação e manutenção ........................................................................ 15 
8 Exemplos de salas dimensionadas ......................................................... 18 
9 Conclusão ............................................................................................... 19 
Referências bibliográficas .......................................................................... 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1 Introdução 
 
O aparelho multi split é um ar condicionado capaz de refrigerar e aquecer até 
cinco ambientes diferentes e, de acordo com o mercado de refrigeração, com 
apenas uma única unidade condensadora. O multi split funciona com 
evaporadoras de iguais e diferentes capacidades (Btus) e ainda com a tecnologia 
inverter. 
 
A tecnologia inverter regula o fluxo de energia do sistema, alterando a velocidade 
do compressor. Este componente irá reduzir o consumo de energia quando se 
detecta que o ambiente em questão não necessita da mesma refrigeração inicial. 
O condicionador de ar do tipo inverter também ajuda o sistema a consumir 
menos energia no início, reduzindo os picos de energia e flutuação, devido ao 
fato do compressor quase nunca desligar, apenas ajustando a rotação do 
mesmo, reduzindo assim o consumo de energia. 
 
O compressor inverter pode resfriar e aquecer o ambiente por atingir velocidades 
mais altas do que o convencional, possui um funcionamento silencioso, pois uma 
vez estabilizada a temperatura, o compressor inverter trabalha em baixa rotação. 
A economia de energia é gerada devido ao compressor trabalhar em 
consonância com a temperatura. Além disso, o compressor inverter parte uma 
única vez quando ligado, contribuindo para a minimização dos desgastes dos 
componentes e redução do custo de energia elétrica. 
 
2 Justificativa para o estudo 
 
O gasto energético com aparelhos condicionadores de ar mal dimensionados ou 
em mal funcionamento é algo extremamente comum de se encontrar em 
ambientes que necessitam de refrigeração. Desta forma, a análise e viabilidade 
de diferentes sistemas de condicionamento de ar, assim como custos de 
manutenção, devem ser levados em consideração no projeto de um sistema de 
refrigeração. 
 
Com o intuito de minimizar os gastos com energia elétrica do bloco 1M da 
4 
 
Faculdade de Engenharia Mecânica (FEMEC) da Universidade Federal de 
Uberlândia (UFU), campus Santa Monica, o presente trabalho estudou a 
viabilidade da instalação de condicionadores de ar do tipo split e multi split. Entre 
os objetos de análise se encontram o custo inicial da compra de todos os 
aparelhos, custos de instalação e custos de manutenção. 
 
3 Vantagens e desvantagens do multi split 
 
Para a refrigeração de mais de um espaço interno, como no caso das diversas 
salas do bloco 1M da FEMEC, tem-se a opção de utilizar aparelhos do tipo multi 
split. A Figura 1 ilustra uma edificação onde há apenas uma unidade 
condensadora e cinco unidades evaporadoras. 
 
 
 
Figura 1 – Edificação com um sistema de refrigeração do tipo multi split 
 
Algumas das vantagens do sistema de refrigeração do tipo multi split são: 1) nível 
de ruído reduzido, uma vez que se tem uma menor quantidade de unidades 
condensadoras, 2) facilidade na instalação quando comparada com a instalação 
de várias unidades externas em diferentes posições, 3) design mais agradável, 
pois não há grande quantidade de unidades condensadoras poluindo a parte 
externa do local e 4) manutenção mais barata pois há apenas uma única unidade 
condensadora ao invés de várias. 
5 
 
Em contrapartida, algumas das desvantagens do uso desse tipo de sistema de 
refrigeração são: 1) maior custo na instalação pois, desconsiderando o preço do 
equipamento, tem-se em geral maiores comprimentos de tubos e conexões e 2) 
no caso de mal funcionamento da unidade condensadora, várias unidades 
evaporadas ficarão inutilizadas. 
 
4 Sistema split inverter 
 
O sistema split é divido em duas ou mais unidades. Uma unidade externa 
(condensadora) e uma ou mais unidades internas (evaporadora). A ideia deste 
produto é diminuir o nível de ruído do aparelho dentro do ambiente, pois o 
compressor, que é o item com maior nível de ruído, fica na unidade externa 
(condensadora). A interligação entre as unidades é feita através de uma 
tubulação frigorífica, utilizando cobre ou alumínio. O ar condicionado split 
também oferece maiores rendimentos e eficiência se comparado com o do tipo 
janela. 
 
A unidade externa (condensadora) é responsável pela mudança do estado do 
gás refrigerante para líquido, instalada externamente em local de fácil acesso e 
distância pré-definida pelo fabricante do equipamento. A Figura 2 ilustra uma 
vista explodida de uma unidade condensadora. 
 
 
 
Figura 2 – Vista explodida de uma unidade condensadora 
6 
 
A unidade interna (evaporador) é destinada ao resfriamento do ar no local a ser 
condicionado. Podem ser instaladas em paredes (high wall), no piso (piso/teto), 
sob o forro (piso/teto), semi-embutida no forro (cassete) ou embutidas no forro 
(duto). A Figura 3 ilustra uma vista explodida de uma unidade evaporadora. 
 
 
 
Figura 3 – Vista explodida de uma unidade evaporadora 
 
Estas duas partes então unidas por tubulações de cobre onde acontece a 
passagem do gás refrigerante e do dreno. O dreno é necessário para que 
aconteça o escoamento da água da evaporadora, que ocorre devido a 
condensação da umidade do ambiente interno. A Figura 4 ilustra a ligação entre 
as unidades evaporadora e condensadora. 
 
 
 
Figura 4 – Ligação entre as unidades evaporadora e condensadora 
7 
 
Durante o funcionamento, o compressor do ar condicionado inverter sempre está 
atuando, não há oscilações na temperatura, ou seja, a temperatura sempre fica 
estável. Em regiões onde a variação de temperatura é pequena, como 
nas regiões norte e nordeste, pode ser que um split inverter não traga uma 
economia tão significativa. Como a temperatura oscila pouco, a tendência é que 
o inverter trabalhe sempre na capacidade máxima. As Figuras 5 e 6 mostram 
uma comparação entre o condicionador de ar do tipo split inverter e um 
convencional. 
 
 
 
Figura 5 – Comparação entre um condicionador de ar do tipo split inverter e um 
aparelho comum 
 
5 Análise de custos:multi split inverter x split inverter 
 
Realizou-se uma pesquisa na internet relacionada a preços de aparelhos do tipo 
multi split inverter e split inverter. As informações foram comparadas entre 
aparelhos do mesmo fabricante, ou seja, selecionou-se um aparelho multi split 
inverter da marca X e fez-se uma comparação com aparelhos split inverter da 
mesma marca. Os dados encontrados estão listados nas Tabelas 1, 2 e 3. 
8 
 
 
 
Figura 6 – Diferenças no desempenho de um condicionador de ar do tipo split 
inverter e um aparelho comum 
 
Tabela 1 – Preços de aparelhos da marca Midea* 
 
Modelo 
Multi Split Springer 
Midea 
Split HW Inverter 
Springer Midea 
Split HW Inverter 
Springer Midea 
Quantidade de 
aparelhos 
1 4 1 
Quantidade de 
unidades 
evaporadoras 
4 4 (individual) 1 
Capacidade de 
refrigeração 
42.000 BTU/h 
12.301,80 Watts 
9.000 BTU/h 
2.636,10 Watts 
18.000 BTU/h 
5.272,20 Watts 
Modo de uso Quente e frio Frio Frio 
Preço R$ 12.309,15 
4 x R$ 1.462,05 
= R$ 5848,20 
R$ 2.307,55 
Total R$ 12.309,15 R$ 8.155,75 
 
* Referências bibliográficas [1], [2] e [3]. 
9 
 
Tabela 2 – Preços de aparelhos da marca LG* 
 
Modelo Multi Split LG Split HW LG Dual Inverter 
Quantidade de 
aparelhos 
1 4 
Quantidade de 
unidades 
evaporadoras 
4 4 (individual) 
Capacidade de 
refrigeração 
30.000 BTU/h 
8.787 Watts 
12.000 BTU/h 
3.514,80 Watts 
Modo de uso Quente e frio Quente e frio 
Preço total R$ 11.820,85 
4 x R$ 2.051,05 
= R$ 8204,20 
 
* Referências bibliográficas [4] e [5]. 
 
Tabela 3 – Preços de aparelhos da marca Daikin* 
 
Modelo Multi Split Daikin 
Split HW Inverter Daikin 
Advance 
Quantidade de 
aparelhos 
1 3 
Quantidade de 
unidades 
evaporadoras 
3 3 (individual) 
Capacidade de 
refrigeração 
24.000 BTU/h 
7.029,60 Watts 
12.000 BTU/h 
3.514,80 Watts 
Modo de uso Quente e frio Quente e frio 
Preço total R$ 8.735,25 
3 x R$ 1.984,55 
= R$ 5.953,65 
 
* Referências bibliográficas [6] e [7]. 
10 
 
De acordo com os dados mostrados nas Tabelas 1, 2 e 3, os aparelhos mais 
vantajosos para a instalação no bloco 1M são os splits inverter. Em todos os 
casos, os custos de compra dos equipamentos foram menores quando 
comparados ao modelo multi split. 
 
6 Seleção de equipamentos 
 
As Figuras 7 a 13 apresentam uma foto de todos os modelos de condicionadores 
do tipo split inverter e as Tabelas 4 a 10 mostram os dados técnicos de cada 
equipamento recomendado para a instalação no bloco da Faculdade de 
Engenharia Mecânica. 
 
 
 
Figura 7 - Split Hw Digital Inverter Samsung 9.000 BTU/h 
 
Tabela 4 – Dados técnicos do Split Hw Digital Inverter Samsung 
 
Capacidade de refrigeração (BTU/h) 9.000 
Alimentação (Φ, V, Hz) 1 / 220 / 60 
Dimensões da unidade interna (L x A x P) 820 x 285 x 215 mm 
Dimensões da unidade externa (L x A x P) 660 x 475 x 242 mm 
Consumo de energia Procel (kWh/mês) 17,1 
Gás refrigerante R-410a 
Faixa de preço R$ 1.399,90 
Quantidade de aparelhos 11 
Preço total R$ 15.398,90 
11 
 
 
 
Figura 8 – Split Hi-Wall Consul Inverter 
 
Tabela 5 – Dados técnicos do Split Hi-Wall Consul Inverter 
 
Capacidade de refrigeração (BTU/h) 12.000 
Alimentação (Φ, V, Hz) 1 / 220 / 60 
Dimensões da unidade interna (L x A x P) 863 x 275 x 219 mm 
Dimensões da unidade externa (L x A x P) 715 x 482 x 240 mm 
Potencia nominal – refrigeração (W) 1085 
Gás refrigerante R-410a 
Faixa de preço R$ 1.499,90 
Quantidade de aparelhos 29 
Preço total R$ 43.471,90 
 
 
 
Figura 9 – Split Inverter Electrolux Techno Frio High Wall 18.000 BTU/h 
12 
 
Tabela 6 – Dados técnicos do Split Inverter Electrolux Techno Frio High Wall 
 
Capacidade de refrigeração (BTU/h) 18.000 
Alimentação (Φ, V, Hz) 1 / 220 / 60 
Dimensões da unidade interna (L x A x P) 1000 x 326 x 219 mm 
Dimensões da unidade externa (L x A x P) 955 x 700 x 396 mm 
Potencia nominal – refrigeração (W) 1644 
Gás refrigerante R-410a 
Faixa de preço R$ 2.230,00 
Quantidade de aparelhos 14 
Preço total R$ 31.220,00 
 
 
 
Figura 10 - Split Inverter Electrolux 22000 BTU/h Frio 
 
Tabela 7 – Dados técnicos do Split Inverter Electrolux 
 
Capacidade de refrigeração (BTU/h) 22.000 
Alimentação (Φ, V, Hz) 1 / 220 / 60 
Dimensões da unidade interna (L x A x P) 1073 x 338 x 232 mm 
Dimensões da unidade externa (L x A x P) 955 x 700 x 396 mm 
Consumo mensal (kWh/mês) 41,8 
Gás refrigerante R-410a 
Faixa de preço R$ 2.750,00 
Quantidade de aparelhos 7 
Preço total R$ 19.250,00 
13 
 
 
 
Figura 11 - Split Inverter Springer Midea Frio High Wall 24.000 BTU/h 
 
Tabela 8 – Dados técnicos do Split Inverter Springer Midea Frio High Wall 
 
Capacidade de refrigeração (BTU/h) 24.000 
Alimentação (Φ, V, Hz) 1 / 220 / 60 
Dimensões da unidade interna (L x A x P) 1090 x 338 x 235 mm 
Dimensões da unidade externa (L x A x P) 845 x 702 x 363 mm 
Consumo mensal (kWh/mês) 43,5 
Gás refrigerante R-410a 
Faixa de preço R$ 3.065,00 
Quantidade de aparelhos 1 
Preço total R$ 3.065,00 
 
 
 
Figura 12 - Split Inverter Piso Teto Carrier Space 36.000 BTU/h Frio 
 
14 
 
Tabela 9 – Dados técnicos do Split Inverter Piso Teto Carrier Space 
 
Capacidade de refrigeração (BTU/h) 36.000 
Alimentação (Φ, V, Hz) 1 / 220 / 60 
Dimensões da unidade interna (L x A x P) 1200 x 233 x 628 mm 
Dimensões da unidade externa (L x A x P) 593 x 837 x 593 mm 
Potencia nominal – refrigeração (W) 3150 
Gás refrigerante R-410a 
Faixa de preço R$ 7.000,00 
Quantidade de aparelhos 2 
Preço total R$ 14.000,00 
 
 
 
Figura 13 - Split Teto Digital Inverter Samsung 48000 BTU/h Frio 220V 
 
Tabela 10 – Dados técnicos do Split Teto Digital Inverter Samsung 
 
Capacidade de refrigeração (BTU/h) 48.000 
Alimentação (Φ, V, Hz) 1 / 220 / 60 
Dimensões da unidade interna (L x A x P) 1650 x 235 x 678 mm 
Dimensões da unidade externa (L x A x P) 932 x 1162 x 375 mm 
Consumo mensal (kWh/mês) 90,8 
Gás refrigerante R-410a 
Faixa de preço R$ 10.500,00 
Quantidade de aparelhos 1 
Preço total R$ 10.500,00 
15 
 
A Tabela 11 ilustra um panorama geral da quantidade de equipamentos 
necessários e o custo total do investimento. 
 
Tabela 11 – Panorama geral de equipamentos e custos 
 
Capacidade de 
refrigeração (BTU/h) 
Quantidade de 
equipamentos 
Custo individual de 
cada aparelho (R$) 
Custo total por 
modelo (R$) 
9.000 11 1.399,90 15.398,90 
12.000 29 1.499,90 43.471,90 
18.000 14 2.230,00 31.220,00 
22.000 7 2.750,00 19.250,00 
24.000 1 3.065,00 3.065,00 
36.000 2 7.000,00 14.000,00 
48.000 1 10.500,00 10.500,00 
 
Total (R$) 136.905,08 
 
7 Instalação e manutenção 
 
No caso do bloco 1M, as unidades condensadoras serão instaladas do lado 
externo do prédio em uma altura semelhante ou pouco abaixo as unidades 
evaporadoras. Dessa forma, serão gastos em torno de 3 metros de tubulação 
para equipamento instado. A Figura 4 dá uma noção básica do modo de 
instalação. 
 
Para a instalação de um sistema de refrigeração, comumente são usados os 
seguintes materiais: 
 
o Tubos em cobre ou alumínio 
o Disjuntor para cada aparelho split inverter. 
o Tomada especial para alta potência. 
o Tubos de PVC para drenagem de água. 
o Rolo de fita térmica 
16 
 
o Material para isolar as tubulações 
o Fios de cobre para ligações elétricas 
o Carga de fluido refrigerante 
 
Em relação a manutenção dos equipamentos, os itensque normalmente são 
verificados são: 
 
o Limpeza de filtros ar 
o Limpeza do cooler 
o Limpeza da unidade condensadora 
o Reparo de pontos com oxidação ou vazamento 
o Recarga de fluido refrigerante 
 
A Figura 14 e 15 mostram tabelas de recomendações da fabricante de 
condicionadores de ar KOMECO relacionadas ao tempo em que cada 
componente do sistema de refrigeração deve ser verificado. 
 
 
 
Figura 14 – Tempo para manutenção dos componentes da unidade interna e 
dos componentes entre as unidades 
17 
 
 
 
Figura 15 - Tempo para manutenção dos componentes da unidade externa 
 
Através de uma pesquisa feita na internet, levantou-se preços de alguns 
componentes utilizados nos sistemas de refrigeração. A Tabela 12 mostra os 
valores encontrados para alguns dos itens citados acima. 
 
Tabela 12 – Preço de alguns componentes de um sistema de refrigeração 
 
Componente Preço (R$)* 
Filtro de ar 60,00 
Tubo de cobre (15 m) 
1/4’’ 145,00 
3/8’’ 304,90 
Kit de instalação (tubo 
de cobre + isolante) 
1 m 130,39 
2 m 150,39 
5 m 350,39 
Fluido R22 
Cilindro 
13,6 kg 
500,00 
Fluido R134a 500,00 
Fluido R410a 600,00 
18 
 
* O preço mostrado na Tabela 12 refere-se ao preço médio de mercado. Foram 
levantados os preços de 5 produtos diferentes para o cálculo de um custo médio 
por componente. 
 
Duas empresas de instalação de condicionadores de ar foram contatadas para 
a realização de orçamentos relacionados a instalação e manutenção. A primeira 
empresa chama “Consertos & Instalações”, de menor porte, cobra R$300,00 
para instalar um condicionador de ar do tipo split. Essa mesma empresa não faz 
instalações em prédio ou residências com mais de 1 pavimento. 
 
Outra empresa contata foi a Polo Ar Refrigeração 
 
8 Exemplos de salas dimensionadas 
 
De acordo com o levantamento da carga térmica do bloco 1M feito pela turma do 
2º semestre de 2018 da disciplina de refrigeração e ar condicionado, a 
capacidade térmica de cada equipamento foi determinada (ver Tabelas 4 a 10). 
A seguir são mostrados exemplos da nova configuração de algumas salas do 
bloco da FEMEC (Tabelas 13 a 15). 
 
Tabela 13 – Nova configuração da sala 1M111 
 
Sala 1M111 
Carga térmica 6,53 kW 
Capacidade de refrigeração atual 3,52 kW 
Nova capacidade de refrigeração 7,03 kW 
Split Inverter Midea Frio High Wall 24.000 BTU/h 
 
Tabela 14 – Nova configuração da sala 1M302 
 
Sala 1M302 
Carga térmica 4,69 kW 
Capacidade de refrigeração atual 26,96 kW 
19 
 
Nova capacidade de refrigeração 5,28 kW 
Split Inverter Electrolux Techno Frio 
High Wall 
18.000 BTU/h 
 
Tabela 15 – Nova configuração da sala 1M308 
 
Sala 1M308 
Carga térmica 7,91 kW 
Capacidade de refrigeração atual 17,00 kW 
Nova capacidade de refrigeração 8,79 kW 
Split Hi-Wall Consul Inverter 12.000 BTU/h 
 
9 Conclusão 
 
A Tabela 16 mostra uma visão da carga térmica total do bloco 1M e a nova 
configuração após a instalação dos aparelhos condicionadores de ar 
recomendados neste trabalho. 
 
Tabela 16 – Dados gerais do bloco 1M 
 
Carga térmica total do bloco 1M 255,49 kW 
Capacidade de refrigeração instalada 
(não corretamente distribuída) 
333,620 kW 
Nova capacidade de refrigeração 292,19 kW 
Custo mensal atual R$ 6325,07 
Custo mensal previsto neste projeto R$ 5927,07 
Economia mensal R$ 398,00 
Economia anual R$ 4776,00 
Payback 32,5 anos 
 
Mesmo sendo uma pequena economia diante do valor do investimento nos 
novos aparelhos, deve se considerar que 26 das 61 salas, atualmente, não são 
20 
 
corretamente refrigeradas. Nessas, a carga térmica supera a capacidade de 
refrigeração instalada. 
 
Conclui-se que é necessária a troca para corrigir o problema da má refrigeração 
dos ambientes do bloco 1M, além do fato de os novos aparelhos serem mais 
eficientes ao manter a temperatura aproximadamente constante e pelo fato de 
usarem um fluido refrigerante que possui um menor impacto ambiental. 
 
Referências bibliográficas 
 
[1] LEVEROS. Ar Condicionado Multi Split Springer Midea 42.000 BTUs (4x Evap 
HW 9.000 + 1x Evap HW 18.000) Quente/Frio 220V. Disponível em: < 
https://www.leveros.com.br/ar-condicionado-multisplit-inverter-springer-midea-4 
x-9000-1x-18000-quente-frio-220v-42mbma09m5-42mbma18m5-38mbpa42m5/ 
p>. Acessado em: 29/11/2018. 
 
[2] LEVEROS. Ar Condicionado Split HW Inverter Springer Midea 9.000 BTUs 
Quente/Frio 220V. Disponível em: < https://www.leveros.com.br/ar-condicionado 
-split-hi-wall-inverter-springer-midea-9000-btus-quente-frio-220v-42mbqa09m5-
38mbqa09m5/p?sku=2004106&gclid=CjwKCAiA0ajgBRA4EiwA9gFOR_zeCwx
UvNho-f0C9H_jlIVOwtmbOa1s9VJ2oRl8OL-StoPi1odQFBoCMz0QAvD_BwE>. 
Acessado em: 29/11/2018. 
 
[3] LEVEROS. Ar Condicionado Split HW Inverter Springer Midea 18.000 BTUs 
Só Frio 220V. Disponível em: < https://www.leveros.com.br/ar-condicionado-split 
-hi-wall-inverter-springer-midea-18000-btus-frio-220v-42mbca18m5-38mbca18 
m5/p>. Acessado em: 29/11/2018. 
 
[4] LEVEROS. Ar Condicionado Multi Split LG 30.000 BTUs (4x Evap HW 12.300) 
Quente/Frio 220V. Disponível em: < https://www.leveros.com.br/ar-condicionado 
-multi-split-inverter-lg-4x-12300btus-quente-frio-220v-amnw12geba0-a5uw30gf 
a2/p>. Acessado em: 29/11/2018. 
 
21 
 
[5] LEVEROS. Ar Condicionado Split HW LG Dual Inverter 12.000 BTUs 
Quente/Frio 220V. Disponível em: < https://www.leveros.com.br/ar-condicionado 
-split-hw-lg-dual-inverter-12000-btus-quente-frio-220v-s4nw12ja3wa-s4uw12ja3 
wa/p>. Acessado em: 29/11/2018. 
 
[6] LEVEROS. Ar Condicionado Multi Split Daikin 24.000 BTUs (3x Evap HW 
12.000) Quente/Frio 220V. Disponível em: < https://www.leveros.com.br/ar-condi 
cionado-multi-split-daikin-advance-quente-frio-220v-3x-ctxs09pmvm-3mxs24pm 
vm-copy-2010937-/p>. Acessado em: 29/11/2018. 
[7] LEVEROS. Ar Condicionado Split HW Inverter Daikin Advance 12.000 BTUs 
Quente/Frio 220V. Disponível em: < https://www.leveros.com.br/ar-condicionado 
-split-hi-wall-inverter-daikin-12000-btus-quente-frio-220-volts-rx12n5vl-ftx12n5vl 
/p>. Acessado em: 29/11/2018.