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Fonte: http://www.sj.cefetsc.edu.br/wiki/index.php/PERGUNTAS_E_RESPOSTAS
Autor:
Prof. Jesué G. Silva - CEFET-SC
Para cada evaporador existe um sensor de temperatura? Como tenho apenas um compressor, quando um dos sensores atinge a temperatura desejada, ele desliga a solenóide instalada em cada evaporador, na respectiva linha de líquido? Existe válvula de retenção nas linhas de líquido com propósito de impedir que a temperatura. A interfira na temperatura B?
R.: Dentro da linha Hitachi, temos duas família de produto que trabalham com multímetro evaporadores. - Multizone: pode trabalhar com até 4 unidades internas para cada unidade externa. - Set-free: pode trabalhar com até 12 unidades internas para cada unidade externa. Utilizaremos esta família para tentar explicar.
Observe atentamente o esquema da tabela 1. Para controle do equipamento, temos sensores monitorando os seguintes pontos:
1) Unidade Interna: temperatura de entrada e saída do ar, linha de gás e linha de líquido (em todas as unidades).
2) Unidade Externa: temperatura do ar externo, descarga do gás e tubo evaporador. Pressão de sucção e descarga. Monitorando estes pontos é que o microprocessador de controle toma as decisões de abrir/fechar as válvulas de expansão eletrônicas, mudança de velocidade do ventilador ou variação de rotação do compressor. As válvulas de expansão eletrônicas das unidades internas podem fechadas, proporcionalmente à necessidade de refrigeração no ambiente, até 50% da capacidade.
Abaixo disto a válvula é totalmente fechada e a unidade interna fica somente ventilando. O compressor é do tipo scroll e portanto para controlar a sua capacidade temos duas situações: 1) nos equipamentos de 5 hp, temos somente um compressor e neste caso variamos a sua capacidade através de uma variação na freqüência de alimentação elétrica.
Com isto sua rotação muda e conseqüentemente a vazão de refrigerante e a capacidade. Na unidade externa existe um acumulador de líquido que armazena o refrigerante que não está circulando. A válvula solenóide que faz o by-pass de fluido refrigerante está na unidade externa. 2) Nos equipamentos de 8 e 10 HP, temos dois compressores, sendo que um trabalha ON/OFF e outro trabalha proporcionalmente, como descrito acima.
a) limpeza do sistema com refrigerante R141B;
b) após a limpeza, expulsar o R1411B com nitrogênio;
c) substituição do óleo mineral usado no R22 pelo óleo poliol éster indicado para o R407C;
d) substituição do filtro secador DN pelo DU para R407C;
e) fazer o máximo de vácuo no sistema atingindo no mínimo 500 micra;
f) recarregar o sistema com novo fluido R407C pela linha de líquido e com R407C, no estado líquido;
g) analisar o funcionamento do equipamento da regulando o superaquecimento da expansora de modo que fique entre 6 e 8ºC. Com estes procedimentos, os equipamentos podem vir no futuro a desenvolver algum problema devido à substituição do fluido?
Ou será que devemos fazer avaliação dos compressores antes do retrofit? Será que é possível fazer o retrofit apenas trocando o filtro secador apropriado para o R407C? Será que é possível realizar o retrofit com o mesmo refrigerante R407C, no caso da câmara frigorífica? Ou deve ser usado outro refrigerante?
R.: Relação dos compressores: compressor hermético Hitachi (7,5 TR); compressor hermético Trane (10 TR); compressor hermético Danfoss (5 TR); compressor hermético Copeland (5 TR); compressor semi-hermético BHS (7,5 TR) – todos operando em centrais de ar condicionado.
Compressor Bitzer aberto modelo V série S, operando em uma câmara frigorífica de congelados na temperatura de –20ºC. Com relação à substituição do R22, devemos esclarecer:
1) o R22 não é um refrigerante CFC, trata-se de um refrigerante HCFC, sendo seu prazo de eliminação previsto para 2040, para os países do artigo 5 (caso do Brasil) segundo o Protocolo de Montreal. Portanto a substituição do R22 não é uma prioridade para este momento;
2) para a substituição do R22 já existe uma ampla gama de alternativos de acordo com aplicação, como: R407C – substituto do R22 em ar condicionado de conforto, de 1,8 até centenas de kW de capacidade de refrigeração, assim como bombas de calor; R407A – substituto do R22 em refrigeração – aplicações de baixa e média temperatura de evaporação (ex. câmara frigorífica);
3) com relação ao procedimento apresentado de retrofit do R22 ao R407C, trata-se de um procedimento genérico, que atende às principais etapas, em especial a troca do óleo mineral ou alquilbenzeno para POE. Nossa recomendação é consultar diretamente o fabricante do equipamento ou o fabricante do compressor para obter procedimentos específicos de retrofit de R22 para R407 ou R404A.
As torres de arrefecimento têm como função arrefecer a água utilizada na condensação dos fluidos refrigerantes. O enchimento detém a queda direta da água, aumentando a superfície de troca e o tempo de contato.
Para uma adequada escolha de uma torre de arrefecimento é preciso conhecer o limite de resfriamento da água. Se a água é resfriada em contato com o ar o ponto limite de equilíbrio a ser atingido é a temperatura do bulbo úmido do ar ambiente, ou seja: a água não poderá ser resfriada a uma temperatura inferior à TBU do ar.
Além disso é preciso considerar a carga térmica do ambiente a ser climatizado e a temperatura de entrada da água quente. É importante registrar que a capacidade da torre é aproximadamente 25% superior à carga térmica ambiente, uma vez que o calor gerado no processo de compressão deverá ser retirado no processo de condensação pela água.
A válvula de expansão termostática é usada para regular o fluxo do refrigerante a fim de garantir que ele evapore totalmente na serpentina, para garantir a redução da pressão do sistema e ainda para manter um superaquecimento constante do vapor que deixa a serpentina. Elas podem ser do tipo equalização externa e equalização interna.
As válvulas de expansão termostáticas com equalização externa de pressão são utilizadas quando, ao fluir através do evaporador, o fluido sofrer uma queda de pressão elevada devido ao atrito. Dessa forma, sua temperatura de saturação é sempre mais baixa na saída do que na entrada. Como exemplo, considere a válvula com equalização externa de pressão, ilustrada na Figura 3, montada em um sistema com perda de carga no evaporador de 62kPa.
O superaquecimento do fluido refrigerante à saída do evaporador, definido entre a diferença da temperatura de sucção (Ts) e a temperatura de evaporação saturada (Tev) pode ser medida através de um manifold, termômetro de bulbo ou eletrônico (com sensor de temperatura), isolante e tabela de conversão pressão-temperatura para o fluido refrigerante.
Para tanto devemos colocar o bulbo em contato com a linha de sucção. A superfície deve estar limpa e a medição deve ser feita na parte superior do tubo, para evitar leituras falsas. Isole o bulbo ou sensor com o isolante de modo a isolá-lo da temperatura ambiente. Instale o manifold nas linhas de descarga (manômetro de alta) e sucção (manômetro de baixa).
Depois que as condições de funcionamento se estabilizarem leia a pressão no manômetro da linha de sucção. Da tabela de R-22 obtenha a temperatura de evaporação saturada (Tve). No termômetro leia a temperatura de sucção (Ts). Faça várias leituras da temperatura. Subtraia a temperatura de evaporação saturada (Tev) da temperatura de sucção, a diferença é o superaquecimento.
Se o superaquecimento estiver entre 4?C e 6?C, a regulagem da válvula de expansão está dentro do padrão. Se estiver abaixo, muito refrigerante está sendo injetado no evaporador e é necessário fechar a válvula (girar parafuso de regulagem para a direita no sentido horário). Se o superaquecimento estiver alto, pouco refrigerante está sendo injetado no evaporador e é necessário abrir a válvula (girar parafuso de regulagem para a esquerda no sentido anti-horário).
R. Nestes sistemas o ambiente a ser climatizado troca calor com um equipamento composto por uma serpentina e um ventilador (fan-coil). Pela serpentina tem-se água fria em circulação, proveniente do chiller. A troca térmica envolvida no fan-coil é apenas na forma sensível. Geralmente a água entra no fan-coil a uma temperatura de 7ºC e sai a uma temperatura de 12ºC.
O calor retirado do ambiente climatizado é levado através da água em circulação é trocado com o fluido refrigerante no evaporador do chiller. Este fluido refrigerante é condensado através do uso de um fluxo de água que circula através de uma torre de arrefecimento.
O fluxo de água necessário para este processo pode ser calculado através do conhecimento das propriedades do fluido refrigerante ou através da equação da troca de calor sensível aplicada para a água. Uma composição típica deste sistema com termoacumuladores de gelo é muito utilizada para economizar energia nos horários de pico de consumo de energia elétrica.
O sistema de refrigeração (chiller) é utilizado para fabricar gelo durante a madrugada a um custo de energia mais baixo. A água gelada proveniente do fan-coil é desviada para atravessar os tanques de gelo, fazendo com estes exerçam o papel do chiller no final da tarde e início da noite, quando o custo da energia elétrica é mais elevado.
R. Com o aumento de custo de energia elétrica e devido ao fato das fontes de geração hidroelétrica, nosso principal recurso energético, estarem se esgotando ou cada vez mais distantes dos centros de consumo, começou-se a implantar no país uma tarifação diferenciada nos horários de maior consumo de energia.
Essa medida visa um melhor aproveitamento da capacidade das usinas que praticamente tem operado no limite de geração nos horários de pico e ociosa nos demais períodos. Atualmente as concessionárias de energia elétrica praticam uma tarifação mais elevada em apenas três horas por dia, mas a exemplo de outros países, esse período tenderá a ser ampliado.
Em um edifício, o sistema de ar condicionado é um dos maiores responsáveis pelo consumo de energia elétrica e um projeto adequado pode reduzir em muito a conta de eletricidade no final do mês. A termo-acumulação não leva a um menor consumo de energia. A redução do custo de energia elétrica é conseguida com a redução na potência da subestação e devido a uma transferência no horário de produção do frio, do horário de pico, onde a tarifação é mais elevada, produzindo e armazenando frio a noite quando a energia é mais barata.
Outro fato que favorece o uso da termo-acumulação é o fato da mesma proporcionar uma redução na potência instalada. A carga térmica necessária na maioria das instalações de ar condicionado é variável, devido ao fato de serem também variáveis a carga de insolação e a própria ocupação dos ambientes.
Em um sistema de ar condicionado convencional, a capacidade tem que ser baseada no horário de maior carga térmica, o que conseqüentemente faz com que os equipamentos fiquem superdimensionados e ociosos na maior parte do tempo. Na termo-acumulação pode-se dimensionar os equipamentos com uma capacidade inferior a capacidade do horário de pico, sendo a diferença completada pela queima da energia térmica acumulada em outro horário. Com isso, consegue-se instalações com potências menores e, conseqüentemente, menores subestações e menores demandas contratadas de energia elétrica.
R.É o meio mais simples e eficiente de armazenamento térmico. Durante o período no qual a carga térmica é reduzida ou no qual a instalação não está sendo utilizada, os chiller são ligados para armazenar água gelada em reservatórios isolados termicamente. Os reservatórios podem ser construídos tanto em chapa de aço como em concreto, sendo constituídos com várias câmaras interligadas segundo a técnica denominada “labirinto” ou mesmo em tanques unicelulares do tipo estratificado que reduzem as perdas por mistura e transmissão, aumentando a eficiência dos mesmos.
R. O tanque de água gelada tem duas limitações principais: o volume - é superior a solução de acumulação com gelo e em determinadas obras não há espaço disponível ou o espaço tem elevado valor comercial; A pressão - para pressões elevadas o tanque se torna inviável economicamente, o que limita a aplicação para prédios mais baixos.
R. Os tanques de gelo, diferentemente dos tanques de água gelada, necessitam de dois ciclos distintos: Ciclo de carga ou produção de gelo, no qual é formado gelo no interior dos tanques; Ciclo de descarga ou queima, no qual é consumido o gelo previamente acumulado. Existem diferentes tipos de tanques com diferentes concepções de acumulação de gelo.
Os principais fornecedores destes tanques são: Alpina, Semco-Bac e Criogel. Nos sistemas de termo-acumulação em gelo é necessário a introdução na água do circuito de água gelada de uma substância, geralmente etilenoglicol ou propilenoglicol, cuja função principal é abaixar o ponto de congelamento da água permitindo a formação de gelo nos tanques.
Esta mistura irá circular através do chiller e dos fan coils. No ciclo de consumo ou queima, a solução de água e etilenoglicol é resfriada ao passar pelos tanques, saindo do tanque a uma temperatura em torno de 2º C, sendo misturada com a solução proveniente do chiller, a uma temperatura mais elevada e enviada novamente aos climatizadores a uma temperatura em torno de 5 a 7º C.
R. Este sistema proporciona uma redução da capacidade projetada dos resfriadores e seus periféricos, economia no custo da energia empregada em sistemas de ar condicionado de grande porte, aumento da confiabilidade do sistema pelo uso de duas fontes de frio, e substancial ganho de espaço em áreas nobres quando comparado com outros sistemas de acumulação de energia térmica.
As “Ice Balls” são pseudo-esferas em polímero plástico, que são armazenadas em reservatórios (tanques) de qualquer formato ou dimensão, adequando-se às necessidades e disponibilidades da obra.
R. Sabemos que quanto maior a temperatura do ar, mais umidade pode ser dissolvida nele. Em uma dada temperatura, no limite da capacidade do ar absorver esta umidade temos o ar saturado com umidade relativa 100% e pressão de saturação (psat). O ar é uma composição de ar seco e umidade e cada um destes componentes tem uma pressão.
A pressão da umidade chama-se pressão parcial de vapor. Quanto mais umidade dissolvida no ar, maior esta pressão de vapor - até o limite de psat (que é a máxima pressão parcial do vapor possível para aquela dada temperatura). Como a definição da umidade relativa é a relação entre pressão parcial de vapor (pv) e a pressão de saturação (valor fixo e definido para cada temperatura) temos que quanto maior a pressão parcial de vapor, maior a umidade relativa do ar.
R. Para resolver este tipo de questão, basta utilizar a carta psicrométrica. Marcar o ponto referente à temperatura e umidade relativa do ar externo e traçando uma linha horizontal da direita para a esquerda, verificar o ponto em que há cruzamento com a linha de saturação.
A temperatura encontrada neste caso é de cerca de 23?C. Neste ponto, situa-se a temperatura de orvalho do ar externo, ou seja, se a temperatura do ar é resfriada abaixo deste valor, haverá condensação. Neste exemplo a temperatura de orvalho é de 23?C e a temperatura da face externa do duto é praticamente de 18?C (não há isolamento e a condutividade da chapa é elevada), o que faz com que a condensação da umidade seja inevitável.
A solução deste problema geralmente é conseguida através do isolamento do duto. Conclusão: Haverá condensação sobre a face externa do duto porque a Temperatura da chapa é menor que a Temperatura de orvalho do ar externo.
R. A densidade do ar pode ser calculada através da hipótese de que este é um Gás perfeito, o que totalmente admissível para as condições normais de temperatura e pressão. Desta forma, isolando-se a densidade na equação dos gases perfeitos tem-se: ?=p/(R.T) onde, p é a pressão atmosférica, Ra a constante do ar (Ra = 287,035 J/kg K) e T é a temperatura do ar (em Kelvin).
R. A temperatura na qual o vapor de água da atmosfera começa a condensar é conhecida como temperatura de orvalho do ar. Esta propriedade é muito importante, pois a partir dela pode-se calcular as espessuras de isolamento adequadas para dutos, câmaras frigoríficas e refrigeradores domésticos. Ou seja, se o isolamento é ruim, haverá uma temperatura superficial externa baixa da parede da câmara ou de um duto e desta forma, haverá condensação do vapor d´água presente no ar sobre esta parede.
A pressão de saturação ocorre quando tem-se o máximo possível de vapor d´água dissolvido no ar a uma dada temperatura. Neste caso, diz-se que o ar está saturado e adota-se esta condição para o cálculo da umidade relativa do mesmo.
Tomando-se o ar a uma dada temperatura, Ta, e certa pressão de vapor, pv, e adicionando-se o máximo de vapor d'água fisicamente possível, obtém-se o ar saturado na temperatura Ta e com pressão de saturação psat na temperatura (Ta). A umidade relativa representa a relação entre a pressão parcial de vapor d´água presente no ar (pv) e a pressão de saturação do mesmo a uma mesma temperatura (psat). UR = 100*(pv/psat)
R. Porque a quantidade de água que pode evaporar da mecha molhada do termômetro de bulbo úmido para o ar depende da quantidade de vapor d´água dissolvido no ar que passa pelo bulbo úmido. Se o mesmo já estiver saturado com umidade, não evaporará nenhuma quantidade de água da mecha para o ar e não haverá resfriamento no termômetro de bulbo úmido. Neste caso, TBS seria igual à TBU.
R. O estudioso Fanger estudou os parâmetros que garantem o conforto térmico dos seres humanos na década de 70 e descobriu que uma dada condição do ambiente não é capaz de agradar a todos os usuários, uma vez que a sensação de conforto térmico é subjetiva e percebida de forma diferente pelos indivíduos.
Fanger no entanto descobriu que há faixas de temperatura e de umidade relativas que agradam um percentual maior de usuários. Há além destas duas grandezas diversos fatores que influenciam esta sensação tais como velocidade do ar, tipo de vestimentas, metabolismo, temperatura das paredes do ambiente.
A norma brasileira recomenda para escritórios e residências temperaturas de 23 a 25 graus para temperaturas internas no verão. A umidade relativa recomendada é de 40 a 60%. Estes parâmetros dependem também da aplicação. Por isso é importante a consulta às normas técnicas.
R. Segundo a Lei de Dalton, se diversos gases ocupam o mesmo volume a uma dada temperatura, a pressão total provocada por estes é a soma das pressões parciais de seus constituintes, cada um considerado no mesmo volume e temperatura.
Desta forma, a Lei de Dalton estabelece que: a) a pressão exercida por cada um dos gases da mistura é independente da presença de outros gases. b) a pressão total da mistura de gases é a soma das pressões parciais dos componentes. Para o caso do ar atmosférico, a pressão total (ptotal) é igual à soma da pressão parcial do ar seco (par) com a pressão parcial do vapor d´água (pvapor) dissolvido no ar.
Solução: a área de vidros é 12 andares x 20 m2 que dá 240 metros quadrados. Pela manhã – face leste o cálculo é 240 x 520 (fator sem cortinas) = 124.800 kcal/h. Pela tarde as janelas estão à sombra – logo a carga térmica é 240 x 40 = 10.080 kcal/h. Para a face norte basta multiplicar ao 240 x 223 = 53520 kcal/h. Para a face sul também é sombra = 10.080kcal/h. Ao se utilizar um vidro duplo há um Coeficiente CS = 0,90 que deve ser considerado no cálculo, ou seja há uma redução de 10% da carga. Normalmente as películas reduzem 30% da carga térmica incidente (depende da película e informações do fabricante / laboratórios). Para o caso de cortinas basta multiplicar a área pelo coeficiente de cortina interna – fator 2.
Solução: seja “x” a carga térmica da sala 2. Logo a sala um tem carga térmica 3.x. O problema diz que a soma das duas cargas térmicas é de 8 TR. Logo, 4x=8T. Isso significa que x=2TR. Cada TR corresponde a 680m3/h. Logo a sala 1 recebe 4080m3/h e a sala 2 recebe 1360m3/h.
Solução: Pela planilha basta multiplicar 900 x 2 = 1800 kcal/h de calor sensível e 900 x 6,2 = 5580 kcal/h de calor latente.
Já pela carta psicrométrica podemos obter a entalpia do ar externo como sendo 79kJ/kg, a do ar interno como sendo 51kJ/kg e a entalpia de um ponto intermediário “o” que forma um triângulo retângulo como sendo 58kJ/kg.
O fluxo de massa de ar externo é calculado por 900 x 1,129 / 3600 = 0,282kg/s.
A carga térmica sensível retirada é 0,282 x (58-51) = 1,974kW = 1683 kcal/h
Já a carga térmica latente retirada é 0,282 x (79-58) = 5,922 kW = 5051 kcal/h.
Observe que o cálculo pela carta psicrométrica é mais preciso.
R. Os isolantes são maus condutores de calor e têm como função reduzir as trocas de calor entre os ambientes refrigerados e o meio externo. Em câmaras frias são muito utilizados o PUR (poliuretano expandido) e o EPS (poliestireno).
R. Em primeiro lugar é preciso se definir a posição das unidades evaporadora e condensadora. Isto deve ser realizado considerando facilidade de acesso, boa distribuição de ar, estrutura física da edicação e posição do dreno. Uma vez instaladas as unidades interna e externa, é preciso montar a linha de fluido de interligação. A desidratação da linha para evitar a presença de umidade é fundamental. Dependendo da distância entre as unidades é preciso realizar a carga de fluido refrigerante. Para definir se a carga de fluido está apropriada, basta medir o grau de superaquecimento.
R. Em um projeto racionalmente elaborado do ponto de vista térmico podem ser previsto a existência de aberturas cruzadas, pé-direito elevado, paredes duplas, uso de materiais com baixa condutividade, orientação solar apropriada, vidros duplos, paredes externas pintadas de cor clara. Claro que isso pode ser mais caro inicialmente, mas a redução do custo operacional de energia elétrica a longo prazo compensa o investimento.
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