SISTEMAS DE AR CONDICIONADO - PCC 2466

Prof. Dr. Racine T A Prado
Ciclo típico
de
refrigeração
SISTEMAS DE AR
CONDICIONADO
2
1

Chiller
Funcionamento do chiller
Quando é dada a partida no compressor, a pressão
no seu lado superior e a sucção no inferior fazem
com que o líquido refrigerante flua do receptor para
a válvula de expansão. Esta válvula introduz o
refrigerante no evaporador (como gás), onde este
troca calor com a água que passa pela serpentina.
O refrigerante sai do evaporador e entra no
compressor como um gás frio a baixa pressão e sai
como um gás aquecido a alta pressão, passando,
em seguida, pelo condensador, onde é resfriado
pela água de condensação até se condensar,
retornando ao receptor como líquido. A água de
condensação é bombeada para a torre de
resfriamento.
3
4
2

Válvula de expansão termostática
Evaporador
5
6
3

Condensador
Expansão Direta e Indireta
Expansão Direta: sistema onde o refrigerante contido
numa serpentina, ao se evaporar, resfria diretamente
o ar em contato com ela. Tipos mais comuns:
aparelhos de janela;
“self-contained” com condensação a ar;
“split-system”;
“self-contained” com condensação a água.
Expansão Indireta: neste sistema, um refrigerante
(primário) resfria um fluido intermediário (refrigerante
secundário, geralmente a água) que, passando por
uma serpentina, retira o calor do ar proveniente dos
ambientes, quando em contato com a mesma
7
8
4

Sistema de Expansão Direta - componentes
compressor, condensador, válvula de expansão
termostática e evaporador, responsáveis
pela refrigeração;
ventilador para insuflamento do ar frio nos
ambientes;
válvula solenóide;
termostato de ambiente;
dutos;
difusores;
válvulas de volume de ar variável (VAV);
dampers.
O sistema de
distribuição de ar
é constituído pela
combinação dos
componentes:
ventiladores,
dutos, dampers,
medidores de
vazão, sensores
de pressão
estática e de
temperatura,
unidades terminais
de ar e difusores.
Sistema de Expansão Direta
9
10
5

Sistema de Expansão Indireta
Componentes
fan coil;
chiller;
torre de resfriamento .
Sistema ar condicionado típico em um edifício de pequeno porte
Sistema de Expansão Indireta
O sistema de água gelada é constituído por
subsistemas de refrigeração (chillers), de distribuição
e meios de dissipação de calor coletado pelo
sistema. Os chillers resfriam a água, a qual,
bombeada, caminha através de tubulações até às
serpentinas localizadas nas unidades terminais (fan
coils). Neste ponto, há uma elevação em sua
temperatura, pela troca de calor com o ar de retorno
em contato com a serpentina. A água volta aos
chillers para ser novamente resfriada, através da
troca de calor com o refrigerante.
11
12
6

A distribuição
de água
gelada no
edifício se dá
através do
bombeamento
da água
proveniente do
chiller até às
serpentinas
dos fan coils
ou unidades
terminais.
Sistema de Expansão Indireta
Esta água gelada percorre as
tubulações do circuito a uma
temperatura de 4 a 13 o C.
Sistemas de água
13
14
7

Sistemas de água de arrefecimento e de
água gelada
Torre de resfriamento
A torre de resfriamento dissipa o calor retirado do
edifício pelo sistema de água de arrefecimento,
resfriando a água de condensação por processo
evaporativo.
A torre resfria a água fazendo-a entrar em contato
com o ar, resultando em sua evaporação parcial.
15
16
8

Fan Coil
A unidade terminal de ar (“fan coil”) consiste
basicamente de dampers, filtros, ventilador(es),
serpentina e dispositivos controladores (válvulas e
atuadores de dampers). Ela é controlada para que a
quantidade de ar condicionado a ser fornecido ao
ambiente seja regulada de acordo com a sua
necessidade.
Fan Coil
17
18
9

Fan Coil
O sistema de resfriamento do ar (fan coil) é
dimensionado, quanto à sua capacidade, de acordo
com a vazão de ar necessária à retirada de cargas
térmicas de ambientes de áreas definidas. O ar é
introduzido no ambiente a uma temperatura
predeterminada de tal forma a ser mantida
constante a diferença de temperatura (∆T) entre o ar
do ambiente e o ar insuflado.
O sistema básico descrito pode ainda ser acrescido
de outros subsistemas, de acordo com a
necessidade, como, por exemplo, umidificação e/ou
desumidificação do ar, controle entálpico, ventilação
e filtragem do ar.
Damper é um dispositivo utilizado para controle de vazão
de ar (impede ou permite a passagem de uma
determinada quantidade de ar). Há vários tipos de
dampers.
Damper de
lâmina única
19
20
10

Damper de controle de fumaça
Damper de múltiplas lâminas
21
22
11

Filtros
Filtros
Moldura metálica com placas de poliuretano, fibra
natural, mantas de fios metálicos ou fibras
sintéticas. Dividem-se ainda em secos e de impacto
adesivo (impregnados com óleo).
23
24
12

Filtro de ar contínuo (de rolo)
Manta de lã de
vidro, de papel
especial ou de
material têxtil não
trançado. O
material particulado
aumenta a perda
de carga, mas a
renovação do filtro
é automática.
Filtro de carvão ativado
Adsorção de gases com odor e nocivos, como o SO 2.
Consiste de duas placas perfuradas e paralelas entre
as quais vai o carvão ativado em forma granular.
Exige um pré-filtro para eliminar a poeira.
25
26
13

Precipitador eletrostático
As partículas de poeira
são carregadas
eletricamente em uma
zona de ionização
(campo eletrostático) e
posteriormente atraídas
pelos eletrodos
(polaridade oposta) na
zona de precipitação,
onde se acumulam.
Retém partículas de
diâmetro inferior a 0, 5
µm.
Filtros
HEPA: High Efficiency Particulate Air
São filtros construídos de microfibras de vidro,
capazes de reter pólen, ácaros e partículas de
fumaça.
A taxa de retenção dos filtros HEPA atinge 99,97%
de partículas de até 0,3 µm.
27
28
14

Zona simples
Duplo duto ou multizona
29
30
15

Aquecimento ou refrigeração
simples
Sistema de zona simples
31
32
16

Self-Contained
Aparelho de janela
33
34
17

Split
Consumo de Energia dos Sistemas de Ar
Condicionado
35
36
18

Volume de ar constante e temperatura
variável e Volume variável e temperatura
constante
Sistemas de distribuição existentes: duto único,
com volume de ar variável ou com volume de ar
constante. As unidades de volume de ar variável
(VAVs), próprias para grandes espaços, controlam
a vazão de ar, em função da temperatura de bulbo
seco do espaço, variando a quantidade de
suprimento de ar, que é insuflado a temperatura
constante (12–13°C). A quantidade de ar
necessária ao ambiente depende da carga térmica
local.
Volume de ar variável
As variações de vazão de ar alteram as pressões
estáticas nos dutos; para que sejam garantidas
pressões adequadas e suficientes para o
fornecimento de ar nas vazões requeridas, os
valores de pressão estática nos dutos são
monitorados e controlados pelo sistema de controle.
O sistema de volume de ar constante controla a
temperatura do espaço alterando a temperatura do
ar insuflado, enquanto mantém constante a vazão.
Neste caso, não há controle da pressão estática nos
dutos.
37
38
19

Volume de ar variável - vantagens
• redução dos custos de instalação, com sistemas
menores;
• redução do consumo de energia (20 – 30 %);
• grande flexibilidade no que se refere ao
zoneamento.
Volume de ar variável – variação da
carga térmica com o movimento do sol
39
40
20

Volume de ar variável - componentes
• unidade terminal: tomada de ar, sensores de descarga,
controladores, dampers e tubulações;
• dispositivo de modulação da vazão do ventilador
(damper, inversor de frequência,...);
• sensor de pressão estática no duto principal;
• dutos de alta pressão;
• dutos de baixa pressão;
• medidores de vazão de ar;
• dutos de ar de retorno;
• dampers motorizados automáticos;
• outros componentes comuns a outros tipos de sistemas.
Volume de ar variável – esquema geral
41
42
21

Volume de ar variável – caixa da VAV
VAV e CAV – experimento - (Yang, 00)
43
44
22

VAV e CAV – experimento - (Yang, 00)
Problemas dos Sistemas VAV:
• desconforto;
• correntes de ar;
• estagnação;
Volume de ar variável
• baixas velocidades de ar;
• estratificação de temperatura;
• aumento de umidade relativa.
45
46
23

%
100
Termoacumulação
A termoacumulação é um sistema que armazena
energia térmica (calor ou frio) produzida em
horários de tarifação de energia elétrica mais baixa
e/ou em horários de pouca solicitação, para ser
usada principalmente em momentos de cargas
elétricas indesejáveis (por exemplo, horário de
ponta).
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Termoacumulação – período de ponta
Perfil de Consumo
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Horas
47
48
24

Termoacumulação
Tarifa Horo Sazonal
Esta tarifação atribui valores diferenciados entre
períodos:
Ponta (17:00 as 20:00)
Fora de ponta
Seco (Mai/Nov)
Úmido (Dez/Abr)
Termoacumulação
O armazenamento térmico pode ser feito de
duas maneiras: com a utilização de a)
tanques de água gelada ou b) tanques de
gelo.
Tanques de água gelada – são
depósitos (tanques) que utilizam a água
como meio de armazenamento. Existem
vários tipos de tanques, geralmente
construídos em concreto.
49
50
25

Sistema com Tanques Múltiplos
Sistema com Tanques Múltiplos
51
52
26

São sistemas que
utilizam gelo como
meio de
armazenamento.
Tanques de Gelo
Insuflamento pelo piso
No sistema de insuflamento pelo piso, o ar passa entre
a laje e o piso elevado (plenum).
Características:
o ar de retorno e externo são misturados e
insuflados no plenum, por uma unidade de
condicionamento e quantidade mínima de dutos;
o plenum é formado pela laje e o piso elevado;
a vazão de ar pode ser constante ou variável;
o ar é introduzido nos ambientes através de
difusores, controlados por termostatos ou pelo
usuário, que são localizados no piso ou próximos
ao usuário;
o retorno é feito pelo teto.
53
54
27

Insuflamento pelo piso – esquema geral
Insuflamento pelo piso – aspecto energético
55
56
28