Apostila Austin Ar Condicionado

Instalao de sistemas de climatizao tipo splits AUSTIN

I ENCONTRO TCNICO AUSTIN DO BRASIL

Material elaborado pela rea Tcnica de Refrigerao e Climatizao Campus So Jos Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia de Santa Catarina Direitos Autorais reservados. Proibida a reproduo parcial ou integral sem autorizao do IF-SC Maio de 2010

Apresentao Prezado amigo instalador, bem vindos ao I ENCONTRO TCNICO AUSTIN DO BRASIL. Esse texto que voc est recebendo faz parte do acervo da rea Tcnica de Refrigerao e Condicionamento de ar, Campus So Jos do IF-SC. Customizamos esse material a partir de nossas apostilas e a partir dos catlogos tcnicos da Austin do Brasil com o objetivo de compartilhar com voc as informaes mais importantes para a correta instalao dos splits Austin. Abordamos aqui desde aspectos tericos tais como trocas trmicas, conforto trmico e carga trmica, bem como os principais procedimentos para a instalao tais como: posicionamento das unidades evaporadora e condensadora, teste de estanqueidade, realizao de vcuo, carga de fluido e medio do grau de superaquecimento. Sugerimos que voc acesse o Site da Austin do Brasil na internet e conhea tambm detalhes tcnicos especficos dos equipamentos Austin. No site do IF-SC voc tambm encontrar diversos outros materiais didticos de livre acesso tais como animaes didticas e vdeo-aulas. Acesse o endereo: Instalao de Splits. http://wiki.sj.cefetsc.edu.br Clique em RAC e depois clique em

Desejamos sucesso a todos e uma boa aprendizagem!

Material elaborado por: Prof. Jesu Graciliano da Silva Reviso Tcnica: George Henry Wojcikiewicz Editorao e customizao: Carlos Eduardo Gonalves INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA So Jos - Rua Jos Lino Kretzer, 608 Bairro Praia Comprida So SC - CEP 88103 902 Fone/ fax (48) 3381-2865

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Sumrio1- INTRODUO 2- ENERGIA TRMICA E ENERGIA MECNICA 3 - TRANSFERNCIA DE CALOR 4- TEMPERATURA 5- DEFINIO DE PRESSO 6- CONFORTO TRMICO E TRATAMENTO DO AR 7- NOES DE CARGA TRMICA 8- CICLOS DE REFRIGERAO 9- SISTEMAS DE CLIMATIZAO 10- TIPOS DE SPLITS 11- PRINCPIOS DE UMA BOA INSTALAO 12- INTERLIGAO ENTRE AS UNIDADES 13- CONCLUSO DA INSTALAO AVALIAO DE APRENDIZAGEM INSTALAO DE SPLITS 4 6 10 12 15 22 29 36 40 42 44 50 53 57


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1 - INTRODUOA refrigerao o nome dado ao processo de remoo do calor de um meio e manuteno desta condio por meios mecnicos ou naturais. As aplicaes da refrigerao so muitas, no entanto, entre as principais temos a conservao de alimentos e a climatizao. A primeira descrio detalhada de um equipamento para produo de gelo foi patenteada por Jacob Perkins em 1834. O primeiro equipamento real foi construdo por James Harrison (escocs) entre 1856 e 1857. Em 1862, em uma exibio internacional em Londres, Daniel Siebe apresentou este equipamento sociedade da poca (Figura 1).

Figura 1 Ilustrao da primeira mquina de refrigerao O primeiro refrigerador domstico nos moldes atuais surgiu na segunda dcada do sculo XX e desde ento a refrigerao est presente na maioria dos lares do mundo inteiro. A descoberta do ciclo de refrigerao e o desenvolvimento da mquina frigorfica abriram o caminho para o uso prtico do ar condicionado. O que pode ser considerado como o primeiro equipamento de ar condicionado foi patenteado em 1897 por Joseph McCreaty (Estados Unidos). Seu sistema foi denominado lavador de ar (um sistema de resfriamento baseado no borrifamento de gua). O Dr. Willis Haviland Carrier pode ser considerado o primeiro a conseguir o controle de temperatura e umidade ao instalar em 1906, com sucesso, um equipamento de ar condicionado numa oficina grfica. Este equipamento era baseado no sistema de lavador de ar.


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At meados do sculo XX, o condicionamento de ar era utilizado principalmente em aplicaes industriais. Posteriormente, iniciou-se o desenvolvimento de sistemas visando o conforto humano. Atualmente, o setor de refrigerao e ar condicionado ocupa um lugar de destaque na vida da civilizao. Podemos utilizar a climatizao para controle de poluentes numa sala limpa hospitalar, para congelamento rpido de produtos alimentcios, para armazenamento de frutas e verduras logo aps a colheita, para conforto automotivo, para produo de bebidas fermentadas entre outras aplicaes. A automao, aliada abertura comercial do mercado brasileiro, contriburam para o aparecimento de dezenas de novas marcas de equipamentos. Os chamados splits j so responsveis pela maior parte das vendas do setor, gerando assim uma grande demanda por pessoal tcnico adequadamente capacitado na rea. Portanto preciso que o instalador de splits tenha conhecimentos tcnicos apropriados, tanto da parte prtica, quanto da parte terica. Para isso vamos estudar os princpios bsicos da climatizao e da refrigerao, antes de apresentarmos os contedos prticos. Os equipamentos de condicionamento de ar do tipo dividido, ou split-system, so mquinas que apresentam como caractersticas principais a fcil adaptabilidade ao ambiente, o baixo nvel de rudo e o baixo consumo de energia. O funcionamento destes equipamentos se baseia na diviso do sistema de refrigerao em duas partes. Dessa forma possvel alocar os componentes de maior nvel de rudo na unidade externa ao ambiente condicionado (compressor e condensador), obtendo assim um menor nvel de rudo. No ambiente climatizado fica apenas a unidade evaporadora composta pelo sistema de movimentao de ar e pelo trocador de calor. QUESTIONAMENTOS: 123Quando foi apresentado ao pblico o primeiro equipamento para produo artificial de gelo? Qual a primeira aplicao de um sistema de climatizao? Quais as principais caractersticas dos sistemas tipo splits?


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2 - ENERGIA TRMICA E ENERGIA MECNICAA refrigerao e o ar condicionado baseiam-se na utilizao direta de componentes que funcionam a partir de princpios fsicos desenvolvidos atravs do conhecimento do comportamento trmico das substncias e dos fenmenos da transferncia de calor.

Figura 2- Calor trocado entre um corpo quente e um corpo frio. A Termodinmica pode ser definida como a rea do conhecimento que estuda as relaes entre calor e o trabalho e a suas aplicaes no desenvolvimento das mquinas trmicas. J a transferncia de calor estuda o processo como o calor foi trocado. Na rea de refrigerao e ar condicionado muito importante conhecermos as unidades das grandezas fsicas a serem trabalhadas tais como temperatura e presso. O Sistema Internacional de Unidades (SI) define as unidades utilizadas legalmente no nosso pas. Isto importante, pois o desenvolvimento da transferncia de calor est totalmente baseado nas quatro dimenses bsicas do Sistema Internacional, que so comprimento (metro - m), massa (quilograma - kg), tempo (segundo s) e temperatura (kelvin - K). Tabela 1- Unidades derivadas do SI para algumas grandezas Quantidade Nome e smbolo Fora newton (N) Presso pascal (Pa) Energia joule (J) Potncia watt (W) condutibilidade trmica coeficiente de transferncia de calor Unidade m.kg/s2 N/m2 N.m J/s W/m.K W/m2.K Expresso em unidade de base do SI m.kg/s2 kg/m.s m.kg/s m.kg/s m.kg/s.K kg/s.K6


Eventualmente, poderemos nos deparar com unidades do sistema ingls, que so muito comuns ainda nos Estados Unidos da Amrica e tambm na Inglaterra. Como exemplo, a carga trmica (termo muito utilizado em climatizao) muitas vezes calculada em Btu/h. Os catlogos dos fabricantes de condicionamento de ar trazem esta unidade na determinao da capacidade de seus equipamentos. Por isso, a tabela.2 de converso de fatores bastante til. Muitos fabricantes informam em seus catlogos a capacidade trmica dos equipamentos em BTU. Isso, apesar de interessante do ponto de vista de marketing no correto, pois BTU uma unidade de energia, enquanto capacidade est relacionada com potncia do equipamento e potncia definida como energia dividida por tempo. Logo o correto Btu/h. Tabela 2 - Fatores de converso teis 1 lbf = 4,448 N 1 lbf/pol (ou psi) = 6895 Pa 1 pol = 0,0254 m 1 H.P. = 746 W = 2545 Btu/h 1 kcal/h = 1,163 W 1 Btu = 1055 J 1 kcal = 4,1868 kJ 1 kW = 3413 Btu/h 1 litro (l) = 0,001 m 1 TR = 3517 W = 12.000 Btu/h

De maneira simplificada podemos dizer que energia uma grandeza que est sempre associada a qualquer transformao que ocorra na natureza. Em termos fsicos, energia a capacidade de realizar trabalho. Ela pode existir sob diversas formas, como energia trmica (calor), energia mecnica, energia qumica, energia eltrica etc., e pode ser transformada de uma destas formas para outra. Por exemplo, a energia qumica de uma bateria de acumuladores transforma-se em energia eltrica que passa em um circuito e acende uma lmpada (energia luminosa ou energia trmica) ou aciona um motor (energia mecnica). Embora a energia possa ser transformada de uma forma para outra, num sistema fechado, ela no pode ser criada ou destruda. o famoso princpio da conservao da energia. Na termodinmica trataremos apenas das transformaes de energia mecnica (atravs do trabalho) e da energia trmica (atravs do calor). A grandeza Trabalho est associada ao deslocamento de um corpo a uma dada distncia por meio da aplicao de uma determinada fora. Na refrigerao e climatizao dizemos que h trabalho envolvido na compresso do vapor refrigerante atravs do cilindro do compressor.Instalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 7

O calor pode ser definido como uma forma de energia transferida de um corpo a outro devido s diferenas de temperatura. No processo de aquecimento, por exemplo, temos a energia trmica sendo transferida da chama (com elevada temperatura) para o corpo conforme mostrado na figura 3 (com baixa temperatura).

Figura 3 Calor trocado entre uma chama e um corpo. Quando queremos informar a capacidade de um equipamento, falamos em potncia. Potncia est relacionada com o fato de que uma dada quantidade de energia pode ser disponibilizada num tempo maior ou menor. De acordo com o tempo que se pode disponibilizar a energia tem-se mais ou menos potncia. Ou seja, uma chama que capaz de ferver a gua em 5 minutos tem a metade da potncia de uma chama que ferve a mesma quantidade de gua em 2,5 minutos. Em termos tcnicos pode-se definir potncia como a energia pela unidade de tempo sendo que sua unidade caracterstica pode ser dada em Watts, Btu/h, CV, HP, kcal/h e toneladas de refrigerao (1TR=12000 Btu/h). A partir de agora, voc j no pode mais confundir unidade de energia com unidade de potncia. Por exemplo: Btu unidade de energia, mas Btu/h de potncia. Na figura 4, voc poder verificar uma aplicao prtica da definio de potncia. James Watt mostrou que um cavalo forte era capaz de elevar uma carga de 75kg at a altura de um metro em um segundo. A essa potncia chamou-se de cavalo-vapor (devido comparao com a mquina a vapor) com abreviao de CV.


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TRAO

1m

MASSA = 75kg

Figura 4 Ilustrao do experimento de James Watt.

Questionamentos: 123Qual a diferena entre energia trmica e energia mecnica? possvel a transferncia de calor de um meio de menor temperatura para outro de maior temperatura? De que maneira podemos converter energia mecnica em calor?

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3 - TRANSFERNCIA DE CALORO calor pode ser trocado de um corpo a outro por trs processos principais: So eles a conduo, a conveco e a radiao. A conduo est fundamentalmente associada ao choque entre molculas com diferentes velocidades de vibrao, com a molcula mais veloz chocando-se com a molcula menos veloz, "passando" energia cintica. Esta forma de transferncia de calor ocorre basicamente nos corpos slidos. A conveco ocorre em fluidos (lquidos e gases). Consiste na superposio de dois mecanismos distintos: a difuso de energia entre as molculas, e a movimentao destas molculas (adveco). Nos fluidos, as molculas no apresentam uma ligao to forte entre si, no esto rigidamente presas, como nos slidos. Ou seja, elas podem mudar livremente de lugar no espao. Ento, por exemplo, molculas de um fluido que entrem em contato com uma superfcie slida aquecida, recebem energia trmica por difuso, isto , pelo choque entre as molculas mais superficiais da superfcie slida e as molculas do fluido coladas placa. Porm, como elas so livres para se movimentar (movimento do fluido), ao se deslocarem elas "carregam" consigo a energia trmica adquirida. Ao mesmo tempo, novas molculas de fluido iro entrar em contato com a superfcie slida, aquecendo-se e reiniciando o processo.

Energia solarRA C

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J a radiao est relacionada com a propriedade que tem toda matria, de emitir energia na forma de radiao (ondas eletromagnticas, similares, por exemplo, s ondas de rdio AM/FM). Essa energia tanto maior quanto maior for a temperatura da matria (isso , sua agitao molecular). Este tipo de transferncia de calor no precisa de um meio material para se realizar. Um exemplo a energia do Sol. No espao entre o Sol e a Terra praticamente no existe matria (vcuo). Mesmo assim a energia do Sol alcana nosso planeta. Essa transferncia de energia (calor) se d por meio de ondas eletromagnticas (radiao). Na tabela 3 a seguir resumimos para voc os principais processos de transferncia de calor: Tabela 3 Resumo sobre Transferncia de calor MODO Conduo Conveco Radiao MECANISMO difuso de energia devido a agitao molecular difuso de energia devido a agitao molecular + transporte da energia pelo movimento do fluido transferncia de energia por ondas eletromagnticas OCORRNCIA principalmente nos slidos fluidos (lquidos e gases) Meios transparentes a radiao trmica

Questionamentos: 123Quais as diferenas bsicas entre as trs formas de transferncia de calor? Em um sistema de climatizao envolvendo o ambiente e o equipamento split, avalie em que pontos h transferncia de calor. Considere duas paredes de alvenaria comum, sendo uma delas de 15cm e outra de 25cm de espessura. Em que caso haver maior transferncia de calor, considerando-se as mesmas condies internas e externas de temperatura do ar?

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4- TEMPERATURAEm geral a matria pode ser encontrada na natureza nas formas gasosa, lquida e slida. Atravs da aplicao de uma energia, tem-se a modificao de estado termodinmico. Como exemplo pode-se observar a gua. Comumente podemos encontr-la no estado slido (gelo), lquido e gasoso (vapor), conforme esquematizado na figura 5. Alm da gua, trabalha-se na refrigerao com fluidos refrigerantes. Estes fluidos sofrem uma srie de transformaes cclicas capazes de produzir o efeito da refrigerao tais como condensao e vaporizao. Desta forma, podemos encontr-los nos estados de lquido, mistura de lquido com vapor e de vapor dentro de um sistema.VAPORIZAO LQUIDO SOLIDIFICAO VAPOR

FUSO SLIDO

CONDENSAO

SUBLIMAO

Figura 5 Mudanas de estado da matria Quando falamos em mudana de fase, na verdade estamos falando de mudana das propriedades da matria. As principais propriedades termodinmicas so: Temperatura, presso, energia interna, entalpia, volume especfico, condutividade trmica, calor latente de fuso, calor latente de vaporizao, entropia, ttulo e massa especfica. A seguir exploraremos algumas destas propriedades. Vamos comear pela Temperatura. Pois bem, a temperatura associada agitao molecular de um corpo. Quanto mais quente um corpo, maior sua agitao molecular. Observa-se que do ponto de vista subjetivo a temperatura est associada a uma sensao trmica de quente e de frio. Porm esta sensao no suficiente para se afirmar que um corpo est quente ou frio, pois nossa sensao relativa.


Os equipamentos mais comuns para se medir temperatura so os termmetros de coluna. Estes contm em seu interior um fluido que se dilata com o recebimento de calor (por exemplo, o mercrio, Hg) e possuem escalas graduadas que permitem aferir se um corpo est mais quente ou mais frio que outro. Diversas escalas de temperatura so encontradas na atualidade como Kelvin (K), Celsius (C), Fahrenheit (F) e Rankine (R). Nos dias de hoje dispe-se tambm de outros dispositivos que utilizam o comportamento eltrico dos materiais para produzir sinais eltricos como os termopares e termoresistncias. Para transformar uma temperatura medida na escala Fahrenheit para a escala Celsius utilizamos a equao:5 TC (TF 32) = TC = (TF 32) 5 9 9

(1.1)

J para transformar uma temperatura da escala Kelvin para Celsius utilizamos a equao:TC = TK 273,15 TK = TC + 273,15

(1.2)

Na figura 6 podemos observar as temperaturas de referncia para as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin. A ilustrao foi construda representando os pontos de referncia de solidificao e vaporizao da gua nas diversas temperaturas. Logo fica claro que o gelo derrete (fuso) ao nvel do mar temperatura de 0oC, ou a 32 oF ou a 273kelvin.o

C 100 0

o

F 212 32

K 373 273

EBULIO DA GUA

FUSO DO GELO

Figura 6 Escalas termomtricas para medio de temperatura.


Questionamentos: 123Faa a converso de temperaturas a seguir: 40oC e 20oC para Kelvin e para oFarenheit. Quais os trs principais estados da matria? Em um sistema de climatizao onde ocorrem as mudanas de fase do fluido refrigerante? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________


5 - DEFINIO DE PRESSONo incio desse mdulo ns estudamos a definio de calor, lembra-se? Pois bem, a pergunta agora : voc saberia dizer o que calor especifico? Pois , calor Especfico de um corpo a quantidade de calor necessria para elevar a temperatura de uma unidade de massa do corpo de um grau de temperatura. Em unidades mtricas, a quantidade de calor, em kcal, necessria para elevar a temperatura de 1kg do corpo de 1C. Pela prpria definio das unidades de quantidade de calor, o calor especfico da gua 1,0kcal/(kg. oC). Tabela 4- Calor especfico para diversas substncias Substncia gua lquida gua gelo gua vapor Ar Calor especfico (kcal/kgoC) 1,00 0,50 0,48 0,24 Calor especfico (kJ/kgoC) 4,18 2,09 2,00 1,00

Uma aplicao simples do calor especfico quando queremos avaliar o rendimento de um aparelho de ar condicionado medindo com um termmetro comum a temperatura do ar que insuflado no ambiente e a temperatura do ar que succionado pela serpentina fria do aparelho. Supondo que sua medio foi de TEMP=12oC. Na tabela 4 vemos que o calor especfico do ar CESP de 1,0kJ/kg.oC. Sabendo que o catlogo diz que a vazo do aparelho de 680 m3/h de ar, podemos converter esse valor para fluxo de massa (basta multiplicar 680 por 0,00033 para obter fluxo de massa FM = 0,224kg/s). Com essas informaes basta aplicar a equao a seguir para estimar o rendimento do aparelho (POT):kJ = 2,68kW = 2680W s

POT = FM CESP (TEMP ) Q = 0,224 1,0 12 = 2,68


Observe que se quisermos obter o rendimento em Btu/h basta multiplicar a potncia de 2680W por 3,41. Vamos obter ento 9144 Btu/h. Agora voc pode conferir se o equipamento est rendendo o desejado comparando com o valor definido no catlogo. A frmula que voc utilizou acima vem da famosa Q = M x C x DELTA T. Ela muito til para estudar trocas de calor sensvel (quando no h mudana de massa envolvida no processo). Uma outra propriedade muito importante para quem trabalha com a climatizao de ambiente a Condutividade Trmica (Smbolo K). Ela indica a facilidade ou dificuldade que um corpo apresenta para conduzir calor. Como exemplo, lembre-se que os metais tm maior facilidade para transferir calor do que a madeira, por exemplo. Na tabela 5 a seguir apresentamos uma lista de diversos materiais e suas respectivas condutividades trmicas. Tabela 5- Condutividade trmica aproximada para diferentes materiais. Material Ao Madeira Cobre Alumnio Ar Tijolos cermicos K = Condutividade trmica (W/mK) 55,00 0,16 372,00 209,00 0,03 1,20 (depender da densidade e tipo do tijolo)

A condutividade muito utilizada para calcular a quantidade de calor que penetra um ambiente climatizado. Suponha que uma parede de espessura ESP=0,15m (15 centmetros) no insolada tenha uma rea de 20 metros quadrados. Suponha tambm que a diferena de temperatura entre o ar externo e o ar do ambiente climatizado seja TEMP=(32 25) = 7oC. Podemos estimar a troca de calor da seguinte forma:

Q=

K REA TEMP 1,2 20 7 = = 1120W ESP 0,15


Observe que se multiplicarmos 1120W por 3,41 obtemos 3.819Btu/h. Essa a quantidade de energia por hora que o aparelho deve retirar do ambiente devido penetrao pela parede de 20 metros quadrados. Quanto maior a condutividade trmica do material, maior a troca de calor entre os dois lados da parede. Se a espessura da parede for aumentada, pela frmula vemos que a troca de calor reduzida. A presso atuando em um ponto de um fluido igual em todas as direes e pode ser definida pelo valor da fora (atuando perpendicularmente rea) dividido pela unidade de rea deRAC

O que presso ?

superfcie. Equipamentos como manmetros medem a presso tomando a presso atmosfrica como referncia. A essa medida damos o nome de presso manomtrica.

conveniente deixar claro que a unidade de presso, o pascal (Pa), vem da sua prpria definio, ou seja, fora (expressa em newton) dividida pela rea (expressa em metros quadrados).

Figura 7- Medio da presso em um escoamento de ar

Na Figura 7 ilustramos um tubo de Venturi, muito utilizado para determinar a vazo do escoamento a partir das diferenas de presso obtidas atravs dos manmetros de coluna na rea maior e na rea menor. Conforme voc pode observar, quando a velocidade do escoamento maior


(no estrangulamento), a presso esttica (sobre as paredes) menor. Isso explica a mudana dos nveis de presso obtidos no manmetro de coluna. Um exemplo de presso muito comum a atmosfera, a qual estamos sujeitos. Esta presso resultado da camada de ar sobre nossos corpos e avaliada ao nvel do mar em 101325 pascals ou 1 atmosfera (1,0atm). Para fins prticos pode-se arredondar esta presso para 100000Pa que igual a 1,0bar. Pode-se observar ainda que esta presso equivale a termos uma camada d'gua de cerca de 10 metros sobre nossas cabeas. Num sistema de refrigerao h presses elevadas (da ordem de 20 bar), muito maiores do que a atmosfrica, porm em diversas situaes somos obrigados a trabalhar com presses pequenas e at mesmo com vcuo. H diversos tipos de presso. Se definirmos a presso de um gs tendo como referncia a atmosfrica ento esta chamada de presso relativa ou manomtrica. Seno, a presso dita absoluta. Por exemplo: Uma garrafa de fluido refrigerante tem presso manomtrica de 900.000 pascals. Logo sua presso absoluta de 1001325 pascals (aproximadamente 10 atmosferas). Ressaltase que a unidade psi muito empregada nos manmetros, sendo psig a presso manmetrica e psia a presso absoluta. Em refrigerao trabalha-se em diversas situaes com presses abaixo da atmosfera nos procedimentos de realizao de vcuo nas tubulaes de fluido refrigerante. As unidades de vcuo comumentes encontradas so: Tabela 6 Converso de presses Polegadas de vcuo ( de Hg) 28 29 29,8 mm de Hg (mercrio) 711 735 755 Tevaporao gua (C) 38 26 0


Observamos que em uma presso de 28 de Hg, a temperatura de evaporao da gua 38C e que os compressores comuns alcanam o mximo de 28 de Hg, logo no podem ser utilizados como bombas de vcuo. Na figura 8 observamos a relao entre presso absoluta e presso manomtrica.

NVEL DE PRESSO PRESSO MANOMTRICA PRESSO ATMOSFRICA

Figura 8 Representao esquemtica dos nveis de presso

Exemplo: Um manmetro indica 121 kPa. Qual a presso absoluta? R. A presso indicada pelo manmetro de 21 kPa acima da presso atmosfrica, pois este equipamento indica uma presso relativa. Logo a presso absoluta a soma da presso atmosfrica com a presso manomtrica = 122 kPa.


PRESSO ABSOLUTA

VCUO

Figura 9 Manmetro para leitura de presses de baixa e de alta Nos evaporadores e nos condensadores os fluidos refrigerantes em geral encontram em um processo de mudana de fase (chamado de condio de saturao). Isso acontece a uma temperatura e presses definidas. Caso a gente mea a temperatura do fluido durante a mudana de fase, podemos obter qual a presso em que o fluido est porque h uma relao direta entre a presso de saturao e a temperatura de mudana de fase. Para cada fluido h tabelas que apresentam a relao entre a presso e a respectiva temperatura de saturao. Na instalao de splits muito importante conhecer a relao entre temperatura e presso para estimativa do grau de superaquecimento do fluido na entrada do compressor. No podemos deixar fluido refrigerante lquido de forma alguma entrar no compressor. O superaquecimento pode ser entendido como a diferena de temperatura do fluido entrada do compressor em relao temperatura do fluido que se vaporiza no evaporador. Se o superaquecimento muito elevado h problemas com a viscosidade do leo do compressor. Se o superaquecimento for muito baixo h perigo de entrada de fluido refrigerante lquido no compressor. O clculo do superaquecimento pode ser realizado da seguinte forma:SA = T suco T evap

Do ponto de vista fsico, o superaquecimento do fluido refrigerante pode ser entendido da seguinte forma: Pense na gua. Imagine que estamos aquecendo a gua at atingir 100oC (ao nvel do mar). Sabemos que a gua muda de fase uma temperatura constante. Essa uma caracterstica das substncias chamadas de substncias puras. O fluido refrigerante se comporta da mesma forma, mas aInstalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 20

vaporizao acontece a temperaturas bem mais baixas. No caso da gua especificamos a presso ao dizer ao nvel do mar (presso atmosfrica de 101,325kPa). Na tabela acima vimos que o fluido a 76psi vaporiza-se 6,9oC. A caracterstica marcante da substncia pura que, mesmo continuando a receber calor, enquanto todo o lquido no se transformar em vapor, a temperatura no muda. Essa era a temperatura de saturao T evap. A partir da vaporizao completa se continuamos adicionando calor h uma elevao gradual de temperatura. superaquecimento. Questionamentos: 123Qual a diferena entre a presso absoluta e a presso atmosfrica? Qual a relao que existe entre presso e temperatura de saturao do fluido refrigerante? Qual a importncia de se produzir presses prximas de zero dentro das tubulaes de fluido refrigerante? Essa diferena de temperatura chamada de


6 - CONFORTO TRMICO E TRATAMENTO DO ARUm dos principais objetivos da climatizao de ambientes a garantia do conforto trmico dos ocupantes de um ambiente. Claro que h diversas outras aplicaes envolvendo a rea de telecomunicaes, a indstria de componentes, as salas limpas hospitalares etc. No caso da climatizao com a finalidade de conforto trmico das pessoas, devemos entender que as principais trocas de calor entre o corpo e o meio exterior so atravs da evaporao do suor, da conveco e da radiao. O calor gerado pelo metabolismo do corpo humano deve ser liberado para o meio externo com o intuito de manter a temperatura corporal interna constante. Como mostrado na Figura 10, o corpo pode perder calor pela evaporao do suor bem como receber ou ceder calor para o ambiente pelos mecanismos de respirao, radiao e conveco, dependendo da temperatura do ar.

Figura 10- Trocas trmicas do homem com o seu meio. Segundo a ASHRAE (1997), conforto trmico um estado de esprito que reflete satisfao com o ambiente trmico que envolve uma pessoa. , portanto, uma sensao subjetiva que depende de aspectos biolgicos, fsicos e emocionais dos ocupantes, no sendo, desta forma, possvel satisfazer com uma determinada condio trmica todos os indivduos que ocupam um recinto.


O estudo do conforto trmico tem como objetivo a determinao das condies ambientais que possibilitam o conforto trmico para um maior nmero de pessoas possveis. Esta sensao de conforto depende da facilidade com que o indivduo estabelece um balano trmico com o meio, com o intuito de manter a temperatura interna corporal em 37C. Mesmo que o equilbrio trmico seja alcanado, uma pessoa pode no se sentir confortvel, por exemplo, se estiver na presena de um campo assimtrico de radiao. Segundo Fanger (1970), possvel dividir os fatores que afetam a sensao do conforto trmico em variveis individuais e ambientais. As principais variveis individuais so o tipo de atividade e o vesturio, e as principais variveis ambientais so: temperatura de bulbo seco do ar, temperatura mdia radiante, velocidade relativa do ar e umidade relativa do ar. Dos estudos de Fanger foram elaboradas algumas tabelas estabelecendo quais as condies recomendveis para climatizao de um ambiente no vero. Tabela 9- Condies Internas de Conforto para Vero - RESUMO Finalidade Local Recomendvel Mxima

TBS (C) UR (%) TBS (C) UR Residncias, hotis, Conforto Lojas de curto Tempo de Ocupao Ambientes com grandes Cargas de calor Escritrios Escolas e Bancos Barbearias, Cabeleireiros, Lojas e Magazines e Supermercados Teatros, Auditrios, Templos, Cinemas, Bares, Lanchonetes, Restaurantes, 24 a 26 40 a 65 27 65 24 a 26 40 a 60 27 65 23 a 25 40 a 60 26,5 65

latente e/ou sensvel Bibliotecas e Estdios TV


Na climatizao muito importante a realizao de operaes que envolvem o tratamento do ar atmosfrico. O estudo do tratamento do ar realizado pela rea de conhecimento chamada Psicrometria. O ar atmosfrico no totalmente seco, mas sim uma mistura de ar e de vapor dgua, resultando da a importncia da psicrometria. Em alguns processos a gua removida do ar, enquanto em outros adicionada. O ar atmosfrico uma mistura de muitos gases e de alguns poluentes. Deixando de lado os poluentes, que podem variar consideravelmente de lugar para outro, a composio de ar seco relativamente constante, variando levemente com o tempo, localizao e altitude. O ar que contm vapor dgua chamado de ar mido. O que no contm absolutamente nada de vapor dgua chamado de ar seco. O Ar atmosfrico composto de ar seco + vapor dgua + poluentes. O Ar seco uma mistura de: Oxignio (~21%), Nitrognio (~78%), Argnio e Dixido de Carbono entre outros componentes (~1%). As condies do ar nas mais diversas presses podem ser determinadas a partir de cartas psicromtricas. As cartas psicromtricas so representaes das propriedades psicromtricas do ar. O uso destas cartas permite a anlise grfica de dados e processos psicromtricos facilitando assim a soluo de muitos problemas prticos, que de outro modo requereriam solues matemticas mais difceis. Na figura 11 ilustra-se o esquema de uma carta psicromtrica tpica. A explicao de cada linha ou escala dada nos pargrafos que se seguem.

3 9 6 7 4 5 1Figura 11- Principais propriedades representadas na carta psicromtrica.Instalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 24

8 2

1. Temperatura de bulbo seco (TBS) indicada na carta por linhas retas verticais- grau (oC); 2. Umidade absoluta (w) representada por linhas horizontais- (kgv/kga); 3. Escala da umidade absoluta; 4. Temperatura de bulbo mido (TBU). A escala de TBU est localizada na linha de saturao na extremidade esquerda da carta. A sua Unidade oC; 5. Volume especfico (v) A sua unidade m3/kga. 6. Entalpia especfica (h). A sua unidade kJ/kga de ar seco e seu smbolo h. 7. Temperatura do ponto de orvalho (Torv) - (na linha de saturao). A sua Unidade oC 8. Umidade relativa () expressa em porcentagem. 9. Escala referente ao Fator de calor sensvel (FCS). Conforme observado na carta psicromtrica as principais propriedades do ar utilizadas em psicrometria so: temperatura de orvalho, umidade relativa, umidade absoluta, temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo mido, entalpia e presso de saturao. A temperatura na qual o vapor de gua da atmosfera fica saturado conhecida como temperatura de orvalho do ar. Esta propriedade muito importante, pois a partir dela pode-se calcular as espessuras de isolamento adequadas para dutos, cmaras frigorficas e refrigeradores domsticos. Ou seja, se o isolamento ruim, haver uma temperatura superficial externa baixa da parede da cmara e desta forma, haver condensao do vapor dgua presente no ar sobre esta parede. Na figura 12, ilustra-se a obteno grfica da temperatura de orvalho de uma dada quantidade de ar mido no estado 1. Para exemplificar podemos avaliar se devido a um fluxo de ar a uma temperatura de 15C passando dentro de um duto no isolado atravs de um ambiente a TBS de 32 C e TBU de 23 C haver ou no condensao em sua face externa. Para resolver este tipo de questo, basta utilizar a carta psicromtrica e marcar o ponto referente temperatura do ar externo e traando uma linha horizontal da direita para a esquerda, verificar o ponto em que h cruzamento com a linha de saturao. Neste ponto, situa-se a temperatura de orvalho do ar externo, ou seja, se a temperatura do ar resfriada abaixo deste valor, haver condensao. Neste exemplo a temperatura de orvalho de 19,2C e a temperatura da face externa do duto praticamente de 15C, o que faz com que aInstalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 25

condensao da umidade seja inevitvel. A soluo deste problema geralmente conseguida atravs do isolamento do duto.UMIDADE ABSOLUTAO A UR

N LI

HA

DE

T SA

1

T orvalho

TEMPERATURA DE BULBO SECO

Figura 12- Obteno da temperatura de orvalho A temperatura de bulbo seco do ar (TBS) a temperatura medida por um termmetro comum com proteo contra a radiao. Se dois termmetros precisos forem colocados numa corrente de ar em movimento rpido, ambos registraro exatamente a mesma temperatura. Porm, se o bulbo de um dos termmetros for coberto com uma mecha molhada, a sua temperatura descer primeiro rapidamente e depois lentamente at atingir um ponto estacionrio. A leitura neste ponto chamada a temperatura de bulbo mido do ar. Sempre teremos TBU menor que TBS do ar. Isto se deve ao fato da umidade da mecha retirar calor do bulbo para evaporar, o que reduz a temperatura do termmetro. Se o ar que passa pelo bulbo mido j estivesse saturado com umidade, no evaporaria nenhuma gua do bulbo para o ar e no haveria resfriamento no termmetro de bulbo mido. Neste caso, TBS seria igual TBU. Quanto mais seco for o ar que passa pela mecha do termmetro de bulbo mido, maior ser a quantidade que se evaporar para a corrente de ar. Quanto maior for a quantidade de umidade evaporada para a corrente de ar, mais baixa ser a leitura no termmetro de bulbo mido. A diferena entre as leituras nos termmetros de bulbos mido e seco chamada depresso de bulbo mido. Na figura 13, ilustra-se este processo.


TBU sempre menor ou igual que TBS. Interessante!T BS

T

T BU MECHA UMEDECIDA

RAC

Var

Figura 13- Ilustrao da obteno da TBU e TBS. Para trabalhos de preciso deve-se usar gua destilada para umidificar a mecha. Agora que voc j conhece algumas propriedades do ar, preciso analisar como os equipamentos de climatizao resfriam e desumidificam o ar. Geralmente, o resfriamento e desumidificao do ar acontecem simultaneamente quando um fluxo de ar passa atravs de um evaporador, tambm chamado de serpentina de resfriamento e desumidificao, (SRD). Neste processo h reduo da temperatura do ar e da umidade absoluta do mesmo, com condensao de parte do vapor dgua dissolvido no ar, o que acarreta na necessidade de providncias quanto instalao de bandeja de condensado com dreno. O processo de aquecimento ocorre quando um fluxo de ar atravessa um elemento aquecido. Este elemento pode ser uma bateria de resistncias eltricas ou mesmo um trocador de calor. Observa-se ainda que nos processos de aquecimento simples, no h modificao da umidade absoluta do ar. Dessa forma, na carta psicromtrica os estados termodinmicos do ar na entrada e na sada esto localizados sobre uma linha reta horizontal paralela ao eixo da temperatura de bulbo seco.


Questionamentos: 123Quais as temperaturas de conforto recomendadas para o vero para residncias? Qual a definio de conforto trmico? Como o organismo reage s variaes de temperatura do ambiente?

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NOES 7 - NOES DE CARGA TRMICAEstimar a carga trmica de um ambiente uma das primeiras atividades que o instalador deve realizar, antes de instalar o equipamento. A determinao da carga trmica permite que se faa a correta escolha da capacidade do equipamento que dever ser utilizado. No nosso objetivo neste texto aprofundar as informaes sobre esse tema. Nossa inteno apresentar um resumo do assunto para voc fazer estimativas simples. Se voc tem mais interesse no assunto procure mais informaes na internet, em livros e revistas especializadas. Carga trmica a quantidade total de calor sensvel e latente que deve ser retirada ou adicionada ao ambiente climatizado para que se mantenham as condies desejadas de temperatura e umidade relativa. No caso da climatizao, os ganhos de calor podem ser provenientes de fontes externas ao espao condicionado e provenientes dele prprio. Para que a carga trmica seja calculada preciso definirmos as condies de projeto. Estas condies determinaro os valores das trocas trmicas que ocorrero entre o meio a ser condicionado e o meio exterior. Em uma instalao de ar condicionado de vero, os ganhos externos podem ser devidos radiao solar que atravessa as janelas, radiao sobre superfcies opacas (paredes); ao calor transmitido atravs dos vidros e das paredes devido transferncia de temperatura entre o ar externo e o ar interno; infiltrao de ar quente do exterior. Esta infiltrao engloba tambm a vazo de ar de renovao.

Figura 14 Parcelas de carga trmicaInstalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 29

Os ganhos internos so devidos iluminao eltrica; ocupao (calor liberado pelas pessoas que ocupam o ambiente) e dissipao de potncia pelas mquinas e equipamentos (computadores, motores eltricos, cafeteiras, por exemplo). Algumas fontes de calor contribuem com carga sensvel e latente simultaneamente. As pessoas que ocupam o recinto contribuem com carga sensvel devido a maior temperatura da pele em relao ao ar do espao condicionado (conveco e radiao), e com carga latente devido transpirao e respirao. O ar de renovao tambm deve ser considerado na estimativa de carga trmica, pois o mesmo traz consigo calor sensvel e latente que dever ser retirado durante a passagem atravs da serpentina fria da mquina de climatizao. Os fatores que influem direta ou indiretamente na quantidade de calor que um ambiente pode ganhar ou perder so vrios e bastante diversificados. Chamaremos a estes fatores de "parcelas da carga trmica", cujas principais so: carga trmica devido a insolao (radiao solar) e transmisso nas superfcies transparentes (janelas); carga trmica devido a insolao e transmisso nas superfcies opacas (paredes, tetos e pisos); carga trmica devido s pessoas (ocupao); carga trmica devido iluminao interna; carga trmica devido a motores e mquinas eltricas; cargas trmicas diversas; carga trmica devida ao ar externo Cada projeto exige um estudo detalhado destas grandezas, a fim de que o controle de temperatura, umidade relativa, pureza e distribuio do ar aconteam de forma adequada. A estimativa precisa da carga trmica de forma instantnea muito complexa, pois as condies externas e internas do ambiente variam ao longo do tempo. H no mercado diversos programas computacionais para que os profissionais da rea possam realizar a estimativa da melhor forma possvel. Cada regio do Brasil tem um nvel de insolao e isto interfere nos clculos. As caractersticas dos materiais utilizados podem variar de regio para regio. Isso significa diferentes coeficientes de condutividade trmica. As temperaturas do ar externo e umidades relativas variam muito com a latitude, com a altitude e com a longitude. Devido a esta complexidade, normalmente so utilizadas planilhas simplificadas que oferecem um resultado aproximado para o clculo de carga trmica. Geralmente estas tabelas so construdas para atender s condies de temperaturas mais elevadas do ano.


Procure saber com os profissionais da rea (empresas de engenharia de ar condicionado) qual a melhor planilha que deve ser utilizada para sua regio. Para uso das planilhas, primeiro preciso que voc realize um detalhado levantamento do local a ser climatizado. Isso significa que voc deve obter as medidas das paredes, do p-direito (altura do cho at o teto), as espessuras das paredes, o tipo de vidro, a orientao solar, o nmero de lmpadas, o nmero de ocupantes do ambiente, a rea das janelas etc. No exemplo a seguir ilustramos o uso de uma planilha construda para a regio da Grande Florianpolis, onde a temperatura de vero (NBR 6401) de 32C e a umidade relativa de 60%. Para a sua cidade, preciso que voc procure obter planilhas especficas. Cada cidade tem uma temperatura e insolaes tpicas que precisam ser consideradas na estimativa de carga trmica.Exemplo de Aplicao:

Considere a regio sul Florianpolis Latitude 27 graus. Estime qual a carga trmica de um escritrio que tem dimenses de 8 m de comprimento na face leste, 4 m de largura e p-direito de 3m. O ambiente ocupado por 10 pessoas, h 1.500W em potncia de equipamentos instalados, 2.000 W de iluminao fluorescente e janela com cortina interna de 6m por 2m na face leste. O escritrio fica localizado entre dois andares de um prdio climatizado. Considere uma taxa de renovao de ar de 17 metros cbicos de ar por hora por pessoa. A face norte, sul e oeste so localizadas entre ambientes tambm climatizados, logo a rea delas no conta nos clculos. As paredes so leves (15 cm). SOLUO: Inicialmente devemos fazer um esboo do ambiente e depois preencher a tabela de acordo com as reas das janelas, paredes entre outras informaes. Multiplicamos as reas e informaes pelos fatores disponveis nas colunas 3 e 5, obtendo os valores das parcelas de carga trmica (kcal/h) na quarta e na sexta coluna.


Figura 15- Ilustrao do ambiente considerado Observe que a rea de janelas 12 metros quadrados. J a rea da parede mais insolada a face leste, cujas dimenses totais so 8,00 x 3,00 = 24,00 metros quadrados. Mas subtraindo-se a rea da janela temos 12 metros quadrados. Observe que no h trocas de calor pelo teto e pelo piso porque estas duas faces esto em contato com ambientes climatizados.


JANELAS Janela ao sol Leste ou Oeste Janela ao sol ao SE ou SO Janela ao sol NE ou NO Janelas ao sol Norte Janelas sombra (ou ao sul) Parede mais insolada pesada (30 cm) Parede mais insolada leve (15 cm) Demais paredes pesadas (30 cm) Demais paredes leves (15 cm) Terrao sem isolamento Terrao com isolamento Telhado no arejado s/ isolamento Telhado no arejado c/ isolamento Telhado arejado s/ isolamento Telhado arejado c/ isolamento Forro entre andares no condicionados Piso entre andares no condicionados Iluminao incandescente + equipam. Iluminao fluorescente ATIVIDADE

Fator 520 354 415 223 42 34 43 11 18 83 25 49 9 20 5 9 12 0,86 1,032 Fator Sens

rea 12

Q () Kcal/h 4236

Fator Cortina interna 353 245 284 160

Fator 109 86 94 67

12

516

Vlida para Florianpolis temperatura externa de vero 32 C, UR = 60% * 1=sem proteo *2=com proteo interna *3=com proteo externa

1500 W 2000 W No. Pessoas

1290 2064 Q () Sensvel kcal/h Fator Latente 46 Q() Latente kcal/h

Pessoas sentadas Trabalho de escritrio VENTILAO

54 54 Fator Csens. 10 Vazo m3/h 170 Qsensvel 540 Q () Sensvel kcal/h 340 8646 kcal/h

59 Fator

590 Q()

C.Latente Latente kcal/h 6,2 Qlatente 1054 1644 kcal/h

Ar externo de renovao

2

CARGA TRMICA TOTAL

Q (sensvel+latente)

10.290 kcal/h


Para obter em Btu/h basta multiplicar 10.290 kcal/h por 4. No nosso caso, fazendo isso temos a carga trmica estimada como sendo aproximadamente 41.160 Btu/h. Nesse caso voc ter que optar quais equipamentos sero utilizados. Uma maneira mais simplificada para a obteno da carga trmica de um dado ambiente a utilizao da ferramenta simulador online encontrada no site da Austin do Brasil (http://www.austindobrasil.com.br/2010/?p=c2ltdWxhZG9y). O valor obtido ao se utilizar esta ferramenta online prximo ao encontrado com a utilizao da planilha anterior, porm menos preciso. Este fato est atribudo ao nvel de detalhamento que cada ferramenta possui. Com apenas cinco caractersticas do ambiente o simulador online lhe fornece um valor prximo da carga trmica obtida com a planilha. Para o mesmo ambiente citado anteriormente foi realizado o clculo da carga trmica com a ferramenta fornecida pela Austin do Brasil, o valor obtido foi de 42.342 Btu/h, o qual pode ser conferido na figura 16, resultado o qual muito semelhante com o obtido atravs da planilha.

Figura 16 Simulao realizada pelo site da Austin do Brasil


Com essas explicaes acima voc j pode fazer estimativas para pequenos ambientes, como sua casa. Lembre-se que se o equipamento for superdimensionado o cliente pagar um custo inicial maior e um custo operacional (energia eltrica) tambm maior. Aps o clculo da carga trmica e escolha do sistema de climatizao podemos estimar o consumo mensal de energia do aparelho a partir do E.E.R., do ingls Energy Efficient Ratio obtido da relao entre a capacidade do aparelho em Btu/h e o consumo em Watts. Como exemplo, podemos resumidamente calcular o consumo de energia de um sistema split de 12.000Btu/h em um escritrio. Nas caractersticas obtidas do aparelho Austin modelo KFR-25GW seu consumo de 880W quando configurado para frio. Dessa forma, dividindo-se 9.000 por 880 Watts obtemos que o E.E.R. 10,23 [Btu/h]/W. Se este aparelho utilizado 4 horas por dia (considerando-se que parte do tempo o sistema est desligado pelo termostato) durante 22 dias no ms teremos um consumo mensal de 77,24kW.h (4h x 22dias x 0,88kW). Se um kWh custa cerca de R$0,25, o cliente pagar R$ 19,31 ao ms de energia eltrica.

Questionamentos: 12O que parcela de carga trmica sensvel e latente? Qual a diferena de consumo de energia eltrica ao final de um ms de dois equipamentos com 30.000 Btu/h, caso um tenha E.E.R. 20% inferior ao outro? Considerando-se o mesmo tempo de uso.

3-

De que maneira podemos reduzir a carga trmica de um ambiente ainda na fase de projeto? E se o ambiente est construdo? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________Instalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 35

8- CICLOS DE REFRIGERAOTodas estas grandezas temperatura, presso, energia, calor e trabalho so fundamentais para a rea de refrigerao e climatizao. Isto porque os equipamentos desta rea tm em seu interior fluido refrigerante que sofrem transformaes termodinmicas de tal forma a transportar energia de um ambiente para outro. Fluido refrigerante uma substncia que circulando dentro de um circuito fechado capaz de retirar calor de um meio enquanto vaporiza-se a baixa presso. Por exemplo, o fluido refrigerante que est dentro da tubulao de cobre de um aparelho de ar condicionado (ciclo frio) retira energia de um ambiente e o transporta para o meio exterior atravs de transformaes termodinmicas: condensao, evaporao, compresso e expanso.VAPOR IZAO DO FLUIDO RE FRIGERANT E

DISPOSITIVO DE EXPANSO

CONDE AO DO NS FLUIDO R EFRIGER E ANT

MEIO REFRIGERADO

RAC

EVAPORADOR

CONDENSADOR

COMPRESSOR

Figura 17- Ciclo de compresso de vapor Em um sistema de refrigerao tpico o fluido refrigerante entra no evaporador a baixa presso na forma de mistura de lquido mais vapor e retira energia do meio interno refrigerado (energia dos alimentos) enquanto vaporiza-se e passa para o estado de vapor. O vapor entra no compressor onde comprimido e bombeado, tornando-se vapor superaquecido e deslocando-se para o condensador que tem a funo de liberar a energia retirada dos alimentos e resultante do trabalho de compresso para o meio exterior. O fluido ao liberar sua energia passa do estado de vapor superaquecido para lquido (condensa) e finalmente entra no dispositivo de expanso onde tem sua presso reduzida paraInstalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 36

CALOR PARA MEIO EXTERNO

novamente ingressar no evaporador e repetir-se assim o ciclo. Esse processo ilustrado atravs da tabela 8 e da figura 17. Tabela 8 Processos termodinmicos ocorrendo num ciclo de refrigerao. Componente Evaporador Compressor Condensador Dispositivo de Expanso Caractersticas da transformao sofrida pelo fluido refrigerante Vaporizao do fluido refrigerante baixa presso Compresso do fluido refrigerante Condensao a uma presso elevada Expanso do fluido refrigerante

Os sistemas de climatizao utilizam-se destes mesmos princpios. A diferena que no ciclo reverso (ciclo quente) o evaporador passa a atuar como condensador e vice e versa. Quando falamos em climatizar ambientes estamos nos referindo ao processo de tratamento de ar em recintos fechados, de modo a controlar simultaneamente a sua temperatura, umidade, pureza e movimentao, para obteno de um ambiente mais agradvel. Para que isso acontea necessrio que se coloque o ar de um recinto fechado em movimento contnuo, fazendo-o passar por elementos de tratamento de temperatura e umidade. H diversos sistemas de distribuio de ar. H sistemas de distribuio de zona nica que atendem a apenas um recinto (um auditrio por exemplo) e h sistemas de zonas mltiplas como o caso do condicionamento de diversas salas com controles individuais. Neste texto, focaremos nossa ateno aos sistemas de zona simples conforme ilustrado na Figura 18.


AR EXTERNO 1 MISTURA

SERPENTINA DE RESFRIAMENTO E DESUMIDIFICAO 3 4

VENTILADOR CARGA TRMICA

2 2

RETORNO

2 EXAUSTO

AMBIENTE CLIMATIZADO

Figura 18 Sistema de climatizao de zona simples. Pode-se notar que nestes sistemas de zonas simples, tem-se o controle da taxa de renovao de ar externo atravs da tomada de ar externo. Pode-se observar tambm na Figura 18 que o ar de retorno misturado com o ar de renovao para depois passar pelos processos de tratamento como resfriamento, desumidificao ou aquecimento. Alguns sistemas splits tm possibilidade de renovao de 25% do ar. Atualmente, h Portaria Ministerial n 3523/98 que obriga os estabelecimentos climatizados a garantirem uma taxa mnima de renovao de 27 m3/h por pessoa no recinto. Valores menores (de 17 m3/h) podem ser aceitos em determinao condies previstas na Resoluo 176/2000. A qualidade do ar interior muito dependente da qualidade do ar exterior, pois a principal forma de controlar a qualidade do ar interior atravs da renovao do ar interno pela introduo de ar externo. Um estudo da NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) mostrou que a maioria dos problemas de qualidade do ar interior deve-se inadequada renovao de ar externo (ventilao), conforme ilustrado na Figura 19.


60

Fonte: NIOSH Contaminantes Internos Ventilao Inadequada 52% 13% 16%50

40

30

Tecidos e Mveis

20

10

Microbiolgicos

0

4%

5%

10%

Figura 19- Fontes de Contaminao que causam Baixa Qualidade do Ar Interior.

Questionamentos: 123Como funciona um ciclo de refrigerao padro? Quais as principais causas de contaminao do ar interior? Descreva um sistema de climatizao de zona simples.

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Contaminantes Externos

Fontes

Fontes Desconhecidas

Casos, %

9 - SISTEMAS DE CLIMATIZAOOs principais equipamentos de climatizao utilizados no mercado so os aparelhos de janela, os aparelhos tipo splits (divididos), os self-containeds (centrais compactas) e os sistemas de gua gelada. Os aparelhos tipo splits so equipamentos bastante adaptveis ao ambiente em termos estticos e funcionam com baixo nvel de rudo, uma vez que seu compressor fica na parte externa junto ao condensador.

A aplicao dos splits pode ser realizada junto ao piso, na parede prxima ao teto (tipo pisoteto) e at embutido no gesso (tipo cassete). Na Figura 20 ilustramos a unidade evaporadora de um split tipo de parede.

Figura 20- Ilustrao da Unidade Evaporadora de um split tipo parede da Austin


Questionamentos? 123Quais os tipos mais comuns de sistemas de climatizao? Qual a diferena principal entre um sistema tipo self-contained (compacto) com condensao remota e um sistema tipo split (dividido)? Como voc compararia um sistema de climatizao tipo split e um sistema de climatizao tipo janela?

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10 - TIPOS DE SPLITSOs equipamentos de condicionamento de ar do tipo dividido, ou split-system, so mquinas que apresentam como caractersticas principais a fcil adaptabilidade ao ambiente, o baixo nvel de rudo e o baixo consumo de energia. O funcionamento destes equipamentos se baseia na diviso do sistema de refrigerao em duas partes.

Figura 21 Ilustrao de um sistema split

Dessa forma possvel alocar os componentes de maior nvel de rudo na unidade externa ao ambiente condicionado (compressor e condensador), obtendo assim um menor nvel de rudo. No ambiente climatizado fica apenas a unidade evaporadora composta pelo sistema de movimentao de ar e pelo trocador de calor. Classificamos os splits com relao ao tipo construtivo de sua unidade evaporadora. Dessa forma temos comercialmente os seguintes tipos e/ou modelos:


Parede ou High Wall - A unidade evaporadora fixada parede do ambiente condicionado; Piso-Teto ou Ceiling - A unidade evaporadora pode ser fixada ao teto ou ainda ao piso; Ambiente - A unidade evaporadora colocada diretamente sobre o piso; Dutado - Estas unidades evaporadoras so construdas para serem utilizadas em sistemas de condicionamento de ar com redes de dutos de insuflamento; Cassete - So unidades evaporadoras construdas para serem colocadas embutidas no forro do ambiente. Sistemas multi-splits nesse caso h diversas unidades evaporadoras para uma nica unidade condensadora. Os equipamentos split-system so indicados para vrias aplicaes, seja no

condicionamento de ar de residncias, estabelecimentos comerciais ou industriais. Sua variedade de tipos e modelos proporciona uma ampla gama de aplicaes, sendo que a definio do equipamento dever ser realizada de modo a garantir as condies de pureza, distribuio, temperatura e umidade do ambiente a ser condicionado. Questionamentos: 123Quais os tipos mais comuns de splits? Quais as aplicaes mais comuns dos sistemas tipo piso-teto? Quais os componentes principais de um sistema split?

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11 - PRINCPIOS DE UMA BOA INSTALAOPara instalao de qualquer equipamento, devemos inicialmente preparar os materiais, ferramentas e equipamentos garantindo assim que a instalao transcorra de maneira gil e organizada. A primeira fase do trabalho a preparao do local. Nesse momento devemos marcar a posio das mquinas de acordo com o projeto recebido. Na falta de um projeto devemos seguir o que indicado no manual do equipamento. Escolhemos a melhor posio para as unidades evaporadora e condensadora (Figura 22).

Figura 22 Posicionamento das unidades evaporadora e condensadora Para tanto, devemos pensar no caminho de passagem das tubulaes de cobre para interligao das unidades e na forma de instalao do dreno. Verificamos a disponibilidade de pontos de fora e analisamos a estrutura fsica disponvel no local da instalao para verificar se o mesmo suporta o peso das unidades. Tudo isso vai interferir na deciso final de posicionamento das unidades interna e externa. Geralmente as seguintes consideraes devem ser realizadas no momento de se posicionar as unidades: O local no deve ter obstculos para a entrada e a sada de ar e respeitar distncias mnimas. No instalar a evaporadora de tal forma que ocorra curto circuito, isto jogar o ar diretamente para um obstculo, que far com que o fluxo possa retornar para a suco do aparelho. Verificar a existncia de caixa sifonada para instalao de dreno.Instalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 44

Verificar se a alvenaria suportar o peso das unidades. Lembre-se que nem sempre as marquises foram projetadas para suportar peso extra. Solicite apoio de um engenheiro civil quando tiver dvida nesse sentido.

Cuidado com as lmpadas fluorescentes, pois pode haver interferncia eletromagntica no sinal de controle enviado para a evaporadora. Lembrar que o local da instalao do equipamento deve permitir a manuteno futura. A unidade condensadora (externa) se interliga unidade evaporadora (interna) atravs de uma

tubulao de cobre e de um cabo eltrico que garante a ligao dos circuitos de comando e de fora entre as unidades. O furo na parede para a passagem das tubulaes de cobre e do cabo eltrico deve ser realizado da seguinte forma:

BURACO

ANELPASSAGEM DAS TUBULAES

INTERIOR

EXTERIOR

SUPORTE DA EVAPORADORA

Figura 23- Detalhe do furo na parede para interligao Para interligao do circuito refrigerante entre as unidades utilizada uma tubulao de cobre, cujo dimetro definido pela capacidade do sistema, pelo comprimento da tubulao e pelo desnvel entre as unidades. Cada fabricante apresenta tabelas relacionando o desnvel e o comprimento mximo entre as unidades, que calculado levando-se em conta as curvas e restries. Como exemplo, temos as especificaes retiradas do catlogo completo da Austin do Brasil de um equipamento especfico.


Figura 24 Caractersticas do Split Modelo KFR-88GW Definidos os dimetros, comprimentos e desnveis, podemos realizar a instalao das tubulaes. Primeiro marcamos o trajeto das tubulaes e realizamos os procedimentos necessrios passagem desta tubulao. Aps, devemos preparar as tubulaes realizando a flange, a verificao de estanqueidade, e o isolamento. Os procedimentos de flange, pressurizao da linha para verificao de vazamentos, limpeza interna e isolamento da tubulao devero, preferencialmente, ser realizados fora do local de instalao. Deste modo diminui-se a possibilidade de danos ao material, ao ambiente a ser climatizado e garante-se mais segurana para o instalador. Dependendo da posio das unidades evaporadora e condensadora, devemos prever na tubulao a instalao de sifes, que tero distintas finalidades dependendo das posies.


Quando a unidade condensadora estiver acima da unidade evaporadora, dever ser executado um sifo na linha de suco para cada 3,00 m de desnvel entre unidades. Este procedimento feito para possibilitar o retorno de leo ao compressor.

Figura 25- Instalao de sifo nas linhas de fluido refrigerante Quando a unidade evaporadora estiver acima da unidade condensadora dever ser executado um sifo na sada da unidade evaporadora, na linha de suco, sendo que o mesmo dever ter sua curva superior em um nvel acima da unidade evaporadora. Deste modo evita-se o retorno de lquido ao compressor aps o desligamento do sistema. Para interligao eltrica das unidades, utilizamos dois cabos: um cabo para interligao da fora e outro cabo para interligao dos comandos. Definidos os cabos e suas bitolas de acordo com o equipamento, anexamos os cabos tubulao de cobre j isolada, formando deste modo um conjunto nico. Aplicamos uma fita vinlica ao conjunto para produzir o que se chama de barreira de vapor, de forma a evitar a condensao e a deteriorao precoce do isolamento da tubulao de fluido.


Tubo PVC

Isolamento Linha de Lquido Cabo de conexo eltrica

Linha de vapor

Fita Vinlica

Figura 26 Barreira de vapor na tubulao Prximo unidade condensadora ou evaporadora dever ser instalada uma tomada de fora para ligao do equipamento, o local onde deve ser instalado esse ponto de fora ir depender do modelo do equipamento, alguns possuem a alimentao na unidade condensadora e outros na unidade evaporadora. Esta tomada dever ser dimensionada de acordo com a capacidade do equipamento. No devemos esquecer-nos da instalao do fio terra. Um detalhe importante na instalao o correto posicionamento das unidades com relao a paredes, pisos, tetos e obstrues. A unidade evaporadora deve ser posicionada sempre de modo que o fluxo de ar de insuflamento seja paralelo parede com maior comprimento. Deve-se, sempre que possvel, centralizar o aparelho na parede respeitando-se os afastamentos mnimos. A unidade dever ser instalada no mnimo a 1,50 m de altura e a 0,30 m de distncia das paredes laterais e do teto. Esses afastamentos so importantes para evitar o retorno e o curto-circuito do ar. A unidade condensadora dever ser instalada em local plano e nivelado. Esse local dever possuir resistncia estrutural suficiente para sustentar a unidade e o pessoal de manuteno. O local escolhido deve ter espao suficiente para garantir os afastamentos necessrios e para a realizao dos procedimentos de instalao e manuteno. Quando houver mais de uma unidade condensadora instalada no local devero ser respeitadas as distncias mnimas previstas no catlogo do equipamento. Os afastamentos recomendados so os seguintes: 20 centmetros entre a unidade condensadora e as paredes, traseiras e laterais; 40 centmetros entre as unidades condensadoras, de modo que os


fluxos de ar de descarga das unidades sejam paralelos. Outro ponto importante que a direo do fluxo de ar de descarga que deve ser sempre a favor do vento predominante no local. Em uma boa instalao de split muito importante definir como ser realizada a drenagem da gua produzida pela condensao do vapor dgua dissolvida no ar sobre a serpentina fria. A tubulao de drenagem deve ser realizada com tubos de PVC de dimetro mnimo de 25 mm. Deve se garantir a existncia de um sifo, evitando-se assim a entrada de insetos e gases no ambiente. Quando o equipamento for com ciclo reverso (quente frio), devemos prever uma tubulao de drenagem tambm para a unidade condensadora.

Questionamentos: 123Quais os cuidados ao posicionar a unidade evaporadora? Quais os cuidados para se instalar a unidade condensadora? Como proceder para uma correta drenagem?

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12 - INTERLIGAO ENTRE AS UNIDADESAs tubulaes de cobre que interligam as unidades evaporadora e condensadora devem ser cortadas utilizando-se de cortadores apropriados, eliminando-se riscos de se deixar limalhas dentro dos tubos. O corte dos tubos deve ser feito usando-se um cortador de tubos. Este procedimento consiste em dar um pequeno aperto no parafuso de ajuste e em seguida uma volta completa ou mais, para fazer o primeiro sulco no tubo. Em seguida aperta-se mais um pouco o parafuso de ajuste, at sentir uma pequena resistncia. A seguir, repete-se a volta do cortador pelo tubo.

Figura 27- Processo de corte de tubos Aps o corte faz-se necessrio o escareamento interno das bordas do tubo. Isso facilitar o flangeamento. A juno das tubulaes de cobre com os respectivos equipamentos (evaporador e condensador) realizada por meio de conexes rosqueadas (porcas flanges), que iro realizar essa conexo com a devida vedao. Para flangear tubulaes de cobre utilizamos o bloco de flangear (flangeador), segue na figura 28 uma exemplificao deste processo.


Figura 28- Conjunto completo para realizao de flangeamento. Esta ferramenta tem cavidades de diferentes bitolas para acomodar os diferentes dimetros da tubulao. Depois de a tubulao estar presa na posio adequada no flangeador, a ponta do fangeador aproximada da borda da tubulao atravs de seu parafuso de avano at encontrar a mesma. Uma pequena quantidade de leo garante um flange liso. Para a perfeita realizao do flangeamento, faz-se necessrio alguns cuidados: Um deles fixar muito bem o tubo de cobre na tbua de flange, deixando um pequeno ressalto (aproximadamente 3mm). O alargador de tubos uma ferramenta utilizada para aumentar o dimetro interno das tubulaes com o objetivo de realizar unies por brasagem. O seu uso tem o auxlio de um martelo e de uma tbua de flange, onde o tubo a ser alargado preso. Aps cada golpe de martelo importante girar o alargador com a mo, com objetivo de afroux-lo, para que no final do processo ele se solte do tubo com facilidade. O alargamento pode ser realizado segurando a tbua com a mo ou fixando-o em uma morsa.

Figura 29- Processo de alargamento da flange


recomendado cuidado na execuo de dobramento ou conformao de tubulaes. O tipo mais simples de ferramenta de dobramento a mola de dobramento.

Figura 30- Ilustrao de um dobrador de mola. A mola colocada por fora da tubulao para prevenir o colapso (esmagamento) da mesma. Quando usar a mola de dobragem, sempre dobre um pouco mais do que a dobra requerida, e ento a retorne para o ngulo requerido. Isto facilitar a remoo aps o dobramento. Questionamentos: 123Quais as ferramentas mais apropriadas para se proceder a manipulao de tubos de cobre? Por que o flangeamento fundamental para o sucesso de uma tubulao de fluido refrigerante?

Como o tcnico pode saber as bitolas recomendadas para cada tipo de linha de fluido refrigerante? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________


13 - CONCLUSO DA INSTALAOAps a montagem das tubulaes de cobre importante a realizao do teste de estanqueidade. Para tanto, conectamos a mangueira central do manifold (cor amarela) no cilindro de nitrognio com as vlvulas ainda fechadas, conforme ilustrado a seguir.

Evaporadora

Manifold

Condensadora

Vlvula servio

Nitrognio

Figura 31- Ilustrao do teste de estanqueidade Em geral, so utilizadas presses da ordem de 200 a 250 psi para o teste de estanqueidade. Depois se pode utilizar espuma de sabo sobre as conexes para verificao de vazamentos. Detectores eletrnicos tambm podem ser utilizados. A realizao de vcuo e desidratao da linha de fluido antes da abertura dos registros muito importante. O vcuo tem por objetivo reduzir a presso interna, fazendo com que a temperatura de evaporao da umidade (vapor dgua) existente no interior do tubo acontea na temperatura ambiente. Para a realizao deste procedimento utilizam-se bombas de vcuo de duplo estgio. Isso porque uma bomba alternativa ou rotativa de nico estgio no atenderia s necessidades no que se refere aos nveis de vcuo recomendados, ou seja, com uma bomba de vcuo alternativa ou rotativaInstalao de Spltis Direitos Autorais reservados ao Instituto Federal de Santa Catarina Proibida a reproduo 53

de nico estgio no conseguiramos evaporar a gua na temperatura ambiente. Para controlar a presso precisamos tambm de um vacumetro de preferncia digital. Os passos para a realizao do vcuo so: conectar a mangueira de baixa na vlvula de servio, mantendo o registro fechado. Conectar a mangueira central do manifold na bomba de vcuo. Instalar o vacumetro. Com as vlvulas de servio fechadas, abrir o registro de baixa do manifold e ligar a bomba at a presso atingir aproximadamente 300 microns de Hg. Aps atingir o vcuo, fechar o registro de baixa do manifold e desligar a bomba. A seguir, com ajuda de uma chave de boca, retire as tampas das vlvulas de servio e abra as vlvulas com o auxlio de uma chave Allen para liberar o fluido refrigerante da linha. Abra primeiro a linha de lquido.

Manifold Vacumetro Suco Condensadora Vlvula servio Bomba de vcuo

Figura 32- Ilustrao do procedimento para realizao de vcuo O posicionamento dos equipamentos varia de acordo com as caractersticas construtivas do ambiente, por tanto o tamanho da linha de fluido refrigerante pode variar de uma instalao a outra. Devido este fato necessrio realizar determinados testes e se necessrio completar a carga de fluido. Cada fabricante apresenta em seus catlogos as quantidades adequadas para tanto, j que os sistemas j vm com uma quantidade d

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