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PROJETO DE GRADUAO

DESENVOLVIMENTO DE UMA

METODOLOGIA PARA APLICAO DE RETROFIT EM SISTEMA DE GUA GELADA

Por,

Jlia Naves Lins Vanessa de Souza Lima Caiafa

Braslia, Junho de 2016.

UNIVERSIDADE DE BRASILIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECANICA UNIVERSIDADE DE BRASILIA

Faculdade de Tecnologia

Departamento de Engenharia Mecnica

PROJETO DE GRADUAO

DESENVOLVIMENTO DE UMA METODOLOGIA PARA APLICAO DE

RETROFIT EM SISTEMA DE GUA GELADA

POR,

Jlia Naves Lins Vanessa de Souza Lima Caiafa

Relatrio submetido como requisito parcial para obteno

do grau de Engenheiro Mecnico.

Banca Examinadora

Prof. Joo Manoel Dias Pimenta, UnB/ ENM (Orientador)

Prof. Antonio Francisco Parentes Fortes, UnB/ ENM

Prof. Carlos Humberto Llanos Quintero, UnB/ ENM

Braslia, Junho de 2016.

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RESUMO

A modernizao tecnolgica aliada a sustentabilidade dos componentes arquitetnicos, mecnicos

ou eltricos, de forma que melhore a eficincia do sistema conhecida como retrofit. Este conceito vem

ganhando espao no mercado brasileiro com o passar dos anos. A preocupao com a sustentabilidade

contribui para a disseminao desse conceito e torna relevante o desenvolvimento de uma metodologia

que oriente o processo de retrofit.

O presente trabalho tem o objetivo de desenvolver uma metodologia para realizao de retrofit em

sistemas de gua gelada que permita ao usurio a aplicao de uma rotina passo-a-passo. J o objetivo

complementar avaliar a possibilidade de implementao de retrofit visando uma potencial diminuio

nos custos operacionais e por consequncia tornando-o mais eficiente e ambientalmente amigvel. O

trabalho apresenta uma metodologia e um estudo de caso com a inteno de aprimorar a mesma

Palavra-chave: retrofit, metodologia, sistema de climatizao, chiller.

ABSTRACT

The technological modernization allied with the sustainability of architectural, mechanical or

electrical components in order to improve the efficiency of the system is known as retrofit. This concept

has been gaining ground in the Brazilian market over the years. The concern with sustainability

contributes to the spread of this concept and makes it important to develop a methodology to guide the

retrofit process.

This study aims to develop a methodology for performing retrofit into ice water systems that allows

the user an application of a step-by-step routine. The complementary objective is to evaluate the

possibility of implementing retrofit, aiming a potential decrease in operational costs and, therefore

making it more efficient and friendly environmental. The paper presents a methodology in a case study

with the intention of improving the same

Keywords: retrofit, methodology, climatization system, chiller.

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SUMRIO

1 INTRODUO ................................................................................................. - 15 -

1.1 TEMA EM ESTUDO E SUA RELEVNCIA ............................................................ - 15 -

1.2 REVISO DA LITERATURA ................................................................................... - 16 -

1.3 OBJETIVO E METAS ................................................................................................. - 20 -

1.4 METODOLOGIA ........................................................................................................ - 20 -

1.5 ESTRUTURA DO PRESENTE TRABALHO ............................................................ - 21 -

2 SISTEMA DE GUA GELADA......................................................................... - 22 -

2.1 ASPECTOS GERAIS .................................................................................................. - 22 -

2.2 CICLO DE REFRIGERAO POR COMPRESSO ............................................... - 23 -

2.3 CHILLER ..................................................................................................................... - 25 -

2.3.1 Condensao a gua ............................................................................................. - 25 -

2.3.2 Condensao a ar ................................................................................................. - 27 -

2.4 BOMBAS ..................................................................................................................... - 27 -

2.5 FAN-COIL .................................................................................................................... - 28 -

2.6 TORRES DE RESFRIAMENTO ................................................................................ - 28 -

2.7 PARMETROS DE DESEMPENHO ......................................................................... - 29 -

2.7.1 Potncia em equipamentos trifsicos ................................................................... - 29 -

2.7.2 Coeficiente de performance (COP) ...................................................................... - 29 -

2.7.3 Integrated Part Load Value (IPLV) ..................................................................... - 30 -

2.7.4 Total Equivalent Warning Impact (TEWI) .......................................................... - 30 -

3 CONCEITOS ECONMICOS ........................................................................... - 32 -

3.1 MTODOS DE ANLISE ECONMICA ................................................................. - 32 -

3.1.1 Valor presente lquido (VPL) ............................................................................... - 32 -

3.1.2 Taxa interna de retorno (TIR) .............................................................................. - 33 -

5

3.1.3 Payback ................................................................................................................ - 33 -

3.2 TARIFAO DE ENERGIA ELTRICA NO BRASIL ............................................ - 34 -

4 CONCEITOS SOBRE RETROFIT .................................................................... - 37 -

4.1 ASPECTOS GERAIS .................................................................................................. - 37 -

4.2 RAZES PARA O RETROFIT ................................................................................... - 38 -

4.3 APLICAES DE RETROFIT ................................................................................... - 40 -

4.3.1 Arquitetnico ....................................................................................................... - 40 -

4.3.2 Iluminao ............................................................................................................ - 40 -

4.3.3 Acstico ............................................................................................................... - 40 -

4.3.4 Climatizao ........................................................................................................ - 40 -

4.4 ALTERNATIVAS PARA RETROFIT DE CLIMATIZAO................................... - 42 -

4.4.1 Substituio de componentes ............................................................................... - 42 -

4.4.2 Termoacumulao ................................................................................................ - 43 -

4.4.3 Recuperao do calor de condensao ................................................................. - 44 -

4.4.4 Volume de ar varivel .......................................................................................... - 44 -

4.4.5 Sistema de controle digital (DDC) ....................................................................... - 44 -

4.4.6 Reaproveitamento de calor em sistema com ar externo total ............................... - 45 -

5 DESENVOLVIMENTO DA METODOLOGIA .................................................... - 46 -

5.1 VISO GERAL DA METODOLOGIA PROPOSTA................................................. - 46 -

5.2 DIAGNSTICO DO SISTEMA DE GUA GELADA ............................................. - 48 -

5.2.1 Vistoria ................................................................................................................. - 50 -

5.2.2 Pesquisa documental ............................................................................................ - 52 -

5.2.3 Questionrio ......................................................................................................... - 54 -

5.2.4 Medies .............................................................................................................. - 55 -

5.3 ANLISE DOS DADOS ............................................................................................. - 56 -

5.3.1 Limitaes ............................................................................................................ - 57 -

5.3.2 Carga trmica ....................................................................................................... - 57 -

5.3.3 Componentes Crticos .......................................................................................... - 59 -

6

5.4 PROJETOS CONCEITUAIS ....................................................................................... - 60 -

5.5 AVALIAO DOS PROJETOS CONCEITUAIS ..................................................... - 60 -

5.5.1 Viabilidade econmica ......................................................................................... - 62 -

5.5.2 Sustentabilidade ................................................................................................... - 63 -

5.5.3 Atende parcialmente os critrios do cliente ......................................................... - 64 -

5.5.4 Prazo .................................................................................................................... - 64 -

5.6 TOMADA DE DECISO ........................................................................................... - 64 -

6 ESTUDO DE CASO .......................................................................................... - 65 -

6.1. Seleo da instalao ............................................................................................... - 65 -

6.1.1 Descrio da instalao ........................................................................................ - 65 -

6.2. Aplicao da Metodologia proposta......................................................................... - 68 -

6.2.1 Diagnstico do sistema ........................................................................................ - 68 -

6.2.2 Anlise dos dados................................................................................................. - 83 -

6.2.3 Projetos conceituais.............................................................................................. - 91 -

6.2.4 Avaliao dos projetos conceituais ...................................................................... - 95 -

6.2.5 Tomada de deciso ............................................................................................. - 102 -

7 CONCLUSO ................................................................................................. - 103 -

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ....................................................................... - 104 -

ANEXOS ................................................................................................................. - 108 -

A.1 Datasheet dos chillers .................................................................................................. - 108 -

A.1.1 Datasheet do chiller de 350 TR de condensao a gua ....................................... - 108 -

A.1.2 Cargas parciais do chiller de 350 TR de condensao a gua ............................... - 109 -

A.1.3 Datasheet Chiller de 400 TR de condensao a gua ........................................... - 110 -

A.1.4 Datasheet Chiller de 600 TR de condensao a gua ........................................... - 111 -

A.1.5 Chiller de 400 TR de condensao a ar ................................................................. - 112 -

A.2 Tarifa de energia da CEB ............................................................................................. - 113 -

A.3 Oramentos de instalao ............................................................................................. - 114 -

7

A.4 Planilha de custos de manuteno dos chillers atuais da PGR ..................................... - 116 -

APNDICE .............................................................................................................. - 117 -

B.1 Clculo da carga trmica ............................................................................................... - 117 -

B.2 Tabela do Mtodo de Monte Carlo ............................................................................... - 130 -

B.3 Fluxo de caixa ............................................................................................................... - 131 -

B.3.1 Chiller de 400 TR de condensao a gua ............................................................ - 131 -

B.3.2 Chiller de 600 TR de condensao a gua ............................................................ - 131 -

B.3.3 Chiller de 400 TR de condensao a ar ................................................................. - 132 -

8

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. 1 - Perfil de consumo em prdios pblicos (PROCEL, 2009). ................................... - 16 -

Figura 2. 1 - Sistema central de gua gelada (JOHNSON CONTROLS, 2009). ........................ - 23 -

Figura 2. 2 - Principais componentes do ciclo de refrigerao a vapor. .................................... - 24 -

Figura 2. 3 - Diagrama Presso Entalpia. ............................................................................... - 25 -

Figura 2. 4 - Ciclo Condensao a gua. ................................................................................... - 26 -

Figura 2. 5 - Chiller de condensao gua da (YORK 2015). ................................................... - 26 -

Figura 2. 6 - Chiller de condensao a ar (YORK 2015). ......................................................... - 27 -

Figura 2. 7 - Esquemtico de uma torre de resfriamento (Electric representaes, 2016) ........ - 28 -

Figura 3. 1 - Esquemtico do fluxo de caixa (MOREIRA, 2006). ............................................ - 32 -

Figura 3. 2 - Tringulo de potncia (PROCEL, 2010). .............................................................. - 35 -

Figura 4. 1 - Usurios do LEED (HERNANDES e DUARTE, 2007)....................................... - 39 -

Figura 4. 2 - Consumo de prdios comerciais (CYPRESS ENVIROSYSTEMS, 2010). .......... - 41 -

Figura 4. 3 - Termoacumulao em sistemas de gua gelada (TICONA, 2013). ...................... - 43 -

Figura 5. 1 - Fluxograma macro da metodologia proposta. ....................................................... - 48 -

Figura 5. 2 - fluxograma diagnstico do Sistema. ..................................................................... - 49 -

Figura 5. 3 - fluxograma anlise dos dados. .............................................................................. - 57 -

Figura 5. 4 - fluxograma avaliao dos projetos conceituais. .................................................... - 61 -

Figura 6. 1 - Vista Superior dos blocos da sede da PGR ........................................................... - 65 -

9

Figura 6. 2 Chiller parafuso York ........................................................................................... - 66 -

Figura 6. 3 - Modo de operao atual. (Pimenta et al, 2004) ..................................................... - 67 -

Figura 6. 4 Chillers da PGR .................................................................................................... - 69 -

Figura 6. 5 Torre de resfriamento .......................................................................................... - 70 -

Figura 6. 6 Detalhe de corroso na torre ................................................................................. - 70 -

Figura 6. 7 - Bombas de gua condensada ................................................................................. - 72 -

Figura 6. 8 - Bombas de etileno glicol ....................................................................................... - 73 -

Figura 6. 9 - Bombas primrias e secundrias ........................................................................... - 76 -

Figura 6. 10 - Interface do funcionamento da CAG do software Envision for BACtalk ............ - 82 -

Figura 6. 11 - Histrico de consumo da CAG ........................................................................... - 89 -

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2. 1 - Percentual anual de horas ponderado ................................................................... - 30 -

Tabela 5. 1 - Vistoria de um equipamento ................................................................................. - 52 -

Tabela 5. 2 - Check-list de documentos ..................................................................................... - 53 -

Tabela 5. 3 - Resumo de medies (SERVICE ENGENHARIA DE MANUTENO, 2015) - 56 -

Tabela 5. 4 Vida til terica .................................................................................................... - 60 -

Tabela 6. 1 - Vistoria dos chillers .............................................................................................. - 68 -

Tabela 6. 2 - Vistoria das torres de resfriamento ....................................................................... - 69 -

Tabela 6. 3 - Resumo das quantidades das bombas da PGR ..................................................... - 71 -

Tabela 6. 4 - Vistoria das bombas de gua condensada (BAC) ................................................. - 71 -

Tabela 6. 5 - Vistoria das bombas de etileno glicol (BEG) ....................................................... - 72 -

Tabela 6. 6 Vistoria de bomba de gua gelada primria ......................................................... - 73 -

Tabela 6. 7 - Vistoria das bombas de gua gelada secundrias (BAGS) do bloco A e B .......... - 74 -

Tabela 6. 8 - Vistoria das bombas de gua gelada secundrias (BAGS) do bloco C ................. - 74 -

Tabela 6. 9 - Vistoria das bombas de gua gelada secundrias (BAGS) do bloco D ................ - 75 -

Tabela 6. 10 - Vistoria das bombas de gua gelada secundrias (BAGS) do bloco E ............... - 75 -

Tabela 6. 11 - Vistoria das bombas de gua gelada secundrias (BAGS) do bloco F ............... - 76 -

Tabela 6. 12- Vistoria do Fan-coil ............................................................................................. - 77 -

Tabela 6. 13 - Check - list dos documentos ............................................................................... - 78 -

Tabela 6. 14 - Dados chillers ..................................................................................................... - 80 -

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Tabela 6. 15 - Dados das torres de resfriamento ........................................................................ - 80 -

Tabela 6. 16 - Dados das bombas .............................................................................................. - 81 -

Tabela 6. 17 Dados das bombas desligadas ............................................................................ - 82 -

Tabela 6. 18 - Dados do Fan-coil .............................................................................................. - 83 -

Tabela 6. 19 - Perfil de carga trmica no vero ......................................................................... - 85 -

Tabela 6. 20 Perfil de carga trmica no inverno ........................................................................ - 85 -

Tabela 6. 21 - Vida til real ....................................................................................................... - 86 -

Tabela 6. 22 - Clculos dos equipamentos em funcionamento .................................................. - 87 -

Tabela 6. 23 - Clculo das bombas reservas .............................................................................. - 87 -

Tabela 6. 24 - Consumo CAG ms de maio .............................................................................. - 89 -

Tabela 6. 25 - Valores dos investimentos .................................................................................. - 95 -

Tabela 6. 26 - Valores das despesas .......................................................................................... - 96 -

Tabela 6. 27 - Consumo ao longo do dia de projeto para o vero ............................................. - 97 -

Tabela 6. 28 - Consumo ao longo do dia para o inverno ........................................................... - 98 -

Tabela 6. 29 Potencial de economia de energia ...................................................................... - 99 -

Tabela 6. 30 - Resultados da viabilidade econmica ............................................................... - 100 -

Tabela 6. 31 Comparao de TEWI para chillers ................................................................. - 101 -

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LISTA DE SMBOLOS

Smbolos Latinos

E Consumo de energia anual [kWh/ano]

Ed Emisso Equivalente Direta de CO2 [kgCO2]

Ei Emisso Equivalente Indireta de CO2 [kgCO2]

FCt Fluxo de Caixa no Perodo t [R$]

GWP Potencial de aquecimento global do refrigerante

h Entalpia [kJ/kg]

I Investimento Inicial [R$]

Ic Corrente [A]

L Carga de Refrigerante Emitida por Ano [kg]

m Carga de Refrigerante [kg]

n Anos em operao [Anos]

O Operao Anual do Equipamento a Carga Plena [Horas]

P Presso [kPa]

Pt Potncia total trifsica

Pot Potncia do equipamento [kW]

Qo Calor do evaporador [W]

Qc Calor do condensador [W]

T Tempo de Recuperao do Investimento [Anos]

U Tenso [V]

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Wc Trabalho do Compressor [W]

Smbolos Gregos

Fator de reciclagem do refrigerante

Emisso de CO2 na gerao de energia

Eficincia Energtica

Siglas

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica

ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

BAC Bomba de gua de condensao

BAGS Bomba de gua gelada secundria

BAGP Bomba de gua gelada primria

BEG Bomba de Etileno Glicol

BIM Building Information Modeling

CAG Central de gua Gelada

CLTD Cooling Load Temperatures Difference

COP Coeficiente de Performance

CPO Central Plant Optimization

DDC Sistema de Controle Digital

EPE Empresa de Pesquisa Energtica

IPLV Integrated Part Load Value

LEED Leadership in Energy and Environmental Design

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MMC Mtodo de Monte Carlo

NBR Norma Brasileira

ONU Organizao das Naes Unidas

PROCEL Programa Nacional de Conservao de Energia

TEWI Total Equivalent Warning Impact

TIR Taxa Interna de Retorno

TR Tonelada de refrigerao

TMA Taxa Mnima Atratividade

URL Unidade de resfriamento de lquido

USGBC United States Green Building Council

VAV Volume de Ar Varivel

VPL Valor Presente Lquido

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1 INTRODUO

1.1 TEMA EM ESTUDO E SUA RELEVNCIA

O consumo e a capacidade de gerao de energia eltrica esto intimamente ligados atividade

econmica, por conseguinte quanto maior for o desenvolvimento, maior o consumo e maior a

necessidade de energia. Ter um sistema energtico organizado em bases slidas e eficientes com maior

participao das fontes renovveis fundamental (LUCON e GOLDEMBER, 2009). Diante desta

perspectiva, a ONU (Organizao das Naes Unidas) est com a proposta de incentivar o alcance do

acesso universal energia sustentvel at 2030. De acordo com o relatrio apoiado pela prpria

instituio de maio de 2015, a taxa de energias modernas renovveis no mundo cresceu para 8,8% em

2012.

Seguindo a tendncia mundial, os brasileiros, tanto o governo quanto a populao, esto

preocupados com a questo energtica. A matriz eltrica do Brasil caracterizada basicamente de

gerao hidrotrmico. De acordo com a Empresa de Pesquisa Energtica (EPE, 2014), uma fatia de

70,6% da eletricidade gerada no pas, no ano de 2013, foi proveniente de fonte hidrulica, 27,1% de

fonte trmica (incluem-se biomassa, gs, petrleo e carvo mineral), 2,4% de fonte nuclear, sendo o

restante suprido por energia elica e por uma porcentagem muito baixa de energia solar. Dado que nos

ltimos anos o pas vem sofrendo com a escassez de chuvas, ento as crises no setor eltrico vm sendo

mais frequentes. Uma vez que os baixos ndices dos reservatrios nas usinas hidreltricas fazem com

que as usinas termoeltricas sejam cada vez mais utilizadas, isso ocasiona em energia mais cara.

A crise energtica e os altos gastos com energia eltrica tm sido um propulsor para o

desenvolvimento de maneiras mais inteligentes de usufruir este insumo. Por esse motivo, o termo

desenvolvimento sustentvel vem sendo muito utilizado. A sociedade contempornea necessita de

estabelecer parmetros, normas e procedimentos para desenvolver prticas tecnolgicas que no

agridam o meio ambiente, um dos parmetros desenvolvidos foi a sustentabilidade. Trata-se de uma

tentativa de harmonizar o desenvolvimento econmico com a conservao ambiental, de maneira que

as necessidades da gerao atual sejam supridas, sem comprometer a capacidade de atender as

necessidades das futuras geraes (PINTO, 2005).

De acordo com dados da Agncia Nacional de Energia Eltrica (ANEEL, 2012) a potncia

demandada por instalaes de ar condicionado e refrigerao da ordem de 14.000 MW, representando

11,8% da capacidade instalada no pas. Segundo o Programa Nacional de Consumo de Energia Eltrica

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(PROCEL, 2009) o consumo de ar condicionado em prdios pblicos responsvel por uma parcela,

48%. A Figura 1. 1 mostra o perfil de consumo da energia em prdios pblicos.

Figura 1. 1 - Perfil de consumo em prdios pblicos (PROCEL, 2009).

Tendo como temtica o desenvolvimento ambientalmente amigvel, para um sistema de

refrigerao adequado indispensvel que haja uma conservao relevante de energia eltrica. Um

sistema inadequado ou mal dimensionado aumenta o potencial consumo, visto que ficar mais tempo

ligado para atingir a temperatura desejada alm do risco de diminuir a vida til do equipamento.

A meta do presente trabalho propor uma rotina de passos a serem seguidos que visa ter como

output um diagnstico para modernizar uma instalao termomecnica a fim de torn-la mais eficiente,

com menor custo de energia e consequentemente ambientalmente amigvel. A relevncia do estudo

realizado se apresenta na rea de sustentabilidade de um sistema de climatizao. O tema desenvolvido

uma metodologia para aplicao de retrofit em sistemas de gua gelada.

Os componentes presentes em sistemas de gua gelada possuem em mdia uma vida til entre 15 e

25 anos, porm aps um determinado prazo uma queda em sua eficincia energtica pode ser observada.

Diante disso, o retrofit uma oportunidade de anlise que busca aumentar a eficincia dos equipamentos

e adicionar funcionalidades que garantem maior conforto, segurana e durabilidade, alm de reduzir a

energia utilizada. Tradicionalmente, retrofits so feitos de forma fragmentada, com componentes de

construo individuais substitudo um de cada vez, com pouca ateno dada s suas interaes.

(McWilliams e Walker, 2004).

1.2 REVISO DA LITERATURA

O sculo XX foi marcado pela globalizao e pelo avano do processo de urbanizao.

Consequentemente, algumas partes das cidades perderam caractersticas que, historicamente, lhes

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deram origem. Na Europa, a reabilitao das construes que perderam sua funcionalidade conduziu ao

estudo de desenvolvimento de metodologias e procedimentos tcnicos de reabilitao das construes

com propostas de interveno adequando-as as novas necessidades.

O Brasil um pas jovem em comparao com a Europa, no entanto no significa que as edificaes

sejam modernas ou dispensem a reabilitao. Pode-se observar que a depreciao da infraestrutura, dos

equipamentos e das edificaes so evidentes em certos casos, colocando em discusso a questo da

reabilitao urbana. Quando os edifcios so reabilitados corretamente, a regio do entorno, geralmente,

revigorada e valorizada.

A luz desta temtica, a modernizao das edificaes assim como dos sistemas de climatizao

conhecida como retrofit. Este conceito vem ganhando destaque na literatura brasileira nos diversos

ramos da engenharia. Alguns trabalhos focam na economia de energia eltrica com foco na

modernizao da edificao como um todo. Outros, especificam a modernizao de uma rea, como: a

arquitetura, a iluminao ou climatizao.

Ghisi (1997) defendeu sua tese de mestrado com o trabalho Desenvolvimento de uma metodologia

para retrofit em sistemas de iluminao: estudo de caso na Universidade Federal de Santa Catarina.

Basicamente, um trabalho que apresenta uma metodologia para realizao de retrofit em sistema de

iluminao que visa a simplicidade e a objetividade requeridas necessidade emergente de substituio

de sistemas de iluminao composto por tecnologias ultrapassadas e energeticamente ineficientes

existentes nas edificaes. Este um trabalho que servir de base para a metodologia proposta no

presente trabalho, apesar de no ter o mesmo foco.

Lamberts (1999) fez um estudo de viabilidade econmica de uma proposta de retrofit em um

edifcio comercial. Este trabalho apresenta a anlise de investimento em uma proposta de retrofit para

um edifcio comercial da cidade de Florianpolis, SC, que proporcionar uma reduo de 60% na conta

de energia eltrica e 40% no consumo. O estudo de viabilidade econmica foi feito atravs do clculo

da Taxa Interna de Retorno, Mtodo do Valor Presente, e Payback Corrigido, seguindo-se a

metodologia do Projeto 6 Cidades - PROCEL/ELETROBRS.

Piper (2003) publicou um artigo onde abordava os oito fatores que executivos devem levar em

considerao ao aplicar retrofit em sistemas de AVAC. Os oito fatores que devem ganhar ateno so:

estudo da substituio dos componentes existentes no sistema de ar condicionado, aplicao de novas

tecnologias, flexibilidade, performance de carga parcial dos equipamentos, manuteno, quadro geral

do edifcio e do sistema de climatizao, ocupantes do edifcio e programas de aprovao. Todos esses

fatores vo elevar a vida til do sistema, evitando assim processos de retrofit em futuros prximos.

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Qualharini (2004) publicou o trabalho Retrofit de construes: metodologia de avaliao que visa

investigar e identificar os postos-chave no processo de reabilitao, e propor uma metodologia para o

atual estgio em que se encontra o retrofit no Rio de Janeiro e no Brasil, fazendo um paralelo com a

situao europeia. Qualarini cria uma metodologia de aplicao de retrofit em edificaes. Ela comea

com o pr-diagnstico onde deve-se identificar o que pode ser feito no edifcio, em caso de possibilidade

de retrofit e em seguida h a montagem do diagnstico. O autor utiliza um fluxograma para detalhar os

processos necessrios. Ao final do estudo conclui-se que necessrio um conjunto de aes que

facilitem a aplicao de retrofit em edificaes.

McWilliams e Walker (2004) publicaram um estudo de caso de prticas para aplicao de retrofit

em sistemas de aquecimento, ventilao e ar condicionado (AVAC) em residncias. O guia consiste no

diagnstico dos componentes presentes nas residncias e a interao entre eles, uma vez que o

insuflamento de ar exterior, por exemplo, pode mudar a carga trmica do sistema AVAC. O estudo de

caso foi feito para aprimorar as prticas existentes e para identificar os componentes chave. O estudo

concluiu que uma das maiores barreiras para aplicao das prticas de retrofit eram as prticas dos

profissionais responsveis por alterar as instalaes.

Vale (2006) publicou o trabalho de mestrado Diretrizes para racionalizao e atualizao das

edificaes: segundo o conceito da qualidade e sobre a tica do retrofit. O objetivo maior do trabalho

a melhoria do conhecimento do produto final, a edificao, buscando o avano dos processos da

Indstria da Construo Civil, sob o conceito de Qualidade e segundo a tica do Retrofit. Vale

durante o estudo apresentou os conceitos relacionados a gesto da qualidade na construo civil.

Mendona (2007) fez um estudo onde o principal objetivo agregar valor a um edifcio

desvalorizado no hipercentro de Belo Horizonte. Para isso o trabalho apresenta solues de reabilitao,

readaptao e requalificao do edifcio. A aplicao do retrofit visa a implantao de recursos e

tecnologias que minimizem impactos ambientais. O estudo tambm faz relaes entre os altos custos

para aplicao de tecnologias sustentveis no mbito de uma economia capitalista, que sempre prioriza

o lucro. O trabalho investigativo busca tornar a edificao sustentvel atravs de trs diretrizes:

desenvolvimento econmico, desempenho ambiental e responsabilidade social que beneficie a

sociedade.

Mukherjee (2009) apresentou diversos estudos de caso de aplicao de retrofit para sistemas

centrais de AVAC. Os tpicos abordados foram opes de retrofit, como substituio de componentes

obsoletos por outros mais eficientes, otimizao do sistema de automao, mudana nos processos de

climatizao e utilizao do calor desperdiado. Para cada opo de retrofit citada, Mukheriee abordou

um estudo de caso que teve esses como solues. No primeiro caso houve a substituio de chillers

antigos por outros mais novos e eficientes. No segundo caso foi aplicado variadores de frequncia nas

19

bombas centrfugas. No terceiro caso foi aplicado cogerao, onde foi aproveitado o calor rejeitado pelo

compressor parafuso do chiller para gerao de gua quente.

A iniciativa HVAC HESS (2010) publicou um estudo de caso do edifcio 4 Mort Street na cidade

de Canberra, Austrlia. O retrofit foi feito com diversas limitaes, entre elas oramento limitado e a

presena dos ocupantes no prdio durante a modernizao. De acordo com o estudo de caso, o edifcio

comercial construdo a 45 anos, adquiriu o certificado NABERS de eficincia de energia, passando de

2,5 pontos para 4,5. Outros benefcios foram a reduo anual de custos com energia, redues de

emisso de gases de efeito estufa e valorizao do edifcio.

Serafin (2010) publicou o trabalho Avaliao da reduo do consumo de energia eltrica em funo

do retrofit no edifcio sede da Eletrosul. O estudo tinha como objetivo avaliar os resultados obtidos

aps a reforma feitas no edifcio sede da Eletrosul, onde as intervenes foram feitas para reduzir a

demanda e consumo de energia eltrica. Serafin concluiu que houve economias relevante nas reas de

iluminao e climatizao e foram alcanadas graas a alta eficincia dos novos sistemas de ar

condicionado e iluminao.

Moreira (2010) publicou o trabalho de ps-graduao com o tema Mtodo para retrofit em sistema

de iluminao de hospitais pblicos: estudo de caso no hospital pblico reginal de Betim. Neste

sentido, o trabalho tem como objetivo propor um mtodo para a anlise da viabilidade tcnica e

econmica de se implementar um retrofit no sistema de iluminao de hospitais pblicos, com vistas a

torn-lo energeticamente eficiente e ao mesmo tempo proporcionar maior conforto luminoso a todos os

usurios. A metodologia proposta compreende a avaliao da atual situao com relao quantidade

e qualidade da iluminao em diversos ambientes de um hospital. Compreende tambm a avaliao dos

usos finais, avaliao da representatividade do uso final com iluminao em face do consumo total do

estabelecimento e avaliao da possibilidade de se implementar um retrofit, em funo da economia de

energia resultante com o uso de equipamentos eficientes.

Stillwell e Webber (2013) publicaram um artigo onde criaram uma metodologia para avaliar a

viabilidade econmica de aplicar retrofit em usinas de energia. O retrofit consistia na aplicao de

tecnologias de refrigerao que usavam baixas quantidades de gua. A partir do estudo de trinta e nove

usinas de energia do Texas, o estudo concluiu que em trs delas a aplicao da alternativa de tecnologia

de arrefecimento eram viveis economicamente.

Guimares (2014) publicou o trabalho O retrofit e a modelagem de informaes como ferramenta na

anlise de projetos. O trabalho tem o objetivo de apresentar as principais caractersticas dos processos

de retrofit e do conceito de BIM (Building Information Modeling) e, atravs de um estudo de campo,

pretende-se explorar a possibilidade de utilizar a modelagem de informaes como ferramenta para

20

anlise de projetos de retrofit, considerando o desempenho lumnico e trmico. Guimares afirma que

o BIM apresenta um grande potencial para anlise de projetos ao longo da vida til das edificaes e

possvel obter resultados prximos da realidade e avaliar possveis mudanas que aumentem a

performance do edifcio.

1.3 OBJETIVO E METAS

O principal objetivo do presente trabalho desenvolver uma metodologia para realizao de retrofit

em sistemas de gua gelada que permita ao usurio uma simples aplicao de uma rotina passo-a-passo.

J o objetivo complementar avaliar a possibilidade de implementao de retrofit visando uma

potencial diminuio dos custos operacionais e por consequncia tornando-o mais eficiente e

ambientalmente amigvel.

O retrofit proposto considerar a interao de diferentes componentes durante todo o processo de

seleo do desenvolvimento da metodologia. Sendo assim, a inteno da metodologia proposta gerar

resultados que auxiliem na elaborao de solues de retrofit e assim possibilitar o estudo da viabilidade

tcnica e econmica de cada soluo.

Por fim, ser proposto um estudo de caso de um sistema de gua gelada para testar a metodologia

proposta.

1.4 METODOLOGIA

A metodologia empregada neste trabalho para alcanar os objetivos e metas proposto constituda

de seis etapas.

A primeira etapa constitui a fundamentao e exposio do que j existe sobre a temtica em estudo.

Assim, a relevncia do projeto fica mais clara e evidente.

A segunda etapa essencial para a elaborao da metodologia que ser proposta em razo de que

constitui uma reviso de conceitos base. Tais conceitos seriam no mbito de instalaes termomecnica,

com foco no funcionamento de sistema de gua gelada, e de engenharia econmica, para fornecer a

base de anlise de tomada de deciso.

A etapa seguinte, a terceira, focar num estudo dos nveis de desempenho e eficincia energtica dos

componentes considerados crticos. Essa primeira anlise informar, com base nos dados tcnicos

levantados, se o desempenho do sistema caiu desde sua instalao e a real necessidade tcnica da

reposio de seus componentes considerados crticos, que so o chiller, torre de resfriamento, bombas

e fan-coils.

21

Devido as etapas anteriores, a quarta etapa visa desenvolver de fato as solues de retrofit gerando

assim projetos conceituais.

Posteriormente, na quinta etapa, ser feita uma pesquisa de mercado de verses mais modernas das

tecnologias propostas, pois elas devem consumir menos energia e possuir nveis de desempenho mais

elevados, comparados com os dados do sistema pr-existente.

Na sexta etapa deste trabalho consiste em fazer uma anlise econmica de um sistema de gua

gelada real, que visa exemplificar a proposta do trabalho. Assim, espera-se uma avaliao a longo prazo

das vantagens do investimento no retrofit.

Diante a metodologia de trabalho, possvel inferir que este projeto visa a criao da metodologia

sem a inteno de alterar o projeto original de climatizao. Parmetros como sistema de iluminao,

tipos de vidros e sombreamento, que caso alterados possam a vir diminuir a carga trmica do chiller,

no sero analisados. No entanto, cabe a metodologia informar ao usurio sobre possveis aes que

possam vir a diminuir o consumo energtico, estas aes sero focadas somente no sistema de gua

gelada e no em mudanas arquitetnicas ou em sistemas de iluminao.

1.5 ESTRUTURA DO PRESENTE TRABALHO

Este trabalho est organizado em sete captulos. Onde o captulo inicial apresenta a introduo ao

assunto abordado no trabalho, sua relevncia e objetivos a serem atingidos.

No captulo 2 feito uma reviso dos conceitos de instalaes termomecnicas, como ciclos de

refrigerao, componentes crticos de um sistema de gua gelada e parmetros de desempenho

energtico e ambiental.

O captulo 3 apresenta a reviso dos conceitos de engenharia econmica como: valor presente

lquido (VLP), taxa interna de retorno (TIR) e payback. Tais indicadores sero importantes para a

anlise de tomada de deciso. As noes gerais sobre tarifao de energia eltrica tambm so

abordadas neste captulo.

O captulo 4 destinado ao aprofundamento dos conceitos de retrofit, tais como: razes para a sua

implementao, aplicao e algumas alternativas para retrofit de climatizao.

O captulo 5 apresenta a metodologia proposta para o desenvolvimento de aplicao de retrofit em

um sistema de gua gelada.

O captulo 6 exibe um estudo de caso que testa a metodologia proposta. Este captulo muito

importante para o aprimoramento da metodologia.

O captulo 7 contm a concluso acerca dos itens mostrados ao longo do trabalho e indicao de

sugestes para aprofundamento das anlises em trabalhos futuros.

22

2 SISTEMA DE GUA GELADA

2.1 ASPECTOS GERAIS

De acordo com a ASHRAE, a ar condicionado entendido como o processo de tratamento do ar

atravs do ajuste simultneo de temperatura, umidade, grau de pureza e circulao, permitindo assim

manter condies desejveis para um espao climatizado. No entanto, o campo de ar condicionado

autnomo ao da refrigerao, mas tambm complementar (STOECKER e JONES, 1985).

A forma de refrigerao basicamente igual nos equipamentos de ar condicionado, no entanto h

diferena clssicas quanto o porte e a forma de distribuir o frio. Podemos dividir os tipos de ar

condicionado em quatro: sistema central para um prdio inteiro, sistema split, sistema self e sistemas

individuais (JOHNSON CONTROLS, 2009).

O foco do presente trabalho est no sistema de gua gelada que o sistema de ar condicionado

central mais conhecido. Assim, podemos nos referenciar a este sistema como CAG central de gua

gelada. Geralmente, so aplicados em projetos de grande porte, pois apresentam um alto custo. No

entanto, a longo prazo so mais eficientes no consumo da energia eltrica (JOHNSON CONTROLS,

2009).

Sistemas de gua gelada podem ser divididos em condensao a ar e condensao a gua, neste

ltimo o sistema composto basicamente por torre de resfriamento, chiller, bombas, tubulao de gua

gelada, fan-coils e vlvulas. No caso do sistema de condensao a ar no h a necessidade da torre de

resfriamento. Dentre os componentes citados, o chiller considerado o principal e tem a funo de

arrefecer a gua usada para condicionar o ar. Os conceitos acerca de CAG sero aprofundados nas

sees 2.3.1 e 2.3.2.

O sistema de gua utiliza a gua como agente de aquecimento ou refrigerao, mesmo que a

transferncia de calor no espao condicionado seja realizada pelo ar (STOECKER e JONES, 1985).

um sistema de expanso indireta, ou seja, o fludo de trabalho um fludo secundrio, no caso a gua,

enquanto o refrigerante fica restrito ao local que se encontra os resfriadores. A gua que circula por toda

a rede de tubulaes troca calor com o fludo refrigerante nos refrigeradores, ou chillers. A Figura 2. 1

retirada do artigo de colaborao tcnica da Johnson controls a seguir ilustra como um sistema de

expanso.

23

Figura 2. 1 - Sistema central de gua gelada (JOHNSON CONTROLS, 2009).

2.2 CICLO DE REFRIGERAO POR COMPRESSO

O ciclo de refrigerao a vapor o mais utilizado na prtica nas mais diversas aplicaes. Nesse

ciclo, o fluido submetido a 4 estgios: compresso, condensao, expanso, em que h uma queda de

presso de forma que em seguida o fluido possa evaporar a baixa presso (STOECKER e JONES,

1985). Logo, os principais componentes desse tipo de ciclo o compressor, o evaporador, a vlvula de

expanso e o condensador. A Figura 2. 2 a seguir apresenta de forma esquemtica tais componentes.

24

Figura 2. 2 - Principais componentes do ciclo de refrigerao a vapor.

Basicamente, a Fig. 2.2 acima representa de forma ilustrativa a ideia de que o refrigerante ao passar

pela vlvula de expanso sofre uma queda de presso e temperatura e em seguida se encaminha para a

evaporadora para poder absorver o calor, nesse processo o fludo passa do estado lquido saturado para

vapor. O refrigerante aquecido em seguida aspirado pelo compressor, onde comprimido tendo sua

presso e temperatura aumentadas. Depois de passar pelo compressor, o refrigerante vai para

condensadora onde o calor liberado e volta a sua fase lquida. Posteriormente o fludo arrefecido vai

para a vlvula de expanso dando continuidade ao ciclo.

O diagrama presso versus entalpia ilustra o comportamento de diversos fludos a diferentes

presses e entalpias, no estudo de refrigerao o mais usual. A representao do ciclo de compresso

a vapor no diagrama P-h pode ser vista na Figura 2. 3. O ponto 3 ao ponto 4 informa uma queda de

presso, que no ciclo a expanso do gs refrigerante, este sai da fase lquida saturada para ir para

mistura de lquido mais vapor. Do ponto 4 ao ponto 1 o fludo se aproxima do ponto de vapor saturado,

pois h ganho de calor. O ponto 1 ao ponto 2, h um grande aumento de presso, o que representa a

compresso do refrigerante, este em seguida chega ao ponto de vapor superaquecido. Para finalizar o

ciclo h perda de calor do ponto 2 ao ponto 3 que representa a condensao do refrigerante.

25

Figura 2. 3 - Diagrama Presso Entalpia.

2.3 CHILLER

O chiller o corao de uma CAG e nele que ocorrem as trocas de calor. Os diversos tipos de

chillers presentes no mercado se diferenciam de acordo com a forma que ocorre a troca de calor em sua

condensadora, o tipo de compressor integrado e a carga trmica requerida pelo projeto.

O chiller de compresso pode ser classificado quanto ao tipo de compressor e quanto ao tipo de

compresso. Os principais compressores so scroll, centrfugo e parafuso. J a condensao pode ser

dividida entre condensao a gua ou condensao a ar. Cada tipo de chiller tem suas vantagens e

desvantagens e so escolhidos conforme detalhes de locao, disponibilidade de espao para instalao,

capacidade trmica necessria.

O sistema central de gua gelada pode ser subdivido em dois tipos. O primrio onde o fludo circula

pelo resfriador e o secundrio onde o fluido circula pelo prdio aps a sada do chiller, para retornar em

seguida para o sistema primrio, fechando o ciclo.

2.3.1 Condensao a gua

Nos chillers de condensao a gua o refrigerante libera calor para a gua em seu condensador. A

gua vem de uma torre de resfriamento que troca calor com o ambiente e tem como funo esfria-la

aps ser aquecida pelo refrigerante na condensadora. O refrigerante arrefecido vai para a vlvula de

expanso dando continuidade ao ciclo. A Figura 2.4 mostra de forma esquemtica como o ciclo por

condensao a gua.

26

Figura 2. 4 - Ciclo Condensao a gua.

O chillers desse tipo de condensao possuem cargas trmicas maiores, e assim so

preferencialmente usados em projetos de grande porte. A instalao deste componente flexvel j que

pode ser em qualquer lugar, como por exemplo no subsolo da edificao (LOPES, 2014).

A condensao a gua apresenta inmeras vantagens, como: alta flexibilidade com relao a escolha

da localizao e da quantidade de fan-coils; se comparado aos sistemas unitrios a carga eltrica

instalada menor; e permite termoacumulao. Em contrapartida, tambm apresenta algumas

desvantagens, como: maior consumo de gua devido a evaporao na torre; e custo mais elevado da

instalao e da manuteno.

Figura 2. 5 - Chiller de condensao gua da (YORK 2015).

27

2.3.2 Condensao a ar

A principal diferena entre os chillers de condensao a ar e a gua justamente o processo de troca

de calor na condensadora. O chiller de condensao a ar utiliza a passagem de uma corrente de ar pelo

condensador para trocar calor com o fludo refrigerante, arrefecendo-o. A circulao do ar feita por

ventiladores localizados na parte superior do refrigerador. Por este motivo, no h a necessidade de

torre de resfriamento; ento, esse tipo CAG utiliza menos espao fsico e por isso deve ser sempre

instalado em locais abertos para o ambiente.

As principais vantagens e desvantagens se assemelham com a condensao a gua. No entanto,

comparativamente o chiller a ar mais limitado, uma vez que apresenta capacidades menores, tem a

restrio de ser instalado em ambientes externos e consequentemente a eficincia do processo de

rejeio de calor depende da temperatura ambiente (LOPES, 2014).

Figura 2. 6 - Chiller de condensao a ar (YORK 2015).

2.4 BOMBAS

As bombas usadas em sistemas de ar condicionado so do tipo centrfugas e so responsveis por

manter a circulao da gua por todo o sistema. Usualmente so utilizadas de quatro a seis bombas,

sendo que de duas a trs so reservas. Entretanto, conforme detalhes de instalao, preocupao com a

eficincia energtica e preferncia do projetista podem mudar tal configurao.

As bombas podem ser primrias, secundrias e de condensao. A primria tem a funo de aspirar

e bombear a gua proveniente do prdio para a evaporadora do chiller, onde ser arrefecida ao trocar

calor com o fluido refrigerante. Aps a sada do chiller a gua encaminhada para o resto do sistema

pela bomba secundria. J as bombas de condensao so usadas somente em chiller de condensao a

gua, onde tem a funo de fazer circular a gua que vai da condensadora para a torre de resfriamento

e posteriormente volta para condensadora. As bombas possuem mecnica similar, porm se diferenciam

na vazo e na presso. Cada uma deve ter uma bomba reserva em caso de falha da mesma.

28

2.5 FAN-COIL

Fan-coils so unidades de tratamento de ar, composto por um ventilador e um trocador de calor.

Entende-se por tratamento do ar a funo de resfriar, desumidificar e filtrar o ar (LOPES, 2014). Cinco

componentes formam um fan-coil. O componente 1 uma caixa com finalidade de misturar o ar de

retorno do ambiente condicionado com o ar externo. O componente 2 uma serpentina de resfriamento,

na qual circula gua gelada, proveniente do chiller, para resfriar o ar que chega da caixa de mistura. O

componente 3 representa um umidificador, o qual faz a umidificao do ar quando existe a necessidade

dependendo da umidade relativa desejada. O componente 4 um dispositivo para aquecer o ar, o qual

pode ser usado quando as cargas latentes forem altas ou para fazer um ajuste fino na temperatura da

zona. O ltimo (componente 5) o ventilador responsvel pelo insuflamento do ar dentro da zona

(BARBOSA, 2004).

2.6 TORRES DE RESFRIAMENTO

As torres de resfriamento so utilizadas para o resfriamento da gua aquecida vinda do condensador

do chiller. A gua aquecida vinda do chiller entra pela parte superior da torre e em seu interior a gua

dispersa dentro do enchimento (Electric representaes, 21016). O ventilado o responsvel pela

troca de calor, pois o mesmo promove o fluxo de ar externo. A gua cai na bacia, em seguida retorna

para a condensadora e assim inicia o ciclo novamente. A Figura 2. 7 ilustra o funcionamento

simplificado de uma torre de resfriamento. importante ressaltar que h perdas de gua por arraste de

gotas finas pelos ventiladores e por evaporao durante o funcionamento da torre. Esta perda pode ser

de at 2% de sua vazo de gua em circulao (Alpina equipamentos, 2016).

Figura 2. 7 - Esquemtico de uma torre de resfriamento (Electric representaes, 2016)

29

2.7 PARMETROS DE DESEMPENHO

2.7.1 Potncia em equipamentos trifsicos

O clculo da potncia de equipamentos pode ser divido entre circuitos de corrente contnua e

circuitos de corrente alternada. Porm o atual projeto ir focar somente no clculo de potncia de

motores de induo, que so motores de corrente alternada trifsicos. No sistema trifsico a potncia

em cada fase calculada como se fosse um sistema monofsico independente, como mostrado na

Equao 2.1, e sua potncia total ser a soma das trs fases (WEG, 2016).

= (2.1)

O sistema trifsico pode ser ligado em tringulo ou em estrela, porm o clculo da potncia total

para ambos os casos ser o mesmo. O fator de potncia o ngulo de fase entre a tenso e a corrente

em motores de induo e essa defasagem influencia diretamente na potncia total do motor. Com isso

o clculo da potncia do motor de induo descrito na Equao 2.2 (WEG, 2016).

= 3. U.I.cos (2.2)

Em que U a tenso de linha, I a corrente de linha e cos o ngulo de defasagem entre a tenso

e a corrente de fase.

2.7.2 Coeficiente de performance (COP)

O desempenho de um ciclo de refrigerao pode ser definido pela razo do efeito til e o trabalho

que deve ser exercido para obter o efeito til almejado. Tal razo conhecida como COP. A Equao

2.3 a seguir representa tal conceito.

=

(2.3)

Geralmente, o COP um bom recurso para avaliao e comparao entre sistemas de refrigerao

concorrentes. Desta fora, desejvel um COP elevado, pois indica que o efeito til ser atingido com

um menor trabalho (PIMENTA, 2012).

30

2.7.3 Integrated Part Load Value (IPLV)

O COP depende basicamente das temperaturas de evaporao e condensao, e durante a operao

de um chiller seu valor ir variar ao longo da operao diria-anual, pois as temperaturas variam de

acordo com as oscilaes de ambiente e carga. Apenas em alguns momentos a carga plena observada,

momento quando o COP mximo (PIMENTA, 2008).

Para avaliar o desempenho de um chiller em diferentes nveis de cargas IPLV utilizado e pode

influenciar no uso de energia e custos operacionais ao longo da vida til do equipamento. (FABIAN,

2010). A Equao 2.4 do IPLV pode ser determinada da seguinte forma (PIMENTA, 2008).

=1

0,01 +

0,42 +

0,45 +

0,12

(2.4)

A Tabela 2. 1 apresenta o percentual ponderado anual de horas de operao.

Tabela 2. 1 - Percentual anual de horas ponderado

Varivel Carga Percentual anual de horas

A 100% 1%

B 75% 42%

C 50% 45%

D 25% 12%

2.7.4 Total Equivalent Warning Impact (TEWI)

TEWI um dos ndices de impacto ambiental usados para informar os efeitos da emisso de gs

carbnico (CO2). Para calcular o TEWI deve-se somar o efeito da descarga direta do refrigerante na

atmosfera com o efeito da emisso de dixido de carbono devido a energia usada ao longo da vida do

equipamento. Como o impacto do refrigerante excede a vida do equipamento, usa-se 100 anos como

horizonte de tempo. O TEWI depende do sistema, pois a eficincia e vazamentos no dependem do

refrigerante em si. A Equao 2.5 determinada da seguinte forma (MAYKOT et al, 2004).

TEWI = + (2.5)

Em que:

Ed: emisso equivalente direta de CO2

31

Ei: emisso equivalente indireta de CO2

Emisso equivalente direta representa o impacto de vazamentos do gs refrigerante e dada pela

Equao 2.6.

= . . + . . (1 ) (2.6)

Em que:

Ed: emisso equivalente direta de CO2

m: carga de refrigerante no produto (kg);

L: Taxa anual de vazamento de refrigerante (kg/ano);

n: Anos em operao (anos);

GWP: Potencial de aquecimento global do refrigerante (kgCO2/kg refrigerante);

: Fator de reciclagem do refrigerante (%).

Emisso equivalente indireta representa o impacto do consumo da energia que gera o dixido de

carbono e pela Equao 2.7.

E = . . (2.7)

Em que:

Ei: emisso equivalente indireta de CO2;

E: Consumo de energia anual (kWh/ano);

: Emisso de CO2 na gerao de energia (kg CO2/kWh).

Com o aumento dos cuidados com o ambiente, o valor do fator de reciclagem () cresceu nos

ltimos anos, ento para edifcios comerciais considera-se o valor de = 75%. A taxa anual de

vazamentos de refrigerante (L) em aplicaes comerciais considerada L=10%. Para determinar o valor

da emisso de CO2 na gerao de energia () deve-se ter conhecimento de como esta gerada, porm

pode tambm adotar uma mdia por pas. O Brasil apresenta o valor mdio de =248 gCO2/kWh.

(Maykot et al, 2004).

32

3 CONCEITOS ECONMICOS

Para cada componente do sistema de gua gelada ser feita uma anlise econmica que justifique

ou no o investimento nas diversas solues de retrofit. A viabilidade econmica do projeto de retrofit

ser determinada por indicadores, como o valor presente lquido, taxa interna de retorno e payback. O

item 3.1.1 ao item 3.1.3 descrevem com mais detalhes os indicadores.

3.1 MTODOS DE ANLISE ECONMICA

3.1.1 Valor presente lquido (VPL)

O valor presente lquido (VPL) tem como finalidade medir o valor presente das receitas peridicas

geradas pelos componentes ao longo de sua vida til. O VPL informa se o investimento ser vivel ou

no para o patrocinador a partir da diferena entre o investimento inicial a rentabilidade absoluta a

determinada taxa de desconto. Para o VPL menor ou igual a zero o investimento no ser

financeiramente atraente e para o VPL positivo o projeto ser vivel economicamente (SAMANEZ,

2009).

Figura 3. 1 - Esquemtico do fluxo de caixa (MOREIRA, 2006).

O fluxo de caixa consiste no saldo esperado entre os custos operacionais antes do retrofit e depois

do retrofit ao longo de um mesmo perodo, conforme a Figura 3. 1 ilustra. A Equao 3.1 define o VPL.

= +

(1 + )

=1

(3.1)

33

Em que:

I: investimento inicial necessrio para implantao de retrofit;

FCt: saldo esperado antes da aplicao de retrofit e aps a aplicao do retrofit;

TMA: taxa mnima de atratividade ou taxa de desconto;

t : nmero de anos considerado para vida til;

n: horizonte de planejamento.

3.1.2 Taxa interna de retorno (TIR)

O mtodo da taxa interna de retorno (TIR) a taxa intrnseca de rendimento no entrada quando o

VPL nulo. O TIR a taxa mnima que o investimento que o investidor ir considerar que est tendo

ganhos financeiros. A Equao 3.2 permite efetuar os clculos do TIR.

0 = +

(1 + )

=1

(3.2)

Em que:

I: investimento inicial necessrio para implantao de retrofit;

FCt: saldo esperado antes da aplicao de retrofit e aps a aplicao do retrofit;

TIR: taxa mnima interna de retorno;

t: nmero de anos considerado para vida til;

n: horizonte de planejamento.

3.1.3 Payback

O payback tem como finalidade informar em quanto tempo o investimento inicial ir se igualar ao

valor presente dos fluxos de caixa previstos. O clculo baseado na taxa mnima de atratividade e a

partir do momento em que h essa igualdade o projeto comea a apresentar lucros. A desvantagem do

payback que no apresenta dados aps o incio dos lucros. (SAMANEZ, 2009). A Equao 3.3 permite

efetuar o clculo do payback.

34

=

(1 + )

=1

(3.3)

Em que:

I: investimento inicial necessrio para implantao de retrofit;

FCt: saldo esperado antes da aplicao de retrofit e aps a aplicao do retrofit;

TIR: taxa mnima interna de retorno;

T: Tempo de recuperao do investimento.

3.2 TARIFAO DE ENERGIA ELTRICA NO BRASIL

A partir do racionamento de energia eltrica ocorrido no Brasil em 2001, o poder pblico e a opinio

civil direcionaram suas preocupaes para a reduo do consumo de eletricidade por meio de

equipamentos, edificaes e hbitos de uso mais eficientes. Entende-se por eficincia energtica a

capacidade de transformar menor quantidade de energia possvel para a gerao da mxima quantidade

de trabalho possvel (CHUNG et al., 2006, p.2).

O entendimento de como cobrada a energia eltrica e como so calculados os valores das faturas

de energia eltrica, emitidas mensalmente pelas concessionrias, fundamental para a tomada de

deciso em relao a projetos de retrofit com foco na eficincia energtica. A partir de informaes de

consumo (kWh) e demanda (kW) possvel concluir os hbitos e consumo de determinada instalao:

comercial, residencial ou industrial. Tal resultado fundamental para o estabelecimento da relao

contratual entre o cliente e a empresa concessionria.

A explicao de definies e conceitos a seguir apresenta noes bsicas sobre as formas de

tarifao e se baseou no Manual de tarifao de da energia eltrica publicado pela PROCEL

(Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica) e na resoluo 456 da Agncia Nacional de

Energia Eltrica ANEEL, publicada no Dirio Oficial em 29 de novembro de 2000.

Simplificadamente, energia eltrica o produto da potncia eltrica pelo intervalo de tempo de

utilizao de um equipamento ou de funcionamento de uma instalao (residencial, comercial ou

industrial). J a potncia a quantidade de energia eltrica solicitada na unidade de tempo. A potncia

vem escrita nos manuais dos aparelhos, sendo expressa em watts (W) ou quilowatts (kW), que

corresponde a 1000 watts. Todo equipamento possui uma determinada potncia que o quanto ele

necessita de energia para operar em determinada condio que chamada de condio nominal.

35

O consumo de energia eltrica dado pela quantidade de potncia eltrica (kW) consumida em um

intervalo de tempo (kWh) ou em pacotes de 1000 unidades (MWh). No caso de um equipamento eltrico

o valor obtido atravs do produto da potncia do equipamento pelo seu perodo de utilizao.

A definio de alguns horrios fundamental para a definio da fatura de energia eltrica. Desta

forma, saber apenas o consumo de energia eltrica no o suficiente para definir o valor a ser cobrado.

Primeiramente, o horrio de ponta o perodo de 3 horas consecutivas exceto sbados, domingos e

feriados nacionais, definido pela concessionria, em funo das caractersticas de seu sistema eltrica e

geralmente apresentam preos mais elevados. Logo, o horrio fora de ponta corresponde s demais 21

horas do dia, que no sejam referentes ao horrio de ponta. H tambm o perodo seco que

compreendido pelos meses de maio a novembro (7 meses) que geralmente um perodo com poucas

chuvas e assim as tarifas deste perodo apresentam valores mais elevados. Por fim, o perodo mido

compreendido pelos meses de dezembro a abril (5 meses) e geralmente apresenta mais chuvas.

Portanto, a tarifa o preo da unidade de energia eltrica (R$/MWh) e/ou da demanda de potncia

ativa (R$/kW). J a fatura de energia eltrica a nota fiscal que apresenta a quantia total que deve ser

paga pela prestao do servio pblico de energia eltrica, referente a um perodo especificado,

discriminando as parcelas correspondentes.

Energia eltrica, definida anteriormente, composta de duas parcelas distintas: energia reativa e

energia ativa. A energia ativa responsvel pela execuo de tarefas, enquanto que a energia reativa

a responsvel pela formao de campos magnticos, necessrio ao funcionamento de alguns aparelhos

que possuem motor ou indutor. Para melhor compreender a ocorrncia de energia reativa em um

sistema, visualize a figura abaixo, Figura 3. 2, onde um vago tracionado para se deslocar sobre os

trilhos por ao de uma fora no paralela direo do deslocamento.

Figura 3. 2 - Tringulo de potncia (PROCEL, 2010).

Logo, podemos definir o fator de potncia (FP) como numericamente igual razo entre a

potncia ativa e a potncia aparente como mostrado na Equao 3.4.

36

= ()

()

(3.4)

O valor encontrado do FP representa um ndice de verificao do desempenho de um sistema

eltrico. Os equipamentos eltricos que possuem alto fator de potncia, liberam o sistema eltrico para

transportar mais energia ativa (kW). Pela legislao vigente conforme DECRETO n. 479 de 20/03/92

o fator de potncia das instalaes eltricas deve ser mantido sempre o mais prximo possvel de 1,0.

37

4 CONCEITOS SOBRE RETROFIT

4.1 ASPECTOS GERAIS

Restaurao, reforma e retrofit so tipos de interveno que visam a reabilitao nos diferentes

nveis de degradao. Os objetivos so o que diferenciam os diferentes processos de interveno, porm

os limites no so perfeitamente delimitados. A restaurao um conceito muito utilizado em

patrimnios histricos, onde a imagem e concepo original no podem ser alterados. Na reforma tem-

se como meta restituir algo a sua condio original de funcionamento, porm no h o compromisso

em manter as caractersticas originais. E o retrofit uma combinao dos dois, uma vez que a

modernizao tecnolgica de um edifcio ou sistema de ar condicionado no altere suas principais

caractersticas (GUIMARES, 2014).

O conceito de retrofit (retro, do latim, significa movimentar-se para trs e fit, do ingls, adaptao,

ajuste) surgiu ao final dos anos 90 nos Estados Unidos e na Europa. Sua origem foi na indstria

aeronutica e o termo retrofit era usado para se referir a modernizao de componentes das aeronaves.

Em seguida o conceito ganhou espao em outros ramos, como o da construo civil, tendo foco na

modernizao e atualizao de edifcios (VALE, 2006).

O objetivo do retrofit a modernizao tecnolgica de componentes arquitetnicos, mecnicos ou

eltricos, de forma que melhore o conforto, segurana e funcionalidade para os usurios, aumente a

eficincia energtica dos equipamentos e aumente sua a vida til. Um bom desempenho energtico deve

equilibrar fatores com iluminao, climatizao, ventilao e acstica. Logo, o retrofit leva em

considerao caractersticas, como material e vida til, de vrios componentes prediais como pisos,

luminrias, elevadores, ar condicionado, automao, fachadas, pavimentao, entre outros.

(GUIMARES, 2014).

Segundo Guimares (2014), o conceito de retrofit vem ganhando espao no mercado brasileiro,

uma vez que a necessidade de modernizao de edifcios e seus componentes cresce com o passar dos

anos. Alm de que a preocupao com a sustentabilidade torna relevante o desenvolvimento de

metodologias que permitam a avaliao da eficincia dos materiais empregados nos processos de

retrofit. Esse carter sustentvel outro fator que contribui para sua disseminao, uma vez que ao

modernizar os componentes possibilita a insero de novas tecnologias sustentveis, tornando-os

ambientalmente amigveis.

38

4.2 RAZES PARA O RETROFIT

Instalaes que apresentarem de alguma forma uma operao onerosa acabam consumindo mais

energia e no fornecem o conforto e qualidade adequados para os ocupantes do edifcio, assim so

passveis de retrofit. Os principais candidatos a retrofit so: edifcios comerciais, hotis, hospitais,

supermercados, shopping centers e instalaes industriais.

A ideia do retrofit muito vantajosa e por consequncia simples justificar a sua aplicao. Um

dos principais motivos para tal a proposta de adequar tecnologicamente o edifcio e aproveitar a

infraestrutura j existente para aumentar a sua vida til. A incorporao dos avanos tecnolgicos

permite que as instalaes sejam integradas e automatizadas, afim de simplificar, aumentar o controle

da gesto do edifcio, reduo do consumo de energia e dos gastos de maneira geral.

Uma grande vantagem de se aplicar o retrofit a obteno da Certificao LEED (Leadership in

Energy and Environmental Design) que de acordo com Green Building Council Brasil (2014) um

sistema internacional de certificao e orientao ambiental para edificaes, que possui o objetivo de

incentivar a transformao dos projetos, obra e operao das edificaes, sempre com foco na

sustentabilidade de suas atuaes. A certificao LEED prope que o edifcio economize despesas e

recusos, enquanto promove conceitos como sustentabilidade e energia limpa.

Ao se adotar os critrios da certificao o investidor ter benefcios econmicos, sociais e

ambientais. Nos benefcios esto inclusos diminuio dos custos operacionais, valorizao do imvel,

modernizao do edifcio, aumento do bem-estar dos usurios, reduo do consumo de energia e gua,

uso de tecnologias de baixo impacto ambiental, entre outros, esto entre as vantagens de se investir na

obteno do certificado.

Dados de 2006 do United States Green Building Council (USGBC) mostram que a participao dos

Estados Unidos em projetos com certificao LEED est crescendo com os incentivos de seu governo.

A abaixo ilustra quem tem ganhado espao no mbito sustentvel do certificado LEED (HERNANDES

e DUARTE, 2007).

39

Figura 4. 1 - Usurios do LEED (HERNANDES e DUARTE, 2007).

Um dos casos mais famosos e completos de retrofit o do Empire State Buiding (ESB) na cidade

de Nova York nos Estados Unidos. O projeto que ainda est em execuo ir possibilitar a economia de

energia em at 38%, economia de custos anual de $4,4 milhes de dlares e diminuio em 105.000 de

toneladas de emisses de carbono pelos prximos 15 anos (NESLER, 2013). O retrofit do ESB est

modernizando as reas de arquitetura, iluminao, automao e climatizao, onde poucas alteraes

so visveis por fora do edifcio ou por visitantes.

Apesar de ser um conceito em crescimento, no Brasil j existem diversos casos de retrofit, como o

caso do edifcio sede dos Correios de Salvador. A fabricante Johnson controls foi responsvel por

fornecer os equipamentos utilizados na modernizao do sistema atual de ar condicionado. Para tal, trs

resfriadores de lquido de condensao a gua, totalizando a carga trmica em 1500 TR, substituram a

central de gua gelada que estava operando a 24 anos. Alm da adio de novos chillers, houve tambm

a substituio dos antigos fan-coils e a implantao de automao. A aplicao de retrofit no sistema

de ar condicionado possibilitou a adequao do edifcio aos padres de preservao ambiental,

atendendo as exigncias das normas NBR 16401 e pde receber a certificao do LEED.

Outro caso de retrofit o do shopping Casa Park, localizado em Braslia. Em 2011 iniciou-se o

projeto de modernizao do sistema de climatizao, onde trs chillers de 200 TR cada foram

substitudos por um chiller de 600 TR. De acordo com a fabricante Trane, responsvel pelo retrofit,

houve reduo de 30% nos gastos de energia e o payback do investimento do retrofit seria de 3 ano.

40

4.3 APLICAES DE RETROFIT

4.3.1 Arquitetnico

O termo retrofit arquitetnico uma soluo de revitalizao das reas urbanas e atualizao das

edificaes para infraestruturas obsoletas. uma prtica que foca na ideia de maximizar a vida til

atravs da incorporao de avanos tecnolgicos e da utilizao de materiais e processos de ltima

gerao para a readequao do edifcio s necessidades dos novos usurios. uma sada que busca

valorizar velhas edificaes, como patrimnios histricos, alm de ser mais econmico e eficiente do

que solues drsticas como a demolio. Pases como Itlia e Frana chegam ao ndice de 50% das

obras destinadas a esta modalidade (MORAES e QUELHAS, 2012). A importncia dos processos de

retrofit evidenciada na preservao dos valores arquitetnicos e paisagsticos das cidades. (VALE,

2006). Logo, considerado uma ferramenta de interveno limpa e confivel que possibilita a

reocupao segura abrangendo os aspectos histricos, econmicos e ecolgicos. Desta forma, tem uma

aplicabilidade bem ampla, como: reas hospitalares, residenciais, hotelaria, escolares, etc. (MORAES

e QUELHAS, 2012).

4.3.2 Iluminao

A iluminao um dos grandes responsveis pelo consumo de energia eltrica em edificaes,

principalmente naqueles no condicionados artificialmente. Instalaes desta natureza permitem uma

maior facilidade de reduo de consumo, correo de eventuais falhas no sistema e nos nveis de

iluminao. O estudo do sistema de iluminao artificial a partir dos equipamentos j instalados e das

iluminncias permite a avaliao da possibilidade de realizao de retrofit por meio da adoo de

tecnologias energeticamente eficientes ou pelo aumento do uso de iluminao natural no ambiente. A

alterao de sistemas ineficientes de iluminao pode ser responsvel por redues significativas de

energia e poder ter uma economia de at 40% no consumo total da edificao. (GHISI, 1997)

4.3.3 Acstico

O conforto acstico um dos quesitos fundamentais para a sensao de bem-estar, de tranquilidade

emocional, de amenidade nos momentos de trabalho ou de repouso, pois sem este conforto as pessoas

so submetidas a maiores distraes. Assim sendo, existe uma relao direta entre a produtividade e os

nveis sonoros no ambiente. A maioria dos retrofits acstico foca na utilizao de materiais que iro

tratar acusticamente o ambiente ou bloquear a transmisso das ondas sonoras (BARRIENTOS, 2004).

4.3.4 Climatizao

Os sistemas de ar condicionado so responsveis por parte considervel nos gastos energticos, nos

Estados Unidos so responsveis por 43% do consumo e no Canada e Reino Unido o consumo passa

41

de 60% (SOOKOOR et al, 2012). Consequentemente as tecnologias para climatizao tiveram grande

crescimento nos ltimos anos, tendo foco na rea de eficincia energtica e sustentabilidade. A

implantao de sistemas de automao, variadores de frequncia e gases no agressores a camada de

oznio so alguns dos exemplos de tecnologias que beneficiam as duas reas de grande crescimento. A

Figura 4. 2 deixa claro a importncia de investimentos em novas tecnologias para aumentar a eficincia

energtica (CYPRESS ENVIROSYSTEMS, 2010).

Figura 4. 2 - Consumo de prdios comerciais (CYPRESS ENVIROSYSTEMS, 2010).

Vrios fatores devem ser levados em conta ao se aplicar o retrofit e primeiramente deve-se observar

a necessidade de aplicar no sistema de ar condicionado. Estes possuem uma vida til entre 15 e 25 anos,

se propriamente cuidado, porm durante esse perodo possvel que os equipamentos apresentem sinais

de que mudanas so necessrias. As mudanas podem ser mais invasivas ou menos invasivas, onde

depende do nvel da necessidade do sistema.

As mudanas mais invasivas envolvem a substituio de componentes que se fadigaram ou se

tornaram obsoletos por novos que apresentem tecnologias mais elevadas. A vida til do sistema como

um todo pode aumentar significativamente, porm um estudo sobre a viabilidade econmica deve ser

feito antes da troca, assim como uma avaliao tcnica sobre a real carga trmica do edifcio para evitar

sistemas mal dimensionados. Com o passar dos anos o edifcio pode ter sofrido mudanas, como

quantidade de pessoas, quantidade de eletrnicos ou aplicao de retrofits arquitetnicos e lumnico e

esses fatores podem aumentar ou diminuir a real carga trmica do sistema.

42

As mudanas menos invasivas envolvem a implantao de sistemas como de controle digital ou

sistemas de volume de ar varivel onde os equipamentos existentes no sofrero mudanas fsicas. Esto

sendo mundialmente aplicadas em novas construes e so considerados essenciais para se ter um

ambiente econmico e sustentvel (PIPER, 2003).

Aps anos de funcionamento a CAG apresentar sinais de desgaste. O nvel de estrago dos

componentes pode variar conforme as condies de operao e na ocorrncia ou no de manutenes

preventivas ao longo dos anos. Elevao nos custos operacionais para manter o pleno funcionamento

do sistema uma consequncia natural da deteriorao. As manutenes corretivas tambm tendem a

ser mais recorrentes, conforme o equipamento se aproxima final de sua vida til.

Ao se aplicar retrofit no sistema de climatizao espera-se que haja aumento em sua vida til como

um todo. Apesar dos componentes como bombas e chillers, por exemplo, terem diferentes vidas, o

aumento na eficincia mecnica de um componente pode influenciar diretamente na operao dos

demais, diminuindo o seu desgaste.

Outra consequncia importante do retrofit a reduo de custos operacionais, uma vez que a

modernizao do sistema diminuir a frequncia de manutenes corretivas.

4.4 ALTERNATIVAS PARA RETROFIT DE CLIMATIZAO

Existem diversas tcnicas ao se aplicar o retrofit de climatizao, onde a interveno pode ser mais

invasiva ou menos invasiva ao sistema original de gua gelada. A mais invasiva consiste na substituio

de componentes do sistema que sero trocados devido baixa eficincia energtica e necessidade de

modernizao tecnolgica, so mais comumente substitudos ao chegar perto do final de seu ciclo de

vida. Essa substituio pode envolver um ou vrios componentes do sistema de climatizao, porm

uma avaliao tcnica e econmica deve ser feita para averiguar a necessidade e possibilidade de

retrofit. O retrofit menos invasivo consiste na modernizao com a adio de novas tecnologias, de

forma que essas aes no alterem nenhum componente existente no sistema. As sees 4.4.1 a 4.4.6

informam algumas das principais aes ao se aplicar retrofit em sistemas de climatizao (MATOS,

2008).

4.4.1 Substituio de componentes

De acordo com a reviso de literatura, a substituio de componentes da CAG o mtodo mais

comum de retrofit de climatizao. A necessidade de substituio dos componentes da CAG pode ser

causada por diversos fatores, como por exemplo: queda significativa de desempenho e/ou falhas

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recorrentes. Com o passar dos anos, os equipamentos tendem a se deteriorar, diminuindo a eficincia e

aumentando os custos operacionais.

4.4.2 Termoacumulao

O conhecimento e a utilizao de sistemas de termoacumulao de gua gelada so relativamente

antigos no setor de condicionamento de ar e apresentam utilizao ampla e grande importncia. A

termoacumulao pode ser de frio ou calor tem como finalidade principal a transferncia no tempo de

cargas eltricas que so indesejveis em determinados momentos, e que podem ser manuseadas com

relativa facilidade e convenincia nos horrios de ociosidade do sistema eltrico (MATOS, 2008).

Uma possibilidade para suprir os sistemas de gua gelada nos horrios de pico de temperatura e

tambm horrio de ponta em relao ao consumo de energia justamente a termoacumulao. A energia

mais cara nos horrios de ponta, portanto a ideia diminuir o consumo de energia nesse perodo,

utilizando frio acumulado em horrios em que o sistema no est operando para o conforto.

Os mais conhecidos sistemas de termoacumulao so sistemas de armazenamento de calor latente

e calor sensvel (TICONA, 2013). A operao com calor latente consiste no acumulo de gua gelada

para resfriamento, onde parte da gua gelada produzida bombeada para o tanque de acumulao e

quando necessrio a mesma bombeada do tanque para o sistema e posteriormente retorna novamente

para o tanque. A termoacumulao com calor sensvel opera com o acmulo de gelo no tanque, onde

pode ser armazenado em cpsulas cheias de gua, mais conhecidas como iceballs, e com a passagem

de gua a temperaturas negativas permite com que a gua contida nas iceballs congele. O gelo tambm

pode ser acumulado em serpentinas, onde a gua do tanque s usada somente para acumular energia

e o fludo dentro do tubo responsvel pela passagem absoro ou liberao do calor (TICONA, 2013).

Como consequncia a gua que vai para o sistema resfriada ao passar pelo tanque. A

termoacumulao possibilita o desligamento chiller ou reduo de sua carga, reduzindo assim o

consumo energtico. A Figura 4. 3 ilustra o funcionamento de termoacumulao em sistemas de gua

gelada.

Figura 4. 3 - Termoacumulao em sistemas de gua gelada (TICONA, 2013).

44

4.4.3 Recuperao do calor de condensao

Recuperao do calor de condensao um processo de reuso da gua e do calor sensvel contido

no condensado descarregado. O gs quente do compressor seria usado para o aquecimento da gua e a

mesma aquecida pode ser usa em diversas aplicaes, como: aquecimento do ar. Desta maneira, o custo

do aquecimento quase nulo, j que o calor do condensado seria liberado para o meio externo. Portanto,

as vantagens podem ser enumeradas em cadeira: o reuso do condensado quente leva uma reduo do

consumo de combustvel exigido e causar uma menor poluio, o processo de reutilizar a gua e por

consequncia apresenta um impacto positivo no meio ambiente alm da considervel economia de

energia. Neste caso, o investimento inicial consiste no recuperador que nada mais que um trocador

de calor entre o compressor e condensador com a funo de aproveitar a alta temperatura dos gases na

descarga do compressor (MATOS, 2008).

4.4.4 Volume de ar varivel

O sistema de volume de ar varivel (VAV) um tipo de distribuio de ar aos diversos ambientes

a serem condicionados. De maneira geral, a distribuio realizada atravs de tubulaes, fabricadas

geralmente em chapas metlicas e denominadas normalmente de sistema de dutos ou rede de dutos.

Sendo mais especfico, o VAV aquele que promove a circulao de ar satisfazendo basicamente a

temperatura do ambiente atravs do controle do montante de fluxo de ar, volume insuflado, com a

temperatura de insuflamento do ar mantida constante. Tais caractersticas dos sistemas VAV fazem

variar a vazo total de ar em funo da demanda trmica. Logo, que o seu funcionamento eficaz

preciso que haja um controle preciso das presses e vazes de ar tanto na Unidade Central de

Tratamento de Ar, quanto nas Unidades Terminais. um sistema capaz de realizar boas economias de

energia, j que a vazo pode ser diminuda devido a reduo da carga trmica exigida e e assim reduz a

carga de resfriamento da serpentina (MATOS, 2008).

4.4.5 Sistema de controle digital (DDC)

Os sistemas de controle digital direto (DDC) so usados em muitas instalaes de ar condicionado

e tambm incorporados as mesmas devido a aplicao de retrofit. O DDC tem a funo de monitorar o

funcionamento do sistema de ar condicionado. As principais funes so identificar a localizao de

pequenos componentes como vlvulas e grelhas e controlar o funcionamento de ventiladores, bombas

e chillers, onde possibilita o domnio sobre a velocidade e capacidade de carga dos equipamentos no

sistema e o controle sobre os horrios de funcionamento. Ao se aplicar o DDC deve-se levar em

considerao o material utilizado, como sensores, atuadores, cabos, fios e condutes, em que podem

representar grande parcela do valor total (MATOS, 2008).

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O DDC pode ser aplicado em residncias, prdios comerciais e industrias, onde o principal objetivo

controle sobre o sistema e maior eficincia energtica. Outra grande vantagem ao se instalar sistemas

de automao em sistema de ar condicionado a possibilidade de maior acumulo de crditos para

obteno da certificao LEED (COOPERMAN et al, 2012).

4.4.6 Reaproveitamento de calor em sistema com ar externo total

O reaproveitamento de calor em sistema com ar externo total visa diminuir o consumo energtico

ao reduzir a carga trmica do ar externo de renovao. Os regeneradores de calor tm como objetivo

realizar trocas de calor do ar frio retirado da sala condicionada com o ar quente obtido do ambiente

externo, isso diminui a temperatura do ar exterior. O consumo energtico ir reduzir consequentemente,

uma vez que o equipamento de climatizao vai retirar uma menor quantidade de calor do ar da mistura.

A roda entlpica um dos equipamentos utilizados para recuperar energia e sua eficincia funo das

condies operacionais de umidade e temperatura (PIMENTA e VALVERDE, 2014). A Figura 4.4

ilustra o funcionamento de uma roda entalpia.

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5 DESENVOLVIMENTO DA METODOLOGIA

5.1 VISO GERAL DA METODOLOGIA PROPOSTA

O presente captulo destinado apresentao da metodologia proposta para a aplicao de retrofit

em sistema de gua gelada. A metodologia a seguir baseada em Barrientos e Qualharini (2004) e

Moreira (2010). O principal objetivo da metodologia deste projeto criar uma srie de medidas, o mais

abrangente possvel, que conduzam a uma elaborao de um projeto final para aplicao de retrofit de

climatizao.

Um fluxograma uma forma de representar de maneira encadeada as etapas da metodologia. Desta

maneira, a Fig 5.1 mostra esquematicamente e de forma genrica a metodologia proposta para

elaborao de um retrofit em sistema de gua gelada. A viso macro da rotina de passos composta por

etapas que sero detalhadas ao decorrer do captulo.

Primeiramente, deve haver uma demanda pela necessidade de melhoria do sistema de climatizao

do edifcio. Desta forma, o responsvel pelo edifcio a receber o retrofit dever procurar a ajuda de

um especialista na rea com um problema inicial. Tais problemas podem ter de diversas naturezas, uma

vez que pode ser: degradao dos componentes, baixo desempenho do sistema, gastos excessivos com

manutenes e com energia, necessidade de otimizar o sistema etc.

A partir do Problema Inicial (Fig. 5.1), o responsvel pelo edifcio provavelmente ter metas

(Meta