apostila.condicionador

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA

PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

UMA PROPOSTA DE MODELAGEM DE CONDICIONADORES DE

AR SPLIT VISANDO A ANLISE DE PEDIDOS DE

RESSARCIMENTO POR DANOS ELTRICOS

PAULO HENRIQUE OLIVEIRA REZENDE

Uberlndia Agosto - 2012





Dissertao apresentada Universidade

Federal de Uberlndia como requisito parcial

para a obteno do ttulo de Mestre em

Cincias.

Jos Carlos de Oliveira, Ph.D. (Orientador) - UFU

Carlos Eduardo Tavares, Dr - UFU

Carlos Alberto Calixto Mattar, MSc - ANEEL

Kleiber David Rodrigues, Dr - UFU

Thiago Cl de Oliveira, Dr - UNIFEI

Uberlndia Agosto - 2012





Dissertao apresentada Universidade

Federal de Uberlndia como requisito parcial

para a obteno do ttulo de Mestre em

Cincias. Aprovada em 10 de Agosto de 2012.

___________________________________

Prof. Jos Carlos de Oliveira, Ph.D

Orientador - UFU

___________________________________

Prof. Alexandre Cardoso, Dr.

Coordenador do Curso de Ps-Graduao - UFU

Dedico este trabalho aos meus pais zio

e Izildete, por toda educao,

compreenso, carinho e amor, os quais

tiveram papel fundamental para

concretizao desta dissertao e a

formao do meu carter.

AGRADECIMENTOS

Agradeo de forma incessante a Deus, pela fora concebida nos

momentos mais difceis para concluso desta dissertao. Ser sublime e maioral

o qual ns deu o dom da vida e a capacidade de buscar o conhecimento.

De forma especial, com muito respeito e carinho, agradeo ao meu

orientador, o Professor Jos Carlos de Oliveira por toda pacincia, orientao,

amizade, confiana e dedicao, os quais foram fundamentais para realizao

deste trabalho e uma melhor formao profissional.

Agradeo aos meus pais zio Parreira de Rezende e Izildete Carlos de

Oliveira Rezende que sempre me apoiaram e incentivaram nos momentos de

indecises e dificuldades. A minha irm Jaqueline Oliveira Rezende pela

confiana e credibilidade depositada a mim. Agradeo tambm a minha

namorada Lase Oliveira Resende pelo carinho, companheirismo e pacincia ao

longo deste tempo.

Aos amigos do Laboratrio de Qualidade da Energia Arnaldo Jos

Pereira Rosentino Junior, Fabricio Parra Santilho, Isaque Nogueira

Gondim, Joo Areis Ferreira Barbosa Jnior pelo companheirismo, apoio,

amizade e agradvel convvio proporcionado nos diversos momentos de trabalho

em equipe.

Aos colegas e amigos da Ps Graduao, Alex Reis, Fernanda Hein,

Loana Nunes Velasco, Thiago Vieira da Silva pelo companheirismo e suporte

desde o incio deste trabalho.

Aos demais colegas e professores de ps-graduao, Antnio Carlos

Delaiba, Carlos Eduardo Tavares, Ivan Nunes Santos, Jos Rubens Macedo

Jnior, Jos Wilson Resende, Marcelo Lynce Ribeiro Chaves, Milton Itsuo

Samesima pelo apoio e conhecimento que contriburam para a concluso desta

dissertao.

A todos os meus familiares e amigos, em especial, aos meus avs Hlcio e

Nilza, Aristonides e Dinamar que sempre me apoiaram em todas as conquistas

de minha vida.

A Ps-Graduao da Engenharia Eltrica, em especial o coordenador

Alexandre Cardoso, que cedeu gentilmente o aparelho condicionador de ar

Split utilizado nos trabalhos prticos desta dissertao.

Agradeo de forma muito especial empresa REA Ar Condicionado,

pela instalao do condicionador de ar e por todo suporte e conhecimento

tcnico, os quais foram essenciais para o desenvolvimento desta dissertao.

CAPES pelo suporte financeiro.

VII

O Senhor meu pastor, nada me faltar...

...Ainda que eu andasse pelo vale da sombra da morte, no temerei mal

algum, porque tu ests comigo; a tua vara e o teu cajado me consolam.

Salmo 23, 1 e 4.

VIII

RESUMO

O grande nmero de pedidos de ressarcimento por danos em

equipamentos eletro-eletrnicos tem, nos ltimos tempos, merecido a ateno

das concessionrias de energia, agncias de regulao, consumidores e outros

rgos governamentais. Tais preocupaes esto associadas no apenas com os

volumes financeiros envolvidos, mas, sobretudo, com os impactos sociais

atrelados com solicitaes, decises, conflitos e outras questes que envolvem a

relao entre as concessionrias de servios pblicos de distribuio e seus

consumidores. Contribuindo nesta direo, esforos foram realizados at a

obteno de um aplicativo computacional j bastante difundido no cenrio

nacional e denominado por APR Analisador de Pedidos de Ressarcimento. Tal

software consiste num processo avaliativo dos pedidos de indenizao atravs da

correlao entre os esforos eltricos impactantes sobre os equipamentos e seus

limites de tolerncia dieltricos e trmicos. Visando complementar tal

ferramenta, a presente pesquisa aborda a questo da insero de condicionadores

de ar tipo Split no mencionado aplicativo. Neste contexto, esta dissertao tem

por meta: a proposio de uma modelagem matemtica para os condicionadores

de ar Split, sua implementao na plataforma ATP e APR, a realizao de testes

de validao, e, por fim, mostrar a potencialidade e aplicabilidade da ferramenta

atravs de estudos tpicos de pedidos de indenizao.

Palavras-Chave: Qualidade da energia, ressarcimento de danos, modelagem,

condicionador de ar Split.

IX

ABSTRACT

The large number of refunding request for electrical and electronic

equipment damages has attracted the attention of the electric utilities,

consumers, regulatory and other government agencies. Such concerns are not

associated only with the financial contents involved, but especially with the

social impacts associated to requests, decisions, conflicts and other issues

involving the relationship between utilities and their consumers. Therefore, this

theme has been encouraging investigations aimed at improving the process of

the refunding request analysis throughout the correlation between the

disturbances and effects and the equipment withstand capability to typical

disturbances in electric system and this has produced the APR software. Within

this scenario comes to this dissertation which aims to propose ways to include

the well-known air conditioner split type equipment in the referred program. The

main subjects focused in this work are directed to: the mathematical model

proposition to represent the focused equipment, its implementation in the ATP

platform and APR software, the model validation through laboratory

experiments and, at the end, the investigation of typical electrical system

occurrences and the possibility of equipment damage in accordance with the

refunding request procedures.

Keywords: Power quality, refunding request for damages, modeling, air

conditioner of split type.

X

LISTA DE FIGURAS

FIGURA1.1NMERODEPEDIDOSDEINDENIZAOPORDANOSELTRICOSANODE201018EMPRESASDISTRIBUIDORASFORNECIDOPELAANEEL.23

FIGURA1.2PRINCIPAISEQUIPAMENTOSRECLAMADOSPARAUMAEMPRESADISTRIBUIDORA.23FIGURA1.3CUSTOSTOTAISRESSARCIDOSPORPEDIDOSDEINDENIZAOPORDANOSPARAUMAEMPRESA

DEDISTRIBUIO.24FIGURA1.4PRINCIPAISFENMENOSAOSQUAISESTARIAMASSOCIADOSOSPEDIDOSDEINDENIZAOPELA

MESMADISTRIBUIDORAANTERIORMENTEEMPREGADA.25FIGURA2.1ELEMENTOSDEUMSISTEMADEREFRIGERAO.38FIGURA2.2COMPONENTESDEUMREFRIGERADOR:A)EVAPORADORESE41FIGURA2.3TUBOCAPILAR.41FIGURA2.4FILTROSECADOR42FIGURA2.5COMPRESSORHERMTICOALTERNATIVOPARAUTILIZAOEM:A)APARELHOS

CONDICIONADORESDEAREB)REFRIGERADORESDOMSTICOSECOMERCIAIS46FIGURA2.6COMPONENTESDEUMCOMPRESSORHERMTICO47FIGURA2.7COMPRESSORHERMTICOROTATIVOPARAUTILIZAOEMAPARELHOSCONDICIONADORESDE

ARDEDIFERENTESCAPACIDADES.48FIGURA2.8COMPRESSORHERMTICOSCROLLPARAUTILIZAOEMAPARELHOSCONDICIONADORESDEAR

DEDIFERENTESCAPACIDADES.49FIGURA2.9SISTEMADEARCONDICIONADOCENTRALNOTOPODEUMEDIFCIO.50FIGURA2.10APARELHOCONDICIONADORDEARSPLITINSTALADOEMUMARESIDNCIA.51FIGURA2.11VISTADAUNIDADECONDENSADORA.52FIGURA2.12VISTADAUNIDADEEVAPORADORA.52FIGURA2.13EVAPORADORADEUMSISTEMASPLITCASSETEPARAUTILIZAOEMTETO.53FIGURA2.14SISTEMATRISPLIT.53FIGURA2.15SISTEMAVRVINSTALADONACOBERTURADEUMEDIFCIO.54FIGURA2.16CURVASDECOMPARAOENTREOSISTEMAINVERTERCOMAPARELHOSPLITCONVENCIONAL.

[MANUALDAFUJITSUBRASIL]55FIGURA2.17APARELHOCONDICIONADORDEARDOTIPOSELF.56FIGURA2.18VISTAEMCORTEDEUMAAPARELHOCONDICIONADORDEARTIPOJANELA.56

XI

FIGURA3.1CONDICIONADORDEARUTILIZADO:(A)EVAPORADORAE(B)CONDENSADORA.59FIGURA3.2UNIDADESCONSTITUINTESDAEVAPORADORA.60FIGURA3.3UNIDADESCONSTITUINTESDACONDENSADORA.61FIGURA3.4PLACAELETRNICADAEVAPORADORA.62FIGURA3.5OSCILOGRAMASDETENSO(AZUL)ECORRENTE(VERMELHO)NOSTERMINAISDEENTRADADA

PLACAELETRNICADAEVAPORADORARESULTADOSDERIVADOSDEENSAIOSLABORATORIAIS.63FIGURA3.6CIRCUITOEQUIVALENTEDAPLACAELETRNICA.64FIGURA3.7BLOCODAEVAPORADORANOSIMULADORATP.65FIGURA3.8OSCILOGRAMASDETENSOECORRENTENOSTERMINAISDEENTRADADAPLACAELETRNICA

DAEVAPORADORARESULTADOSOBTIDOSCOMPUTACIONALMENTE.65FIGURA3.9DIAGRAMAFSICODAESTRUTURADECOMPOSIODOMOTORTIPOPSC.66FIGURA3.10ESQUEMAELTRICOSIMPLIFICADODOAPARELHOCONDICIONADORDEAR.67FIGURA3.11REPRESENTAODOMOTORDEINDUOBIFSICOASSIMTRICO.69FIGURA3.12REPRESENTAODOSCIRCUITOSEQUIVALENTESDOSENROLAMENTOSMONOFSICOSDO

MOTORPSC.70FIGURA3.13JANELADOATPINDICANDOOLUGARPARAINSERODOSDADOSDOCOMPRESSORMOTOR.

84FIGURA3.14CIRCUITOELTRICODACONDENSADORANOATP.88FIGURA3.15BLOCOREPRESENTATIVODACONDENSADORANOATP.88FIGURA3.16REPRESENTAODOCONDICIONADORDEARSPLITCOMPLETONOATP.90FIGURA3.17JANELADOPLOTXYNOSTERMOSDISPONIBILIZADOSPELOATP.90FIGURA4.1MONTAGEMDOCONDICIONADORDEARNOLABORATRIODEENSAIOS.94FIGURA4.2ARRANJOFSICOEMPREGADOPARAAREALIZAODOSENSAIOSNOCONDICIONADORDEAR.95FIGURA4.3MDULOSCONSTITUINTESDAFONTEHP6834A.96FIGURA4.4ESTRUTURALABORATORIALPARAAREPRODUODEFENMENOSCARACTERSTICOS

ATRELADOSCOMDISTRBIOSNAREDEDESUPRIMENTOEOCONDICIONADORDOAR.97FIGURA4.5TENSODEALIMENTAO(AZUL),CORRENTETOTAL(VERMELHO),CORRENTEDO

ENROLAMENTOPRINCIPAL(ROSA),CORRENTEDOENROLAMENTOAUXILIAR(VERDE)SUPRIMENTOIDEALENOMINALRESULTADOSEXPERIMENTAISCASO1.99

FIGURA4.6TENSODEALIMENTAO(AZUL),CORRENTETOTAL(VERMELHO),CORRENTEDOENROLAMENTOPRINCIPAL(ROSA),CORRENTEDOENROLAMENTOAUXILIAR(VERDE)SUPRIMENTOIDEALENOMINALRESULTADOSCOMPUTACIONAISCASO1.99

FIGURA4.7TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOIDEALENOMINALRESULTADOSEXPERIMENTAISCASO1.101

FIGURA4.8TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOIDEALENOMINALRESULTADOSCOMPUTACIONAISCASO1.101

FIGURA4.9VELOCIDADEDOMOTOREMRPMREGIMEDEPARTIDASUPRIMENTOIDEALENOMINALRESULTADOCOMPUTACIONALCASO1.102

XII

FIGURA4.10CONJUGADONOEIXO(N.M)XTEMPO(S)SUPRIMENTOIDEALENOMINALRESULTADOCOMPUTACIONALCASO1.103

FIGURA4.11CONJUGADODECARGA(N.M)XVELOCIDADEDOMOTOR(RPM)SUPRIMENTOIDEALENOMINALRESULTADOCOMPUTACIONALCASO1.103

FIGURA4.12TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCOMELEVAOMOMENTNEADE115%EM16CICLOSRESULTADOEXPERIMENTALCASO2.106

FIGURA4.13TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCOMELEVAOMOMENTNEADE115%EM16CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO2.106

FIGURA4.14VELOCIDADEDOMOTOREMRPMREGIMEDEPARTIDAALIMENTAOCONTENDOELEVAOMOMENTNEADETENSODE115%EM16CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO2.107

FIGURA4.15TENSODEALIMENTAOEFICAZ(AZUL)ECORRENTETOTALEFICAZ(VERMELHO)SUPRIMENTOCOMELEVAOMOMENTNEADE115%EM16CICLOSRESULTADOEXPERIMENTALCASO2.108

FIGURA4.16TENSODEALIMENTAOEFICAZ(AZUL)ECORRENTETOTALEFICAZ(VERMELHO)SUPRIMENTOCOMELEVAOMOMENTNEADE115%EM16CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO2.108

FIGURA4.17TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAFUNDAMENTODETENSODE40%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOEXPERIMENTALCASO3.110

FIGURA4.18TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAFUNDAMENTODETENSODE40%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO3.110

FIGURA4.19VELOCIDADEDOMOTOREMRPMREGIMEDEPARTIDASUPRIMENTOCONTENDOUMAFUNDAMENTODETENSODE40%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO3.111

FIGURA4.20TENSODEALIMENTAOEFICAZ(AZUL)ECORRENTETOTALEFICAZ(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAFUNDAMENTODETENSODE40%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOEXPERIMENTALCASO3.112

FIGURA4.21TENSODEALIMENTAOEFICAZ(AZUL)ECORRENTETOTALEFICAZ(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAFUNDAMENTODETENSODE40%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO3.112

FIGURA4.22TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAINTERRUPODETENSODE0%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOEXPERIMENTALCASO4.113

FIGURA4.23TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAINTERRUPODETENSODE0%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO4.114

XIII

FIGURA4.24CONJUGADONOEIXO(N.M)XTEMPO(S)SUPRIMENTOCONTENDOUMAINTERRUPODETENSODE0%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO4.115

FIGURA4.25TENSO(AZUL)EVELOCIDADENOEIXO(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAINTERRUPODETENSODE0%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO4.115

FIGURA4.26TENSODEALIMENTAOEFICAZ(AZUL)ECORRENTETOTALEFICAZ(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAINTERRUPODETENSODE0%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOEXPERIMENTALCASO4.116

FIGURA4.27TENSODEALIMENTAOEFICAZ(AZUL)ECORRENTETOTALEFICAZ(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOUMAINTERRUPODETENSODE0%COMDURAODE10CICLOSRESULTADOCOMPUTACIONALCASO4.116

FIGURA4.28TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOFLUTUAODETENSO:PST=5EFREQUNCIADAMODULADORADE13,5HZRESULTADOEXPERIMENTALCASO5.118

FIGURA4.29TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDOFLUTUAODETENSO:PST=5EFREQUNCIADAMODULADORADE13,5HZRESULTADOCOMPUTACIONALCASO5.119

FIGURA4.30TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDODISTOROHARMNICATOTAL(DTT)DE20%RESULTADOEXPERIMENTALCASO6.120

FIGURA4.31TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTOCONTENDODISTOROHARMNICATOTAL(DTT)DE20%RESULTADOCOMPUTACIONALCASO6.121

FIGURA4.32ESPECTROHARMNICODACORRENTEDEENTRADADOCONDICIONADORDEARSUPRIMENTOCONTENDOCONTENDODISTOROHARMNICATOTAL(DTT)DE20%RESULTADOEXPERIMENTALECOMPUTACIONALCASO6.121

FIGURA4.33TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTODIRETAMENTEDACONCESSIONRIALOCALRESULTADOEXPERIMENTALCASO6.123

FIGURA4.34TENSODEALIMENTAO(AZUL)ECORRENTETOTAL(VERMELHO)SUPRIMENTODIRETAMENTEDACONCESSIONRIALOCALRESULTADOCOMPUTACIONALCASO6.124

FIGURA4.35ESPECTROHARMNICODACORRENTEDEENTRADADOCONDICIONADORDEARSUPRIMENTODIRETAMENTEDACONCESSIONRIALOCALRESULTADOEXPERIMENTALECOMPUTACIONALCASO6.125

FIGURA5.1ESTRUTURADOAPLICATIVOAPR.130FIGURA5.2INTERFACEDOAPLICATIVOAPRDESTACANDOAINSERODONOVOEQUIPAMENTODISPONVEL

DENTREASOPESJEXISTENTES.132FIGURA5.3REDEDEDISTRIBUIOUTILIZADAPARAOSESTUDOSDEDESEMPENHODOAPLICATIVOAPR.133FIGURA5.4TENSODEALIMENTAOCONDIESIDEAISDEOPERAOCASO1135FIGURA5.5CORRENTEDEALIMENTAOCONDIESIDEAISDEOPERAOCASO1136

XIV

FIGURA5.6COMPARAOENTREASOLICITAODIELTRICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADEADOTADACONDIESIDEAISDEOPERAOCASO1137

FIGURA5.7COMPARAOENTREASOLICITAOTRMICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADEADOTADACONDIESIDEAISDEOPERAOCASO1137

FIGURA5.8INSERODADESCARGAATMOSFRICANOAPRCASO2138FIGURA5.9TENSODEALIMENTAOCOMINCIDNCIADEDESCARGACASO2139FIGURA5.10CORRENTEDEALIMENTAOCOMINCIDNCIADEDESCARGACASO2.139FIGURA5.11COMPARAOENTREASOLICITAODIELTRICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADE

ADOTADADESCARGAATMOSFRICACASO2.140FIGURA5.12COMPARAOENTREASOLICITAOTRMICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADE

ADOTADADESCARGAATMOSFRICACASO2.140FIGURA5.13INSERODORELIGAMENTOEM3ESTGIOSNOAPRCASO3.142FIGURA5.14TENSODEALIMENTAOCOMRELIGAMENTOEM3ESTGIOSCASO3143FIGURA5.15CORRENTEDEALIMENTAOCOMRELIGAMENTOEM3ESTGIOSCASO3143FIGURA5.16COMPARAOENTREASOLICITAODIELTRICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADE

ADOTADARELIGAMENTOEM3ESTGIOSCASO3.144FIGURA5.17COMPARAOENTREASOLICITAOTRMICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADE

ADOTADARELIGAMENTOEM3ESTGIOSCASO3144FIGURA5.18INSERODOCURTOCIRCUITOFASETERRANOAPRCASO4.146FIGURA5.19TENSONOPONTODEOCORRNCIADOCURTOCIRCUITOFASETERRAMDIATENSOCASO

4147FIGURA5.20TENSONOPONTODECONEXODOCONDICIONADORDEARATRELADACOMOCURTO

CIRCUITOFASETERRANAMDIATENSOCASO4147FIGURA5.21TENSODEALIMENTAODOEQUIPAMENTOPARAOCASO4148FIGURA5.22CORRENTEDEALIMENTAODOEQUIPAMENTOPARAOCASO4148FIGURA5.23COMPARAOENTREASOLICITAODIELTRICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADE

ADOTADACURTOCIRCUITOFASETERRANAMDIATENSOCASO4149FIGURA5.24COMPARAOENTREASOLICITAOTRMICAIMPOSTAEACURVADESUPORTABILIDADE

ADOTADACURTOCIRCUITOFASETERRANAMDIATENSOCASO4149

XV

LISTA DE TABELAS

TABELA1.1DISSERTAESDEMESTRADOETESESDEDOUTORADODESENVOLVIDOSPELONCLEODEQUALIDADEDAENERGIAELTRICAUFUNOMBITODOSPIDS.28

TABELA1.2PROJETOSDEPESQUISAEDESENVOLVIMENTOREALIZADOSENTREEMPRESASCONCESSIONRIASDEENERGIAELTRICAEAUFU.30

TABELA3.1CARACTERSTICASDOCONDICIONADORDEARUTILIZADONOSESTUDOS.61TABELA3.2PRINCIPAISCARACTERSTICASDOCOMPRESSORDOCONDICIONADORDEARSPLIT.67TABELA4.1CONDIESEPARMETROSELTRICOSDOCONDICIONADORDEARSPLIT.98TABELA4.2COMPARAOENTREOSRESULTADOSEXPERIMENTAISECOMPUTACIONAISPARAAS

CORRENTESCASO1.100TABELA4.3QUADRORESUMODOSCASOSESTUDADOS.104TABELA4.4SNTESEDASPRINCIPAISOCORRNCIASOBSERVADASNOCASO2ELEVAOMOMENTNEADE

TENSODE15%,DURAODE16CICLOS.109TABELA4.5SNTESEDASPRINCIPAISOCORRNCIASOBSERVADASNOCASO3AFUNDAMENTODETENSODE

40%COMDURAODE10CICLOS.113TABELA4.6SNTESEDASPRINCIPAISOCORRNCIASOBSERVADASNOCASO4:INTERRUPODO

FORNECIMENTODEENERGIA,TENSODE0%10CICLOS.117TABELA4.7DISTORESHARMNICASTOTALEINDIVIDUAIS.120TABELA4.8COMPARAODASHARMNICASDECORRENTEENTREOSRESULTADOSEXPERIMENTAISE

COMPUTACIONAISQUANTOAPLICADOUMADISTOROHARMNICADETENSO(DTT)DE20%.122TABELA4.9DISTORESHARMNICASTOTALEINDIVIDUAIS.123TABELA5.1DADOSDOSCOMPONENTESDAREDEDEDISTRIBUIOUTILIZADANOSESTUDOS.134TABELA5.2CASOEMPREGADOSPARAAANLISEDODESEMPENHODOAPRCOMOCONDICIONADORDEAR

SPLITSOBAAODEDISTRBIOSNOSUPRIMENTO.135

XVI

SUMRIO

1. INTRODUO GERAL ------------------------------------------------19

1.1. Consideraesiniciais19

1.2. Contextualizaodotema221.2.1. Sntesequalitativaequantitativasobreaquestodoressarcimentopordanoseltricos221.2.2. Aspectosjurdicos251.2.3. Pesquisaseprodutosparaaanlisedonexocausal28

1.3. Contribuiesdestadissertao31

1.4. Estruturadestadissertao32

2. CONSIDERAES GERAIS SOBRE APARELHOS CONDICIONADORES DE AR ----------------------------------------------35


2.2. Aorigemdoscondicionadoresdear36

2.3. Principiooperacionaldeumsistemaderefrigerao37

2.4. Componentesdeumsistemaderefrigerao402.4.1. Componentesmecnicos402.4.2. Componenteseltricos43

2.5. Tiposdesistemasdecompresso462.5.1. Compressoresalternativos462.5.2. Compressoresrotativos482.5.3. CompressoresScroll49

XVII

2.6. Tiposdecondicionadoresdear502.6.1. Sistemadearcondicionadocentral502.6.2. SistemastipoSplit512.6.3. SistemasSelf552.6.4. Aparelhosindividuaisoudejanela56

2.7. Consideraesfinais57

3. MODELAGEM MATEMTICA E COMPUTACIONAL DE UM CONDICIONADOR DE AR TIPO SPLIT --------------------------58


3.2. IdentificaoecaractersticasfsicasdocondicionadordearSplit59

3.3. EstratgiaparamodelagemdocondicionadordeartipoSplit613.3.1. Modelagemdaevaporadora623.3.2. Identificaodoarranjofsicodacondensadora66

3.4. ModelagemmatemticadomotormonofsicoPSC68

3.5. ImplementaocomputacionaldacondensadoranosimuladorATP83

3.6. ImplementaodocondicionadordeartipoSplitnosimuladorATP89


4. VALIDAO DO MODELO COMPUTACIONAL DO APARELHO CONDICIONADOR DE AR SPLIT ----------------------92

4.1. ConsideraesIniciais92

4.2. Estruturapararealizaodosensaiosexperimentais93

4.3. DesempenhocomtensodesuprimentoidealCaso197

4.4. Desempenhocomtensesdesuprimentonoideais1044.4.1. ElevaodetensodecurtaduraoCaso21054.4.2. AfundamentodetensodecurtaduraoCaso31094.4.3. InterrupodetensoCaso41134.4.4. FlutuaodetensoCaso5117

XVIII

4.4.5. TensocomdistoroharmnicaCaso6119

4.5. ConsideraesFinais125

5. IMPLEMENTAO DO MODELO COMPUTACIONAL DO CONDICIONADOR DE AR SPLIT NO APR E ESTUDOS DE

DESEMPENHO -------------------------------------------------------------- 128

5.1. ConsideraesIniciais128

5.2. AplicativocomputacionalAPR129

5.3. Estudodecasos1325.3.1. Identificaodoalimentador1335.3.2. Caso1Condioidealdeoperao1355.3.3. Caso2DescargaAtmosfrica1385.3.4. Caso3Religamentotripolaremtrsestgios1415.3.5. Caso4Curtocircuito145


6. CONCLUSES GERAIS ---------------------------------------------- 152

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS-----------------------------------155

CAPTULO 1 - INTRODUO GERAL

19

CAPTULO 1

1. INTRODUO GERAL

1.1. Consideraes iniciais

A evoluo da sociedade, aliada aos avanos tecnolgicos, culminou no

aumento considervel da necessidade e do consumo da energia eltrica, tendo

em vista que a mesma tornou-se elemento indispensvel vida moderna. Diante

deste quadro, surge a figura dos supridores e consumidores, fato este que

determina a necessidade de documentos que venham a reger as bases e

compromissos na forma de mecanismos legais para esta relao comercial.

Neste sentido no demais lembrar que compete Agncia Nacional de Energia

Eltrica-ANEEL, regular os servios de energia eltrica, sendo que, dentre

outros objetivos, constata-se a busca do equilbrio entre os interesses do

consumidor e da concessionria, cabendo a essa agncia reguladora, no

exerccio de sua funo, emitir documentos voltados para a definio das

diretrizes diversas, dentre elas as questes de ressarcimento.

Nesse contexto e em vista do problema central focado por esta

dissertao, qual seja, o tema relacionado com os processos de solicitao de

indenizao por danos eltricos, surgiu a Resoluo normativa n 414/2010 que


20

incorporou a antiga resoluo n 61/2004, e estabelece as disposies relativas

ao ressarcimento de danos em equipamentos eltricos instalados em unidades

consumidoras, causados por perturbaes no sistema eltrico [1].

Diante das normas vigentes e acima elencadas e considerando que os

consumidores esto cada vez mais conscientes dos seus direitos, torna-se

inevitvel o surgimento de uma srie de contendas instauradas em detrimento

das empresas prestadoras de servio pblico de energia eltrica, principalmente

no que tange s distribuidoras, almejando-se o ressarcimento de eventuais

prejuzos sofridos em decorrncia de distrbios manifestados nas redes eltricas

e, por conseguinte, na prestao do servio pblico correspondente.

Em verdade, constata-se, ao longo dos ltimos anos, um aumento

gradativo de pedidos de ressarcimento por danos em equipamentos eltricos e

eletrnicos (tecnicamente denominados PID Pedidos de Indenizao por

Danos pelas concessionrias de energia eltrica), fato este que tem merecido a

ateno das concessionrias de energia eltrica especialmente do setor de

distribuio, agncias de regulao, consumidores e outros rgos

governamentais. Tais preocupaes no se restringem aos volumes financeiros

envolvidos, mas, sobretudo, se relacionam aos impactos sociais ocasionados

pelas solicitaes, decises, conflitos e outras questes que envolvem a relao

entre as empresas concessionrias e seus consumidores.

Assim sendo, o tema enfatizado vem motivando esforos a fim de que se

vislumbre uma melhoria do processo de anlise dos pedidos de indenizao por

danos eltricos, e que venha a oferecer meios confiveis, seguros e geis para

que se possa aferir com uma maior preciso a correlao entre os distrbios

existentes no fornecimento da energia eltrica e os eventuais efeitos

ocasionados.

No que tange as inevitveis situaes anmalas passveis de manifestao

em uma rede eltrica de distribuio ou transmisso, estas se apresentam

associadas com o dia a dia da empresa e da dinmica de operao de um sistema


21

eltrico. Como exemplos dessas ocorrncias pode-se citar: atuaes dos

dispositivos de proteo; entrada e sada de cargas de elevadas potncias; partida

de grandes motores; ocorrncia de curtos-circuitos; forte presena de cargas no

lineares; descargas atmosfricas; dentre outros. A manifestao desses

fenmenos podem provocar distintos tipos de distrbios no sistema de

suprimento, que, em tempos atrs, eram pouco sentidos pelos aparelhos,

normalmente eletromecnicos, mas com a evoluo dos equipamentos e difuso,

cada vez maior, dos dispositivos eletroeletrnicos em todos os segmentos da

sociedade, h de se reconhecer que esses distrbios podem trazer fortes impactos

nas caractersticas operacionais de muitos dispositivos e, para muitas situaes,

leva-los a operar de maneira inadequada ou, em casos extremos, sofrer danos

fsicos irreversveis [2].

Buscando, pois, subsdios para solucionar as controvrsias existentes, so

estabelecidos procedimentos pelas empresas concessionrias de energia eltrica,

os quais obedecem a uma lgica extremamente emprica visando atender aos

termos estabelecidos pela agncia reguladora atravs de suas normas vigentes e

resolues editadas e, sobretudo, a legislao do ordenamento jurdico [3].

Contudo, o crescente nmero dos pedidos de indenizao, e consequentes

montantes financeiros envolvidos nos processos de ressarcimento, tm apontado

para a necessidade de mtodos de anlise mais consistentes, fundamentados na

cincia e tecnologia, a exemplo dos procedimentos propostos em [4 - 6]. Uma

vez desenvolvida uma metodologia apropriada, confivel e aceita pelas partes

(supridor, consumidor, agncia reguladora e rgos de apoio ao consumidor),

acredita-se, ter-se- atingido um estado de maturidade que ofereceria respostas

aos processos via laudos tcnicos que primam pela iseno de interesses de uma

ou outra parte, e deste modo, a justia seria praticada luz da lei e da coerncia

fsica da correlao entre causa e efeito. dentro desde cenrio que se encontra

enquadrado o tema central desta dissertao, como pormenorizado nas sees

subsequentes.


22

1.2. Contextualizao do tema

De forma a contextualizar o assunto em pauta, dentro do cenrio

brasileiro, as sesses seguintes abordam a questo do ressarcimento por danos

eltricos de forma qualitativa e quantitativa.

1.2.1. Sntese qualitativa e quantitativa sobre a questo do ressarcimento por danos eltricos

Visando oferecer informaes gerais sobre o tema em foco, esta seo

encontra-se direcionada para uma caracterizao da relevncia da matria dentro

do cenrio brasileiro. Neste particular ressalta-se que os resultados aqui

sintetizados expressam grandezas qualitativas e quantitativas relacionadas com

os pedidos de indenizao, a nvel nacional, durante o ano de 2010, e ainda,

oferece alguns dados particulares atrelados com o processo aplicado no mbito

de uma empresa distribuidora de energia.

Iniciando, a figura 1.1, advinda da Agncia Nacional de Energia Eltrica

ANEEL, expressa aspectos quantitativos sobre o nmero de solicitaes

encaminhadas para anlise. Os nmeros so considerados parciais e representam

a situao vivenciada ao longo do ano de 2010 para apenas 30% das empresas

nacionais. A importncia do tema quanto a sua relevncia para as partes

envolvidas, a saber: consumidores; concessionrias e agncia reguladora; fica

evidente pelos nmeros envolvidos. De fato, os registros de solicitaes

apontam para cerca de 260.000 reclamaes de pedidos de ressarcimento, das

quais, aproximadamente 45% foram julgados procedentes e 55% improcedentes.

Vale observar que a sntese apresentada compreende 18 empresas distribuidoras,

enquanto o Brasil possui 63 concessionrias atreladas com a distribuio da

energia eltrica.


23

Figura 1.1 - Nmero de pedidos de indenizao por danos eltricos ano de 2010 18 empresas distribuidoras fornecido pela ANEEL.

De modo particular, a figura 1.2 ilustra os principais equipamentos

contemplados nos processos de indenizao para uma empresa de grande porte.

A diversidade de produtos fica evidenciada e, por conseguinte, contata-se que a

grande maioria envolve eletrodomsticos de custo mais elevado, fato este que,

em ateno aos nmeros financeiros, conduz a um custo estimado de R$250,00

por produto indenizado.

Figura 1.2 - Principais equipamentos reclamados para uma empresa distribuidora.

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18NMER

ODE

PEDIDO

S(X1

000)

CONCESSIONRIA

PedidosProcedentes PedidosImprocedentes

0%5%

10%15%20%25%30%35%


24

Diante do nmero de solicitaes e dos custos associados com o reparo ou

substituio dos equipamentos cujos pedidos foram julgados procedentes, mais

uma vez, objetivando ilustrar os custos associados com o assunto contemplado

nesta dissertao, a figura 1.3 apresenta os valores totais dos ressarcimentos

feitos pela mesma empresa referenciada, ao longo dos ltimos quatro anos.

Novamente, fica evidenciado que os valores financeiros so significativos e a

taxa de crescimento das solicitaes de indenizao se apresenta com um

crescimento exponencial. Estes argumentos, somados s ponderaes anteriores,

refletem, de forma clara e inequvoca, a relevncia do tema e a importncia da

busca por mecanismos legais e tcnicos para a soluo dos problemas de

conflitos entre as partes.

Figura 1.3 - Custos totais ressarcidos por pedidos de indenizao por danos para uma empresa de distribuio.

Complementarmente, a figura 1.4 mostra a origem dos supostos

fenmenos aos quais estariam vinculados, em sua maioria, os pedidos de

indenizao. Como pode ser visto, as descargas atmosfricas e os religamentos

automticos constam como as principais causas das reclamaes direcionadas s

distribuidoras de energia eltrica. No obstante a isto, a correlao entre tais

distrbios e os danos a eles atribudos, certamente, constitui-se ainda em

R$0,00R$500.000,00

R$1.000.000,00R$1.500.000,00R$2.000.000,00R$2.500.000,00R$3.000.000,00R$3.500.000,00R$4.000.000,00

2007200820092010


25

motivos para discusses e avaliaes mais criteriosas, no bastando a existncia

para uma justa correlao entre causas e efeitos. Isso tem provocado um

conjunto de aes de ordem regulamentadora, mtodos de anlise, processos e

outros aspectos diretamente afetos ao assunto [7].

Figura 1.4 - Principais fenmenos aos quais estariam associados os pedidos de indenizao pela mesma distribuidora anteriormente empregada.

1.2.2. Aspectos jurdicos

A energia eltrica considerada um bem ou um produto essencial e,

consoante com o disposto em Lei n 8987/1995, esta deve ser oferecida de

maneira adequada e com qualidade. Partindo-se desse pressuposto e,

considerando o previsto pela legislao vigente, sobretudo a Constituio

Federal, no restam dvidas que as pessoas jurdicas de direito privado

prestadoras de servios pblicos, dentre as quais se encontram inseridas as

concessionrias de energia eltrica, respondero pelos danos a outrem

37%

28%4%

8%

4% 5%6%

4% 4%

Fenmenosnaturaisdescargaatmosfrica

Operacionaisreligamentoautomtico

Operacionaisemergncia

Indeterminadaapsinspeodarede

Fenmenosnaturaisvento

Operacionaisemergncia

Meioambientearvore

Falhasemequipamentos

Operacionais


26

ocasionados. Assim sendo, emerge o fato que as empresas privadas, quando lhes

atribudo o dever de executar os servios de interesse pblico, seja atravs de

concesso, permisso ou autorizao, respondem pelos danos causados pela

falha ou defeito na prestao de seus servios.

luz destes argumentos, surge um dos papeis da Agncia Reguladora do

setor eltrico ANEEL, direcionado para a mitigao dos problemas existentes

entre as concessionrias de energia eltrica e seus usurios. Com efeito, alm da

misso regulatria e fiscalizatria atribuda por lei a ANEEL, possui este rgo

a competncia de expedir os atos necessrios ao cumprimento das normas

estabelecidas pela legislao em vigor. Dessa maneira, na resoluo de conflitos

existentes entre usurios do servio pblico de energia eltrica e as

concessionrias de energia eltrica, merece observncia o disposto pelas

Resolues normativas editadas pela ANEEL, as quais devem estar em perfeita

harmonia com o disposto no Cdigo de Defesa do Consumidor e, sobretudo, em

consonncia com o que dispe a Constituio Federal, que se sobrepe a toda e

qualquer legislao, tendo em vista a hierarquia de normas existentes no

ordenamento jurdico ptrio.

luz destas diretrizes, no obstante seja dispensvel a comprovao da

culpa, para que se concretize o dever das concessionrias de energia eltrica de

indenizar os danos eltricos ocasionados aos consumidores, faz-se

imprescindvel a constatao de alguns pressupostos, quais sejam: o dano

efetivamente ocasionado ao consumidor; o ato ilcito, consistente na ao ou

omisso por parte do agente causador do dano que violam direitos causando

danos a outrem e o nexo causal entre a conduta por parte daquele que ocasiona

danos a outrem e o dano experimentado.

Faz-se importante ponderar, dessa maneira, que em algumas situaes a

Administrao Pblica e as prestadoras de servios pblicos podero ter por

excluda a obrigao de indenizar, ainda que se constate danos a outrem


27

ocasionados, nos casos em que se vislumbre alguma excludente de

responsabilidade civil.

Assim sendo, apenas naquelas situaes em que se comprove, de forma

inequvoca a ausncia do nexo causal entre o dano ocasionado ao consumidor e

a eventual falha ou deficincia na prestao de, no h que se falar em dever de

indenizar por parte desta.

Ao final, importa destacar que muito embora a legislao vigente ampare

o direito do consumidor em ser ressarcido por eventuais danos eltricos, fazem-

se incontestveis as dificuldades enfrentadas pelos consumidores na obteno da

reparao devida. Por outro lado, o total desconhecimento dos consumidores das

situaes em que se estaria diante de algum excludente de responsabilidade da

concessionria de energia eltrica, no havendo, qualquer obrigao desta em

proceder s indenizaes pleiteadas, leva a crer que se faz premente a

uniformizao dos procedimentos adotados na anlise dos pedidos de

indenizao por danos eltricos.

Desta forma, a busca por mecanismos visando uma padronizao de

mtodos de anlise, em que pese mecanismos ou softwares alicerados em

critrios tcnicos e cientficos da engenharia, capazes de aferir com maior

preciso se de fato houve correlao entre a perturbao no sistema eltrico e o

dano ocasionado ao consumidor, se apresentam como desafios importantes e

necessrios. pois neste cenrio do desenvolvimento de estratgias isentas de

interesses de uma ou outra parte que se situa a presente pesquisa, a qual visa

propor um processo avaliativo, com perspectivas mais slidas que meras

inspees visuais e ocorrncias de campo, a fim da constatao do nexo causal

entre a falha na prestao do servio pblico de energia eltrica e o dano

alardeado que se poderia cogitar na indenizao correspondente [8].


28

1.2.3. Pesquisas e produtos para a anlise do nexo causal

No mbito dos trabalhos realizados pela Universidade Federal de

Uberlndia, no que diz respeito a mecanismos balizadores para emisso de

pareceres envolvendo pedidos de ressarcimento por danos eltricos, a tabela 1.1

resume todas as dissertaes de mestrado e teses de doutorado defendidas sobre

o assunto em pauta.

Tabela 1.1 - Dissertaes de mestrado e teses de doutorado desenvolvidos pelo Ncleo de Qualidade da Energia Eltrica - UFU no mbito dos PIDs.

AUTOR TIPO DE TRABALHO

ANO TTULO DO TRABALHO

Isaque Nogueira Gondim

Tese (Em andamento)

2012

Contribuio para o aplicativo APR: Novos limites de Suportabilidades, perturbaes via medies e sistematizao no processo da configurao da rede.

Jomil Marques Borges

Dissertao de Mestrado

2012

Desenvolvimento de uma Metodologia para Anlise de Ressarcimento de Aparelhos de Som Associados aos Distrbios na Rede Eltrica da CEMIG Testando Dispositivos Mitigadores.

Claudinei Jeremias de vila


2011

Curvas de Suportabilidade Dieltrica e Trmica para Televisores Integrados ao APR e ao Banco de Dados da CEMIG Distribuio SA.

Jos Nelson Quadrado Jnior


2012

Estudos Avaliativos de Desempenho do Aplicativo APR Atravs de Caso Reais de Consumidores da Regio Metropolitana de Cuiab.

Edcio Antnio Martins


2012

Elaborao de Curvas de Suportabilidade para Microcomputadores e Estudos de Desempenhos de Dispositivos Mitigadores para Subsidiar os PIDs.

Fernando Gadenz Dissertao de Mestrado

2010

Uma Proposta para a Insero do Tempo de Uso dos Equipamentos no Aplicativo APR e Estudos Avaliativos de Casos Reais de PIDs.

Orlando Adolfo da Silva


2010 Metodologia para subsidiar a anlise de Solicitaes de ressarcimento com dispositivos de proteo contra surtos.


29

Marcus Vincius Borges Mendona

Tese de Doutorado

2010 Contribuies ao Processo Computacional para Analise de Pedidos de Indenizao por Danos em Equipamentos Eltricos.

Ivandro Antonio Bacca


2008 Modelagem para Anlise de Desempenho de Eletrodomsticos Fora-Motriz Diante de Distrbios de Qualidade da Energia.

Carlos Eduardo Tavares

Tese de Doutorado

2008 Uma Estratgia Computacional para a Anlise Tcnica de Pedidos de Ressarcimento a Consumidores.

Rodrigo Antnio Peniche


2004

Modelagem e Anlise de Desempenho de Equipamentos Eletroeletrnicos diante de Distrbios da Qualidade da Energia - Enfoque: Aparelhos de DVD, Fax e Telefone sem fio.

Carlos Eduardo Tavares


2004

Modelagem e Anlise de Desempenho de Equipamentos Eletroeletrnicos diante de Distrbios da Qualidade da Energia - Enfoque: Televisores, VCR's e Som.

Mateus Duarte Teixeira


2003 Uma Estrutura Laboratorial para Testes de Desempenho de Equipamentos no Contexto da Qualidade da Energia Eltrica.

Ricardo Nogueira Magalhes


2003 Controlador Lgico Programvel no Contexto da Qualidade da Energia.

Bismarck Castilho Carvalho


2003 Desempenho de Aparelho Condicionador de Ar no Contexto da Qualidade da Energia Eltrica.

Ana Carolina Azevedo


2003 Desempenho de Refrigeradores Domsticos no Contexto da Qualidade da Energia Eltrica.

Ana Cludia Daroz dos Santos


2001 Desempenho de Fontes Lineares e Chaveadas no Contexto da Qualidade da Energia Eltrica.

Como demonstrado, a linha de pesquisas na qual se insere a presente

dissertao j se apresenta com um lastro significativo de contribuies, tambm

materializadas na forma de inmeros artigos em congressos nacionais e

internacionais, peridicos e outros meios de divulgao.

Visando ainda consubstanciar a relevncia do assunto, relacionam-se, a

seguir, projetos de Pesquisa e Desenvolvimento realizados pelo Grupo de


30

Qualidade da Energia Eltrica em conjunto com empresas distribuidoras que

compem o setor eltrico nacional.

Tabela 1.2 - Projetos de Pesquisa e Desenvolvimento realizados entre empresas concessionrias de energia eltrica e a UFU.

PROJETOS DESCRIO

LIGHT-UFU 2002-2004

Possibilitou a gerao de modelos computacionais para distintos aparelhos eletro-eletrnicos, os quais permitem a reproduo, via software, do desempenho dieltrico e trmico dos mesmos, sob a ao dos mais distintos tipos de distrbios passveis de manifestao numa rede de distribuio. Nesta fase das atividades foi utilizado um simulador que no o ATP.

CEB-UFU 2005-2007

Produziu um software que reproduz efeitos associados com os indicadores de conformidade dos suprimentos e, conjuntamente com outro grupo de equipamentos devidamente simulados, permite correlacionar as intensidades dos fenmenos com as curvas de suportabilidade dieltrica e trmica dos produtos investigados. Neste projeto a rede eltrica at o consumidor modelada manualmente, so contemplados alguns equipamentos definidos pela empresa e avana no sentido de se utilizar o ATP como plataforma para os clculos. Este trabalho resultou numa primeira verso do aplicativo, o qual foi designado por APR-1.0, ou seja, Analisador de Pedidos de Ressarcimento - verso 01.

LIGHT-UFU 2006-2009

Este projeto ofereceu expressivos avanos em relao ao produto anterior. Dentre as principais inovaes destacam-se: novos equipamentos foram inseridos, foi proposta uma estratgia para a incluso do tempo de uso dos produtos, foram considerados modelos mais complexos para os cabos eltricos, os equipamentos fundamentados no principio da fora motriz foram aprimorados, e outros aspectos visando situaes particulares para as redes de distribuio da empresa contratante. Ao final das atividades foi produzido um software que recebeu a designao: APR-2.0, ou seja, uma segunda verso do produto anteriormente destacado.

CEMIG-UFU 2008-2010

Esta pesquisa visou, sobretudo, a determinao de curvas reais que expressem os nveis de suportabilidade de distintos equipamentos eletro-eletrnicos, possibilitando, assim, melhorias significativas para o processo de anlise e parecer emitido pelo APR-2.0.

CELG-UFU 2008-2010

Fundamentalmente, atravs da definio de uma estrutura de hardware e software, tal projeto contemplou a formao de bancos de dados sobre ocorrncias reais nas redes de distribuio, os quais podero ser utilizados como entrada de informaes para o APR-2.0.


31

Maiores informaes e detalhamentos sobre os objetivos alcanados com

os trabalhos ressaltados podem ser obtidos diretamente atravs de uma consulta

aos mesmos. Entretanto, importante destacar que, como resultado deste

volume de pesquisas a UFU produziu um software destinado ao processo de

anlise da consistncia entre causas e efeitos, destinado avaliao dos

processos de indenizao e a oferecer pareceres conclusivos sobre a existncia

ou no do pressuposto nexo causal. Este programa foi denominado por APR

(analisador de pedidos de ressarcimento) e esta ferramenta constitui-se a base e

o objetivo principal da presente dissertao.

1.3. Contribuies desta dissertao

Procurando contribuir para o avano e consolidao do mecanismo

computacional contemplado nas discusses anteriores, a saber, o Aplicativo

APR, os trabalhos realizados pela presente pesquisa encontram-se centrados em

quatro pontos focais. So eles:

Modelagem matemtica, no domnio do tempo, de um aparelho condicionador de ar tipo Split;

Implementao computacional no software ATP do equipamento supra referido;

Validao do modelo e programa atravs da correlao entre os desempenhos experimentais e computacionais do condicionador de

ar tipo Split sob condies de suprimento ideais e no-ideais;

Implementao do modelo no aplicativo APR e realizao de estudos de desempenho.


32

1.4. Estrutura desta dissertao

O primeiro captulo, aqui considerado, consistiu na introduo geral ao

tema principal desta pesquisa e contextualiza a relevncia do estabelecimento de

procedimentos sistematizados para os estudos e pareceres sobre a consistncia

ou no dos nexos causais existentes entre distrbios manifestados nas redes e

respectivos danos reclamados pelos consumidores. Somado a isto, foram tecidos

comentrios sobre trabalhos realizados pelo Grupo de Pesquisadores da UFU no

cenrio em pauta e definidos os rumos da presente pesquisa.

Alm deste texto introdutrio, a presente dissertao encontra-se

estruturada na forma de mais cinco captulos, os quais so identificados a seguir:

CAPTULO 2 CONSIDERAES GERAIS SOBRE APARELHOS

CONDICIONADORES DE AR

Este captulo iniciado apresentando breve histrico da

refrigerao, seguido da descrio dos aspectos tecnolgicos e

funcionamento destes dispositivos, mostrando os componentes

principais e como se processa um ciclo completo de

refrigerao. Na sequncia, feita classificao dos principais

tipos de aparelhos condicionadores de ar existentes no mercado

com um enfoque especial ao tipo Split, o qual objeto de estudo

principal deste trabalho.


33

CAPTULO 3 MODELAGEM MATEMTICA E COMPUTACIONAL DE UM

CONDICIONADOR DE AR TIPO SPLIT

Este captulo apresenta as caractersticas do aparelho

condicionador de ar Split utilizado no estudo. Descreve tambm

o funcionamento da evaporadora e condensadora, abordando

quais as estratgias utilizadas na modelagem de ambas.

Destaque dado ao tratamento da unidade condensadora, a qual

tratada na forma de uma representao matemtica para os

acionamentos que fundamentam o seu principio funcional. Os

demais componentes, relacionados com unidades eletrnicas,

so tratados na forma de circuitos equivalentes, representados

por recursos tradicionalmente disponibilizados na base

computacional empregada.

CAPTULO 4 VALIDAO DO MODELO COMPUTACIONAL DO APARELHO

CONDICIONADOR DE AR SPLIT

Esta etapa da dissertao encontra-se direcionada para os

trabalhos de validao dos modelos matemticos e circuitos

equivalentes obtidos para a representao do condicionador de

ar Split como um todo. Fundamentalmente, a estratgia

utilizada se apoia na realizao de ensaios experimentais e

correspondentes correlaes com desempenhos similares

obtidos da base computacional ATP junto qual foi inserido o

produto em foco. As investigaes aqui contempladas

compreendem situaes normais e anmalas de funcionamento

do produto, no que tange a tenso de suprimento.


34

CAPTULO 5 IMPLEMENTAO DO MODELO COMPUTACIONAL DO

CONDICIONADOR DE AR SPLIT NO APR E ESTUDOS DE

DESEMPENHO

Esta seo destina-se a insero do modelo computacional do

condicionador de ar Split no aplicativo APR e, posteriormente,

avaliao do seu desempenho atravs de estudos de casos. Para

tanto so consideradas situaes tpicas que reflitam a real

condio vivenciada pelos agentes envolvidos com a anlise de

pedidos de ressarcimento. Para cada situao considerada, os

fenmenos so propagados at o equipamento em anlise e

estabelecidos termos comparativos entre os impactos incidentes

e os nveis de suportabilidade do produto avaliado

determinando-se, assim, a correlao entre esforos e a

possibilidade de danos eltricos no aparelho.

CAPTULO 6 CONCLUSES GERAIS

Por fim, apresenta-se uma sntese dos principais pontos e

concluses relacionados com o trabalho como um todo. Alm

disso, sero ressaltadas questes vinculadas s principais

contribuies deste trabalho, bem como sugestes para futuros

desenvolvimentos.

CAPTULO 2 - CONSIDERAES GERAIS SOBRE APARELHOS CONDICIONADORES DE AR

35

CAPTULO 2

2. CONSIDERAES GERAIS SOBRE APARELHOS CONDICIONADORES DE AR


Tendo em mente que o foco da presente dissertao encontra-se

direcionado para estudos de modelagem, implementao computacional, estudos

de desempenho, e outros objetivos relacionados com estudos de pedidos de

indenizao por danos eltricos, com destaque aos aparelhos condicionadores de

ar tipo Split, considerou-se relevante, neste estgio, apresentar uma sntese dos

principais produtos comerciais atrelados com a aplicao em pauta. Isso foi feito

com o objetivo de esclarecer e contextualizar o equipamento selecionado para os

desenvolvimentos constantes nesta dissertao.

Em consonncia com o exposto, seguem os principais tpicos

contemplados encontram-se assim organizados:

Sntese histrica da evoluo da refrigerao e da sua importncia para o desenvolvimento da humanidade;

Apresentao de conceitos e informaes a respeito da refrigerao, em seus aspectos tecnolgicos e de aplicabilidade;


36

Resumo das aplicaes mais comuns da refrigerao, sua classificao e dispositivos encontrados comercialmente;

Identificao de suas partes componentes, mecnicas e eltricas presentes em aparelhos de refrigerao bem como os do tipo em

foco neste estudo;

Descrio e diferenciao dos diversos tipos de sistema de condicionadores de ar utilizados pelo mercado.

2.2. A origem dos condicionadores de ar

Em 1902, o engenheiro Willis Carrier analisando os problemas

especficos de uma indstria grfica de Nova York, a Sackett-Wilhelms

Lithography and Publishing Co., inventou um processo mecnico para

condicionamento de ar. Carrier teorizou que poderia retirar a umidade da

fbrica pelo resfriamento do ar. Desenhou, ento, uma mquina que fazia

circular o ar por dutos artificialmente resfriados que controlavam a temperatura

e a umidade. O invento se tornaria precursor de toda a indstria da climatizao

e controle do conforto ambiental dando a Carrier o ttulo de pai do ar

condicionado.

A partir de 1914, o controle da temperatura tambm passou a ser usado

para fins de conforto. Carrier desenvolveu um aparelho para aplicao

residencial, usado pela primeira vez numa residncia no estado norte-americano

de Minnesota e, nesse mesmo ano, foi desenvolvido o primeiro condicionador

de ar para hospitais.

A partir da dcada de 20 o ar condicionado comeou a se popularizar nos

Estados Unidos. Nessa mesma poca, comearam a ser viabilizado para o

mercado equipamentos compacto destinado ao condicionamento de ar em

comrcios e residncias, em funo do uso de um novo gs refrigerante no

inflamvel, o freon, mais apropriado para uso em sistemas de menor capacidade,


37

alm de mais seguro e barato. Ainda assim o custo do equipamento domstico

no era muito acessvel, ficando quase que limitado ao uso em pequenos

estabelecimentos comerciais [9].

A partir de 1950, ano em que Willis Carrier faleceu, a adoo do

condicionamento de ar residencial passou a ser disseminada com a produo em

srie de unidades em formato de caixas de ao para instalaes suspensas, os

hoje considerados ultrapassados equipamentos do tipo janela. Nessa poca

comearam tambm a ser produzidas as centrais de ar condicionado para

residncias.

A partir da dcada seguinte, os condicionadores de ar deixaram de ser

novidade. Iniciou-se um mercado de amplitude mundial em constante expanso,

em que as indstrias do setor passaram a investir em desenvolvimento

tecnolgico e novidades em produtos. Os aparelhos passaram a se tornar mais

compactos e silenciosos, e foi introduzido o controle remoto para aumentar a

comodidade dos usurios. Veio a preocupao com o consumo de energia

eltrica, tornando os aparelhos mais econmicos e eficientes. Os

condicionadores tipo janela evoluram para o sistema Split, permitindo maior

versatilidade nas instalaes. Sendo o grande foco da atualidade, a ateno com

o meio ambiente fez com que fossem desenvolvidos aparelhos que utilizam gs

ecolgico, que no agride a camada de oznio. Estes aparelhos, que utilizam o

sistema Inverter, mantm o ambiente com uma variao mnima de temperatura

e so mais econmicos em comparao com os convencionais [10].

2.3. Principio operacional de um sistema de refrigerao

Aps vrios anos de aperfeioamento das tcnicas originalmente

desenvolvidas e que culminaram nas aplicaes supra mencionadas, na

atualidade dispe-se de inmeros produtos comerciais destinados a melhorar o

conforto, segurana e adequao de ambientes s condies impostas pelos seus


38

usurios ou equipamentos. No obstante o reconhecimento de uma vasta gama

de produtos, h de destacar que os princpios que regem o funcionamento dos

mesmos so similares. Diante deste fato, as discusses subsequentes encontram-

se dirigidas a uma compreenso dos princpios fsicos que norteiam o

funcionamento dos condicionadores de ar e, por conseguinte, a identificao das

suas partes constituintes, nos termos requeridos para o estabelecimento de

modelos equivalentes a serem considerados oportunamente.

Como mencionado, existe uma grande semelhana no ciclo de

refrigerao dos diversos sistemas existentes. Basicamente, os equipamentos

utilizam os mesmos tipos de componentes eltricos e mecnicos, variando

somente quanto forma e capacidade e respectivos dispositivos de controle e

proteo, em funo de sua capacidade ou importncia [11].

A figura 2.1 mostra os elementos responsveis pelo fenmeno da

refrigerao. Sendo que, um ciclo de refrigerao completo, passa por todos os

componentes.

Figura 2.1 - Elementos de um sistema de refrigerao.


39

O ciclo de refrigerao tem incio com o compressor aspirando o vapor

refrigerante do evaporador, baixa presso, comprimindo-o, aumentando assim

a presso e temperatura do gs, para, em seguida, envi-lo ao condensador. No

condensador, o vapor refrigerante transformado em lquido refrigerante por

conveco (natural ou forada), cedendo o calor ao meio ambiente. O lquido

refrigerante a alta presso, deixa o condensador e, atravessando o filtro, penetra

no tubo capilar (ou vlvula de expanso, dependendo do equipamento), que por

sua vez, funcionando como um dispositivo regulador de refrigerante, produz a

queda de presso necessria para o evaporador. O gs lquido chega ao

evaporador em forma de chuveiro, e em virtude do amplo espao existente,

perde presso, vaporizando-se, e absorvendo o calor latente do espao

refrigerado.

A transferncia de calor do espao refrigerado para o condensador, e deste

para o meio ambiente exterior, conseguido atravs de um agente refrigerante

que pode ser gua, lcool, amnia, bixido de carbono, anidrido sulfuroso, ter

metlico, cloreto de metila e outros, muito embora cada um destes frigorgenos

apresentem certas desvantagens.

Atualmente, de maneira a atender tratados internacionais quanto a

preservao do meio ambiente, as indstrias fabricantes esto produzindo

equipamentos para utilizao de gases chamados de ecolgicos por no

constiturem risco para a vida no planeta. De maneira a melhor ilustrar a

importncia da substituio dos gases refrigerantes base de CFC pelos

chamados ecolgicos, pesquisas recentes comprovaram que com a reduo do

uso dos primeiros, em refrigeradores e condicionadores de ar, estabilizou-se o

efeito danoso sobre a camada de oznio da atmosfera. Alm disso, com tais

atitudes, estima-se que o perodo de regenerao completa do buraco foi

reduzido de 50 para 40 anos.


40

2.4. Componentes de um sistema de refrigerao

Os componentes de um sistema de refrigerao, seja para uso em

refrigeradores ou em condicionadores de ar, so basicamente os mesmos. A

seguir so descritas as principais unidades mecnicas e eltricas destes sistemas

[12, 13].

2.4.1. Componentes mecnicos

Em aparelhos de refrigerao de pequeno porte, as partes mecnicas so

trs: o condensador, o evaporador e o compressor; este ltimo sendo acoplado

ao motor eltrico. Outros dois componentes importantes so: o tubo capilar que,

dependendo da aplicao final do equipamento, pode ser substitudo por uma

vlvula de expanso; e o filtro secador. Estas unidades, juntamente com uma

srie de controles (trmicos, de corrente, etc.), constituem o sistema de

refrigerao e possibilitam a construo de equipamentos de grande capacidade

trmica e tambm sistemas residenciais.

A seguir so ilustrados e resumidos os distintos componentes acima

referidos.

Condensadores e evaporadores como trocadores de calor O condensador e o evaporador so superfcies de troca de calor. A funo

do evaporador a de absorver o calor latente de vaporizao do espao

refrigerado, enviando-o, atravs do compressor, ao condensador para que seja

eliminado, atravs de troca com o meio ambiente. Na figura 2.2 (a) e (b) so

mostradas estas duas partes.


41

(a) (b)

Figura 2.2 - Componentes de um Refrigerador: a) Evaporadores e b) Condensador

Tanto em refrigeradores como em condicionadores de ar, as estruturas de

evaporadores e condensadores so semelhantes, diferenciando apenas no

material que utilizado em sua fabricao. Nos evaporadores de refrigeradores

utiliza-se o alumnio enquanto que em condicionadores de ar utilizado o cobre.

Tubo capilar O capilar um tubo de cobre de reduzidas dimenses utilizado no lado de

alta presso. Sua funo regular a quantidade de refrigerante que chega ao

evaporador atravs de seu reduzido dimetro, que por sua vez, em funo de seu

comprimento, causa a queda de presso necessria, dividindo o sistema em duas

sees de presso: o lado de alta e o lado de baixa presso.

Figura 2.3 - Tubo Capilar.


42

Filtro secador Este exerce duas funes importantes: a primeira a de reter partculas

slidas que, em circulao no circuito, podem ocasionar obstruo ou danos

partes mecnicas do compressor; e a segunda, absorver totalmente a umidade

residual do circuito que porventura no tenha sido removida pelo processo de

vcuo, evitando danos ao sistema como formao de cidos, corroso, aumento

das presses e obstruo do tubo capilar por congelamento da umidade.

Figura 2.4 - Filtro Secador

Compressores O compressor pode ser considerado como o corao de um sistema de

refrigerao. Ele o responsvel pelas transformaes fsicas que ocorrem no

fluido refrigerante, transformaes essas que culminam no fenmeno da

refrigerao. Sua funo a de succionar e impulsionar o gs refrigerante para

que esse possa circular no sistema. Esta unidade constituda, basicamente, por

duas partes distintas: uma eltrica e outra mecnica. Ambas, dependendo

principalmente do porte do equipamento, podem encontrar-se numa mesma

unidade, formando os chamados compressores hermticos. Nos equipamentos

de maior capacidade, por motivos de ordem tcnica, as partes eltricas e

mecnicas so montadas separadamente, embora possuindo acoplamento

mecnico. Estes so os compressores conhecidos como semi-hermticos ou

abertos. Grande parte das aplicaes de pequeno porte, tais como:


43

refrigeradores, freezers, bebedouros e aparelhos de ar condicionado residencial,

utilizam compressores do tipo hermtico.

2.4.2. Componentes eltricos

Neste item so descritos os principais componentes eltricos utilizados em

equipamentos de refrigerao de pequeno porte, componentes esses que sero

posteriormente identificados nos esquemas eltricos utilizados em dispositivos

comercialmente disponveis.

Motor eltrico do compressor O motor eltrico do compressor do tipo induo, com rotor em gaiola de

esquilo. O rotor e o estator encontram-se fixados diretamente no eixo e no corpo

da bomba do compressor. Ele o responsvel pela transformao da energia

eltrica de suprimento em energia mecnica no eixo do motor.

Construtivamente, o motor do compressor formado por dois enrolamentos: um

principal ou de marcha e outro auxiliar ou de partida. Este ltimo podendo

permanecer ou no conectado ao circuito, dependendo da finalidade de uso do

compressor. Para uso em refrigeradores, o enrolamento de partida, normalmente,

atua somente na partida do motor do compressor, sendo desligado aps atingir-

se o regime permanente. J para utilizao em condicionadores de ar, por tratar-

se de equipamentos de maior porte, normalmente tal enrolamento permanece

conectado em srie com um capacitor.

Rel de partida eletromagntico O rel de partida do compressor hermtico um dispositivo utilizado em

unidades de pequena capacidade, tais como pequenos refrigeradores domsticos.

Este componente se apresenta com os contatos normalmente abertos. A bobina

do rel de partida ligada em srie com o enrolamento principal do compressor,

que, devido ao valor elevado da corrente na partida, origina um campo


44

magntico que atrai a armadura, fechando o contato e conectando o enrolamento

auxiliar. Quando o motor atinge a rotao de servio, a corrente diminui

gradativamente at o momento em que o campo magntico no tem fora para

manter a armadura atracada. Dessa forma, a armadura, pela ao da gravidade,

desce, abrindo os contatos e consequentemente desconectando a bobina de

partida do motor.

Rel de coeficiente de temperatura positivo - PTC O rel PTC um dispositivo semicondutor formado por uma pastilha de

material cermico, utilizado na partida de unidades de refrigerao. Esse possui

a propriedade de aumentar a resistncia eltrica, quando aquecido, devido ao

aumento da corrente que passa atravs dele. Durante a partida do motor, o PTC

est frio e com baixa resistncia eltrica, consequentemente, conduz corrente

atravs da bobina de partida, fazendo o motor girar. Essa corrente ir aquec-lo,

fazendo com que a resistncia aumente e a corrente atravs da bobina de partida

diminua, at se tornar praticamente nula. Seu uso recomendado para freezers e

refrigeradores domsticos, onde o tempo entre os ciclos de operao suficiente

para o PTC esfriar e permitir nova partida.

Rel voltimtrico Usado normalmente em equipamentos de mdio porte, em que esto

presentes capacitores de partida e capacitores permanentes no esquema de

ligao do motor, o rel voltimtrico possui os contatos normalmente fechados.

A bobina do rel ligada em paralelo com a bobina auxiliar do compressor. A

tenso na bobina do enrolamento auxiliar aumenta com o aumento da velocidade

do motor, at atingir o valor especfico de pickup. Neste ponto, a armadura do

rel atrada, abrindo os contatos do rel e desconectando o capacitor de partida

do circuito. Aps a abertura, a tenso induzida na bobina de partida suficiente

para continuar atraindo a armadura e manter os contatos do rel abertos.


45

Protetor trmico bimetlico Este componente ligado em srie com o circuito que alimenta o motor.

fixo e encostado cabea do compressor, atuando, quando requerido, para abrir

o circuito e desligando rapidamente o compressor na presena de qualquer

aumento anormal de temperatura ou de corrente, ocasionados por problemas

mecnicos, eltricos ou por aplicao inadequada. Um disco bimetlico (dentro

do protetor), sensvel a excesso de temperatura e/ou corrente, flexiona, abrindo

os contatos e desenergizando o circuito. Alguns protetores possuem uma

resistncia em srie com o disco que, com o seu aquecimento, auxilia a abertura

dos contatos em situaes de aumento excessivo da corrente eltrica.

Capacitor Este dispositivo, conectado em srie com o enrolamento auxiliar, tem por

objetivo produzir defasagens entre os campos magnticos principal e auxiliar, de

modo a favorecer o processo de partida. Tal componente se faz presente de duas

formas. Um capacitor de partida e um permanente. Em caso de necessidade de

torque de partida elevado, conforme se faz necessrio em sistemas no auto-

equalizados, utiliza-se um capacitor em srie com a bobina auxiliar ou de

partida. Este aumenta a corrente na bobina de partida causando,

consequentemente, apreciveis aumentos do torque. O capacitor atua somente na

partida, sendo desconectado pelo rel quando o motor atinge rotao normal de

funcionamento. O capacitor permanente projetado para atuar continuamente,

em srie com a bobina de partida, melhorando o torque de partida, o torque de

regime e a eficincia eltrica do motor. Este esquema de ligao aplicado aos

sistemas auto-equalizados.


46

2.5. Tipos de sistemas de compresso

So trs os tipos mais comuns de compressores utilizados em

equipamentos de refrigerao de pequeno porte: compressores alternativos,

compressores rotativos e compressores centrfugos. A diferena entre eles est

no princpio de funcionamento mecnico. A seguir feita uma breve descrio

das caractersticas de trs tipos de compressores utilizados em aparelhos

condicionadores de ar.

2.5.1. Compressores alternativos

Estes so os compressores de maior uso no mercado brasileiro e

encontram aplicaes desde a refrigerao domstica at a industrial. Tais

componentes so constitudos por um ou dois cilindros, cabeote, vlvula de

descarga, vlvula de admisso, bloco, fole da vedao, biela, virabrequim,

mancais, pistes e sistema de lubrificao. A figura 2.5 mostra dois modelos de

compressores hermticos utilizados em equipamentos de refrigerao.

(a) (b)

Figura 2.5 - Compressor hermtico alternativo para utilizao em: a) aparelhos condicionadores de ar e b) refrigeradores domsticos e comerciais


47

De maneira a propiciar um melhor entendimento sobre as partes

componentes dos compressores hermticos do tipo alternativo, a figura 2.6

mostra um corte deste componente, identificando as suas partes internas,

eltricas e mecnicas.

Figura 2.6 - Componentes de um compressor hermtico

1. Corpo 18. Furos de Lubrificao

2. Eixo 19. Muflas de Descarga

3. Biela 20. Cano de Suco

4. Pisto 21. Suporte Interno

5. Pino 22. Carcaa

6. Placa de Vlvulas 23. Cano de Descarga

7. Vlvula de Suco 24. Molas de Suspenso

8. Vlvula de Descarga 25. Solda

9. Cabeote 26. Serpentina de Descarga

10. Pescador de leo 27. Aletas Rotor

11. Divisor 28. Terminal Hermtico

12. Nvel de leo 29. Cabos de Ligao


48

13. Resfriador de leo 30. Bobina de Partida

14. Mancal Principal 31. Bobina de Trabalho

15. Ranhura de Lubrificao 32. Isolao

16. Contrapeso 33. Estator

17. Mancal 34. Rotor

2.5.2. Compressores rotativos

Na atualidade, como consequncia da necessidade de aumentar a

eficincia em todos os setores, de promover reduo de custos, e uma maior

preocupao com a conservao e racionalizao da energia eltrica, a tendncia

mundial que os compressores rotativos voltem a ser fabricados em substituio

aos alternativos, mesmo a um custo inicial maior [13].

Como pode ser observado na figura 2.7, os compressores rotativos so

unidades hermticas e compactas, constitudas, fundamentalmente, pelas

seguintes unidades: bloco divisor, estator, rotor, eixo e excntrico, impulsor e

cilindros.

(a) (b)

Figura 2.7 - Compressor hermtico rotativo para utilizao em aparelhos condicionadores de ar de diferentes capacidades.


49

2.5.3. Compressores Scroll

Os compressores Scroll tm uma vantagem de apresentarem com uma

melhoria na eficincia da ordem de 5 a 10% em relao aos rotativos a pisto.

Isto ocorre pelo fato que os tipo Scroll se apresentam com uma reduo das

fugas de gs e das perdas de fluxo. Alm disso, para um compressor rotativo, as

folgas mecnicas aumentam a medida que seus componentes se desgastam. Os

compressores Scroll mantm sua capacidade de vedao durante o

funcionamento normal, j que as partes emparelhadas se desgastam juntas em

seu encaixe, isto , h o acoplamento entre elas com o uso. Para os Scroll de ar

condicionado, as perdas de fludo tambm so reduzidas. Ainda, nos

compressores rotativos, grandes pulsaes do gs ocorrem contra a carcaa, os

quais proporcionam rudo adicional. Nos compressores Scroll, a maior

contribuio de rudos do contato mecnico entre os elementos. De uma

maneira geral, um compressor Scroll , em mdia, cerca de 3 a 8 dB mais

silencioso do que um semi-hermtico do mesmo tamanho. A vibrao associada

a esse compressor tambm mais baixa. Esse compressor ilustrado pela figura

2.8.

(a) (b)

Figura 2.8 - Compressor hermtico Scroll para utilizao em aparelhos condicionadores de ar de diferentes capacidades.


50

2.6. Tipos de condicionadores de ar

Apresenta-se, na sequncia, os principais equipamentos comercialmente

disponveis para as mais distintas aplicaes [14].

2.6.1. Sistema de ar condicionado central

O sistema de ar condicionado central utiliza um conjunto de mquinas de

grande porte. Devido ao seu alto custo, so usados somente em grandes projetos,

sendo que em longo prazo so mais eficientes no uso de energia eltrica. O

condensador encontra-se integrado torre de arrefecimento, recebendo gua

temperatura ambiente ao gs refrigerante, reduzindo a temperatura do mesmo

antes de passar pelo compressor. A figura 2.9 ilustra esse equipamento instalado

no topo de um edifcio.

Figura 2.9 Sistema de Ar Condicionado Central no topo de um edifcio.

Existe um sistema de ar condicionado central que adota uma tecnologia

conhecida como Termoacumulao. Esta uma forma de acumular frio em


51

horrios em que a eletricidade mais barata, ou seja, durante a noite,

possibilitando reduzir o uso dos compressores durante o dia, gerando economias.

2.6.2. Sistemas tipo Split

Um Split (que literalmente significa dividido) no requer grandes

aberturas nas paredes ou janelas. As partes da mquina que emitem maior rudo

(condensador e compressor) ficam do lado de fora do prdio, reduzindo bastante

o barulho no ambiente de trabalho. Por outro lado, a parte do aparelho que gera

e circula o ar frio (o evaporador com um ventilador) instalada dentro do

ambiente.

A figura 2.10 ilustra as partes constituintes desses sistemas.

Figura 2.10 Aparelho condicionador de ar Split instalado em uma residncia.

As figuras 2.11 e 2.12 mostram as duas unidades do condicionador de ar

Split em detalhes, destacando os principais componentes de cada sistema.


52

Figura 2.11 Vista da unidade condensadora.

Figura 2.12 Vista da unidade evaporadora.

Algumas variaes permitem adaptar a ideia do Split para criar um

sistema parecido ao ar condicionado central. Uma das vantagens reduzir

correntes de ar, pois o ar frio pode ser distribudo de forma menos concentrada.

A exemplo disto tem-se o denominado Split Cassete (Piso/Teto) que um Split


53

indicado para o uso comercial e residencial, de mdio a grande porte de

capacidade. A figura 2.13 ilustra a evaporadora desse sistema.

Figura 2.13 Evaporadora de um sistema Split Cassete para utilizao em teto.

Uma outra aplicao, denominada por Multi-split, consiste em uma

mquina externa que atende diversos evaporadores no interior do ambiente.

Tradicionalmente, no mercado existem multi-splits com dois a quatro

evaporadores. A figura 2.14 ilustra um sistema Tri-Split.

Figura 2.14 Sistema Tri-Split.

Uma outra varincia dos Splits consiste no sistema VRV (Volume de

Refrigerante Varivel). Esse um sistema em que o fluxo do gs refrigerante

pode ser variado e funciona como um multi-split de maior capacidade. Alm de


54

ser verstil e flexvel, de fcil expanso e com grande facilidade de adaptao

em prdios com escritrios de pequeno e mdio porte, onde no se tenha um

sistema central de refrigerao. A figura 2.15 ilustra esse item instalado na

cobertura de um edifcio.

Figura 2.15 - Sistema VRV instalado na cobertura de um edifcio.

Por fim, comercialmente encontra-se ainda o que se denomina por Sistema

Inverter. Estes produtos trazem uma inovao para os condicionadores de ar

convencionais, pois so capazes de atingir a temperatura desejada rapidamente,

alm de mant-la praticamente constante. A economia de energia desses

aparelhos de at 40% maior que o convencional. A operao do

compressor varia em funo da temperatura desejada sendo que a rotao do

compressor aumenta gradativamente evitando correntes de partidas. J a funo

de secagem de serpentina evita a formao de mofo e de odor. O nvel de rudo

do aparelho menor comparando aos aparelhos tradicionais devido ao sistema

de operao interno, que habilita o compressor a operar em baixa rotao

quando a temperatura fica estabilizada, reduzindo potencialmente o rudo. O

aparelho utiliza o gs ecolgico R-410A, que no emite CFC, causador de

agresses na camada de Oznio. A figura 2.16 mostra a comparao entre o


55

funcionamento do aparelho que usa o sistema Inverter com o aparelho Split

convencional nos aspectos de temperatura e velocidade do compressor.

Figura 2.16 - Curvas de comparao entre o sistema inverter com aparelho Split convencional. [Manual da Fujitsu Brasil]

2.6.3. Sistemas Self

Um sistema Self, ou Self-Contained um aparelho similar ao aparelho de

janela, porm de maior porte, maior capacidade de resfriamento e mais moderno

tecnologicamente. Alguns prdios possuem salas dedicadas para a instalao de

um self, onde, se fosse o caso, poderia ser instalado um fan-coil, se o prdio

oferecesse ar condicionado central. Existem dois tipos principais de self. Os que

utilizam gua no condensador e os que utilizam ar. A figura 2.17 ilustra uma

unidade de um aparelho tipo Self utilizado no mercado.


56

Figura 2.17 - Aparelho condicionador de ar do tipo Self.

2.6.4. Aparelhos individuais ou de janela

So os produtos compactos de menor valor agregado e possuem o

evaporador e condensador no mesmo gabinete. Os ventiladores sopram ar sobre

os trocadores de calor para melhorar a sua capacidade de dissipar calor (para o

ar exterior) e frio (para o ambiente ser resfriado). A figura 2.18 ilustra uma vista

e corte de um aparelho condicionador de ar tipo janela, bem como seus

elementos.

Figura 2.18 Vista em corte de uma aparelho condicionador de ar tipo janela.


57

2.7. Consideraes finais

Este captulo, inicialmente, abordou aspectos gerais da refrigerao,

caracterizando a sua evoluo ao longo do tempo bem como a sua importncia

crescente na sociedade moderna.

Prosseguindo, fez-se uma descrio do princpio de funcionamento desse

tipo de dispositivo de refrigerao, exemplificado atravs da descrio do ciclo

completo de refrigerao de um aparelho condicionador de ar. Na sequncia, de

maneira a possibilitar o entendimento do funcionamento de dispositivos de

refrigerao, foram apresentados os principais componentes eltricos e

mecnicos utilizados nestes equipamentos, assim como a funo que cada um

desempenha dentro de um determinado circuito.

Encerrando o captulo, foram apresentados os compressores do tipo

hermticos atualmente encontrados em aparelhos de refrigerao de pequeno

porte, bem como os tipos de sistemas condicionadores de ar mais utilizados em

escala residencial, comercial e industrial, destacando as diferenas de

funcionamento e tambm sua aplicao especfica.

CAPTULO 3 MODELAGEM MATEMTICA E COMPUTACIONAL DE UM CONDICIONADOR DE AR TIPO SPLIT

58

CAPTULO 3

3. MODELAGEM MATEMTICA E COMPUTACIONAL DE UM CONDICIONADOR DE AR TIPO SPLIT


Este captulo destina-se a apresentar uma sntese das principais unidades

constituintes do equipamento condicionador de ar tipo Split, com destaque s

caractersticas fsicas das partes componentes da evaporadora e condensadora.

Uma vez identificadas as suas constituies fsicas, baseando em procedimentos

clssicos adotados quando da elaborao de modelos eltricos, procede-se aos

trabalhos de modelagem matemtica visando representao do produto no

simulador bsico empregado neste trabalho, a saber, o ATPDraw.

Como ressaltado anteriormente, o principal dispositivo que se faz presente

na estrutura fsica do condicionador de ar Split, no que diz respeito unidade

eltrica, o compressor hermtico. Isto se deve, sobremaneira, ao fato que esse

componente cabe a funo da expanso e compresso do gs refrigerante atravs

de um acionamento proporcionado por um motor de induo monofsico.

A partir das equaes dinmicas que representam o comportamento da

mquina referida, estas constituem-se nos fundamentos que norteiam o modelo


59

computacional, e as aes para implementao do equipamento na plataforma

ATP.

3.2. Identificao e caractersticas fsicas do condicionador de ar Split

Atravs de consultas em manuais tcnicos e visitas a oficinas

credenciadas em manuteno de equipamentos de refrigerao, em especial de

aparelhos condicionadores de ar, verificou-se uma grande semelhana dos

circuitos eltricos utilizados em cada equipamento, independentemente de sua

marca. Diferentemente dos aparelhos condicionadores tipo janela, os da

categoria Split possuem uma maior diversidade de fabricantes de compressores

que atendem esses produtos, muito embora o circuito eltrico principal e

equivalente sejam praticamente os mesmos para todas as marcas existentes no

mercado.

Na sequncia so apresentados detalhes construtivos de um aparelho

condicionador do tipo aqui focado e seus principais componentes para posterior

modelagem matemtica. Vale ressaltar que o produto ora considerado consiste

naquele utilizado ao longo de toda a pesquisa. O produto comercial utilizado

encontra-se ilustrado na figura 3.1.

(a) (b)

Figura 3.1 Condicionador de ar utilizado: (a) Evaporadora e (b) Condensadora.


60

O equipamento selecionado consiste num condicionador de ar Split com

capacidade de refrigerao de 7500 BTU/h.

Analisando as duas partes do equipamento, pode-se reconhecer que os

componentes mais importantes e que definem o desempenho operacional do

aparelho, como um todo, se apresenta em duas partes: a unidade evaporadora e a

condensadora.

No que tange a constituio interna da unidade evaporadora, a figura 3.2

mostra os dispositivos que a compem. possvel observar que o trocador de

calor da evaporadora ocupa uma grande parcela do espao do equipamento. O

sensor de temperatura e a placa eletrnica podem ser tambm observados.

Figura 3.2 - Unidades constituintes da evaporadora.

A figura 3.3 ilustra a condensadora aberta. Fica evidenciada que a

estrutura construtiva da mesma compreendem: seu compressor hermtico do

tipo rotativo, filtro, tubo capilar, capacitor permanente do compressor, motor de

induo monofsico do ventilador, capacitor permanente do motor do

ventilador, rgua de bornes para ligaes e o sistema de troca de calor da

condensadora.


61

Figura 3.3 Unidades constituintes da condensadora.

A tabela 3.1 fornece as principais caractersticas e dados de placa do

condicionador de ar utilizado nos estudos.

Tabela 3.1 Caractersticas do condicionador de ar utilizado nos estudos.

Evaporadora Condensadora Marca Springer Springer Modelo 42RWCA007515LS 38MC007515MS Potncia 26 W 736 W Tenso 220 V 220 V Srie Maxiflex Maxiflex

3.3. Estratgia para modelagem do condicionador de ar tipo Split

As atividades contempladas na sequncia encontram-se direcionadas ao

processo do estabelecimento dos modelos representativos das duas unidades

principais anteriormente identificadas para o produto aqui considerado.


62

3.3.1. Modelagem da evaporadora

Como j identificado, a evaporadora possui um motor de induo

monofsico, que tem o papel de ventilador para o processo de evaporao, o

qual permanece ligado todo o tempo que o aparelho se encontra em

funcionamento.

Diante dos objetivos principais desta pesquisa, cujo foco est na obteno

da correlao entre os esforos dieltricos e trmicos impactantes sobre o

produto e os limites de suportabilidade de suas unidades fsicas, fica, pois,

esclarecido que, no que se refere a este componente do condicionador de ar, o

limite encontra-se atrelado com a placa eletrnica de entrada. De fato, consultas

feitas a diversas oficinas credenciadas indicaram que, quando da manifestao

de danos eltricos, estes esto vinculada com problemas nesta placa e no no

motor da evaporadora, quase que para a totalidade dos casos. Isto orientou para

que os trabalhos, nesta fase, viessem a valorizar este componente de entrada

para fins da modelagem da unidade em questo. A figura 3.4 ilustra essa placa

eletrnica.

Figura 3.4 Placa eletrnica da evaporadora.


63

Um circuito eletrnico permite ligar e desligar o compressor hermtico da

condensadora via comando para os rels e destina-se ao ajuste da temperatura

escolhida pelo usurio. Devido complexidade do circuito e falta de maiores

informaes, adotou-se, para fins desta pesquisa, um circuito equivalente que

absorve uma corrente com caractersticas semelhantes corrente medida

experimentalmente na entrada da evaporadora.

Para a obteno de um primeiro conjunto de informaes que indicariam a

composio estrutural da placa, procedeu-se, inicialmente, a uma simulao

experimental do produto sob anlise, obtendo-se, na entrada da evaporadora, as

formas de onda de tenso e corrente ilustradas na figura 3.5.

Figura 3.5 - Oscilogramas de tenso (azul) e corrente (vermelho) nos terminais de entrada da placa eletrnica da evaporadora resultados derivados de ensaios

laboratoriais.

A partir de uma inspeo visual da placa eletrnica, e juntamente com os

oscilogramas de tenso e corrente medidos, conclui-se que a placa eletrnica

pode ser representada por uma ponte retificadora de onda completa a diodos e

apostila.condicionador

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