artigo ar vs climatizadores

Revista Cincias do Ambiente On-Line

Agosto, 2006 Volume 2, Nmero 2

AR CONDICIONADO VERSUS CLIMATIZADORES POR EVAPORAOALEXANDRE OCTVIO R. LOPES1, GUILHERME R. DA COSTA GABARRA1, BRUNO W. FONTES LIMA11

Curso de graduao Faculdade de Engenharia Mecnica/UNICAMP

RESUMO: Este trabalho buscou analisar a viabilidade econmica e aceitao popular da implantao de climatizadores por evaporao de gua na substituio de aparelhos de ar condicionado convencionais no bloco A da Faculdade de Engenharia Mecnica/UNICAMP. Os dois mtodos de refrigerao foram avaliados levando-se em conta parmetros como potncia, carga trmica, energia consumida, custo de implementao, vantagens e desvantagens. Concluiu-se que os climatizadores de ar por evaporao apresentam uma grande vantagem sobre os aparelhos de ar condicionado convencionais quando se procura um conforto trmico de pessoas e diminuio de impactos ambientais negativos, todavia so pouco conhecidos do pblico. PALAVRAS CHAVE: climatizao, evaporao, carga trmica, camada de oznio, economia de energia. INTRODUO: Como sabemos os aparelhos de ar condicionados no agradam a todos, devido algumas desvantagens, entre elas: o ar seco, a recirculao do ar (no renovao do ar), alto consumo de energia eltrica e ainda o uso de gases prejudiciais camada de oznio e efeito estufa. Surge como soluo vivel, um aparelho de resfriamento que, alm de utilizar menos energia eltrica, deixa o ar mais mido e ainda renova o ar no fazendo o uso de nenhum gs. So os climatizadores por evaporao. Como o prprio nome sugere, o princpio fsico de funcionamento do aparelho por evaporao da gua. O fato de a evaporao ser um processo bastante endotrmico foi o incio para a realizao desta idia. Alm disso, um processo adiabtico, pois no emite calor para o ambiente trocando apenas o calor latente necessrio para a transformao do estado fsico. O esfriamento por evaporao acontece com freqncia na natureza. Temos como exemplo a brisa fresca prxima a uma cachoeira, ou at mesmo em nossa transpirao, que nada mais do que um modo de diminuir a temperatura do corpo, pois o suor troca calor com o ambiente esfriando assim nosso corpo.

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Este fenmeno j era observado desde a antiguidade. Panos molhados e chafarizes eram colocados em ptios internos para criar um ambiente mais ameno. Os antigos egpcios colocavam grades jarros de barro cheios de gua nas entradas das pirmides, para que o ar passasse pelos jarros e trocasse calor com a gua, entrando nas pirmides mais frio (ECOBRISA, 2006). Este trabalho analisou a viabilidade econmica e aceitao popular da implantao de climatizadores por evaporao de gua na substituio de aparelhos de ar condicionado convencionais no bloco A da Faculdade de Engenharia Mecnica/UNICAMP MATERIAL E MTODOS: Para a construo da base terica deste trabalho foi estudado o funcionamento de ambos os equipamentos: ar condicionado e climatizadores por evaporao (MORAN & SHAPIRO, 2002). Aps tal estudo, um questionrio foi elaborado a fim de avaliar a opinio e o conhecimento a respeito de ar condicionado e climatizadores de freqentadores do bloco A da Engenharia Mecnica/UNICAMP, os quais so os maiores usurios dos aparelhos em questo (Ver anexo I). Tal questionrio foi aplicado a um grupo de 134 pessoas. Com isso pde-se avaliar a aceitao pblica, para posterior anlise tcnica

e financeira, de uma possvel mudana no sistema de refrigerao do bloco A. Ainda como parte da pesquisa, foi realizada uma visita Ecobrisa, empresa no ramo de climatizadores a evaporao, a fim de tirarmos as ltimas dvidas e ainda conseguir material demonstrativo. Fazendo uso de termmetro e higrmetro, ambos digitais, cedidos pelo Laboratrio de Trmica e Fluidos, pde-se medir temperatura e umidade do ar, comparando o funcionamento de ambos. Ainda fizeram-se medies do consumo eltrico, utilizando um multmetro comum. Para o consumo de gua do climatizador utilizaram-se os valores nominais, pela indisponibilidade de um equipamento pra medir vazo. RESULTADOS E DISCUSSO: Nas ltimas dcadas tem-se presenciado um aumento substancial do buraco na camada de oznio. A camada de oznio, fina camada de O3 localizada na estratosfera, uma barreira natural contra os raios ultravioleta, uma radiao nociva a todos os organismos vivos. Apenas em 1984, cientistas britnicos se deram conta de um rombo na camada de oznio sobre a Antrtida, provocando Os uma corrida mundial pela mais preservao do oznio. clorofluorcorbonetos, conhecidos como CFCs, so os grandes viles deste fato. Desde 1930 os CFCs so largamente utilizados em sistemas de refrigerao de

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geladeiras, ares condicionados e em aerossis. Apenas em 1973 pesquisas concluem que os CFCs so capazes de destruir a camada de oznio. Suas molculas, sob a ao dos raios ultravioleta, so quebradas e as molculas de cloro liberadas. Estas se associam ao oznio destruindo-o. Estima-se que cada tomo de cloro destri cerca de 100 mil molculas de O3. Para piorar ainda mais os clorofluorcorbonetos tem uma longa vida til, permanecendo na atmosfera. Hoje o buraco na camada de oznio chega a 27 milhes de km2. Para conter este crescimento criou-se o protocolo de Montreal, que no permitia o uso de compostos de CFCs. A partir de ento alternativas como o de comearam a ser em um desenvolvidas, O climatizador, ar possui

conforto trmico no ambiente. O recirculamento do ar j resfriado no interessante em questes de resfriamento j que com o aumento da umidade do ar a diminuio de temperatura ser menor. Esta caracterstica faz com que o aparelho possa ser usado com portas abertas sem prejudicar o conforto trmico assim como o funcionamento do aparelho.

substituio para o ar condicionado. climatizador Figura 1. Esquema de funcionamento de um resfriador evaporativo (FONTE: ECOBRISA). Como o citado, o resfriamento oferecido pelo climatizador por evaporao depende fundamentalmente da umidade relativa do ar, tendo uma relao inversamente proporcional. Isto , quanto menor a umidade relativa do ar, maior o resfriamento obtido pelo aparelho. possui algumas (Tabela 1). Tabela I ventilador que fora o ar externo atravs de um painel evaporativo, sobre o qual a gua circula continuamente pela ao de uma bomba. Nesta passagem do ar pelo painel, h a troca de calor entre a gua e o ar. A gua que evapora garante uma maior umidade do ar resfriado e reposta por uma bia que mantm o nvel do reservatrio constante. Tal processo garante um resfriamento de at 12C (Figura 1). Porm, o aparelho condies para um bom funcionamento. A troca contnua do ar ambiente por ar resfriado fundamental para manter as condies de

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Tabela 1. Umidade relativa, temperatura e sua reduo em climatizadores. Temperatura de Entrada Umidade Relativa 30% 40% 50% 60% 75% 25 C 32 C 37 C

aquecendo esse um pouco mais, e ficando ainda mais denso; Em seguida ele expandido em um bocal (ou vlvula) de expanso, e segue para um evaporador, em que o calor do ar que passa para dentro do ambiente usado pra evaporar novamente o gs. Assim, o ar para o ambiente interno, sai do aparelho mais frio, e tambm mais seco: na ltima parte do processo a umidade suspensa no ar fica retida, condensada nas espiras do evaporador (essa gua coletada e descartada como esgoto). Assim possivel um controle rigoroso da temperatura e umidade de uma sala, independente das condies externas. Essencialmente o principio de funcionamento o mesmo de um climatizador evaporativo: roubar calor do ar para fazer gasoso um fluido. O sistema de ar condicionado procura uma queda substantcialmente maior da temperatura do ar de sada, colocando seu fluido num estado em que requer mais energia para passar ao estado gasoso. Para ser colocado nesse estado, menos energtico, necessrio que em algum lugar do sistema haja um aporte de energia na forma de trabalho (pela 1 lei termodinmica). Isso acontece no compressor, onde energia eltrica transformada em trabalho mecnico. No surpresa descobrir os maiores consumos energticos nos aparelhos de ar condicionado, j que esse tipo de aparelho tem eficiencia notadamente baixa.

Reduo de Temperatura 8,5 C 7,0 C 5,5 C 4,5 C 2,5 C 9,5 C 8,0 C 6,5 C 5,0 C 2,5 C 11,0 C 8,5 C 7,0 C 5,5 C 3,0 C

A temperatura resultante no ambiente depende da carga do ar trmica, da vazo Com e temperatura insuflado. esta

caracterstica, faz-se a seguinte anlise: durante o dia temos uma grande variao de temperatura e a umidade relativa do ar varia inversamente, logo quando temos a maior temperatura do dia (por volta das 12h), temos a menor umidade, resultando assim numa maior eficincia do aparelho. Com isso garantida a diminuio de picos de temperatura e umidade, propiciando um maior conforto trmico. J o ar condicionado tem como seu princpio de funcionamento a expanso de um gs comprimido. Essencialmente trata-se de um circuito fechado em que o gs faz a interface dos ambientes interno e externo. Forando a sada do calor do ambiente mais frio para o mais quente. Esse processo acontece da seguinte forma: O gs comprimido, adquirindo energia trmica, at atingir estado lquido; Ento ele passa por um condensador, que com ajuda de uma ventoinha, troca energia com o ar externo

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importante notar, ainda que apesar do portocolo de Montreal proibir o uso de CFCs, o fluido utilizado no ar condicionado (comumente o R-22) txico e tambm ataca a camada de oznio. Isso requer custos adicionais com produo e manuteno. Com a pesquisa realizada avaliamos a aceitao pblica dos climatizadores por evaporao. Dos 134 alunos entrevistados, 51% no sabiam o que eram os climatizadores, 40% j tinham ouvido falar, e 9% sabiam o que eram. E apenas 14% j os tinham visto em funcionamento, revelando assim o fato deste aparelho apesar de eficiente ser pouco conhecido e utilizado. Um dado curioso que 96% dos entrevistados afirmaram se expor por mais de 2 horas dirias a ambientes com ar condicionado, embora apenas 28% gostem do conforto proporcionado pelos aparelhos convencionais. Aps uma explanao sobre as vantagens do climatizador, 60% dos entrevistados afirmaram que optariam por climatizadores, ainda que mais caros, enquanto 34% disseram que dependeria do preo dos aparelhos. Levando em conta a boa aceitao do climatizador como alternativa aos ares condicionados, tomamos como exemplo uma sala do bloco A (EM25) para anlise de viabilidade de uma possvel implementao. Tal sala tem capacidade mxima de 73 pessoas, est equipada com 1 computador, lmpadas

fluorescentes e 5 aparelhos de ar condicionado e possui 72m2. Sendo que uma pessoa em repouso libera uma quantidade de calor correspondente a cerca de 70 watts (70w=1Kcal/min.), tem-se um total de 5110 watts, ou ainda 17500 BTU/h de capacidade trmica. Desprezando o computador e as lmpadas e considerando que a sala estivesse com sua capacidade total seriam necessrios ao menos dois aparelhos de 12000BTU/h. Mas, devido ao seu tamanho, seriam necessrios quatro aparelhos operando na capacidade mxima. Isto representa um gasto de R$315,00/ms. Levando em conta a substituio por climatizadores do modelo EB20, equivalentes aos aparelhos de ar condicionado de 12000BTU/h, seriam necessrios cinco aparelhos operando com folga. Isto representaria um gasto de R$35,00/ms. Tal economia pagaria o custo da troca dos aparelhos em 12 meses. Com estas anlises em mos, podemos fazer a comparao entre os dois aparelhos comparando suas principais caractersticas. Tal comparao encontra-se nas Tabelas 2 a 5.

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Tabela 2. Estimativa de custo operacional de um climatizador de ar (Ecobrisa 20) e um aparelho de ar condicionado (12.000 Btu/h).ECOBRISA 20

Tabela 3. Comparao sobre a manuteno de um climatizador de ar (Ecobrisa 20) e um aparelho de ar condicionado (12.000 Btu/h). Condicionador de ar 12.000 Btu/h Limpeza Limpeza mensal mensal do do filtro de ar reservatrio feita pelo de gua e usurio e trimestral das limpeza interna Tipo e colmias a ser semestral ou periodicidade feita pelo anual feita por usurio, tcnico funcionrio ou especializado tcnico no especializadoECOBRISA 20

Condicionador de ar 12.000 Btu/h 13 a 20 (**) 1.162 a 1.580 (**) mdia = 1.371 219

Indicado para ambientes de (m2) Consumo (W) Consumo eltrico mensal , 8h/dia, 20 dias/ms (kWh ) Custo mensal energia eltrica ( com R$ 0,36 / kWh ) Consumo de gua mdio (l/h UR 50% ) Consumo mensal ( m3 ) Custo mensal da gua ( R$ 3,00 / m3 ) Custo mensal total Concluses

10 a 20(*)

95

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R$5,40

R$ 78,84 Troca das colmias a cada quatro anos em mdia. Custo das colmias: R$ 120,00 (representa R$ 30,00 por ano) Exige um pouco mais de limpeza, porm no exige mo de obra especializada.

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-

Diversos

0,48

-

R$ 1,44

-

Concluso

R$ 6,84

R$ 78,84

Economia superior a de 90% Equipamento se paga em cerca de um ano e meio (*) dados obtidos em folhetos de divulgao da ECOBRISA (**) dados obtidos em folhetos de divulgao da Springer e da Elgin

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Tabela 4. Comparativo funcional de um climatizador de ar (Ecobrisa 20) e um aparelho de ar condicionado (12.000 Btu/h). Condicionador de ar 12.000 Btu/h Pouca ou nenhuma renovao de ar.Ambiente deve ser fechado. Concentra poluentes, cheiros, fumaa de cigarro e CO2. Reduz a UR do ar, causando problemas dermatolgicos, de garganta e nariz nos meses mais secos. Regulagem por termostato. comum a queixa de frio excessivo ou de choque trmico ao entrar e sair do ambiente. Pode ser usado em qualquer clima. Funciona em qualquer clima porm h muitas queixas quanto qualidade do ar

Tabela 5. Comparao de um climatizador de ar (Ecobrisa 20) e um aparelho de ar condicionado (12.000 Btu/h) em termos ambientais. Condicionador ECOBRISA 20 de ar 12.000 Btu/h Consumo de O ar energia eltrica condicionado muito baixo, convencional comparvel a um um voraz consumidor de Conservao simples de Energia ventilador. energia . Representa economia de energia de cerca de 90%. Consumo de No consome gua por dia gua equivalente a banho de Consumo chuveiro de uma de gua pessoa ou duas descargas de vaso sanitrio. Utiliza gs No utiliza nenhum gs. refrigerante Utiliza apenas HCFC que gua como fluido prejudica a de trabalho. camada de Conservao de oznio Novos Impactos materiais: pesa gases no meio cerca de 35% do substitutivos ambiente peso de um ainda condicionador de contribuem para ar. o efeito estufa ou apresentam toxidez elevada. Forma de climatizao mais adequada a ------Concluses um contexto de desenvolvimento sustentvel.

ECOBRISA 20

Renovao de ar

100% de renovao de ar eliminando poluentes, odores, fumaa, microorganismos, CO2 do ambiente. Deve ser mantida porta ou janela aberta.

Aumenta a UR do ar para a faixa 65 a 75%. Quando a Umidade do umidade externa ar (UR) alta, no aumenta a UR e apenas ventila o ambiente. A reduo de temperatura depende da UR e temperatura do ar externo. O Temperatura processo autoregulado. No indicado para climas muito midos. Para a maior parte do Brasil o resultado um ar condicionado mais agradvel e mais saudvel

Concluses

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CONCLUSO Aps a discusso realizada ao longo do trabalho, pode-se concluir que os climatizadores de ar por evaporao apresentam uma grande vantagem sobre os aparelhos de ar condicionado convencionais, quando se procura o conforto trmico de pessoas. Quando se leva em conta a qualidade do ambiente refrigerado, o climatizador leva vantagem, j que no deixa o ar to seco (principal reclamao dos usurios de ar condicionado convencional) e no to gelado (com uma umidade do ar maior, no h necessidade de temperaturas to baixas para uma mesma sensao trmica). Entretanto, o uso de climatizadores no indicado para todas as condies. Ambientes em que necessrio um rigoroso controle da temperatura, ou ento ambientes em que uma umidade relativa do ar alta seria prejudicial, como laboratrios de informtica, aparelhos convencionais ainda so os mais indicados. Levando-se em considerao a economia de energia, e conseqentemente, o custo de utilizao, os climatizadores novamente demonstram um diferencial quando comparados. Seu custo de operao chega a ser nove vezes menor, o que, mesmo trocando-se os aparelhos convencionais por climatizadores, retornariam o capital investido em aproximadamente 1 ano. Um ponto observado que, apesar de todas essas vantagens, o uso de climatizadores ainda

pouco difundido. Percebeu-se, com a pesquisa realizada, que a maioria dos entrevistados no tinha conhecimento do aparelho. Um ponto que pode, e deve ser explorado, pelas indstrias produtoras de climatizadores, j que alm da economia energtica, h a no agresso ao meio ambiente, principalmente camada de oznio. Outro ponto a ser explorado o fato de que poucas pessoas que se sentem confortveis nos ambientes com aparelhos convencionais. Polticas de troca dos aparelhos convencionais por climatizadores por evaporao (ou outras alternativas) deverias ser encorajadas, principalmente em ambientes pblicos, por proporcionar um ambiente mais saudvel. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ECOBRISA. evaporativo.. O que resfriamento em:

Disponvel

. Acesso em: 20 junho 2006. MORAN, M.; SHAPIRO, H. Princpios da Termodinmica para Engenharia. 4a edio. LTC Editora: Rio de Janeiro, 2002. 681p. GARCIA, condicionado. N. A.P.; VAZ, C.M.A. em:

Controladores digitais para aparelhos de ar Disponvel . junho 2006.

Acesso

em:

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5. Entre um aparelho de ar condicionado e um climatizador, qual escolheria? ( ) Depende do preo ( ) AC, mesmo que mais caro ( ) Climatizador, mesmo que mais caro

Anexo 1 Ficha de Coleta de Dados 1. Com que freqncia se expem a ambientes com ar condicionado ? ( ( ( ( ( ) Nunca ) Raramente ) mais de 1 hora por dia ) mais de 2 horas por dia ) mais de 4 horas por dia0 1 4 31 98

2. O que acha do conforto proporcionado por aparelhos de ar condicionado ? ( ( ( ( ) Excelente ) Regular as vezes est mal regulado ) Ruim ambiente muito seco ou muito frio ) Pssimo - ambiente fica seco e frio demais

3. Voc sabe o que um climatizador de ar ? ( ) No ( ) Tenho uma vaga idia/ j ouvi falar, mas no sei extamente o que ( ) Sim 4. Voc j viu um climatizador de ar em funciomento? ( ) Nunca ( ) J, uma vez em .... ( ) Sim, freqentemente

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