aula 1.pdf

Apresentação

Carlos Alberto de Almeida Vilela, Dr

Graduado em Engenharia Mecânica pela UNIMEP – Piracicaba - São Paulo (1993)Área de concentração Mecânica dos Fluidos

Mestrado em Engenharia Mecânica pela UNICAMP – Campinas – São Paulo (1996)Área de concentração Térmica e FluidosDepartamento de Energia, Faculdade de Engenharia Mecânica

Carlos Alberto de Almeida Vilela, Dr www.freewebs.com/carlosavgeo

Atualmente é professor adjunto do curso de Engenharia Mecânica – UFG

Membro da Associação Brasileira de Ciências Mecânicas (ABCM) desde 2001.

Membro da Associação Brasileira de Métodos Computacionais em Engenharia (ABMEC) desde 2011.

Doutorado em Engenharia Mecânica pela UNICAMP - Campinas – São Paulo (2001)Área de concentração Térmica e FluidosDepartamento de Energia, Faculdade de Engenharia Mecânica

Apresentação

Atividades profissionais acadêmicas

Faculdades Alves Faria (2009 - 2010)Coordenador do curso de Engenharia Mecânica, com autorização em 03/2011

Faculdade Anhanguera de Anápolis – Anhanguera Educacional (2007 - 2009)


Faculdade Anhanguera de Anápolis – Anhanguera Educacional (2007 - 2009)Coordenador do curso de Engenharia Mecânica, com reconhecimento em 03/2008

CEFET (2007 - 2009)Professor do curso Tecnológico de EletromecânicaParticipação no projeto pedagógico do Curso de Engenharia Mecânica

Apresentação

Atividades profissionais não acadêmicas

Joule Engenharia Térmica (1997)Engenheiro de projetos

EMEGE Produtos Alimentícios (2001)Engenheiro de manutenção mecânica


Engenheiro de manutenção mecânica

Consultor na área de engenharia térmica e fluidos (2002 – atual)

Apresentação

Linhas de pesquisa

Métodos numéricos aplicados em engenharia

Resfriamento eletrônico


Modelos em escala de equipamentos e processos industriais

Modelagem e simulação computacional de equipamentos e processos industriais

Método dos elementos/volumes finitos aplicados a fenômenos de transporte

Tópicos abordados

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

•Van Wylen, G. J., Sonntag, R. E., Fundamentos da Termodinâmica Clássica, Edgard Blucher.

•Çengel, Y. A., Cimbala, J. M.; Termodinâmica, Mc Graw Hill, 1ª edição, São Paulo, 2007.

•Moran, M. J., Shapiro, H. N., Munson, B. R., DeWitt, D. P., Introduction


•Moran, M. J., Shapiro, H. N., Munson, B. R., DeWitt, D. P., Introduction to Thermal Systems Engineering: Thermodynamics, Fluid Mechanics and Heat Transfer.

•Annamalai, K., Puri, I. K., Advanced Thermodynamics Engineering, CRC Series in Computational Mechanics and Applied Analysis.

•Programas computacionais para auxílio no desenvolvimento da disciplina. CATT (Computer Aided Thermodynamic Table), www.thermal-wizard.com,

Tópicos abordados

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

•Luiz Carlos Martinelli Júnior; Introdução às Máquinas Térmicas e Refrigeração

•Stoecker, W. F.; Jones, Jerold W.; Refrigeração e Ar Condicionado


•Frota, Anésia Barros; Schiffer, Sueli Ramos; Manual de ConfortoTérmico : Arquitetura, Urbanismo. 5. ed. São Paulo : StudioNobel, 2001.

•Jabardo, J. M. S., Stoecker, W. F.; Refrigeração industrial,

Tópicos abordados

CLIMATIZAÇÃO

Climatização e Refrigeração

Ar condicionado

Conforto térmico

Como atingir a zona de conforto?

Legislação atual

Diferença entre climatização e refrigeração


Condicionamento em situações específicas

Medição das propriedades do ar

Transferência de calor

Carga térmica

Seleção de equipamentos

Distribuição do ar interior

Automação – Prédio inteligente

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

HistóricoCiclo termodinâmico básico a vaporFluidos de trabalhoPrincipais aplicações da climatização

Tópicos abordados





Carga térmica




CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tipos de atividades físicasSensação térmicaZonas de conforto térmicoComo determinar a zona de conforto térmico

Tópicos abordados





Carga térmica




Como determinar a zona de conforto térmico

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Meios para atingir o conforto térmico

Tópicos abordados





Carga térmica




CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual Legislação brasileira para ar condicionadoQualidade do ar interior

Tópicos abordados





Carga térmica




Qualidade do ar interiorManutenção do sistema de ar condicionadoRenovação do ar interiorFiltros de ar

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atualCondicionamento de ar em hospitais

Tópicos abordados





Carga térmica




Condicionamento de ar em hospitaisIndustrias química / alimentos / farmacêuticaAmbientes insalubres

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tópicos abordados





Carga térmica




Medição da pressão, temperatura e umidadeConcentração de CO2Partículas suspensas

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tópicos abordados





Carga térmica




1ª Lei da TermodinâmicaCondução térmicaConvecção térmicaRadiação térmica

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tópicos abordados





Carga térmica




Conceito da carga térmicaCálculo da carga térmica para conforto térmico

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tópicos abordados





Carga térmica




Equipamentos para condicionamento de arAparelhos tipo janela (ACJ)Aparelhos tipo splitCentrais por água gelada (FanCoil)

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tópicos abordados





Carga térmica



Automação – Prédio inteligente Dutos de arGrelhas, venezianas, difusores

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tópicos abordados





Carga térmica




Conceito do prédio inteligenteSistemas de automação para climatizaçãoSensores

CLIMATIZAÇÃO


Ar condicionado

Conforto térmico


Legislação atual

Tópicos abordados





Carga térmica



Automação – Prédio inteligente Desenvolvimento de um projeto de climatizaçãoElaboração de projeto de climatização

CLIMATIZAÇÃOTermo geralmente utilizado para identificar o processo de manutenção das condições de temperatura e umidade nos

ambientes confortáveis aos organismos vivos.

Climatização e refrigeração

REFRIGERAÇÃO


REFRIGERAÇÃOTermo geralmente utilizado para identificar o processo de

retirada de calor de um ambiente fechado ou de uma substância com o propósito de diminuir a temperatura.

Também relacionado ao ciclo termodinâmico de troca de calor.

Enciclopédia Britânica

Ar condicionado

Histórico

Chineses (antes de Cristo)

Utilizavam o gelo natural armazenado em poços cavados no solo e cobertos com

palha para preservação de chá.Civilização grega e romana

Utilizavam o gelo natural colhido das montanhas para preparação de bebidas e

alimentos gelados.

Civilização egípcia,


Civilização egípcia,Devido a sua situação geográfica e ao clima não dispunham de gelo natural

entretanto refrescavam a água por evaporação, usando vasos de barro.

No final do século XVII com o surgimento do microscópio foi possível a verificação

da existência de microorganismos responsáveis pela deterioração da

matéria.Estudos de Pasteur revelaram que

temperaturas mais baixas inibem crescimento e reprodução dos microorganismos,

provocando no século XVIII uma expansão no comércio do gelo natural.

Ar condicionado

Histórico

1834 foi inventado, nos Estados Unidos, o primeiro sistema mecânico de fabricação de gelo artificial e, que constituiu a base

precursora dos atuais sistemas de compressão frigorífica.

Em 1855 surgiu na Alemanha um outro tipo de mecanismo para a fabricação do gelo artificial, este, baseado no princípio da absorção, descoberto em 1824 pelo físico e químico inglês Michael Faraday.


A utilização do gelo natural levou a criação, no princípio do século XIX, das

primeiras geladeiras.

O primeiro refrigerador doméstico surgiu em 1913, mas sua aceitação foi mínima,

tendo em vista que o mesmo era constituído de um sistema de operação

manual e baixo rendimento.

Em 1918 surgiu o primeiro refrigerador automático movido a eletricidade fabricado

pela Kelvinator Company, dos Estados Unidos.

Ar condicionado

HistóricoEm 1902, o jovem engenheiro norte-americano Willys Carrier inventou um

processo mecânico para condicionar o ar, tornando realidade o controle do clima. A primeira aplicação residencial foi em

uma mansão de Minneapolis, em 1914.


Ainda em 1914, Carrier instalou o primeiro condicionador de ar hospitalar, no Allegheny General Hospital de Pittsburgh. O sistema introduzia umidade extra em um berçário de partos prematuros, ajudando

a reduzir a mortalidade causada pela desidratação.

Ar condicionado

Histórico


Ar condicionado

Tipos de sistemaA geração do frio pode ser obtida, dentre outros, por algum dos sistemas abaixo

Sistemas por compressão de vaporNestes sistemas, elementos compressores ativam o fluido refrigerante por compressão a alta pressão e temperatura após ele ter realizado o efeito de refrigeração. Este refrigerante liquido é então conduzido para uma região a

baixa pressão e temperatura para produzir o efeito refrigerante.


Sistemas por absorçãoNo sistema por absorção o efeito de refrigeração é produzido pela injeção de

energia térmica. Após absorverem calor do ambiente refrigerado, o vapor refrigerante é absorvido por um meio absorvente. A solução é então aquecida por fogo direto, vapor de água, etc. O refrigerante é vaporizado novamente e

então condensado para forma líquida e o ciclo se inicia novamente.

Sistemas por expansão de ar ou gásNeste sistema o ar ou gás é comprimido a altas pressões por meios mecânicos. Ele é resfriado e em seguida é expandido a baixas pressões. A temperatura do

ar ou gás cai durante o processo de expansão e o efeito de refrigeração é produzido.

Ar condicionado

Ciclo termodinâmico básico a vapor

Fluido de trabalho


Seção quente do circuitoAlta pressão

Seção fria do circuitoBaixa pressão

Ar condicionado

Ciclo termodinâmico básico a vaporAr condicionado

Fluido de trabalho


Ambiente condicionado

Ambiente externo

Ar condicionado

Ciclo termodinâmico básico a vaporBomba de calor

Fluido de trabalho


Ambiente externo

Ambiente condicionado

Ar condicionado

Ciclo termodinâmico básico de refrigeração


Ar condicionado

Ciclo termodinâmico básico de refrigeração


Ciclo de refrigeração

Ar condicionado

Fluidos de trabalho

�Para os ciclo de refrigeração a vapor, classes de fluidos como os clorofluorcarbonos (CFC), tais como refrigerante

R12 (CCL2F2), também conhecido como Freon, foi

desenvolvido acreditando-se ser um fluido ideal até nos anos 1990, quando foram descobertos os efeitos dos composto de

clorocarbono na camada de ozônio da terra.


clorocarbono na camada de ozônio da terra.

�Foi criado então o HFC onde o hidrogênio ocupa o lugar do cloro, que hoje é considerado como um substituto aceitável para os CFCs. O refrigerante R134a (CF3CH2F) tem sido utilizado como substituto do R12 em muitas aplicações de

refrigeração e bombas de calor.

Ar condicionado

Fluidos de trabalho

O uso dos CFCs e HCFCs é uma preocupação global. Na década de 80, aproximadamente 2/3 dos CFCs halogenados

foram utilizados fora dos Estados Unidos. Em 1985 nos Estados Unidos foram consumidos aproximadamente 0,28

milhões de toneladas na fabricação de espumas, ar condicionado automotivos, residenciais e comerciais.


condicionado automotivos, residenciais e comerciais.

HCFC-2277%

CFC-1110%

CFC-1210%

Ar condicionado

Fluidos de trabalho

A teoria da degradação da camada de ozônio foi inicialmente proposta por 1974 por F. Sherwood Rowland e Mario Molina,

ganhadores do prêmio Nobel em 1995.

Em 1985 foram descobertos pela NASA os primeiros buracos


Em 1985 foram descobertos pela NASA os primeiros buracos na camada de ozônio na terra nos pólos árticos e antárticos.

As mesmas regiões de degradação foram verificadas novamente em 1987, 1989, 1990 e 1991.

Em 1988 o nível de ozônio nestas regiões foi constatado como sendo 30% menor que na década de 70.

Ar condicionado

Fluidos de trabalho

A maior região de degradação da camada de ozônio encontrada no pólo antártico aconteceu em 1992.

Monitoramentos em solo na década de 80 constataram um


Monitoramentos em solo na década de 80 constataram um aumento de até 10% na incidência da radiação ultravioleta na

superfície da terra.

Ar condicionado

Fluidos de trabalho

Em 1978 as agências americanas Environmental ProtectionAgency (EPA) e a Food and Drug Administration (FDA)

baniram o uso de HCFCs como propelentes em aerosóis.


Em 1987 a Comunidade Econômica Européia e mais 24 países incluindo os Estados Unidos, assinaram o Protocolo

de Montreal que propõe extinguir a produção de CFCs e halógenos até o ano 2000.

Ar condicionado

Fluidos de trabalhoEm 1992 em Copenhagen, 93 países concordaram em cessar a produção total de

CFCs com início a partir de 1996 e dos halógenos a partir de 1994.


Ar condicionado

Fluidos de trabalho


Ar condicionado

Fluidos de trabalhoNão deve atacar o

óleo lubrificante

Deve permitir

fácil localização

de vazamentos

Não ser tóxico

Não ser corrosivo

Não deve

vazamentos

Não deve atacar ou

deteriorar os

alimentos, no caso de

vazamentos


Um bom refrigerante

deve

Não deve atacar a

camada de ozônio, em

caso de vazamentos

Não ser inflamável

Ser quimicamente estávelTer elevado

calor latente de

vaporização

Ter pequeno volume

específico

Condensar-se a

pressões moderadas

Evaporar-se a pressões acima da

atmosférica

Ar condicionado

Fluidos de trabalho

Os produtos FREON são compostosorgânicos que contêm um ou mais átomosde carbono e flúor.

Átomos de cloro, bromo e hidrogêniotambém podem estar presentes.


também podem estar presentes.

Entre suas principais características estãoa não-inflamabilidade, baixa toxicidade,excelente estabilidade térmica e química,alta densidade associada ao baixo pontode ebulição, baixa viscosidade e baixatensão superficial

Ar condicionado

Fluidos de trabalho


Ar condicionado

Fluidos de trabalhoAplicações


Ar condicionado

Fluidos de trabalho


Ar condicionado

Fluidos de trabalhoRefrigerantes alternativos


Ar condicionado

Fluidos de trabalho


Ar condicionado

Ar condicionado e refrigeraçãoPrincipais aplicações

Ar condicionado Refrigeração

Aquecimento, Operações de Refrigeração

industrial,


Aquecimento, umidificação e

controle da qualidade do ar

Operações de refrigeração e

desumidificação em ar

condicionado

industrial, incluindo o setor

químico, alimentos e de

processos

Conforto térmico

Conforto térmico

Conforme ASHRAE, conforto térmico é definidocomo “Condição da mente que expressa asatisfação com o meio térmico”

Fanger definiu a Neutralidade Térmica com sendo “A


Fanger definiu a Neutralidade Térmica com sendo “Acondição na qual a pessoa não prefira nem maisfrio nem mais calor no ambiente ao seu redor”

Tanabe também definiu a Neutralidade Térmica com“A condição da mente que expressa satisfaçãocom a temperatura do corpo como um todo”

Conforto térmico

Conforto térmico

O que influencia o conforto térmico?

�Atividade desempenhada

�Tipo de roupa


�Temperatura do ar ambiente

�Temperatura radiante

�Velocidade do ar

�Pressão parcial do vapor de água no ar ambiente

Conforto térmico

Conforto térmico


Conforto térmico

Conforto térmico

O corpo humano necessita

CTCo

corpo

o2,371,36 ≤≤

Limite inferior=32 oCo


Limite superior= 42 oC

Conforto térmico

Conforto térmico


Conforto térmicoÍndices de conforto térmico

Conforto térmico

�Diagrama Bioclimático Olgyay

�A Temperatura Efetiva de Houghten e Yaglou


�Norma ASHRAE 55

�As Equações de Conforto de Fanger

�As Zonas de Conforto de Givoni.

�Norma ISO 7730

Conforto térmico

Conforto térmico


Conforto térmico

Conforto térmico

Pessoas semi-nuas em repouso


Conforto térmico

Conforto térmico


Conforto térmico

Conforto térmico


Faixas aceitáveis para a temperatura operacional e umidade para pessoas em roupas típicas de verão e inverno e exercendo atividade sedentária (< 1,2 met).

Tbs – bulbo secoTmrt – média radiante

Conforto térmico

Conforto térmico


Temperatura aceitável para ambientes naturalmente condicionados

Conforto térmico

Conforto térmico

Norma ISO 7730

Aceitável


Conforto térmico

Conforto térmico


Instituto Nacional de Meteorologia

Conforto térmico

Conforto térmico

Sensação térmicaInstituto Nacional de Meteorologia


Como atingir a zona de conforto térmico

Como atingir a zona de conforto térmico

�Ventilação natural

�Ventilação artificial


�Humidificação

�Deshumidificação

�Aquecimento

Legislação

Legislação vigente

•Norma ABNT NBR 6401 – Instalações centrais de ar condicionado para conforto

•Resolução ANVISA n. 9 de 16-01-2003 - Qualidade do ar interior


•Portaria Ministério da Saúde nº 3523, de 28 de Agosto de 1998

•Norma ISO 7730-2005 - Ergonomics of the thermal environment

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