proje to

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE – FURG

ESCOLA DE ENGENHARIA

ENGENHARIA MECÂNICA

PROJETO DE CLIMATIZAÇÃO

AUDITÓRIO PROPLAD - FURG

LIANE BRANCO CHAVES

VAGNER GOMES SOARES

RIO GRANDE

2010

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande - FURG, como requisito à obtenção do título de Engenheiro(a) Mecânico (a).

LIANE BRANCO CHAVES

VAGNER GOMES SOARES


AUDITÓRIO PROPLAD – FURG

Orientador: Prof. Dr. Cláudio Rodrigues Olinto

Rio Grande

2010

Este trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro (a) Mecânico (a) e aprovado em sua forma final pelo curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Federal do Rio Grande – FURG.

LIANE BRANCO CHAVES

VAGNER GOMES SOARES


AUDITÓRIO PROPLAD - FURG

Rio Grande, 20 de dezembro de 2010.

__________________________________________

Orientador Prof. Dr. Cláudio Rodrigues Olinto

Universidade Federal do Rio Grande

__________________________________________

Prof. Esp. Fernando Ramos Torres


__________________________________________

Prof. MSc. Oberdan Carrasco Nogueira


Dedicatória

Dedicamos este trabalho aos nossos

pais que sempre nos guiaram pelos

melhores caminhos da vida.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos à todos que de alguma forma contribuíram com a execução

deste trabalho. Ao nosso orientador Prof.Dr. Cláudio Rodrigues Olinto e à equipe da

PROPLAD pela paciência e confiança. A equipe da empresa São Carlos Thermical

Systems pela disponibilização de material técnico e sugestões. E aos mestres que

disponibilizaram conhecimento e boa vontade.

Liane Branco Chaves

Vagner Gomes Soares

RESUMO

Este trabalho apresenta um estudo completo para implantação de um sistema de

climatização para o Auditório da PROPLAD, na Universidade Federal do Rio

Grande. Fazem parte do estudo os cálculos e avaliações das cargas térmicas

envolvidas, o sistema de distribuição de ar e a seleção dos equipamentos. Constam

neste trabalho toda a elaboração de um Projeto Legal, composto de Memorial

Descritivo e Plantas para que possa servir de Projeto Básico na elaboração de

processo licitatório e posteriormente execução do sistema proposto.

Palavras-chave: Climatização, Ar Condiconado.

ABSTRACT

This paper presents a complete study to implement a HVAC system for the

Auditorium PROPLAD at the Federal University of Rio Grande. They are part of the

study calculations and evaluations of the thermal loads involved, the air distribution

system and selection of equipment. Contained in this work the preparation of a Legal

Project, composed of Memorial Description and drawing that can serve as a basic

project in preparing the bid process and subsequent implementation of the proposed

system.

Keywords: HVAC, Air cond.

8

LISTA DE ILUSTRAÇÃOES

Foto 01 – Vista do Auditório da porta principal ..................................................................... 15

Foto 02 – Palco visto do corredor direito .............................................................................. 15

Foto 03 – Parede vista do corredor direito ........................................................................... 16

Foto 04 – Auditório visto do palco ........................................................................................ 16

Foto 05 – Retorno do sist. de climatização antigo ................................................................ 16

Foto 06 – Detalhe do retorno ............................................................................................... 16

Foto 07 – Portas Venezianadas da entrada principal ........................................................... 17

Foto 08 – Casa de Máquinas ............................................................................................... 17

Foto 09 – “Morador” da Casa de Máquinas .......................................................................... 17

Foto 10 – Vista externa do Auditório .................................................................................... 18

Foto 11 – Vista externa do prédio e casa de máquinas ........................................................ 18

Foto 12– Passagem dos dutos ............................................................................................ 18

Foto 13 – Abertura na Alvenaria .......................................................................................... 18

Foto 14- Saída dos dutos da Casa de Máquinas ................................................................. 19

Foto 15 – Interior da Casa de Máquinas .............................................................................. 19

Fig.1 - Esquema básico de expansão indireta...................................................................... 24

Fig. 2 - Expansão indireta - sistema básico. pg24 ................................................................ 24

Fig.3 - Chiller Condensação a ar ......................................................................................... 25

Fig.4 - Chiller Condensação à água ..................................................................................... 25

Fig.5 – Fancolete Dutável e Aparente ................................................................................. 25

Fig.6– Torres de Resfriamento ........................................................................................... 25

Fig.7 – Módulos: trocador de calor, condensadora e ventilação de um MultiSplit ................. 26

Fig.8 – Self Contained ......................................................................................................... 27

Fig.9 – Split ......................................................................................................................... 27

Fig. 10 – Ilustração do tijolo para cálculo da condução ........................................................ 33

Fig. 11 – Ilustração 2 do tijolo para cálculo da condução ..................................................... 38

Fig.12– Distribuição dos difusores no auditório .................................................................... 51

Fig.13– Distribuição de ar .................................................................................................... 53

9

LISTA DE GRÁFICOS E TABELAS

Graf.1 – Resultados obtidos no Pró-ar Condicionado ........................................................................ 20

Graf. 2 – Resultados obtidos no ACTERM .......................................................................................... 21

Graf.3 - Resultados obtidos no Cálculo da Carga Térmica ................................................................. 47



Tab.1 – Comparativo dos resultados obtidos ..................................................................................... 22

Tab.2 – Comparativo dos custos de implantação .............................................................................. 25

Tab.3 - Variáveis e nomenclaturas adotadas ..................................................................................... 34

Tab.4 – Resultados obtidos para paredes .......................................................................................... 37

Tab.5 – Resultados obtidos para paredes externas ........................................................................... 37

Tab.6 – Propriedades do vidro ........................................................................................................... 40

Tab.7 – Propriedades do teto ............................................................................................................. 42

Tab.8 – Condições de cálculo segundo NBR 16401 e ANVISA ............................................................ 42

Tab.9 – Comparativo dos resultados obtidos em simulação para utilização de um equipamento ... 49

10

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 11

2. O AMBIENTE EM ESTUDO ............................................................................................................. 12

3. METODOLOGIA DE PROJETO UTILIZADA ....................................................................................... 14

4. CONCEPÇÃO INICIAL DAS INSTALAÇÕES ....................................................................................... 15

5. DEFINIÇÕES DAS INSTALAÇÕES ..................................................................................................... 20

5.1 CÁLCULO PRELIMINAR DE CARGA TÉRMICA ............................................................................... 20

5.2 OS SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO ................................................................................................ 23

6. IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE INTERFASES ................................................................................ 30

6.1. AS DIRETRIZES GERADAS ............................................................................................................ 30

6.2. CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA ................................................................................................... 31

6.2.1 RESULTADOS OBTIDOS ......................................................................................................... 47

6.3. LÓGICA DE FUNCIONAMENTO ................................................................................................... 48

6.4. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO E AR ................................................................................................ 49

7. PROJETO DE DETALHAMENTO ...................................................................................................... 54

8. PROJETO LEGAL ............................................................................................................................. 55

9. DETALHAMENTO DE OBRA E DESENHOS CONFORME CONSTRUÍDO (“AS BUILT”) ...................... 56

10. CONCLUSÃO .............................................................................................................................. 57

11. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 58

12. ANEXOS ..................................................................................................................................... 60

SUGESTÃO DE PLANO DE MANUTENÇÃO OPERAÇÃO E CONTROLE

PREVISÃO ORÇAMENTÁRIA

CATÁLOGOS

11

1. INTRODUÇÃO

O presente trabalho é parte integrante da disciplina de Projeto de Graduação

em Engenharia Mecânica, consiste no projeto de um sistema de climatização para o

Auditório da PROPLAD, localizado no Campus Carreiros da Universidade Federal do

Rio Grande.

A realização deste projeto tem como objetivo a aquisição de conhecimentos

em projetos de sistemas de climatização utilizando os vários conhecimentos

adquiridos durante o curso de Engenharia Mecânica e a colaboração na elaboração

de um Memorial Descritivo que poderá ser utilizado pela Instituição em um futuro

Edital, permitindo assim a concretização do sistema de climatização concebido no

presente projeto.

O fato de um projeto acadêmico ser utilizado em um processo real, não só

para objetivos acadêmicos, traz motivação e cautela na sua elaboração.

Os autores do presente projeto acreditam que a formação de um profissional

não deve dar-se apenas nas atividades acadêmicas cercadas de idealizações e

excessivas teorias. No entanto, sabemos o quanto é difícil aos envolvidos nas

atividades pertinentes a graduação oportunizarem atividades onde é possível

aplicarmos na prática toda a base teórica demonstrada em sala de aula. Mas,

reiteramos aos mestres que incentivem a produção, a invenção de seus alunos ao

longo de toda a trajetória da graduação e que façam dos projetos de graduação

ferramentas aplicáveis na resolução dos reais problemas de uma sociedade.

Sendo a FURG uma Universidade Pública, é dever de todos que dela

usufruem de algum modo reverter o conhecimento por ela proporcionado através da

elaboração de projetos aplicáveis e não tão somente com o intuito da obtenção de

um título.

12

2. O AMBIENTE EM ESTUDO

O ambiente escolhido para estudo foi o Auditório da PROPLAD, localizado na

FURG - Campus Carreiro, em Rio Grande / RS. Trata-se de um ambiente com

aproximadamente 240 m² e ocupação de 150 pessoas.

A PROPLAD, Pró- Reitoria de Planejamento e Desenvolvimento é a divisão

da FURG responsável pelo planejamento e fiscalização da obras executadas na

Universidade. Seu auditório era tido como referência na realização de eventos, no

entanto por se tratar de uma construção antiga (mais de 20 anos), este já

apresentava algumas avarias e por isso precisava de reformas. Com a inauguração

do complexo CIDEC-SUL, que disponibiliza uma estrutura composta por uma série

de salas para eventos, o fechamento para reformas do auditório da PROPLAD foi

finalmente possível.

Cabe salientar a importância que este auditório ainda desempenha nesta

instituição. Sendo o CIDEC um complexo composto por um grande auditório para

comportar um grande público e salas menores, sem características de auditório,

cabe ao Auditório da Proplad suprir a necessidade da realização de eventos para um

público menor com a devida formalidade.

Buscando a revitalização e modernização deste espaço serão executadas

uma série de obras estruturais e arquitetônicas. Dentre as melhorias previstas para

este ambiente está a instalação de um novo sistema de climatização para conforto

do público.

Originalmente, havia sido projetado um sistema de climatização para atender

todo o complexo da PROPLAN (atual PROPLAD), incluindo o auditório. O sistema

foi projetado para utilizar quatro equipamentos, tipo Self incorporado com

distribuição de ar por rede de dutos. No entanto, o sistema instalado divergiu do

projetado, uma vez que foram instalados apenas três equipamentos dos quatro

previstos, o que contribuiu para a ineficiência deste sistema.

Devido ao mau funcionamento do sistema descrito, ao longo dos anos, foram

instalados equipamentos condicionadores de ar do tipo split nas salas do complexo,

sendo que, em algumas destas foram retirados os dutos de distribuição de ar

atendidos pelo antigo sistema.

13

Visto isso, o sistema encontra-se hoje inoperante. Sendo o auditório um

ambiente que não deve ser atendido por um sistema de climatização do tipo split,

devido a sua ocupação e a necessidade de renovação de ar imposta por norma, um

novo projeto para climatização deste ambiente torna-se necessário.

14

3. METODOLOGIA DE PROJETO UTILIZADA

Segundo as recomendações contidas na NBR 16401, parte 1, de 2008, a

elaboração de um projeto deve ocorrer em etapas sucessivas, dividindo-se o

processo de desenvolvimento das atividades técnicas, permitindo assim uma

concepção consistente e integrada as demais necessidades e exigências do

ambiente.

A metodologia utilizada para execução deste trabalho segue as etapas e

recomendações contidas nesta norma, conforme segue:

• Concepção inicial da instalação;

• Definição das instalações;

• Identificação e soluções de interfases;

• Projeto de detalhamento;

• Projeto legal;

• Detalhamento de obra e desenhos “conforme construído”.

Para uma melhor explanação e compreensão as etapas serão abordadas a

seguir.

15

4. CONCEPÇÃO INICIAL DAS INSTALAÇÕES

Esta etapa visa a coleta de informações sobre as condições locais que

possam ter influência na concepção das instalações, tais como condições das

edificações, terreno e infra-estrutura disponível.

Além destas informações são obtidos também nesta etapa os requisitos

necessários as instalações como os parâmetros requeridos pelo tipo de ambiente,

tais como temperatura, filtragem (tratamento do ar) e umidade requerida. Em geral,

estes dados são obtidos em conjunto com os responsáveis pelo empreendimento e

validados com normas específicas aplicáveis ao tipo de instalação.

Para a realização desta etapa foi feita uma visitação ao local e coletadas

imagens (fotos) das condições encontradas além da aquisição das plantas

arquitetônicas do local fornecidas pela equipe de arquitetura responsável pelo

empreendimento. Abaixo, seguem algumas das fotos do local.

Foto 01 – Vista do Auditório da porta principal. Foto 02 – Palco visto do corredor direito.

A foto 01 foi tirada da porta principal de acesso ao auditório. Como podemos

observar o ambiente está servindo como depósito de materiais. Devido as reformas

que estão sendo realizadas em diversos setores do prédio, o ambiente não tem sido

utilizado como auditório, mas sim como depósito.

A foto 02 foi tirada do corredor da direita. Nesta foto podemos perceber a

distribuição das cadeiras, fixas em estruturas no piso, a arquitetura do teto com

diferentes alturas e a utilização de madeira nas paredes do palco e no teto. Também

é possível observar, no teto, a existência de grelhas. Estas grelhas pertencem ao

antigo sistema de climatização.

16

Foto 03 – Parede vista do corredor direito. Foto 04 – Auditório visto do palco.

A foto 03 foi tirada do corredor da direita. Nesta foto podemos perceber a

distribuição das janelas com a utilização de cortinas duplas (combinadas claras e

escuras).

A foto 04 foi tirada do palco. Através desta foto é possível perceber, além da

distribuição das cadeiras, em duas alas, o posicionamento da casa de som e a

utilização de cortiça nas paredes onde se localizam a porta de entrada do auditório e

a casa de som.

Foto 05 – Retorno do sist. de climatização antigo. Foto 06 – Detalhe do retorno.

As fotos 05 e 06 mostram o sistema de retorno de ar utilizado pelo sistema de

climatização antigo. Basicamente, trata-se de uma grelha em madeira, utilizada

como plenum, o qual o ar era conduzido até a sala de máquinas. Esta passagem de

ar foi desativada e fechada, pois eram freqüentes a entrada de animais no recinto

por esta passagem.

17

Foto 07 – Portas Venezianadas da entrada principal.

A foto 07 mostra as portas venezianadas, em madeira, utilizadas na porta de

acesso principal. Esta porta também é parte integrante do sistema de retorno de ar

utilizado pelo sistema de climatização antigo.

Foto 08 – Casa de Máquinas. Foto 09 – “Morador” da Casa de Máquinas.

A foto 08 mostra a Casa de máquinas, vista da sala de central telefônica do

prédio. Na foto 09 podemos observar a presença de animais na sala de máquinas.

Segundo informação dos funcionários o gatinho é de estimação e reside na sala de

máquinas desativada.

18

Foto 10 – Vista externa do Auditório. Foto 11 – Vista externa do prédio e casa de máquinas.

As fotos 10 e 11 foram tiradas do pátio. Através delas constatamos o tipo de

construção do prédio que utiliza tijolos furados à vista (sem reboco externo), a

distribuição, dimensões e tipo de janelas utilizadas (vidro simples em caixilho de

madeira), a existência de uma porta de acesso, a qual não era percebida no interior

do prédio.

A foto 11, além de mostrar a distribuição das janelas no lado esquerdo,

mostra a casa de máquinas e a estrutura utilizada para passagem dos dutos que

interliga a casa de máquinas ao auditório.

Foto 12– Passagem dos dutos. Foto 13 – Abertura na alvenaria.

As fotos 12 e 13 mostram os detalhes da passagem do duto da casa de

máquinas ao auditório. Nota-se as precárias condições da estrutura.

19

Foto 14- Saída dos dutos da Casa de Máquinas. Foto 15 – Interior da Casa de Máquinas.

As fotos 14 e 15 foram tiradas do interior da casa de máquinas. Segundo

relatos, o antigo sistema de climatização foi projetado para funcionar com quatro

equipamentos do tipo self incorporado. No entanto só foram instalados três

equipamentos, comprometendo assim o funcionamento do sistema. Hoje, na casa

de máquinas, encontramos os três equipamentos, interligados a rede de dutos.

Todos os equipamentos encontram-se em condições precárias, não viabilizando

assim sua reforma e reutilização.

Coletadas as informações e conhecidas as condições requeridas no

ambiente, é possível passarmos para a próxima etapa de execução do projeto.

20

5. DEFINIÇÕES DAS INSTALAÇÕES

Nesta etapa são reunidas todas as informações adquiridas na etapa anterior e

realizado um anteprojeto.

O anteprojeto inclui os cálculos preliminares de carga térmica e a definição

preliminar do tipo de equipamento a ser utilizado, bem como as características

necessárias para implantação destes, tais como: dimensões de casa de máquinas,

viabilização de infra-estruturas (alimentação de energia elétrica, pontos de dreno,

...).

5.1 CÁLCULO PRELIMINAR DE CARGA TÉRMICA

Para a realização do levantamento de carga térmica utilizada no anteprojeto

foram utilizados softwares comerciais: Pró-ar Condicionado, da Multiplus Softwares

Técnicos e o ACTERM – Análise Térmica de Edificações, desenvolvido pelo Prof.

Paulo Otto Beyer (Curso de Especialização em Climatização e Refrigeração –

PROMEC-UFRGS).

O programa Pró-ar Condicionado é um software que funciona integrado ao

Auto-Cad. A partir do desenho da planta baixa são inseridas, através de uma barra

de ferramentas específica do programa, todas as características construtivas das

paredes, vidros, teto e orientação solar, além dos índices de iluminação, ocupação e

demais cargas internas ao ambiente. Informados todos os parâmetros é realizado o

cálculo da carga térmica “automaticamente”, gerando o seguinte resultado.

Graf.1 – Resultados obtidos no Pró-ar Condicionado.

21

O programa ACTERM é um software específico para o cálculo de carga

térmica, assim como o programa anterior, todas as características do ambiente em

estudo são inseridas, no entanto, por se tratar de um programa independente,

também é preciso informar as áreas de parede, teto, vidros e piso.

Os resultados obtidos para o ambiente em estudo seguem abaixo:

Graf. 2 – Resultados obtidos no ACTERM.

22

Como podemos observar existem diferenças nos resultados obtidos nos dois

programas. Isso se deve ao fato de ambos os programas se utilizarem de uma

biblioteca interna própria, onde consta uma listagem de materiais através da qual o

usuário deverá selecionar o mais similar a sua situação. Estas bibliotecas são fixas,

em ambos os programas, e divergem seus conteúdos, impedindo a realização do

cálculo com os mesmos valores.

Além disso, a metodologia de cálculo utilizada pelo software Pró-ar

Condicionado não é divulgada pelo seu fabricante. Diferentemente do software

ACTERM que informa a metodologia utilizada no cálculo como sendo o método

recomendado pela ASHRAE.

Outra diferença que podemos visualizar refere-se a apresentação dos

resultados obtidos. Enquanto o software Pró-ar Condicionado informa apenas uma

variação da carga térmica ao longo do dia, sem informar o período de ocorrência

(mês do ano), o software ACTERM subdivide os resultados em três partes. Para

obter a pior condição o usuário primeiramente deve gerar um gráfico onde são

informadas as cargas térmicas ao longo dos meses de verão, onde o usuário poderá

verificar qual o mês com a maior carga térmica. A partir daí o usuário deve gerar um

segundo gráfico informando o mês em que deseja verificar a variação da carga

térmica, com isso o sistema irá informar a variação da carga ao longo das horas de

um dia típico do mês selecionado, verificando assim a hora do dia que oferece a pior

carga térmica, se desejar o usuário pode ainda gerar um terceiro gráfico informando

o mês e hora do dia desejado, assim o software gera um gráfico onde é possível

observar, além da carga total, a contribuição de cada uma da parcelas da carga

térmica do ambiente.

O método de apresentação dos resultados utilizado pelo ACTERM, apesar de

mais trabalhoso, é interessante, pois permite ao usuário verificar a situação no

período desejado, e não apenas no período de pior carga térmica.

Abaixo segue um quadro resumo com os comparativos dos resultados obtidos

nos programas utilizados no anteprojeto.

Carga Térmica Total

TR W Kcal/h Pró-Ar Condicionado 24.75 86991.30 74798.96 ACTERM 19.07 67032.00 57637.07 Diferença 23%

Tab.1 – Comparativo dos resultados obtidos.

23

5.2 OS SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO

A principal função de um sistema de climatização é garantir, dentro de um

determinado espaço, as condições de conforto, ou as condições necessárias para

conservação de produtos, ou para o funcionamento de um determinado processo de

fabricação, bem como uma boa qualidade do ar no seu interior. Para tal, é

necessário que a instalação seja provida de equipamentos com a capacidade de

remover e/ou fornecer calor, bem como manter os índices de renovação de ar,

conforme as necessidades e normas aplicáveis a este espaço.

Os sistemas de climatização podem ser divididos em dois grandes grupos, os

denominados sistemas de expansão direta e os sistemas de expansão indireta.

Os sistemas de climatização de expansão direta são aqueles em que o ar, o

qual se deseja climatizar, entra em contato direto com o sistema de refrigeração, ou

seja, passa pela serpentina do evaporador. Como exemplos destes sistemas temos

os equipamentos denominados splits, multi-splits e os equipamentos selfs remotos e

incorporados.

Os sistemas de climatização de expansão indireta são aqueles em que é

utilizado um circuito secundário para climatização do ar. São popularmente

conhecidos como sistemas de água gelada. Basicamente, tem-se uma central de

refrigeração responsável pelo fornecimento de água gelada, a qual é distribuída por

um sistema de bombeamento para as serpentinas de equipamentos trocadores de

calor, onde entram em contato com o ar que se deseja climatizar. São equipamentos

integrantes do sistema de expansão indireta: resfriadores de líquido, também

conhecidos como chillers, intercambiadores de calor, também conhecidos como

fancoils, bombas de circulação e tanque de expansão (reservatório de água).

Cabe salientar que, dependendo das potências instaladas, podem existir

variações dos elementos constituintes do sistema de expansão indireta, com a

inserção de outros equipamentos tais como torre de resfriamento e subdivisões de

circuitos.

Nas figuras abaixo são mostrados os esquemas de funcionamento dos

sistemas de expansão indireta.

Fig.1 - Esquema básico de expansão indireta.

(Fonte: Tuma Engenharia

Conhecidos os princípios de funcionamento dos dois tipos de sistemas

partiremos para um comparativo entre

concepção do sistema a ser utilizado.

5.2.1 SISTEMAS DE EXPANSÃO DIRETA

Os sistemas de expansão indireta são aplicados a grandes empreendi

de elevada carga térmica,

flutuantes o que implicaria na flutuação sign

exemplos de aplicabilidade deste sistema temos os shopping centers e os prédios

públicos. Nestes casos é muito comum a implantação de uma central de água

gelada a qual distribui, para vários equipamentos, dutáveis ou não, c

necessidade da demanda. Em outras palavras, este sistema permite flexibilidade de

utilização o que confere um caráter de

No entanto, os custos de implantação deste sistema

necessitam de uma infra

expansão direta. Sendo assim, sua utilização só é justificada após a análise de

todos os parâmetros aqui comentados.

o de expansão indireta. Fig. 2 - Expansão indireta

(Fonte: Tuma Engenharia) (Fonte: Dorgam (


partiremos para um comparativo entre eles para que possamos definir qual a

concepção do sistema a ser utilizado.

EMAS DE EXPANSÃO DIRETA versus SISTEMAS DE EXPANSÃO

Os sistemas de expansão indireta são aplicados a grandes empreendi

de elevada carga térmica, elevadas demandas de ocupação e/ou demandas muito

o que implicaria na flutuação significativa de carga térmica



gelada a qual distribui, para vários equipamentos, dutáveis ou não, c


utilização o que confere um caráter de maior eficiência energética.

No entanto, os custos de implantação deste sistema

necessitam de uma infra-estrutura mais elaborada se comparada com os de


todos os parâmetros aqui comentados.

24

Expansão indireta - sistema básico.

Fonte: Dorgam (1993))


para que possamos definir qual a

SISTEMAS DE EXPANSÃO INDIRETA

Os sistemas de expansão indireta são aplicados a grandes empreendimentos

elevadas demandas de ocupação e/ou demandas muito

ificativa de carga térmica. Como



gelada a qual distribui, para vários equipamentos, dutáveis ou não, conforme a


eficiência energética.

No entanto, os custos de implantação deste sistema são elevados e

ura mais elaborada se comparada com os de


25

A seguir são mostrados alguns dos equipamentos que compõem uma central

térmica (sistema de expansão indireta).

Fig.3 - Chiller Condensação a ar Fig.4 - Chiller Condensação à àgua Modelo disponível: 70 a 125 TR Modelo disponível: 25 a 491 TR

Fonte: TRANE Fonte: YORK/SABROE

Fig.5 – Fancolete Dutável e Aparente Fig.6– Torres de Resfriamento Fonte: Carrier Fonte: Alpina

Os sistemas de expansão direta são mais versáteis em suas aplicações.

Fazem parte deste grupo os sistemas individuais conhecidos como splits, os multi

splits, os selfs contained e os condicionadores de ar de janela, disponíveis em uma

ampla faixa de capacidade (de 0,5 TR à 22,5 TR), dutáveis ou aparentes.

Certamente os equipamentos splits são os mais “populares” deste grupo. Os

splits são condicionares de ar do tipo dividido, ou seja, são constituídos de uma

unidade evaporadora, a qual é instalada no ambiente, e uma unidade condensadora,

em geral instalada ao ar livre, as unidades são interligadas por tubulações

frigorígenas. Estes equipamentos são a evolução dos condicionadores de ar de

janela. Graças a sua construção dividida estes equipamentos propiciam um menor

nível de ruído no ambiente, se comparado com o sistema antigo, uma vez que o

26

compressor e o ventilador do condensador são integrantes da unidade instalada

externa ao ambiente.

Os equipamentos de expansão indireta podem ser instalados nos casos onde

não são justificados a implantação de uma central de água gelada. Em geral,

instalações que requerem independência de funcionamento, como um prédio com

salas comerciais, auditórios, por exemplo, e outros ambientes de uso esporádico ou

com baixa demanda justificam a utilização deste sistema.

No entanto, deve-se atentar ao uso indiscriminado dos equipamentos do tipo

splits individuais, principalmente em ambientes com grandes ocupações. Segundo

norma da ABNT e Portaria da ANVISA, deve-se garantir índices mínimos de

renovação de ar (27m³/h por pessoa) os quais não são possíveis com a utilização

dos equipamentos splits. Sendo assim, nos casos onde a climatização dos

ambientes é feita com a utilização deste tipo de condicionador deverá ser implantado

um sistema integrado de renovação de ar, constituído de caixa de ventilação e

filtragem, conforme recomendações contidas nas normas vigentes.

Buscando apresentar dados concretos que possam ser utilizados na

comparação dos custos de implantação dos sistemas de expansão direta e indireta,

contatamos uma empresa especializada no assunto. As informações, gentilmente

cedidas, dos custos estimados de implantação por TR (tonelada de refrigeração,

capacidade dos equipamentos), dos sistemas abordados encontram-se na tabela a

seguir:

Sistema de Climatização Custo de Implantação/TR

Expansão Direta R$ 2.600,00 /TR

Expansão Indireta R$ 3.800,00 /TR

Tab.2 – Comparativo dos custos de implantação (Fonte: SC Thermical Systems)

A seguir são mostrados alguns dos equipamentos de expansão direta

comercializados:

Fig.7 – Módulos: trocador de calor, condensadora e ventilação de um MultiSplit. Fonte: Carrier

27

Fig.8 – Self Contained Fig.9 – Split

Fonte: Carrier Fonte: Gree

Sendo assim, com base em todas as informações expostas, consideramos a

viabilidade técnica de implantarmos como sistema de climatização do Auditório

Proplad, o sistema de Expansão Direta.

Cabe salientar que, embora o sistema anteriormente instalado seja também

de expansão direta, foram executadas as análises de viabilidade técnica e perfil e

demanda, não ocorrendo assim a manipulação dos critérios.

5.2.2 SPLIT versus MULTI SPLIT versus SELF CONTAINED

Definido o tipo de sistema que será utilizado, partiremos para definição do tipo

de equipamento a ser utilizado.

Analisando a ordem de grandeza da capacidade requerida pelos

equipamentos para suprir a carga térmica, consideramos inviável a utilização de

splits com sistema integrado de renovação de ar. Uma vez que nossa demanda

energética é da ordem e 20 TRs e as capacidades máximas comercializadas deste

tipo de equipamento ser de 5 TR, seriam necessários um número mínimo de quatro

equipamentos mais um gabinete de ventilação, com filtragem, insuflando direto no

ambiente, o que resultaria em um aumento de carga térmica. Outro ponto importante

diz respeito aos índices de ruído, o qual, certamente, a aplicação deste tipo de

instalação em um auditório causaria desconforto.

Sendo assim, ficamos com duas soluções viáveis de equipamentos para o

sistema de climatização do Auditório, os equipamentos condicionadores de ar

conhecidos como Multi-Splits e os Selfs Contained.

28

Os equipamentos do tipo Self são subdivididos em Divididos (ou Remotos) e

Incorporados. Os equipamentos utilizados na instalação existente são do tipo Self

Incorporado, popularmente conhecidos como “Rabo Quente”. Estes equipamentos

são de fácil instalação uma vez que todos os componentes do sistema de

refrigeração estão dispostos em uma única peça, totalmente já montada em fábrica.

O inconveniente deste tipo de equipamento é a necessidade de aberturas

consideráveis na alvenaria da casa de máquinas para propiciar o fluxo de ar para

condensação. Visto as condições das instalações existentes e as condições

inseridas consideramos não adequada a instalação deste tipo de máquina, tanto

pela manutenção mais delicada que estes equipamentos necessitam, como pelas

grandes aberturas na alvenaria a qual propicia a entrada de animais.

Já os equipamentos Multi-Splits e Selfs Divididos são do tipo modular,

compostos por três componentes distintos, um módulo serpentina, denominado

trocador (evaporador), uma módulo caixa de ventilação e uma módulo condensador.

Os módulos serpentina e ventilador possibilitam a montagem em diferentes posições

e são, em geral, instalados no interior de uma casa de máquinas, enquanto o

módulo condensador é instalado externamente. As interligações entre os módulos

trocadores interno e externo (evaporador e condensador) é feito por tubulações de

cobre isoladas termicamente, as quais circulam fluido frigorígeno.

Os módulos condensadores são oferecidos com diferentes tipos de

ventilador, dependendo do fabricante, em geral, existe a possibilidade de escolha de

condensadores que utilizem ventilador do tipo axial ou centrífugo. Normalmente, a

escolha do tipo de ventilador da unidade condensadora é definida pelo local onde

esta será instalada.

Como podemos observar, segundo o que foi exposto anteriormente, os

equipamentos se assemelham, no entanto há diferenças construtivas significativas

entre as duas máquinas. A principal diferença entre elas é o posicionamento do

compressor. Enquanto os equipamentos Splits (convencionais) e Multi-Splits a

localização do compressor é na unidade condensadora (externa), nos equipamentos

do tipo Self Contained Dividido o compressor está montado junto ao módulo

trocador. Podemos dizer que a construção dos equipamentos do tipo Self é mais

robusta se comparadas ao do tipo Multi-Split.

29

Visto isso, consideramos, pelo tipo de instalação, operação e controle, os

equipamentos do tipo Self Contained os mais adequados ao sistema de climatização

proposto ao Auditório da PROPLAD.

5.2.3 CONCEPÇÃO DO SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO PROPOSTO

Estamos propondo para o sistema de climatização do auditório da PROPLAD

a instalação de equipamentos do tipo Self Contained Dividido, condensação à ar. O

sistema utilizará as instalações antigas da casa de máquinas, devendo ser apenas

desocupada e reformada. Devem ser fechadas as aberturas na alvenaria que eram

utilizadas para condensação.

A casa de máquinas deverá dispor de alimentação elétrica, segundo as

especificações do fabricante do equipamento, as quais serão expostas no

detalhamento do projeto.

30

6. IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE INTERFASES

Esta etapa se constitui como evolução das definições das instalações, sendo

destinada à concepção das características técnicas, ainda não completas, mas já

com as soluções de interferência acordadas.

Incluem-se nesta etapa a consolidação dos cálculos de carga térmica e a

concepção do sistema de distribuição de ar no ambiente. Aqui são definidos os

traçados da rede de dutos e o posicionamento dos dispositivos de insuflamento e

retorno (difusores e grelhas).

Durante a elaboração deste projeto foram feitos uma série de

questionamentos à equipe responsável pelo empreendimento. As principais dúvidas

foram sobre a reforma prevista para o prédio e quais as suas influências no sistema

de climatização proposto, seja na sua concepção ou no seu funcionamento. As

respostas a estas perguntas geraram algumas diretrizes que foram atendidas pelo

sistema proposto. Estas diretrizes serão expostas detalhadamente nesta fase do

projeto.

6.1. AS DIRETRIZES GERADAS

1. Tendo em vista o tipo de utilização e ocupação do ambiente não ser muito

constante, ou seja, apresenta grandes variações de público, achamos

conveniente a utilização de um sistema que possibilite uma flexibilidade de

funcionamento conforme a demanda. Sendo assim, ficou acertado que seriam

utilizados dois equipamentos com funcionamento independente, os quais

poderiam funcionar em paralelo, em plena carga, utilizando os 100% da

potência total instalada, ou individualmente, atendendo assim a 50% da

potência total instalada.

2. O sistema de climatização proposto não possuirá aquecimento. Uma vez que,

devido ao tipo e capacidade dos equipamentos indicados não contarem com

sistema de aquecimento integrado do tipo ciclo reverso, estes equipamentos

possuem sistema de aquecimento por baterias de resistência elétrica

31

aletadas. Deveriam, portanto, serem revistas e analisadas todas as

demandas e dimensionamentos da rede elétrica do prédio.

3. As reformas previstas para o prédio serão de revitalização da estrutura,

principalmente do telhado, e arquitetônicas com a modernização do espaço.

Fazem parte das modificações a troca de materiais do forro, revestimento

interno das paredes, entre outros. Está prevista a instalação de cobertura

isolante térmica de espessura ainda não definida entre telhado e forro, o que

otimizaria o sistema proposto com a redução, mesmo que pequena, do calor

proveniente do telhado. Não haverá nenhuma modificação de lay-out no

ambiente que afetem as suas cargas térmicas.

4. A casa de máquinas será mantida nas suas dimensões originais, cabendo

somente a reforma para revitalização e adequação ao novo sistema proposto.

5. As questões relativas à acústica serão tratadas no âmbito arquitetônico. Não

serão tratados neste projeto questões referentes à qualidade acústica. No

entanto, o sistema de climatização proposto atenderá as normas e

recomendações de velocidade para distribuição de ar e índices de emissão

sonora dos equipamentos compatíveis ao tipo de ambiente.

6. A climatização da sala de som não será individual. Esta sala será atendida

pelo mesmo sistema que atende ao auditório. Não existem cargas

significativas que justifiquem a utilização de um sistema individual.

7. As cargas relativas a equipamentos e iluminação não serão alteradas após a

reforma.

6.2. CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA

Como este projeto tem por objetivo não apenas o calculo das trocas térmicas

envolvidas no processo de climatização de um auditório, mas também a

especificação dos equipamentos de modo a produzir um projeto que possa ser

efetivamente construído de maneira funcional, os cálculos utilizados na seleção dos

32

equipamentos foram realizados com base nos procedimentos recomendados pela

associação brasileira de normas técnicas, na NBR 16401 “Instalação de ar-

condicionado – Sistemas centrais e unitários”, NBR 15220 “Desempenho térmico de

edificações”, bem como a resolução da ANVISA número 176 de outubro de 2000

“Padrões Referenciais de Qualidade do Ar Interior em ambientes climatizados

artificialmente de uso público e coletivo”.

Para auxiliar os cálculos necessários a este estudo foi utilizado o software

Engineering Equation Solver, fabricado pela F-Chart, que dispõe de uma ampla

biblioteca de funções com as propriedades de diversos fluidos, entre eles a água e o

ar-úmido, o que simplifica o cálculo psicométrico além de permitir, com alterações

simples no código interpretado pelo software, simular rapidamente o comportamento

do sistema em diversas condições.

Para uma melhor compreensão dos cálculos foram criados códigos separados,

ficando a determinação das propriedades de cada elemento que constitui as paredes

e o teto do auditório em códigos individuais, e um código que utiliza-se dos dados

resultantes dos outros para determinar a carga total.

A determinação das propriedades dos elementos constituintes das paredes e

do teto foi realizada utilizado o procedimento mostrado na parte 2 da NBR 15220,

como esta mesma norma dispõe na parte 3 das propriedades pré-calculadas dos

elementos mais comumente usados na construção civil, foi desenvolvido

inicialmente um código para determinação do caso pré-calculado pela norma mais

similar a situação encontrada no auditório, afim de conseguir assim repetir os dados

da norma, validando o cálculo.

Como o auditório em estudo se trata de uma construção já existente a

visualização da estrutura interna dos tijolos não é possível, no entanto por serem

mais comuns e apresentarem uma menor resistência térmica (caracterizando assim

a pior situação), os cálculos foram feitos utilizando-se tijolos de furos quadrados.

Conforme demonstrado nas figuras abaixo, o caso escolhido para esta

validação foi uma parede de tijolos com furos quadrados, assentados em sua maior

dimensão, com emboço de argamassa de 25mm em ambas as faces e 10mm de

argamassa entre tijolos, como a norma informa apenas as dimensões externas do

tijolo foram arbitrados valores para as paredes internas.

33

Fig. 10 – Ilustração do tijolo para cálculo da condução.

34

Para realização dos cálculos a seção F é calculada juntamente com a seção A

já que ambas são constituídas puramente de argamassa.

A nomenclatura adotada para as variáveis segue a nomenclatura estabelecida

pela norma, sendo:

Símbolo Variável Unidade

A Área m2

R Resistência térmica de um componente (m2.K)/W

U Transmitância térmica de um componente W/(m2.K)

CT Capacidade térmica de um componente kJ/(m2.K)

Φ Atraso térmico de um componente horas

FSo Fator solar de elementos opacos -

c Calor específico kJ/(kg.K)

λ Condutividade térmica do material W/(m.K)

ρ Densidade de massa aparente do material kg/m3

ε Emissividade hemisférica total -

Α Absortância à radiação solar -

Τ Transmitância à radiação solar. -

Tab.3 - Variáveis e nomenclaturas adotadas.

Com base nestas informações foi desenvolvido o seguinte código.

"Dados dos tijolos tirados da tabela B3 da norma NBR 15220"

"Dimensões Externas"

"Dimensões Internas (arbitradas)"

ρt

= 1600 [Kg/m3]

λt

= 0.9 [W/(m*K)]

ct

= 0.92 [KJ/(Kg*K)]

L t = 140 [mm]

C t = 190 [mm]

H t = 90 [mm]

35

"Dados do reboco considerados iguais aos da argamassa comum"

"Somente argamassa (Seções A e F)"

"argamassa+tijolo+argamassa (Seção B)"

"argamassa+tijolo+ar+tijolo+ar+tijolo+ar+tijolo+argamassa (Seção C)"

e t,l,par,ext = 12.5 [mm]

e t,l,par,int = 5 [mm]

e t,h,par,ext = 10 [mm]

e t,h,par,int = 10 [mm]

Har = 30 [mm]

Lar = 35 [mm]

Rar = 0.16 [(m2*K)/W]

ρr

= 2000 [Kg/m3]

λr

= 1.15 [W/(m*K)]

cr

= 1 [KJ/(Kg*K)]

H r = 10 [mm]

L r,ext = 25 [mm]

L r,int = 25 [mm]

C r = 10 [mm]

A1 = H r · ( C t + C r ) · 1.0 x 10 –6 · m2

mm2

R1 = ( L r,ext + L t + L r,int ) ·

0.001 · m

mm

λr

A2 = e t,h,par,ext · Ct · 1.0 x 10 –6 · m2

mm2

R2 = ( L r,ext + L r,int ) ·

0.001 · m

mm

λr + L t ·

0.001 · m

mm

λt

36

"argamassa+tijolo+argamassa (Seção D)"

"Total da parece"

"Total"

"Transmitância"

"Capacidade Térmica"

A3 = Har · Ct · 1.0 x 10 –6 · m2

mm2

R3 = ( L r,ext + L r,int ) ·

0.001 · m

mm

λr + 2 · et, l,par,ext ·

0.001 · m

mm

λt + 3 · Rar + 2 · e t,l,par,int ·

0.001 · m

mm

λt

A4 = e t,h,par,int · Ct · 1.0 x 10 –6 · m2

mm2

R4 = ( L r,ext + L r,int ) ·

0.001 · m

mm

λr + L t ·

0.001 · m

mm

λt

R t = A1 + 2 · A2 + 2 · A3 + A4

A1

R1 + 2 ·

A2

R2 + 2 ·

A3

R3 +

A4

R4

R se = 0.04 [(m2*K)/W]

R si = 0.13 [(m2*K)/W]

RTot = Rse + R t + Rsi

U = 1

RTot

C1 = ( L r,ext + L t + L r,int ) · 0.001 · m

mm · c

r · ρ

r

C2 = ( L r,ext + L r,int ) · 0.001 · m

mm · c

r · ρ

r + L t · 0.001 ·

m

mm · c

t · ρ

t

C3 = ( L r,ext + L r,int ) · 0.001 · m

mm · c

r · ρ

r + ( 2 · e t,l,par,ext + 2 · e t,l,par,int) · 0.001 ·

m

mm · c

t · ρ

t

C4 = ( L r,ext + L r,int ) · 0.001 · m

mm · c

r · ρ

r + L t · 0.001 ·

m

mm · c

t · ρ

t

CTot = A1 + 2 · A2 + 2 · A3 + A4

A1

C1 + 2 ·

A2

C2 + 2 ·

A3

C3 +

A4

C4

37

"Atraso térmico para elementos heterogêneos”

"B2 não é considerado por ser negativo"

Com este código foram obtidos os seguintes valores:

Propriedades da parede

U

[W/(m2.K)]

CT

[kJ/(m2.K)]

Φ

[horas]

Calculado 2.07 192.7 4.853

Norma 2.02 192 4.5

Diferença 0.05 0.7 0.353

Diferença % 2% 0% 8%

Tab.4 – Resultados obtidos para paredes.

Como podemos observar os valores encontrados não são exatamente iguais

aos pré-calculados na norma, existindo uma diferença máxima de 8%, isso se deve

ao fato de termos arbitrado os valores das paredes internas ao tijolo, no entanto os

valores encontrados são bem próximos aos da norma, encontrado uma diferença

aceitável e validando assim o código.

Logo após foi realizada uma pequena alteração no código obtendo-se assim a

situação encontrada no auditório, conforme mostrado na figura abaixo.

CTse = e t,l,par,ext · 0.001 · m

mm · c

t · ρ

t

B0 = CTot – CTse

B1 = 0.226 · B0

R t

RSupExt = L r,ext ·

0.001 · m

mm

λr

B2 = 0.205 · λr

· ρr

· cr

R t · RSupExt –

R t – RSupExt

10

φ = 1.382 · Rt · B1( 1 / 2 )

38

Fig. 11 – Ilustração 2 do tijolo para cálculo da condução.

Para esta nova situação a única modificação realizada no cálculo das

propriedades é a espessura da argamassa externa (que nesta nova situação é zero),

mantendo-se a mesma divisão de seções da situação anterior.

Além disso também foram incluídas linhas para determinação do fator solar.

"Fator Solar"

"Sendo tijolo aparente absortância(α)=0.8"

Com esta alteração feita obtivemos os seguintes resultados:

Propriedades da parede sem o reboco externo

U

[W/(m2.K)]

CT

[kJ/(m2.K)]

Φ

[horas]

FS0

[%]

Calculado 2.201 135.8 3.796 7.043

Tab.5 – Resultados obtidos para paredes externas.

Com as propriedades da parede de tijolos conhecida, o procedimento adotado

para determinação das propriedades dos vidros e do teto é bem similar, conforme

observado nos códigos abaixo:

L r,ext = 0 [mm]

FS0 = 4 · U · α

α = 0.8

39

Vidros

"Dados do vidro tirados da tabela B3 da norma NBR 15220"

"Dimensões Externas"

"Total"

"Transmitância"


"Atraso térmico para elementos homogêneos”

"Fator Solar"

ρv

= 2500 [Kg/m3]

λv

= 1 [W/(m*K)]

cv

= 0.84 [KJ/(Kg*K)]

L = 4 [mm] · 0.001 · m

mm

C = 0.9 [m]

H = 1 [m]

A = H · C

R t = L

λv

R se = 0.04 [(m2*K)/W]

R si = 0.13 [(m2*K)/W]

RTot = Rse + R t + Rsi

U = 1

RTot

CTot = L · cv

· ρv

φ = 0.7284 · ( Rt · CTot ) ( 1 / 2 )

40

"Sendo a vidro incolor absortância(α)=0.25"

Transmitância (τ) retirada do Incropera 5ª Ed. Apêndice A Tabela A12

Como vimos no código acima, existe uma simplificação no calculo devido ao

fato do vidro ser um elemento homogêneo, também existe uma modificação na

determinação do fator solar, como parte da radiação solar consegue passar

diretamente pelos vidros é preciso adicionar um termo referente a transmitância.

Propriedades do vidro

U

[W/(m2.K)]

CT

[kJ/(m2.K)]

Φ

[horas]

FS0

[%]

Calculado 5.747 8.4 0.1335 0.8475

Tab.6 – Propriedades do vidro.

TETO

"Fibro-cimento (telhado)"

"Gesso (forro)"

FS0 = U · α · Rse + τ

α = 0.25

τ = 0.79

ρt

= 1700 [Kg/m3]

λt

= 0.65 [W/(m*K)]

ct

= 0.84 [KJ/(Kg*K)]

et

= 1 [mm] · 0.001 · m

mm

ρf

= 1000 [Kg/m3]

λf

= 0.35 [W/(m*K)]

cf

= 84 [KJ/(Kg*K)]

ef

= 20 [mm] · 0.001 · m

mm

41

"Poliestireno"

"Condições da câmara de ar"

"Como não existem aberturas para ventilação a câmera de ar é pouco ventilada"

"Verão"

"Resistência Térmica"

"Tabela B1 da norma NBR 15220 com H>50 mm e alta emissividade"

"Total"

"Transmitância"

"Inverno"

"Resistência Térmica"

"Tabela B1"

ρp

= 35 [Kg/m3]

λp

= 0.04 [W/(m*K)]

cp

= 1.42 [KJ/(Kg*K)]

ep

= 10 [mm] · 0.001 · m

mm

Rarv = 0.21 [(m2*K)/W]

R tv = e

t

λt + Rarv +

ep

λp +

ef

λf

R sev = 0.04

R siv = 0.17

RTotv = R sev + R tv + Rsiv

Uv = 1

RTotv

Rari = 0.14 [(m2*K)/W]

R ti = R tv

42

"Câmara pouco ventilada"

"Total"

"Transmitância"


"Atraso Térmico para elementos heterogêneos”

"B2 não é considerado por ser negativo"

"Fator Solar"

Apesar do cálculo das resistências de cada elemento, da capacidade térmica e

do atraso térmico ser bem similar ao utilizado nos outros programas, é possível

Rsei = 0.04

Rsii = 0.1

RToti = Rsei + R ti + R sii

Ui = 1

RToti

CT = et

· ct

· ρt

+ 0 + ep

· cp

· ρp

+ ef

· cf

· ρf

CTse = et

· ct

· ρt

B0 = CT – CTse

B1 = 0.226 · B0

R tv

RSupExt = e

t

λt

B2 = 0.205 · λt

· ρt

· ct

R tv · RSupExt –

R tv – RSupExt

10

φ = 1.382 · R tv · B1( 1 / 2 )

FS0 = 4 · Uv · α

α = 0.8

43

observar diferenças significativas neste ultimo código demonstrado. Estas diferenças

existem devido a variação da resistência térmica superficial e da resistência térmica

do ar existente entre os fluxos ascendente e descendente, conforme indicado na

norma, sendo assim de acordo com o fluxo de calor que atravessa o teto existe uma

variação significativa na resistência, existindo assim uma resistência térmica para o

“verão” (quando a temperatura externa é superior a interna) e outra resistência

térmica para o “inverno” (quando a temperatura externa é inferior a interna).

Outra consideração importante no calculo das propriedades do telhado é a

existência (na grande maioria dos casos) de uma camada de ar entre o telhado e o

forro, esta parcela de ar tem uma resistência significativa, devido ao formato

triangular, a norma recomenda que seja utilizado para o cálculo uma câmara de ar

uniforme de altura igual a metade da altura total da câmara existente.

Propriedades do teto

U

[W/(m2.K)]

CT

[kJ/(m2.K)]

Φ

[horas]

FS0

[%]

Verão 1.372 1682 19.4 4.391

Inverno 1.518 1682 19.4 4.391

Tab.7 – Propriedades do teto.

Por se tratar de um projeto apenas de resfriamento será utilizado no cálculo

apenas as propriedades de verão.

Carga Total

Com estas propriedades determinadas foi então elaborado o código para

determinação da carga térmica total.

Para isto foram utilizadas as condições indicadas na norma NBR 16401,

conforme indicadas abaixo:

Temperaturas Externas [°C]

(Valores para Porto Alegre)

> 31.8 2%

> 33.2 1%

> 34.8 0.01%

Temperatura Interna [°C]

(Temperatura de conforto)

Min (NBR 16401) 21.5

Min (ANVISA) 23

Max 25.5

Tab.8 – Condições de cálculo segundo NBR 16401 e ANVISA.

44

"Pessoas"

"Lotação do auditório"

"Valor da norma NBR 16401/2008 para pessoas sentadas com atividade leve (valor ajustado)"

"1TR = 12000BTU/h" "1W = 3.414135 BTU/h" "3514.8 W = 1TR" "1TR = 3.5148 KW"

"QTotal_Pessoas/3.5148" "AR Exterior" "dados da norma NBR 16401/2008 para Porto Alegre" "T>31.8=2%" "T>33.2=1% " "T>34.8=0.01% "

"NBR 16401-2/2008 pg 7" "23 ºC --> ANVISA"

"ANVISA http://www.anvisa.gov.br/legis/resol/176_00re.htm"

Function TempCtK (TempC)

TempCtK := ConvertTemp ( C , K , TempC )

End TempCtK

Function TempKtC (TempK)

TempKtC := ConvertTemp ( K , C , TempK )

End TempKtC

Function PressAtmtBar (PressAtm)

PressAtmtBar := PressAtm · 1.01325 · bar

atm

End PressAtmtBar

NPessoas = 150

QLibPessoa = 115 [W]

QLatPessoa = 45 [W]

QTotalPessoas = NPessoas · QLibPessoa · 0,001 · KW

W

QTRPessoas = QTotalPessoas · 0.284511 · TR

KW

T∞e = 34.8 [°C]

T∞i = 23 [°C]

Patm = 1 [atm]

U relativ a = 0.95

VazaoPessoa = 27 [m3/h]

Vazaoarexterior = VazaoPessoa · NPessoas

45

"cal sensível cal latente"

"O ventilador puxa o ar a temperatura externa"

"Iluminação" "segundo NBR 16401/2008 para auditórios com platéia 10W/m^2"

"Paredes" "Externas"

harent = h ( 'AirH2O' , T =TempCtK ( T∞e) , P = PressAtmtBar ( Patm ) , R =U relativ a )

wext2 = ω ( 'AirH2O' , T =TempCtK ( T∞e) , P = PressAtmtBar ( Patm ) , R =U relativ a )

TBU,ext = TempKtC ( WB ( 'AirH2O' , T =TempCtK ( T∞e) , P = PressAtmtBar ( Patm ) , R =U relativ a ) )

harsai = h ( 'AirH2O' , T =TempCtK ( T∞i ) , P = PressAtmtBar ( Patm ) , R =0.5 )

w int2 = ω ( 'AirH2O' , T =TempCtK ( T∞i ) , P = PressAtmtBar ( Patm ) , R =0.5 )

TBU,int = TempKtC ( WB ( 'AirH2O' , T =TempCtK ( T∞i ) , P = PressAtmtBar ( Patm ) , R =0.5 ) )

∆ W = wext2 – w int2

m agua = ∆W · mar1

haguaent = h ( 'Water' , T =TempCtK ( T∞e) , P = PressAtmtBar ( Patm ) )

haguasai = h ( 'Water' , T =TempCtK ( T∞i ) , P = PressAtmtBar ( Patm ) )

Qagua = m agua · ( haguaent – haguasai ) · 1 · KW

Kj/s

m ar1 = ρ ( 'AirH2O' , T =TempCtK ( T∞e) , P = PressAtmtBar ( Patm ) , w =U relativ a ) · Vazaoarexterior · 0.000277778 · m3/s

m3/h

Qar = ( harent – harsai ) · mar1 · 1 · KW

Kj/s

QTRar = Qar · 0.284511 · TR

KW

APiso = 230.82 [m2]

Q iluminação = APiso · 10 [w/m2] · 0.001 · KW

W

QTR iluminação = Q iluminação · 0.284511 · TR

KW

AExterna = ( 14 + 7.6 + 7.6 + 17.7 ) · 2.95

AJanelas = 0.9 · 1 · 30

APorta,Externa = 2 · 1.95

AParedes,Externas = AExterna – AJanelas – APorta,Externa

46

"Ver outro programa"

"Internas"

"Retirado diretamente da norma por ter reboco dos dois lados"

"Vidros" "Ver outro programa"

"Teto" "Ver outro programa"

"Total"

Uext = 2.201 [W/(m2*K)]

FS0,paredes = 7.043

100

QParedes,ext = ( ( 1 + FS0,paredes ) · Uext · AParedes,Externas · ( TempCtK ( T∞e) – TempCtK ( T∞i ) ) ) · 0.001 · KW

W

QTRParedes,ext = QParedes,ext · 0.284511 · TR

KW

AParedes,Internas = ( 3.32 + 3.5 + 3.58 ) · 2.95

U int = 1.92 [W/(m2*K)]

QParedes,int = U int · AParedes,Internas · ( TempCtK ( T∞e) – TempCtK ( T∞i ) ) · 0.001 · KW

W

QTRParedes,int = QParedes,int · 0.284511 · TR

KW

QTRParedes = QTRParedes,int + QTRParedes,ext

U v idros = 5.747 [W/(m2*K)]

FS0,v idros = 0.8475

100

QVidros = ( ( 1 + FS0,v idros ) · Uv idros · AJanelas · ( TempCtK ( T∞e) – TempCtK ( T∞i ) ) ) · 0.001 · KW

W

QTRVidros = QVidros · 0.284511 · TR

KW

Uv = 1.372 [W/(m2*K)]

U teto = 1.372 [W/(m2*K)]

FS0,teto = 4.391

100

QTeto = ( ( 1 + FS0,teto ) · U teto · APiso · ( TempCtK ( T∞e) – TempCtK ( T∞i ) ) ) · 0.001 · KW

W

QTRTeto = QTeto · 0.284511 · TR

KW

QTRTot = QTRar + QTRPessoas + QTR iluminação + QTRParedes + QTRVidros + QTRTeto

47

6.2.1 RESULTADOS OBTIDOS

Graf.3 - Resultados obtidos no Cálculo da Carga Térmica .

Q%ar = QTRar

QTRTot · 100

Q%pessoas = QTRPessoas

QTRTot · 100

Q%iluminação = QTR iluminação

QTRTot · 100

Q%paredes = QTRParedes

QTRTot · 100

Q%v idros = QTRVidros

QTRTot · 100

Q%teto = QTRTeto

QTRTot · 100

QLatente = Qagua · 0.284511 · TR

KW + QLatPessoa · NPessoas · 0.000284511 ·

TR

W

QSensiv el = QTRTot – QLatente

QKcalTot = QTRTot · 3022.18 · Kcal/h

TR

0,53 0,66 1,05 1,11

4,91

11,25

19,49

Distribuição das Cargas Térmicas (TR)

Vidros Iluminação Paredes Teto Pessoas Ar de renovação Total

48

Graf.4 - Resultados obtidos no Cálculo da Carga Térmica

Graf. 5 – Resultados obtidos no Cálculo da Carga Térmica.

6.3. LÓGICA DE FUNCIONAMENTO

Conforme já explicitado anteriormente, o sistema de climatização contará com

dois equipamentos de igual capacidade os quais poderão operar simultaneamente

ou individualmente.

2,695 3,3695,375 5,694

25,180

57,687

Distribuição das Cargas Térmicas (%)

Vidros Iluminação Paredes Teto Pessoas Ar de renovação

2,09

17,39

19,49

Distribuição das Cargas Térmicas (TR)

Latente Sensível Total

49

Com o intuito de que as máquinas sejam postas em funcionamento de forma

alternada, garantindo assim que não haja um desgaste superior de um dos

equipamentos o que levaria a uma manutenção diferenciada, optou-se pela

utilização de um controlador de supervisão de funcionamento. Este controlador tem

por objetivo principal fazer o revezamento dos equipamentos quando estes são

utilizados individualmente e controlar os parâmetros de funcionamento dos

equipamentos sejam utilizados individualmente ou concomitantemente.

O controlador possui recurso de operação manual ou automática. Nos casos

de falha de um equipamento o controlador fará a indicação de falha e poderá, se

assim for desejado, acionar o outro equipamento.

Maiores informações e especificações técnicas foram abordadas no Memorial

Descritivo.

Abaixo segue uma tabela com os valores simulados para diferentes situações

de temperaturas internas e ocupação, para uma temperatura externa fixada em

35°C. Conforme podemos constatar com a utilização d e apenas um equipamento,

capacidade 10 TRs, é possível atingirmos a condição de conforto térmico, segundo

parâmetros da ANVISA e norma NBR16401, para uma ocupação de até 50 pessoas.

Ti (°C) Te (°C) Ocupação Carga (TR)

23.0 35 15 9.580

23.0 35 20 9.744

23.0 35 25 9.907

24.0 35 35 9.831

24.0 35 40 9.995

24.5 35 45 9.955

25.0 35 50 9.913

Tab.9 – Comparativo dos resultados obtidos em simulação para utilização de um equipamento.

6.4. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO E AR

A partir da escolha do tipo de equipamento, por se tratar de uma máquina

standard (com suas características definidas pelo fabricante entre elas a vazão e a

pressão estática disponível pelo ventilador), os cálculos dimensionais do sistema de

dutos foi feito utilizando-se os dados do equipamento. Cada um, dos dois

equipamentos, possui uma vazão informada pelo fabricante de 6800m³/h e uma

50

pressão estática disponível de 7mmCA a 22mmCA, no entanto como verificamos

que nem todos os equipamentos existentes no mercado permitem esta

disponibilidade de pressão, optamos por realizar o dimensionamento com uma

pressão estática disponível de 20mmCA, por ser a mais comumente observada, não

limitando assim a solução escolhida a um único fabricante (Carrier).

A metodologia utilizada para este dimensionamento foi o método da

recuperação de pressão estática. Este método consiste basicamente de um balanço

de energia utilizando-se a equação de Bernoulli:

��

�+

��

2+ � =

��

�+

��

2+ � + ∆�

Sendo: �

� �

�

� → as parcelas de energia estática.

��

��

��

�� → as parcelas de energia dinâmica.

� � � → as parcelas de energia de posição.

∆� → a perda de carga ao longo do trecho.

Considerando-se duas secções em um escoamento, conforme mostrado na

figura e na equação acima, a energia no ponto 1 será igual a energia no ponto 2

mais uma parcela de perda de carga.

É importante distribuir a vazão fornecida pelo equipamento por todo o

auditório, dividindo assim a vazão em “bocas de insuflamento”, essa divisão faz com

que o dimensionamento dos dutos se torne iterativo, já que para obtermos igual

vazão em todas as “bocas de insuflamento” é preciso termos igual perda de carga, e

esta depende da velocidade e das áreas dos dutos.

Devido a complexidade deste cálculo, para nos auxiliar no dimensionamento

foi utilizada uma planilha de cálculo fornecida pelo Prof. Fernando Torres na

disciplina de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos. Esta planilha destina-se ao

balanceamento de vazões e funciona informando-se a pressão estática do

ventilador, as vazões desejadas em cada boca e as perdas de carga nos trechos, e

1 2

51

nos fornece os diâmetros de cada secção dos dutos e as velocidades em cada

trecho.

Um dos critérios utilizados no dimensionamento dos dutos é a velocidade na

saída de ar nas “bocas de insuflamento” do auditório, já que um deslocamento de ar

em grande velocidade pode causar desconforto e ruído, para evitar isso foram

utilizadas as velocidades recomendadas por Macintyre (1990).

Visto isso, foram realizados vários testes utilizando-se a planilha a fim de

encontrarmos uma solução viável, compatibilizando as velocidades encontradas com

as estabelecidas e mantendo um tamanho de duto coerente, para isso foi necessário

introduzir ao sistema uma perda de carga referente a regulagem dos registros dos

difusores de ar (“bocas de insuflamento”).

Fig.12– Distribuição dos difusores no auditório

Como podemos identificar no traçado dos dutos, na figura acima, existem

duas redes de dutos. A distribuição foi realizada desta forma para viabilizar a

utilização das duas máquinas separadamente. Como mencionado anteriormente, a

perda de carga nos dutos depende da velocidade de escoamento nos mesmos,

sendo assim, se fossemos utilizar apenas uma rede de dutos comum as máquinas,

52

esta rede, quando em operação apenas um dos equipamentos, não garantiria os

mesmos parâmetros de funcionamento (vazão, pressão, velocidade) necessários a

cada uma das bocas, necessitando assim, uma nova regulagem e balanceamento

do sistema.

No entanto, para proporcionar a distribuição de ar, quando apenas um

equipamento estiver em funcionamento, será utilizado um sistema de dutos de

retorno cruzado. Ou seja, quando o ramal de insuflamento do lado direito estiver

operante o retorno será dado pela rede de dutos do lado oposto (esquerdo), e vice-

versa. Garantindo assim um fluxo de ar por todo o ambiente.

Além disso, a distribuição do fluxo de ar por todo o ambiente também será

garantida pelo sistema de automação que faz o revezamento dos equipamentos.

A construção dos dutos será retangular em chapa de aço galvanizado, nas

bitolas recomendadas pela norma SMACNA. Visto isso, torna-se necessária a

conversão dos diâmetros obtidos na planilha de cálculo dos dutos por dimensão

equivalente determinada com o auxílio de tabelas da ASHRAE.

Quanto aos dispositivos de insuflamento foram escolhidos os do tipo difusor

quatro vias, quadrados, com registro de regulagem de vazão. Optou-se pela

utilização destes dispositivos, pois possibilitam uma área de abrangência maior, uma

vez que o jato de ar é distribuído nas quatro direções, e por questões de estética,

uma vez que sua instalação é propicia ao tipo de forro de gesso pretendido.

Já ao que se refere aos dispositivos de retorno optou-se por utilizar grelhas de

simples deflexão, retangulares, com registro de regulagem de vazão. Estes

dispositivos são os mais indicados as faixas de velocidade recomendadas para

retorno de ar e, além disso, são de menor custo.

Os resultados obtidos no dimensionamento podem ser observados no

desenho abaixo:

Fig.13– Distribuição de ar.

53

54

7. PROJETO DE DETALHAMENTO

Esta etapa visa a reunião de todas as informações e concepções dos

sistemas adotados com o objetivo de consolidar o projeto.

Nesta fase é elaborado um documento, denominado Memorial Descritivo,

contendo todas as informações e especificações técnicas necessárias e suficientes

à execução de um processo licitatório e à execução dos serviços. Trata-se de um

projeto básico que contem os dados suficientes para garantir a correta compreensão

dos conceitos adotados no projeto e a caracterização das instalações, envolvendo:

distribuição de ar, disposição das tubulações frigorígenas, especificações dos

equipamentos, tensões de alimentação, lógica de funcionamento e demais

características necessárias à tomada de preços, aquisição, execução e operação

das instalações propostas.

O Memorial Descritivo elaborado encontra-se como anexo a este documento

(projeto) para facilitar o manuseio e a sua utilização pela equipe da PROPLAD na

elaboração de processo licitatório.

55

8. PROJETO LEGAL

“Esta etapa deverá ser executada sempre que requerida. Destina-se a

representação, na formatação exigida, das informações técnicas necessárias à

análise e aprovação, pelas unidades competentes com base nas exigências

legais.”(ABNT16401).

Sendo assim, caso seja considerado necessária a execução desta etapa,

caberá a equipe responsável pelo empreendimento e a Universidade, perante aos

órgãos que julgarem competentes, tomarem as medidas necessárias para

adequação do projeto.

No entanto, nos disponibilizamos a prestar todo e qualquer tipo de

esclarecimento para elaboração e adequação da documentação de projeto

necessária a esta fase.

56

9. DETALHAMENTO DE OBRA E DESENHOS CONFORME CONSTRUÍDO (“AS BUILT”)

Depois de finalizado e formalizado a documentação de projeto, Memorial

Descritivo, este deverá ser analisado, validado e endossado pela empresa

instaladora proponente.

No caso de alguma alteração necessária no projeto, seja por:

• Características dimensionais ou construtivas dos equipamentos

efetivamente utilizados;

• Detalhes construtivos e padrões de fabricação;

• Modificações e/ou interferências não previstas tais como reformas,

construções e modificações de lay-out;

Caberá a empresa executora, informar, justificar e documentar em Memorial

Descritivo todas as alterações de projeto bem como fornecer, ao final da obra, os

desenhos das instalações, conforme construído. A esta fase denominamos

popularmente de “As Built”.

57

10. CONCLUSÃO

A execução deste projeto nos possibilitou uma vivência prática da aplicação

de uma metologia de projeto aplicada a uma área não muito abordada durante o

curso de Graduação em Engenharia Mecânica. Na elaboração deste trabalho foi

possível utilizarmos uma série de conhecimentos e ferramentas adquiridas durante o

curso, entre elas podemos citar o programa EES, utilizados na execução de

trabalhos na cadeira de Refrigeração e as planilhas de balanceamento e

dimensionamento do sistema de distribuição de ar, elaboradas para execução de

trabalho da disciplina de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos.

No entanto, foi necessária a busca de mais informações e conhecimentos

específicos aplicados a elaboração deste projeto. Literaturas como a norma NBR

15220 e 16401, ASHRAE e SMACNA foram cruciais para determinação dos

parâmetros e metologias adotadas neste projeto. Além disso, consultamos e

analisamos uma série de projetos executados por empresas especializadas na área

de climatização para que pudéssemos adequar um trabalho acadêmico à um

trabalho profissional, pronto para utilização como projeto básico para posterior

execução.

Visto isso, concluímos que, além do aprendizado obtido durante a elaboração

deste projeto, este trabalho será de utilidade a Universidade e trará benefícios a

seus usuários. Desta forma, consideramos alcançados os objetivos acadêmicos e de

compromisso e gratidão à esta Instituição de Ensino.

58

11. BIBLIOGRAFIA

INCROPERA, Frank P. e David P. DeWitt; “Fundamentos de Transferência de Calor e Massa”, 5º ed. Editora LTC. ABNT, Norma 15220, “Desempenho térmico de edificações, Parte 1: Definições, símbolos e Unidades”, Setembro de 2003.

ABNT, Norma 15220, “Desempenho térmico de edificações,Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações”, Setembro de 2003. ABNT, Norma 15220, “Desempenho térmico de edificações, Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social”, Setembro de 2003. ABNT, Norma 16401, “Instalações de ar- condicionado – Sistemas Centrais e Unitários; Parte 1: Projetos das instalações”, Setembro de 2008.

ABNT, Norma 16401, “Instalações de ar- condicionado – Sistemas Centrais e Unitários; Parte 2: Parâmetros de conforto térmico”, Setembro de 2008.

ABNT, Norma 16401, “Instalações de ar- condicionado – Sistemas Centrais e Unitários; Parte 3: Qualidade do ar interior”, Setembro de 2008.

ASHRAE, Refrigeration Handbook, 1998. ANVISA, Portaria nº 3.523/GM, de 28 de agosto de 1998 MACINTYRE, Archibald Joseph. Ventilação Industrial e Controle da Poluição. 2ª Edição. LTC.

ALVES, Arone João Pimenta e Alexandre Baltoré; “Análise Computacional da demanda Energética de climatização de edifísio”, VII Congresso Ibero Americano de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración, Argentina, 2005.

MENDES, Gonçalo F.; “Climatização de um Edifício de Escritórios com Zona Comercial”, Projeto de Termodinâmica Aplicada, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal, 2001.

KARASHIMA, Thiago M.; “Avaliação de Diferentes Ferramentas para Cálculo de Carga Térmica e sua Aplicação na Análise Energética de Edifícios”, Projeto de Graduação em Eng. Mecânica, Universidade de Brasília, 2006.

59

BARBOSA, Rogério M.; “Simulação de Sistemas de Climatização Combinada a Simulação Higrotérmica de Edificações”, Tese de Mestrado em Eng. Mecânica, Pontifícia Universidade Católica do Paraná, 2006. TALAIA, Mário A.R; Helena Simões; “Ambiente Térmico Interior - Avaliação de Conforto/ Desconforto; Caso de Estudo”, Universidade de Aveiro, Aveiro, Portugal, 2008.

INATOMI, Thais A. H.; “Análise da Eficiência Energética do Sistema de Condicionamento de Ar com Distribuição pelo Piso em Ambiente de Escritório, na Cidade de São Paulo, Utilizando o Modelo Computacional EnergiPlus”, Tese de Mestrado em Eng. Civil, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2008.

Tutorial EES.

Tutorial CTVER

Sites para consultas de catálogos técnicos e comerciais:

www.springer.com.br

www.trox.com.br

www.isover.com.br

www.agst.com.br

60

12. ANEXOS

MEMORIAL DESCRITIVO

SUGESTÃO DE PLANO DE MANUTENÇÃO OPERAÇÃO E CONTROLE

PREVISÃO ORÇAMENTÁRIA

CATÁLOGOS

proje to

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