sistema de refrigeração por meio de água gelada de um grau de temperatura. em unidade métricas,...

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Ensaios & Diálogos, Rio Claro, v. 10, n. 1, p. 197-224, jan./dez. 2017

Sistema de refrigeração por meio de água gelada

Ticiano DEL’ANTONIO1

Danilo Rodrigo NOVENTA2

Mario Almir FERES JUNIOR3

Resumo: Nos últimos anos, o mundo passou por uma grande transformação, o crescimento do número de empresas e a globalização fizeram com que as empre-sas, por causa da concorrência, aumentassem sua produtividade, para se manter no mercado de forma competitiva. Nesse processo, os sistemas de climatiza-ção e refrigeração têm papel importante no aumento de produtividade, maior confiabilidade e consequentemente ganho na qualidade final do produto. Dessa forma, fica bem clara a importância de um estudo sobre sistemas de refrigeração. O objetivo deste trabalho é apresentar características de um projeto de sistema de refrigeração, detalhando e explanando suas características. São analisados os principais aspectos relevantes ao projeto do sistema, e procura-se utilizar princí-pios físicos através de cálculos numéricos para dimensionar um sistema, e ela-borar layout detalhado de uma instalação. Para isso será realizada uma pesquisa bibliográfica.

Palavras-chave: Calor. Refrigeração. Água.

1 Ticiano Del’ Antonio, Engenheiro Mecânico da empresa Agroceres Multmix Nutrição Animal LTDA.2 Danilo Rodrigo Noventa. Engenheiro Mecânico, da MDT – Industria Comercio Importação e Exportação de Implantes.3 Mario Almir Feres Junior. Doutor em Química na Agricultura e no Ambiente pelo Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo (USP). Atualmente é professor responsável pelas disciplinas Química Geral e Tecnológica do Claretiano – Faculdade de Rio Claro (SP) e Uniesp Tietê, para os cursos de Engenharia de Produção, Elétrica, Mecânica e Mecatrônica. E-mail: <[email protected]>.

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1. INTRODUÇÃO

Quando falamos de refrigeração industrial, logo fazemos uma ligação com condicionadores de ar. Embora ambos tenham uma relação muito grande, fazem parte de seguimentos e mercados distintos. Basicamente ambos os sistemas têm o mesmo objetivo, a refrigeração de alguma substancia ou meio. Utilizam-se dos mes-mos componentes: compressores, trocadores de calor, ventiladores, bombas, tubos, dutos e controles. Os fluidos envolvidos mais usa-dos são: água, ar e alguns fluidos refrigerantes.

Os sistemas de refrigeração industrial e os condicionadores de ar se distinguem em aspectos como procedimento de projeto e participação de mercado. Essas diferenças justificam o tratamento diferenciado dado para a refrigeração industrial, mesmo que o mercado de condicionadoras de ar tenha superioridade ao de refrigeração industrial no que diz respeito a número de unidades instaladas, volume de venda e números de profissionais empregados (STOECKER; JABARDO, 2002).

Segundo os irmãos Rex Miller e Mark Miller (2008), o pro-cesso de refrigeração é dado pela remoção de calor de onde ele não é desejado, calor este que pode ser removido do ar para conforto térmico humano e para conservação de alimentos.

Calor é uma fonte de energia, parte distinta e manuseável de todo material. A quantidade de calor depende da quantidade e do tipo do corpo em questão. O calor não pode ser destruído, mas pode ser transferido de um corpo para outro, sempre passando do mais quente para o mais frio. Neste fato se baseia a ciência da refrigera-ção.

A temperatura é medida da intensidade ou nível de calor. A unidade mais usada é o grau centesimal, ou como conhecida usual-mente grau centigrado (ºC); um grau centigrado é igual a 1/100 da diferença entre o ponto de ebulição da água e o ponto de fusão do gelo, sob a pressão atmosférica (SILVA, 2006).

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2. CALOR E CARGA TÉRMICA

Calor, por definição, é uma forma de energia em trânsito ou movimento. Na Termodinâmica, este calor pode ser definido como a relação entre a energia térmica e a energia de movimento e suas aplicações no desenvolvimento de equipamento e maquinas térmi-ca (SILVA, 2006).

Figura 1. Calor trocado entre um corpo quente e um corpo frio.

Fonte: Silva (2006, p. 1).

Silva (2006, p. 1) define calor da seguinte forma:Calor é uma forma de energia, uma propriedade distinta e mensurável de toda matéria. A quantidade de calor depen-de da quantidade e do tipo do corpo em questão. O calor não pode ser destruído, mas pode ser transferido de um corpo para outro, sempre passando do mais quente para o mais frio. Neste fato se baseia a ciência da refrigeração.

Carga térmica é a quantidade de calor sensível ou latente transportado de um corpo para outro, de acordo com a necessidade, a fim de melhorar o conforto térmico, ou manter as condições ade-quadas para determinado processo. O calor sensível é a quantidade de calor (Q) que um determinado corpo ganha ou perde; ele provo-ca apenas variação na temperatura do corpo, sem que aconteça mu-dança no seu estado de agregação, ou seja, se o corpo é sólido, con-tinua sólido e o mesmo acontece com os estados líquidos e gasosos. O calor sensível também pode ser chamando de calor específico.

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Este é definido por Silva (2006, p. 4) como segue:Calor específico de um copo é a quantidade de calor neces-

sária para elevar a temperatura de uma unidade de massa do corpo de um grau de temperatura. Em unidade métricas, é a quantidade de calor, em Kcal, necessária para elevar a temperatura de 1kg do corpo de 1ºC; em unidade inglesa, a quantidade de calor em Btu, necessária para elevar a temperatura de uma libra do corpo de 1ºF. Pela própria definição das unidades de quantidade de calor, o ca-lor específico da água é 1,0. Como a maioria dos corpos requerem menos energia calorífica do que a água para uma dada alteração de temperatura, os seus calores específicos são menores que 1,0. Para achar o calor necessário para medir a temperatura de um corpo, multiplique o seu peso pelo seu calor específico, vezes a diferença de temperatura desejada, ou seja:

H = WS (T2 – T1)

Onde:

H = quantidade de calor, Kcal ou Btu

W = peso, kg ou Lb

S = calor específico, kcal/Kg/ºC ou Btu/Lb/ºF

T1 = temperatura inicial, ºC ou ºF

T2 = temperatura final, ºC ou ºF

Calor latente, diferentemente do sensível, é a quantidade de calor adicionada ou retirada de um corpo que causa uma mudança de estado, sem mudança de temperatura, podendo estar a substân-cia em três estados, líquido, sólido e gasoso. Um bom exemplo é a água que, entre a temperatura de 0ºC e 100ºC, permanece em esta-do líquido; já se a temperatura da água for elevada acima de 100ºC, seu estado muda para vapor e, se estiver abaixo de 0ºC, a água se transforma em sólido (SILVA, 2006).

3. SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO E REFRIGERAÇÃO

É importante entender o que é refrigerar: refrigerar é a trans-ferência de calor de uma área para outra. A refrigeração tem aplica-

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ções em muitas atividades humanas, podemos citar exemplos muito populares, como a conservação de alimentos e a climatização de ambientes. Ela pode ser utilizada para fins comerciais e domésti-cos; no segmento comercial, é aplicada em supermercados e afins industriais, em processo de conservação de alimentos, na retirada de calor em processos industriais, químicos e petrolíferos.

Na indústria, podemos citar, entre outras aplicações, a fabri-cação de gelo, as grandes instalações de empacotamento e conge-lamento de alimentos (carne bovina, carne de peixe e de aves), e também os processos da indústria cervejeira e da fabricação de la-ticínio.

A refrigeração/climatização também está inserida no setor de transportes, pela necessidade de transportar produtos congelados ou resfriados em caminhões frigoríficos e navios frigoríficos, em climatização de ônibus, cabines de caminhões e navios.

Outro local muito comum em que se empregam sistemas de refrigeração são residências: a maioria dos lares possui refrigera-dores para conservação de alimentos e, embora não sejam tão co-muns, está em constate crescimento a adoção de condicionadores de ar. Ambos têm mesma concepção construtiva, porém cada um com possui características próprias (SILVA, 2007).

4. TIPOS DE SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO

Quando falamos em climatizar um recinto, estamos nos refe-rindo ao processo de tratamento de um ambiente fechado, de forma a controlar nele o movimento, a pureza, a umidade e, principal-mente, a temperatura do ar. Para isso, é necessário colocar o ar do ambiente que se deseja climatizar em movimento contínuo. Há dois tipos de sistemas de distribuição de ar, a saber, o de zona única e o de zona múltipla: o de zona única podemos exemplificar com uma sala como um auditório; já para o sistema de zona múltipla pode ser ilustrado por um conjunto de salas.

O objetivo principal do controle de temperatura de um am-biente é proporcionar conforto. Silva (2007, p. 61) diz:

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Segundo a Ashrae (1997), conforto térmico é um estado de espírito que reflete satisfação com o ambiente térmico que envolve uma pessoa. É, portanto, uma sensação subjetiva que depende de aspectos biológicos, físicos e emocionais dos ocupantes, não sendo, desta forma possível satisfazer, com uma determinada condição térmica, todos os indi-víduos que ocupam um recinto. O estudo com conforto térmico tem como objetivo a determinação das condições ambientais que possibilitam o conforto térmico para um maior número possível de pessoas.

Esta sensação de conforto depende da facilidade com que o indivíduo estabelece um balanço térmico com o meio, com o intuito de manter a temperatura interna corporal em 37ºC. Mesmo que o equilíbrio térmico seja alcançado, uma pessoa pode não se sentir confortável, por exemplo, se es-tiver na presença de um campo assimétrico de radiação.

O corpo humano pode perder calor pela evaporação do suor, bem como receber ou ceder calor para ambiente pelos mecanismos de respiração, radiação e convecção, depen-dendo da temperatura do ar.

O mais popular entre os sistemas de refrigeração é o ar con-dicionado de janela, também conhecido com ACJ (Ar Condicio-nado de Janela). São equipamentos com o mesmo princípio de um grande sistema de refrigeração, porém ficam embutidos dentro de uma caixa metálica, são instalados na parede e são muito utiliza-dos em residências e prédios de escritórios. Para esse mesmo se-guimento, também temos um sistema de climatização muito usual, os aparelhos de condicionador de ar tipo Split, ou divididos: são equipamento de fácil adaptação, muito silencioso e de estética bem agradável (SILVA, 2007).

A aplicação desse tipo de equipamento pode ser realizada junto ao piso, na parede próxima ao teto ou mesmo embutindo-se no gesso.

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Figura 2. Aparelho de ar condicionado de janela (ACJ).

Fonte: Brain (2014).

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Figura 3. Aparelho de ar condicionado Split.

Fonte: Voltani (2014).

Outro tipo de sistema de climatização que podemos citar é o Self-Contained ou compacto. Esse equipamento é mais robusto que o ACJ e o Split, porém pode ser empregado também para uso residencial e comercial. Seu grande diferencial é poder operar com a condensação a ar ou a água. Para Self de condensação a água, é necessário que se tenha no sistema uma torre para arrefecimento de água; já para condensação a ar, é acoplado ventilador centrífugo para movimentar o ar entre as aletas do condensador e liberar calor (SILVA, 2014).

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Figura 4. Aparelho de ar condicionado tipo Self.


Para caracterizar sistema de refrigeração como sendo de grande porte, ele deve conter, basicamente, duas máquinas carac-terísticas, fan-coil e chiller. Esse sistema funciona de forma a cen-tralizar produção de água gelada por meio de um grande resfriador (chiller). Sistemas como esses são utilizados em grandes instala-ções, como shoppings, hotéis, grandes centros comerciais e possui também aplicações industriais (linha de produção).

Basicamente, o sistema de refrigeração por meio de chiller é similar aos demais, dadas suas proporções, e tem a mesma finalida-de, porém se difere pelo tamanho e por suas particularidades.

A água fria que é produzida pelo chiller (conjunto de evapo-rador) é distribuída por bombas de água através de uma linha de tubos hidráulicos metálicos de alta resistência até os fan-coil distri-buídos em diversos ambientes.

No fan-coil instalado nos ambientes, a água fria, que chega em torno de 7ºC, circula na serpentina do equipamento; por sua vez, o fan-coil succiona o ar do ambiente por meio de um venti-

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lador, forçando o ar succionado a passar pela serpentina que, em função da água fria, resfria o ar e o devolve ao ambiente.

Depois do processo, a água fria que circulou da serpentina ganha cerca de 5ºC, voltando ao chiller em uma temperatura de aproximadamente 12ºC para ser resfriada e voltar a sua temperatura inicial de 7ºC, e assim sucessivamente (SILVA, 2014).

Figura 5. Sistema de refrigeração por chiller.

Fonte: Sobral (2014).

5. ELEMENTOS DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO POR ÁGUA FRIA

Basicamente, temos três grandes elementos em um sistema de refrigeração por água fria, são eles: torre de resfriamento, chiller e fan-coil.

A torre de resfriamento é um condensador, responsável por remover calor da água que retorna de resfriamento do chiller. Ela é pulverizada na bacia da torre; assim, o calor é cedido para o ar circu-lado através da torre. Existem torres de resfriamento bem grandes, e também, dependendo da necessidade, elas podem ser instaladas em paralelo a um sistema, para que juntas forneçam o resfriamento necessário ao sistema principal. A capacidade de resfriamento de uma torre é dada em TR’s, por meio de um cálculo baseado na ca-pacidade de transferência de calor 250Btu/min/TR, e a velocidade

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do ar normal de um projeto de uma torre é de, aproximadamente, 3milhas/h. Normalmente há um termostato cujo Dt varia em função do projeto e do fabricante.

Existem dois tipos de torre de resfriamento classificadas pelo método de circulação de ar. São elas: torre de tiragem normal e torre de tiragem mecânica, sendo a mais utilizada em projetos de sistema da refrigeração a de tiragem mecânica (MILLER; MILLER, 2008).

Figura 6. Fluxo de ar em uma torre de resfriamento.

Fonte: Silva (2010, p. 125).

Para selecionar uma torre de resfriamento, é necessário saber o limite de resfriamento da água: caso a água seja resfriada em contato com o ar, o ponto-limite de equilíbrio a ser atingido é a temperatura do bulbo úmido, ou seja, a água não pode ser resfriada a uma temperatura inferior a TBU (Temperatura de Bulbo Úmido) do ar. Também é preciso considerar a carga térmica do sistema e a temperatura de entrada de ar quente (SILVA, 2014).

A capacidade de resfriamento de uma torre é dada pela se-guinte equação:

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Ptorre = rag x Qag x Cag x (Te – Ts)rag = densidade de águaQag = vazão da água circulada pela torre Cag = calor específico da água Te = Temperatura de entrada da águaTs = Temperatura de saída da água

Figura 7. Detalhamento dos componentes de uma torre de resfria-mento.

Fonte: Alfaterm (2014).

Fan-coil é um condicionador de ar que recebe a água gelada produzida no evaporador do chiller. Com a linha de água ligada, o evaporador conduz o ar até os ambientes. Esse ar é condiciona-do pela água gelada que passa na serpentina do fan-coil (SILVA, 2006).

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Figura 8. Fan-coil.


O chiller, como é mais comumente chamado, é um resfriador de líquidos. É um equipamento fabricado para operar e ser utiliza-do em projetos de circuito frigorígeno (ciclo de refrigeração mecâ-nica), para produção de água gelada. O resfriador é o coração de qualquer sistema de ar condicionado. É capaz de trabalhar com uma grande variação de temperatura, podendo até ser negativa quando utilizados aditivos (SILVA, 2006).

A água ou até salmoura esfriada em um chiller pode ser em-pregada em grandes unidades de ar condicionado, como também pode ser empregada em uma ampla gama de processos industriais em que é necessário um resfriamento para uma determinada opera-ção (MILLER; MILLER, 2008).

Um chiller é indicado para sistemas de refrigeração de gran-de porte, e deve ter as seguintes características: durabilidade, alto grau de eficiência e bom custo benefício. Usualmente é utilizado em setores como:

• construção e contratação;

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• paradas de emergência;• eventos;• indústrias alimentícias;• projetos do governo;• indústrias farmacêuticas;• indústrias do petróleo e gás, petroquímicos e refinarias;• hospitais;• indústrias químicas;• CPD’s;• logística;• aeroportos;• estações de metrô ou armazéns;• pistas de patinação no gelo;• mineração e tunelamento;• refrigeração em geral.

Figura 9. Ilustração de um equipamento chiller.


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Quando falamos de chiller, é importante mencionar um com-ponente fundamental desse equipamento, chamado compressor. Este é um componente mecânico mais complexo de um sistema de refrigeração, é responsável por fornecer um diferencial de pressão para que o fluido refrigerante possa evaporar a uma temperatura inferior à de condensação e, assim, extrair o calor de uma fonte fria e rejeitar esse calor para uma fonte quente.

O compressor é o componente que mais consome energia em uma instalação frigorífica, influenciando o custo operacional; dessa forma, é muito importante conhecer seus componentes em função das diversas variáveis de ciclo frigorífico.

Dentre as opções de compressores, temos alternativo, rotati-vo, scroll e parafuso. Os compressores a parafuso duplo, ou popu-larmente chamados a parafuso, são os mais utilizados em sistemas de refrigeração e de climatização, pertencem à classe de compres-sores com deslocamento positivo. Eles possuem dois rotores prin-cipais (macho e fêmea), com a função de transportar o gás refrige-rante continuamente de uma ponta do eixo para outra.

Basicamente, temos três fases em sua operação: sucção, com-pressão e descarga. Na sucção, o gás preenche de forma contínua a área entre lóbulos dos rotores até o instante em que os lóbulos ultrapassagem a região de entrada; na compressão, o volume entre os lóbulos é reduzido e o gás é comprimido gradativamente até o ponto de descarga, quando o gás comprimido é descarregado (SAL-VADOR, 1999).

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Figura 10. Compressor a parafuso.

Fonte: Marantar (2013).

6. DESEMPENHO DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO

É conhecido como COP (Coeficiente de Desempenho ou Coefficient of Performance) o parâmetro que mede a eficiência utilizada em um sistema de refrigeração, uma grandeza adimensional, comumente utilizada para avaliar a relação entre a capacidade de refrigeração obtida e o trabalho gasto para tanto. Podendo ser definido como:

= ou

Nessa equação, Qe é a capacidade de refrigeração e Wc, a potência de compressão, com mostra o diagrama de p – h (pressão x entalpia) a seguir.

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Figura 11. Diagrama P – H do Ciclo Frigorífico de Carnot.

Fonte: Silva (2010, p.41).

Fonte: Silva (2010, p. 40).

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O Ciclo de Carnot trabalha com dois níveis de temperatura e, dessa forma, é o que apresenta maior eficiência. Esse ciclo é conhe-cido, na Termodinâmica, como motor térmico. O motor térmico de Carnot recebe energia a alta temperatura, converte um percentual da energia em trabalho e deposita o restante em um reservatório térmico de baixa temperatura.

7. PROJETO DE CLIMATIZAÇÃO

Para um projeto de climatização bem-sucedido, é fundamen-tal o envolvimento do projetista que fará o desenvolvimento desse projeto na concepção dos demais projetos da construção da área a ser climatizada, tais como: arquitetônico, hidráulico, elétrico e estrutural. Dessa forma, o projetista terá todas as informações per-tinentes e necessárias para o desenvolvimento físico e técnico do projeto de climatização (SILVA, 2010).

Um projeto de climatização é composto por uma série de eta-pas, a saber:

1) Estudo preliminar: são definidos normas e procedimentos que serão levados em consideração para definir o sistema de climatização a ser projetado.

2) Bases de calcular: são adotados parâmetros com base no dimensionamento do sistema, tais como: taxa de ocupa-ção, iluminação e fontes de calor externas, pressão e umi-dade.

3) Dimensionamento do sistema: são realizadas as definições de todos os constituintes do sistema adotado, consideran-do características levantadas na fase de base de cálculo, estimativa das cargas térmicas dos ambientes e a carga tér-mica total; para tanto, devem ser levados em consideração critérios como: simultaneidade, seleção de equipamento, local da edificação, projeto de dutos quando necessários, projeto hidráulico, projeto elétrico e esquema de controles.

4) Memorial descritivo: para o memorial descritivo, é infor-mada objetivamente a solução escolhida pelo sistema de

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climatização e são relatados, com base na execução do projeto, informações gerais do sistema, tabelas e resumo de cálculos.

5) Parte Gráfica: as ideias de consideração são colocadas em um desenho técnico, com detalhes para entendimento do cliente e dos profissionais que farão a instalação do pro-jeto, tais como: desenho da casa de máquinas, localização da base dos equipamentos e suas características, rede de dutos, rede hidráulica, fluxograma de controles e esquema geral de distribuição elétrica (SILVA, 2010).

O cálculo da carga térmica é importante para estabelecer as aplicações e as condições, sendo que estas vão determinar o valor das trocas térmicas que ocorrerão entre o interior do ambiente e o meio externo. Uma série de fatores influenciam um projeto de climatização, podemos citar algumas: tipo de atividade que será realizada no ambiente; sexo e idade dos ocupantes; clima e época do ano etc. (SILVA, 2010).

Cada projeto exige um levantamento detalhado de todas as variáveis e condições do local, a fim de ter um projeto preciso e capaz de atender às necessidades exigidas preliminarmente.

Existem diversas normas para trabalhar com sistemas de re-frigeração, podemos citar a NBR (Norma Brasileira de Regulamen-tadora) 16410 para refrigeração, que fornece a tabela a seguir, com as condições de conforto térmico para alguns ambientes, bem como uma tabela de condições externas para cidade/estados do país de acordo com a estação (SILVA, 2010).

Tabela 1. Condições internas de conforto para o verão.

Finalidade LocalRecomendável Máxima

TBS (°C) UR (%) TBS (°C) UR (%)

Conforto Residências, hotéis, escritórios, escolas e bancos. 23 a 25 40 a 60 26,5 65

Lojas de curto tempo de ocupação

Barbearias, cabeleireiros, lojas e magazines e supermercados.

24 a 26 40 a 60 27 65

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Finalidade LocalRecomendável Máxima

TBS (°C) UR (%) TBS (°C) UR (%)

Ambientes com grandes cargas de calor latente e/ou sensível

Teatros, auditórios, templos, cinemas, bares, lanchonetes, restaurantes, bibliotecas e estúdios de TV

24 a 26 40 a 65 27 65

Fonte: Silva (2010, p.177).

Tabela 2. Condições externas para cidades do país (verão).

CIDADES TBS TBU

Macapá (AP) 34 28,5

Manaus (AM) 35 29

João Pessoa (PB) 32 26

São Luís (MA) 33 28

Fortaleza (CE) 32 26

Natal (RN) 32 27

Recife (PE) 32 26

Maceió (AL) 33 27

Salvador (BA) 32 26

Aracajú (SE) 32 26

Vitória (ES) 33 28

Belo Horizonte (MG) 32 24

Rio de Janeiro (RJ) 35 26,5

São Paulo (SP) 31 24

Brasília (DF) 32 23,5

Goiânia (GO) 33 26

Cuiabá (MT) 36 27

Campo Grande (MS) 34 25

Curitiba (PR) 30 23,5

Florianópolis (SC) 32 26

Porto Alegre (RS) 34 26

Fonte: ABNT NBR 16401-1 (2008, p. 32-36).

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Dentre as variáveis existentes para base de cálculo da carga térmica e do dimensionamento do sistema, comentaremos duas: a primeira é composta por infiltração e ar de renovação. A quantidade de ar depende da finalidade do ambiente (ocupação e atividades). Uma forma de admissão se dá por meio da infiltração do ar através de portas e janelas (frequência com que são abertas e tamanho das frestas). De acordo com o Ministério de saúde, é estabelecido 27 m³/h por pessoa para renovação do ar.

A fórmula para a vazão volumétrica é:

.

Para calcular a carga térmica devida ao ar externo, é preciso conhecer as condições de TBS e TBU do ar no final e no início do processo. Pode-se também obter essa carga térmica a partir do produto da massa de ar de renovação pelo valor da entalpia obtido a partir do traçado psicrométrico.

Essa parcela de carga é dividida em duas partes, uma sensí-vel e uma latente. Como exemplo, é possível estimar, com a carga psicrométrica, qual a carga térmica latente e sensível decorrente de uma vazão de ar de renovação.

Numa condição de resfriamento e redução da umidade relati-va de TBS1, War 1 para TBS2, War 2, na carga psicrométrica pode--se obter a entalpia do ar externo (har 1), a do ar resfriado (har 2) e a entalpia de um ponto intermediário (hx) que forma um triangulo retângulo.

O fluxo da massa de ar externo de renovação é calculado por meio do produto da vazão pela densidade do ar.

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Figura 12. Ilustração do cálculo da carga térmica devido à renovação.

Fonte: Silva (2010, p. 185).

A carga térmica sensível e a carga térmica latente são calcu-ladas utilizando as formulas:

A segunda variável de que trataremos é a taxa de ocupação: uma grande fonte de calor interno que deve ser levado em conside-ração é constituída por pessoas. Um bom exemplo disso são audi-

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tórios, teatros e cinemas, em que a carga térmica devido à ocupação é predominante.

O ser humano libera calor para o ambiente de duas formas, sensível e latente; esse calor depende do grau de atividade das pes-soas. Na norma NBR 16410, pode ser encontrada uma estimativa de calor latente e sensível liberado por cada pessoa.

Para efeito de cálculo de carga térmica, é preciso que se faça um levantamento da taxa de ocupação, ou seja, do número de pes-soas que frequentam o ambiente a ser refrigerado, bem como do tempo de permanência desses indivíduos no ambiente. Embora se-jam difíceis de obter, sem essas informações o cálculo de carga térmica pode ter pouco valor por conta da falta de precisão. No caso de tais informações não poderem ser levantadas, deve-se seguir va-lores fornecidos pela norma NBR 16410, como exposto na tabela a seguir (SILVA, 2010).

Tabela 3. Taxa de ocupação de pessoas por m².

LOCAL TAXA DE OCUPAÇÃO [m²/pessoa]

Bancos – recintos privados 7

Bancos – recintos públicos 4

Lojas com pouco movimento 5

Lojas com muito movimento (térreo) 2,5

Escritórios em geral 6

Restaurantes 1,4

Museus e bibliotecas 5,5

Auditórios, salas e conferência 0,75

Teatros, cinemas 0,75

Fonte: Silva (2010, p. 190).

Também na NBR 16410 há uma tabela que quantifica o calor liberado por pessoa (kcal/h) = quilocaloria/hora unidade de medida de energia, de acordo com a atividade e temperatura do projeto. Confira a Tabela 4:

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Tabela 4. Quantidade de calor liberado por pessoa de acordo com atividade.

LOCAL METABOLISMO MÉDIO (*)

TEMPERATURA DE BULBO SECO [°C]

28 27 26 24 21

S L S L S L S L S L

Teatro, escola primária. 88 44 44 49 39 53 35 58 30 65 23

Escola secundária 100 45 55 48 52 54 56 60 40 68 32

Escritórios, hotéis, residências, lojas, universidades, supermercados.

113 45 68 50 63 54 59 61 52 71 42

Farmácias, drogarias, bancos

126 45 81 50 76 55 71 64 62 73 53

Restaurante (**) 139 48 91 55 84 61 78 71 68 81 58Fabrica, trabalho leve. 202 48 141 55 134 62 127 74 115 92 97

Fonte: ABNT NBR 16401-1 (2008, p. 53).

S = calor sensível (kcal/h); L = calor latente (kcal/h); (*) = metabolismo médio, correspondente a um grupo composto de adul-tos e crianças de ambos os sexos.

Os valores são obtidos com base nas seguintes hipóteses: me-tabolismo da mulher adulta é = 0,85 X metabolismo do homem adulto; metabolismo da criança = 0,75 X metabolismo do homem adulto esses valores compreendem 14 kcal/h, que corresponde ao metabolismo de um homem adulto (SILVA, 2010).

Com relação à formulação de cálculo, Silva (2010, p. 195) afirma:

Inicialmente, deve-se fazer um esboço do ambiente e de-pois preencher a tabela de acordo com as áreas das janelas, paredes, entre outras informações. Multiplica-se as áreas e informações pelos fatores disponíveis nas colunas 3 e 5, obtendo os valores das parcelas de carga térmica (kcal/h) na quarta e na sexta coluna. Observa-se que a área de ja-

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nela é de 12 metros quadrados. Já a área da parede mais insolada é a face leste, cujas dimensões totais são 8,00 x 3,00= 24,00 metros quadrados. Observe que não há trocas de calor pelo teto e pelo piso porque estas duas faces estão em contato com ambientes climatizados.

Para obter em Btu/h, basta multiplicar Kcal/h por 4. Logo, tem-se a carga térmica sendo, aproximadamente, 41.160 Btu/h.

Tabela 5. Planilha para estimativa de carga térmica.

JanelasFator ¹ sem

proteçãoÁrea¹ Q (²)

(kcal/h)Fator ² cortina

interna

Fator³ proteção externa

Janela ao sol leste ou oeste 520 12 4236 353 109

Janela ao sol ao SE ou SO 354 245 86

Janela ao sol ao NE ou NO 415 284 94

Janela ao sol norte 223 160 67

Janela à sombra (ou sul) 42

Parede mais isolada pesada (30cm) 34 12 516

Parede mais isolada leve (15cm) 43

Dados válidos para Florianópolis considerando-se uma temperatura externa de verão 32°C UR= 60%

Demais paredes pesadas (30cm) 11

Demais paredes pesadas (15cm) 18

Terraço sem isolamento 83

Terraço com isolamento 25

Telhado não arejado sem isolamento 49

Telhado não arejado com isolamento 9

Telhado arejado sem isolamento 20 *1 = sem proteção

Telhado arejado com isolamento 5 *2= com proteção interna

Forro entre andares não condicionado 9 *3= com proteção externa

Piso entre andares não condicionado 12

Iluminação incandescente + equipamentos 0,86 1500 W 1290

Iluminação fluorescente 1,032 2000 W 2064

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Atividade Fator sensível

Número de

pessoas

Q (*) sensível kcal/h

Fator latente Q(*) latente kcal/h

Trabalho leve 62 127

Pessoas sentadas 54 46

Trabalho de escritório 54 10 540 59 590

Ventilação Fator C sensível

Vazão m³/h

Q (*) sensível kcal/h

Fator C Latente Q (*) latente kcal/h

Ar externo de renovação 2 170 340 6,2 1054

Q sensível 8646 kcal/h Q latente 1644 kcal/h

Carga térmica total Q (sensível + latente) 10,290 kcal/h

Fonte: Silva (2010, p. 196).

8. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O Brasil e o Mundo vivem um crecimento acentuado no que se refere a temperaturas elevadas.

O aquecimento global, uma consequência das alterações cli-máticas ocorridas no planeta, contribui para piorar essa situação, que tende a se agravar com o passar dos anos. Dessa forma, o setor de refrigeração cresceu e está crescendo de tal maneira que, nos últimos anos, acabou por ocupar os mais diversos seguimentos, tais como doméstico, comecial, industrial, fabricação, marítimo, tans-porte, entre outros. As perspectivas para este ano são otimistas, in-dicando a manuteção dessa trajetoria de crescimento.

Nos últimos anos, a refrigeração tem alcançado cada vez mais destaque no cenário econômico do Brasil, deixando de ser um item de luxo para ser um item de necessidade para empresas, comércios e residências. No caso das empresas, visa-se ao bem-estar de seus funcionários, o que resulta em aumento de sua produtividade. Já para comércio e residências, o grande ganho é o bem-estar de seus clientes e moradores.

Visando facilitar o processo de planejamento e dimensiona-mento de um sistema de refrigeração, reunimos todas as informa-

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ções necessárias para a instalação, elaborando, assim, um processo contendo todos os passos a serem seguidos.

REFERÊNCIAS

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sistema de refrigeração por meio de água gelada de um grau de temperatura. em unidade métricas,...

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