sistemas de climatizaÇÃo - booki · anÁlise da variaÇÃo de carga nos sistemas 415 24. torres...

SISTEMAS de CLIMATIZAÇÃOcom VOLUME de AR VARIÁVEL

e CAUDAL de ÁGUA VARIÁVEL

RUI CAVACA MARCOS

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA e

QUALIDADE do AR INTERIOR

PARTE A

O Volume de Ar Variável(Equipamentos e sistemas do lado do AR)

1. INTRODUÇÃO – Os Sistemas de Volume de Ar Variável 19

2. O EQUIPAMENTO CENTRAL – UTA central 33

3. O VENTILADOR CENTRAL – Insuflação da UTA central 59

4. CAIXAS TERMINAIS VAV – Tipos e seleção 79

5. REDE de CONDUTAS – Conceção e dimensionamento 101

6. PERFIL DAS PRESSÕES NUM ESCOAMENTO 119

7. CONTROLO DA CAPACIDADE DO VENTILADOR 129

8. PSICROMETRIA DOS PROCESSOS EM VAV 145

9. VENTILAÇÃO E QUALIDADE DO AR INTERIOR 161

10. CONTROLO DO CAUDAL DE AR NOVO (AN) 175

11. ALTERAÇÃO DINÂMICA DO CAUDAL DE AR NOVO 183

12. DIFUSÃO DE AR NOS LOCAIS 203

13. SOLUÇÕES VARIANTES E ALTERNATIVAS 221

14. SISTEMA ECONOMIZADOR DE ENERGIA (lado do ar) 229

15. CONTROLO DA PRESSURIZAÇÃO NUM EDIFÍCIO 249

16. OS ESPAÇOS E A CONCEÇÃO DAS INSTALAÇÕES 273

17. SISTEMA DE GESTÃO TÉCNICA CENTRALIZADA – SGTC 283

PARTE B

O Caudal de Água Variável(Equipamentos e sistemas do lado da ÁGUA)

18. PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA 301

19. BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA 315

20. VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS 343

21. CONTROLO DE INSTALAÇÕES DE CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL 369

22. OS SISTEMAS DE PRODUÇÃO/DISTRIBUIÇÃO 379

23. ANÁLISE DA VARIAÇÃO DE CARGA NOS SISTEMAS 415

24. TORRES DE ARREFECIMENTO 427

ANEXOS

Elementos Auxiliares GLOSSÁRIO DE TERMOS TÉCNICOS E TABELAS CDLIII

BIBLIOGRAFIA E DOCUMENTAÇÃO CDLXI

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS CDLXVII

ÍNDICE DE FIGURAS E TABELAS CDLXXV

MATÉRIAS SUMÁRIO DE

(por Capítulos e Páginas)

Cx VAV R - caixas VAV, c/ reaquecimentoTL - Termóstato local

TL

Local N

+

TL

Local 3

+

TL

Local 2

+

TL

Local 1

+UTA Central

mCx VAV RCx VAV R

TL

Local 3

+UTA central de dupla bateria.

m

Local 1 Local 2 Local N

Cx VAV M

Cx VAV M

Cx VAV R

Cx VAV - caixas VAV BP – registo motorizadode by-pass à UTATL - termostato local

Unidade Central de Expansão Direta

Cx VAV

m

BPTL

Local 1

TL

Local N

TL

Local 2

AN

Cx VAV M - caixas VAV, de mistura de dois caudais.Cx VAV R - caixas de VAV, c/ reaquecimentoTL - Termóstato local

TLTLTL

AN

AN

Fig 1.6

Fig 1.7

Fig 1.8

Existem ainda caixas terminais, que são “assistidas” por ventilador auxiliar em série ou paralelo, que se utilizam para melhorar a eficiência no modo de aquecimento nas zonas periféricas e em situações especiais de espaços que não têm ocupação perma-nente e que devem responder rapidamente a uma alteração daquela situação de carga e de ventilação.

Nos capítulos específicos são analisadas estas alternativas de caixas terminais, com o detalhe adequado.

Sistema de dupla conduta

De acordo com a Figura 1.6.

Princípio de conceção de um Sistema VAV do tipo multizona, com caixas terminais de caudal de ar variável e com bateria de reaquecimento.

FIGURA 1.5.

Tem a vantagem de permitirem uma resposta muito rápida a alterações da carga tér-mica local, mas o seu custo elevado só é justificado em situações muito especiais, como hospitais, alguns tipos de laboratórios ou numa fachada de elevadas perdas.

A UTA tem que ser de características especiais e possuir duas baterias terminais, de arrefecimento e aquecimento o que a torna onerosa. Pode ser substituída por duas unidades independentes, uma dedicada ao arrefecimento do ar e outra para o aqueci-mento do ar, solução ainda mais onerosa mas mais eficiente.

Princípio da conceção de um Sistema VAV do tipo dupla conduta, com caixas terminais de mistura de caudais.FIGURA 1.6.

Cx VAV R - caixas VAV, c/ reaquecimentoTL - Termóstato local

TL

Local N

+

TL

Local 3

+

TL

Local 2

+

TL

Local 1

+UTA Central

mCx VAV RCx VAV R

TL

Local 3

+UTA central de dupla bateria.

m

Local 1 Local 2 Local N

Cx VAV M

Cx VAV M

Cx VAV R

Cx VAV - caixas VAV BP – registo motorizadode by-pass à UTATL - termostato local

Unidade Central de Expansão Direta

Cx VAV

m

BPTL

Local 1

TL

Local N

TL

Local 2

AN

Cx VAV M - caixas VAV, de mistura de dois caudais.Cx VAV R - caixas de VAV, c/ reaquecimentoTL - Termóstato local

TLTLTL

AN

AN

Fig 1.6

Fig 1.7

Fig 1.8

26 PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

UTA com recuperador de calor integrado

Esta UTA comporta um recuperador de calor do tipo roda térmica rotativa, que de acordo com o regulamento UE 1253/2014, será um componente obrigatório em Unidades Bidire-cionais de Ventilação, embora deva ser analisada a sua justificação energética.

UTA com montagem sobreposta equipada com recuperador de calor do tipo roda térmica.FIGURA 2.5.

O recuperador de calor, pode ainda ser do tipo placas com fluxos cruzados de ar, mas estes ocupam muito espaço longitudinal da UTA e como tal limitam a sua aplicação. A sua eficiência também não é elevada. Podem ainda ser do tipo serpentinas separadas com fluxo intermédio, que facilita a instalação da UTA por permitir a separação das duas componentes, mas tem um rendimento baixo. Assim: • Permutador de placa planas: ocupam grande volumetria e têm uma eficiência

modesta nas estações quentes.

M

Secção de insuflação

Secção de exaustão

Ar Insuflado

Retorno

Ar Rejeitado

Ar Exterior

VE

VI

eixo de rotação

Secção de purga

Secção de exaustão

Secção de insuflaçãoPormenor do favo da roda

Fig 2.5

Fig 2.18

Fig 2.19

UTA com ventiladores de PCT e motores de corrente contínua tipo EC, instalados em paralelo num painel da caixa de ventilação.Fonte: “Work/Johnson Control”

FIGURA 2.4.

NÃO SIM

NÃO

SIM

Largura – 3,5 mAl

tura

– 2

,5 m

Profundidade – 3,0 m

Painel frontal com cinco ventiladores Corte da caixa dos ventiladores

Fig 2.4

Fig 2.6

Fig 2.7

Fig 2.3


Dentro destes últimos e em função do perfil da própria pá, é costume identificar duas subcategorias: • Ventiladores gerais, de pás curvas para trás, PCT (backward curved– BC); • Ventiladores de pás de perfil aerodinâmico (airfoil fans – AF).

Vejamos as suas características específicas.

Ventiladores de pás curvas para a frente, PCF.

Estes ventiladores têm a roda equipada com muitas pás, as quais são de reduzida profundidade (largura) e também reduzida resistência mecânica.

Rodam geralmente a velocidades não muito elevadas (± 1.000 rpm), movendo grandes caudais de ar a pressões estáticas médias. Não dispensam a existência de uma envol-vente (evoluta), para permitir a recuperação da pressão dinâmica na saída do ar das pás, onde é muito elevada, em pressão estática pois que o espaço entre a roda e a envolvente se comporta do ponto da aerodinâmica, como um cone expansivo.

Assim, no início da envolvente a velocidade é elevada, mas à saída é baixa, traduzindo uma conversão de energia cinética (pressão dinâmica), em pressão estática.

Ventiladores de pás curvas para trás, PCT

Estes ventiladores têm a roda equipada com poucas pás, mas com grande superfície e elevada resistência mecânica. O seu custo no fabricante de origem é mais elevado que os de tipo PCF.

Tipo BCBackward Curved Eficiênc. Max ~84%

Tipo BIBackward Inclined Eficiênc. Max ~80%

Tipo AFAirfoil Fan Eficiênc. Max ~88%

Zona do cone de expansão com elevada velocidade e baixa pressão.

Zona do cone de expansão com velocidade baixa e elevada pressão.

FIG. 3.1

FIG. 3.2

FIG. 3.3

Roda de ventilador com pás inclinadas para a frente, PCF ”FC Fans” e respetiva envolvente (evoluta), com as linhas de fluxo do ar, anotando-se a saída radial em relação à entrada.

FIGURA 3.1.


2) Os ventiladores de PCT, BC Fans têm as curvas de igual potência absorvida, quase paralelas às curvas de pressão,

resultando que quando os Pontos de Funcionamento percorrem esta curva, por aumento ou diminuição do caudal, não há alteração significativa da potência absorvida.

Assim, ao aumentar o caudal de 15 para 22,5.103 m3/h, (4,16 para 6,25. 103 l/s), à velocidade de 1230 rpm, a potência absorvida no veio manteve-se sempre na ordem dos 5,5 kW.

Por esta razão, estes ventiladores são designados de ventiladores sem sobre-carga, non-overload fans.

3) Os ventiladores de PCF, FC Fans por terem a característica da diminuição da potência absorvida com a diminuição

de caudal, são preferidos para as instalações de VAV que trabalham em regime de carga parcial durante períodos prolongados.

Os ventiladores tipo PCT apresentam no entanto, uma disponibilidade para for-necerem Pressões Estáticas mais elevadas e com melhores eficiências que os ventiladores PCF, para lá das vantagens na montagem da caixa da UTA.

900 rpm

825

725

625

525

425

325

10 kW

7,5 kW

3,75 kW

5,5 kW

2,25 kW

1,5 kW

1,15 kW

0,75 kW

0,35 kW

0,55 kW

800

600

400

200

00 10 20 305 2515

(Escala E1) -m3/h x 1000

1000

1425 rpm

1350

1230

1075

900

720

575

11 kW

7,35 kW

5,5 kW

3,75 kW

2,25 kW

1,5 kW

1,1 kW

0,55 kW

0,75 kW

1600

600

400

200

00 10 20 305 2515

2000

1400

1200

1000

800

1800

625

790

P. E

stát

ica –

(Pas

cal)

P. E

stát

ica –

(Pas

cal)

B

A

22,5

B

A

22,5

CCI (

A)

CCI (B)

CCI (

A)

CCI (

B)

rpmkW

BC Fan – 656 ØrpmkW

FC Fan – 565 Ø

0 2,8 5,6 8,31,4 6,94,16 6,25

(Escala E2) -m3/h x 1000

(E1) (E2)

(E1) (E2) 0 2,8 5,6 8,31,4 6,94,16 6,25

FIG. 3.9Características comparativas de Ventiladores, (Pressão Estática / Potência Absorvida):Lado Esq. – Ventilador de Pás Curvas para Frente, (FC Fan).Lado Drt. – Ventilador de Pás Curvas para Traz, (BC Fan).

FIGURA 3.9.


N

N

S

SSH2

SH1

SH3

Microprocessador

DC

Rotor commagnetos permanentes

Estator com magnetos comutados

Sonda de posição do rotor - Efeito Hall

Caixa de controlo do motor

SH1

SH2

SH3

Sinal das Sondas de Efeito Hall

Comutação de tensão por cada enrolamento

E1E2E3

E1

E2

E3

Tempo - ms

E1

E2

E3

DC

30 40 50 60 70

20

40

60

80

100

0080 9020 100

Velocidadade de rotação - %

Efici

ência

- %

Motores EC

Motores AC

+ 40%

+ 20%

Controlador Micro -processador Motor EC Ventilador

Sensor de § pressão§ velocidade§ temperatura

Regulação(Set-point) Processo

Caixa de controlo do motor EC Sistema externo de ventilaçãoControlador externo

0-10V, CC

FIG 3.10

FIG 3.11

FIG 3.12

FIG 3.13

N

N

S

SSH2

SH1

SH3

Microprocessador

DC

Rotor commagnetos permanentes

Estator com magnetos comutados

Sonda de posição do rotor - Efeito Hall

Caixa de controlo do motor

SH1

SH2

SH3

Sinal das Sondas de Efeito Hall

Comutação de tensão por cada enrolamento

E1E2E3

E1

E2

E3

Tempo - ms

E1

E2

E3

DC

30 40 50 60 70

20

40

60

80

100

0080 9020 100

Velocidadade de rotação - %

Efici

ência

- %

Motores EC

Motores AC

+ 40%

+ 20%

Controlador Micro -processador Motor EC Ventilador

Sensor de § pressão§ velocidade§ temperatura

Regulação(Set-point) Processo

Caixa de controlo do motor EC Sistema externo de ventilaçãoControlador externo

0-10V, CC

FIG 3.10

FIG 3.11

FIG 3.12

FIG 3.13

Como o eixo magnético permanente do rotor, tem tendência a alinhar com o campo magnético do estator, se este for rodando devido à ativação elétrica sucessiva dos enrolamentos, o rotor vai também acompanhando este movimento.

A posição (ângulo) dos magnetos permanentes do rotor, constitui o input do micropro-cessador é que é feita por sondas de efeito Hall localizadas no estator, que funcionam na base da sensibilidade ao movimento de um campo magnético próximo, o do rotor, e que assim transmitem ao microprocessador qual o enrolamento seguinte a alimentar e com que cadência. A comutação é feita sucessivamente, entre ângulos de 60° e segue um algoritmo traduzido de modo gráfico e simplificado pela figura 3.11..

Princípio de um motor tipo EC, com a alimentação dos enrolamentos do estator em corrente contínua e com as sondas de controlo de posição do magneto central, (rotor), como input da ponte de comutação.

FIGURA 3.10.

Diagrama gráfico com a informação das sondas de efeito Hall e impulsos elétricos de tensão contínua aos enrolamentos, (comutação eletrónica), para criação de um campo magnético rotativo no estator.

FIGURA 3.11.

Os motores EC, têm o equipamento de controlo instalado numa caixa localizada no topo do motor e são alimentados diretamente em corrente alternada, mono ou trifá-sica, que é convertida em corrente contínua num retificador interno.


Duas opções de conceção e montagem da rede de baixa pressão a jusante das caixas.Na figura inferior é considerada particular atenção à atenuação do ruído da caixa, que se tende a propagar aos difusores que estão mais próximos.

FIGURA 5.6.

Ø 315

Ø 350

Ø 350

1220 x 350Spiroval

1090 x 300Spiroval

940 x 300Spiroval

1240 x 300Spiroval

1090 x 300Spiroval

940 x 300Spiroval

≈ 4,15 m3/s

Ø 350

Ø 280

Ø 280

Ø 315

Ø 350

Ø 350

Ø 350

Ø 280

Ø 280

≈ 4,15 m3/s

Ø 250

□ 600 x 400 □ 350 x 250

□ 350 x 250□ 600 x 400

≈1,1 m3/s

Ø 250≈1,1 m3/s

A B CD

(*) 710 x 300

(*) 520 x 200

(*) Alternativa em Spiroval, (preferencial).RC

RC

Fig. 5.6

Fig. 5.35.3. Execução da rede de condutas na baixa pressão

A rede de distribuição de ar a jusante das caixas VAV, é do tipo clássico em baixa pres-são, sendo dimensionada com a ajuda dos diagramas da ASHRAE ou do manual CAR-RIER, fazendo-se recurso a troços de conduta flexível na ligação aos difusores, mas apenas em condições excecionais e em troços que não sejam superiores a 2 metros.

O dimensionamento da rede da figura inferior, e as alternativas de conduta spiroval, encontram-se expressas na tabela baixo:

Dimensionamento das redes associadas a esta caixa VAV, no lado montante (alta pressão/ velocidade) e no lado jusante, (baixa pressão/ velocidade).

TABELA 5.1.

TROÇO PRESSÃO m3/s m/s Ø mm ΔP/m □ mmSPIROVAL-

(mm)

A alta 1,10 ± 10 350 4,0

B baixa 1,10 5,5 500 0,8 600 * 400 710 * 300

C baixa 0,36 4,7 315 0,7 225 * 350 520 * 200

D baixa 0,185 4,0 250 0,7 Ø 250


Na Figura 5.9., a equação de Darcy-Weisbach é traduzida num diagrama para condu-tas de chapa galvanizada, anotando-se em cor azul, a zona geralmente utilizada para o dimensionamento das redes da baixa à alta velocidade, em que se limita superior-mente o valor desta a 15 m/s, para os grandes caudais.

Diagrama simplificado para dimensionamento de conduta circular em chapa de aço galvanizado, pelo método de “Igual Perda de Carga”.

FIGURA 5.9.

25 m/s

10 m/s

5 m/s

2,5 m/s

1000

mm10

0 mm

250 m

m

500 m

m

2000

mm

510

050

101

0,5

0,1

Atrit

o po

r uni

dade

de

com

prim

ento

– P

a/m

Caudal de ar – L/s2.000100 500 10.000 50.000 200.10350 200 1.000 5.000 20.000 100.103

0,7

2

20 m/s

3

30 m/s

15 m/s

160 m

m50 m/s

UTARede de alta pressão

Rede da baixa pressão

Caixa de VAV

zona de utilização recomendada(caudais moderados) zona de utilização recomendada

(caudais elevados)

Fig. 5.1

Fig. 5.9

Não é um método adequado para as redes de alta pressão do VAV, sendo mais utili-zada nas redes clássicas de baixa pressão a caudal constante. Não dispensa a utiliza-ção de registos nas derivações devido à diferença de pressão entre o início da rede e o fim desta, o que nas redes de alta pressão e com caudal variável é supérfluo, pois este está sempre a variar.

5.5.3. Dimensionamento pelo método da “Recuperação da Pressão Estática”

Este método é o mais recomendado para as redes de alta pressão e baseia-se no princípio seguinte, a aplicar entre as derivações da conduta a dimensionar: Após cada derivação, passa a dimensionar-se o troço seguinte, de modo a que a configura-ção de cada derivação, seja capaz de gerar uma recuperação de pressão capaz de vencer a perda de pressão estática, no troço a jusante até à próxima derivação.


A

B900 rpm

825

725

625

525

425

325

10 kW

7,5 kW

3,75 kW

5,5 kW

2,25 kW

1,5 kW

1,15 kW

0,75 kW

0,35 kW

0,55 kW

800

600

400

200

00 10 20 305 352515 m3/h x 1000

P. E

st. (

Pasc

al)

1000

Δ m3/h

Δ P

rpmkW

FC curve – 565 Ø

14

P. E

st. T

ot. 5

00 P

a .

P. E

st. T

ot. 7

10 P

a .

M

M

Cx 1 Cx 2 Cx 3

Cx 4Vent.Insufl.

Cx 4

100

200

300

400

500

600

285condições iniciais – ponto A - 20.000 m3/h, 3,88 m3/s

ajuste livre da instalação – ponto B - 14.000 m3/h; 5,55m3/s550

nível da p. atmosférica

CCI (A) - Curva Característica da Instalação,(inicial)

CCI (B)

PontosA: 20 000 m3/h; (5,55 m3/s)B: 14 000 m3/h; (3,88 m3/s)


Fig. 7.1

Fig. 7.2

Fig. 7.3

A

B900 rpm

825

725

625

525

425

325

10 kW

7,5 kW

3,75 kW

5,5 kW

2,25 kW

1,5 kW

1,15 kW

0,75 kW

0,35 kW

0,55 kW

800

600

400

200

00 10 20 305 352515 m3/h x 1000

P. E

st. (

Pasc

al)

1000

Δ m3/h

Δ P

rpmkW

FC curve – 565 Ø

14

P. E

st. T

ot. 5

00 P

a .

P. E

st. T

ot. 7

10 P

a .

M

M

Cx 1 Cx 2 Cx 3

Cx 4Vent.Insufl.

Cx 4

100

200

300

400

500

600

285condições iniciais – ponto A - 20.000 m3/h, 3,88 m3/s

ajuste livre da instalação – ponto B - 14.000 m3/h; 5,55m3/s550

nível da p. atmosférica

CCI (A) - Curva Característica da Instalação,(inicial)

CCI (B)



Fig. 7.1

Fig. 7.2

Fig. 7.3

É, portanto, um processo simples de deslocação dos pontos de funcionamento ao longo da CCV, no sentido da redução do caudal correspondente à diminuição da carga térmica na caixa C4, e posteriormente no sentido do aumento do caudal, quando a carga térmica voltar a subir. Este processo é vulgarmente referido na literatura da especialidade, com o nome de riding the fan curve

Ajuste do ponto de funcionamento de um ventilador, no sistema de ventilação a que está associado.O ponto de funcionamento inicial “A”, deslocou-se para o ponto “B”, por aumento da resistência da Instalação, mantendo-se a velo-cidade de 825 rpm do ventilador, que neste método, não é sujeita a qualquer processo de controlo.

FIGURA 7.2.

Perfil das pressões estáticas:– Instalação inicial a funcionar nas condições do ponto (A) com 5,55 m3/s, (20.000 m3/h) de caudal.– Instalação a funcionar no ponto (B), com caudal reduzido para 3,88m3/s (14.000m3/h), devido ao fecho parcial

de caixa Cx4.

FIGURA 7.3.

131CAPÍTULO 7 | CONTROLO DA CAPACIDADE DO VENTILADOR

A entrada na serpentina da UTA de um caudal de ar com maior teor de humidade absoluta, faz com que a sua saída tenha também um ligeiro aumento desta grandeza (AT), donde resultará que as condições locais (AR) passem também a ter um ligeiro agravamento de humidade relativa. Na Figura 8.2, corresponderia aproximadamente a passar de ± 50% para a ± 55%, com o ponto a amarelo, a subir no diagrama.

Conclui-se assim haver uma evolução psicrométrica no espaço a climatizar, no sentido da flu-tuação positiva da humidade relativa, mas com manutenção controlada da temperatura. Esta situação pode ser evitada se nas “condições de projeto”, se considerar para o espaço a climati-zar, um valor de humidade relativa um pouco mais baixa do que as condições standard.

Situação 2 – (Figura 8.3):Diminuição da temperatura exterior, para valores mais baixos, da ordem dos 22,5 °C, agora inferiores às condições interiores de conforto, resultando uma substancial redução da carga térmica interna.

Nestas condições a evolução do processo é muito semelhante ao anterior, mas agora as caixas VAV vão tentar reduzir ainda mais o caudal insuflado até um valor adequado à carga, podendo acontecer que esse caudal acabe por ficar limitado pelo “caudal mínimo” da cada caixa VAV, que é da ordem dos 30 % em relação ao caudal nominal, conforme exposto nos capítulos das “Caixas de VAV” e do “Controlo da Pressurização”.

10 15 20 25 30 3550

25

20

15

10

5

0

30

5

10

15

20

25

dry-bulb temperature, ºC

wet-bu

lb tem

perat

ure,

ºC

hum

idity

ratio

, g/k

g of

dry

air

0,85

0,90

0,80 volume,m3/kg dry-air

50%

70%

30%

10%

60

70

50

40

40

30

20

10

enth

alpy,

kJ/k

g dry

air

25

25

80

90

75

15

35

45

55

65

85

70

AR*

AT AI

AR

ATAMAI

ARAR*

AE

Evolução RRL

VR

VI

10

40

AE

AM

RRL

3428

10 15 20 25 30 3550

25

20

15

10

5

0

30

5

10

15

20

25

dry-bulb temperature, ºCwet-

bulb

tempe

ratur

e, ºC

hum

idity

ratio

, g/k

g of

dry

air

0,85

0,90


50%

70%

30%

10%

60

70

50

40

40

30

20

10

enth

alpy,

kJ/k

g dry

air

25

25

80

90

75

15

35

45

55

65

85

70

AR*

AT AI

AR

ATAMAI

ARAR*

AE

Evolução RRL

VR

VI

10

AE

AM

RRL

3428

22,5

Fig. 8.2

Fig. 8.3

Nesta situação a temperatura exterior baixou, ainda mais, passando de 28 °C para 22,5 °C.O novo processo (a vermelho), tem menor carga interna, tendo que haver uma redução do caudal insuflado, com estrangulamento das caixas VAV.

FIGURA 8.3.


Reparemos que na segunda situação, tendo sido introduzido um excesso de caudal de Ar Novo, para lá das necessidades calculadas, podemos dizer que haverá uma parcela desse Ar Novo que se vai perder nas extrações de espaços anexos, mas também haverá uma parcela que volta para a UTA, através do retorno que é um ar novo “não utilizado” e que poderia permitir que o novo valor daquele caudal de Ar Novo, tivesse afinal um valor inferior aos 1200 m3/h (333L/s).

Voltaremos a falar e a calcular estes caudais, bem como a Eficiência do Sistema, Ev, de acordo com as recomendações da ASHRAE, para os sistemas mais complexos.

Resumem-se as duas definições:

9.2.2. As condições de aspiração do caudal de ar novo, na UTA

Quando se varia o caudal do ventilador de insuflação, não é possível garantir a aspira-ção do mesmo caudal de ar novo no registo da UTA, devido à alteração das condições de depressão na caixa de mistura e aspiração do ventilador.

Espaço crítico, Ec, é o espaço onde se verifica a relação mais elevada, entre caudal de ar novo e caudal de ar insuflado.Eficiência de ventilação, do Sistema, Ev, representa um coeficiente que deve afetar o caudal to-tal de ar novo a admitir na UTA, para garantir uma adequada distribuição ao espaço crítico.

.local..local.

nível da pressão dentro do edifícionível da pressão atmosférica

pre

ssão

ven

t. In

sufla

ção.

AN

B DA FE HG I JC

VI

pre

ssão

ven

t. In

sufla

ção.

Diminuição da depressão de

aspiração do AN

Diminuição da pressão do Ventilador de Insuflação

Zona 1Escritorios230 m220 pessoas

Zona 4Escritórios170 m215pessoas

Zona 2Escritórios170 m215 pessoas

Zona 3Escritórios250 m220 pessoas

Zona 5 Escritórios120 m210 pessoas

Zona 6Auditório250 m230 pessoas

Zona 7 Espaço Multiusos140 m210 pessoas

N

Fig. 9.3

Fig. 9.4

Modificação do perfil de pressões, quando o caudal insuflado diminui e a perda de carga se reduz. Nessa nova situação o ventilador disponibiliza menor pressão estática, deixando de haver depressão suficiente para aspirar o caudal de Ar Novo pretendido na caixa de mistura.

FIGURA 9.3.


10.1.4. Tomada de Ar Novo, com sistema de injeção por ventilador

Neste sistema o registo de AN, é constituído por dois elementos separados, instalados na mesma face ou faces adjacentes da caixa de mistura.

Um dos registos tem a montante um pequeno ventilador e um sistema de medição de caudal por leitura de pressões, que associados a um controlador e um variador de frequência da alimentação desse ventilador, se encarregam de manter o caudal de AN mínimo, por regulação da velocidade de funcionamento do ventilador.

O segundo registo, mantém-se normalmente fechado para que o caudal de retorno se processe e passa abrir modularmente quando o sistema economizer entra em funcio-namento, devendo estar dimensionado para o valor do caudal total de AI, diminuído do valor caudal de AN, para garantir o free-cooling com ar novo integral.

O registo associado ao ventilador de injeção, deve estar dimensionado para o caudal de AN mínimo e pode (ou deve), fechar com a paragem da UTA, sendo o seu atuador do tipo on/off.

Este sistema de injeção por ventilador, funciona bem devido à facilidade de regulação, mas implica espaços para aplicar o registo e o ventilador. Estes podem, no entanto, ficar localizados fora do perímetro imediato da UTA, ligados por um troço de conduta.

Tomada de Ar Novo incluindo, registo separado, leitor de caudal LC, e Ventilador de Ar Novo, VAN.O regulador e caudal, RC, vai atuar sobre a velocidade do VAN.

FIGURA 10.6.

M2

Ar d

e Re

torn

o

Caixa de Mistura

RC

M1

M2

SP

Ar d

e Re

torn

o

Ar Novo minimo

Caixa de Mistura

RC

M1

Ar Novo (em free cooling)

Ar Novo (em free cooling)

Ar Novo minimo

100 --

80 --

60 --

40 --

20 --

00 --

sinal

do

cont

rolo

e ca

udai

s de

ar, (

%)

regime de free cooling

AN, mínimo

Ar Retorno

Ar Insuflado

(t. ins. ± 14°C)0 a 100 %

0 a 50 % 50 a 100 % Carga

Opçã

o de

efici

ência

ener

gétic

a

Opção de efic. energética

LC

VAN

LC – Leitor de caudalVAN – Ventilador de Ar NovoRC - Regulador de caudalMx – Atuadores de RegistoSP – “Setpoint”

SP

PD

PD – Pressóstato diferencialRC - Regulador de caudalMx – Atuadores de RegistoSP – “Setpoint”

Fig. 10.6

Fig. 10.7

Fig. 10.8

179CAPÍTULO 10 | CONTROLO DO CAUDAL DE AR NOVO (AN)

De cada vez que há uma variação do Vpz, em valor e espaço de tempo predefinidos, é feito um cálculo da eficiência do sistema, Ev, e recalculado o valor do caudal de ar novo total, Vot, a admitir na UTA central. Um atuador de registo do ar novo, ou outro sistema dedicado, recebe a informação e altera o Vot anterior, para o novo valor.

11.4.2. Cálculo dinâmico do caudal de VAN, conforme Standard 62.1 da ASHRAE

Independentemente da existência de um sistema específicos de CDV-CO2, nos locais mais representativos de elevada ocupação e com grande flutuação, pode nos sistemas VAV, implementar-se também um método dinâmico de calculo do VAN.

Para isso, é necessário que as caixas terminais de VAV estejam, do ponto de vista do controlo, equipadas nesse sentido e haja um controlador central baseado na tecnolo-gia DDC e que se baseia no calculo permanente do Vot, de acordo com o Appendix A da ASHRAE – Standard 62.1, sendo o método designado na literatura da especialidade por Ventilation Reset.

O método, tem por base a informação dinâmica que é fornecida pelo controlador das caixas VAV, sobre o caudal de ar primário, Vpz, que cada caixa debita e que é variável em função da carga térmica a absorver no momento. A informação é dada por um sinal digital do sistema DDC.

Esquema de um sistema VAV multizona, na qual se estabelece um processo de calculo dinâmico da ventilação, (“ventilation reset”), baseado no sistema de gestão técnica centralizado, com tecnologia DDC.

FIGURA 11.13.

Controlador

Setpoint

RMSonda CO2(ambiente)

RAN

(opção de sonda CO2 de conduta)

UTA Central

Cx VAV

T

Auditório

Sco2 T

Zona A

T

Zona B

T

Zona CSco2 – Sonda de CO2TL - Termóstato localCx VAV - caixas de VAV

M

m

VAN (Vot)

m m m

M

m

m m m

Informação sobre Vpz1; Vpz2; ...Vpzn

Cálculo dinâmico do

Vot

Ajuste da posição do Registo AN

Vpz2 Vpz3Vpz1

Vot

SGTCm

Vpz5 Vpz6Vpz4

Cx VAV

V DC

C interior

Sinais do controlo0 a 10 VDC

C int base C int max

(VAN base)

(VAN max)M

Max.(%)

Min.(%)

VDC 1

VDC 2

VAN

V min (100%) (% V max)V max

V DC0 2 4 6 8 10

Controlador modulante Atuador do registo do VAN

VAN base

VAN max

VI

Fig. 11.5

Fig. 11.11

Fig. 11.12

Fig. 11.13


TL

Local 3

TL

Local 2

TL

Local 1

Cx VAV

+

Ajuste de Setpoint

Sonda Temperatura exteriorTermostatos

Locais

SGTCalgoritmo de

compensação

2021

22

23

setp

oint

da

tem

p. in

terio

r (ºC

)

24

2625

E1

E2

E3

E4

E5

0 10 Volts20 22 24 26 28 30 t. exterior32

tensão do controlador

16 18 20 22 24 26 28 30

18

2021

22

23

Temperatura exterior (ºC)

Tem

pera

tura

inte

rior (

ºC)

19

24

2627

25

32 3414 36

Verão >

< Inverno

38

opção A

opção B

Δ 2°

C

Δ 1°C

++

Fig. 12.14

Fig. 12.13

Fig. 12.15

TL

Local 3

TL

Local 2

TL

Local 1

Cx VAV

+

Ajuste de Setpoint

Sonda Temperatura exteriorTermostatos

Locais

SGTCalgoritmo de

compensação

2021

22

23

setp

oint

da

tem

p. in

terio

r (ºC

)24

2625

E1

E2

E3

E4

E5

0 10 Volts20 22 24 26 28 30 t. exterior32

tensão do controlador

16 18 20 22 24 26 28 30

18

2021

22

23


Tem

pera

tura

inte

rior (

ºC)

19

24

2627

25

32 3414 36

Verão >

< Inverno

38

opção A

opção B

Δ 2°

C

Δ 1°C

++

Fig. 12.14

Fig. 12.13

Fig. 12.15

Conversão do sinal contínuo de saída do controlador, em cinco escalões, nos dois sentidos da variação da temperatura exterior. Resultam escalões intermédios de regulação de 21,5; 23 e 24,5 °C, entre os valores limites de 20 e 26 °C.

FIGURA 12.14.

À Figura 12.14, correspondem as regulações seguintes: (limite inferior) 20 °C - 21,5 °C – 23 °C - 24,5 °C – 26 °C (limite superior).

O diagrama simplificado do controlo é conforme a Figura 12.15, com organização em cas-cata, em que um controlador específico compara a todo o momento a regulação de tem-peratura do termóstato local, TL, com os valores de referência do algoritmo em função da temperatura exterior, ajustando o valor daquele setpoint, ficando para o utilizador apenas a possibilidade de ajustar (+/-) 1°C, (para os termóstatos eletrónicos que permitem isso).

Esquema de princípio do ajuste automático do setpoint dos Termóstatos Locais, TL, para que a temperatura interior se ajuste às condições do exterior, com vista a um melhor conforto e também eficiência energética.

FIGURA 12.15.

Para não haver grande instabilidade na cadeia de controlo, uma vez que o termóstato local, vai por sua vez atuar sobre a caixa terminal de VAV, a banda proporcional não deve ser apertada, para não causar instabilidade no anel de controlo global. Reparar que este ajuste de temperatura do setpoint vai funcionar ao longo do dia com a varia-ção da insolação exterior.


010 15 20 4025 30 35 4550-5

25

20

15

10

5

0

-5

30

5

10

15

20

25


wet-bu

lb tem

pera

ture

, ºC

hum

idity

ratio

, g/k

g of

dry

air

0,85

0,90


50% - r

elativ

e hum

idity

70%

30%

10%

6070

50

40

40

30

20

10

enth

alpy,

kJ/k

g air

25

25

75 8090

100

75

15

35

4555

65

8595TF ΔT

HFΔH

Condiçõesde Projeto

010 15 20 4025 30 35 4550-5

25

20

15

10

5

0

-5

30

5

10

15

20

25


wet-bu

lb tem

pera

ture

,

ºC

hum

idity

ratio

, g/k

g of

dry

air

0,85

0,90


50%

- re

lative

hum

idity

70%

30%

10%

6070

50

40

40

30

20

10

enth

alpy,

kJ/k

g dry

air

30%

25

25

75 8090

100

75

15

35

4555

65

8595

Condições de Projeto

D BC A

Estratégia A)Controlo por temperatura

Estratégia B) Controlo por

entalpia

Fig. 14.7

Fig. 14.8

Por temperatura seca do ar exterior, de valor fixo. – TF

É definido um valor de temperatura exterior a partir da qual é efetuada a comutação, devendo essa temperatura ser inferior à temperatura de regulação do espaço a tratar, conforme a Figura 14.7. Neste caso, as Condições de Projeto para o arrefecimento, foram definidas como sendo 25 °C, 50 % HR, e a temperatura de shutoff foi 23 °C.

É uma estratégia de controlo barata e fiável, pois apenas necessita de uma sonda de temperatura exterior. Esta sonda não pode apanhar radiação solar direta, sob pena de dar uma informação totalmente errada sobre a temperatura do ar.

Por entalpia do ar exterior, fixa. – HF

Nesta estratégia é previamente fixado um valor da entalpia do ar exterior para o qual será efetuada a comutação.

No exemplo da Figura 14.7, considerou-se um valor de 44 kJ/kg de ar, para a entalpia, ligeiramente abaixo da entalpia correspondente às Condições de Projeto, que tem o valor de ± 51 kJ/kg de ar.

Esta opção tem a desvantagem de necessitar da instalação de uma sonda de entalpia, composta por uma sonda de temperatura e outra de humidade relativa, sendo este tipo de sondas limitada nas gamas de leitura, necessitando de calibração periódica, por desregulação frequente.

Estratégias de reposição do caudal de ar novo mínimo:Opção A): Por limite de temperatura fixa, TF, ou diferencial, DT.Opção B): Por limite de entalpia fixa, HF, ou diferencial DH.

FIGURA 14.7.


Diagrama das fases e sequências do controlo, numa UTA com regime de free-cooling, para um sistema de VAC.FIGURA 14.12.

A Figura 14.12, representa a configuração do sinal de cada controlador, CT1 e CT2, (anéis de controlo) e o feedback das saídas (output) dos controladores, sendo o valor de cada saída, determinado pela comparação entre o valor da temperatura ambiente e o setpoint de regulação.

A solução de controlo, observada no sentido do aumento da carga interna do espaço, (da esquerda para a direita), será:

Aquecimento, (Zona 1):

O anel de controlo de aquecimento, do CT1, deverá ter uma regulação para o inverno, tinv. = ± 20 °C e não deixará a que a temperatura ambiente desça aquém deste valor, por abertura em rampa modulada da válvula da serpentina de agua quente.

Arrefecimento livre, (free-cooling), (Zona 2 e Zona 3):

Logo que a válvula de água quente feche totalmente, ou seja, quando o sinal de saída do controlador CT1 se tornar nulo (por um determinado tempo), fica disponibilizado eletronicamente o subcontrolador CT2, que possui uma (ou duas) saídas analógicas, para comando dos atuadores elétricos dos registos de caudal. Estes registos podem ser acoplados mecanicamente, ou de preferência cada um possuir um atuador de registo.

sinal

do

cont

rolo

aquecimento arrefecim. mecânicoarrefecim. p/ ar novo

feedback / saídas dos controladores(t verão ± 24°C)(t inv. ± 20°C)

sinal valv. serpentina aquecim.

sinal valv. serpentina arrefecim.

limite shutoff

sinal aos atuadores de registo

100%

0%

posição minima do registo AN

0 a 100%0 a 100% 0 a 100%

Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4

CT1CT2

VI

ST/AR

ST/amb.

ST/AN

VAF

VAQ

Setpoint (tinv. e tver.)

RRj

RR

RAN

VR

limite shutoff

Fig. 14.12

Fig. 14.11


INTE

RIOR

DO

EDI

FICI

O

EXTE

RIOR

AN AI

ARj

VI

retorno livre p/ tetos falsos e corredores

RRj (c/ atuador mecânico)RRj (de sobrepressão)

mm

pressão atmos-férica

pressão interior

SP - Setpoint de pressãoΔp

CP

INTE

RIOR

DO

EDI

FICI

O

EXTE

RIOR

AN AI

ARj

VI

retorno livre p/ tetos falsos e corredores

(c/ atuador mecânico)

mm

RRj

m

m

ARt

AEx

pressão atmos-férica

pressão no

interior

INTE

RIOR

DO

EDI

FICI

O

EXTE

RIOR

ARj retorno livre p/ tetos falsos e corredores

(c/ atuador mecânico)

mRRj

m

ARt

Set point de pressão

Δp CP

RRj - Registo de RejeiçãoARj - Ar RejeitadoARt - Ar de RetornoAN - Ar NovoAI - Ar InsufladoVI - Ventilador de Insuflaçãom - motor do atuador

Fig 15.4

Fig 15.5

Entre as vantagens, da aplicação de registos de lâminas, destacam-se:

• Investimento inicial relativamente reduzido, embora exija condições adequadas de montagem para um bom funcionamento e exploração.

• Controlo simples, facilitando a intervenção das equipas de manutenção.

Como desvantagens, salientam-se:

• Sensibilidade ao “efeito de chaminé”, em edifícios elevados e quando localizados na parte mais alta.

• Podem conduzir a uma rejeição de caudal de ar elevado no inverno, se o controlo não for adequado e se o atuador e o registo não garantirem o fecho total das lâminas do mesmo.

• Só devem ser aplicados em instalações pequenas, com pressurizações reduzi-das (até ~20 Pa).

• Inviabilizam o retorno do ar por rede de condutas, por não haver extração mecâ-nica por ventilador.

15.4.1.Comando dos Registos de Rejeição

O comando e controlo de abertura destes registos pode ser feito por um controlador de pressão, identificado na Figura 15.5., como CP. Alternativamente poderá fazer-se a partir do SGTC.

Controlo de pressurização de um Edifício, com Registo de Rejeição.O controlador de pressão, CP, comanda a abertura do registo, RRj, para manter a pressão diferencial previamente regulada pelo valor do Setpoint.

FIGURA 15.5.

Um controlador de pressão, CP, lê a diferença de pressões entre o seu interior e exte-rior, por meio de um transdutor de pressão, e recorre a um anel de controlo do tipo PID, para modular uma saída de tensão que comanda o atuador do registo, desde a posição de fecho até à posição de abertura total, de modo a manter a pressão selecio-nada como referência (setpoint), na gama dos 10 a 20 Pa.


RAN - Registo de Ar NovoRR - Registo de RetornoRRj - Registo de Rejeição

CM AN – cx. de mistura AN/Ret.CM Rj – cx. de mistura Rej./Ret.

ARt -caudal de Ar de RetornoARj - caudal de Ar RejeitadoAI -caudal de Ar Insuflado.

Influência do RAN

RR

RAN

RRjCM Rj

CM AN Influ

ência

do

RR

Influência do RRj

AI

ARt

AN

ARj

ΔPRRj

ΔPRAN

ΔPRR

VR

VI

A=10%

15 30 45 60 907500

20

40

60

80

100

Abertura do RAN

Caud

al -

(%)

A=10%A=15%

110

1530456090 75 0 Abertura do RR

caudal resultante

(para A=15%)

A=15%

caudal resultante

(para A=10%)

RR

RAN

RE

Caudal resultante

Registos de Retorno, RR(RLP)

Registos de Ar Novo, RAN

(RLO)

Fig. 15.15

Fig. 15.17Configuração do caudal resultante dos caudais individuais que atravessam os registos RAN e RR, quando estes variam inversamente de posição, um a abrir, outro a fechar, nas situação de modulação do free-cooling. Exemplo para dois valores de”autoridade” individuais dos registos.

FIGURA 15.17.

A Figura 15.17, mostra como podem ser selecionados os dois registos de modo a somarem um caudal próximo do constante. Selecionou-se para o caudal de AN um RLO e para o caudal de retorno um RLP, para haver compensação das lombas das curvas dos respetivos registos.

Quando se selecionam dois registos do mesmo tipo, nomeadamente do tipo RLO, para o Ar Novo e para o Retorno, a curva do caudal resultante, apresenta uma maior flutua-ção entre as posições extremas dos registos embora se apresente mais simétrica.

A aplicação de um RLP no retorno, é uma boa opção, sendo recomendada pela ASHRAE Guideline 16, para os três tipos de despressurização em sistemas com econo-mizer, (Registo de Rejeição, Ventilador de Rejeição e Ventilador de Retorno), com velo-cidades de passagem quando abertos de 4 a 8 m/s para os dois primeiros e velocida-des de 8 a 10 m/s para o terceiro.

Este registo de retorno, por estar instalado entre duas caixas (plenos) de mistura, ambas sujeitas a elevada pressão, (a de rejeição, a valores da ordem dos (+)75 Pa e a de mistura a valores da ordem dos (-)75 Pa), terá que ser selecionado para uma perda de carga elevada, de modo a ter autoridade suficiente no circuito entre plenos, já que a perda de carga (de pressão) entre os dois plenos será de 150 Pa, absolutos.

Dada a importância de uma boa seleção dos registos de ar nas UTAs equipadas com facilidades de economizer, resumem-se as recomendações da Guideline 16 da ASHRAE, sobre a seleção destes equipamentos:

271CAPÍTULO 15 | CONTROLO DA PRESSURIZAÇÃO NUM EDIFÍCIO

A UTA central – (parte da insuflação)

Na Figura 17.6, está representada uma UTA central, que servirá tipicamente uma rede de condutas de alta pressão com caixas terminais de VAV. Esta UTA possui só um ven-tilador de insuflação, VI, caixa de mistura de caudais de retorno e ar novo, e está pre-parada para poder funcionar em regime economizer, com registo independente para admissão de ar novo mínimo. Possui ainda sistema de filtragem de ar e baterias de água fria e quente com válvulas de duas vias.

A despressurização do edifício é feita por ventilador de rejeição, VRj, associado a registo de rejeição RRj, localizados, p. ex., no topo de uma courete e eventualmente em quantidade duplicada.

A simbologia usada é a do quadro seguinte:

ΔP Sonda de pressão diferencial UVF Unidade de variação de frequência

AR Atuador elétrico de registo VM Válvula modulante de caudal de água

ST Sonda de temperatura, (ar ou agua) RAN Registo de Ar Novo

SText Sonda de temperatura exterior RAN min Registo de Ar Novo mínimo

SH Sonda de humidade RRJ Registo de Rejeição

(2) Número de cabos, (com um par) RR Registo de Retorno

A listagem de pontos é apresentada em tabela abaixo das Figuras seguintes:

Esquema tipo dos equipamentos de campo do SGTC numa UTA, com os respetivos cabos de ligação ao Controlador Local.Listagem de pontos associada. (considerada apenas o corpo de insuflação).

FIGURA 17.6.

1 2 3 4 5 6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

RAN

RANmin VM/F VM/Q

UVF1234

ST3ANmin

ST1

RRj VRj

VI

ST4 SHR

EDIFICIO(Hall Entrada) SText

Δp6

Δp4Δp3

Δp2

Δp1

UVF1234

Δp5

(2)(1) (1) (1) (1) (3) (3) (4) (1) (1) (1)

ST2

RRj

VRj

ST4 SHR

EDIFICIO(Hall Entrada) SText

Δp6

UVF1234

(2)

(4) (1) (1)(2) (1)(1)

AR

ARAR

AR

AR

(2)

RR

RR

AR

(1)

Fig. 17.5

Fig. 17.6


18.3.1. Classificação dos chillers, pelo tipo de arrefecimento

Podemos dividir os chillers em dois grandes grupos – Chillers com ciclo de compressão e chillers com ciclo de absorção – e subdividir estes quanto ao fluido de arrefecimento, em:

• Chillers arrefecidos a ar, que são construídos em bloco com todos os seus cons-tituintes, compressor, condensador, evaporador, ventiladores de arrefecimento, tubagens e controlo. São pré constituídos e ensaiados, sendo como tal mais fáceis de instalar e de colocar em funcionamento. São fabricados em escalões de potência, que podem ir até aos 2.000 kW.

• Chillers arrefecidos a água, necessitam de uma ligação hidráulica externa para garantir o arrefecimento do condensador. São fabricados em gamas de potência, que pode ir até aos 15 000 kW, dependendo do fabricante. Os chiller arrefecidos a água, exigem um sistema adicional de arrefecimento, incorporando circulador de água, torre de arrefecimento e um sistema de controlo do conjunto, que os torna mais complexos e caros como tal digamos que menos utilizados.

Apresentam porém a vantagem de serem energeticamente bem mais mais eficientes e permitem maior flexibilidade na localização dos equipamentos principais, nomeada-mente chiller e bombas associadas, que podem ficar protegidos da intempérie, ficando apenas a torre no exterior mais adotada para resistir à agressividade atmosfé-rica.

Excluímos outros tipos de chiller, como os reversíveis em bomba de calor ou a quatro tubos, com recuperação de calor, de absorção, etc., por não estarem no âmbito do livro.

18.3.2. Classificação pelo tipo de compressor

Existem quatro tipos de compressores com que podem ser equipados os chillers e que lhes proporcionam diferentes constituições, gamas de potência de fabrico, preferência de aplicação e custo inicial. As vantagens e desvantagens de cada tipo e as gamas de fabricação disponíveis são variáveis entre fabricantes, mas podem enquadrar-se nas características médias abaixo descritas:

Tipo “Scroll” Parafuso, (Screw) CentrifugosAlternativos

Fig 18.2

Esquemas de princípio de conceção e funcionamento dos tipos de compressores que podem equipar os chillers.FIGURA 18.2.

303CAPÍTULO 18 | PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA

Os fabricantes de determinados tipos de chillers, admitem uma variação do caudal no evaporador que pode ir até os 60%, para unidades com potência mais elevada (acima dos 500 kW), fazendo recurso a permutadores mais eficientes constituídos com maior numero de passagens, onde a velocidade da agua pode descer até aos 0,6 m/s, muito inferior aos valores antigos da ordem dos 3,5 m/s, sendo que a decisão final tem que ser sempre confirmada pelo fabricante.

18.7.3. Reposição das temperaturas de produção de agua fria dos chillers

Uma outra maneira de otimizar automaticamente o consumo da instalação é adaptar a temperatura de produção de água fria dos chillers em função da temperatura exterior.

Este processo beneficia essencialmente o consumo dos compressores dos chillers, uma vez que podem trabalhar com um diferencial de pressão menor no ciclo frigorifico, pois o valor deste no processo de evaporação será também menor.

12 14 16 18 20 22 24 26

5

789

10


Setp

oint

da

prod

ução

águ

a fri

a (º

C)

6

11

1314

12

28 3010 32

A

B

34

6,5

12,5

+(-) carga

térmica

+(-) caudal de

ar insuflado

+(-)

caud

al d

e ág

ua fr

ia

+(-) diss

ipação

(torre

ou ar ambiente)

+(-) produção do chiller

E1

E2

E3

Escalões de temperatura:A e B – Esc. extremosE1, E2 e E3 – Esc. intermédios

Fig. 18.1

Fig. 18.7Diagrama correspondente ao ajuste do setpoint da temperatura de produção de água fria de um chiller, em função da temperatura exterior, para melhoria da sua eficiência.

FIGURA 18.7.

O Standard 90.1 da ASHRAE, faz uma recomendação para este método, que se pode traduzir no gráfico da Figura 18.7, admitindo que o chiller tem facilidades para receber esta informação, facilmente suportada por um algoritmo a residir no Sistema de Ges-tão Técnica.

O setpoint do chiller será então fixo e da ordem dos 6,5 °C, para temperaturas do ar exte-rior acima dos 27 °C (ponto A). Para temperaturas exteriores abaixo dos 16 °C o setpoint será também fixo e da ordem dos 12,5 °C, (ponto B). Entre estes dois pontos, o setpoint é ajustado em rampa contínua ou em rampa com vários escalões intermé-dios descontínuos.

313CAPÍTULO 18 | PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA

altura de elevação (m)

rendimento (%)

[m3/h]10 20 30 40 50 60 70 80 90

60

20

40

80

100

120

140[m]

40

50

60

70

Rend

im.;

[%]

Q inic.

m3/h; (%)10 20 30 40 50 60 70 80 90

15

5

10

20

(rpm 1)

(rpm 2)

(rpm 3)

2

3

Q reg.

C inic.

C reg.

c. da instal. in

icial

c. da instalação regulada

m3/h; (%)10 20 30 40 50 60 70 80 90

60

20

40

80

100

120

140[m]

curva da instalação

1 - (C. Proj.)

2

3

(rpm 1)

(rpm 2)

(rpm 3)

[kW

]

4

4(rpm 4)

(rpm 4)

1 - (C. Proj.)

(Δm)

Fig. 19.10

Fig. 19.11

19.5.2. Variação de caudal nas bombas

Representa o tipo de atuação mais frequente nos sistemas VWV, como resposta à variação constante da carga térmica desde o valor máximo (condições de projeto) até aos valores mais reduzidos correspondentes à carga mínima.

Por variação de caudal, entende-se que se trata da alteração do caudal de um circuito por via da modulação da velocidade da bomba instalada nesse circuito. Esta variação de velocidade é feita por recurso a um variador de frequência elétrica de alimentação da bomba, que pode atingir valores da ordem dos 30%, da velocidade inicial, (com perda de rendimento).

Variação de caudal, por alteração da velocidade de rotação da bomba, desde o valor inicial, (rpm 1), até ao valor final, (rpm 4).As características da instalação mantêm-se, representadas pela Curva Característica da Instalação.

FIGURA 19.11.

Mantendo-se a mesma instalação, ou seja, não havendo modificação no circuito hidráu-lico, por fecho ou abertura de válvulas, a Curva da Instalação mantém-se e os novos pontos de funcionamento obedecem às leis da afinidade.

Nas UTAs dos sistemas VAV, isso é particularmente significativo, pois que com a redu-ção da carga térmica vai haver também redução do caudal de ar nas serpentinas, da ordem dos 30%, o que é acompanhado pela diminuição do caudal de água.

327CAPÍTULO 19 | BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA

Processo de redução de caudal a partir do valor A, para o valor B, com duas soluções possíveis:Ponto B1 – atuação em válvulas da Instalação.Ponto B2 – redução da velocidade da bomba.

FIGURA 19.12.

altura de elevação (m)

rendimento (%)

[m3/h]10 20 30 40 50 60 70 80 90

60

20

40

80

100

120

140[m]

40

50

60

70

Rend

im.;

[%]

Q inic.

m3/h; (%)10 20 30 40 50 60 70 80 90

15

5

10

20

rpm 1

rpm 2

rpm 3

Q reg.

C inic.

C reg.

c. da instal. in

icial

c. da instalação regulada

60

20

40

80

100

120

140[m]

curvas da instalação

A

rpm 1

rpm 2

rpm 3

[kW]

(Δm)

QAQB

B1

B2

rpm 4

B1

B2

A

Diferença de consumos energéticos, (Potência x Caudal)

Área proporcional à diferença de consumos energéticos, entre as duas soluções.

Fig. 19.12

O leitor pode perguntar: porque não regular inicialmente a instalação pelo processo modificação da velocidade da bomba? A resposta será: sim, pode fazê-lo, se não hou-ver outros constrangimentos. Por exemplo: • Vários circuitos paralelos com necessidades de alteração de caudal diferentes; • Necessidades de regulação amplas, que saturem a disponibilidade da UVF, para

regulação de velocidades mais baixas, como são frequentes nos sistemas VAV; • Outras condicionantes. Por exemplo, na Figura 19.12., reparar que se a Curva da

Instalação tivesse uma componente em altura estática de 40 m, (curva a traço interrompido), não se poderia baixar a velocidade abaixo de rpm 4.

De resto a solução preferencial será sempre o recurso à variação de velocidade, pres-supondo que partimos de uma situação inicial da instalação, na qual seja possível alinhar razoavelmente três condições:

condições nominais – carga máxima de instalação – disponibilidade de 100 % da(s) UVF(s).

329CAPÍTULO 19 | BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA

Com base nas velocidades médias calculadas e expressas na linha inferior da tabela, extrapolou-se para tubagens de menor diâmetro, realçando-se que a diferença de cus-tos comercias destas em relação às tubagens de maior diâmetro, traduzirá algum con-dicionamento nesta extrapolação, significando assim alguma limitação na comparação.

TABELA 19.3.

Extrapolação dos valores da tabela da ASHRAE, para tubagens de menor diâmetro e velocidades de escoamento da mesma ordem de grandeza.

As válvulas de manobra e acessórios da instalação

A perda de carga em válvulas e acessórios, designadas por perdas de carga dinâmi-cas, são calculadas pela fórmula abaixo. Não se justificando normalmente um cálculo muito apurado, pode o mesmo ser estimado por agrupamento de tipo de válvula e acessórios.

HL = z ·

12g

· n2

com: HL – perda de carga localizada, (m), (altura de elevação)

z – coeficiente de perda de carga, (adimensional)

n – velocidade do escoamento, (m/s2), igual ao da tubagem de ligação.

g – aceleração da gravidade, (9,81 m/s2)

O valor do coeficiente z, para cada tipo de válvula podem ser encontrados com deta-lhe, em tabelas de válvulas e transformações, nomeadamente no Manual Carrier ou no documento “Selecting Centrifugal Pumps – KSB”, numa tabela de fácil seleção e bem organizada, disponível na Internet.

Transformações suaves em vez de transições a 90º, são sempre de preferir e reduzem quase para metade a perda de carga localizada. São situações vulgarizadas, por ques-tões de tradição e menor esforço que vale a pena tentar alterar, como caso da Figura 19.22..

FUNCIONAM. (hr/ano) <= 2,000 HR/ANO > 2,000 E ≤ 4,400 > 4,400 E ≤ 8,760

DN da tubagem

(mm)

Caudal e Velocidade Variaveis

Outras situações

Caudal e Velocidadee

Variaveis

Outras situações

Caudal e Velocidade Variaveis

Outras situações

(l/s) (l/s) (l/s) (l/s) (l/s) (l/s)

25 1,4 1,0 0,8

32 2,3 1,7 1,4

40 3,5 2,7 2,2

50 5,5 4,2 3,4

340 PARTE B | O CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA)

Válvulas de regulação do tipo Independente da Pressão. Esquemas de princípio de funcionamento e de constituição, de acordo com o modelo de um fabricante.

FIGURA 20.4.

Embora a constituição dependa do Fabricante, o princípio de funcionamento passa pela existência de um mecanismo que inclui um diafragma flexível e uma mola asso-ciada, que são impulsionados para cima ou para baixo pela pressão da água à entrada da válvula, P1 e pela pressão à saída P3, com uma atuação que contraria o efeito pri-mário da pressão diferencial do circuito.

O diafragma e mola, empurram ou aliviam a pressão de um “obturador” sobre a “sede”, mantendo-se uma pressão diferencial constante entre P2 e P3, porque quando a pressão P1 aumenta em relação a P3, o diafragma atua no sentido da aproximação do obturador à sede, diminuindo a pressão diferencial entre P1 e P3 e inversamente.

P1

Sede

P1 P3P2

P3P2

Regulador de Pressão Diferencial

Regulação de Caudal Máximo

P1 P3P2

P3

P2-P3= Cte

P2-P3=CteTomadas de Pressão

Princípio de uma VRC IPEsquema de constituição

DiafragmaMola

Canal de passagem na esfera

Canal da pressão de saída

P3

ObturadorP2

Diafragma

Fig.20.4

Fig.20.20

Veremos no próximo capítulo, as “Válvulas de Controlo Independentes da Pressão”, que assentam também neste princípio de funcionamento.

As válvula de seccionamento, VS’s

São simples válvulas de manobra, para permitirem isolar o circuito derivado, com vista à intervenção nos equipamentos desse circuito, sendo que no caso da Figura 20.3, não se instalou outra válvula de seccionamento, porque a VRC pode também funcionar para efeitos de seccionamento.

As VS’s podem ser do tipo cunha, macho esférico ou borboleta, sendo que a atuação manual muito rápida destas últimas, em grandes instalações pode provocar uma onda de pressão interna na tubagem, semelhante ao golpe de aríete.

347CAPÍTULO 20 | VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS

Apresentam-se valores típicos para o Kvs de válvulas de controlo de duas vias de um determinado Fabricante.

TABELA 20.1.

Valores típicos do Coeficiente de Caudal, “Kvs”, para válvulas de duas vias, fornecidos por Fabricante conhecido.

DN 15 DN 20 DN 25 DN 32 D N40 DN 50 DN 65 DN 80 DN 100

Kvs

6.3 8.6 10.0 16.0 25.0 36.0 63.0 100.0 160.0

4 6,3 6.3 10.0 16.0 25.0 36.0 63.0 100.0

2.5 4,0 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 36.0 63.0

1.6 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 36.0

Alternativa de calculo do Kvs

Apresentação da matéria de acordo com a Figura 20.19.

VCCircuito principal

Circuito derivado

Δpvalvula

A BC D

Retorno

Ida

VS SerpentinaVC

Δ Pvalv.

Δ Pserp.

Δ P c

ircui

to d

eriv

ado

AB

A

B

Δpciruito derivado

VC

Q (Kvs) Q

P1 P2ΔP = (P1 e P2) - Diferencial de pressão correspondente à perda de carga na válvula.

Kvs - Coeficiente de passagem da válvula VC

VC

Δpvalv.

A B

Retorno

Ida

Δpcir. deriv.

Δpserpentina

VRC

VS - Válvula de SeccionamentoVRC – Válvula Reguladora de Caudal (e de seccionamento)Vc – Válvula de Controlo (V2V)

SerpentinaVC

ABVRC

VS - Válvula de SeccionamentoVRC – Válvula Reguladora de Caudal (e de seccionamento)VC – Válvula de Controlo (V2V)

ΔPVRC ΔPserpentina ΔPV

ΔPA/B

Fig.20.13 Fig.20.14

Fig.20

.17

Fig.20.18

Fig.20.19

Figura equivalente à Figura 20.17, simplificada e com identificação das perdas de carga individuais e total no circuito.FIGURA 20.19.

Poderíamos ter selecionado o Kvs de outro modo mais simples, se tivéssemos em conta que a autoridade Av da válvula, não deve ser inferior a pelo menos 0,5 e calcu-larmos os restantes parâmetros com base nesta imposição.

Considerando a definição da autoridade da válvula, Av, e a Figura 20.19. (que é a Figura 20.17., simplificada);

An = DPválvula totalmente abertaDPválvula fechada

ou DPv100DPv0

e que se pretende uma Av não inferior a 0,5, deverá ser com base na expressão ante-rior, DPv100 = DPv0 x 0,5 e porque, com a válvula VC fechada a pressão perda de carga do circuito A/B, cai todo sobre a válvula, será DPv100 = (DPA/B)/2.

Na situação da VC aberta para o caudal máximo, será:

1) DPA/B = DPv100 + DPserpentina + DPvrc + DP(restantes válvulas e circuito) , ou 2) DPA/B ≅ DPv100 + DPserpentina + DPvrc , desprezando a 4.ª parcela do 2.º termo


As características das VCIP de atuação mecânica, à semelhança das VRCIP (Cap. 20.2.), embora dependentes da marca, baseiam-se na existência de um diafragma com uma mola associada, localizados numa espécie de antecâmara da válvula e expostos às pressões hidráulicas P1 à entrada e P3 à saída daquela.

Em função da diferença entre as pressões P1 e P3, o mecanismo desloca-se segundo um eixo e influencia a pressão P2 de uma segunda câmara. P2 vai assim variar de modo inversamente proporcional ao da diferença de pressões P1-P3, permitindo que a esfera de regulação fique como que imersa num ambiente de pressão diferencial constante, que estabiliza o caudal que passa pelo canal da mesma esfera, deixando assim de depender da diferença direta entre as pressões externas P1 e P3.

Válvulas de controlo IP, por atuação eletrónica

Estas válvulas são mais sofisticadas e como tal mais onerosas, mas também apresen-tam outras funcionalidades. Uma válvula representativa destas características é a Energy Valve de um conhecido fabricante, constituída conforme Figura 20.21, por dois módulos associadas: um tubo de medição de caudal e uma válvula de controlo carac-terizada.

setpoint do caudal

pressão diferencial

angulo abertura valv.

tempo

perfi

s das

var

iave

is

tempos (ajustáveis) de estabilização

alteração exterior do

ΔP

Resposta de compensação interna do ΔP

perfil do caudal

1 - Válvula caracterizada, c/2 - Disco caracterizado3 - Atuador da válvula

4 - Tubo de medição de caudal5 - Sensor de caudal associado c/6 - Sonda de temp. da água (ret.)7 - Sonda de temp. água. (ida)

1

2

3

5

4

6

7

1

2

3

4

1- Válvula de controlo (caracterizada)2 - Atuador inteligente.3 - Sensor de caudal4 - Medidor de caudal5 - Sondas de temperatura6 - Tubagens de água

2 4

5 31

6

56

Fig.20.21

Fig.20.22

Princípio das VC IP, com atuação eletrónica.As possíveis alterações de caudal, resultantes da flutuação da pressão, são corrigidas pela atuação da válvula, após feedback da variação daquele caudal no tubo de medição.(Fonte: Belimo)

FIGURA 20.21.

363CAPÍTULO 20 | VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS

Parte da cota desta curva é representada pela perda de carga correspondente às vál-vulas de controlo, tendo-se considerada a curva desdobrada na componente das vál-vulas de controlo e as restantes perdas de carga da instalação.

Quando a carga térmica começa a reduzir-se e o caudal de água fria se reduz de modo correspondente, a curva da instalação aumenta de inclinação e o ponto de funciona-mento vai passar de A para B, a que corresponde então um menor caudal mas um aumento da pressão. Qualquer válvula de controlo que esteja nos circuitos derivados passam a estar sujeita a uma maior pressão, pois foi devido ao seu fecho que o caudal de água foi sucessivamente diminuindo.

Por definição da “autoridade” da válvula, esta vai diminuir, pelo aumento do valor do denominador da equação de definição de “autoridade”, pois se recorda que:

A =

DPválvula toda aberta

Â(DPcomponentes do circuito associado)

Vejamos o que se passa num diagrama pressão/distância, com o circuito mais dis-tante e provavelmente o que representa a maior perda de carga da instalação, identi-ficado pelo Circuito Derivado 3, CD3, na Figura 21.2.

Modificação dos perfis de pressão dos circuitos principais, em resultado da diminuição de caudal no circuito mais distante, (maior perda de carga), CD3, pelo fecho da respetiva válvula de controlo, afetando as pressões diferenciais nos restantes circuitos e a auto-ridade das respetivas válvulas de controlo.

FIGURA 21.2.

BC

CD 1 CD 2 CD 3

CPD

UVF

Altu

ra d

e el

evaç

ão –

(m ca

)Perfil de pressão 1 – Caudal máximoPerfil de pressão 2 - Caudal reduzido

Distância - (m)

Δp/B

C RED

UZID

A

ΔP/CD1 ΔP/CD3 CD’s – circuitos derivados na distribuição secundaria.ΔP/BC – Altura manométrica da bomba de circulaçãoΔP/CD – pressão diferencial nos Circuitos Derivados

BC

ΔP/CD2

VCVC VC

VC VCVC

CPD

ΔP/BCNOM.

Altu

ra d

e el

evaç

ão –

(m ca

)

Perfil de pressão 2 - caudal máximo

Perfil de pressão 1 – caudal reduzido

Distância - (m)

ΔP/B

C (p

onto

A)

ΔP/CD1 ΔP/CD3

CDs – circuitos derivados na distribuição secundaria.ΔP/BC – Altura manométrica da bomba de circulação, para os pontos de funcionamento “A” e “B”. ΔP/CD – pressão diferencial nos Circuitos Derivados

BCCD 1 CD 2 CD 3

ΔP/CD2

VCVC VC

CPD – sonda de pressão diferencial de fim de linha.UVF – unidade de variação de frequência, (alteração da velocidade da bomba)BC – bomba de circulação do circuito de caudal variável

ΔP/B

C (p

onto

B)

CD 1 CD 2 CD 3

Fig. 21.2

Fig. 21.3

Fig. 21.5

Em resposta à menor carga da serpentina, a válvula vai passando de toda aberta e perda de carga reduzida, Δp / CD3, para válvula fechada e caudal nulo, (ou quase), suportando uma pressão cada vez maior, (representado a traço interrompido). Com o caudal reduzido, a perda de carga na tubagem é cada vez menor pelo que o perfil da


Sistema de “bombas multiplicadas” em instalações de CPV.

O esquema correspondente é o da Figura 22.7., semelhante ao da Figura 22.6., mas com a diferença de que não existem bombas secundárias, pois trata-se de um sis-tema de caudal primário variável, onde todo o circuito hidráulico é assegurado por bombas primárias, mas de caudal variável.

Sendo os chillers de caudal variável é possível otimizar a produção com o consumo para cargas reduzidas, para as quais os chillers podem oferecer uma boa eficiência. Não esquecer que se os chillers forem de caudal constante o seu rendimento máximo verifica-se para o seu caudal máximo, (caudal nominal do chiller), ao passo que os chillers de caudal variável apresentam a eficiência máxima para um caudal reduzido da ordem dos 30/40 % do valor máximo.

Sistema de CPV, com Bombas gerais de Circulação, em sistema multiplicado.Pode representar uma opção energética eficiente, mas tem um controlo de gestão complexo.

FIGURA 22.7.

Com esta configuração, são possíveis situações em que o número de chillers não é igual ao número de bombas a funcionar. Assim é possível que:

• Duas bombas trabalhem com um só chiller, de modo a aumentar a capacidade debitada pelo chiller e resolver temporariamente um problema de baixo DT, dis-pensando o arranque de um segundo chiller;

• Três bombas trabalhem com dois chillers permitindo a utilização de um elevado DT e um baixo caudal, (por controlo da VBp), para uma melhor eficiência na parte da distribuição.

Por estes itens acima, se antevê as vantagens de eficiência energética de um sistema Caudal Primário Variável, mas também a complexidade no seu controlo e exploração.

BS

Chill

er 1

CD -

cole

tor d

esac

opla

m. BP - Bombas Primárias/Produção

. (caudal constante)BS - Bombas Secundárias/Distrib.. (caudal variável)CD - coletor de desacoplamento

anel hidráulico secundárioanel hidr. primário

Chill

er 2

Chill

er 3

BP VC

BS

Chill

er 1

CD -

cole

tor d

esac

opla

m. BP - Bombas Primárias/Produção

. (caudal constante)BS - Bombas Secundárias/Distrib.. (caudal variável)VI – Válvulas de isolamento dos . chiller’s.

anel hidráulico secundárioanel hidr. primário

Chill

er 2

Chill

er 3

BPsVC

VIs

Chill

er 1

BC - Bombas gerais de Circulação. (caudal variável)VI - Válvulas de isolamento . dos chiller’sVBp - Válvula de controlo do. by-pass MC - Medidor de caudal

Chill

er 2

Chill

er 3

BCsVC

VIs

CBp

- col

etor

de

by-p

ss

VBp

MC

Fig. 22.5

Fig. 22.6

Fig. 22.7


Nestas condições a entrada em carga de um novo chiller pode ser retardada uma vez que há disponibilidade extra na unidade operacional e o eventual arranque de outra unidade deve fazer-se com base na leitura das sondas de temperatura, ST/ida e ST/retorno e no medidor de caudal, MC, que vão permitir calcular a todo o momento a carga absorvida na distribuição (caudal * DT).

A opção do número de chillers a disponibilizar, tem ainda a ver com o tipo de compres-sores de cada um, do tipo velocidade constante ou velocidade variável, em face da diferente eficiência de cada um perante a carga. Sendo todos do mesmo tipo, e isso é uma opção recomendável, a regra será:

• Nos chillers de caudal constante, a maior eficiência da produção, é estabelecida com a colocação em funcionamento, do menor número de chillers, cada um a trabalhar à maior carga possível, a que corres-ponde a melhor eficiência.

• Nos chillers de caudal variável, a maior eficiência da produção, é estabelecida com a distribuição da carga total da instalação, por vários chillers, de modo a que cada um possa trabalhar com a sua melhor eficiência para a carga parcial, ( Ver Fig.22.21).

22.7. Controlo das pressões no anel hidráulico – Sistemas CPV

Relacionado com o escalonamento dos chillers, está também o controlo das pressões no anel hidráulico, havendo duas pressões diferenciais que é necessário controlar:

1) A pressão diferencial de fim de linha, PDFL

MC

ST/ida

VBP

CHILLER 1VI

retorno da distribuição

ida à distribuição

PDBP

CHILLER 3VI

CHILLER 2VI

VBP

Chill

er 1

Chill

er 2

Chill

er 3

Δp

VIs

caudal mínimo do chiller em carga

MC - medidor de caudalVBP - válvula de by-passΔp - controlo de segurança. de circulação no chiller

Chill

er 1

VBP - Válvula de controlo do. by-pass MC - Medidor de caudalPD - Pressóstato diferencialSGCT – Sistema de Gestão Técnica Centralizada

Chill

er 2

Chill

er 3

BCs

VIs

VBp

MC

PD

VC VC

SGTC

CONS

UMO

SECU

NDÁR

IO

PD

SP

SP

Chill

er 1

Chill

er 2

Chill

er 3

BC

VI

CBp

- col

etor

de

by-p

ss

VBp

MC

PDFL

VC

UVF

SPUVF - Unidade de Variação. de FrequênciaPDFL - Pressóstato diferencial . de fim de linhaSP - Sondas de PressãoBC - Bomba de Circulação. (caudal variável)

SP

Fig. 22.14

Fig. 22.16

Fig. 22.17

Fig. 22.18

Controlo da pressão diferencial de fim de linha, PDFL, um sistema do tipo CPV.A pressão diferencial no extremo da rede é mantida, com base na modelação da velocidade da bomba (ou bombas), de circulação do sistema, BC.

FIGURA 22.16.

Esta pressão do extremo do circuito hidráulico normalmente designada de pres-são de “fim de linha”, é lida pelo pressóstato diferencial PDFL, associado a dias sondas hidráulicas, SP, cf/ Figura 22.16, e constitui a garantia de que existe pressão suficiente para o circuito derivado mais distante funcionar.


22.9.3 Mitigação da degradação do DT.

O problema da diminuição do DT atenua-se quer corrigindo, na medida do possível, as deficiências que estão na sua origem, (seis situações descritas no Capítulo 22.9.1.), quer, implementando medidas compensatórias, que a seguir se descrevem.

Nos sistemas clássicos de CPC/CSV

Os dois problemas referidos em 2) e 3) da alínea anterior, podem ser mitigados pela configuração do coletor de desacoplamento comum ao primário e secundário, com uma válvula unidirecional, conforme já explicado no capítulo 22.5.1, que evita que o sobre caudal do secundário faça retorno direto pelo coletor, misturando-se com o caudal arrefecido no nó “A”, aumentando a temperatura de entrega nas serpentinas. Assim o caudal vai ser obrigado a passar pelo(s) chiller(s), que normalmente supor-tam agravamentos da ordem dos 130%, de modo a retirar dele uma capacidade acres-cida (caudal * DT), com uma eficiência melhorada.

Instalação de uma válvula de retenção no coletor, para evitar que o caudal de retorno não arrefecido, se vá misturar com o caudal de ida, em M, com aumento da temperatura deste e consequente agravamento da degradação do ΔT.

FIGURA 22.25.

V2V

água

ar

TAGUA ida

STar

TAGUA retornoTAR entrada

TAR saída

PROD

UÇÃO

PR

IMÁR

IA

CONS

UMO

SECU

NDÁR

IO

Prim./ret. Sec./ret.

Prim./ida Sec./ ida

A

Q primario Q secundárioB

M

± 10

ºC

5ºC - Temp. de Proj.

> 5ºC - Temp. acima de Proj.

PROD

UÇÃO

PR

IMÁR

IA

CONS

UMO

SECU

NDÁR

IO

A

Q primario Q secundárioB

M

± 10

ºC

5ºC - Temp. de Proj.

> 5ºC - Temp. acima de Proj.

by-passVG

ar

águaIDA

RETORNO

V3V

STar

Prim./ret. Sec./ret.

Prim./ida Sec./ ida

Fig. 22.22

Fig. 22.23

Fig. 22.24

Fig. 22.25

Esta é uma solução possível, quer para sistemas com bombas primárias individuali-zados por cada chiller, quer para sistemas com bombas instaladas em corpo único multiplicado, com chillers geralmente do tipo de velocidade fixa.

Nos sistemas de CPV

Nos sistemas de caudal primário variável, CPV, onde normalmente são utilizados chil-lers de velocidade variável os quais apresentam melhores eficiências a carga redu-zida, a solução do problema é a de acomodar em funcionamento o menor numero de chillers em função da sua eficiência.


100 L/s

100 L/s

100 L/s

100 L/s

BC3

BC2

BC1

5ºC

12ºC12ºC

300 L/s

Carga no consumo:100%300 L/s; c/ ΔT=7ºC

300 L/s

0 L/s

Carga no consumo: 66% 200 L/s; c/ ΔT=7 ºC

VI

MC

BC3

BC2

BC1

5ºC

12ºC12ºC

200 L/s200 L/s

0 L/s

VI1

MC

Carga no consumo: 33% 100 L/s; c/ ΔT=7ºC

BC3

BC2

BC1

5ºC

12ºC12ºC

100 L/s100 L/s

0 L/sMC

VI3

VI2

VI1

VI3

VI2

Chiller 2

Chiller 1

Chiller 3

100 L/s

100 L/s (100% de carga)

(100% de carga)

(100% de carga) VBP

Chiller 2

Chiller 1

Chiller 3

(100% de carga)

(100% de carga)

VBP

VBP

Chiller 2

Chiller 1

Chiller 3

(100% de carga)

C ΔPD

C ΔPD

C ΔPD

Fig. 23.8

Fig. 23.9

Fig. 23.10

Carga térmica a 33%

Na Figura 23.10., a carga diminuiu dos 66% anteriores e vai ficar num valor de 33%.

Instalação e condições semelhantes às da figura anterior, porém com a carga reduzida para 33%. Foi “isolado” mais um chiller e colocada fora de serviço, mais uma bomba, a BC2.

FIGURA 23.10.

Opção alternativa à configuração da instalação da Figura 23.10, mas com maior número de chillers em funcionamento a carga reduzida, 50%, mas com eficiência parcial superior.

FIGURA 23.11.

É possível agora, isolar mais um chiller, (n.º 2) e parar mais uma bomba, (nº 2). O chil-ler ativo suporta isolado a carga total dos consumidores.

Continua a não haver circulação na válvula de bypass, pois toda a capacidade térmica da água é absorvida no consumo.

BC3

BC2

BC1

5ºC

Carga no consumo: 33%100 L/s; c/ ΔT=7ºC

Carga no consumo: 10%10 L/s; c/ ΔT=7ºC

BC3

BC2

BC1

5ºC

12ºC6,8ºC10 L/s40 L/s

30 L/sMC

VBP

VI1

VI3

VI2

caudal min: 40% - 40 L/scarga 10%: 292 kW

( )

Chiller 2

Chiller 1

Chiller 3

(50% de carga)

(50% de carga)

VI1

VI3

VI2100 L/s

40 L/sChiller 1

Chiller 2

Chiller 3

C ΔPD

PD

Carga no consumo: 10% 10 L/s; c/ ΔT=7ºC

BC3

BC2

BC1

5ºC

12ºC6,8ºC 10 L/s40 L/s

30 L/s

MC

VBP

VI1

VI3

VI2

caudal min: 40% - 40 L/scarga 10%: 292 kW

( )40 L/sChiller 1

Chiller 2

Chiller 3

C ΔPD

PDUVF

C

B

AA, B e C Anéis de controlo

Fig. 23.11

23.12

23.13


Ag. quente(entrada)

BC

Ag. fria(saída)

Ag. quente(entrada)

Ag. fria(saída)

Agua fria(saída)

Agua quente(entrada)

Enchimento de contacto, agua-ar, em “fluxos opostos”.

Circuito fechado

Enchimento de contacto água-ar, em “fluxos cruzados”

Fig. 24.2

Fig. 24.3

Entalpia (kJ / kg)

Pres

são

(kPa

)

linhas de temp. constante

elev

ação

de

pres

são

condensadorTag EC

evaporador compressor

Tag SE

Tag EC – Correspondência da Temperatura da água na Entrada do Condensador(condições 1 e 2)

Tag SE – Correspondência da Temperatura da água na Saída do Evaporador

1

2

Fig. 24.7

Aspeto de uma torre modular, para capacidades elevadas, com ventilador auxiliar axial, em montagem do tipo “ar induzido”. Os fluxos de ar e água são designados como do tipo “cruzados”.

FIGURA 24.3.

O tipo de torre representada na Figura 24.3, é a de uso mais vulgarizado com capaci-dades até valores 1000 TR, (±3.500 kW) nominais, podendo ser instaladas em módulos (ou células) paralelas, para potências maiores.

24.2. Parâmetros característicos das torres de arrefecimento

As torres de arrefecimento são caracterizadas pelos parâmetros seguintes.

1) Diferencial de temperatura da água

É a diferença de temperatura da água, entre a entrada e a saída, da torre. O valor desta grandeza é uma opção do projetista e tem a ver com a correspondente saída e entrada do mesmo caudal da água no condensador do chiller associado à torre, (ou chillers e torres).

Estas temperaturas rondam normalmente os 35 °C na entrada na torre e 29,5 °C na saída, correspondendo-lhe um diferencial de 5,5 °C. Estudaremos a otimização destas temperaturas mais à frente.

2) "Aproximação" (à temperatura do ar de entrada)

Na literatura técnica da especialidade é designada por approach.

Como o nome sugere, é a diferença entre a temperatura da saída da água e a tempe-ratura húmida da entrada do ar, conforme Figura 24.4. Caracteriza teoricamente a temperatura mais baixa a que a água pode sair e condiciona fisicamente a torre, por-

431CAPÍTULO 24 | TORRES DE ARREFECIMENTO

• Podem ser utilizados em agrupamentos de UTAs, nomeadamente em edifícios de elevada altura, com uma UTA por piso;

• Representam normalmente um investimento inicial menos oneroso do que o dos economizadores do lado do ar.

24.8.2. Princípio de funcionamento

Na Figura 24.15, está representado um esquema de tubagem de um “economizador integrado”, assim designado porque permite o funcionamento simultâneo com o(s) chiller(s), garantindo um primeiro arrefecimento da água no secundário do permutar de calor, antes da passagem da água das serpentinas das UTAs, pelo evaporador do chiller, se tal for necessário e possível.

CHILLER 1

CHILLER 2

TORRE 1 TORRE 2

BP BSBC

PC

VI

VI

VI

V2V

P.Calor

V2V

P.Calor

V2V

UTAs

Permutador de Calor

V2V

PROD

UÇÃO

(chi

llers

)

CARG

A(u

tas)

11ºC

12ºC

11ºC

18ºC

18ºC12ºC

10ºC 15ºC

BP BS

PC

V2V Serp

entin

as

das U

TAs

Circuito de arrefecimento pelas torres Circuito de arrfecimento pelos chillers

Permutador de Calor, em by-pass. Permutador de Calor, em utilização.

Às TorresÀs Torres

(free cooling)

Às Torres(free cooling)

Fig. 24.15

Fig. 24.16

Fig. 24.17

Fig. 24.18

Sistema economizer do lado da água, do “tipo integrado”, num sistema primário/secundário, permitindo o funcionamento em se-quência e se necessário, do free cooling das torres e do arrefecimento mecânico dos chillers. O permutador PC, pode ser, p. ex. do tipo placas paralelas.

FIGURA 24.15.

No diagrama, a tubagem do lado da água fria tem uma distribuição CPC/CSV, (caudal primário constante / caudal secundário variável), mas poderia ser do tipo caudal único variável e, nesse caso, com a localização do permutador no circuito primário.

Os chillers e as torres de arrefecimento são organizados e dimensionados como se o permutador não existisse, sendo aplicada uma válvula de isolamento VI, no circuito deste, para permitir a sua ativação e desativação de modo algo semelhante ao do escalonamento dos chillers, segundo o princípio de base de que, nas épocas quentes, são ativados os chillers e desativado o economizador, e nas épocas fria será ativado o economizador e desativados os chillers, ficando um em standby para arrefecer a água até ao setpoint pretendido, se o economizador só por si não o conseguir.

445CAPÍTULO 24 | TORRES DE ARREFECIMENTO

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

Prefácio VAgradecimento à EFRIARC VIINota da EFRIARC IXA organização base do livro XILinhas de orientação dos assuntos do livro XIIISumário de matérias XV

PARTE A | O Volume de Ar Variável (Equipamentos e sistemas do lado do AR) 17 1. INTRODUÇÃO – Os sistemas de Volume de Ar Variável 191.1. Breves considerações sobre os sistemas de caudal variável 191.2. Alguma história sobre os sistemas de caudal variável 201.3. Princípio dos sistemas de climatização por VAV 201.4. Características dos sistemas VAV – (vantagens e desvantagens) 221.5. Deslocação da carga e adaptação da capacidade térmica 231.6. Tipos de sistemas VAV – características principais 241.7. Os sistemas de VAV, de alta performance 281.8. Dimensão, classificação e aplicação dos sistemas 31 1.8.1. Dimensão e classificação 31 1.8.2. Aplicação dos Sistemas VAV 31

1.9. Conceitos de base, recorrentes no livro 32

2. O EQUIPAMENTO CENTRAL – UTA central 332.1. A organização da Unidade de Tratamento de Ar Central 33 2.1.1. Configuração de montagem. 33 2.1.2. Algumas recomendações de montagem 37

2.2. Serpentina de arrefecimento 382.3. Serpentina de aquecimento 442.4. Os registos de caudal 452.5. Secção de filtragem 48 2.5.1. A seleção e classificação do sistema de filtragem 51

2.6 Os recuperadores de energia 53 2.6.1. Eficiência e consumo energético do permutador 54 2.6.2. Exemplo prático – (calculo da eficiência) 56

3. O VENTILADOR CENTRAL – Insuflação da UTA central 593.1. Genérico 593.2. O ventilador central. Tipologia e teoria associada 593.3. Ponto de Funcionamento e Curvas Características do Ventilador 63 3.3.1. Curvas Características do Ventilador, CCV 63 3.3.2. Curvas Características da Instalação, CCI 64

CDLXVIIÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

3.3.3. Ponto de Funcionamento da instalação, PF 66 3.3.4. Alteração da velocidade de um ventilador 67 3.3.5. Leis da afinidade dos ventiladores 68

3.4. Comparação de Curvas de Características dos Ventiladores 693.5. Os motores elétricos de Comutação Eletrónica – (Motores EC) 71 3.5.1. Princípio de funcionamento de um Motor ED 71 3.5.2. Características gerais dos motores EC 73 3.5.3. Facilidades de aplicação a equipamentos de AVAC 75

4. CAIXAS TERMINAIS VAV – Tipos e seleção 794.1. Genérico 794.2. Características construtivas gerais 794.3. Tipo de funcionalidade das caixas VAV 81 4.3.1. Caixas VAV, só para arrefecimento 82 4.3.2. Caixas VAV, com reaquecimento 83 4.3.3. Caixas com reaquecim. e dois valores de caudal máximo, (* SAP/VAV) 84 4.3.4. Caixas assistida, com ventilador em paralelo 86 4.3.5. Caixas assistida, com ventilador em série 88 4.3.6. Caixas para sistemas de dupla conduta 88 4.3.7. Caixas dependentes ou independentes da pressão 89

4.4. Seleção das caixas terminais VAV 90 4.4.1. Caudal máximo e caudal mínimo das caixas 90 4.4.2. Níveis de ruído, radiado e emitido 91 4.4.3. Pressão estática de trabalho 92 4.4.4. Opção entre caixas assistidas com ventilador em série vs paralelo 94

4.5. Sistemas de Controlo das Caixas VAV 95 4.5.1. Sistema de leitura do caudal de ar nas caixas 95 4.5.2. Controlo nas caixas “dependentes” e “independentes” da pressão” 97 4.5.3. Controlo das caixas VAV, com reaquecimento 99 4.5.4. Controlo das caixas tipo, dual maximum, (* SAP/VAV) 100

5. REDE DE CONDUTAS – Conceção e dimensionamento 1015.1. Genérico 1015.2. Conceção geral das redes de condutas 101 5.2.1. Redes de insuflação 103 5.2.2. Execução da rede de condutas na alta pressão 104

5.3. Execução da rede de condutas na baixa pressão 1085.4. O retorno de ar – Conceções e base de dimensionamento. 109 5.4.1. Aspiração livre por tetos falsos e coretes. 110

5.5. ANEXO – Métodos de dimensionamento de condutas 112 5.5.1. Classificação das redes de condutas 112 5.5.2. Método de dimensionamento por “Igual Perda de Carga” 113 5.5.3. Dimensionamento pelo método da “Recuperação da Pressão Estática” 114 5.5.4. Principio do método de “Redução da Perda de Carga” 116

CDLXVIII

6. PERFIL DAS PRESSÕES NUM ESCOAMENTO 1196.1. Conceitos gerais das pressões estática, de velocidade e total 119 6.1.1. O Ventilador 120 6.1.2. O sistema de ventilação 1206.2. Exemplos de perfis de pressão no sistema 122 6.2.1. Ventilador de insuflação simples, sem tomada de ar novo 123 6.2.2. Ventilador de insuflação simples, com tomada de ar novo 125 6.2.3. Ventilador de insuflação e retorno, na mesma UTA 126

7. CONTROLO DA CAPACIDADE DO VENTILADOR 1297.1. Processo do “Ajuste livre da instalação” 1307.2. Método do controlo da pressão – sonda na conduta de insuflação 1327.3. Controlo da pressão – sensores de caudal, nas caixas VAV – (*SAP/VAV) 1367.4. Seleção do ponto inicial de funcionamento nas Condições de Projeto 1397.5. Considerações sobre as sondas 1407.6. Identificação da Zona Crítica – Sistemas mono e multizona 143

8. PSICROMETRIA DOS PROCESSOS EM VAV 1458.1. Genérico 1458.2. Processo de arrefecimento – Carga máxima/Condições de Projeto 146 8.2.1. Descrição dos processos parciais do ar, (cf/ simbologia da Figura 8.1.) 146 8.2.2. Condições dos equipamentos 1488.3. Processo de arrefecimento – Situações de carga térmica reduzida 1488.4. Processo de arrefecimento – Condições exteriores de Inverno 1518.5. Controlo da temperatura de insuflação da UTA 153 8.5.1. Condições Gerais 153 8.5.2. Vantagens e desvantagens do SAT Reset 155 8.5.3. Equipamento de controlo 1568.6. Controlo dinâmico da temperatura do caudal de insuflação 157

9. VENTILAÇÃO E QUALIDADE DO AR INTERIOR 1619.1. Genérico 1619.2. A tomada e a distribuição dos caudais de Ar Novo 161 9.2.1. A distribuição dos valores do caudal de ar a cada zona 161 9.2.2. As condições de aspiração do caudal de ar novo, na UTA 164

9.3. Cálculo do caudal de ar novo, pelo Standard 62.1da ASHRAE 1659.4. Aplicação de um exemplo prático 167 9.4.1. Métodos de cálculo de AN 169

10. CONTROLO DO CAUDAL DE AR NOVO (AN) 17510.1 Genérico 175 10.1.1 Posição fixa para o registo e caudal de Ar Novo mínimo 176 10.1.2 Tomada de Ar Novo, com sistema de medição de caudal 177 10.1.3 Tomada de Ar Novo, com controlo proporcional 178 10.1.4 Tomada de Ar Novo, com sistema de injeção por ventilador 179 10.1.5 Tomada de Ar Novo por registo independente com modulação 180

CDLXIXÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

10.2 Regulação dos registos de ar novo (AN) e retorno (AR) 181

11. ALTERAÇÃO DINÂMICA DO CAUDAL DE AR NOVO 18311.1. Controlo dinâmico da ventilação, em face do número de ocupantes 18411.2. Controlo dinâmico da ventilação, baseado no teor do CO2 186 11.2.1. Implementação prática do processo “CDV-CO2” 188 11.2.2. Princípio do controlo do processo “CDV-CO2” 189

11.3. Métodos do controlo do processo “CDV-CO2” 191 11.3.1. Método de controlo proporcional 192 11.3.2. Método do setpoint único 194 11.3.3. Os equipamentos de controlo 195

11.4. Controlo dinâmico do VAN nas instalações de VAV 197 11.4.1. Informação do teor de CO2 ambiente, a partir de sondas, (CDV-CO2) 198 11.4.2. Cálculo dinâmico do caudal VAN, conforme Standard 62.1 ASHRAE 200

12. DIFUSÃO DE AR NOS LOCAIS 20312.1. “Zona de Ocupação” e condições de conforto 20312.2. A difusão de ar – conceitos fundamentais 20512.3. Dimensionamento dos difusores de ar 20712.4. Localização das grelhas de retorno 21012.5. A difusão de ar nas instalações de VAV 21112.6. A conceção da difusão de ar em espaços periféricos e interiores 213 12.6.1. Considerações gerais 213 12.6.2. Locais periféricos com necessidades de aquecimento elevadas 214 12.6.3. Locais periféricos com necessidades de aquecimento médias 215 12.6.4. Locais periféricos com necessidades de aquecimento reduzidas 216 12.6.5. Outros espaços específicos 216

12.7. As condições de conforto em temperatura e humidade 218 12.7.1. Ajuste automático das temperaturas de conforto ambiente 219

13. SOLUÇÕES VARIANTES E ALTERNATIVAS 22113.1. Sistemas de VAV com “ar frio” 221 13.1.1. Bases de dimensionamento nos sistemas de “ar frio” 221 13.1.2. Vantagens e desvantagens dos sistemas de agua fria: 223

13.2 Sistemas dedicados ao Ar Novo (“DOAS”) 224 13.2.1. Entrega de Ar Novo, na aspiração de cada UTA 224 13.2.2. Entrega direta do caudal de AN, na caixa VAV de cada Zona 225 13.2.3. Entrega do caudal de AR diretamente na Zona 22613.3. Sistemas de VAV com unidades autónomas arrefecidas a água 226

14. SISTEMA ECONOMIZADOR DE ENERGIA (lado do ar) 22914.1. Principio de funcionamento 22914.2. Modos de funcionamento 230

14.2.1. Funcionamento de um sistema clássico, VAC, sem economizer 231 14.2.2. Funcionamento do economizer, num sistema de VAC 232

CDLXX

14.2.3. Funcionamento do economizer, num sistema de VAV 23514.3. Estratégias de reposição do ar novo nos economizadores 23714.4. Análise psicrométrica das estratégias do limite de shut off 24014.5. Controlo da temperatura ambiente nos sistemas economizers 242 14.5.1. Instalações do tipo VAC 243 14.5.2. Instalações do tipo VAV 245 14.5.3. Algumas recomendações práticas 248

15. CONTROLO DA PRESSURIZAÇÃO NUM EDIFÍCIO 24915.1. Principio da pressurização de um edifício 24915.2. A pressurização dos Edifícios com sistemas VAV 24915.3. Sistemas e modos de controlo da pressurização 251 15.3.1. Controlo direto da pressurização 252 15.3.2. Controlo indireto da pressurização, por seguimento de caudais 252

15.4 Controlo da pressurização, por sistema de Registos de Rejeição 254 15.4.1. Comando dos Registos de Rejeição 256

15.5. Controlo da pressurização, por sistema de Ventiladores de Rejeição 257 15.5.1. Comando e controlo dos Ventiladores e Registos de Rejeição 260 15.5.2. A pressão estática, nos sistemas com Ventilador de Rejeição, VRj 261

15.6. Controlo da pressurização, por sistema de Ventilador de Retorno 262 15.6.1. Comando e controlo nos sistemas com Ventilador de Retorno 264 15.6.2. Níveis da pressão estática, nos sistemas com VRj 265

15.7. Seleção e dimensionamento de registos de regulação de caudal 267 15.7.1. Curvas de registos 269 15.7.2. Seleção combinada de registos 270

16. OS ESPAÇOS E A CONCEÇÃO DAS INSTALAÇÕES 27316.1. Genérico 27316.2. Solução de Unidade Central ou Unidade a piso a piso 27316.3. A organização e identificação das “ZONAS térmicas” 27416.4. A configuração da rede de condutas 27616.5. O dimensionamento da rede de condutas 27816.6. Cálculo dos caudais de ar 281

17. SISTEMA DE GESTÃO TÉCNICA CENTRALIZADA – SGTC 28317.1. Genérico 28317.2. Organização e tipos de “pontos do SGTC” 285 17.2.1. Tipos e listagem de “pontos” 286

17.3. Comando de funcionamento da instalação 292 17.3.1. Modos de comando horário simples, “ocupado/desocupado” 292 17.3.2. Horários diferenciados p/zona e “tempo extra” (timed override) 294 17.3.3. Arranque e paragens otimizados 294 17.3.4. Modo de standby e arrefecimento noturno 296

17.4. Arranque e paragens otimizados 298

CDLXXIÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

PARTE B | O Caudal de Água Variável (Equipamentos e sistemas do lado da ÁGUA) 299

18. PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA 30118.1. Genérico 30118.2. Algumas considerações históricas dos sistemas CAV 30118.3. Unidades de produção de água fria – Chillers 302 18.3.1. Classificação dos chillers, pelo tipo de arrefecimento 302 18.3.2. Classificação pelo tipo de compressor 303

18.4. Eficiência energética de um chiller 305 18.4.1. Regulamentação europeia sobre eficiência de chillers 306

18.5. Eficiência em função da carga, em velocidades constante e variável 30718.6. Escalões de temperatura de funcionamento dos chillers 308 18.6.1. Diferencial de temperatura mais elevad 309 18.6.2. Condicionantes ao aumento do ΔT 309 18.6.3. Chillers arrefecido a água 31018.7. Caudais nominais, de sobrecarga e reduzidos, de um chiller 311 18.7.1. Caudal nominal e caudal de sobrecarga, no evaporador 311 18.7.2. Caudal reduzido, no evaporador 312 18.7.3. Reposição das temperaturas de produção de agua fria dos chillers 313

19. BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA 31519.1. Tipos de bombas de circulação 31519.2. Variáveis características das bombas 316 19.2.1. Altura manométrica de elevação – [metros ou kPa] 316 19.2.2. Potências absorvidas – [W] 317 19.2.3. Rendimento hidráulico – [%] 318 19.2.4. NPSH, (Net Positive Suction Head) – [metros] 318 19.2.5. Cálculo da Altura de Elevação 318

19.3. Diagrama das Bombas de Circulação 32019.4. Curva de funcionamento da instalação – CFI 321 19.4.1. Perdas de carga da instalação hidráulica 323 19.4.2. Instalação em circuito fechado e circuito aberto 324

19.5. Regulação e variação do caudal nas bombas 325 19.5.1. Regulação inicial de caudais 325 19.5.2. Variação de caudal nas bombas 327 19.5.3. Comparação entre regulação por válvulas e modulação por velocidade 328

19.6. Paralelo de bombas 33019.7. Controlo automático de velocidade nas bombas 332 19.7.1. Tipos de controlo 332 19.7.2. Situação de bombas em paralelo 335

19.8. Dimensionamento das tubagens de água 336

CDLXXII

20. VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS 34320.1. Genérico – Tipo de válvulas de controlo das instalações 343 20.1.1. Controlo das serpentinas com válvulas de três vias – V3V 343 20.1.2. Controlo das serpentinas com válvulas de duas vias – V2V 344 20.1.3. Controlo de serpentinas com válvulas termoelétricas 34520.2. As válvulas de comando e controlo das instalações 34620.3. Características das válvulas de controlo – Curvas e coeficientes 348 20.3.1. Válvulas de controlo tipo “globo” 348 20.3.2. Válvulas de controlo tipo “macho esférico” 350 20.3.3. Curvas característica da serpentina 351

20.4. “Autoridade” da válvula 353 20.4.1. “Autoridade” da válvula instalada num circuito 356

20.5. Coeficiente de Passagem da Válvula de Controlo, “Kvs” 358

20.6. Válvulas de controlo independentes da pressão, (VCIP) 361 20.6.1. Conceção das válvulas de controlo independentes da pressão, VCIP 362 20.6.2. Vantagens e desvantagens das Válvulas de Controlo IP 365

20.7. Atuadores de válvulas 366 20.7.1. O anel de controlo 368

21. CONTROLO DE INSTALAÇÕES DE CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL 36921.1. Circuitos com bomba de caudal constante 36921.2. Circuitos com bomba de caudal variável 37121.3. Reposição da pressão diferencial, *(SAP) 373

22. OS SISTEMAS DE PRODUÇÃO/DISTRIBUIÇÃO 37922.1. Genérico 37922.2. Conceção dos sistemas de produção / distribuição 380 22.2.1. Sistemas de caudal primário e secundário, constantes 380 22.2.2. Sistemas de Caudal Prim. Constante, CPC e Caudal Sec. Variável, CSV 381 22.2.3. Sistemas só caudal primário variável, CPV 383

22.3. Organização dos sistemas de bombagem primários 38422.4. Dimensionamento da altura manométrica das bombas 38722.5. Configuração dos Coletores dos sistemas CPC/CSV e CPV 391 22.5.1. Sistemas CPC/ CSV – (Caudal prim. constante/caudal sec. variável) 391 22.5.2. Sistemas só CPV – (Caudal primário variável) 393

22.6. Escalonamento dos chillers 395 22.6.1. Sistemas CPC / CSV 395 22.6.2. Sistemas CPV – Sistemas só caudal primário 397

22.7. Controlo das pressões no anel hidráulico. 39822.8. Colocação em carga de chillers em paralelo. Regime transitório 400 22.8.1. Otimização de escalonamento dos chillers – *(SAP) 402

22.9. Síndrome de baixo ΔT 403 22.9.1. Situações que podem contribuir para agravar o problema de baixo ΔT 405 22.9.2. Consequências da síndrome de baixo ΔT 406

CDLXXIIIÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

22.9.3 Mitigação da degradação do ΔT 408

22.10. Circuitos hidráulicos no VAV – Principais opções de conceção 409 22.10.1. Opção 1 – Sistema primário – UTA única 409 22.10.2. Opção 2 – Sistema primário – Algumas UTAs de capacidade media 412 22.10.3. Opção 3 – Sistema primário/secundário – (UTAs de cap. elevada) 413 22.10.4. Opção 4 – Sistema primário/secundário – (UTAs remotas) 414

23. ANÁLISE DA VARIAÇÃO DE CARGA NOS SISTEMAS 41523.1. Introdução 41523.2. Variação das cargas nos sistemas CPC/CSV – (Sem degradação do ΔT) 416 23.2.1. Escalonamento dos chillers, com reset da temp. de ida – *(VAV/SAP) 418

23.3. Variação das cargas em sistemas CPC/CSV – (Com degradação do ΔT) 41923.4. Variação das cargas nos sistemas CPV 422

24. TORRES DE ARREFECIMENTO 42724.1. Genérico 427 24.1.1. Tipos de torres de arrefecimento 429 24.1.2. A circulação de ar – natural e forçado 430

24.2. Parâmetros característicos das torres de arrefecimento 43124.3. Pré-seleção de uma torre 43424.4. Paralelo de torres 43424.5. Otimização das temperaturas de funcionamento de uma torre 43624.6. Psicrometria das torres de arrefecimento 43824.7. Comando e controlo de funcionamento das torres 439 24.7.1. Gestão do caudal mínimo de água em circulação 439 24.7.2. Gama de temperatura da água nas torres de arrefecimento 441 24.7.3 Controlo da temperatura de saída das torres 442

24.8. Sistema economizer no lado da água 444 24.8.1. Genérico 444 24.8.2. Princípio de funcionamento 445 24.8.3. Características dos equipamentos 446 24.8.4. Controlo da instalação 448

ANEXOS – Elementos auxiliares CDLIGLOSSÁRIO DE TERMOS TÉCNICOS E TABELAS CDLIIITermos Técnicos CDLIIITabelas de Conversão de Unidades CDLVII

BIBLIOGRAFIA E DOCUMENTAÇÃO CDLXIBibliografia CDLXIDocumentação CDLXII

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS CDLXVII

ÍNDICE DE FIGURAS E TABELAS CDLXXV

CDLXXIV

Sobre a obraO presente livro aborda essencialmente os sistemas de climatização do tipo “tudo-ar”, nas vertentes aeráulica, hidráulica e de controlo que lhe estão subjacentes. Faz-se também, e como objetivo central do livro, o desenvolvimento específico para as situações com Volume de Ar Variável e Caudal de Água Variável, numa perspetiva em que a eficiência e a economia de energia constituem a prioridade.

Nos sistemas de AVAC antigos todas as grandezas eram fixas, nomeadamente os caudais de ar, os caudais de água e as pressões destes, as velocidades de rotação de bombas e ventiladores, os pontos de regulação e as programações de funcionamento, etc.

Porém, nos sistemas atuais e com o fim de garantir a melhor eficiência energética, todas as grandezas são (ou deveriam ser) variáveis, adaptadas às necessidades em tempo real das instalações, como a carga térmica, o número de ocupantes, os períodos de funcionamento, etc.

O livro aborda estas questões nas três vertentes referidas, primeiro e necessariamente para os sistemas com grandezas constantes, e depois para os sistemas com grandezas variáveis.

Aborda ainda temas muito atuais, ligados à eficiência energética dos edifícios, como o Free-Cooling do lado do ar e do lado da água, o Demand Control Ventilation, o Pressure Reset Control e outros ligados à Qualidade do Ar Interior.

Sobre o autorRui Alberto Cavaca Marcos é licenciado em Engenharia Eletrotécnica, ramo de Energia, pelo IST (1972), e em Engenharia Mecânica, ramo de Termodinâmica, pelo IST (1980). Frequentou o curso de Gestão do ISCTE promovido pela Ordem dos Engenheiros, em 1990. Trabalhou sucessivamente no MOP, Direção de Aeronáutica Civil (Luanda), Gabinete de Projetos Marc & Robat (Marobal), e como consultor técnico do quadro da CGD, na Direção de Património e Obras.

Em simultâneo, exerceu sempre funções de docência, primeiro no IST, na área de Eletrotecnia, e posteriormente no ISEL, na área de Climatização e Energia. Foi também formador em cursos para Peritos Qualificados da Adene / RCESE, no ISEL. Exerceu sempre a atividade privada como consultor e projetista de instalações de AVAC.

É membro sénior da Ordem dos Engenheiros, Perito Qualificado do SCE / RCESE e vogal da Comissão Técnica da EFRIARC.

Também disponível em formato e-book

ISBN: 978-989-892-747-7

www.engebook.pt

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SISTEMAS de CLIMATIZAÇÃO com VOLUME de AR VARIÁVEL e CAUDAL de ÁGUA VARIÁVELEFICIÊNCIA ENERGÉTICA e QUALIDADE do AR INTERIOR

RUI CAVACA MARCOS

Assinaturas secundárias

Equipamentos de Ventilação e Ar Condicionado, S.A.

sistemas de climatizaÇÃo - booki · anÁlise da variaÇÃo de carga nos sistemas 415 24. torres...

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