Departamento de Engenharia Mecânica

Relatório de Laboratório - UTA

Docente: Eng.º Manuel Duarte Dias Mendes Nogueira

Ano lectivo 2012/2013 – Semestre Verão

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Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Climatização

Nº. Nomes:20034 Paula Sofia Silva37208 Bruno Alexandre38607 António Macedo

Índice

OBJECTIVOS.....................................................................................................2

INTRODUÇÃO...................................................................................................2

DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO..........................................................................3

DADOS............................................................................................................4

CÁLCULOS.......................................................................................................5

ANÁLISE DE DADOS..........................................................................................7

CONCLUSÕES...................................................................................................8

BIBLIOGRAFIA..................................................................................................9

ANEXOS...........................................................................................................9

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ObjectivosObservar o funcionamento de uma Unidade de Tratamento de Ar (UTA), tendo em

conta os seguintes parâmetros:

Evolução do ar na passagem dos diversos elementos constituintes da UTA.

Tais como bateria de pré-aquecimento (BPA), bateria de frio (BF) e bateria

de reaquecimento (BRA)

A capacidade de cada equipamento pertencente ao sistema calculando e

comparando os valores obtidos com os esperados.

Representar as evoluções numa carta psicrométrica e calcular os débitos de ar e as

capacidades de cada equipamento onde no decorrer das mesmas fizemos a medição

de valores de temperatura e velocidade do ar.

Calcular a potência da BF através do ciclo frigorífico e do diagrama P-h do fluído

frigorígeno R12.

Introdução

Uma unidade de tratamento de ar (UTA) é um dispositivo usado para condicionamento e

circulação de ar, como parte de um sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado

(AVAC). Normalmente, uma UTA consiste numa grande caixa metálica que contém um

ventilador mecânico, elementos de aquecimento e arrefecimento, elementos de filtragem,

atenuadores de ruído e grelhas de admissão e saída.

Geralmente, as unidades de tratamento de ar estão ligadas às condutas de AVAC, que tanto

distribuem o ar condicionado pelo edifício como retornam o ar de extração às unidades de

tratamento de ar. No entanto, ocasionalmente, uma UTA poderá insuflar e extrair o ar para o

espaço a ventilar, diretamente sem passar por condutas.

No nosso caso a UTA foi usada para controlar a temperatura e a quantidade de humidade no

ar, adaptando as características do ar às nossas necessidades, recorrendo, de uma forma

simples, a aumentos e diminuição de temperatura e vaporização de água para atingirmos o

nosso objectivo.

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Descrição do Equipamento

GRUPO VENTILADOR (GV) Gerar um fluxo de ar.

BATERIA PRÉ-AQUECIMENTO (BPA)Aquecer o ar proveniente do GV, através do aquecimento simples ou sensível com auxílio de resistências eléctricas

BATERIA DE ARREFECIMENTO OU DE FRIO (BAF)

Tem como finalidade arrefecer o ar retirando lhe humidade, dando se assim um processo de arrefecimento com desumidificação, através da passagem do ar pelas superfícies alhetadas do evaporador do ciclo de R12.

BATERIA DE REAQUECIMENTOTem como finalidade reaquecer o ar vindo da bateria de reaquecimento mantendo a humidade específica.

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2 kW

2 kW

1 kW

1 kW

Dados

DADOS

Pontos Temp. Bolbo Seco [ºC]

Temp. Bolbo Húmido [ºC]

Φ [%] v [m3/Kg] h [KJ/Kg] ω [g/Kg ar seco]

1 20,2 19,4 93 0,8499 55,5 13,92 35,8 23,875 29,7 0,89 64 113 21,6 16,75 88,2 0,85 58 14,44 24,9 17,85 53,7 0,86 52 10,6

Ao representarmos os pontos obtidos na carta psicrométrica constatámos que os mesmos não são os valores esperados. Tendo em conta que o calor fornecido pelas baterias de aquecimento é apenas calor sensível, não existindo humidificação nem desumidificação, o que implicaria que na evolução quer de 1 para 2 como de 3 para 4, as linhas seriam horizontais, o que não se verifica. A linha de arrefecimento de 2 para 3 dar-nos-ia a temperatura ADP, também não se verificou.

Estes valores podem ter ocorrido por erros de leitura por não termos esperado o tempo suficiente para haver a estabilização das temperaturas nos termómetros, mas julgamos que este facto se deve principalmente ao equipamento usado para ler a temperatura húmida. Tendo em conta que um termómetro de bolbo húmido é um aparelho cujo bolbo está coberto por uma gaze embebida em água em que o ar está em contacto com essa gaze, promovendo a evaporação da água. Mas os termómetros utilizados na experiência estavam mergulhados em água dentro num tubo de ensaio, que não promovia o contacto com o ar, tendo como consequência a não evaporação da água e respetiva redução significativa da temperatura.

Com isto tivemos de corrigir os valores dessas temperaturas, considerando:

Usar o ponto 1 igual ao real, embora este também não esteja correcto.

Fazer a evolução do primeiro processo de aquecimento na horizontal, tomando como verdadeira a temperatura de bolbo seco.

Ligar o ponto 2 à TADP tendo obtido o valor da mesma através do estudo da evolução de R-12 no ciclo frigorifico.

Marcar o ponto 3 em cima desta linha mantendo a temperatura de bolbo seco.

A partir deste ponto, evoluir na horizontal e marcar o ponto 4 considerando também a temperatura seca.

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Termómetro de bolbo húmido

Através dessa correcção na carta psicrométrica, obtivemos os seguintes valores:

VALORES CORRIGIDOS

Pontos Temp. Bolbo Seco [ºC]

Temp. Bolbo Húmido [ºC]

Φ [%] v [m3/Kg] h [KJ/Kg] ω [g/Kg ar seco]

1 20,2 19,4 93 0,8499 55,5 13,92 35,8 23,875 38 0,895 72 13,93 21,6 16,75 62 0,848 47 104 24,9 17,85 51 0,857 50,5 10

DADOS CICLO FRIGORIFICOTemperatura [ºC] P [bar] h [kJ/Kg]

1 12,5 3 361 *

2s 36,5 8,5 368,5 *

3 35,1 * 8,5 234 *

4 -0,90 * 3 234 *m = 17 [g/s] m = 0,017 [Kg/s]

* Valores retirados do diagrama P-h do R-12.*

DADOS SAÍDA DA UTAPontos Velocidade [m/s]

1 10,102 10,453 9,984 10,505 9,82

Media 10,17

Cálculos

Cálculo da Temperatura de ADP;

5

T ADP=12,4+(−0,9)

2=5,8 ºC

Cálculo do caudal volume e mássico;

V=V med × Área=10,17× πD2

4=10,17× π

0.152

4=0.180m3/s

m=Vv 4

=0.180.857

=0.221Kg/s

CÁLCULOSPOTÊNCIA DA BATERIA DE

PRÉ-AQUECIMENTOQ pre=m ×(h2−h1) Q pre=0,21× (72−55,5 )=3,465KW

POTÊNCIA BATERIA FRIO QBAFT =mar (hC−hB ) QBAF

T =0,21× (47−72 )=−5,25KW

POTÊNCIA DA BATERIA DE REAQUECIMENTO

Qreaq=m ×(h4−h3) Qreaq=0,21× (50,5−47 )=0,735KW

FACTOR BY-PASS FB=(T3−T ADP)/(T 2−T ADP) FB=21,6−5,835,8−5,8

=0,527

CALCULOS – CICLO FRGORIFICOCALOR TROCADO NO

EVAPORADOQeva=mR−12×(h1−h4) Qeva=0,017× (361−234 )=2,159KW

CALOR TROCADO NO CONDENSADOR

Qcond=mR−12×(h3−h2) Qcond=0,017× (234−268,5 )=−2,287KW

POTENCIA INTRODUZIDA PELO COMPRESSOR

Pcompr=mR−12×(h2−h1) Pcompr=0,017× (368,5−361 )=0,128KW

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Análise de dados

A potência térmica para o evaporador não é igual ao valor calculado pela evolução do ar da bateria de frio, sendo mesmo uma diferença de aproximadamente 50 %.

|QBAFT |=5,25KW

|Qeva|=2,159KW

O valor da capacidade da BPA e BRA obtido não se aproxima do valor do que estava a ser realmente consumido como podemos verificar, apresentando erros consideráveis.

Q pre=3,465KW ≠ Preal=2KW ,ouseja umerrode ≅ 70%

Qreaq=0,735KW ≠ Preal=1KW ,ouseja umerrode 26%

Para além dos aspetos anteriormente considerados com interferentes nos resultados referimos ainda os seguintes que cremos serem também importantes.

Velocidade de saída do ar, poderá ter algumas incorreções dado que em cada uma

das 5 medições foi escolhido um valor aproximado uma vez que os valores dados não

eram constantes.

O ponto 1 de entrada de ar na UTA também se encontra com um valor de temperatura

húmida incorrecto, o que leva a que todos os outros parâmetros não sejam

verdadeiros.

Conclusões

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Bibliografia

https://www.ashrae.org/

http://www.daikin.pt/commercial/needs/ventilation-and-air-purification/ventilation/air-handling-units/

http://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_de_tratamento_de_ar

Apontamentos das aulas.

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Anexos

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