O QUE É E PORQUE INSTALAR UM SISTEMA DE AR CONDICIONADO?

Podemos definir ar condicionado, com o ar obtido em conseqüência de um processo de tratamento e controle do ar existente em um determinado ambiente.

O condicionamento de ar leva em consideração o controle da temperatura, a umidade, a movimentação e pureza do ar, com ênfase em um ou mais destes fatores, dependendo da finalidade da aplicação.

Em aplicações comerciais, como por exemplo edifícios de escritórios, residências, restaurantes, lojas e hotéis, não existem grandes exigências com relação a um controle rígido de temperatura e umidade e filtragem do ar. O ar deve ser mantido em uma faixa de temperatura e umidade e em condições razoáveis de pureza de forma a proporcionar conforto aos ocupantes. A este tipo de sistema damos o nome de sistema de ar condicionado para conforto.

Em indústrias, muitas vezes é necessário um controle mais rígido e preciso de temperatura e umidade pois estes fatores podem afetar o processo produtivo e a qualidade dos produtos. Em hospitais e laboratórios, muitas vezes o fator mais importante a ser controlado é a filtragem do ar. A estes tipos de instalações damos o nome de instalações especiais.

Outro fator a ser considerado é o nível de ruído.As instalações principalmente as de conforto, devem ser dimensionadas com nível de ruído compatível para cada instalação.

A escolha de um sistema de ar condicionado deve ser baseada não só em questões comerciais, mas também levando em conta o tipo de aplicação e condições ambientais a serem mantidas.

Abaixo, estaremos tratando principalmente de instalações de conforto por elas serem mais comuns e apresentarem características mais gerais. Porém, mesmo nas instalações especiais, onde existem particularidades, o princípio de funcionamento e os componentes básicos do sistema permanecem os mesmos.

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FATORES QUE DETERMINAM O CONFORTO TÉRMICO

Na maioria das aplicações comerciais e residenciais e mesmo em alguns casos na industria o principal objetivo do ar condicionado é a obtenção de conforto.

Em um bom sistema de ar condicionado a pessoa não deve estar consciente da temperatura e da umidade, nem mesmo deve perceber a presença de um sistema de ar condicionado, pois ela estando confortável não estará preocupada com estes fatores.

Existem diversos fatores que influenciam na obtenção do conforto:
· temperatura
· umidade
· movimentação do ar
· qualidade do ar
· odores
· ruídos

O dimensionamento de um bom sistema de ar condicionado deve levar em consideração todos estes aspectos, dando maior ou menor importância a cada um deles dependendo das particularidades de cada aplicação.

A filtragem do ar é importante principalmente no que diz respeito a saúde dos ocupantes. A filtragem do ar também propicia ambientes, paredes e tetos mais limpos o que permite uma menor freqüência de limpeza.

A qualidade do ar interno não é proporcionada apenas pela filtragem do ar, mas também por uma boa taxa de renovação de ar. Ar externo deve ser introduzido no ambiente de forma a diluir o ar interno, diluindo odores e a fumaça de cigarro.(Além de outros fatores como por exemplo boa manutenção e limpeza dos equipamentos não só de ar condicionado como demais fontes internas/externas que contribuem para melhorar ou não a qualidade interna do ar).

A circulação do ar deve ser constante no ambiente para permitir que o calor seja retirado uniformemente, mas deve-se evitar correntes de ar com altas velocidades que causem desconforto nos ocupantes. Neste sentido a distribuição de ar em um ambiente condicionado é muito importante.

O ar insuflado em um determinado espaço deve ser distribuído de tal forma que na zona de ocupação (até aproximadamente 1,90m do nível do piso ) a temperatura seja praticamente constante e que a quantidade certa de ar seja insuflada em cada parte do ambiente de acordo com as necessidades de resfriamento e aquecimento. Além disto o ar deve circular sem que sejam formadas correntes de ar.

A movimentação de ar é importante para que a pessoa se sinta confortável pois a umidade e o calor devem ser retirados do corpo na medida que são liberados, caso contrário se forma uma camada de ar quente e úmido em torno da pessoa.

A quantidade de pessoas, o lay out do ambiente, o nível de ruído aceitável e o tipo de atividade exercido em um determinado ambiente influem na velocidade de ar aceitável. Para resfriar um ambiente o ar é insuflado a uma temperatura mais baixa, aproximadamente 12 o C abaixo da temperatura do ambiente, e a uma velocidade mais alta que aquela que proporcionaria conforto no nível de ocupação.

Um bom sistema de distribuição de ar deve:
· Misturar o ar frio insuflado ao ar interno de tal forma que, quando este ar atingir a zona de ocupação, estará aquecido o suficiente para não causar desconforto nas pessoas.
· Reduzir a velocidade do ar até que este atinja a zona de ocupação de forma a eliminar correntes de ar.
· Proporcionar movimentação de ar em toda a zona ocupada.
· Manter o ruído das grelhas de insuflamento e retorno em níveis aceitáveis.

É importante salientar que a distribuição de ar é um fator decisivo na eficácia de um sistema de ar condicionado. Um sistema que tenha uma distribuição mal feita não funcionará satisfatoriamente mesmo que seja composto de equipamentos de excelente qualidade.

Porém, sem dúvida alguma, o fator preponderante para o conforto é a temperatura. A forma como o corpo está perdendo calor interfere diretamente na sensação de conforto. A temperatura do corpo é essencialmente constante devido a mecanismos de regulagem internos do organismo humano. O objetivo do ar condicionado é ajudar o corpo a controlar o fluxo de calor.

Não existe condições de temperatura ideais que propiciem conforto a todas as pessoas. Nas mesmas condições, pessoas de diferentes idades e sexo tem sensações térmicas diferentes. O fato de estarem aclimatadas ou não a uma determinada condição térmica também influi na sensação de conforto das pessoas. O que deve ser feito na determinação das condições de temperatura e umidade de um determinado ambiente é aproximar estas condições daquelas que satisfazem a maioria dos ocupantes.

Porém é importante lembrar que não apenas as condições de temperatura e umidade influenciam na sensação de conforto, muitas vezes fatores psicológicos são decisivos. Pessoas podem se sentir desconfortáveis, não importa qual seja a temperatura efetiva , porque estão em um ambiente com janelas fechadas ou em um ambiente fechado onde não podem ver o exterior.

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DETERMINAÇÃO DA CARGA TÉRMICA

O cálculo de carga térmica é elaborado com o objetivo de identificar e quantificar as fontes de calor que afetam a temperatura e umidade de um ambiente.

Neste sentido podemos classificar as fontes de calor em dois grupos:
1. Fontes externas
2. Fontes internas

As fontes externas são todas aquelas que, mesmo estando fora do ambiente a ser condicionado, interferem na temperatura interna devido a transmissão de calor através dos limites (paredes, teto, janela, piso, etc.) deste ambiente. A transmissão de calor pode acontecer por vários processos tais como condução, radiação ou convecção.

Assim o tipo de construção das paredes e do teto de um ambiente, sua cor e sua orientação são fatores determinantes na carga térmica. A quantidade e o tipo de vidro das janelas, a existência ou não de cortinas, marquises ou brises também tem grande influência na quantidade de calor que será transmitido ao ambiente devido a fatores externos.

Outro importante tipo de fonte externa de calor é o ar externo que deverá ser introduzido no ambiente como renovação de ar. Dependendo da quantidade de pessoas, do volume e do tipo de aplicação do ambiente condicionado deverá ser introduzido uma determinada quantidade de ar externo que acarretará um aumento do calor que será eliminado pelo sistema de ar condicionado.

As fontes internas são todas aquelas que estão dentro do ambiente e que produzem calor, tais como, pessoas, iluminação, equipamentos, alimentos aquecidos, etc. O calor produzido por pessoas depende diretamente do tipo de atividade que elas estão exercendo no ambiente.

A carga térmica se divide em carga sensível e carga latente. A carga sensível é toda aquela que acarreta apenas uma variação da temperatura de bulbo seco interna. A carga latente é toda aquela que, além de acarretar uma variação da temperatura de bulbo seco, acarreta também uma variação da umidade absoluta do ar interno.

O cálculo de carga térmica determina não só a quantidade de calor a ser retirada ou introduzida no ambiente como também a quantidade de ar e a temperatura na qual ele deverá ser insuflado.

Em outras palavras, a carga térmica determina a capacidade e a vazão de ar do equipamento de ar condicionado assim como a temperatura de insuflamento de ar e a quantidade de ar externo.

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PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO

Normalmente o calor flui do quente para o frio.

Quando quisermos um fluxo de calor no sentido inverso, precisaremos de uma máquina térmica, quando nos referimos ao ar, um condicionador de ar.

O condicionador de ar contraria a tendência natural do universo, do calor fluir sempre da fonte de temperatura mais elevada para temperatura mais baixa.

Na prática, usa-se um fluido de trabalho, que ora está a temperatura inferior a fonte fria, roubando calor desta, ora está a uma temperatura superior a fonte quente, rejeitando calor nesta.

Fluído este chamado de refrigerante , que é uma substância que retira calor de outra (no nosso caso água ou ar). Deve-se atentar para a utilização que apenas alguns compostos químicos apresentam condições (propriedades) para serem empregados na prática.

Os condicionadores de ar funcionam retirando o calor de um ambiente interior com temperatura ao redor de 24o C e rejeitando-o no ambiente exterior, cuja temperatura pode exceder aos 35o C.

Para isto o condicionador dispõe de quatro elementos básicos que são:
· compressor
· condensador
· evaporador
· válvula de expansão ou capilar.

Trabalham em um ciclo fechado, usando como fluído, o refrigerante, sendo o mais utilizado o R-22, em alguns casos o R-123 ou R134-a que agora estão sendo utilizados como substitutos do R-11 e R12, que, sendo refrigerantes clorofluorcarbonados (CFC’s), contribuem para a degradação da camada de ozônio da atmosfera. Outras alternativas para substituir o R-22 estão sendo pesquisadas.

· Compressor: É destinado a elevar a temperatura e pressão do gás refrigerante.
Sua função é aspirar o vapor proveniente do evaporador em baixa temperatura e pressão e comprimí-lo no condensador elevando sua temperatura e pressão.
Dependendo do equipamento, pode-se ter compressores alternativos, centrífugos, parafuso entre outros.

· Condensador: tem a função de rejeitar calor na fonte quente (ar externo ou água de condensação). Neste momento o refrigerante na alta pressão e alta temperatura, na fase de vapor, perde temperatura e se condensa passando a fase líquida.

· Válvula de expansão ou capilar : Tem a função de regular a entrada de líquido no evaporador , promovendo a queda de pressão e temperatura do refrigerante, consegue-se isto com um estrangulamento na tubulação onde flui o refrigerante na forma líquida.

· Evaporador : Tem a função de evaporar o refrigerante , consegue isso promovendo a troca (absorção) de calor entre o líquido subresfriado e o ar de evaporação (do ambiente) até aumentar a temperatura do líquido ao ponto de ebulição.
O refrigerante que veio da válvula de expansão a baixa temperatura, ao entrar no evaporador absorve calor e se evapora.
Ao sair do evaporador, na fase de vapor, o refrigerante é aspirado pelo compressor recomeçando o ciclo.

Partindo dos componentes básicos, o funcionamento de um condicionador de ar é o seguinte:

O refrigerante é comprimido, saindo do compressor como gás a alta pressão ( em torno de 250/300 psi ) e alta temperatura ( 70o C a 80o C ): chega ao condensador, onde á resfriado pelo ar ou pela água circulante, passando ao estado líquido com uma temperatura em torno de 35o C a 40o C e ainda a alta pressão.

O refrigerante líquido chega a válvula de expansão, que é uma restrição, fazendo cair a pressão para 50 a 60 psi e temperatura para 0o C.

Estes valores de pressão se referem ao R-22.

No evaporador, o líquido a baixa pressão e temperatura se evapora ao absolver calor do ar condicionado ou água gelada. Já sob forma de vapor, o refrigerante é aspirado pelo compressor fechando o ciclo.



Circuito Frigorífico

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