C l i m a t i z a ção
Prof. Lu is Eduardo Om ena
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Conteúdo
Histórico
Conceitos
A p l i c ações d a r ef r i g er ação
C l i m at i za ção
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Histórico
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Histórico
O uso da refrigeração e do ar condicionado representou um dos mais importantes avanços da civilização moderna. A possibilidade de guardar e distribuir alimentos e de viver e trabalhar em climas adversos deu às atividades humanas perspectivas muito maiores do que aquelas anteriormente anteriormente possíveis.
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Histórico
Uso, que os Chineses faziam, há mais de 2500 anos, do gelo natural dos rios e lagos congelados;
Uso pelos egípcios de moringas de barro para refresca água há mais de 3000 anos;
Século XVIII descobre-se que a reprodução das bactérias era impedida pela aplicação do frio;
A
primeira descrição completa de um equipamento de refrigeração, operando de maneira cíclica, foi feita por Jacob Perkins, em 1834 (British Patent e 6662);
Primeiro sistema mecânico de fabricação de gelo artificial, inventado em 1834, nos EUA;
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Histórico
Em 1855, surge na Alemanha um mecanismo para a fabricação do gelo artificial, este, baseado no princípio da absorção;
O principal responsável por tornar o princípio de refrigeração por compressão mecânica em um equipamento real foi James Harrison (escocês, nascido em 1815 ou 1816), que em 1856 e em 1857 obteve, respectivamente, as patentes britânicas 747 e 2362
Em 1918 aparece o primeiro refrigerador automático, movido a eletricidade, e que foi fabricado pela Kelvinator Company, dos Estados Unidos.
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Histórico
Refrigerador primitivo a base de gelo
Equipamento de refrigeração, operando de maneira cíclica, feita por Jacob Perkins, em 1834 na Inglaterra.
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Histórico
Máquina de refrigeração por compressão mecânica de vapor, usando éter como refrigerante, idealizada por James Harrison e fabricada por Daniel Siebe em 18571856 /1857. 8
Histórico
Primeiros mo delos de refrigeradores comerciais
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Conceitos
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Conceitos
Refrig er ação : Consiste no processo de retirar calor de um
corpo ou espaço para reduzir sua temperatura e transferir este calor para um outro espaço ou corpo;
A r r e f e c i m e n t o : Abaixamento da temperatura de um corpo
até a temperatura ambiente;
Resfriamento : Abaixamento da temperatura de um corpo da
temperatura ambiente até sua temperatura de congelamento;
C o n g e l a m e n t o : Abaixamento da temperatura de um corpo
aquém da sua temperatura de congelamento;
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Conceitos
Is o la m en to té rm ic o : é um envoltório posto entre o ambiente
a baixa temperatura e o meio externo, para limitar o fluxo de calor para o interior do espaço refrigerado a um mínimo prático, utilizando um bom isolante térmico;
: É o elemento físico empregado como Ag ente refrigerante
absorvedor de calor ou agente de resfriamento do espaço refrigerado. Exs.: Gelo, gelo seco (dióxido de carbono) e refrigerantes líquidos.
Ref ri g er ação c o m g el o : Nos refrigeradores com gelo, a
pedra de gelo é colocada na parte superior e o calor é absorvido do ar. O ar, devido as correntes de convecção, resfria todo o espaço interno do refrigerador. 12
Conceitos
Si s tem a d e re frig er ação
Teoricamente, qualquer fenômeno físico ou químico de natureza endotérmica pode ser aproveitado para a produção do frio. Entre os processos endotérmicos usados na refrigeração, podemos citar: a
fusão de sólidos, como o gelo comum (0 o C) e o gelo seco (neve carbônica -78,9 o C); a mistura de certos corpos com água (-20 a -40 o C), com gelo de água; (-20 a -50 o C), ou com gelo seco (-100 o C), as quais tomam o nome de misturas criogênicas; a expansão de um gás com a produção de trabalho; os fenômenos de adsorção; os fenômenos termoelétricos.
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A p lic ações d a r efrig eração
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A p lic ações d a r ef rig er ação
Refr ig eração in du st ri al
Ref r iger ação do m é s tic a
Refr ig
ial
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A p lic ações d a r ef rig er ação
Câm aras fr ig or ífic as
Re frig er ação m ar íti m a
Refr ig eração de t ran sp or te
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A p lic ações d a r ef rig er ação
Criogenia
Cli m ati zação res id enc ial
Cli m ati zação co m erc ial
Cli m ati zação aut om ot iv a
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Clim atização
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Clim atização
Fu n d am en to s da Cl im at iza ção
Processo de controle das propriedades termohigrométricas de um recinto. É também chamado de condicionamento de ar. Objetivo – manter constantes as condições internas pré-
estabelecidas do recinto independente das variações climáticas externas.
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Clim atização
Pri n c íp io d e Fu n c io n am en to – baseia-se no controle simultâneo
de quatro elementos básicos: a) Temperatura
b) Umidade
c) Pureza
d) Distribuição
OBS.: Alguns textos consideram a renovação de ar como item a ser
controlado pelo equipamento. Mas em instalações mais simples, a renovação de ar é feita pela abertura e fechamento de portas.
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Clim atização
Com o se co ns egue
Por meio de máquinas de refrigeração (de pequeno ou grande porte) funcionando sob o princípio compressão ou absorção de vapor.
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Clim atização
A c arg a té rm ic a fr ig o rífi c a [k c al/h , Bt u /h, kW (kJ /s)]
Carga térmica é a quantidade de calor que o equipamento (ou instalação) deve retirar de um ambiente para que se mantenham constantes as condições desejadas compensando todas as fontes (internas e externas) geradoras de calor. Para isso o equipamento (ou instalação) deve ter uma potência frigorífica igual ou ligeiramente superior à carga térmica. 22
Clim atização
Conceitos
a) Condicionamento de ar – processo de tratamento de ar.
b) Ar condicionado – ar resultante do processo. c) Condicionador de ar – equipamento que viabiliza o processo.
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Clim atização
A r eal ização d o p r o c e s s o d e com pos to por dois circuitos:
c o n d i c i o n am en t o Do
de
ar
é
r e fr i g e ra n t e: que
circulará no interior do sistema selado do equipamento* de condicionamento de ar
D o a r : que passa através do
filtro, é direcionado ao trocador* de calor e insuflado no recinto pelo ventilador, que também tem a função de succionar o ar de volta para reiniciar o ciclo. 24
Clim atização O c o n c eit o de ar c o n fo rt áve l
Suas condições de temperatura e umidade se encontram dentro de uma faixa chamada “zona de conforto”, mostrada na figura abaixo. A se n s ação d e fr io o u cal o r
Não depende apenas da temperatura, mas também da umidade, distribuição de ar, do sexo, idade, vestuário e atividade dos ocupantes do recinto.
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Clim atização
Equip amento s de pequ eno po rte us ados para co nfo rto hu m ano
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Clim atização
Dist rib u ição d e ar n o rec in to p ara garan tir o co nf o rto
Para aplicações de resfriamento, o ar deve ser lançado na sala pela parte superior (alto da parede).
1 o - ΔT ao longo da
2 o - Velocidade através da zona de ocupação deve ser de 0,10 a 0,13 m/s (aplicações com pessoas sentadas) ou de 0,25 a 0,35 m/s (pessoas em movimento e curta permanência).
zona de ocupação (1,8m em relação ao piso) seja de ± 1° C em torno da temperatura de projeto. Acima da zona de ocupação, ΔT > 1° C é permitida. 27
Clim atização
Dist rib u ição d e ar n o rec in to p ara garan tir o co nf o rto
Para aplicações de resfriamento, o ar deve ser lançado na sala pela parte superior (alto da parede). O alcance do jato não deve ser muito longo pois ao atingir a parede oposta ricocheteará e provocará arrastes indesejáveis na zona de ocupação.
Piso
Trajetória desejável para o ar insuflado no recinto, do alto da parede, na operação de resfriamento.
O alcance pode ser reduzido ajustando as pás OBS.:
Piso
defletoras ou reduzindo a velocidade de face. Deve-se sempre observar o risco de estratificação.
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Clim atização
Or ien tação d o ar d e in s u fl am ent o em fu n ção d as p ared es expostas
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Clim atização
Eq u ip am ent o s p ara c lim atização res id en ci al d e p eq u en o p o rt e
Con dic ion ado r de ar tip o janela – A CJ
Equipamento que resfria, desumidifica, filtra e circula o ar. São de baixo custo e de instalação relativamente fácil.
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Clim atização
Con dic ion ado r de ar tipo janela – A CJ
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Clim atização
Con dic ion ado r de ar tip o janela – A CJ
Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s a)
Fís ic o s
Com relação à parede escolhida, sempre que possível evitar que a
parte externa do aparelho (traseira): - Receba diretamente os raios solares (se não for possível, colocar uma proteção);
- Esteja voltada para cômodos internos, corredores, garagens, forros, etc.. 32
Clim atização
Con dic ion ado r de ar tip o janela – A CJ Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s
Parte interna (frente): - voltada para divisórias, cortinas, móveis ou obstáculos que dificultem a circulação do ar. Atenção! 1. Observar a existência de pilares, colunas ou canalizações antes de quebrar a parede.
2. De 1,5 a 1,8 m em relação ao solo. 33
Clim atização – A CJ Con dic ion ado r de ar tip o janela
Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s
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Clim atização – A CJ Con dic ion ado r de ar tip o janela
Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s
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Clim atização – A CJ Con dic ion ado r de ar tip o janela
Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s
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Clim atização – A CJ Con dic ion ado r de ar tip o janela
Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s
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Clim atização – A CJ Con dic ion ado r de ar tip o janela
Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s b ) El é tric o s
Certificar-se de que a tensão do equipamento e da rede elétrica
seja a mesma;
Sempre verificar as condições gerais da instalação elétrica local
(condutores, eletrodutos, etc.);
Cada equipamento deve ter sua linha individual com as devidas
proteções (fusíveis ou disjuntores). 38
Clim atização – A CJ Con dic ion ado r de ar tip o janela
Cu id ad o s n a in s ta lação d e A CJ s
b ) El é tric o s
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Clim atização
Condicionadores de ar do tipo “SPLIT SYSTEM ”
Composto por uma unidade interna (evaporador) e uma externa (condensador) sendo interligados pela tubulação de circulação do fluido refrigerante.
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Clim atização
Condicionadores de ar do tipo “SPLIT SYSTEM ”
Vantagens:
A unidade interna pode ser instalada no piso,
alto da parede ou no teto;
São
mais silenciosos;
Não
precisa quebrar a parede;
Instalação
relativamente simples.
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Clim atização
Condicionadores de ar do tipo “SPLIT SYSTEM ”
Desvantagens: Limitado
pelo comprimento da tubulação entre as unidades
internas e externas; Limitado Não
pelo desnível entres as unidades interna e externa;
tem renovação de ar.
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Clim atização Cuidados na instalação de “ s p l i t s ”
a) Unidade Interna
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Clim atização Cuidados na instalação de “ s p l i t s ”
a) Unidade Interna
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Clim atização Cuidados na instalação de “ s p l i t s ”
b) Unidade externa
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Clim atização Cuidados na instalação de “ s p l i t s ”
b) Unidade externa
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C l i m a t i z a ção
Tip o s d e In In s tal ações d e Spl it – pela localização das unidades
evaporadoras.
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C l i m a t i z a ção
Tu b u l ações
Apesar dos cuidados na seleção e aplicação de equipamentos encontrar-seencontr ar-se-ão ão dificuldades na operação de um sistema frigo frigorífico rífico se as tubulações do refrigerante forem mal projetadas e montadas. Um dos principai principaiss fatores a serem considerados considerados quando do projeto de um sistema de tubulações de refrigeração é o movimento do óleo.
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C l i m a t i z a ção
Tu b u l ações
Movimento do Óleo Um compressor tem que ser lubrificado, mas o refrigerante entra em contato com o ól óle eo lubri rifficante, arrastandoo-o o para as tubulações e componentes do sistema frigorífico. Desta forma a tubulação tubulaçã o deve ser dimensionada, de modo a produzi produzirr velocidades adeq ad equa uada dass do flfluí uído do e com in incl clin inaç açõe õess ca capa paze zess de fa faci cililita tarr o retorno no óleo para o cárter do compressor.
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C l i m a t i z a ção
Tu b u l ações S i f ão d e Ól Ól e o : É É instalad instalado o na base de
linhas verticais de gás quente e sucção (que conduzem um fluxo asce as cend nden ente te de gá gás) s).. Na Nass lilinh nhas as de descarga o sifão destina-se a acumul ula ar o óleo drenado do tubo vert ve rtic ical al du dura rant nte e a pa para rada da,, ev evititan ando do que ele volte ao cabeçote do compressor. De modo idêntico nas linhas de sucção. Ajudam o óleo a iniciar a subida nos tubos verticais. 50
Clim atização
Tu b u lações
Importância do traçado O traçado isométrico da tubulação de um sistema de refrigeração tem como objetivo:
1. Possibilitar a dilatação; 2. Evitar a transmissão de vibrações e ruídos;
3. Assegurar boa distribuição do fluido refrigerante pelos evaporadores;
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Clim atização
Tu b u lações
Importância do traçado 4. Evitar a entrada do mesmo em estado líquido no compressor, durante a operação e parada do sistema;
5.Assegurar o retorno do óleo ao compressor; 6. Permitir operações secundárias, como o recolhimento do
refrigerante, isolamento de trechos para manutenção, conexões de instrumentos de medição, etc.
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Clim atização
Tu b u lações
Situação 1-
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Clim atização
Tu b u lações
Situação 2-
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Clim atização
Tu b u lações
Situação 3-
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Clim atização
Tu b u lações
Situação 4- Separador de Óleo, que é um outro elemento que se pode ser utilizado. O separador de óleo é um recipiente que recolhe o óleo oriundo do compressor.
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Clim atização Re s u m o d as s it u ações - Ins tal ação d e tu b u la ções
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Clim atização
Int erl ig ação en tr e as u n id ad es Altu ra negativa – evaporador acima
do condensador. Fazer cotovelo invertido na saída do evaporador para evitar o escoamento de refrigerante líquido para o compressor nas paradas do sistema. A l t u r a p o s i t iv a – evaporador
abaixo do condensador. Instalar sifões na linha de sucção conforme orientação do fabricante para garantir o retorno de óleo ao compressor.
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Clim atização
In te rl ig ação en t re as u n id ad es
Atenção: 1. Desnível máximo - maior diferença de elevação permitida entre as unidades; 2. Reduzir ao máximo o comprimento e o número de curvas da tubulação; 3. Raio das curvas devem ser no mínimo 100 mm; 4. Verificar a necessidade de sifões adicionais na sucção; 5. Circular nitrogênio nas operações de brasagem (caso ocorram); 6. Tamponar as pontas da tubulação para evitar a entrada de umidade e sujeira; 7. As linhas de líquido e sucção deverão ser isoladas individualmente. 59
Clim atização
In te rl ig ação en t re as u n id ad es
Obs.: Sempre seguir as orientações específicas do manual de instalação fornecido com o equipamento quanto a adição de refrigerante, óleo, distância entre os sifões, diâmetros, etc. 60
Clim atização a)
Inter lig ação d en tr o das c o n d ições pr evi st as
As unidades saem de fábrica com uma carga de refrigerante e carga de óleo suficiente para trabalhar nas condições mostradas na tabela abaixo.
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Clim atização
a)
Inter lig ação d en tr o das c o n d ições p rev is tas
As unidades saem de fábrica com uma carga de refrigerante e carga de óleo suficiente para trabalhar nas condições mostradas na tabela abaixo.
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Clim atização
b) Con dições acim a da pr evista p elo fabr icante (linh as lon gas)
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Clim atização In ter lig ação el é tr ic a d e s p lits
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Clim atização
Compressores Fu n ção : O Compressor toma o vapor do refrigerante a uma baixa
pressão e temperatura, eleva-o a uma alta pressão e temperatura. Assim pode-se afirmar que ele:
Reduz a pressão e a temperatura do refrigerante no
evaporador, permitindo absorver calor das redondezas; Aumenta
a pressão e a temperatura do refrigerante no
condensador o suficiente para permitir que dissipe calor para o ar
ou água a temperatura existente;
Movimenta o fluido refrigerante através da tubulação e
componentes do sistema.
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Clim atização
C o m p r e s s o r e s - Ti p o s :
Compressores
Alternativos
Compressores
de Palhetas
Compressores
Centrífugos
Compressores
de Parafuso
Compressores
Scroll
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Clim atização
Com pressores Alternativos
São especialmente recomendados para sistemas com refrigerantes que requerem pequena vazão e com condensação e pressão relativamente altas. Os compressores alternativos podem mono ou multicilindros.
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Clim atização
Com pressores Alternativos
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Clim atização
Com presso res de Palheta
Existem dois tipos básicos de compressores de palhetas: o de palhetas simples e o de múltiplas palhetas.
No compressor de palheta simples. A linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro mas é excêntrica em relação ao rotor. De modo que este compressor apresenta um divisor atuado por mola, dividindo as câmaras de aspiração e descarga. 69
Clim atização
Com presso res de Palheta
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Clim atização
C o m p r e s s o r e s d e p a lh e t a
De múltiplas palhetas
No compressor de múltiplas palhetas o rotor gira em torno do seu próprio eixo, que não coincide com o do cilindro. O rotor é provido de palhetas que se mantém permanentemente em contato com a superfície do cilindro pela força centrífuga. Nestes compressores não há necessidade de válvulas de aspiração. 71
Clim atização
Com pressor es de Palheta
De múltiplas palhetas
Usos: refrigeradores; congeladores; condicionadores
de ar.
Compete com os compressores Alternativos.
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Clim atização
C o m p r e s s o r e s d e p a ra fu s o s
No compressor de parafuso a compressão á obtida pelo engrenamento de 2 rotores conjugados, dispostos em um cilindro apropriado, equipado com orifício de entrada e saída.
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Clim atização
C o m p r e s s o r e s d e p a ra fu s o s
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Clim atização
Co m pr ess or es cent rífu g o s
No compressor centrífugo o fluido penetra pela abertura central do rotor e pela ação da força centrífuga desloca-se para a periferia. Assim, os pás imprimem uma grande velocidade ao gás e elevam sua pressão. O gás se dirige para o invólucro da pá ou voluta que converte a pressão dinâmica do vapor que sai do rotor em pressão estática.
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Clim atização
Co m pr ess or es cent rífu g o s
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Clim atização
Co m pr ess or es cent rífu g o s
Os compressores centrífugos podem ser de um ou múltiplos estágios, ou seja, com um ou vários rotores.
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Clim atização
C o m p r e s s o r e s Sc r o l l
O conceito básico do compressor scroll (espiral) existe desde 1886, quando uma patente italiana foi requerida. Devido a problemas de estanqueidade, a aplicação do mesmo foi retardada. Hoje, a nova tecnologia de máquinas operatrizes e processos de manufatura tornou possível a solução deste problema.
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Clim atização
C o m p r e s s o r e s Sc r o l l
O compressor scroll oferece muitos benefícios aos usuários de sistemas de ar condicionado: em
média é 5% a 10% mais eficiente que um compressor
recíproco de igual capacidade; não
possui válvulas. sendo extremamente resistente a golpes
de liquido; possui
64% menos partes móveis que um compressor recíproco
de igual capacidade; 79
Clim atização
C o m p r e s s o r e s Sc r o l l
Operação
extremamente suave e silenciosa, comparável à de
um compressor centrífugo; baixa
variação de torque, o que propicia um aumento na vida
útil do motor, reduzindo a sua vibração;
o resfriamento do motor feito pelo refrigerante na forma gasosa resulta em baixa temperatura dos enrolamentos do motor, o que
aumenta a sua eficiência e confiabilidade. 80
Com pon entes de um sistemas de RCV
Fluido s Refrigerantes
Algumas características desejáveis de um bom fluido refrigerante são: Pressão
de vaporização não muito baixa; Pressão de condensação não muito elevada; Calor latente de vaporização elevado; Volume específico reduzido (especialmente na fase vapor); Coeficiente de performance elevado; Baixa viscosidade na fase líquida e gasosa; Não devem ser tóxicos ou excessivamente estimulantes; Não devem ser inflamáveis ou explosivos. 81
Com pon entes de um sistemas de RCV
refr ig eração d e g r a n d e p o r t e Sistemas d e
De maneira similar funcionam também os grandes sistemas de refrigeração, como câmaras frigoríficas. O que difere os sistemas pequenos dos de grande porte é o número de unidades compressoras, evaporadoras, de expansão e condensadoras envolvidas, que nestes últimos podem ser múltiplos, bem como o sistema de controle, que pode alcançar elevada complexidade.
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Com pon entes de um sistemas de RCV
refr ig eração d e g r a n d e p o r t e Sistemas d e
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