Projeto Básico de Salas Limpas
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1. ARTIGO T CNICO N Projeto basico de salas limpas Parte 3 Autor Eng J Fernando B Britto engenheiro mec nico s cio da Adriferco Engenharia secret rio do GEC 4 e membro do conselho editorial da Revista da SBCC Contato adriferco gmail com 5 3 Equipamentos e pontos de consumo Durante o dimensionamento e detalhamento dos sistemas o projetista sempre deve ter em mente as se guintes premissas Economia manter os equipamentos geradores e consumidores das utilidades o mais pr ximo poss vel uns dos outros Isto reduz os custos com a implanta o das redes al m de reduzir os consumos originados pelo trans porte escoamento bombeamento das utilidades ao longo das redes Pontos de Medi o Adequados diversos instru mentos requerem trechos retilineos montante e jusante para permitir a estabiliza o do escoamento e sua correta medi o Exemplo Pitot Venturi placas de orif cio rot me tros etc Acesso Prever espa o adequado para manuten o e regulagens do sistema Caso n o seja poss vel acessar os pontos do sistema que requerem interven es ajustes ou substitui o de componentes a integridade do sistema ser comprometida em um curto per odo de tempo n o sendo poss vel manter ou restabelecer suas condi es operacionais de projeto Muitas vezes embora tenha sido previsto espa o para manuten o seu acesso dificultado pela posi E e2. J Fernando B Britto o de execu o dos trabalhos agachado s vezes no meio de utilidades perigosas ou pelos esfor os envolvidos nos trabalhos igamento de componentes pesados necessidade de torques elevados reque rendo a remo o total ou parcial do equipamento ou Espi o decken paaa NA Figura 31a Rotor tipo Sirocco DN 450mm componente para locais que permitam sua manuten cao adequada e Ergonomia e seguran a ocupacional deve ser avaliada a posi o de opera o tipo de atividade cargas de trabalho al m do per odo de exposi o a ru dos elevados temperatura alta ou baixa umida de alta ou baixa particulado alto riscos qu micos e biol gicos al m de outros fatores ambientais que possam afetar a integridade f sica dos operadores e mantenedores dos sistemas Atualmente v rios destes requisitos s o regulados por meio de normas e regulamenta es trabalhis tas espec ficas e Identifica es bloqueio e travamento todos os EE equipamentos bem como as redes de utilidades a eles conectadas devem possuir identifica es e dis positivos de bloqueio e travamento de forma a permi tir sua opera o e manuten o adequadas e seguras 5 3 1 Moto Ventiladores Crit rios de Sele o Durante o selecionamento dos ventiladores deve ser escolhido o rotor adequado ao tipo de opera o al m de avaliado o seu rendimento mec nico de forma a mini mizar o consumo
3. o oENULERAKAE ai Dm Fais r ikan vis Lei ERP Figura 32a Gr fico de corre o de desempenho para moto bombas com vaz o de 2 a 20 m3 h conforme ANSI HI 1 3 Os gr ficos das figuras 32a e 32b permitem efetuar a corre o das curvas das bombas em fun o de sua viscosidade 5 3 2 2 Cavita o Cavita o um fen meno f sico caracterizado pela vaporiza o de um l quido em movimento causada pela redu o de sua press o total Ela ocorre nas bombas centrifugas devido ao seu pr prio princ pio de funcionamento o qual utiliza um corpo girante formado por um conjunto de p s dispostas radialmente em rela o ao eixo de rota o rotor para imprimir for as centr fugas e tangenciais ao flu do Isto produz no l quido um diferencial de press o entre o eixo suc o e a extremidade do rotor causado pela for a centr fuga amplificado at sua efetiva descarga pelas for as tangenciais Entretanto o acr scimo de energia introduzido pela movimenta o do flu do a altas velocidades no interior da bomba cria tamb m uma zona de baixa press o imediatamente atr s das p s do rotor a qual se atingir um valor igual ou inferior ao da press o de satura o de vapor do fluido causa a forma o de bolhas de vapor no interior do fluxo as quais explodem de encontro ao D La AN AN AN AA IN A ANN Bi ma mo KE ma Pg be ri na sik Figura 32b Gr fico de corre o de dese
4. a CCI curva caracter stica da insta Em sistemas convencionais operando com fluidos newtonianos e descontados os efeitos das v lvulas de controle todas 100 abertas a CCI possuir uma curva caracter stica dada por uma equa o do tipo H K Q J as CCBs nas mesmas condi es costumam ter uma equa o do tipo H h s K Q A associa o de bombas em paralelo geralmente empregada quando se deseja ampliar a vaz o total de sistemas com baixa perda de carga associada Quando a perda de carga de um sistema muito grande adota se a associa o de bombas em s rie na Ponta da Funcionamento S ria Ponto de Funcionamento Simples CCB a Laman F3 GF RE Figura 37 Associa o de bombas em s rie qual ocorre a somat ria das press es individuais de cada bomba conforme representado no gr fico da figura 37 De forma similar ao que ocorre na associa o em paralelo a curva da associa o de bombas id nticas em s rie obtida dobrando se a dist ncia vertical al tura manom trica encontrada para cada ponto da CCB sendo mantida a dist ncia horizontal vaz o de ambos os pontos Em outras palavras a altura manom trica de cada ponto da CCB multiplicada pelo n mero de bombas associadas em s rie sendo mantida a vaz o observada para o ponto original A associa o de bombas em s rie geralmente em pregada quando se deseja ampliar a altura manom trica total de si
5. implicaria em E E A Il duh Mr mu o sm A H ed e e ge Wi WR AAO AA PA 5 M ab nad 4 bk def CR aka Fa E WAR os qe ep Psh eh T 2 CLS E Ren rear Figura 31c Rotor tipo Air Foil DN 450mm E E re Be F mos crua ca Paas RK Ser ARTIGO T CNICO gt componentes el tricos chaves prote es inversores cabeamento etc maiores o que reduziria a diferen a total do pre o de aquisi o e al m disso a diferen a de consumo poderia reverter rapidamente a diferen a no investimento inicial em custo de produ o afetando o custo total de propriedade do equipamento T o importante quanto a avalia o das caracter sti cas de desempenho do equipamento a avalia o dos limites operacionais do equipamento os quais de vem ser compat veis com a aplica o Devem ser verificadas a rota o e a pot ncia ab sorvida BHP m ximos para o rotor escolhido pois ao longo da vida til do equipamento pode ser neces s rio alterar sua rota o s vezes isso acontece logo durante sua partida sendo necess rio verificar se a sele o n o se encontra muito pr ximo do limite de classe construtiva recomendada pelo fabricante ou se a pot ncia especificada permitir futuros aumentos da rota o Cabe lembrar que segundo a Lei das Bombas e dos Ventiladores Onde n rota o Q vaz o dP diferencial d
6. NM TULI ANAL LULU TITAN O LIN LL UN III Lg gnnnu nn LET AALE wit NAL 2 DD l J is TOWRA TE HIE NAMA NG na U LI q E A MONDO FERRARA A AN LULU HIT UD LULLL LANA LOT Figura 35a Rotor DN 50 315 1750 rpm 3 e WE e DOT I Das TER j j UN NN ULI EE HHH EHEHEH Mi mm mm me n ge wm em we Ha KG TIE Bm bw CITT Ge SS ges O e Dim pe ZZ SS ER OT o a EE Ee EHHH S e A D pi d ni LEEFER E RE Il Rasasananas sas Gm dd V TEH SEE FEE EE T T Figura 35b Rotor DN 40 200 3500 rpm ANUNCIO GO ARTIGO T CNICO Em ambos os casos as motobombas foram sele cionadas com vaz o de 50 m h e altura manom trica de 45 m No caso da figura 35a foi selecionado um rotor DN 50 315 operando a 1750 rpm usinado com di metro de 310mm produzindo um rendimento de 61 o que re quer uma pot ncia de 13 8 cv na ponta de seu eixo e um NPSHpeq de 2 2m Na figura 35b foi selecionado um rotor DN 40 200 operando a 3500 rpm usinado com di metro de 160mm produzindo um rendimento de 71 o que requer uma pot ncia de 11 8 cv na ponta de seu eixo e um NPSH ca de 2 6m Certamente a sele o com maior rota o ir pro duzir um ru do tamb m maior o que seria problema em uma instala o n o abrigada onde se deseja minimizar o n vel de ru do Contudo se as motobombas forem instala
7. SI HI 1 3 al m de verificada sua temperatura de opera o req Net Pres sion Suction Head Required a rota o e o rendimento Tamb m devem ser verificados o NPSH mec nico al m de serem definidos os tipos de acopla mento veda o e base da motobomba 5 3 2 1 Influ ncia da Varia o do tipo e condi es do fluido As curvas de sele o para bombas hidr ulicas s o elaboradas por meio de experimenta o sendo adota do um fluido padr o geralmente gua limpa para sua determina o Uma vez que n o seria economicamente vi vel ela borar curvas caracter sticas para cada tipo de fluido necess rio efetuar corre es nas curvas em fun o das caracter sticas e condi es do fluido que efetivamente ser utilizado no bombeamento A metodologia para efetuar estas corre es encon tra se descrita na norma ANSI HI 1 3 e leva em conside ra o as seguintes vari veis e efeitos e Densidade altera a press o ou altura manom trica na descarga da bomba afetando tamb m sua pot ncia absorvida BHP de forma diretamente proporcional e Temperatura afeta o NPSH Net Pression Suction Head Available na entrada da bomba devido mu dan a da press o parcial de vapor do fluido Quanto maior a temperatura mais pr ximo de sua curva de satura o do vapor e Viscosidade afeta o formato da curva caracter stica da bomba em fun o de sua vaz o e altura manom trica operando com fluido padr
8. das em salas de m quinas juntamente com outros equipamen tos tao ou mais ruidosos que as motobombas como por exemplo os chillers nao ha sentido em se limitar a rota o para controlar o ru do permitindo a ado o da bomba de melhor rendimento mec nico 5 3 2 5 Associa o de Motobombas em Paralelo e em S rie Conforme podemos verificar no gr fico da figura 36 quando associamos bombas id nticas em paralelo ocor re a somat ria das vaz es individuais de cada bomba Ponto de Funconamgmo Simples KL pr si Li Baan CC CB nap Ea a eg kasa o GP EE Bi PARALELO Figura 36 Associa o de bombas em paralelo Isso significa que a curva da associa o em para lelo obtida dobrando se a dist ncia horizontal vaz o encontrada para cada ponto da CCB sendo mantida a dist ncia vertical altura manom trica de ambos os pontos Em outras palavras a vaz o de cada ponto da CCB multiplicada pelo n mero de bombas associadas em paralelo sendo mantida a altura manom trica observada para o ponto original No entanto isto n o significa que em um sistema existente a vaz o ser diretamente proporcional ao n mero de bombas ativas a cada instante Na verdade como cada aumento da vaz o acarreta um aumento correspondente na altura manom trica do sistema a vaz o obtida a cada instante ser dada pelo ponto de funcionamento originado pelo cruzamento da CCB mateo la o com
9. e consequentemente o custo total de E a LHS ng ul E d RA aes PERA AR AD E s5 RA PN a E D a E TITE a a aa LI WW EN l d IG WW e K F T CH L t H DR Figura 31b Rotor tipo Limit Load DN 450mm 6 6 propriedade do equipamento conforme verificamos na figura 31a 31b e 31c Comparando se as curvas verificamos que embora os tr s tipos de rotores possuam o mesmo di metro e admitam uma mesma vaz o o rotor Sirocco s permite operar com baixas press es Ao compararmos os rotores Limit Load e Air Foil verificamos que embora este ltimo seja na realidade uma variante do tipo Limit Load a vers o original do rotor admite operar com press es ligeiramente maiores ao passo que sua variante fornece melhor desempenho rendimento mec nico quando operando nas mesmas condi es Exemplificando se desej ssemos operar um sistema com vaz o de 12000 m3 h e press o de 180 mmca ve rificariamos que n o seria poss vel obter uma sele o adequada com rotores do tipo Sirocco Se escolh ssemos um rotor do tipo Limit Load teri amos um rendimento de 78 e absorveria uma pot ncia de 13 0 cv ao passo que um rotor Air Foil teria um ren dimento de 86 e absorveria uma pot ncia de 11 5 cv Embora o pre o de aquisi o do moto ventilador com rotor Limit Load possa ser consideravelmente me nor a diferen a de pot ncia e consumo
10. e filtros apenas ap s as bombas evitando a perda de carga adicional acarretada pelo dispositivo Al m disso o tanque de expans o e reposi o de flu do deve ser conectado diretamente suc o da bomba o que tamb m evitar problemas de trans bordamento do reservat rio caso a press o da linha no ponto de sua conex o exceda a press o exercida por sua coluna de l quido 5 3 2 3 Efeito da varia o da rota o e do di metro do rotor sobre a curva caracter stica da bomba Segundo as Leis da Afinidade das Bombas em re la o aos Sistemas Lei das Bombas que a mesma aplicada aos ventiladores as vari veis associadas bomba ir o variar da seguinte forma Pump Affinity Laws Impeller Diameter Function Speed Change j Pressure Figura 33 Lei de afinidade das bombas Fonte 2008 ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment Estas equa es se encontram reproduzidas em forma de curvas de corre o conforme o gr fico da figura 34 E T e ni A Paga CRE Figura 34 Pot ncia vaz o e press o das bombas em fun o de sua rota o Fonte 2008 ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment 5 3 2 4 Exemplo de sele o de motobombas Observemos as sele es efetuadas nas curvas das bombas representadas pelas figuras 35a e 35b B prC gang TIM e as 3 HEP LILET T Fa A IL II P EE EE maso BR ia pr do d APT HIHI CT o HI WI
11. e press o N pot ncia absorvida 5 3 1 1 Fatores de convers o Especial cuidado deve ser dado durante a aplica o de fatores de convers o para se evitar o subdimensio namento dos equipamentos 1 mmH O 9 8065 Pa 1mmHg 133 3224 Pa Sabemos que a press o atmosf rica total afeta a densidade do fluido e por conseguinte a press o es t tica dispon vel no ventilador Sendo a condi o do ar padr o referida altitude zero n vel do mar qualquer eleva o na altitude de opera o implicar na necessi dade de aumento da rota o do ventilador de forma a se obter a mesma press o est tica dispon vel Ent o aplicando se incorretamente os fatores de arredondamento na convers o da press o est tica 10 ao inv s de 9 8065 requerida e na press o atmosf rica local obrigatoriamente ser necess ria a corre o da rota o em campo E como vimos anteriormente j que a rela o de pot ncias varia ao cubo da rela o de rota es uma pequena diferen a de 1 a 3 na rota o ir levar a um aumento de 3 0 a 9 3 na pot ncia 5 3 2 Motobombas Crit rios de Sele o Durante o selecionamento das bombas deve ser avaliada sua curva Press o x Vaz o de forma a mini mizar o consumo e consequentemente o custo total de propriedade do equipamento Durante o selecionamento deve ser ajustada a curva caracter stica da bomba CCB em fun o da densidade e viscosidade do fluido bombeado conforme AN
12. mpenho para moto bombas com vaz o de 20 a 2000 m3 h conforme ANSI HI 1 3 ANUNCIO ARTIGO T CNICO O rotor causando vibra es ru do elevado e eros o no rotor da bomba A forma de se evitar a cavita o nas bombas garan tir que o NPSH dispon vel seja maior que o NPSH requerido informado pelo fabricante da bomba O valor do NPSH dado pela equa o P P NPSH Y h h est perdas Y i quido _8xfxL XQ perdas 2x D xg Onde NPSH Press o est tica positiva dispon vel na suc o m P m Press o atmosf rica local Pa D Press o parcial de vapor do l quido Pa Tabelado eg Peso espec fico do l quido N Tabelado hest Altura manom trica da coluna est tica de l quido m Fi eias Altura manom trica equivalente perda de carga est tica m f Fator de fric o diagrama de Moody House adimensional Loa Comprimento equivalente da tubula o m Q Vaz o volum trica do l quido m s D Di metro interno da tubula o m G Acelera o da gravidade adotado 9 8065 m s Nota e Embora a cavita o tamb m possa ocorrer em siste mas fechados onde todos os pontos da rede se en contram teoricamente selados em rela o press o atmosf rica esta pode ocorrer devido ao entupimen to de filtros ou fechamento de v lvulas montante da bomba ou ent o falta de gua no sistema Para evitar estes problemas recomenda se a insta la o d
13. os de expans o direta Atualmente a tecnologia de compress o mais em pregada em unidades de pequeno porte s o os com pressores do tipo rec proco pist es figura 39 e do tipo scroll espiral rotativa figuras 40 e 41 O controle de capacidade destes equipamentos ge ralmente realizado pelos intervalos de acionamento e desligamento dos compressores existentes em cada ciclo frigor geno J nas unidades de m dio porte atualmente se utili zam compressores do tipo parafuso figuras 42 e 43 ou do Figura 39 Compressor tipo rec proco Fonte Manual de Aire Acondicionado Carrier Figura 40 Compressor tipo scroll Fonte Damfoss DISCHARGE Figura 41 Processo de compress o em rotor do tipo scroll Fonte ASHRAE 2000 HVAC Systems and Equipments Handbook Figura 42 Compressor tipo parafuso Fonte ASHRAE 2000 HVAC Systems and Equipments Handbook INLET PORT FEMALE DISCHARGE PORT INTAKE INLET PORT DISCHARGE PORT COMPRESSION Figura 43 Processo de compressao em rotor do tipo parafuso Fonte ASHRAE 2000 HVAC Systems and Equipments Handbook VANELESS DIFFUSER RETURN CHANNEL LABYRINTH SEAL TE AU a SSS KA ee IMPELLER BALANCING PISTON JOURNAL BEARING tipo centrifugo figuras 44 e 45 e nas unidades de grande porte geralmente se adotam compressores centrifugos No caso dos compressores parafuso o controle de capacidade pode ser efetuado por di
14. spositivos que al teram as dimens es de suas c maras de compress o aproximando ou afastando as camisas do corpo girante e ou variando sua rota o Nos compressores centr fugos o controle de capa cidade pode ser efetuado por reguladores motorizados chamados inlet guide vanes na suc o do compressor e ou variando sua rota o Ao serem especificados os compressores devem ser verificados os seguintes itens DISCHARGE Da 1 THRUST dm ET BEARING d KN SIR YAA uma o a Bi HERMETIC MOTOR ed D EE mm i vd SHAFT SEAL Deslocamento volum trico Condi o de entrada do fluido DISCHARGE PORT DISCHARGE Figura 44 Compressor tipo centr fugo Fonte ASHRAE 2000 HVAC Systems and Equipments Handbook Figura 45 Vista do inlet guide vane de um compressor tipo centr fugo Fonte Manual de Aire Acondicionado Carrier Capacidade frigorigena Condi o de sa da do fluido gt amp Controle de capacidade Deve se evitar Ciclagem excessiva Pot ncia consumida Queima do motor Alta temperatura de descarga Danos s v lvulas Taxa de compress o elevada Temperatura de Falta de Superaquecimento descarga elevada Retorno de l quido no compressor D A ltima parte deste artigo ser publicada na pr xima edi o 11
15. stemas com alta perda de carga associada E tal como na associa o em paralelo na associa o em s rie o aumento da press o total disponibilizado pela associa o em paralelo ser dado pelo cruzamento das curvas CCl e CCB S RIE Nota Tal como no caso da Lei das Bombas os Ventila dores seguem exatamente os mesmos princ pios no caso das associa es em paralelo e em s rie 5 3 3 Resfriadores de L quidos Os resfriadores de l quidos tamb m conhecidos por sua designa o em ingl s chillers s o conjuntos de equipamentos e dispositivos interligados representados na figura 38 respons veis pelo resfriamento de gua ou outro fluido t rmico utilizado no processo ou pelo sistema de tratamento de ar Para sua aquisi o necess rio especificar seus componentes principais tais como compressores con densadores e resfriadores al m do flu do refrigerante do fluido resfriado bem como seus dispositivos de acio namento e de controle de capacidade O projetista dever comparar Consumo Peso Ru do Vibra es Vaz o e diferencial de temperatura capacidade ANUNCIO O ARTIGO TECNICO Figura 38 Diagrama representando um chiller com condensa o gua 5 3 3 1 Compressores Tipos e caracter sticas de seu controle de capacidade Unidades resfriadoras de l quido de pequeno porte costumam utilizar os mesmos tipos de compressores empregados nos equipament
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