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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE

1. R 40 000 00 R 35 000 00 R 30 000 00 R 25 000 00 R 20 000 00 R 15 000 00 R 10 000 00 R 5 000 00 R 0 00 Ano Figura B 6 Comparativo de valor de presta es 298 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Assim ao se optar por um determinado financiamento preciso estar atento as suas caracter sticas Enquanto no sistema price as presta es s o constantes nos dois outros sistemas o valor das presta es come a mais alto e termina mais baixo Dependendo do fluxo de caixa do projeto entendido no sentido amplo um determi nado sistema pode vir a ser mais interessante do que o outro B 5 Avalia o de investimentos Como foi comentado na introdu o deste cap tulo o tema avalia o de investimento vasto Os conceitos e exemplos que est o abordados neste t pico est o restritos ao escopo deste Livro Em qualquer dos m todos empregados o objetivo ser sempre o de comparar proje tos de investimento dentre v rios mutuamente exclusivos ou de selecionar qual ou quais dos projetos imaginados deve ser selecionado para implementa o B 5 1 Tempo de retorno Nesse m todo procura se saber quanto tempo a empresa ou investidor levar para recuperar seu capital Em geral s o considerados dois tipos de tempo de retorno simples tamb m conhecido como pay back simples e fluxo de caixa descontado No primeiro pay back simples calcula se
2. Sistemas de baixa temperatura 402C lt Tevap lt 18 C Sistemas de m dia temperatura 182C lt Tevap lt 02C Sistemas de alta temperatura Tevap gt 0 C A seguir s o descritas algumas de suas aplica es 4 1 Armazenamento de alimentos resfriados e congelados O tempo de conserva o dos alimentos pode ser aumentado pelo armazenamento a bai xas temperaturas Alimentos como banana ma tomate cebola alface repolho e batata n o exigem congelamento para seu armazenamento A maioria dos alimentos deve ser armaze nada a temperaturas pr ximas de 02C Algumas frutas podem ser armazenadas a tempera turas inferiores a de congelamento da gua sem apresentar a forma o de gelo devido presen a do a car ou outras subst ncias que reduzem o ponto de congelamento O per odo de conserva o dos alimentos pode ser aumentado ainda mais pelo do con gelamento As t cnicas de congelamento r pido evitam a forma o de microcristais de gelo no interior do produto Os m todos mais difundidos de congelamento s o t neis de congelamento com ar a alta velocidade air blast congelamento por contato pela dispo si o dos alimentos entre placas refrigeradas congelamento por imers o do alimento em salmouras a baixa temperatura e congelamento criog nico em que um fluido criog nico no estado l quido como o bi xido de carbono ou nitrog nio aspergido no interior da c mara de congelamento 242 EFICI NCIA ENERG T
3. alternativa C pois apresenta um VPL maior O m todo do VPL representa integralmente o conceito de fluxo de caixa des contado Da chegar se s mesmas conclus es na an lise seletiva de alternativas de projeto A planilha eletr nica Excel apresenta nas suas fun es matem ticas especialmente nas financeiras o c lculo autom tico do VPL bastando selecionar a coluna onde est o os valo res do fluxo de caixa Uma observa o importante que na planilha Excel como default considera se investimento como se feito ao final do primeiro per odo Isto aplica se a taxa de desconto j a partir do primeiro fluxo de caixa o que n o usual entre n s Tabela B 12 304 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA B 12 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 PER ODO ANO PROJ ETO A PROJETO B PROJETO C dl 1 785 71 1 785 71 2 678 57 2 318 88 717 47 637 76 3 427 07 218 58 854 14 4 635 52 190 66 635 52 5 680 91 170 23 567 43 6 25992 151 99 506 63 VPL R 529 98 R 341 83 R 522 90 Assim para se aplicar fun o autom tica do Excel no exemplo dado em que o inves timento est considerado no in cio do per odo ndice zero e obter se o mesmo resulta do deve se fazer um ajuste Calcule o valor presente l quido com a fun o VPL do Excel apenas dos benef cios e subtraia o investimento B
4. E En O posicionamento geom trico das superf cies afeta a radia o trocada entre elas A rela o geom trica que influ ncia a quantidade de calor trocado por radia o entre as superf cies chamada de fator de forma Fa As caracter sticas pticas das superf cies como emissividade absort ncia transmissividade e refletividade que tamb m afetam a quantidade de calor trocado por radia o podem ser agrupadas em um nico fator Fg Os fatores Fa e Fg podem ser encontrados em textos e manuais sobre transfer ncia de calor Finalmente o calor trocado por radia o entre duas superf cies pode ser calculado por 2 19 Q 2 6FE FA A r4 atA 2 20 d Analogia entre fluxo de calor e el trico Considere a placa da Figura 2 6 por meio da qual transferido o fluxo de calor Q sendo AT a diferen a de temperatura entre as superf cies da placa Considere ainda o circuito el trico equivalente em que AV a diferen a de potencial a corrente el trica e Re a resis t ncia el trica AT T To q Te g Figura 2 6 Analogia entre fluxo de calor e fluxo el trico B2 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Aplicando se a lei de Ohm para o circuito el trico tem se AV diferen a de potencial el trico i corrente E Re resist ncia el trica oa Por analogia com a Lei de Ohm t m se que a taxa de transfer ncia de calor pode ser considerada
5. B Viabilidade econ mica O assunto viabilidade econ mica um tanto vasto De modo geral tratado na bibliografia em termos de viabilidade econ mica de um empreendimento uma empresa etc Neste Livro tendo em vista o objetivo detratar das a es capazes de obter uma melhor efici ncia energ tica nos sistemas de refrigera o o assunto est limitado a esse contex to Interessa aqui fazer o estudo da viabilidade econ mica de uma determinada modifica o que possa ser traduzida em alguma economia de energia ou at mesmo economia de custo na hip tese de transfer ncia de consumo de hor rios de ponta para outras horas do ciclo di rio Conceitos b sicos de Matem tica Financeira Considera es iniciais sobre o dinheiro que de modo simplificado o objeto da Matem tica Financeira Trata se de uma vari vel para a qual devem ser consideradas duas dimens es o valor e o tempo Um determinado investimento de uma quantia por exemplo des tinada substitui o de um motor el trico por outro de melhor rendimento deve ser abordada sob esses dois aspectos Qual o valor do investimento Em que poca ele ser feito E ainda Quando se dar o os benef cios dessa opera o Em que valores Da decorrem praticamente todos os conceitos comparativos utilizados para avaliar a pertin ncia ou n o de uma determinada a o para se obter um certo resultado quando esse processo envolve dinheiro Assim a defini o
6. Na coluna da composi o qu mica indica se a designa o dos componentes e entre par nteses a composi o da mistura em base m ssica O primeiro algarismo nulo a partir da esquerda por conven o n o escrito Este o caso do R12 cuja composi o qu mica CClpF gt Como esse refrigerante apresenta apenas um tomo de carbono e como C 1 nulo sua designa o feita por um n mero de dois algarismos Os is meros s o designados pelos sufixos a b c etc em ordem crescente de assime tria espacial Este o caso do R134a que um is mero espacial do composto 134 As mis turas n o azeotr picas s o designadas pela s rie 400 em ordem crescente de cronologia de aparecimento As misturas azeotr picas s o designadas pela s rie 500 0s compostos org nicos pela s rie 600 e os compostos inorg nicos pela s rie 700 em ordem crescente de acordo com a massa molecular A am nia NH3 por exemplo de massa molecular 17 designada como refrigerante 717 e a gua H20 de massa molecular 18 designada como refrigerante 718 Dependendo do seu comportamento durante a mudan a de fase as misturas s o designadas como azeotr picas ou n o azeotr picas Para um melhor entendimento seja considerada uma mistura homog nea no estado l quido inicialmente a uma temperatura Ty aquecida press o constante em um cilindro provido de pist o conforme mostrado na Figura 3 65 At que seja atingida uma temperatu
7. O INDUSTRIAL E COMERCIAL 313 TABELA B 16 FLUXO DE CAIXA DE UM PROJETO COM FINANCIAMENTO COM PRAZO DE OCORRENCIA DE 2 ANOS LIBERA O SALDO DEVEDOR JUROS AMORTIZA O FLUXO FINANCEIRO 12 00 800 000 00 800 000 00 800 000 00 800 000 00 96 000 00 96 000 00 800 000 00 96 000 00 96 000 00 600 000 00 96 000 00 200 000 00 296 000 00 400 000 00 72 000 00 200 000 00 248 000 00 0 00 24 000 00 200 000 00 224 000 00 Neste exemplo foi desconsiderada a dedu o no imposto de renda relativo s despesas financeiras juros do financiamento Assim o fluxo financeiro desse projeto fica sendo como o mostrado na Tabela B 17 TABELA B 17 FLUXO FINANCEIRO DO PROJETO ANALISADO ANO FLUXO ECON MICO FINANCIAMENTO FLUXO DE CAIXA CAPITAL PR PRIO d 800000 800 000 00 0 00 2 200000 96 000 00 296 000 00 3 200000 96 000 00 104 000 00 4 250000 296 000 00 46 000 00 5 300000 272 000 00 28 000 00 6 350000 248 000 00 102 000 00 1 350000 224 000 00 126 000 00 8 350000 350 000 00 TIR 19 23 314 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL An lise A rentabilidade do investimento avaliada pela TIR taxa interna de retorno por meio do fluxo de caixa econ mico foi de 14 16 superior taxa m nima de atratividade TMA podendo portanto este projeto ser considerado vi vel do ponto de vista econ mico Comparando a taxa de retorno do capital pr prio igual a 19 23 com o custo do capi tal pr p
8. Para se determinar o di metro das tubula es necess rio determinar a vaz o volum trica de refrigerante em cada uma das linhas do sistema isto linhas de suc o descarga e l quido Esta vaz o determinada a partir do volume espec fico do flu do frigor fico em cada uma destas linhas e da vaz o m ssica a qual pode ser determinada em fun o da capacidade frigor fica como mostra a Tabela 3 26 O volume espec fico nas linhas de suc o e de l quido pode ser determinado direta mente das tabelas de propriedades dos flu dos frigor ficos por m o volume espec fico na descarga do compressor depende do tipo de compressor e da sua efici ncia De geral este volume espec fico pode ser estimado pela equa o abaixo Psuc 1 20 desc Vdesc Vsuc 3 43 em que Vdes Vaz o volum trica na linha de descarga Vuc Vaz o volum trica na linha de descarga Pouc press o de suc o e Paesc press o de descarga EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 209 TABELA 3 26 VAZ O M SSICA DE REFRIGERANTE EM KG S POR kW TEMP R717 R134A R22 EVAP TEMP DE CONDENSA O 2C TEMP DE CONDENSA O C TEMP DE CONDENSA O C 30 35 40 30 35 40 30 35 40 O 0 00088 0 00090 0 00092 0 00621 0 00649 0 00681 0 00580 0 00604 0 00628 10 0 00089 0 00091 0 00093 0 00645 0 00675 0 00712 0 00593 0 00617 0 00645 20 0 00090 0 00092 0 00095 0 00671 0 00705 0 00744 0 00610 0 0063
9. gios de capacidade de compressores ou para atuar sobre v lvulas de expans o com a fina lidade de promover o recolhimento de refrigerante 164 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Durante a execu o de v cuo inicial ou o recolhimento do refrigerante do sistema para reparos a v lvula solen ide deve ser mantida aberta manual ou eletricamente Em instala es comerciais de grande porte recomend vel utilizar se a v lvula sole n ide operada por piloto Exceto quando a v lvula solen ide for especialmente projetada para instala o horizontal ela deve ser sempre montada na posi o vertical com a bobina voltada para cima Bobina Bobina Circuito fechado Circuito Armadura aberto Armadura a b Figura 3 64 V lvula solen ide a fechada b aberta Para a especifica o de v lvula solen ide deve ser considerada a Vaz o de refrigerante atrav s da v lvula a diferen a m xima de press o permitida pela v lvula e a perda de carga causada pela v lvula Visores de l quido Visor de l quido uma pe a que cont m dispositivos que permite verificar a passagem de l quido e a presen a de umidade colocada na sa da do reservat rio de l quido ou na entrada do evaporador permitindo verificar se a carga de refrigera o est completa e se existe umidade no sistema As seguintes cores s o utilizadas para indicar a quantidade de umidade n
10. v lvula de agulha controlada por b ia e linha de retorno do leo ao compressor O leo retido pelos filtros devido desacelera o do escoamento acumula se no fundo do tanque Quando o n vel do leo atinge um valor prescrito a b ia provoca a abertura da v lvula de agulha Uma vez que a press o no separador maior do que a press o no c r ter do compressor o leo acumulado escoa para o c rter do compressor Os separadores de leo s o muito eficientes deixando apenas uma quantidade m nima de leo escoar ao longo do circuito Estes dispositivos s o comumente usados em instala es de grande porte V lvulas solen ide A v lvula solen ide comandada eletricamente por meio de solen ides Pode ser clas sificada em normalmente abertas e normalmente fechadas O comando el trico pode ser acionado por um termostato pressostato ou mesmo por um simples interruptor manual Seu princ pio de opera o como pode ser visto na Figura 3 64 o seguinte a Quando o circuito el trico da v lvula aberto a bobina desenergizada de modo que o peso da armadura e a a o da mola for am a agulha de volta ao seu assento b Ao se energizar a bobina a armadura se move para cima em dire o ao centro da bobina abrindo a v lvula Basicamente usa se v lvula de duas ou de tr s vias Ambas controlam o fluxo de refri gerante l quido para a v lvula de expans o Algumas vezes s o usadas para controlar est
11. AP Diferen a da press o de vapor entre as duas faces do isolante 194 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A permeabilidade representa ent o a massa de vapor difundida atrav s do isolan te por unidade de tempo por unidade de rea e por unidade do gradiente de pres s o de vapor semelhan a da resist ncia t rmica por condu o pode se definir tamb m a resist n cia difus o do vapor com base na seguinte express o m APy E R 3 34 ou Rs 3 35 My Combinando se esta express o com a equa o que define a permeabilidade vem L Ry v gt AS 3 36 Haver ent o uma diminui o da press o de vapor do isolante ao longo da coorde nada espacial de maneira exatamente an loga diminui o de temperatura associada ao fluxo de calor Se a temperatura em determinado ponto no interior do isolante for infe rior temperatura de satura o correspondente press o de vapor naquele mesmo ponto ocorrer a condensa o da umidade com todas as poss veis consequ ncias j dis cutidas acima Outra forma de caracterizar os isolantes por meio do Fator de Resist ncia Difus o do Vapor u definido como a rela o entre a permeabilidade ao vapor de gua do ar e do material A tabela 3 13 apresenta valores de permeabilidade para diversos materiais de constru o e isolantes A permeabilidade do Sar a 232C e 1 atm de ar 0 0933 g m m h mmHg E
12. Coeficiente global de transfer ncia de calor Em casos em que ocorre transfer ncia de calor entre dois fluidos como no caso da c mara mencionado acima est o envolvidos dois valores para o coeficiente ce convec o a sendo um para cada fluido Tamb m se deve considerar a condutividade t rmica k do material que separa os fluidos por exemplo o isolante da c mara e a sua espessura L Assim para facilitar a an lise pode se lan ar m o do coeficiente global de transfer ncia de calor UG E pr tica comum relacionar a taxa total de transfer ncia de calor Q a rea normal ao fluxo de calor A e a diferen a total de temperatura AT por meio do coefi ciente global de transfer ncia de calor UG Portanto considerando a Figura 2 7 pode se escrever que Ta TB Q UGA AT To Eoi G G 4A kA A 2 26 34 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL em que Ug ir e ATG TA Teg E PATR E 04 k Og O equacionamento acima tamb m pode ser feito em termos da resist ncia t rmica glo bal RG ou total que para o caso do circuito el trico equivalente da Figura 2 7 igual soma das resist ncias t rmicas do fluido A Ra da parede Rp e do fluido B Rg Assim tem se _Ta Te _ ATe AD E O VER E Es Rs io GA RA A 22 f Diferen a de temperatura m dia logar tmica Nostrocadores de calor como os esquematizados na Figura 2 8 e na Figura 2 9 um flui do quente
13. Processo de transfer ncia de calor no condensador Assim 0 condensador a ser especificado para o sistema de refrigera o deve ser capaz de rejeitar a taxa de calor calculada pela equa o 2 33 a qual depende da carga t rmica do sistema e da pot ncia de acionamento do compressor d Dispositivo de expans o No dispositivo de expans o que pode ser de v rios tipos o processo te rico adiab tico como mostra a Figura 2 15 Neste caso aplicando se a Primeira Lei da Termodin mica em regime permanente desprezando se as varia es de energia cin tica e potencial tem se Dispositivo de Expans o Volume de Controle Figura 2 15 Processo no dispositivo de expans o 44 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL ha h4 2 34 e Coeficiente de performance do ciclo O coeficiente de performance COP um par metro importante na an lise das instala es frigor ficas Embora o COP do ciclo real seja sempre menor que o do ciclo te rico para as mesmas condi es de opera o pode se com o ciclo te rico verificar que par metros influenciam no desempenho do sistema Assim o COP definido por Energiautil Qo hy h cop to 4 2 35 EnergiaGasta W hz hy Pode se inferir da equa o 2 35 que para ciclo te rico o COP fun o somente das pro priedades do refrigerante Consequentemente depende das temperaturas de condensa o e vaporiza o Para o ciclo rea
14. Uma equa o til para o c lculo da temperatura de orvalho dada por 0 Toy E e 0 1247 109 8 Tamb 109 8 3 42 3 3 9 Dimensionamento de tubula o para refrigerantes Quando um fluido passa num tubo h uma perda de press o devido ao atrito entre o fluido e a parede do tubo Esta perda de press o n o pode ser evitada mas o seu efeito pode ser reduzido bastando dimensionar devidamente o tubo Quanto maior for a massa do fluido a passar num dado tubo maior ser a sua velocidade e portanto maior a sua perda de press o Al m disso quanto maior o comprimento de um tubo maior ser a queda de press o Assim como regra geral para uma dada capacidade os tubos compri dos devem ter um di metro superior ao dos tubos curtos 198 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Dimensionamento de linhas de suc o A linha mais cr tica no sistema de tubula es a linha de suc o que transporta vapor refrigerante do evaporador para o compressor Nesta linha deve se ter uma velocidade suficientemente alta para transportar o leo de volta ao compressor tanto nas linhas hori zontais como nas verticais com fluxo ascendente Simultaneamente deve ter uma queda de press o m nima para evitar quedas excessivas de capacidade e aumento de pot ncia do compressor A queda de press o na linha de suc o aumenta o volume do g s refrigerante que deve ser trabalhado pelo compressor para uma
15. atua o no compressor ligando o ou desligando o estrangulamento do g s de aspira o entre o evaporador e o compressor por meio do uso de uma v lvula reguladora de press o de suc o desvio do g s na descarga do compressor para a linha de aspira o ou para o evapora dor e funcionamento a vazio de um ou mais cilindros atrav s da abertura cont nua da v lvu la de descarga 3 1 2 Compressor parafuso Os compressores parafuso podem ser classificados como de parafuso simples e de para fuso duplo Os compressores de parafuso duplo s o mais utilizados que os simples devido ao fato de apresentar efici ncia isentr pica ligeiramente maior em torno de 3 a 4 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 91 A Figura 3 11 apresenta um corte transversal dos rotores de um compressor de parafu so duplo O rotor macho aciona o rotor f mea que fica alojado em uma carca a estacion ria O refrigerante entra pela parte superior em uma das extremidades e sai pela parte infe rior da outra extremidade Quando o espa o entre os ressaltos passa pela entrada a cavi dade preenchida pelo refrigerante pois em rota o cont nua o refrigerante retido na cavidade move se circulando pela carca a do compressor at encontrar um ressalto do rotor macho que come a a se encaixar na cavidade do rotor f mea reduzindo o volume da cavidade e comprimindo o g s Ao atingir o orif cio de sa da oc
16. es requeridas pelo processo Outros aspectos que diferenciam o condicionamento de ar para conforto do condicionamento de ar na ind stria s o o n vel de temperatura o controle da umida de e o elevado ndice de filtragem e remo o de contaminantes Em ind strias editoriais necess rio um r gido controle da umidade para a fixa o ade quada das cores em impress o colorida Em ind strias t xteis fibras naturais e manufatu radas s o higrosc picas e o controle apropriado da umidade aumenta a resist ncia do fio e do tecido durante o processamento Em muitos processos de fabrica o de tecidos valo res altos de umidade relativa podem causar problemas no processo de fia o Por outro lado valores baixos de umidade relativa podem induzir a gera o de eletricidade est tica que prejudicial ao processo de produ o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 243 Muitos produtos eletr nicos requerem salas limpas para a fabrica o dos circuitos inte grados que os comp em pois sua qualidade adversamente afetada pela quantidade de part culas no ar O controle da umidade relativa necess rio para evitar a corros o e a con densa o e para eliminar a eletricidade est tica O controle da temperatura mant m materiais e instrumentos em condi es est veis e tamb m requerido pelos oper rios que trabalham com vestimentas especiais Uma sala limpa em uma ind stria eletr nica
17. transportado sem qualquer problema A queda de press o na linha de l quido exerce efeito m nimo na opera o do sistema N o h efei to direto sobre o compressor Uma queda alta de press o na linha de l quido reduzir contudo a press o existente na entrada da v lvula de expans o e portanto pode afe tar o seu tamanho Ao mesmo tempo a queda de press o numa linha de l quido dever ser mantida num valor razo vel para evitar problemas de evapora o repentina Assim o comprimento da linha a quantidade de refrigerante que passa na linha e a diferen a em altura entre o receptor e o evaporador t m influ ncia no caso da evapora o repentina constituir Por esta raz o desej vel ter um sistema razoavelmente compacto para reduzir o compri mento dos tubos e diminuir ao m nimo a perda de press o Considera se geralmente boa pr tica limitar a queda de press o total em linhas de l quido para um valor equivalente varia o de temperatura de 1 1 C Ao dimensionar a linha de l quido deve se ter em conta a velocidade A boa pr tica indi ca que se deve manter a velocidade abaixo de 1 5 m s Este limite foi estabelecido em raz o da possibilidade de golpes de l quido vibra o e ru dos resultantes da a o de v l vulas solen ides ou outras v lvulas de a o r pida Outra considera o no dimensionamento de linhas de l quido o efeito da redu o de press o devido diferen a em altura entre o recep
18. A carga t rmica devido ao produto que geralmente corresponde maior porcentagem da carga t rmica de c maras de resfriamento e congelamento composta basicamente das seguintes parcelas Calor sens vel antes do congelamento Esta parcela devida ao calor que deve ser reti rado do produto para reduzir sua temperatura desde a temperatura de entrada na c mara at a temperatura de in cio de congelamento ou no caso em que o produto somente vai ser resfriado a sua temperatura final 2 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Calor latente de congelamento o calor retirado do produto para promover a sua mudan a de fase isto seu congelamento Calor sens vel ap s o congelamento Esta parcela corresponde ao calor que deve ser retirado do produto para reduzir sua temperatura desde a temperatura de congela mento at a temperatura final do produto Calor de respira o Representa o calor liberado na c mara devido ao processo de res pira o de frutas frescas e vegetais A libera o deste calor de respira o tamb m conhecido como calor vital varia com a temperatura Assim quanto mais frio o produ to menor o calor liberado ver Ap ndice C O Ap ndice B apresenta tabelas com exig ncias para armazenagem e propriedades de alimentos perec veis Considerando todas as parcelas mencionadas acima tem se Quios Gm ep1 Tent T4 hcg Cp 2 T T2 GT Qresp
19. A v lvula pode ser muito grande ou o bulbo remoto pode estar frouxo na tubula o de suc o Limpar a v lvula reguladora de gua instalar c mara de ar antes da v lvula Consertar ou trocar Apertar os parafusos de fixa o base FALTA DE CAPACIDADE DO SISTEMA CAUSA PROV VEL A O CORRETIVA SINTOMAS Forma o s bita de g s g s de flash na tubula o de l quido Entupimento do filtro ou da v l vula solen ide de reten o Sujeira ou gelo no evaporador V lvula de expans o presa ou obstru da Queda excessiva de press o no evaporador Ajuste inadequado do superaque cimento V lvula de expans o mal dimen sionada Chiado na v lvula de expans o Mudan a de temperatura na tubu la o de l quido ap s o filtro ou v lvula Redu o do fluxo de ar Ciclagem r pida ou funcionamento continuo Superaquecimento elevado Ciclagem r pida ou funcionamento continuo Ciclagem r pida ou funcionamento continuo Adicionar refrigerante Limpar ou trocar Limpar ou descongelar o evaporador Consertar ou trocar a v lvula de expans o Verificar o superaquecimento e reajus tar a v lvula de expans o temost tica Ajustar a v lvula de expans o verificar o superaquecimento Substituir por v lvula de capaci dade correta EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 239 PRESS O DE DESCARGA MUITO ALTA CAUSA PROV
20. Exemplo s 8 horas do dia x foi ligada apenas parte de ilumina o s 9 horas entrou em opera o o sistema de ar condicionado central As medi es dessas cargas poder o ser identifica das ou mensuradas com o relat rio de mem ria de massa e confrontados com as deman das levantadas na metodologia do rateio Outra alternativa adquirir um controlador de demanda Esse equipamento al m de outras fun es controla as demandas solicitadas do sistema da concession ria visando impedir a ultrapassagem da demanda contratada Cargas predefinidas s o retiradas evi tando que ocorra a ultrapassagem Esses equipamentos podem ser adquiridos com um sistema de supervis o pelo qual poss vel verificar on line a entrada em opera o de diversos centros de custos Na an lise devem ser considerados os faturamentos com a tarifa convencional se apli c vel e horo sazonal O per odo de observa o deve ser em princ pio igual ou superior a 12 meses Deve se adotar um per odo de 12 meses pelo fato de ser mais representativo e para evitar distor es decorrentes de sazonalidades Uma primeira a o consiste em levantar as cargas com funcionamento no HP e verifi car a possibilidade de transfer ncia para o HFP visando tirar maior proveito da tarifa horo sazonal Procure desligar cargas no hor rio de ponta que n o comprometam o servi o ou a produ o A 3 Controles dos ndices O que n o medido n o controlado Na
21. NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Pode ser utilizada sob a forma de tijolos para a constru o de paredes e tetos consti tuindo ao mesmo tempo a parede portante a isola o t rmica e a camada protetora sendo necess rio somente uma fina camada betuminosa para unir os blocos Pode ser empregado como isolante t rmico entre a funda o e o terrapleno ou em canaletas para o isolamento de tubula es quentes ou frias Os cidos comuns exceto o fluor drico bem como um grande n mero de l quidos e seus vapores apresentam a o nula sobre o material As c lulas encerram uma pequena quantidade de g s sulf drico sendo que isolamen tos com espuma de vidro n o devem sofrer atritos ou choques para n o desprender cheiro Resinas fen licas Obtidas pela rea o de uma resina parcialmente polimerizada um agente de expans o e um cido mineral O pentano e o hexano s o usados como agentes de expans o mas nada impede que sejam utilizados gases de peso molecular mais alto O resultado uma espuma r gida de estrutura celular estanque e com de isolamento Espuma r gida de poliuretano e poliuretano expandido Obtida pela rea o qu mica entre dois componentes l quidos isocianato e polihidroxi lo na presen a de catalisadores A estrutura celular formada pelo desprendimento de CO2 em uma rea o qu mica secund ria ou pela ebuli o de um l quido agente
22. NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Os motores de duas velocidades s o especialmente convenientes para o caso em que o per odo de opera o se estenda ao longo de todo o ano Com este tipo de motor pode se reduzir consideravelmente a pot ncia consumida em per odos frios ou duran te a noite 3 3 6 Acess rios Pressostato Pressostato um interruptor el trico comandado pela press o O ajuste da press o se faz por meio de um parafuso Em alguns modelos o diferencial de press o diferen a entre a press o de desarme e a press o de rearme regul vel O rearme pode ser autom tico ou manual Pode ser classificado em pressostato de baixa press o que desliga quando a press o de suc o se torna inferior a um determinado valor pressostato de alta press o que desliga quando a press o de descarga se torna supe rior a um determinado valor pressostatos de alta e baixa que re ne os doistipos anteriores em um nico aparelho e pressostatos diferencial destinado ao controle da press o do leo de lubrifica o dos compressores que desligam quando a diferen a entre a press o da bomba e o c rter do compressor insuficiente para uma lubrifica o adequada Termostato um dispositivo que permite o ajuste da faixa de temperatura de opera o fechando ou abrindo contatos el tricos Pode ser classificado de acordo com o elemento de medi o de temperatura como bi
23. O INDUSTRIAL E COMERCIAL 37 Qualquer quantidade adicional de l quido introduzido permanecer neste estado isto como l quido no fundo do vaso Se for removida parte do vapor do recipiente conectan do o ao lado de suc o de uma bomba a press o tender a cair O que provocar evapo ra o adicional do l quido Neste aspecto o processo de resfriamento pode ser considera do cont nuo E para tal necessita se de um fluido adequado o refrigerante um recipiente onde a vaporiza o e o resfriamento sejam realizados chamado de evaporador e um ele mento para remo o do vapor chamado de compressor O sistema apresentado at agora n o pr tico pois envolve um consumo cont nuo de refrigerante Para evitar este problema necess rio converter o processo num ciclo Para fazer o vapor retornar ao estado l quido o mesmo deve ser resfriado e condensado Usualmente utiliza se a gua ou o ar como meio de resfriamento os quais se encontram a uma temperatura substancialmente mais elevada do que a temperatura reinante no eva porador A press o de vapor correspondente temperatura de condensa o deve portan to ser bem mais elevada do que a press o no evaporador O aumento desejado de pres s o promovido pelo compressor A liquefa o do refrigerante realizada num condensador que essencialmente um recipiente resfriado externamente pelo ar ou gua O g s refrigerante quente superaque cido com
24. a entre a temperatura da c mara e a do refri gerante est diretamente relacionada com o tamanho rea do evaporador e com a quan tidade de calor que deve ser removida Serpentinas com menores diferen as de tempera tura entre o ar e o refrigerante necessitar o de elevada rea de troca de calor as quais s o mais caras e ocupam mais espa o no ambiente refrigerado 2 N mero de evaporadores O n mero adequado de evaporadores deve ser tal que garanta uma distribui o uniforme do ar frio por toda a rea da c mara Ambientes irregu lares ou muito grandes podem necessitar de mais de um evaporador para garantir uma correta distribui o do ar 3 Velocidade do ar A velocidade do ar nas c maras de conserva o de produtos n o deve ser superior a 0 5 m s para evitar a desidrata o excessiva dos produtos TABELA 3 4 DIFERENCIAL DE TEMPERATURA DE PROJETO PARA SELE O DE EVAPORADORES UMIDADE RELATIVA VARIA O DE TEMPERATURA 10a75 76a80 81a85 86a90 91a9 T Tea To C 100390 90a80 80a65 M655 55Sa Evaporadores para o resfriamento de l quidos O l quido resfriado at uma determinada temperatura e ent o bombeado para equipamentos remotos tais como serpentinas de c maras frigor ficas e serpentinas de fan coils onde ser utilizado para o resfriamento de uma outra subst ncia ou meio Os principais tipos de evaporadores para l quidos s o 1 carca a e tubo Shell and tube 2 carca a e serpen
25. do qual parte uma s rie de ramais late rais equidistantes e sim tricos de tal forma que a rede formada cobre a superf cie datorre repartindo a vaz o de gua de forma homog nea A velocidade da gua nos ramais osci lam entre 1 5 e 2 0 m s Os distribuidores rotativos possuem um coletor vertical central com bra os hori zontais que cobrem diametralmente a planta da torre que deve necessariamente ser circular O movimento do bra o resulta da for a de rea o ao movimento de sa da da gua sob press o atrav s dos pulverizadores que formam um determinado ngulo com a vertical Coletor principal Coletor lateral Pulverizadores Figura 3 56 Sistema por press o com distribui o atrav s de tubula o fixa 154 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Cabe a girat ria Bra o girat rio Recuperador Cortina de gua proveniente da ranhura Enchimento Figura 3 57 Sistema por press o rotativo Enchimento O enchimento nas torres tem como miss o acelerar a dissipa o de calor Isto conse guido aumentando se o tempo de contato entre a gua e o ar favorecendo a presen a de uma ampla superf cie mida mediante a cria o de gotas ou pel culas finas O enchimento deve ser de um material de baixo custo e de f cil instala o Al m de ser um bom transmissor de calor deve oferecer pouca resist ncia passagem de ar e propor cionar e manter uma dist
26. equipamentos funcionando sem produzir em determinados per odos falta de programa o para a utiliza o de energia el trica curtos circuitos e fugas de energia el trica Analise seus equipamentos Fa a o levantamento de utiliza o e verifique como a produ o pode ser otimizada Depois disso existem dois caminhos para elevar o fator de carga 1 Manter o atual consumo de energia el trica e reduzir a parcela correspondente demanda Isso se consegue diversificando o funcionamento das m quinas e realizando cronogramas de modula o 2 Manter a demanda e aumentar o consumo de energia el trica Para tanto deve se aumentar a produ o sem o acr scimo de novos equipamentos mas ampliando o per o do de opera o Escolha um desses dois caminhos ou se poss vel os dois e eleve o fator de carga o que consequentemente reduzir o pre o m dio pago pela energia el trica 22 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A 2 6 Pre o m dio Como mencionado o pre o m dio no fornecimento de energia em alta e m dia tens o diferente da tarifa Apesar de todos os consumidores de uma mesma modalidade tarif ria estarem sujeitos s mesmas tarifas eles podem ter pre os m dios diferentes devido ao fator de carga PM Fatura R A 4 Consumo Total kWh PM Fatura R A 6 Demanda kW x Tempo h x FC FC Consumo Total kWh A 5 Demanda kW x Tempo h Ob
27. es e par metros An lise dos equipamentos e componentes Opera o e manuten o eficientes Testes de vazamentos de refrigerantes 68 68 68 71 13 15 16 16 18 18 19 90 93 94 97 102 102 106 116 116 118 121 129 145 160 165 186 197 212 217 218 227 227 4 3 5 2 Testes de umidade no circuito 3 5 3 Evacua o do sistema 3 5 4 Recolhimento do refrigerante Pump down 3 5 5 Problemas com o leo 3 5 6 Dicas para corre o de problemas Aplica es 4 1 Armazenamento de alimentos resfriados e congelados 4 2 Processamento de alimentos 4 3 Condicionamento de ar na ind stria 44 Ind stria de manufatura 4 5 Ind stria da constru o 46 Ind stria qu mica e de processo Medidas de Efici ncia Energ tica 51 511 512 513 5 1 4 515 5 2 5 3 54 Avalia es quantitativas Perda devido ao n vel inadequado de temperatura Pt Perda devido ao tipo inadequado de ilumina o Pil Perda devido a inexist ncia de termostato ou pressostato Pit Perda devido a incid ncia direta de raios solares e isolamento deficiente Pirr Perda por veda o prec ria das portas e cortinas Pved Avalia es qualitativas Recomenda es gerais Exemplo de c lculo Bibliografia Links teis Anexo A A Gest o energ tica Anexo B B Viabilidade econ mica 229 229 232 234 235 241 241 242 242 243 243 244 245 246 246 247 248 248 249 250 252 255 260 261 26
28. fluido A cede calor por convec o para uma das superf cies dos tubos do tro cador Este fluxo de calor ent o transmitido por condu o para a outra superf cie dos tubos e finalmente transferido por convec o para o fluido frio fluido B Como este processo acontece ao longo de todo o comprimento dos tubos do trocador isto ao longo de toda a sua rea a temperatura dos fluidos geralmente n o constante Portanto a taxa de transfer ncia de calor tamb m varia ao longo dos tubos pois ela depende da diferen a de temperatura entre o fluido quente e o fluido frio Assim quando se deseja estudar os mecanismos de transfer ncia de calor em trocado res serpentina de gua gelada evaporadores condensadores etc deve se utilizar a dife ren a de temperatura m dia logar tmica ATml para o c lculo do fluxo de calor pois desta forma estar o sendo considerados os diferentes valores do diferencial de temperaturas entre os dois fluidos ao longo de todo o trocador A diferen a de temperatura m dia logar tmica para um trocador de calor operando com correntes paralelas Figura 2 8 dada por atm e 4 s Tag Tee Tas Tes e AE 2 28 ATs Tas TBs EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 85 Fluido A Fluido A Trocador de Calor correntes paralelas Fluido B Tes Figura 2 8 Trocador de calor operando com correntes paralelas Quando os trocado
29. lvula superdimensionada pode levar ao hunting grau de superaquecimento quanto menor o grau de superaquecimento maiores as chances da v lvula entrar em hunting carga do bulbo v lvulas de carga cruzada s o menos suscept veis ao hunting e 136 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL posi o do bulbo a correta sele o da posi o do bulbo frequentemente minimiza o hunting devendo o bulbo deve ser instalado na parte lateral a 45 de uma sec o hori zontal da tubula o localizada imediatamente na sa da do evaporador A Figura 3 43 mostra a varia o da capacidade frigor fica de uma v lvula de expans o termost tica t pica em fun o da temperatura de vaporiza o e condensa o Os fabri cantes de v lvulas de expans o normalmente fornecem a capacidade frigor fica da v lvu la em fun o da diferen a de press o sob a qual a v lvula deve operar e da temperatura de vaporiza o como mostrado na Figura 3 44 Al m dos par metros mencionados acima o fabricante fornece em geral uma tabela de corre o para diferentes valores de temperatura de condensa o como mostrado na Figura 3 45 48000 46000 44000 42000 40000 38000 36000 34000 Capacidade Frigor fica kcal h 32000 30000 20 15 10 5 0 5 10 Temp de Vaporiza o C Figura 3 43 Capacidade frigor fica da v lvula de uma VET EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRI
30. o final deve ser analisada caso a caso Para compressores de grande capacidade as op es s o os alternativos e os parafusos abertos e semi herm ticos ou em alguns casos os centr fugos A op o mais eficiente n o pode ser definida facilmente e diferentes op es devem ser investigadas determinando se o consumo dos equipamentos por meio de dados dos fabricantes ATabela 3 1 a mostra a compara o entre compressores alternativos e os parafuso aber tos e semi herm ticos para duas condi es de opera o e utilizando o refrigerante R407c Os dados mostrados a seguir foram obtidos dos fabricantes dos equipamentos para as con di es mostradas e considerando subresfriamento de 52C e superaquecimento de 8 C E 10 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA 3 1 COMPARA O ENTRE COMPRESSORES ALTERNATIVOS E PARAFUSO OODI D POT NCIA To 0 2C To 50 2C KW KW Alternativo Aberto 63 0 2239 2 81 Alternativo Semi herm tico 60 2 20 41 2 95 Parafuso Aberto 63 0 24 98 2 52 Parafuso Semi herm tico SA 24 10 2 21 Alternativo Aberto 55 7 24 19 2 30 Alternativo Semi herm tico 53 4 21 96 2 43 Parafuso Aberto 56 0 25 89 2 16 Parafuso Semi herm tico SEN 23 86 222 10 C ot 20 40T N vel de Temperaturo Tipo de Compressor Tipo de Resfriamento Figura 3 21 Indicativo para a sele o de compressores de pequena capacidade lt 5 kW 102
31. o dos dois para que haja uma prote o efetiva do compressor O uso do recolhimento de g s evita a forma o de espuma no leo de lubrifica o evi tando consequentemente golpes de l quido ou outros problemas de lubrifica o no com pressor Com o recolhimento de g s a partida do compressor feita sem carga n o haven do necessidade em muitos casos de dispositivos para al vio de partida 254 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 3 5 5 Problemas com o leo O leo tem a fun o de lubrificar o compressor no compressor parafuso o leo tam b m tem a fun o de resfriar e vedar garantindo seu funcionamento adequado O fabri cante do equipamento recomenda o leo mais adequado para cada tipo de compressor e essa recomenda o deve ser sempre seguida O tipo de leo n o deve ser trocado sem consulta pr via ao fabricante do compressor Os problemas com o leo normalmente est o relacionados a estabilidade do leo retorno do leo ou dilui o do leo no c rter O aperfei oamento do leo e o estudo da intera o entre o leo e o fluido refrigerante t m trazido progressos na solu o desses problemas Os leos para refrigera o s o espe cialmente elaborados passam por um alto grau de refinamento para remover impurezas e em muitos casos s o tratados com aditivos para melhorar sua estabilidade Praticamente em todos os circuitos de refrigera
32. rio dos fluxos de energia saindo do volume de controle mais a varia o da quantidade de energia armazenada pelo mesmo durante o intervalo de tempo considerado Matematicamente tem se At S Eont S Es Ei 2 10 em que Fent representa qualquer forma de energia entrando no volume de controle Eai representa qualquer forma de energia saindo do volume de controle Ex representa a quantidade total de energia armazenada no volume de controle e At representa o intervalo de tempo considerado importante ressaltar que do ponto de vista termodin mico a energia composta de energia cin tica Ec energia potencial Ep e energia interna U A energia cin tica e a energia potencial s o dadas pelas equa es 2 11 e 2 12 respectivamente e conforme mencionado anteriormente a energia interna est associada ao movimento e ou for as intermoleculares da subst ncia em an lise 2 V Sos 2 11 Ep mgz 2 12 emque m representa a massa do sistema representa a velocidade do sistema representa a acelera o da gravidade e representa a cota eleva o com rela o a um referencial adotado para o sistema NO lt 26 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Entre as formas de energia que podem atravessar a fronteira de um volume de controle isto entrar ou sair do volume de controle est o inclu dos os fluxos de calor Q os fluxos de trabalho W e os fluxos de energia a
33. rios poder o ent o identificar aquelas aplic veis em suas instala es ou a partir do conhecimento adquirido identificar novas oportunidades Al m das orienta es sobre o uso adequado do frio apresentada breve descri o das pr ticas de gerenciamento energ tico necess rias para converter as economias obtidas em kW e kWh em reais R No anexo A constam essas orienta es bem como outras dicas para aqueles profissionais que n o est o dedicados exclusivamente rea de refrigera o 16 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O anexo B importante e talvez essencial apresenta um resumo dos principais concei tos de matem tica financeira e de viabilidade econ mica a partir dos quais o profissional poder justificar financeiramente a necessidade de implanta o das medidas de eficien tiza o energ tica Acompanha este livro um CD no qual s o apresentados documentos planilhas e pro gramas que auxiliar o e facilitar o a aplica o das orienta es aqui contidas S o modelos propostos que podem e devem ser aperfei oados segundo a condi o espec fica de cada usu rio Um manual pr tico do qual os conceitos aqui apresentados foram extra dos e que valo riza mais os exemplos pr ticos e as dicas importantes sobre o dimensionamento de medi das de efici ncia energ tica tamb m estar dispon vel para aqueles que j entendem de sistemas de refrigera o mas c
34. s horas consecutivas compreendidas entre 17 00 e 22 00 exce o feita aos s bados e domingos ter a feira de Carnaval sexta feira da Paix o Corpus Christi Dia de Finados e os demais feriados definidos por lei federal 011 de janeiro 21 de abril 1 de maio 7 de setembro 12 de outubro 15 de novembro e 25 de dezembro Nesse hor rio a energia el trica mais cara Hor rio fora de ponta HFP ou F S o as horas complementares s tr s horas conse cutivas que comp em o hor rio de ponta acrescidas da totalidade das horas dos s ba dos e domingos e dos 11 onze feriados indicados acima Nesse hor rio a energia el trica mais barata Per odo seco S o per odo de 7 sete meses consecutivos compreendendo os for necimentos abrangidos pelas leituras de maio a novembro de cada ano Per odo mido U o per odo de 5 cinco meses consecutivos compreendendo os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano seguinte Segmentos hor rios e sazonais Identificados tamb m como Segmentos horo sazo nais s o formados pela composi o dos per odos mido e seco com os hor rios de ponta e fora de ponta e determinados conforme abaixo PS Hor rio de ponta em per odo seco PU Hor rio de ponta em per odo mido FS Hor rio fora de ponta em per odo seco FU Hor rio fora de ponta em per odo mido Esses per odos foram criados visando compatibil
35. tar fugas de g s refrigerante ou infiltra o de ar externo quando a press o do siste ma for inferior a atmosf rica Para evitar esse tipo de problema pode se alojar o motor e o compressor dentro da mesma carca a Nesse caso tem se um compressor herm tico A grande maioria das aplica es de pequeno porte utiliza esse tipo de compressor Compressores herm ticos de grande capacidade possuem cabe otes 80 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL remov veis permitindo a manuten o das v lvulas e dos mbolos Tais compressores s o denominados semi herm ticos H compressores que apresentam molas na parte que fixa as sedes das v lvulas de descarga funcionando como seguran a do compressor ao abrir passagem para got culas de l quido Figura 3 1 Princ pio de funcionamento de um compressor alternativo Efici ncia volum trica efetiva A efici ncia volum trica efetiva nv ef definida como z 3 vaz o que entra no compressor m s x100 3 1 taxa de deslocamento do compressor m Is Nv ef em que a taxa de deslocamento do compressor o volume coberto pelos mbolos do ponto morto superior ao ponto morto inferior durante o tempo de aspira o por unida de de tempo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 81 Efici ncia volum trica de espa o morto Seja considerada a Figura 3 2 0 volume m ximo ocorre quando o mbolo se
36. tico de qualquer instala o requer o pleno conhecimento dos sistemas energ ticos existentes dos h bitos de utiliza o da instala o e da experi ncia dos usu rios e t cnicos da edifica o O primeiro passo consiste em conhecer como a energia el trica consumida na sua instala o e acompanhar o custo e o consumo de energia el trica por produto servi o produzido mantendo um registro cuidadoso Os dados mensais e hist ricos s o de grande import ncia para a execu o do diagn stico podendo ser extra dos da conta de energia el trica 264 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Esses dados poder o fornecer informa es preciosas sobre a contrata o correta da energia e seu uso adequado bem como analisar seu desempenho subsidiando tomadas de decis es visando redu o dos custos operacionais A 2 11 Conceitos Antes de aprofundar se na gest o da energia necess rio conhecer os conceitos empregados pelas empresas de energia S o eles Energia Ativa a energia capaz de produzir trabalho A unidade de medida usada o quilowatt hora kWh Energia Reativa a energia solicitada por alguns equipamentos el tricos necess ria manuten o dos fluxos magn ticos e que n o produz trabalho A unidade de medida usada o quilovar hora kvarh Pot ncia a quantidade de energia solicitada na unidade de tempo A unidade usada o watt W e seus m l
37. til do ventilador em kW Var vaz o ar atrav s do ventilador em m h e AP diferen a de press o entre a entrada e a sa da do ventilador em mmca A press o total deve ser corrigida em rela o s condi es normais de temperatura e press o 202C e 760 mmHg Essa corre o pode ser feita como segue 224 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL apso CE 3 47 P P press o atmosf rica em mmHg e T temperatura ambiente em C A varia o de press o em rela o ao n vel do mar apresentada na Tabela 3 28 TABELA 3 28 VARIA O DE PRESS O DO AR EM RELA O AO N VEL DO MAR ALTURA EM RELA O PRESS O mmHG PRESS O RELATIVA AO N VEL DO MAR m AO N VEL DO MAR 0 760 1 000 300 733 0 964 600 707 0 929 900 681 0 896 1200 656 0 863 1500 632 0 832 1800 609 0 801 2100 586 0 771 2400 564 0 742 2900 543 0 714 3000 523 0 687 Comparando a pot ncia til com a pot ncia medida tem se o rendimento do ventila dor dado por 100 vent 3 48 n vent med EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 225 em que Nent rendimento do ventilador em Pyent pot ncia til do ventilador kW e Pmed pot ncia medida do ventilador kW O rendimento com que trabalha um ventilador significativo em rela o s possibilida des de melhoria energ tica poss veis de se obter f Bombas Centr fugas Para os ventil
38. umidade Todos os materiais isolantes usados em refrigera o s o submetidos a um umedeci mento cont nuo que pode reduzir consideravelmente seu poder isolante De maneira geral para cada 1 de concentra o em massa de umidade no isolante sua condutivida de t rmica aumenta de 1 a 3 Mais ainda caso o ar alcance o seu ponto de orvalho no interior do isolante haver condensa o e poss vel congelamento do vapor d gua com danos irrepar veis ao isolante A penetra o de umidade pode ser produzida por aspira o capilar de gua penetra o do vapor d gua do ar dependendo da umidade relativa equil brio higros c pico ou difus o do vapor d gua atrav s de materiais perme veis a ele paredes exteriores de c maras de baixa temperatura Uma vez que a press o de vapor do ar externamente c mara sempre maior que a press o de vapor internamente haver tend ncia migra o do vapor de fora para den tro no sentido das press es decrescentes de maneira semelhante ao fluxo de calor que se verifica no sentido das temperaturas decrescentes A tend ncia difus o de vapor em um material caracterizada por um coeficiente semelhante condutividade t rmica denominado permeabilidade am my L z 3 33 A AP emque my massa de vapor difundida atrav s do isolante por unidade de tempo L espessura do isolante A rea do isolante na dire o normal quela da difus o do vapor e
39. usual a sua montagem em paralelo atingindo capacidades bastante superiores Para um determinado compressor e para uma determinada temperatura do ar de res friamento que entra no condensador aumenta se a press o de condensa o e diminui se a capacidade frigor fica com a diminui o do tamanho do condensador O aumento da temperatura do ar de resfriamento tamb m resulta nos mesmos efeitos acima para um determinado condensador A temperatura de condensa o deve ser fixada em um valor entre 112C e 152C maior que a temperatura de bulbo seco do ar que entra no condensador Do ponto de vista eco n mico o valor timo da diferen a entre a temperatura de condensa o e a temperatura do ar que deixa o condensador deve estar entre 3 5 e 5 5 C Recomenda se que em qualquer situa o a temperatura de condensa o nunca seja superior a 552C No entanto para garantir a efici ncia do sistema de compress o e ao mesmo tempo obter uma maior vida til dos compressores a temperatura de condensa o n o deve ser maior que EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 107 482C quando a temperatura de evapora o do sistema frigor fico for maior ou igual a 02C e 432C quando a temperatura de evapora o do sistema frigor fico for menor que 02C Os condensadores a ar devem ser instalados em n vel elevado em rela o ao solo para prevenir a acumula o de sujeira sobre as serpentinas De
40. v b i 1 CEXP av EXP o 2 v b em que A B C k b e T s o constantes que dependem da subst ncia Muitos outros exemplos de equa es de estado alguns mais simples outros mais com plexos poderiam ser apresentados Entretanto dada a complexidade das equa es de estado para correlacionar as propriedades termodin micas dos refrigerantes seria interes sante contar com um meio mais r pido para obter tais rela es As tabelas de proprieda des termodin micas obtidas por meio das equa es de estado s o as ferramentas que substituem as equa es 2 1 3 Tabelas de propriedadestermodin micas dosfluidosfrigor ficos Existem tabelas de propriedades termodin micas para todos os refrigerantes utilizados na refrigera o comercial e industrial as quais s o obtidas por meio das equa es de esta do do tipo mostrado anteriormente Dividem se em tr s categorias a relaciona as pro priedades do l quido comprimido ou l quido sub resfriado b relaciona as propriedades de satura o l quido saturado e vapor saturado e c apresenta as propriedades do vapor superaquecido Em todas as tabelas as propriedades s o fornecidas em fun o da tempe ratura e ou press o como pode ser visto nas tabelas constantes no CD que acompanha este livro Para a regi o de liquido vapor conhecido o t tulo x as propriedades devem ser determinadas por meio das seguintes equa es u u x uy u 2 6 v vi x vy v 2 7 h hy x hy
41. 000 00 R 35 000 00 2 R 50 000 00 R 7 500 00 R 25 000 00 R 32 500 00 3 R 25 000 00 R 5 000 00 R 25 000 00 R 30 000 00 4 R 0 00 R 2 500 00 R 25 000 00 R 27 500 00 Totais gt R 25 000 00 R 100 000 00 R 125 000 00 Sistema de amortiza o misto SAM como o nome indica uma mistura dos dois sistemas anteriores A presta o defini da pela m dia aritm tica da presta o calculada pelo conceito price e pela presta o cal culada pelo conceito SAC Presta o Price Presta o SAC Presta o SAM 2 B 11 Ainda utilizando os dados do exemplo num rico anterior o plano de amortiza o desse financiamento pelo sistema SAM est mostrado na Tabela B 5 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL E y TABELA B 5 EXEMPLO SAM TAXA AO ANO 10 00 SALDO DEVEDOR JUROS SOBRE AMORTIZA O PRESTA O AV ED 0 ND D 0 N 0 R 100 000 00 1 R 76 726 46 R 10 000 00 R 23 273 54 R 33 273 54 2 R 52 375 57 R 7 672 65 R 24 350 89 R 32 023 54 3 R 26 839 58 R 5 237 56 R 25 535 98 R 30 773 54 4 R 0 00 R 2 683 96 R 26 839 58 R 29 523 54 Totais R 25 594 16 R 100 000 00 R 125 594 16 Pode se fazer uma s rie de compara es entre os sistemas de amortiza o mostrados anteriormente Uma delas refere se ao valor das presta es O gr fico apresentado na Figura B 6 mostra esse comparativo Comparativo de valor de Presta os
42. 123 P ra a fabrica o do refrigerante Nos ltimos anos o problema da camada de oz nio tem se associado ao problema do efeito estufa O efeito estufa consiste na reten o de parte da energia solar incidente devi do presen a de certos gases na atmosfera que atuam de forma semelhante a um vidro sendo transparentes irradia o solar na faixa de comprimentos de onda que sensibili zam a retina que a grosso modo varia entre 0 4 e 0 7um mas opacos radia o infraver melha caracterizada por comprimentos de onda superiores a 0 um Boa parte da energia solar se comp e de f tons na faixa vis vel de comprimentos de onda ao passo que a superf cie terrestre emite energia radiante na faixa de comprimentos de onda que corres pondem radia o infravermelha Dessa forma parte da irradia o solar incidente vai 168 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL sendo progressivamente armazenada provocando aumento na temperatura da superf cie terrestre Esse processo semelhante ao que ocorre numa estufa Da o nome efeito estu fa A maioria dos compostos halogenados utilizados em instala es frigor ficas inclusive os substitutos pode provocar o efeito estufa Entretanto como suas emiss es s o muito inferiores s do CO7 que o principal respons vel pelo efeito estufa sua a o n o t o significativa Para a caracteriza o do n vel de a o sobre a camada de oz nio
43. 20 52 Gu 1625 A0 FAZ OR RSS 10 027 050 084 143 272 483 779 1494 2584 3917 8081 20 02608 0 7608 DOIS RIP O 2 GS RA 67700 DS SA RAT RS OB SOS 825 5 10 OS 00S J RITO REIS 700 RES aS d ee oo oS i See RS 29 o 20 55400 062 105 176 356 5 959 IGS Siza Lee RO 30 0 5200 0 5900 0 9600 g7 a 5 6200 0 A00 52a 10 ils Os 072 2 206 SEP Go mzs is mp5 Some ia 25 MS O GS J aaa RIO ADO RESTO a GaS RIO SS 20 29 RSS OM 58200 S 35 OS 608 RO COR RIO REIS SM RSS SA RG SS 024 RIO 64 RS A SAD 0622 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 205 TABELA 3 19 CAPACIDADE DE REFRIGERA O M NIMA EM kW LINHA DE SUC O R22 40 35 Mi 0 056 O 96 12 32 5 0 u25 210 5505 25 o 0 3200 0553 00 p 2 DES DOM e 9 4 O GSI RA ST SO 15 Oy 0S 052 U Lo 20 ae OMS se mio Aos 200 DS 0 2008 O 5500 0E RS a A SO GA RSS 22 RA RSS 5 0 27 08 ROS OBA 0a a SO RL IC RS BSD 2303 5 0 26 049 082 139 264 468 756 1449 2506 3798 7835 5 0 Os OL 120 20 Si Ge a si See 550 lisa 10 0 37 068 114 19 368 653 1054 2020 3494 5295 109 25 20 05 0 e L aS RG 2 RIOS RIO S RE OD RS 0 920 ROS 07 5 10 047 086 145 247 469 833 1344 2577 4458 6756 139 39 20 Om oa do Zi 4 mb Zi iate 407 625 0e 30 042 077 130 222 421 748 1207 2314 4003 60 67 125 16 TABELA 3 20 CAPACIDADE DE REFRIGERA O M NIMA EM KW LINHA DE SUC O R502 DI METRO NOMINAL
44. 85 AT 0 04 JSA 352 1 4 C lt 2 2 C gt OK 10 5278 AP 572 28 2 sa Pa 28 1 kPa 10 5278 Da Tabela 3 19 a capacidade m nima requerida para ocorrer transporte adequa do do leo de 115 24 kW Como AT A 1 4 C calculado menor que o m ximo recomendado 2 22C e a capacidade maior que a m nima requerida o di metro especificado pode ser uti lizado Linha de Descarga admitindo se inicialmente um di metro Std de 80 mm tem se EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 211 Comprimento 30m 1 v lvula globo 1x260m 1 v lvula de reten o lx91m 3 cotovelos 90 3x23m Total 72 0 m Da Tabela 3 16 tem se Capacidade 476 3kW AT 0 02K m AP 749Pa m 185 AT 0 02 720 352 0 82 C lt 1 1 C gt OK 10 476 3 AP 749 suo feio 39854 Pa 39 8 kPa 10 4763 Da Tabela 3 23 a capacidade m nima requerida para ocorrer transporte adequa do do leo de 88 73 kW Como AT A 0 82 C calculado menor que o m ximo recomendado 1 1 C e a capacidade maior que a m nima requerida o di metro especificado pode ser utilizado Linha de L quido admitindo se inicialmente um di metro Std de 54 mm tem se Comprimento 55m 2 v lvula angulares 2S UU A 3 cotovelos 90 3x1 6m Total 75 2 m 212 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Da Tabela 3 16 tem se Capacidade 794 2kW AT 0 02K m AP 749Pa m 11 85 aT 002 1
45. CFCs foram ent o condenados como os maio res respons veis pelo aparecimento do buraco na camada de oz nio sobre a Ant rtica A camada de oz nio tem uma fun o important ssima na preserva o da vida Ela res pons vel pela filtragem dos raios ultravioleta que em quantidades elevadas s o prejudi ciais ao meio ambiente Ao ser humano podem causar doen a da pele como queimadu ra c ncer e envelhecimento precoce Devido ao efeito dos CFCs sobre a camada de oz nio estratosf rico o Protocolo de Montreal de 1986 determinou sua substitui o provocando uma verdadeira revolu o na ind stria frigor fica A substitui o dos CFCs juntamente com o desenvolvimento de equi pamentos eficientes constitui um verdadeiro desafio Novos componentes e equipamen tos t m sido desenvolvidos e novas tecnologias tem sido introduzidas especialmente aquelas relacionadas eletr nica e inform tica 166 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Nos ltimos dez anos t m surgido in meros substitutos dos CFCs a maioria no mbito da fam lia dos hidrocarbonetos halogenados quer como subst ncias puras quer como misturas bin rias ou tern rias Refrigerantes naturais como CO t m sido seriamente cogi tados pela comunidade cient fica e industrial A am nia tem sido adotada na maioria das instala es industriais de constru o recen te dominando o setor Uma vasta gama de produtos a
46. DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 295 Exemplo seja um empr stimo de R 100 000 00 que deve ser quitado em qua tro anos pelo sistema price a uma taxa de juro de 10 a a ix 1 0 31 547 08 1 0 1 1 A presta o R ser iguala R 100 000 00 x TABELA B 3 EXEMPLO DO SISTEMA PRICE TAXA AO ANO 10 00 ANO SALDO DEVEDOR JUROSSOBRE AMORTIZA O PRESTA O SALDO DEVEDOR 0 R 100 000 00 dl R 78 452 92 R 10 000 00 R 21 547 08 R 31 547 08 2 R 54 751 13 R 7 845 29 R 23 701 79 R 31 547 08 3 R 28 679 17 R 5 475 11 R 26 071 97 R 31 547 08 4 R 0 00 R 2 867 92 R 28 679 16 R 31 547 08 Totais R 26 188 32 R 100 000 00 R 126 188 32 Sistema de amortiza o constante SAC Neste sistema o saldo devedor amortizado em parcelas constantes acrescidas de juros Parte se de uma amortiza o constante e aplica se a taxa de juro sobre o saldo deve dor Assim a caracter stica desse sistema como o nome indica a amortiza o constante o juro vari vel e a presta o vari vel decrescente Utilizando o mesmo exemplo a Tabela B 3 mostra o plano de amortiza o constante Amortiza o igual a R 1000 000 00 4 R 25 000 00 anr o 296 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA B 4 EXEMPLO SAC TAXA AO ANO 10 00 SALDO DEVEDOR JUROS SOBRE AMORTIZA O PRESTA O SALDO DEVEDOR 0 R 100 000 00 1 R 75 000 00 R 10 000 00 R 25
47. EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL No exemplo da Tabela 3 1 0 compressor mais eficiente e portanto o indicado seria o semi herm tico alternativo Os resultados mostrados acima poderiam ser completamente diferentes para outras situa es dependendo de capacidade do sistema capacidade dos motores e dos compressores parafuso aumen ta com a capacidade condi es de opera o e refrigerante 3 2 Condensadores 3 2 1 Capacidade dos condensadores A representa o precisa do comportamento de um condensador pode ser complexa porque o vapor de fluido frigor fico entra no condensador superaquecido e quando atin ge o in cio da condensa o ap s o in cio de resfriamento a fra o de l quido e de vapor no escoamento varia ao longo do condensador at sair completamente no estado l quido Considere a Figura 3 22 na qual mostrado o perfil de temperaturas do refrigerante e do meio de resfriamento no caso o ar de um dado condensador Considerando se que neste processo o meio de resfriamento n o muda de fase pode se escrever pela Primeira Lei da Termodin mica que Q Ma Cp Tsa Tea 3 17 em que Q o calor recebido pelo meio de resfriamento ar ou gua Ma a vaz o em massa do meio de resfriamento Cp o calor espec fico a press o constante do meio de resfriamento Tsa a temperatura na qual o meio de resfriamento deixa o condensador Tea atemperatur
48. ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 149 Torres de tiragem mec nica A utiliza o de ventiladores para mover o ar atrav s da torre proporciona um controle total da entrada de ar As suas principais caracter sticas s o compactas necessitam de pouca superf cie controle fino da temperatura da gua fria menor altura de bombeamento a orienta o da torre n o determinada pelos ventos dominantes com um enchimento eficiente poss vel atingir temperaturas de aproxima o de 1 a 2 C apesar de que prefer vel manter se entre 3 a 42C as falhas mec nicas reduzem bastante a confiabilidade a pot ncia de ventila o pode ser importante aumentando os gastos de opera o a recircula o do ar usado deve ser evitada pois a efici ncia afetada os custos de opera o e manuten o s o maiores que os das torres de tiragem natural e os ru dos e vibra es produzidos pelos ventiladores podem constituir um problema dependendo da localiza o Torre de tiragem mec nica for ada Neste tipo de torre os ventiladores s o posicionados na entrada de ar de tal forma que for am o ar atrav s do enchimento Figura 3 53 As suas principais caracter sticas s o o equipamento mec nico se encontra no n vel do solo mais eficiente que a corrente induzida apresentada a seguir j que a velocidade da corrente de ar convertida em press o est tica realizando um trabalho
49. NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O torque que o rotor de um compressor centr fugo exerce sobre fluido refrigerante dado por T m Varo Vur 3 12 emque T Torque N m m Vaz o em massa kg s V Velocidade tangencial do refrigerante na sa da do rotor m s D Raio externo do rotor m Vi Velocidade tangencial do refrigerante na entrada do rotor m s e r Raio m dio da se o de entrada do rotor m Para uma entrada axial do refrigerante no rotor V 0 tem se T MV 3 13 A pot ncia no eixo o produto do torque pela rota o W To mMmVarn o 3 14 em que W a pot ncia em Watts e a rota o em rad s Admitindo se que a velocidade perif rica do rotor seja igual velocidade tangencial do refrigerante na sa da do rotor tem se ro 0 Vo 3 15 A pot ncia pode ser escrita como W V 3 16 Controle de capacidade Os m todos mais eficientes utilizados no controle de capacidade de compressores cen tr fugos s o regulagem das p s de pr rota o na entrada do rotor e varia o da rota o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 97 Pode se ainda desviar o refrigerante da descarga do compressor para aspira o Por m este n o um m todo eficiente Em compressores centr fugos acionados porturbina a g s ou vapor o controle de capa cidade pode ser feito pela varia o da rota o 3 1 5 Compressores s
50. TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA 2 1 CONDUTIVIDADE T RMICA DE ALGUNS MATERIAIS MATERIAL K w m K A os com baixo teor de cromo 37 7 a 48 9 A os carbono n o ligado 60 5 a 63 9 A os inoxid veis 13 4 a 15 1 Alum nio puro 237 0 Cobre puro 401 0 Bronze comercial 90 Cu 10 Al 52 0 Prata 429 0 Tijolo comum 0 720 Tijolo cer mico oco 10 cm 0 520 Madeiras pinho 0 120 Mantas de fibra de vidro 0 046 Corti a 0 039 Poliestireno r gido 0 027 Folha de amianto corrugada 0 078 Poliestireno expandido 0 027 a 0 040 c Transfer ncia de calor por radia o A transfer ncia de calor por radia o se d como resultado do deslocamento de f tons de uma superf cie para outra Ao atingir uma superf cie esses f tons podem ser absorvi dos refletidos ou transmitidos A energia irradiada por uma superf cie definida em ter mos do seu poder emissivo o qual para um radiador perfeito corpo negro dado pela equa o abaixo em queT a temperatura do corpo e o a constante de Stefan Boltzman 5 669 x 10 W m2 K En 0 Tf 2 18 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 31 Como os corpos reais n o s o radiadores perfeitos isto corpos negros eles irradiam menos energia que um corpo negro mesma temperatura A raz o entre o poder emissi vo do corpo real e o poder emissivo do corpo negro denominada de emissividade Assim tem se
51. a energia que a mat ria possui devido ao movimento e ou for as intermoleculares Pode ser decomposta em duas partes Energia cin tica interna gt relacionada velocidade das mol culas Energia potencial interna relacionada s for as de atra o entre as mol culas As mudan as na velocidade das mol culas s o identificadas macroscopicamente pela altera o da temperatura da subst ncia sistema enquanto que as varia es na posi o s o identificadas pela mudan a de fase da subst ncia s lido l quido ou vapor Entalpia h Na an lise t rmica de alguns processos espec ficos frequentemente s o encontradas certas combina es de propriedades termodin micas Uma delas ocorre quando se tem um processo a press o constante resultando na combina o u pv Assim 20 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL conveniente definir uma nova propriedade termodin mica chamada entalpia repre sentada pela letra h Matematicamente tem se h u pv 2 2 Entropia s Esta propriedade termodin mica representa segundo alguns autores uma medida da desordem molecular da subst ncia ou segundo outros a medida da pro babilidade de ocorr ncia de um dado estado da subst ncia Cada propriedade de uma subst ncia em um dado estado tem somente um valor fini to Essa propriedade sempre tem o mesmo valor para um estado dado independentemen te de como foi atingido tal
52. a sa da do g s A espiral inferior m vel acionada por um motor com eixo exc ntrico A suc o do g s ocorre na extremidade do conjunto de espirais e a descarga ocorre atra v s da abertura da espiral fixa Figura 3 19 A espiral superior possui selos que deslizam sobre a espiral inferior atuando de maneira semelhante aos an is do pist o de um compres sor alternativo garantindo a veda o do g s entre as superf cies de contato das espirais 2 2 3 4 5 6 A 8 9 10 11 12 Lubrifica o Figura 3 18 Espirais do compressor Scroll EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Descarga Suc o Figura 3 19 Suc o e descarga nas espirais Como ilustrado na Figura 3 20 0 processo de compress o ocorre da seguinte forma 1 Durante a fase de suc o o g s entra pela lateral da espiral 2 As superf cies das espirais na periferia se encontram formando bolsas de g s 3 Na fase de compress o o volume da bolsa de g s progressivamente reduzido e o g s caminha para o centro das espirais 4 O volume da bolsa de g s reduzido ainda mais O g s caminha para o centro e a compress o continua 5 Na fase de descarga o volume na parte central das espirais reduzido a zero for an do o g s a sair pela abertura de descarga 009960 Figura 3 20 Processo de compress o em um compressor Scroll 100 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIG
53. alta press o conduzido do compressor para o condensador onde conden sado Resta agora completar o ciclo o que pode ser feito pela inclus o de uma v lvula ou outro dispositivo regulador que ser usado para inje o de l quido no evaporador Este um componente essencial de uma instala o de refrigera o e chamado de v lvula de expans o 2 2 1 Ciclo te rico de refrigera o por compress o de vapor Um ciclo t rmico real qualquer deveria ter para compara o o ciclo de Camot por ser este o ciclo de maior rendimento t rmico poss vel Entretanto dadas as peculiaridades do ciclo de refrigera o por compress o de vapor define se um outro ciclo que chamado de ciclo te rico no qual os processos s o mais pr ximos aos do ciclo real e portanto torna se mais f cil comparar o ciclo real com este ciclo te rico existem v rios ciclos ter modin micos ideais diferentes do ciclo de Camot como o ciclo ideal de Rankine dos sis temas de pot ncia a vapor o ciclo padr o ar Otto para os motores de combust o interna a gasolina e lcool e o ciclo padr o ar Brayton das turbinas a g s Este ciclo te rico ideal ter melhor performance operando nas mesmas condi es do ciclo real 38 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A Figura 2 10 mostra um esquema b sico de um sistema de refrigera o por compres s o de vapor com seus principais componentes e o seu respe
54. ambiente Dentre os aspectos econ micos envolvidos na atividade de racionaliza o do uso de energia deve se destacar a valoriza o da imagem e da vis o estrat gica da empresa Hoje o mercado est cada vez mais orientado a dar prefer ncia a produtos de empresas comprometidas com a es de prote o ao meio ambiente Uma empresa que deseja alcan ar uma estrutura de custos racionalizada e tornar se mais competitiva n o pode admitir o desperd cio ou usar a energia de forma ineficiente e irrespon s vel necess rio pois incentivar os empregados a obter o mesmo produto ou servi o com o menor consumo de energia eliminando desperd cios e assegurando a redu o dos custos Espera se que as informa es contidas neste Livro sejam teis aos t cnicos das empre sas brasileiras capacitando os a implementar melhorias que resultem no uso respons vel dos recursos naturais e energ ticos bem como no aumento da competitividade dos seto res produtivos e de servi os do Pa s A Eletrobr s Procel e o Cons rcio Efficientia Fupai agradecem os esfor os de todos aqueles que participaram dos v rios est gios da elabora o deste documento incluindo as fases de concep o inicial e de revis o final do texto Registramos as contribui es notadamente de Sergio Meireles Penna Cepel Carlos Henrique Moya Marcos Luiz Rodrigues Cordeiro e Rose Pires Ribeiro Consultores SIGLAS E ABREVIATURAS ABNT Associa o Brasileir
55. aplicado em atmosferas explosivas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 229 3 5 2 Testes de umidade no circuito Este teste consiste em verificar a exist ncia de umidade no circuito frigor fico A umida de associada a refrigerantes halogenados a leo e a altas temperaturas provoca os seguintes problemas no sistema Congelamento na sede da v lvula de expans o impede a passagem de refrigerante para o evaporador reduzindo a press o neste e desligando o compressor pela a o do pressostato de baixa Uma vez desligado o compressor o gelo na v lvula derretido a temperatura e a press o pr ximas v lvula se elevam o compressor volta a funcionar e o ciclo se repete Com partidas e desligamentos frequentes o motor do compressor tende a queimar Forma o de cido clor drico e fluor drico esses cidos atacam partes met licas do siste ma visores de vidro e vemiz de isola o ocorrendo ent o deposi o de cobre o que provo ca defeitos mec nicos e enfraquecimento da isola o do motor que resulta na sua queima Decomposi o do leo lubrificante o leo decomposto forma uma lama espessa que entope os canais de lubrifica o e eventualmente trava pe as m veis do compressor O resultado disto o engripamento ou queima do motor Deposi o de cobre o cobre removido dos tubos em pequenas part culas e poste riormente deposita se em zonas de altas tempe
56. aproximado da espessura de isolamento consiste em considerar apenas a resist ncia imposta pelo isolamento propriamente dito desprezando se a favor da segu ran a as demais resist ncias t rmicas paredes de alvenaria passagens para o ar etc A express o para o c lculo da espessura do isolante torna se ent o R Lisol Tex Team E oS 3 31 Kisol A q UA ou Lad att Ton Tom 3 32 Q A A classifica o do isolamento obtido dada em fun o do fluxo de calor que penetra na c mara conforme a tabela abaixo TABELA 3 12 CLASSIFICA O DOS ISOLAMENTOS T RMICOS DE C MARAS FRIGOR FICAS CLASSIFICA O DO ISOLAMENTO FLUXO DE CALOR POR UNIDADE DE REA W m Excelente 9 30 Bom 11 63 Aceit vel 13 96 Regular 17 45 Ruim gt 17 45 192 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A escolha do fluxo de calor a ser adotado em um dado projeto depende da rela o entre os custos operacionais e os iniciais Os custos iniciais s o relativos principalmen te aquisi o do material isolante e os custos operacionais referem se ao consumo de energia e manuten o da instala o frigor fica que mant m a temperatura interna da c mara Aumentando se a espessura do isolante aumentam se os custos iniciais do mesmo por m diminuem se os custos operacionais a carga t rmica se reduz Por outro lado diminuindo se a espessura do isolante diminuem os custos iniciais mas aumenta se a infilt
57. chegar v lvula de expans o eliminando a desvantagem apresentada no caso anterior Al m disso a diferen a de press o atrav s da v lvula muito maior neste caso pois o l quido na entrada da v lvula teoricamente est na press o de condensa o ao inv s da pres s o intermedi ria Entretanto o uso do separador resfriador de l quido resulta em um coeficiente de performance ligeiramente menor do que no caso da utiliza o do separa dor de l quido simples uma vez que n o poss vel resfriar o l quido at a temperatura de satura o no tanque 5 Trocador de calor 1 Compress o em Est gio de Est gio est gio nico baixa de alto Compress o em dois est gios Compress o h nD ho lt he h P no est gio P h5 4 K 1 lt h3 h de olta Logo We ests 1 Isoentropica par Economio de Pyj Ac pot ncia Piadas das Resfriamento intermedi rio est gio de baixa Figura 2 23 Compara o entre compress o em est gio nico e dois est gios BRR EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 55 Compressor de alta Separador de l quido L quido saturado o Figura 2 24 Esquema de um sistema multipress o com separador de l quido e trocador de calor economizador V lvula de expans o de boia Figura 2 25 Esquema de um sistema multipress o com separador resfriador de l quido e trocador de calor economizador 56 E
58. climas mais frios podem ser necess rios outros sistemas autom ticos para controle da press o de condensa o por exemplo instala o de dampers para controlar a vaz o de ar de resfriamento dos condensado res e instala o de v lvulas de estrangulamento que controlam a press o de condensa o reduzindo o fluxo de l quido do condensador Assim h inunda o de parte do conden sador reduzindo a superf cie de condensa o til 108 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Condensadores resfriados a gua Condensadores resfriados a gua quando limpos e corretamente dimensionados ope ram de forma mais eficiente que os condensadores resfriados a ar especialmente em per odos de elevada temperatura ambiente Normalmente estes condensadores utilizam gua proveniente de uma torre de resfriamento A temperatura de condensa o por sua vez deve ser fixada em um valor entre 5 0 C e 8 0 C maior que a temperatura da gua que entra no condensador isto da gua que deixa a torre Quatro tipos de condensadores resfriados a gua s o discutidos abaixo considerando os aspectos relacionados a sua aplica o e economia Condensador duplo tubo Este tipo de condensador formado por dois tubos conc ntricos geralmente de 1 1 4 para o tubo interno e de 2 para o externo O tubo por onde circula a gua mon tado dentro do tubo de maior di metro O flu do frigor fico
59. coil Neste tipo de evaporador o flu do frigor fico escoa por dentro do tubo que dobra do em forma de serpentina e o l quido circula por fora do mesmo Devido a dificulda des de limpeza da serpentina bem como ao baixo coeficiente global de transfer ncia de calor n o muito utilizado restringindo se a instala es com refrigerantes haloge 128 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL nados de pequena capacidade ou a resfriadores intermedi rios fechados dos sistemas de duplo est gio 3 Cascata ou baudelot Este tipo de evaporador utilizado para o resfriamento de l quidos normalmente gua para processo at uma temperatura em torno de 0 5 C acima do seu ponto de congela mento E projetado de forma que n o seja danificado se houver congelamento do l quido Os modelos mais antigos destes evaporadores eram constitu dos de uma s rie de tubos montados uns por cima dos outros sobre os quais o l quido a resfriar escorre numa fina pel cula sendo que o refrigerante circula por dentro deles Os modelos mais recentes utilizam chapas estampadas e corrugadas de a o inoxid vel com as ondula es servindo de passagem para o refrigerante A superf cie cont nua permite melhor controle da distribui o do l quido e o a o inoxid vel oferece uma superf cie higi nica e de f cil limpeza Este evaporador tamb m muito utilizado na ind stria de bebidas cervejarias bem com
60. como um fluxo a combina o da condutividade t rmica como a espessura do material e a rea como uma resist ncia a este fluxo A temperatura a fun o poten cial ou motora para este fluxo de calor Ent o a equa o de Fourier pode ser escrita como ial t 3 AT Rt resist ncia t rmica Q Como pode ser observado a Lei de Fourier pode ser escrita de forma semelhante Lei de Ohm sendo a resist ncia t rmica R dada por Condu o em superf cies planas Rt L 2 23 kA Condu o em cilindros 2 24 1 Convec o RE CA 2 25 A analogia el trica pode ser empregada para resolver problemas mais complexos envolvendo resist ncias t rmicas em s rie e em paralelo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 33 e Coeficiente global de transfer ncia de calor Muitos dos processos de transfer ncia de calor encontrados nas instala es industriais envolvem uma combina o dos processos de condu o e transmiss o Por exemplo a transfer ncia de calor atrav s das paredes de uma c mara frigor fica envolve a transmis s o do calor do ar externo para as paredes da c mara convec o a condu o pela pare de e pelo isolamento e a transmiss o da superf cie interna da parede para o ar contido na c mara convec o Fluido A Fluido B TA T1 R T2 TA Ea T1 P T2 B Te ANNAN E ANAO TB o k Gy o do pd o O A k A O A l Figura 2 7
61. como vapor na tem EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 19 peratura de satura o chamada de vapor saturado Neste caso o t tulo igual a 1 ou 100 pois a massa total m igual massa de vapor m Vapor superaquecido Quando o vapor est a uma temperatura maior que a tempera tura de satura o chamado vapor superaquecido A press o e a temperatura do vapor superaquecido s o propriedades independentes Neste caso a temperatura pode ser aumentada para uma press o constante Em verdade as subst ncias que chamamos de gases s o vapores altamente superaquecidos A Figura 2 1 retrata a terminologia que acabou de ser definida para os diversos estados termodin micos em que se pode encontrar uma subst ncia pura 2 1 1 Propriedades termodin micas de uma subst ncia Propriedade de uma subst ncia qualquer caracter stica que ela apresenta e que possa ser observ vel Um n mero suficiente de propriedades termodin micas independentes constitui uma defini o completa do estado da subst ncia As propriedades termodin micas mais comuns s o temperatura T press o P volu me espec fico v e massa espec fica p Al m destas que s o mensur veis diretamente existem outras fundamentais para a an lise de transfer ncia de calor trabalho e energia que n o mensur veis diretamente energia interna u entalpia h e entropia s Energia interna u
62. compressor ideal considera se a compress o e a expans o do g s retido no espa o morto como isentr pica O nico fator que afeta efici ncia volum trica do compressor ideal expans o do g s retido no espa o morto A Figura 3 3 apresenta o efeito da temperatura de evapora o sobre a efici ncia de espa o morto de um compressor ideal Para determinar a efici ncia volum trica do compressor com fra o de espa o morto de 4 5 operando a uma temperatura de condensa o de 35 C com refrigerante R22 e uma taxa de deslocamento de 0 05 m s utilizou se a equa o 3 4 De acordo com essa figura a efici ncia de espa o morto nula para uma temperatura de vaporiza o de 61C cuja press o de evapora o corresponde p3 da Figura 3 2 Para a press o de aspira o igual press o de descarga a efici ncia volum trica de 100 Press o kPa Vm V Va Va Volume no cilindro m Figura 3 2 Diagrama press o volume de um compressor alternativo ideal EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 83 Vaz o em massa A vaz o em massa m dada por rh taxa de deslocamentox M 3 7 Vasp medida que a press o de aspira o diminui o volume espec fico do g s que entra no compressor aumenta diminuindo assim a vaz o e a efici ncia volum trica Pot ncia Para um compressor ideal a pot ncia dada pelo produto da vaz o pela varia o da entalpia na com
63. comprimento equi valente de tubo reto A velocidade do g s outro fator a ser considerado no dimensionamento de linhas de suc o Determinou se praticamente que a velocidade m nima necess ria para mover leo em linhas horizontais de suc o da ordem de 2 5 m s Quando a linha de suc o vertical com o fluido subindo s o necess rias velocidades maiores para transportar o leo para cima A velocidade m nima em linhas verticais de suc o com fluxo ascendente de 5 0 m s As linhas de fluxo ascendente devem ser verificadas para capacidades m nimas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 199 com carga parcial e a velocidade determinada para essas condi es Se a velocidade em carga m nima descer abaixo dos 5 0 m s ser necess rio usar linha dupla A considera o final do dimensionamento de linhas de suc o a velocidade m xima Geralmente quando se pretende eliminar o ru do excessivo deve se manter a velocidade em todas as linhas de suc o abaixo dos 16 m s Isto dever ser verificado cada vez que for necess rio dimensionar linhas de suc o Dimensionamento de linhas de l quido O dimensionamento de linhas de l quido consideravelmente menos cr tico do que o dimensionamento de outras linhas do sistema Esta linha transporta o refrigerante entre o receptor e o evaporador e apenas manobra refrigerante no estado l quido Por isso 0 leo que circula no sistema
64. constante no evaporador Quando cai o n vel de l quido no evaporador o flutuador se move para baixo abrindo a v lvula e injetando mais refrigerante no mesmo Em sistemas de pequena capacidade o flutuador colocado dire tamente dentro do evaporador em lugar de se usar uma c mara separada A opera o das v lvulas de b ia de baixa press o pode ser de forma cont nua ou intermitente O controle da carga de refrigerante n o t o cr tico quanto no caso da v lvula de alta press o Em evaporador com altas taxas de evapora o a forma o de bolhas de vapor pode elevar o n vel de refrigerante durante a opera o criando um falso n vel Assim o flutua dor deve ser colocado em uma posi o adequada para o correto controle do n vel Em grandes instala es emprega se v lvula de b ia combinada com solen ides que s o acionadas pelo flutuador da v lvula de b ia A v lvula de b ia de alta press o pode ser utilizada em sistemas de expans o seca ou em evaporadores inundados A v lvula de baixa press o frequentemente utilizada com evaporadores ou serpentinas inundadas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 141 D QN ER NR Figura 3 47 V lvula de b ia de baixa press o V lvula de expans o de press o constante A v lvula de expans o de press o constante mant m uma press o constante na sua sa da inundando mais ou menos o evaporador em fun o das mudan a
65. da organiza o N o quer dizer que a gest o da energia el trica seja negligenciada Na verdade muito esfor o nesse sentido j foi realizado e muitos resultados relevantes foram colhidos Entretanto existe a consci ncia de que cada vez mais o tema Gest o Energ tica passar a merecer aten o e empenho da dire o das empresas Atualmente estamos assistindo a importantes transforma es em nosso Pa s e no mundo com respeito preocupa o com a preserva o do meio ambiente importante que as empresas procurem se antecipar s mudan as que ocorrer o quanto s exig ncias de um novo mercado consumidor que dar prefer ncia e reconhecer produtos de empresas que possuam o compromisso com a preserva o do meio ambiente e com a conserva o dos recursos naturais A Gest o Energ tica uma das alternativas para a empresa ser reconhecida pelo mer cado como uma comprometida com esses valores Inclusive para reivindicar a ISO 14000 exigida a implanta o de um programa de conserva o de energia Para demonstrar a import ncia que esse Programa passa a ter na pol tica administrativa interna ele deve ser lan ado como um marco na exist ncia da empresa e isso dever ocorrer por meio de um documento ou evento formal e da participa o efetiva da dire o da mesma EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 263 A 1 Aspectos administrativos poss vel afirmar que a Gest
66. de gua Tcam gt 1 C 18 a 20 h dia El trico at 20 h dia Por G s Quente 20a 22 h dia 18 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 2 Sistemas de Refrigera o 3 1 Compressores componentes dos sistemas de refrigera o O compressor um dos principais componentes do sistema de refrigera o Sua fun o aumentar a press o do fluido refrigerante e promover a circula o desse fluido no siste ma Os principais tipos de compressores utilizados s o alternativo centr fugo de parafu sos palhetas e Scroll A escolha do tipo de compressor depende essencialmente da capa cidade da instala o que pode ser dividida em termos de temperatura de vaporiza o e do fluido frigor fico utilizado em pequena capacidade lt 2 5 TR m dia capacidade entre 25 e 75 TR e grande capacidade gt 75 TR TR significa tonelada de refrigera o uma express o comumente utilizada em refrigera o para traduzir a energia necess ria para liquefazer uma tonelada de gelo em 24 horas 1TR 3 5 kw De acordo com as caracter sticas do processo de compress o os compressores utilizados em refrigera o podem ser classificados como m quinas de deslocamento positivo ou m quinas de fluxo O compressor de deslocamento positivo aumenta a press o do vapor de fluido refrigerante pela redu o do volume interno de uma c mara de compress o por meio de uma for a mec nica aplicada Os compressores alte
67. de leo de forma a garantir a equaliza o de n vel entre os c rters dos compressores A Figura 2 35 mostra uma forma eficiente de se garantir esta equaliza o Os sistemas de refrigera o indiretos podem assumir diversas formas mas geralmente empregam um ou mais chillers para refrigerar um fluido intermedi rio o qual bombea do at as c maras frias ou displays onde refrigera os produtos A Figura 2 36 mostra os ele mentos b sicos de uma instala o com flu do intermedi rio TABELA 2 2 COMPARA O ENTRE OS SISTEMAS EM PARALELO E OS SISTEMAS CONVENCIONAIS INDIVIDUAIS SISTEMA ITEM PARALELO CONVENSIONAL Porte da instala o Pequenas m dias e grandes Micro e pequenas Qtd de ambientes refrigerados por equipamento Diversos Apenas um Confiabilidade e seguran a da instala o Maior Menor Consumo de energia Menor Maior Custo inicial Maior Menor Vida til Maior Menor Tamanho do equipamento Maior Menor N mero de compressores Mais de Dois Apenas Um Controle de capacidade Depende da qtd de compressores Sem Controle min 50 e 100 liga desliga Simplicidade Menor Maior 64 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Figura 2 35 Compressores em paralelo equaliza o de leo Neste caso os chillers semelhantes em termos de montagem ao sistema da figura anterior multiplex fornecem fluido intermedi rio resfriado aos consumidores de frio A descarga dos compressores
68. de capital no mbito da Matem tica Financeira pode ser dada por qualquer valor expresso em moeda e dispon vel em determinada poca 284 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Se este capital utilizado para gerar riqueza justo que parte dessa riqueza seja repar tida com o dono do capital A isso d se o nome de Teoria da Produtividade do Capital Esse conceito a base do sistema capitalista no qual nossa sociedade se insere B 1 Juro Pode ser entendido como a remunera o do capital aplicado considerando que o pos suidor desse capital poderia fazer outros usos dele que lhe trariam outros benef cios Ent o o juro seria um dos tipos de benef cios que o capital poderia proporcionar ao seu dono A compara o entre esses benef cios tamb m um modo de analisar a viabilidade do uso deste capital ou a viabilidade de um determinado investimento na linguagem comum no mbito da engenharia econ mica B 1 1 Taxa de juro a raz o entre o valor recebido ou pago ao final de um determinado tempo e o capital inicialmente aplicado ou emprestado Normalmente expressa em porcentagem e est sempre associada a uma unidade de tempo Exemplo a taxa de juros para o financiamen to de um autom vel de X ao ano e escreve se X a a B 1 2 Juro simples Refere se ao modo de aplica o da taxa em que esta incide somente sobre o capital inicial Isto para se calcu
69. de energia el trica Essa a quest o fundamental A princ pio a sua resposta parece complexa mas na ver dade muito simples Considerando que a produ o ser determinada pela demanda de EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 217 mercado ou por estrat gias empresariais devemos atuar apenas no numerador dessa rela o o consumo de energia Como visto o consumo de energia el trica igual a Pot ncia x Tempo Wh Portanto existem apenas duas op es A primeira diminuir a pot ncia segunda diminuir o tempo de funcionamento Para diminuir a pot ncia devem se usar equipamentos mais eficientes e elaborar estu do visando verificar a possibilidade da redu o da simultaneidade da opera o das diver sas cargas que comp em a instala o modula o Para diminuir o tempo de funciona mento deve se atuar na mudan a de h bitos processos Outra alternativa utilizar se do recurso da automa o A 2 11 Como dimensionar a economia em kWh e em R Os resultados esperados de um Programa de Gest o Energ tica basicamente s o verificados por meio de apenas duas constata es a redu o em kWh e a redu o em reais R A redu o do consumo de energia el trica em kWh obtida pela diferen a do consu mo espec fico antes e ap s a implementa o das medidas multiplicada pela produ o atual Deve se atentar para o aumento de carga kW natural que ocor
70. e a de aspira o Figura 3 10 Efici ncia volum trica efetiva e de espa o morto de um compressor operando com R22 em fun o da raz o entre a press o de descarga e a de aspira o 90 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Temperatura de descarga do compressor Temperaturas de descarga do compressor excessivamente altas podem deteriorar o leo de lubrifica o resultando em desgaste excessivo e redu o da vida til das v lvulas especialmente das v lvulas de descarga De maneira geral quanto maior a raz o de pres s es maior a temperatura de descarga O refrigerante utilizado tamb m influencia a tem peratura de descarga do compressor A am nia por exemplo apresenta altas temperatu ras de descarga exigindo compressores com cabe otes refrigerados a gua Controle de capacidade Os sistemas frigor ficos em opera o est o sujeitos a varia es de carga t rmica O aumento de carga t rmica sem uma resposta do compressor pode provocar aumento na temperatura de evapora o e comprometer a qualidade dos produtos armazenados Por outro lado o funcionamento cont nuo do compressor para uma condi o de carga t rmica reduzida pode baixar demasiadamente a temperatura de evapora o 0 que pode ser inde sej vel por exemplo na conserva o de alimentos frescos cuja temperatura controlada Entre os v rios m todos empregados no controle de capacidade do compressor est o
71. encontra na posi o 3 e o volume m nimo denominado volume de espa o morto Vm ocorre quan do o mbolo se encontra na posi o m Seja considerada a press o de descarga igual a pg e a press o de aspira o igual a p O g s retido no espa o morto se espande at o volume V1 antes que a press o no interior do cilindro seja pequena o suficiente para permitir a abertura da v lvula de admiss o e a admiss o de g s O volume de g s admitido no cilindro dado por V3 V1 e a efici ncia volum trica de espa o morto definida como V3 V Nym E t x100 3 2 3 Ym Definindo a fra o de espa o morto rm como V Im E x100 m TETA 3 3 Ap s algum algebrismo tem se Vasp Nv m 100 m 1 3 4 Vdes em que Vasp 0 volume espec fico do vapor admitido no compressor e Vqes 0 volume espec fico do vapor ap s a compress o isentr pica at pq Esses volumes podem ser obti dos nas tabelas de propriedade dos fluidos ou nos diagramas Considerando se a expans o politr pica em que 1 to fa Vdes p1 B5 82 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Resulta 1 n Ny m 100 rm Pa 4 3 6 p1 O expoente n pode assumir valores entre 1 para expans o isot rmica e k Cp Cy para expans o adiab tica sendo k a raz o de calores espec ficos Cp o calor espec fico a pres s o constante e Cy o calor espec fico a volume constante No
72. expans o obstru da Contatos do termostato de con trole presos na posi o fechada Ajuste muito estreito da faixa de con trole de capacidade do compressor V lvula de expans o muito pequena Queda de press o excessiva no evaporador Bolhas no visor de l quido Ciclagem r pida do compressor Mudan a de temperatura na tubu la o ap s o filtro ou ap s a v lvu la solen ide Passagem de refrigerante obstru da na v lvula Perda de capacidade rea condicionada muito fria Ciclagem r pida do compressor Falta de capacidade do sistema Superaquecimento elevado A O CORRETIVA Eliminar vazamentos e completar a carga de refrigerante Quantidade de refrigerante insufi ciente Limpar o filtro Trocar o conjunto de acionamen to da v lvula Consertar ou substituir a v lvula Consertar ou substituir o termos tato Regular a faixa de controle de capacidade do compressor Verificar o dimensionamento da v lvula e substituir se necess rio Verificar se h obstru o do equa lizador externo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 241 4 Aplica es A refrigera o encontra aplica es em diversos setores como ind strias qu micas de alimentos de processos ind stria manufatureira laborat rios e constru o civil Dependendo da faixa de temperatura de evapora o os sistemas de refrigera o podem ser classificados como
73. g D Periodo Projetoa ProjetoB Projeto C R 2 000 00 R 2 000 00 R 3 000 00 400 00 900 00 800 00 60000 300 00 1 200 00 1 000 00 300 00 1 000 00 1 200 00 300 00 1 000 00 000 00 B4 B8 B2 4 j 1 585 64 Figura B 7 Fluxo no Excel EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 305 B 5 3 Taxa interna de retorno TIR A defini o da Taxa interna de retorno A taxa de desconto que anula o VPL Sendo o VPL o resultado da f rmula a FC VPL S B 11 onde FC o fluxo de caixa no per odo j ei a taxa de desconto sendo n o n mero de per odos considerado encontrar a Taxa interna de retorno de um fluxo de caixa resol ver a equa o em i a FC ei gt Em bom portugu s significa encontrar o valor da inc gnita i capaz de tornar essa igualdade verdadeira claro que sendo o fluxo de caixa irregular n o sendo uma s rie uniforme na esmagadora maioria dos casos pr ticos a solu o dessa equa o num rica isto deve ser feita por aproxima es sucessivas As calculadoras financeiras bem como as planilhas eletr nicas como por exemplo a mais utilizada delas a Excel j trazem o solver para essa equa o facilitando o trabalho do profissional que efetua esse tipo de an lise de viabilidade Quanto ao crit rio de decis o se A TIR for igual ou superior taxa m nima de atra
74. gest o energ tica esse dito se aplica intei ramente A verifica o a an lise e o acompanhamento dos resultados Constituem uma premissa b sica nas atividades a serem desenvolvidas Visando facilitar o controle dos resultados a evolu o do consumo e custo espec ficos deve ser acompanhada mensalmente se poss vel por centro de custos e por hor rio Ser EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 281 necess rio acompanhar os dados de consumo a demanda a fatura a produ o e as tari fas Calcule os consumos e os custos espec ficos Analise os motivos das varia es Ex maior n mero de feriados ado o de medidas de economia maior n mero de horas trabalhadas produtos com caracter sticas diferentes mudan a de processo etc importante gerar gr ficos e tabelas que sejam divulgados para toda a empresa Estabele a metas de redu o do consumo espec fico de energia el trica Ex 90 do consumo espec fico do respectivo m s do ano anterior ou 90 da m dia dos consumos espec ficos do ano anterior Estabele a quais a es ser o necess rias para atingir a meta Os controles podem ser realizados considerando se os hor rios de ponta e de fora de ponta os centros de custo a compensa o de sazonalidades tais como os custos do per o do seco e mido e outras particularidades que houver no processo da empresa A4 EXERC CIOS 1 Em m dia quantos kWh sua empresa consom
75. halogenados cria uma corrente que aciona um miliamper metro uma l mpada de sinaliza o ou ainda um alarme sonoro A resposta corrente o brilho da l mpada ru do de buzina proporcional ao tamanho do vazamento um m todo excelente que permite localizar pequenos vazamentos O uso e cuidados de manuten o devem ser feitos de acordo com as instru es de cada fabricante Nos testes em sistemas pressurizados somente com nitrog nio seco s pode ser usado o m todo de espuma de sab o b Sistemas que trabalham sob v cuo teste de estanqueidade Este teste indica a exist ncia de vazamentos por m n o indica o local em que ocorre Caso confirmada a exist ncia de vazamentos por este processo a unidade deve ser pressurizada e os vazamentos devem ser localizados pelos m todos descritos no item anterior O teste consiste em evacuar o sistema at uma press o absoluta pr xima de 1 mmHg 0 0013bar Ap s a obten o do v cuo a bomba de v cuo desconectada do sistema que deve ser mantido sob v cuo por pelo menos 10 horas ap s o que se faz nova medida do v cuo e verifica se sua varia o N o se deve aplicar o teste com espuma de sab o dentro de quadros el tricos ou sobre terminais de motores el tricos pois o sab o cont m soda c ustica e pode danific los O teste com espuma de sab o utilizado para confirmar vazamentos encontrados pelos outros m todos O teste com lamparina a lcool n o deve ser
76. igual a do ponto 1 press o de condensa o Por sua vez o l quido separado estado 4 expandido at a press o do estado 5 Deve se observar que expandir o l quido do estado 4 at o 5 mais vantajoso pois de 5 para 2 h efeito frigor fico isto o t tulo do refrigerante quanti dade de vapor no estado 5 menor do que no estado 2 52 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 2 3 2 Separador resfriador de l quido O separador de l quido e resfriador tamb m conhecido como separador resfriador de l quido basicamente igual ao separador de l quido simples tendo adicionalmente um trocador de calor do tipo serpentina instalado em seu interior o qual ir possibilitar o sub resfriamento de outra linha de refrigerante A Figura 2 22 mostra esquematicamente um separador resfriador de l quido e os esta do do refrigerante num diagrama P x h Neste sistema pode se sub resfriar parte do refri gerante que sai do condensador antes de provocar sua expans o Refrigerante 6 Para o compressor de alta l quido Separador de l quido Expansor com controle de n vel Evaporador 7 5 Para o compressor de baixa Figura 2 21 Esquema de um separador de l quido Para o compressor de alta Refrigerante 6 l quido Separador de L quido Resfriador Expansor A controle de n vel Para outro dispositivo de expans o Evap
77. linhas de descarga de g s podem ser dimensionadas para uma queda de press o tal que a redu o de temperatura equivalente n o seja superior a 1 1 C As linhas de descarga de g s devem ser tamb m verificadas quanto velocidade apli cando se os mesmos crit rios utilizados para o movimento correto do leo em linhas de suc o isto 5 0 m s nas linhas verticais de fluxo ascendente e 2 5 m s nas linhas horizon tais A velocidade m xima aceit vel baseada em considera es de ru do de 16 0 m s Estas velocidades devem ser verificadas ao dimensionar linhas de descarga de g s TABELA 3 17 COMPRIMENTO EQUIVALENTE DE V LVULAS E ACESS RIOS M DI METRO V LVULAS TOVE COTOVE Sep eere S 10 52 1 8 1 8 0 2 15 0 4 0 3 0 2 15 So 2 Zl 2a 0 2 1 8 05 0 3 0 2 20 6 7 34 Zu 2 0 3 2 2 0 6 0 4 0 3 25 8 8 4 6 Sh 3 0 3 30 0 8 0 5 0 4 32 12 6 1 4 6 4 6 0 5 43 1 0 0 7 0 5 40 IS 1 55 59 0 5 4 9 T2 0 8 0 6 50 17 91 sl T 0 73 6 1 15 1 0 0 8 65 PAI 11 8 8 8 8 0 9 7 6 1 8 112 1 0 80 26 13 Mil Il 1 0 9 1 23 15 12 90 30 15 15 13 12 10 2 1 1 8 1 4 100 37 18 14 14 14 12 3 0 2 0 1 6 125 43 22 18 18 1 8 15 4 0 25 2 0 150 52 27 PA 21 21 18 4 9 3 0 24 200 62 35 26 26 2 24 6 1 4 0 30 250 85 44 B2 32 3 7 30 7 6 4 9 40 300 98 50 40 40 40 B7 9 1 5 8 49 350 110 56 47 47 4 6 41 10 70 Do 400 125 64 55 55 52 46 12 79 6 1 450 140 73 61 61 5 8 50 13 8 8 7 0 500 160 84 72 tz 6 7 61 I5 10 7 9 600 186 98 81 81 7 6 73 18 12 91 204 EFICI
78. medi es ensaios controle calibra o e ajuste de todos os com ponentes da instala o 34 1 An ise dos equipamentos e componentes a Grupo de resfriamento de gua ou salmoura Para a an lise do grupo de resfriamento de gua ou salmoura as seguintes medi es s o efetuadas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 219 Consumo el trico dos motores de acionamento usando um watt metro No caso de uma instala o de grande porte recomend vel a instala o de um registrador de energia Temperatura do l quido a ser resfriado na entrada e na sa da do resfriador Temperatura da gua na entrada e na sa da do condensador Press o do l quido a ser resfriado antes e depois do resfriador Caso exista instrumento medir a vaz o de gua atrav s do resfriador e a vaz o da gua de condensa o Com essas informa es pode se ent o Conhecendo a perda de carga no resfriador determinar a vaz o de gua a resfriar utili zando os gr ficos fornecidos pelo fabricante do equipamento Conhecendo se a vaz o de l quido e a diferen a de temperatura entre a entrada e a sa da do resfriador determinar a pot ncia frigor fica produzida pelo equipamento como segue Pros PV Cp Te Ts 3 44 em que Pres pot ncia frigor fica em Kcal h p massa espec fica igual a 1 000 kg m3para a gua e igual a 1 070 kg m3 para uma concentra o de 45 de glicol e
79. met lica antes do capilar o qual tem a fun o de reter impurezas e materiais estranhos evitando o entupimento do mesmo O tubo capilar difere de outros dispositivos de expans o tamb m pelo fato de n o obs truir o fluxo de refrigerante para o evaporador quando o sistema est desligado Quando o compressor desligado ocorre equaliza o entre as press es dos lados alto e baixo atra v s do tubo capilar e o l quido residual do condensador passa para o evaporador Estando este l quido residual temperatura de condensa o se a sua quantidade for demasiada mente grande provocar se degelo do evaporador e ou ciclagem curta do compressor Al m disso h ainda o risco de que ao se ligar o compressor algum l quido passe do eva porador para o compressor Por essas raz es a carga de refrigerante em um sistema que usa tubo capilar cr tica n o sendo empregado nenhum tanque coletor entre o condensador e o tubo capilar A carga de refrigerante deve ser a m nima poss vel para satisfazer os requisitos do evapora dor e ao mesmo tempo manter uma veda o com refrigerante l quido da entrada do tubo capilar no condensador Qualquer refrigerante em excesso somente ir estagnar se no condensador provocando as seguintes consequ ncias durante a opera o haver eleva o da press o de condensa o reduzindo se assim a efici ncia do sistema haver tamb m uma tend ncia a uma maior vaz o de refrigerante atra
80. n o existe qualquer aspers o intencional de l quido sobre o evaporador Comportamento em fun o de par metros dimensionais e operacionais Os principais par metros que influenciam o comportamento dos evaporadores para resfriamento de ar s o rea de face e velocidade de face quantidade de aletas por unidade de comprimento profundidade da serpentina no sentido do ar temperatura do refrigerante e Vaz o de ar A rea de face de um evaporador que corresponde ao produto da sua altura pela sua largura determina a velocidade de face que por sua vez influencia o coeficien te global de transfer ncia de calor na varia o de temperatura do ar e na redu o da sua umidade Reduzindo se a rea de face aumenta se a velocidade de face e o coe ficiente global de transfer ncia de calor aumenta at um determinado valor a partir do qual n o ocorrem mais aumentos significativos A varia o de temperatura do ar diminui com o aumento da velocidade de face e a umidade do ar na sa da da serpen tina aumenta Normalmente s o utilizados valores usuais de velocidade de face da ordem de 2 0 a 4 0 m s Para evitar o arraste de gotas de gua condensada este valor n o deve ser superior 3 0 m s para serpentinas simples e 3 5 m s para serpentinas com eliminado res de gotas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 125 As aletas que servem como superf cies secund rias de tr
81. ncia pode ser analisada por um circuito que enviar o sinal digital para posicionamento da agulha da v lvula V lvulas de b ia Este um tipo de v lvula de expans o que mant m constante o n vel de l quido em um recipiente diretamente no evaporador ou nos separadores de l quido Existem dois tipos de v lvula de b ia para sistemas de refrigera o alta press o e baixa press o A v lvula de b ia de alta press o controla de forma indireta a vaz o de refrigerante que vai ao evaporador mantendo constante o n vel de l quido em uma c mara de alta press o A Figura 3 46 mostra o esquema de uma v lvula de b ia de alta press o A agu lha obturadora da v lvula est conectada com o flutuador de forma que qualquer ele va o do n vel da c mara abrir a v lvula permitindo a passagem de refrigerante para o evaporador Como a c mara de alta press o comporta somente uma pequena quantidade de refri gerante a maior parte do l quido armazenada no evaporador Assim o controle da carga 140 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL de refrigerante essencial Cargas excessivas podem levar aspira o de l quido pelo compressor enquanto a falta de flu do pode reduzir a capacidade do sistema Figura 3 46 V lvula de b ia de alta press o A v lvula de b ia de baixa press o Figura 3 47 controla a alimenta o de refrigerante de forma a manter um n vel de l quido
82. no sistema frigor fico com o objetivo de obter se um siste ma totalmente estanque Em sistemas que trabalham com press es positivas os tes tes t m por finalidade evitar preju zos decorrentes da perda de refrigerante e do mau funcionamento ou falhas decorrentes da diminui o do fluxo de refrigerante Em sistemas que trabalham com press es negativas v cuo os testes de vazamen tos evitam preju zos mau funcionamento ou falhas decorrentes da infiltra o de ar no equipamento 228 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL a Sistemas que trabalham com press o positiva Se o sistema estiver pressurizado com o pr prio refrigerante o vazamento pode ser detectado com o uso de Espuma de sab o deve se fazer uma espuma densa contendo gua com sab o deter gente ou creme de barbear envolver soldas juntas conex es visores v lvulas e outros pontos suspeitos de vazamentos O vazamento verificado atrav s da forma o de bolhas de ar Lamparina a lcool na busca de vazamentos com lamparina a lcool lcool met lico de prefer ncia deve se passar a chama nos pontos suspeitos Onde houver vazamentos a chama se torna verde azulado O vazamento deve ser confirmado com espuma de sab o Detector eletr nico existem v rios tipos de detectores eletr nicos por m todos fun cionam de modo similar Os detectores disp em de um sensor que ao entrar em conta to com refrigerantes
83. o poss vel evitar a degrada o ambiental pela explora o irracional dos recursos naturais uma importante contribui o nesse contexto consiste em reduzir ao m ximo o uso irracional da energia Se n o pela consci ncia ambiental da necessidade de deixar para as futuras gera es um planeta em melhores condi es de habitabilidade ao menos para reduzir os custos dos servi os que em ltima an lise ser o sempre pagos pela sociedade Este livro prop e se a esclarecer os conceitos e os componentes dos sistemas de refri gera o de modo a permitir a identifica o das diversas oportunidades de seu uso otimi zado Os aspectos te ricos ser o destacados para que esse conhecimento possa auxiliar os t cnicos usu rios de ar comprimido no entendimento de seu processo de produ o e uso bem como capacit los a reconhecer outras oportunidades A partir dos conceitos b sicos ser o descritos os ciclos de refrigera o e suas varia es Ser o indicadas as fontes de carga t rmica de modo que conhecendo se os par metros que afetam a efici ncia energ tica do sistema de refrigera o o profissional procure oti miz los Em seguida os componentes de um sistema de refrigera o s o descritos bem como as informa es sobre sua opera o e manuten o que s o importantes para manter um fun cionamento adequado e eficiente Descritos esses sistemas apresenta se uma s rie de medidas de efici ncia energ tica Os usu
84. o Energ tica sendo delegada a n veis mais baixos ou com pouca participa o nas decis es da empresa acarreta duas consequ ncias nega tivas a imagem de que o assunto de pouca import ncia e no caso em que as provi d ncias envolvam decis o superior a demora na tomada de decis es que concretizem as solu es encontradas A implanta o da Gest o Energ tica exige iniciativa criatividade e acima de tudo necessita do respaldo da dire o pois diversas a es demandam recursos decis es e mudan as de h bitos Para contornar os problemas de implanta o a dire o deve mos trar claramente que o programa est inserido na pol tica administrativa e de planejamen to estrat gico da empresa Sua elabora o deve ser resultado do esfor o e da participa o de todos empregados dos diversos setores da empresa A dire o dever estabelecer objetivos claros e apoiar a implanta o da Gest o Energ tica enfatizando a sua necessidade e import ncia aprovando e estabelecendo metas a serem atingidas ano a ano efetuando um acompanhamento rigoroso confron tando os resultados obtidos com as metas previstas analisando os desvios e propondo medidas corretivas em caso de distor es al m de providenciar revis es peri dicas e oportunas nas previs es estabelecidas Tal posicionamento acarretar o aumento de produtividade de que as empresas tanto necessitam e buscam A 2 Gerenciamento da energia O gerenciamento energ
85. o caso a diferen a de temperatura e inversamente proporcional resist ncia do sistema que dependente da natureza e da geometria do mesmo A forma mais utilizada para correlacionar estas grandezas mediante a Lei de Fourier Esta lei geralmente apre sentada na forma de equa o para placas planas paredes ou para cilindros tubos como mostrado abaixo Para placas planas Figura 2 5 a a equa o de Fourier dada por 28 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 2 15 Q k A AT AX em que OQ o fluxo de calor W k acondutividade t rmica W m K A a reanormal ao fluxo de calor m AT a diferen a de temperatura K e Ax a espessura da placa m Para o caso de cilindros Figura 2 5 b tem se 2rkL A n 2 16 1 em que o fluxo de calor W k acondutividade t rmica W m K L o comprimento do cilindro m AT a diferen a de temperatura K r o raio interno do cilindro m e r2 o raio externo do cilindro m A p rS T Te 4x a Ta b Figura 2 5 Mecanismos de transfer ncia de calor Placas planas a e cilindro b EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 29 A Tabela 2 1 fornece a condutividade t rmica para temperaturas pr ximas de 25 C para alguns materiais mais comuns na engenharia Valores para outras tempe raturas ou outros materiais podem ser encon
86. o selecionados com base em uma diferen a de 10 a 152C entre a 114 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL temperatura de condensa o e a temperatura de bulbo mido do ar que entra no con densador As menores diferen as de temperatura resultar o em menor consumo de pot ncia uma vez que a temperatura de condensa o ser mais baixa O contato da gua com as regi es de elevada temperatura da serpentina onde o flu do frigor fico ainda se encontra superaquecido pode provocar a forma o excessiva de incrusta es sobre a superf cie dos tubos Assim em alguns condensadores evaporativos instala se uma primeira serpentina acima da regi o onde a gua borrifada Esta serpen tina chamada de dessuperaquecedor tem a fun o de reduzir a temperatura do refrige rante pela troca de calor com o ar saturado que deixa o condensador o que reduz a for ma o de incrusta es na regi o onde h gua Em alguns condensadores evaporativos adicionada ainda uma serpentina para pro mover o sub resfriamento do refrigerante l quido a uma temperatura inferior tempera tura de condensa o Embora o sub resfriamento do l quido aumente a capacidade de refrigera o total seu principal benef cio a redu o da possibilidade de forma o de vapor na linha de l quido devido queda de press o nesta linha Compara o entre os tipos de condensadores Por ltimo cabe efetuar um
87. poss vel fonte de perdas Asbombas centr fugas devem estar ajustadas s necessidades reais de press o Em sistemas de bombeamento devem se manter os filtros limpos Devem se manter limpos os filtros das linhas de refrigerante l quido Caso se disponha de uma central geradora de vapor a alta press o deve se estudar a possibilidade de utilizar turbinas a vapor para o acionamento dos equipamentos do sis tema de refrigera o Reparar os vazamentos de gua ou salmoura Empregar um tratamento de gua adequado para evitar incrusta es e sujeira nos con densadores No tratamento de gua n o se devem utilizar mais produtos qu micos que o necess rio Verificar e ajustar periodicamente a purga cont nua das torres de resfriamento para evi tar a perda de gua e produtos qu micos EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 255 Estabelecer um programa de manuten o preventiva Verificar ajustar e balancear as instala es Verificar frequentemente a calibragem dos dispositivos de controle Automatizar as instala es de controle manual Manter os dispositivos de controle de temperatura longe do alcance de pessoas n o autorizadas Em c maras de conserva o comprovar se os rel gios programadores funcionam cor retamente e manter os ventiladores parados durante o degelo Em evaporadores com degelo el trico instalar um termostato de controle de descone x o
88. refrigera o com tempera turas de condensa o e vaporiza o de 402C e 30 C respectivamente para sistema de um s est gio de compress o e sistema de dois est gios de compress o com separador de l quido 2 Determine para o problema anterior a efic cia dos sistemas dos itens a e b 3 Determine qual deve ser a cilindrada dos compressores de alta e baixa do item b do primeiro problema 4 Considere a Figura 2 20 e calcule que demanda de energia el trica deve ser prevista para este sistema se a capacidade frigor fica das c maras referentes aos evaporador for de 10 TR a das c maras referentes aos evaporadores Il for de 50 TR e a das c maras refe rentes aos evaporadores Ill for de 40 TR As temperaturas de vaporiza o s o respectiva mente 10 C 102C e 35 C 5 Considere a Figura 2 25 e calcule para uma condi o qualquer de opera o do siste ma a economia de energia obtida com o trocador de calor economizador 24 Carga t rmica Para o c lculo da carga t rmica de c maras frigor ficas para resfriamento congelamento e armazenamento de produtos al m de um correto estabelecimento das condi es clim ticas do local e das condi es internas da c mara devem ser consideradas as seguintes parcelas Carga t rmica decorrente da transmiss o de calor pelas paredes teto e piso Carga t rmica decorrente dos produtos contidos na c mara Carga t rmica decorrente da infiltra o de ar
89. rela o presen a de gua os sistemas de am nia podem admitir pequenas quantidades pois a gua permanece em solu o com a am nia de maneira semelhan te aos sistemas de absor o Em sistemas de refrigerantes halogenados a gua pode provocar o bloqueio por congelamento de v lvulas de expans o e de controladores de n vel EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 185 Outra quest o importante a ser considerada o odor A am nia apresenta odor carac ter stico enquanto os compostos halogenados s o praticamente inodoros Em instala es de grande porte operando com refrigerantes halogenados podem se perder grande quantidade de refrigerante antes que os operadores notem o vazamento A am nia apresenta diversas vantagens em compara o com os refrigerantes haloge nados A sua maior desvantagem vem a ser a toxicidade Convers es e substitui es Durante a substitui o dos CFCs pelos refrigerantes alternativos deve ser feita uma an lise cuidadosa em rela o a capacidade efici ncia miscibilidade com o leo e compatibi lidade com materiais existentes na instala o Em grande parte das instala es com tempo de vida superior a 15 anos pode ser vantajosa a substitui o do sistema de refrige ra o existente por um novo que n o utilize refrigerantes CFCs Os refrigerantes HFC 134a e HCFC 22 s o os refrigerantes alternativos ao CFC 12 0 HCFC 123 e o HFC 245
90. se a opera o Ap s o desligamento do com pressor fecha se a v lvula de servi o de descarga do compressor Esta repeti o se torna necess ria devido grande quantidade de refrigerante contida no leo para um circuito com R22 por exemplo Qualquer parte do sistema n o pressurizada pode ent o sofrer interven es Para retornar opera o deve se fazer v cuo nas partes do circuito n o pressurizadas e abrir os registros de l quido e a v lvula de servi o de des carga do compressor A concentra o de refrigerante no leo depende da press o e da temperatura a que ele est submetido no c rter do compressor Quanto mais baixa for a temperatura e maior a press o maior ser a quantidade de refrigerante dissolvido no leo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 233 N o necess ria a entrada de refrigerante l quido no c rter do compressor pois o leo absorve refrigerante mesmo no estado de vapor at que haja satura o da mistura Os fabricantes de leos para refrigera o possuem gr ficos indicativos de solubilidade dos refrigerantes nos leos sob as mais variadas condi es A presen a de refrigerante dissolvido no leo pode ocasionar s rios danos ao compres sor particularmente naqueles que possuem sistema de lubrifica o for ada Os seguintes fen menos explicam como esta danifica o pode ocorrer quando o leo estiver dilu do por conter alta porcenta
91. substituir as defeituosas Inspecionar as v lvulas e substi tuir se necess rio 240 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL PRESS O DE SUC O MUITO ALTA CAUSA PROV VEL Carga excessiva no evaporador Superalimenta o da v lvula de expans o V lvula de expans o na posi o aberta V lvula de expans o muito gran de V lvulas de suc o do compressor quebradas ou vazando SINTOMAS Compressor funciona continua mente Tubula o de suc o anormalmen te fria retomo de l quido ao com pressor Tubula o de suc o anormalmen te fria retomo de l quido ao com pressor Tubula o de suc o anormalmen te fria retomo de l quido ao com pressor Ru do excessivo do compressor SINTOMAS A O CORRETIVA Infiltra o excessiva de ar no ambiente refrigerado mau isola mento Ajustar superaquecimento da v l vula de expans o verificar conta to do bulbo remoto na tubula o de suc o Reparar ou substituir a v lvula Verificar o dimensionamento da v lvula trocar se necess rio Desmontar o cabe ote do com pressor inspecionar as v lvulas e substituir as defeituosas PRESS O DE SUC O MUITO BAIXA CAUSA PROV VEL Falta de refrigerante Carga reduzida no evaporador Filtro da tubula o de l quido entupido Perda de for a do conjunto de acio namento da v lvula de expans o V lvula de
92. superf cies ou produzir gotas mediante o choque da gua em sua queda como mostra a Figura 3 50 ereto 2 sa Sa E N ooe E o ad a d eeo e EA a We a E PSA 4 e Enchimento laminar Enchimento de respingo ou gotejamento Figura 3 50 Sistemas de distribui o de gua Uma segunda classifica o a que se baseia no fluxo relativo entre as correntes de gua e ar Figura 3 51 De acordo com esse crit rio t m se torres de fluxo em contracorrente ou torres de fluxo cruzado EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 147 Compara o entre os sistemas nNastorres de fluxo em contracorrente a gua mais fria entra em contato com o ar mais seco alcan ando a m xima efici ncia nas torres de fluxo cruzado o acesso aos elementos mec nicos e ao sistema de distri bui o mais f cil nastorres de fluxo cruzado a entrada de ar pode abranger toda a altura da torre tendo como consequ ncia torres mais baixas reduzindo assim a pot ncia de bombeamento w nastorres de fluxo em contracorrente existe menor risco de recircula o de ar Ar AGUA S ANANS RR AN Fluxo em Contracorrente Fluxo Cruzado Figura 3 51 Rela o entre os fluxos de gua e ar A classifica o mais difundida e de maior import ncia na avalia o de torres de resfria mento aquela b
93. t cnico especializado N o prudente a uti liza o da am nia pr ximo a escolas e hospitais Com rela o aos custos os pre os dos refrigerantes oscilam dependendo da quantida de envolvida O pre o da am nia entretanto inferior numa rela o que de acordo com o refrigerante halogenado pode variar entre 10 e 40 Em instala es de grande porte o custo torna se ainda mais importante j que a quantidade envolvida pode ser de dezenas de toneladas Comparando se o custo considerando a base volum trica o uso da am nia torna se ainda mais vantajoso pois sua densidade aproximadamente a metade da den sidade dos refrigerantes halogenados A am nia apresenta elevadas temperaturas de descarga Para aliviar este problema compres sores alternativos de am nia t m o cabe ote resfriado por meio de circula o for ada de gua A remo o de leo do sistema em instala es que utilizam am nia diferente da remo o em instala es que utilizam refrigerantes halogenados A am nia n o misc vel com o leo e este pode ser removido em regi es de baixa velocidade onde depositado em instala es que utilizam refrigerantes halogenados o leo est sempre em solu o com o refrigerante l quido de maneira que sua remo o feita juntamente com refrigerante o qual deve ser evaporado e devolvido ao sistema na linha de aspira o do compressor enquanto o leo enviado de volta ao compressor Com
94. t m influ ncia no desempenho do ciclo a Capacidade frigor fica A capacidade frigor fica o a quantidade de calor por unidade de tempo retirada do meio que se quer resfriar produto atrav s do evaporador do sistema frigor fico Este pro cesso est indicado na Figura 2 12 Considerando se que o sistema opera em regime per manente e desprezando se as varia es de energia cin tica e potencial pela Primeira Lei da Termodin mica tem se EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 41 anus ons n gt Saes Evaporador gt Volume de Controle Figura 2 12 Processo de transfer ncia de calor no evaporador do mMe hy h4 2 30 Normalmente conhece se a capacidade frigor fica do sistema de refrigera o a qual deve ser igual carga t rmica para opera o em regime permanente Se forem estabele cidos o ciclo e o fluido frigor fico com o qual o sistema deve trabalhar pode se determinar o fluxo m ssico que circula atrav s dos equipamentos pois as entalpias h e h4 s o conhe cidas e consequentemente o compressor fica determinado A quantidade de calor por unidade de massa de refrigerante retirada no evaporador chamada de efeito frigor fico EF Este um dos par metros usados para definir o fluido frigor fico que ser utilizado em uma determinada instala o EF h h4 2 31 b Pot ncia te rica de compress o Cha
95. tividade aceita se o projeto caso contr rio ele deve ser rejeitado A compara o entre duas solu es mutuamente excludentes feita escolhendo se aquela com o maior valor para a TIR 306 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Exemplo num rico Ainda com os dados do exemplo anterior o c lculo da TIR para cada uma das alternativas de projeto A B e C est apresentado na Tabela B 13 utilizando a fun o TIR da planilha Excel considerando o investimento ao final do ano 1 de modo a poder utilizar as fun es do Excel sem a necessidade da corre o mostrada ante riormente Observe que o ndice dos fluxos inicia se no valor 1 e vai at o valor 6 a0 inv s do exemplo da VPL utilizado para mostrar essa diferen a em que o investi mento se dava no ano zero Nessa tabela pode se observar que quando o VPL maior que zero a TIR supe rior taxa de desconto sendo o inverso tamb m verdadeiro TABELA B 13 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 ODORO PROJETO A PROJETO B PROJ ETO C 1 1 785 71 1 785 71 2 678 57 2 318 88 717 47 637 76 8 427 07 219 53 854 14 4 635 52 190 66 635 52 5 680 91 170 23 567 43 6 253 32 151 99 506 63 VPL R 529 98 R 341 83 R 522 90 TIR 22 17 2 05 19 45 Pela defini o se procur ssemos uma taxa de desconto que anulasse o valor presente l quido essa seria igual TIR A t tul
96. trica Para que o gerenciamento da energia el trica possa ser feito de forma adequada necess rio que se conhe a o uso de energia da edifica o de forma detalhada e setorial Para isso necess rio realizar o levantamento das cargas da instala o e seu regime de funcionamento De posse desses dados deve se proceder ao rateio de energia el trica na edifica o Um recurso para realizar o rateio a cria o de centros de custos Os centros de custos podem ser setores administrativo etapas do processo oficinas utilidades etc usos finais por exemplo ilumina o refrigera o etc ou os dois por exem plo criar centros de custo que sejam etapas dos processos sem considerar a carga da ilu mina o e climatiza o e considerar essas como outros centros de custo O rateio tem por objetivo identificar o consumo de energia el trica e demanda por esses centros isto conhecer a contribui o de cada rea na conta de energia Ou se pre ferirem estabelecer contas de energia por centro de custo O rateio de energia el trica visa identificar qual centro de custo setor ou uso final pos sui uma participa o percentual maior no consumo e na demanda da instala o possibi litando a prioriza o de onde atuar de tal forma que as a es tragam melhores resultados possam envolver todos os usu rios dos centros e d em origem a uma gest o mais efetiva e participativa Primeiro fa a um levantamento de todas ca
97. um compressor de palhetas simples dada por T Qdes Za d22 L Uot m s 3 11 emque d Di metro do cilindro m d Di metro do rotor m L Comprimento do cilindro m e Uot Velocidade de rota o rot s Figura 3 13 Compressor de palheta simples 94 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A Figura 3 14 apresenta compressores de m ltiplas palhetas Nesses compressores o rotor gira em torno do pr prio eixo que n o coincide com o eixo do cilindro O rotor pos sui duas ou mais palhetas que permanecem em contato com a superf cie do cilindro pela a o da for a centr fuga De acordo com a ASHRAE Handbook 1996 para uma temperatura ambiente de 35 C temperatura de evapora o de 1 7 C temperatura de condensa o de 54 4 C e subresfria mento de 8 32C o COP de um sistema com compressor de palhetas deve estar em torno de 2 7 Devido ao movimento rotativo os compressores de palhetas apresentam menor ru do em rela o aos alternativos k k Figura 3 14 Compressores de m ltiplas palhetas 3 1 4 Compressores centr fugos Os compressores centr fugos foram introduzidos em instala es frigor ficas por Willis Carrier em 1920 S o amplamente utilizados em sistemas de grande porte Seu princ pio de funcionamento semelhante ao de uma bomba centr fuga O refrigerante entra pela abertura central do rotor e devido a o da for a centr fuga ganha energia cin ti
98. utilizados os valores da Tabela 2 7 a qual fornece o calor dissipado em fun o da pot ncia do motor TABELA 2 7 CALOR DISSIPADO POR MOTORES EL TRICOS POT NCIA RENDIMENTO CALOR LIBERADO CALOR LIBERADO DIOR Von Ton DO MOTOR kcal h cv kcal h cv cv motor e carga na c mara carga na c mara e motor fora Menor que 1 4 60 1050 1 221 632 0 735 1 2a1 0 70 900 1 046 632 0 735 EapsrO o 800 0 930 632 0 735 TA e 20 84 750 0 872 632 0 735 Acima de 20 cv 88 725 0 843 632 0 735 Obs Os valores entre par nteses est o em kW cv O calor dissipado pelo sistema de ilumina o depende da pot ncia das l mpadas ins taladas e do seu tempo de utiliza o podendo se considerar que a pot ncia dissipada pelo sistema de ilumina o de aproximadamente 10 W m Assim tem se Qium 10 A 10 86 kcal dia 2 56 A carga t rmica decorrente da presen a de pessoas no interior das c maras frigor ficas depende da atividade que estas pessoas est o exercendo do tipo de vestimenta e sobre tudo da temperatura da c mara Uma forma de estimar a carga t rmica decorrente das pessoas e por meio da equa o 2 57 Qpes 272 6Tcam T 0 86 kcal dia 2 57 16 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL em que Team a temperatura da c mara em C t 0 tempo de perman ncia das pessoas na c mara em h dia n o n mero de pessoas na c mara 2 4 7 Carga
99. 00 100 80 83 60 65 40 48 25 35 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 221 TABELA 3 27 CONTINUA O COMPRESSOR PARAFUSO REFRIGERANTE R22 CAPACIDADE DE REFRIGERA O POT NCIA ABSORVIDA 9 9 9 100 100 80 86 60 70 40 55 20 44 10 40 CAPACIDADE DE REFRIGERA O POT NCIA ABSORVIDA O 100 100 80 78 60 64 40 50 20 40 10 36 b Grupo de condensa o a gua Em sistemas de refrigera o com condensa o a gua as seguintes medidas s o reali zadas consumo de energia el trica dos motores de acionamento dos compressores temperatura da gua na entrada e na sa da do condensador press o do refrigerante na entrada e na sa da do condensador e vaz o de gua de condensa o 22 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O comportamento geral do grupo de condensa o semelhante ao do grupo de res friamento de l quido Assim as mesmas observa es podem ser aplicadas c Grupo de condensa o a ar A mesma an lise feita para o grupo de resfriamento de l quido pode ser realizada para o grupo de condensa o a ar Por m neste caso s o medidos consumo de energia el trica dos motores de acionamento dos compressores temperatura do ar na entrada e na sa da do condensador e vaz o de ar atrav s do condensador d Torres de resfriamento temperatura de bulbo mido do ar temp
100. 000 00 10 R 2 000 00 R 22 000 00 2 R 24 200 00 10 R 2 200 00 R 24 200 00 3 R 26 620 00 10 R 2 420 00 R 26 620 00 4 R 29 282 00 10 R 2 662 00 R 29 282 00 5 R 32 210 20 10 R 2 928 20 R 32 210 20 6 10 R 3 221 02 R 35 431 22 Assim a f rmula b sica do sistema de capitaliza o composta adotando se a mesma simbologia do exemplo anterior pode ser escrita como M C x 1 i B 3 Exemplo num rico Aplicando se a f rmula aos dados do exemplo anterior tem se M 20 000 00 x 1 0 10 20 000 00 x 1771561 35 431 22 Desse conceito decorrem dois outros chamados Fator de acumula o de capital e fator de valor atual que interessam neste cap tulo particularmente quando se estuda a viabili dade de um determinado investimento que produzir resultados financeiros ao longo de um per odo segundo um determinado fluxo de caixa Fator de acumula o de capital FAC i n 1 i B4 Ent o pode se escrever que M C FAC in EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 287 Fator de valor atual FVA i n riy Pode se tamb m escrever que C M FVA i n Fica claro que FVA i n FAC in 1 B 2 S ries uniformes Uma sequ ncia de pagamentos ou recebimentos que ocorre em per odos sucessivos e em igual valor recebe o nome de s rie uniforme Na bibliografia a respeito normal mente representada por R Por pagamentos ou recebimentos podem se entender t
101. 2 262 283 283 APRESENTA O Em 1985 o Governo Federal criou o Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica PROCEL coordenado pelo Minist rio de Minas e Energia e implementado pela Eletrobr s com o objetivo principal de contribuir para a redu o do consu mo e da demanda de energia el trica no pa s mediante o com bate ao desperd cio desse valioso insumo A Eletrobr s Procel mant m estreito relacionamento com diversas organiza es nacionais e internacionais cujos pro p si tos estejam alinhados com o citado objetivo destacando se o Banco Mundial BIRD e o Global Environment Facility GEF que t m se constitu do em importantes agentes financiadores de projetos na rea da efici ncia energ tica O GEF que concede suporte financeiro s atividades relacio nadas com a mitiga o de impactos ambientais como o uso racional e eficiente da energia doou recursos Eletrobr s Procel por interm dio do Bird para o desenvolvimen to de v rios projetos com destaque para Dissemina o de Informa es em Efici ncia Energ tica tema deste trabalho Concebido e coordenado pela Eletrobr s Procel este projeto foi realizado pelo Cons rcio Efficientia Fupai com o apoio do Programa das Na es Unidas para o Desenvolvimento PNUD Objetiva basicamente divulgar informa es sobre tecnologias de uso eficiente de energia para profissionais de setores direta mente envolvidos como o industrial e o comer
102. 23 e 3 24 foram elaboradas para uma temperatura de evapora o de 5 C e utilizando se leo mineral para o R22 e R502 e leo ster para o R134a Para outras temperaturas de evapora o deve se utilizar as corre es dadas na Tabela 3 25 TABELA 3 24 CAPACIDADE DE REFRIGERA O M NIMA EM KW LINHA DE DESCARGA R502 TEMP TEMP DI METRO NOMINAL DO TUBO OD EM mm SAT DESCAR 20 60 045 083 140 238 452 803 1296 2485 42 98 6514 134 40 70 0 4400 DOS SOM Dis RA SO SO ISO ZA IS RAT 63260 OS 80 0S5 7 dp 226 42 den 22 e ao obg AE 30 70 0 4608 06400 RIA PAO RR SS SSD BIS 120 25 IS R S Si 65 940 BIS 6 04 80 045 082 138 234 445 790 12 76 2446 4231 5413 132 30 90 044 080 134 229 434 TN 1244 2385 4126 6253 129 02 40 80 0 4508 O SS RISO Z RAS O OS a e ZA TA RADAR GA TS ES 90 044 080 135 230 438 777 12 54 2404 4159 6303 130 04 100mm 0 4888 0 7800 IS 20 2240 RA 260 SG 2200 R28 400 Aa 50 90 0S 7 I5 22 dis es zm elos o lo eE 100 RRO 4200 0805 0700 RIO DEZ r O 22 98 BS9 650 RO 0 10 EIZ4 IDO duto Mil 075 25 2 20 420 Gr 2270 liar a S 208 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA 3 25 CORRE ES PARA AS CAPACIDADES DAS LINHAS DE DESCARGA REFRIGERANTE TEMPERATURA DE SUC O SATURADA EM SC R22 0 87 0 90 0 93 0 96 1 02 R502 0 77 0 83 0 88 0 93 11 04 TEMPERATURA DE SUC O SATURADA EM C R134a 0 5 10 1 02 1 04 1 06
103. 4 0 00662 30 0 00091 0 00093 0 00095 0 00701 0 00739 0 00780 0 00626 0 00653 0 00681 Exemplo Considere um sistema frigor fico operando com R22 com capacidade de 100 TR temperatura de evapora o de 5 C e de condensa o de 402C A linha de suc o tem um comprimento de 25 m e dotada de duas v lvulas angulares uma v lvula de reten o e tr s cotovelos A linha de descarga tem um comprimen to de 30 m sendo dotada de uma v lvula globo uma v lvula de reten o e tr s cotovelos A linha de l quido tem um comprimento de 55 m duas v lvulas angulares e tr s cotovelos Determine o di metro destas tubula es a perda de carga nestas linhas Solu o Da Tabela 3 26 tem se m 0 00636 kg s kW ou m 2 24 kg s Dos diagramas de propriedades Figura A 1 no CD Veuc 0 05534 m kg Viiy 0 000884 m kg Pdesc 1534 kPa Psuc 422 kPa Vaz o volum trica na suc o Vye 2 24kg s 0 05534 m kg 0 124 m s 210 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Vaz o volum na linha de liquido Vig 2 24 0 000884 0 00198 m s 5 as 422 Vaz o volum trica na descarga Vqesc 0 124 TIT 12 0 0409 m s Linha de suc o admitindo se inicialmente um di metro Std de 105 mm tem se Comprimento 25m 2 v lvulas angulares 2x 14 8 m 1 v lvula de reten o 1x126m 3 cotovelos 90 3x22m Total 73 8 m Da Tabela 3 16 tem se Capacidade 527 8 kW AT 0 04K m AP 572Pa m
104. 4 8 Capacidade frigor fica do compressor Uma vez determinadas todas as parcelas da carga t rmica o passo seguinte ser deter minar a capacidade frigor fica do compressor Conforme observado nos itens anteriores as EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL XY parcelas da carga t rmica foram determinadas para um dia isto seus valores s o dados em kcal dia Por m o compressor do sistema frigor fico n o deve operar 24 horas por dia o que exige uma fixa o do seu tempo de opera o para a determina o de sua capaci dade frigor fica O tempo de opera o dos compressores normalmente varia de 16 a 20 h dia de acor do com o tipo de instala o e a temperatura da c mara como indicado na Tabela 2 8 Vale lembrar que exceto para o caso de degelo por circula o de ar o tempo de opera o dos ventiladores dos evaporadores igual ao dos compressores Ap s a defini o do tempo de opera o dos compressores a capacidade frigor fica ser dada pela equa o 2 59 RT T ET ET 2 59 Qo tm T prod inf t mot T ilum T pes Wvent kcal hora Top emque Q a capacidade frigor fica do compressor em kcal h Top O tempo de opera o dos compressores em h dia TABELA 0 8 TEMPO DE OPERA O T PICO DE COMPRESSOS FRIGOR FICOS TIPO DE DEGELO DOS EVAPORADORES TEMPO DE OPERA O DOS COMPRESSORES Natural Tcam gt 1 C 16a 18 h dia Circula o de Ar e Aspers o
105. 5 246 22 7 208 188 167 144 118 88 56 40 25 0 WS AH AJ A u 206 Ba ly y QA 30 0 SaL SB Sl 295 ZM 25 Zu A dm e 35 0 40 6 387 367 347 327 305 282 256 226 193 40 0 412 452 432 412 391 370 346 320 289 256 15 0 245 226 20 7 188 168 147 124 98 SE Sho 20 0 Zea dos Mo us jo des M2 do MOS 3 50 25 0 SB au 20 Zu 25 250 206 dolo SO Ui 30 0 Sal Sos SM SPS dp Ze 290 2d ANS Ly 35 0 450 430 410 390 369 347 324 297 267 234 40 0 52 8 508 488 467 44 6 424 400 374 343 309 15 0 23 2 co ol dio AGO ls AU Gl 48 20 0 8 1200826 500826 400024 400020 40002 0 20 FO O SI SO 60 25 0 354 335 315 296 275 254 230 204 174 141 30 0 a Se dh SB Sem SD 2 295 25 O 35 0 49 3 473 453 432 411 389 365 339 308 274 40 0 585 564 544 523 501 479 455 428 397 363 15 0 Ph po ZS M AML JS J dd GQ GO 20 0 SPL SO 22 Pop iz elo O MAL MAIL O 70 25 0 WO ss so sro O A 2 22 Ey eA 30 0 450 430 410 390 369 347 323 296 266 232 35 0 536 516 495 475 454 431 407 380 349 315 40 0 64 1 62 0 600 578 557 534 509 482 451 416 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL o 2 4 6 Cargas diversas Todos os equipamentos el tricos instalados no interior da c mara frigor fica l mpadas motores etc dissipam calor Portanto tamb m devem ser inclu dos no c lculo da carga t rmica O calor dissipado por motores el tricos pode ser obtido a partir da sua pot ncia e do seu rendimento Na aus ncia de dados espec ficos sobre um item determinado podem ser
106. 7 0 80196 12202828 268220 E232373 300 304050 58135 88734 155689 217871 352397 362060 371743 gt AT para outras capacidades e comprimentos equivalentes Valores baseados em temperaturas a de condensa o de 30 2C AT Ti apl carea LNA e eenen real Para valores diferentes utilizar corre o abaixo e Capacidade TAB TEMP DE LINHAS DE LINHAS DE CONDENSA O C SUC O DESCARGA 20 1 04 0 86 AP para outras capacidades e comprimentos equivalentes 30 1 00 1 00 40 0 96 1 24 AP APTAB r r iss LegraB so Capacidade TAB 50 0 91 1 43 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA 3 15 CAPACIDADES PARA LINHAS DE SUC O DESCARGA E LIQUIDO R134A EM KW LINHAS DE SUC O LINHAS DE DESCARGA LINHAS DE L QUIDO AT 0 04 K m AT 0 02 K m TEMP DE SUC O SATURADA C AT o a AP Pa m Vel 0 5 AP 318 368 425 AP 538 0 Pa m m s Ra 12 0 62 0 7 0 92 ALL IL sb 1 69 il 1 84 6 51 8 50 15 118 1 45 1 76 22 2 54 B28 3 37 35l 1060 630 18 2 06 252 3 60 3 69 4 42 5 6 5 85 6 09 16 00 28 40 22 3 64 4 45 5 40 6 50 1 17 9 87 10 30 10 70 2450 50 10 28 7 19 8 80 Moj o Zeo iso do 20 50 2110 4100 99 50 35 1320 16 10 95 08 285 00 2 O RES S TO O RS 7720 38 70 64 90 183 00 42 21 90 26 80 3240 39 00 4650 5900 61 60 64 10 95 20 304 00 54 43 60 53 20 6440 7730 92 20 117 00 122 00 127 00 160 00 605 00 67 71 10 9460 115 00 13800 16400 20800 217 00 22600 24
107. 7 ho 157 99 Press o Press o x Ed m Ea i4 Entalpia i zi i ik kcal a kg i 3 109 67 Press o es Eu hj 148 17 157 99 T 12 0 40 8 0 Sub Resfriamento aTsr em Celsius Figura 2 18 Influ ncia do sub resfriamento no COP do ciclo te rico 48 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL d Influ ncia do superaquecimento til no COP do ciclo te rico Quando o superaquecimento do refrigerante ocorre retirando calor do meio que se quer resfriar chama se a este superaquecimento de superaquecimento til Press o 2 Press o T 2 C Entalpia h 113 48 hy 149 47 kcal kg h 113 48 hy 148 80 kcal kg 3 h 158 53 h 159 52 Press o gt Press o h 113 48 h 1 50 77 h 113 48 hy 150 17 3 3 h 160 47 LEGENDA R717 R134a S const KEE Tc 45 C To 10 C Press o e T hy 1 13 48 Entalpia 3 T T i 4 0 8 0 12 0 16 0 20 0 Superaquecimento til aTsa em Celsius Figura 2 19 Influ ncia do superaquecimento no COP do ciclo te rico EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 49 A Figura 2 19 mostra a influ ncia desse superaquecimento na performance do ciclo de refrigera o Como pode ser observado no ltimo quadro desta figura a varia o do COP com o superaquecimento depende do refrigerante Nos casos mostrados p
108. 735 46 55 19 555 R407C 86 20 86 19 4 597 43 90 21 486 R409A 97 40 107 00 4 600 34 20 217525 R410A 72 58 1213 4 925 51 54 19 718 R500 99 31 105 5 4423 159 0 33 50 1191975 R502 111 60 82 20 4 075 45 50 19 258 R507A 98 86 70 74 3 714 47 10 19 408 R170 30 07 32 20 4 891 183 0 88 80 14 645 R290 44 10 96 70 4 284 188 0 42 10 18 669 R600 58 13 152 00 3 794 139 0 0 50 22 425 R600a 58 13 135 00 3 645 160 0 11 70 21 174 R717 17 03 133 00 11 417 TA 33 30 23 343 R718 18 02 374 00 22 064 0 100 00 40 664 R744 44 01 31 10 7372 88 10 17 006 A temperatura de ebuli o normal das misturas n o azeotr picas corresponde que la de forma o da primeira bolha de vapor press o atmosf rica normal EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 179 Em rela o vaz o volum trica de refrigerante no estado de l quidos saturado a am nia a que apresenta o menor valor Para os di metros da linha de l quido indicados naTabela 3 9 observa se que os di metros associados aos refrigerantes halogenados variam pouco A am nia entretanto requer um di metro significativamente inferior em torno da metade dos valores dos refrigerantes halogenados Com rela o ao coeficiente de performance COP a varia o pequena sendo que para os refrigerantes R134a e R404a alternativos aos CFCs o COP levemente inferior TABELA 3 9 DESEMPENHO RELATIVO AO CICLO B SICO DE COMPRESS O A
109. 8 00 1080 00 19 120 00 14700 177 00 21300 25300 321 00 335 00 34900 346 00 1670 00 105 257 00 313 00 379 00 45400 54100 68600 71500 74400 618 00 3580 00 AT para outras capacidades e comprimentos equivalentes Valores baseados em temperaturas Us de condensa o de 40 C Ata stran oaea Capacidade real Para valores diferentes utilizar corre o abaixo Capacidade TAB TEMP D LINHAS DE LINHAS DE CONDENSA O C SUC O DESCARGA 20 1239 0 682 AP para outras capacidades e comprimentos equivalentes 30 1 120 0 856 40 1 000 1 000 AP APTAB r r s LegTAB a TAB 50 0 888 1 110 Dimensionamento de linhas de descarga de g s Ao dimensionar linhas de refrigerante situadas entre a v lvula de descarga do compres sor e o condensador algumas das considera es discutidas no dimensionamento de linhas de suc o tamb m s o aplic veis A queda de press o n o t o cr tica mas a velocidade deve ser adequada para assegurar o fluxo do leo juntamente com o vapor de refrigerante 2102 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A queda de press o nas linhas de descarga aumenta a taxa de compress o e conse quentemente a pot ncia necess ria para acionar o compressor Ao mesmo tempo a efi ci ncia volum trica diminui com o aumento da taxa de compress o o que resulta em redu o da capacidade do compressor TABELA 3 16 CAPACIDADES PARA LINHAS DE SUC O DESCARGA E LIQ
110. 82 352 E lt 1 1 C gt OK 10 7942 ap 749 192 352 24963 Pa 24 9 kPa 10 7942 Como AT A 0 33 C calculado menor que o m ximo recomendado 1 1 C o di metro especificado pode ser utilizado 3 3 10 Degelo Nos evaporadores que trabalham com temperaturas inferiores s de congelamento pode ocorrer o ac mulo de gelo sobre sua superf cie o que leva redu o de capacidade e efici ncia do sistema frigor fico Nos evaporadores aletados o ac mulo de gelo bloqueia a passagem do ar restringindo o seu fluxo e consequentemente a transfer ncia de calor A taxa de ac mulo de gelo aumenta com a redu o da temperatura de evapora o e com a taxa de utiliza o do ambiente refrigerado Degelo a ar O degelo a ar somente pode ser utilizado quando a temperatura da c mara superior temperatura de congelamento sendo que o mesmo deve ser efetuado durante os per o dos nos quais a c mara n o necessita de resfriamento e o sistema frigor fico est desliga do Durante o ciclo de degelo o ventilador dos evaporadores continua operando o que provoca o derretimento do gelo formado sobre a superf cie dos evaporadores Este siste ma de degelo normalmente controlado por timer Alguns sistemas podem necessitar de longos per odos de degelo provocando uma varia o excessiva da temperatura da c mara Al m disto parte da umidade formada sobre a superf cie do evaporador durante o degelo ser transferida novamente para
111. A EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL E Qo U A ATm 3 24 ATm Tea To Tsa To Toa Tsa qe m 3 25 1 To Toa g To Valendo se de uma simplifica o semelhante quela utilizada para o condensador pode se calcular a diferen a de temperatura m dia logar tmica em fun o da temperatu ra m dia do flu do a ser resfriado como mostrada na Figura 3 32 Assim tem se Ta T AT Tm To Tm e 3 26 Combinando se as equa es acima obt m se uma express o que permite calcular a capacidade do evaporador a partir da temperatura de entrada do flu do no mesmo e da temperatura de evapora o como mostra a equa o 3 27 2M Ca UA Qo 2 ea To 3 27 UA 2 macp Analogamente ao caso do condensador pode se escrever a equa o 3 27 consideran do se a capacidade do evaporador por diferen a unit ria de temperatura Fevap tamb m chamada de fator de troca de calor do evaporador o qual para um dado fator de incrus ta o do evaporador tamb m varia em da vaz o do flu do a ser resfriado Qo Fevap Tea To 3 28 As caracter sticas t picas de evaporadores para resfriamento de ar e gua s o mostra das nas figuras abaixo Na Figura 3 33 a mostrada a capacidade frigor fica de um deter minado evaporador em fun o da temperatura de evapora o e da temperatura de entra da do ar no evaporador para dois valores t picos de velocidade de face Na Figura 3 33
112. ABELA 3 7 RELA O DE ALGUNS REFRIGERANTES SUA DESIGNA O NOME E COMPOSI O QUIMICA FAM LIA COMPOSI O NOME N ODP GWP QUIMICA Hidrocarbonetos CClaF Tri cloro monofl or metano il 1 1 halogenados CCl2F2 Bi cloro bi fl or metano 12 1 3 20 CCIF3 Mono cloro tri fl or metano 13 CHCIjF Hidro bicloro mono fl or metano 22 0 05 0 34 CHF3 Hidro tri fl or metano 23 0 N d CH2F2 Bi hidro bi fl or metano 32 0 0 12 172 TABELA 3 7 CONTINUA O COMPOSI O QU MICA CHEIE C2HF5 C2H2F4 C2H4F2 22 152a 124 FAM LIA Misturas n o azeotr picas 125 290 22 60 2 38 290 22 218 5 75 20 125 143a 134a 44 52 4 32 125 134a 20 40 40 22 124 142b 60 25 15 12 152a 73 8 26 2 22 115 48 8 51 2 125 143a 50 50 C2H6 C3Hg C4H10 C4H10 Compostos NH3 Misturas azeotr picas Hidrocarbonetos Inorg nicos H20 CO2 53 13 34 NOME Hidro bicloro bifl or etano Hidro pentafl or etano Bi hidro tetra fl or etano Tetra hidro bi fl or etano 407C Etano Propano Butano Butano normal isobutano Am nia gua Di xido de carbono EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL N 0 D R C i 134a 152a 401A 402A 403A 404A 409A 500 502 507A 170 290 600 600a PAN 718 744 0 38 0 05 0 22 0 02 0 84 0 28 0 03 0 22 0 52 0 30 Sl EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL AS
113. Alguns segmentos deste setor comercial possuem outros tipos de consumo espec ficos como por exemplo hot is kWh di rias ou kWh n de h spedes este depender da taxa de ocupa o hospitais kWh n de leitos ocupados No setor industrial geralmente ser em rela o ao que est sendo produzido Para exemplificar uma ind stria consumiu 10 000 kWh para produzir 8 toneladas de um produto A e 3 toneladas de um produto B O importante descobrir quanto de energia el trica foi utilizado para produzir A e B Vamos supor que ap s realiza do o rateio de energia el trica chegou se a 70 da energia el trica utilizada para produzir A Ent o O consumo espec fico de A igual a 7 000 kWh 8t 875 kWh t e O consumo espec fico de B igual a 3 000 kWh 3t 1 000 kWh t Pelo exemplo anterior conclui se que uma empresa pode ter mais de um consumo espec fico Identificar o consumo espec fico vai depender do bom senso O importante desco brir o que realmente faz alterar o consumo de energia el trica Acompanhar simples mente a varia o do consumo kWh mensal n o o suficiente pois ap s implementar medidas de economia de energia el trica o consumo pode aumentar devido a um aumento de produ o 276 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Ao contr rio do que possa parecer a implanta o da Gest o Energ tica n o implica necessariamente redu o de consumo d
114. CA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 251 As aberturas das ilhas e balc es devem ser fechadas no final da jornada de trabalho para que n o haja perda de frio para o ambiente Pode se ainda desligar o equipamen to quando as caracter sticas do produto e ou operacionais permitirem ao final do expediente Forma o de gelo no evaporador e nas tubula es de refrigerante A forma o ou ac mulo de gelo no evaporador e nas tubula es pode ser causada pela falta de isolamento das tubula es desregulagem da v lvula termost tica ou aus ncia de for ador de ar no evaporador A forma o de gelo no evaporador dificulta a troca de calor ocasionando redu o de efici ncia e aumento no consumo de energia Automa o do for ador de ar O for ador de ar deve permanecer desligado enquanto a porta do ambiente refrigera do permanecer aberta para evitar a fuga de ar refrigerado e a entrada de ar quente A automa o do funcionamento do for ador de ar por meio da instala o de um inter ruptor liga desliga na porta desliga o motor do for ador de ar dos evaporadores eco nomizando energia el trica e t rmica Condensador pr ximo a fontes de calor A instala o do condensador pr ximo a fontes de calor aumenta a temperatura de con densa o reduz a efici ncia do sistema e eleva o consumo de energia el trica Presen a de impurezas leo e poeira nas aletas e tubos do condensador A presen
115. DO TUBO OD EM mm 4035 05 024 0 RO Ga 125 22 RS GS 705 1220 BIS MOR SES 25 05 05 0 066 12 22 359 GES f A J L RS OS 15 Oil mm sm ON dz aA S2 S00 200 IS 02 08 RO SOM 065 p o f Ao RS 7200 GW REIS LO SU RS 070 2S 5 20088 0 5700 0 RR 0700 DOS o2 RI a RREO 5 0 0 J oel p ao BRITO a 5 5167700 0 8700 RISO 28460 RS 8776 D 0 0 2008 OS 060 f LS p ZE RS OO e S 212 eS RSA 10 0A OS J 0 6 Za BRA 940 a 5A 26 4850 o 882 66 20 027 050 083 142 270 479 7 74 14 84 2566 3889 80 24 5 10 0 5588 0 6400 70 700 RRICS 20 RES T DO PG 9 9 RI 0400 082 9400 49 920 8102 99 20 0 l 0S J mo p a RES SG RS OS RO GT RS AS Sia PAS 20 R99 69 30 0S 0S0 don 7 26 Sm Gb if Ses dos o 206 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA 3 21 CORRE ES PARA AS CAPACIDADES DAS LINHAS DE SUC O TEMPERATURA DA LINHA DE L QUIDO EM 2C REFRIGERANTE 20 30 50 R134a 1 20 1 10 0 89 R22 1117 1 08 0 91 R502 1 26 1 12 0 86 TABELA 3 22 CAPACIDADE DE REFRIGERA O M NIMA EM KW LINHA DE DESCARGA R134A TEMP TEMP DI METRO NOMINAL DO TUBO OD EM mm 20 60 047 0 86 145 246 4 68 831 1341 25 71 4447 6740 139 05 70 am ol do Ze ciMlo rim A Mao T sis EOS 80 0 4508 0O 15 22 450 J ves J 1251 ZAL i e ROSS ST 30 70 MA O 152 259 40 eS o o A O SO 80 040m OSS RAS RAS RA 2 O RS 200 BIS 280 R25 8 0 RA
116. DUSTRIAL E COMERCIAL b Influ ncia da temperatura de condensa o no COP do ciclo te rico Como no caso da temperatura de vaporiza o a influ ncia da temperatura de conden sa o mostrada em um conjunto de ciclos em que apenas se altera a temperatura de condensa o Tc Esta an lise est mostrada na Figura 2 17 0bserve que uma varia o de 152C na temperatura de condensa o resultou em menor varia o do COP se comparado com a mesma faixa de varia o da temperatura de evapora o cal Eai Pod el Entalpia Entalpia k he 148 2 h 160 0 Press o aN Nav a bow Figura 2 17 Influ ncia da temperatura de condensa o no COP do ciclo te rico EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 47 c Influ ncia do sub resfriamento do l quido no COP do ciclo te rico De forma id ntica aos dois casos anteriores a Figura 2 18 mostra a influ ncia do sub resfriamento do l quido na sa da do condensador sobre a efici ncia do ciclo Embora haja aumento no COP do ciclo com o aumento do sub resfriamento o que timo para o sis tema na pr tica se utiliza um sub resfriamento para garantir que se tenha somente l qui do na entrada do dispositivo de expans o o que mant m a capacidade frigor fica do sis tema e n o para se obter ganho de efici ncia COP 3 63 Press o gt Press o Ed a hy 112 51 hy 148 17 ho 157 99 h35 11 55 hy 148 1
117. EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL GPROCEL Eletrobr s EFICI NCIA ENERG TICA INDUSTRIAL ELETROBR S Centrais El tricas Brasileiras Praia do Flamengo 66 Bloco A 14 andar Flamengo CEP 22210 030 Rio de Janeiro RJ Tel 21 2514 5151 Fax 21 2507 2474 PROCEL Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica Av Rio Branco 53 20 andar Centro CEP 20090 004 Rio de Janeiro RJ Tel 21 2514 5197 Fax 21 2514 5155 FICHA CATALOGR FICA CENTRAIS EL TRICAS BRASILEIRAS FUPAI EFFICIENTIA Efici ncia Energ tica em Sistemas de Refrigera o Industrial e Comercial Rio de Janeiro Eletrobr s 2005 316p ilust Cont m CD 1 Conserva o de Energia El trica 2 Refrigera o L T tulo Il Venturini Osvaldo Jos III Pirani Marcelo J os CDU 621 3 004 621 3 004 14 004 1 621 56 Trabalho elaborado no mbito do contrato realizado entre a ELETROBR S PROCEL e o cons rcio EFFICIENTIA FUPAI MME MINIST RIO DE MINAS E ENERGIA Esplanada dos Minist rios Bloco U CEP 70 065 900 Bras lia DF www mme gov br Ministra Dilma Rousseff ELETROBR S PROCEL Av Rio Branco 53 20 andar Centro CEP 20090 004 Rio de Janeiro RJ www eletrobras com procel procelQeletrobras com Presidente Silas Rondeau Cavalcante Silva Diretor de Projetos Especiais e Desenvolvimento Tecnol gico e Industrial e S
118. ERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Capacidade e efici ncia dos compressores Scroll A capacidade de refrigera o dos compressores Scroll para sistemas de expans o dire ta est na faixa de 1 a 15 TR 52 3 kW Para resfriadores Chiller est na faixa de 10 a 60 TR 35 a 210kW Os compressores Scroll possuem alta efici ncia volum trica variando de 96 9 a 93 6 para um aumento de rela o de press o de 2 77 para 3 58 Para rela es de press o em torno de 3 a efici ncia isentr pica de 70 Os compressores Scroll possuem maior COP 3 35 em rela o aos compressores rotativos e alternativos O HCFC 22 o refrigerante utilizado atualmente em compressores Scroll Os refrigeran tes HFC 407C e HFC 410A s o em longo prazo seus substitutos O ano previsto para o fim da fabrica o do refrigerante HCFC 22 em pa ses desenvolvidos 2020 em pa ses em desenvolvimento tal refrigerante deixar de ser fabricado em 2040 Sele o do compressor A sele o do compressor mais eficiente para uma determinada aplica o envolve v rios aspectos entre eles condi es de opera o capacidade requerida e curva de carga varia o e controle de capacidade Para sistemas de pequena capacidade com compressores acionados por motores el tricos com pot ncia de at 5 kW tais como pequenas c maras frias pequenos chillers e outras aplica es comerciais pode se usar a figura 3 21 com indicativo por m a sele
119. FICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Na Figura 2 26 mostrado um esquema de um sistema multipress o de dois est gios de compress o apropriado para utiliza o do refrigerante R22 e o respectivo ciclo termo din mico num diagrama P x h O vapor descarregado pelo compressor de baixa press o n o resfriado separadamente por um trocador de calor e sim pela mistura com o refri gerante saturado do separador resfriador de l quido Neste caso 0 separador resfriador de l quido tipicamente do tipo n o inundado Ao inv s da v lvula de b ia como mostrado na Figura 2 24 e na Figura 2 25 usa se uma v lvula de expans o termost tica no separa dor resfriador de l quido O bulbo remoto desta v lvula de expans o est instalado na linha de suc o do compressor de alta press o num ponto ap s a mistura das duas cor rentes de flu do Separador de l quido resfriador Compressor de alta baixa Figura 2 26 Esquema de um sistema multipress o t pico para utiliza o com R22 Os sistemas indicados na Figura 2 24 e na Figura 2 25 s o frequentemente utilizados para aplica es industriais e comerciais A ind stria aliment cia a ind stria de gelo e as c maras frigor ficas de baixa temperatura s o normalmente resfriadas desta maneira Os refrigerantes R12 R22 e R134a s o utilizados em sistemas do tipo mostrado na Figura 2 26 para c mara de teste de baixa temperatura
120. FICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 195 TABELA 3 13 RESIST NCIA DIFUS O DE VAPOR D GUA COM RELA O AO AR MATERIAL DENSIDADE kg m FATOR DE RESIST NCIA Ar 1 16 1 Concreto poroso 614 900 3 3 7 0 Fibras de vidro ou de rochas 60 100 155 175 Gesso 1120 6 2 Placas de corti a alcatroada 150 230 25 14 Placas de corti a cozida 100 140 5 6 30 Poliestireno Expandido 15 70 Poliestireno Expandido 20 90 Poliestireno Expandido 30 120 Paredes de tijolos com revestimento 1550 1860 42 Espuma elastom rica 7000 A difus o de vapor d gua atrav s do isolamento pode ser atenuada ou eliminada pela utiliza o de uma capa herm tica do lado mais quente barreira de vapor Uma barrei ra de vapor pode ser realizada de v rias maneiras emuls o de asfalto mantido em suspens o na gua por meio de materiais coloidais hidroasfalto feltro ou papel o asfaltado feltro asfaltado revestido por uma folha de alum nio folhas de alum nio coladas sobre uma tela plastificada e recobertas por um revestimen to pl stico de prote o ou filme termopl stico soldado EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 196 M nima espessura do isolamento para evitar condensa o superficial Considere o problema do isolamento das paredes planas de uma c mara frigor fica Um dos problemas mais graves de isolamento de baixas temperaturas a cond
121. FP X Pre os HFP para per odos seco e mido Total Registrado no HP xX Pre os HP para per odos seco e mido Maior valor entre a medida ou a contratada x Pre o nico Exce o Ver observa o 2 Maior valor entre a medida ou a contratada X Pre o nico Exce o Ver observa o 2 Maior valor entre a medida ou a contratada X Pre os diferenciados para HFP e HP Exce o Ver observa o 2 Aplic vel quando a demanda medida superar a contratada em 10 Aplic vel quando a demanda medida superar a contratada em 10 Aplic vel quando a demanda medida superar a contratada em 10 na MT e 5 na AT nos respectivos hor rios EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 269 Observa es 1 Caso uma unidade consumidora enquadrada na THS apresente 9 nove registros de demanda medida menor que 300 kW nos ltimos 11 onze ciclos de faturamento pode r optar por retornar para a Convencional 2 Quando a unidade consumidora for classificada como rural ou reconhecida como sazonal a demanda a ser faturada ser Tarifa convencional a demanda medida no ciclo de faturamento ou 10 da maior demanda medida em qualquer dos 11 onze ciclos completos de faturamento anteriores Tarifa horo sazonal a demanda medida no ciclo de faturamento ou 10 da demanda contratada A cada 12 doze meses a partir da data da assinatura do contrato
122. GERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 1537 Capacidade Frigor fica kcal h EE EE EA EA E l 20 15 10 5 0 5 Temp de Vaporiza o C Figura 3 44 Capacidade frigor fica de uma dada v lvula de expans o termost tica 60000 56000 52000 48000 44000 40000 36000 32000 28000 24000 20000 SC Com a a PO PS Tp a 7 ENE iq Capacidade Frigor fica kcal h 5 6 7 8 9 10 11 12 AP bar Figura 3 45 Capacidade frigor fica da dada v lvula de expans o termost tica 138 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL V lvulas de expans o eletr nicas As v lvulas de expans o el tricas ou mais precisamente as eletr nicas ou microproces sadas s o capazes de promover um controle mais preciso e eficiente do fluxo de refrige rante resultando em economia de energia Atualmente existem tr s tipos b sicos de v l vulas de expans o el tricas as acionadas por motores de passo as de pulsos de largura modulada e as anal gicas Os motores de passo podem ser eletronicamente controlados de forma que se pode obter rota o cont nua do seu eixo nas duas dire es Al m disto eles podem ter o seu eixo movimentado de forma discreta em fra es da sua rota o Utilizando um acopla mento por engrenagens e cremalheiras o movimento de rota o destes motores pode ser facialmente transformado em movimento de transla o o que permite executar movi mentos de abertura e fechame
123. ICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL As temperaturas de armazenamento de alimentos congelados variam na faixa de 232C a 18 C Produtos mais sens veis a temperatura com peixes s o congelados em tempera turas da ordem de 30 C 4 2 Processamento de alimentos No processamento de alimentos a refrigera o utilizada para provocar mudan a das caracter sticas ou mesmo da estrutura qu mica O queijo a cerveja e o vinho s o exemplos de alimentos processados O processo de cura do queijo exige dependendo do tipo do pro duto temperaturas entre 102C e 202C por per odos que variam de alguns dias at meses A fermenta o da cerveja no qual o a car convertido em lcool e bi xido de carbo no uma rea o exot rmica em que a temperatura do produto deve ser mantida entre 72C e 132C para evitar a redu o ou mesmo a interrup o da transforma o do a car A refrigera o tamb m utilizada no processo de matura o da cerveja que deve ser man tida em ambiente refrigerado por um per odo de dois a tr s meses Na produ o de vinho ap s a fermenta o este mantido em ton is de a o inoxi d vel por um per odo que varia de seis meses a dois anos em temperaturas da ordem de 10 C 4 3 Condicionamento de ar na ind stria Diferente do condicionamento de ar para conforto que visa ao conforto das pessoas o condicionamento de ar na ind stria tem por objetivo satisfazer as condi
124. ISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 131 Quando o refrigerante passa atrav s do orif cio da v lvula a sua press o reduzida at a press o de vaporiza o O refrigerante l quido escoa atrav s do distribuidor e dos tubos do evaporador vaporizando se medida que recebe calor Em determinada posi o ao longo do comprimento dos tubos todo o refrigerante l quido j se vaporizou A partir deste ponto qualquer fluxo adicional de calor provocar aumento da temperatura do refrigerante Assim quando alcan a a sa da do evaporador o refrigerante apresenta pequeno grau de superaquecimento com rela o temperatura de satura o para a press o de vaporiza o Se a carga t rmica aumenta mais refrigerante se vaporiza Conseguentemente a posi o do ponto em que termina a vaporiza o do refrigerante se move em dire o entra da do evaporador Isto causa aumento do superaquecimento do refrigerante o que est associado a um aumento de temperatura na regi o onde est instalado o bulbo da v lvu la Como dentro do bulbo existe refrigerante saturado este aumento de temperatura pro voca aumento de press o no interior do mesmo e na parte superior do diafragma faz a agulha obturadora mover para baixo abrindo a v lvula e aumentando a vaz o de refrige rante Assim mais l quido entra no evaporador de forma a satisfazer a carga t rmica Se ocorrer diminui o da carga t rmica o superaquecimento do refrig
125. L Condensador carca a e tubo Shell and tube Este tipo de condensador constitu do de uma carca a cil ndrica na qual instalada determinada quantidade de tubos horizontais e paralelos conectados a duas placas dis postas em ambas as extremidades Figura 3 28 A gua de resfriamento circula por den tro dos tubos e o refrigerante escoa dentro da carca a em volta dos tubos Os tubos s o de cobre e os espelhos de a o s o para hidrocarbonetos halogenados Para am nia tanto os tubos como os espelhos devem ser de a o de f cil limpeza por varetamento e manuten o fabricado para uma vasta gama de capacidades sendo amplamente utili zado em pequenos e grandes sistemas de refrigera o Refrigerante Figura 3 28 Condensador carca a e tubo shell and tube A velocidade tima da gua em um condensador Shell and Tube deve ser da ordem de 1 0 a 2 0 m s Nunca deve ultrapassar 2 5 m s O fluxo de gua deve ser de cerca de 0 10 a 0 15 I s por tonelada de refrigera o Este fluxo de gua deve ser distribu do entre os tubos de forma a n o exceder a velocidade indicada acima Para a sele o econ mica desses condensadores devem ser considerados os fatores lis tados abaixo que afetam os custos iniciais e operacionais do sistema 1 Aumentando se o tamanho de um condensador aumenta se a efici ncia do com pressor mas ao mesmo tempo seu custo inicial tamb m aumentar 2 Aumentando se o fluxo de
126. NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Dimensionamento de tubos Generalidades As tabelas de dimensionamento b sico de tubos s o estabelecidas para indicar a capa cidade em TR para tamanhos Standard de tubos de cobre em fun o das temperaturas de suc o descarga queda de press o ou comprimento equivalente do tubo Algumas des tas tabelas s o mostradas a seguir Tamb m podem ser utilizados gr ficos para indicar a velocidade nas linhas transportadoras de vapor de refrigerante comparando as com a capacidade Standard do sistema em TR Todas astabelas e gr ficos s o normalmente elaborados para uma condi o de refer n cia por exemplo 4 4 C 40 F de temperatura de evapora o e 41 C 105 F de temperatu ra de condensa o Se for necess rio dimensionar tubos e verificar as velocidades para outras condi es s o aplicados fatores de corre o As Tabelas 3 19 e 3 20 foram elaboradas para uma temperatura de condensa o de 40 C e utilizando se leo mineral para o R22 e R502 e leo ster para o R134a Para outras temperaturas da linha de l quido devem ser utilizadas as corre es da Tabela 3 21 TABELA 3 18 CAPACIDADE DE REFRIGERA O M NIMA EM KW LINHA DE SUC O R134A 10 5 0 2 7008 O SOB C p a DS DRA SS d veS RS O 250 SI BAD ROO 5 02508 0 4500 0 7000 BRI29 0 R2r S 0A022552 15 052400 DOADO OS RR 2 ST RA 2 GOD IS 0200 022 520 SAIS O 5 0 00 054 09L 156
127. PAI Funda o de Pesquisa e Assessoramento Ind stria Rua Xavier Lisboa 27 Centro CEP 37501 042 Itajub MG wwwfupai com br fupai afupai com br Presidente da FUPAI Djalma Brighenti Coordenador Operacional do Projeto Jamil Haddad Luiz Augusto Horta Nogueira Coordenadora do N cleo Gestor Administrativo Financeiro Heloisa Sonja Nogueira EQUIPE T CNICA Apoio T cnico Adriano Jack Machado Miranda Maria Aparecida Morangon de Figueiredo Micael Duarte Fran a Capa Eug nio Paccelli Autor Osvaldo J os Venturini Professores da Universidade Federal de Itajub UNIFEI Co autor Marcelo J os Pirani Apresenta o Considera es Iniciais Siglas e Abreviaturas Introdu o Conceitos B sicos 21 211 2 1 2 2 13 214 215 2 1 6 2 2 221 2 2 2 223 2 2 4 23 231 2 3 2 233 234 235 23 6 24 Defini es Propriedades termodin micas de uma subst ncia Equa es de estado Tabelas de propriedades termodin micas dos fluidos frigor ficos Diagramas de Mollier para fluidos refrigerantes Primeira lei da termodin mica Transfer ncia de calor Ciclos de refrigera o por compress o de vapor Ciclo te rico de refrigera o por compress o de vapor Ciclo real de compress o de vapor Balan o de energia para o ciclo de refrigera o por compress o de vapor Par metros que influenciam o COP do ciclo de refrigera o Sistemas multipress o Separador de l quid
128. Podem ser operacionais que s o aquelas decorrentes de opera es necess rias para cobrir pequenas faltas de caixa empr stimos de curto prazo etc ou de capital que s o aquelas decorrentes de opera es financeiras para financiar a aquisi o de equipamentos relativos aos investimentos EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Si Impostos Tamb m este conceito deve ser levado em conta quando se analisa a empresa a partir do seu balan o patrimonial e dos investimentos capazes de alterar significativamente sua rela o de lucro ou preju zo Isto porque no caso de a empresa apresentar lucro num determinado exerc cio ser necess rio descontar a parcela relativa ao imposto de renda e contribui o social Estes impostos s o calculados como um percentual do resultado do exerc cio conforme o fluxo de caixa operacional esquem tico mostrado na Figura B 10 Receita A p Despesa B Custo Operacional fixo Custo Operacional vari vel Lucro Operacional C A B Receita despesa Deprecia o D Lucro tribut vel E C D Lucro Operacional Deprecia o Imposto de Renda E E Lucro L quido G E F Lucro Tribut vel Imposto de Renda Deprecia o D Fluxo de Caixa H G D Lucro L quido deprecia o Operacional Figura B 10 Fluxo de Caixa Operacional modelo B 7 Influ ncia do financiamento no fluxo de caixa do projeto At aqui foi dito apenas sobre a viabilidade intr nseca de um
129. RIAL E COMERCIAL 309 TABELA B 14 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 PER ODO ANO PROJETO A PROJETO B PROJETO C 1 1 785 71 1 785 71 2 678 57 2 318 88 717 47 637 76 3 427 07 213 53 854 14 4 635 52 190 66 635 52 5 680 91 170 23 567 43 6 253 32 151 99 506 63 VPL R 529 98 R 341 83 R 522 90 TIR 19 21 8 96 17 42 B 6 An lise de investimentos Finalizando o cap tulo vale a pena tecer alguns coment rios de ordem geral com rela o an lise de investimentos embora as considera es sobre a empresa como um todo extrapolem o escopo deste Livro Todavia ao procurar uma maior efici ncia energ tica no uso de Sistemas de Bombeamento o que se est fazendo procurar investimentos no ramo que maximizem o lucro seja este entendido com reinvestimento no caso das empresas de economia mista seja este entendido como dividendos aos acionistas no caso das empresas privadas Economia gerada pelo investimento De modo geral deve ser sempre poss vel identificar os benef cios gerados com um determinado investimento Na busca da maior efici ncia energ tica no uso de Sistemas de Bombeamento os projetos normalmente n o apresentam aumento de receita mas redu o de custo e este o benef cio a considerar na montagem do fluxo de caixa 310 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Custos que devem ser considerados Custos operaciona
130. S 9 ROD B EIS728 90 045 083 139 237 451 801 1293 2479 4287 6497 13405 40 80 OjS100 0950 BS 60 GOMES 000 RS 9S 0 RIA 00 Zon Ra 080 72805033 90 048 0 87 147 250 476 84 1362 2612 4518 6848 141 29 100 0 47 085 143 24 464 823 1328 2547 4405 66 76 137 74 50 90 Oil 00A ds 205 Se GM MAO 278 ds eis LO 100 048 088 148 251 478 848 1369 26 25 4540 6881 141 97 110 047 086 144 245 4 67 S 2008 BIS 300 25 6020 R4 320 Dom IA 3859 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 207 TABELA 3 23 CAPACIDADE DE REFRIGERA O M NIMA EM kW LINHA DE DESCARGA R22 TEMP TEMP DI METRO NOMINAL DO TUBO OD EM mm SAT DESCAR 20 60 05S 00 0 226 356 307 1600 0 S SS 80 908 BIG IDO 70 5588 BRO RG 2 a a RO 720 BIS COR 0020 A856268 80 0S ek 105 Ze 55 go sil 20 oh me ls 30 70 Ooo Loo deu a 505 0 me D e Go a 80 Os flo dt Sofri Sto aos Gs hz Selo EJA AA om 90 osy I oo g wA T 2 GA ae 0 008 BELO FIA SO 95 SBB SSD 6789 40 80 Of Mis o oz lb ICE imo Bis 5655 eia Bjo 90 Cleo Milo its Silo 600 065 TiO S Ayo GIGA S Ww ROSS a o a RISO RS 07700 RS SS RO 840 8167700 882 020 BESSA 68 90 EIS 50 90 M BRIGA Le a S a B PRIOR eo RSS RS 97 ROD SSB RISE Moo of do dg sz O Oe y Seja melo comes dela 110 060 109 183 313 5 94 1054 1702 3263 5644 85 53 17647 As Tabelas 3 22 3
131. UIDO R22 EM KW LINHAS DE SUC O LINHAS DE DESCARGA LINHAS DE L QUIDO AT 0 04 Kim A TEMP DE SUC O AT 0 02 K m SATURADA C AP Pa m AP 749 0 Pa m 12 0 32 0 50 0 75 1 28 1 76 2 30 2 44 2 60 7 08 11 24 15 0 61 0 95 1 43 245 3 37 4 37 4 65 4 95 1149 2154 18 1 06 1 66 2 49 4 26 5 85 7 59 8 06 8 59 1741 3749 22 1 88 2 93 4 39 o 10 31 3 82 14 15 15 07 2666 66 18 28 373 5 82 8 71 14 83 2034 2624 27 89 29 70 44 57 131 0 35 6 87 10 70 5 9988 2172200 DESSA RA STO SD SOS 54 37 7052 240 07 42 1144 17 80 2656 4517 61 84 7950 84 52 90 00 1034 3993 54 2281 3549 5281 89 69 122 7 157 3 167 2 1781 1741 7942 67 40 81 6334 90108 iss Zi Za eh 3163 2699 14150 19 6334 98 13 Meo Zip Sem deita dE 4882 3765 2190 9 105 1360 210 3 12 7200 DSi SA ZA OA BRO O 7 RO 77 GU RAIO RO 0 0 69770 AT para outras capacidades e comprimentos equivalentes Valores baseados em temperaturas de condensa o de 40 C r 185 AT ATTAB Ledreal Capacidade real Para valores diferentes utilizar corre o abaixo Leqrag Capacidade TAB TEMP DE LINHAS DE LINHAS DE CONDENSA O C SUC O DESCARGA 20 1 18 0 80 AP para outras capacidades e comprimentos equivalentes 30 1 10 0 88 Leq Capacidade 40 1 00 1 00 aP aPrap ee TT rea Legras Capacidade TAB 50 0 91 111 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 203 Ao considerar todos esses fatores a pr tica indica que as
132. VAPOR PARA DIVERSOS REFRIGERANTES TEMPERATURAS DE EVAPORA O E CONDENSA O IGUAIS A 152C E 302C RESPECTIVAMENTE R12 R134A R22 R404A R502 R717 Res de evapora o 1825 164 1 295 6 364 3 348 6 236 3 Pa a de condensa o 744 6 770 9 1191 1418 1319 MALTA Pa Rela o entre press es 4 08 4 10 4 03 3 89 3 18 4 96 Efeito frigor fico k kg 1164 147 4 162 9 1134 1044 1102 Vaz o de refrigerante 0 0086 0 0068 0 0061 0 0088 0 0096 0 00091 kg s kW Volume espec fico 0774A 102084210085210 1 02 10 0 839 10 T0 do l quido m kg Vaz o volum trica 0 007 10 0 006 10 0 005 10 0 009 10 0 008 10 0 002 10 de l quido m s kW Di metro da linha de 5 19 4 15 4 22 4 13 4 87 2 34 l quidos para 1kW de refrigera o e perda de carga de 0 02 K m mm Volume espec fico do 91 03 10 1199 10 77 62 107 54 10 50 10 508 5 10 vapor na aspira o do compressor m kg Vaz o volum trica de 0 782 10 0 813 10 0 47710 0476 10 0 47910 0 461 10 vapor na aspira o do compressor m s kW Coeficiente de 4 170 461 4 66 ai dll 4 35 4 15 Performance COP 180 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Aspectos relacionados seguran a na utiliza o e manuseio de refrigerantes A seguran a na utiliza o e no manuseio de refrigerantes est relacionada a quatro aspectos b sicos toxicidade potencial cancer geno potencial mutag nico e inflamab
133. VEL SINTOMAS A O CORRETIVA gua do condensador muito quente ou em quantidade insufi ciente Tubos dos condensadores sujos Funcionamento inadequado dos condensadores evaporativos Presen a de gases n o condens veis no sistema Carga excessiva de refrigerante gua excessivamente quente na sa da do condensador gua excessivamente fria na sa da do condensador Pequeno volume de ar ou gua de aspers o Condensador excessivamente quente e press o de descarga alta Condensador excessivamente quente e press o de descarga alta Fornecer gua em temperatura e quantidade adequada ajustar a v lvula reguladora de gua Limpar os tubos Corrigir a vaz o de ar e de gua limpar a superf cie da serpentina Fazer purga Retirar o excesso de refrigerante PRESS O DE DESCARGA MUITO BAIXA CAUSA PROV VEL gua em excesso no condensa dor Falta de refrigerante V lvulas de descarga do compres sor quebradas ou vazando V lvula de desvio bypass para al vio vazando SINTOMAS gua de sa da do condensador excessivamente fria Bolhas no visor de l quido Press o de suc o sobe muito rapi damente ap s a parada por comando do controle de press o Press o de descarga baixa e de suc o alta A O CORRETIVA Ajustar a v lvula reguladora de gua Consertar vazamentos e comple tar a carga Desmontar o cabe ote inspecio nar as v lvulas e
134. a 2 34 mostra os elementos principais de um sistema de refrigera o com m l tiplos compressores multiplex Como pode ser observado os compressores s o monta dos em um skid ou rack As tubula es de descarga e suc o s o conectadas a manifolds comuns e os compressores operam mesma press o de suc o O uso de m ltiplos com pressores em paralelo pode ser um m todo de controle de capacidade bastante eficiente uma vez que os compressores podem ser selecionados e acionados conforme a carga de refrigera o da instala o Estes sistemas s o particularmente vantajosos para sistemas que apresentam grande varia o de carga como o caso de supermercados em que aspectos operacionais e meteorol gicos podem reduzir a necessidade de frio da instala o a at 10 da nominal Condensadares LASERS EDST Monitola N 8 2 de Descarga gt y ado Dado 1 i A at J pa f J f J JIN Manifold f Compressores Reservat rio de big do E A Pe Nessa ce l quido L gt ado j E DI Evoporedores N N de Suc o vv TYS NA Manifotd Disploy Figura 2 34 Sistema frigor fico t pico de supermercados Multiplex EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 63 A Tabela 2 2 apresenta uma compara o desses sistemas com as unidades individuais convencionais Estes sistemas requerem no entanto cuidados especiais quanto ao retor no
135. a an lise das temperaturas de condensa o t picas resultan tes da utiliza o de condensadores resfriados a ar gua e evaporativos Como pode ser observado na Figura 3 31 a utiliza o de condensadores a gua em sistema aberto isto utilizando se gua proveniente por exemplo de um rio resulta em menores temperaturas de condensa o No entanto estes sistemas est o sujeitos a intensa forma o de incrusta es e da disponibilidade de gua a qual na grande maioria das vezes n o existe Considerando uma ordem crescente de temperaturas de condensa o aparecem em seguida os condensadores evaporativos os resfriados a gua em sistema fechado e os resfria dos a ar sendo estes os mais empregados para sistemas com capacidades inferiores a 100 kW Comparando se os sistemas com condensadores evaporativos com condensadores resfria dos a gua em sistema fechado isto com torre de resfriamento observa se que os evapora tivos resultam em menores temperaturas de condensa o em decorr ncia da exist ncia de somente um diferencial de temperatura Uma vantagem adicional dos condensadores evapo rativos que a bomba de gua destes condensadores de menor capacidade que a requeri da pelos condensadores resfriados a gua o que resulta em menor consumo de energia No entanto os condensadores evaporativos devem estar localizados pr ximos dos compressores para se evitar longas linhas de descarga conex o entre o compresso
136. a de Normas T cnicas ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica AT Alta tens o BHP Brake Horse Power BT Baixa tens o CD Compact disk disco tico CICE Comiss o Interna de Conserva o de Energia CNTP Condi es Normais de Temperatura e Press o ESCO Energy saving company ou empresa de servi o em conserva o de energia FC Fator de carga FP Fator de pot ncia FS Hor rio fora de ponta em per odo seco FU Hor rio fora de ponta em per odo mido HFP Hor rio fora de ponta HP Hor rio de ponta ICMS Imposto Sobre Circula o de Mercadorias IWA International Water Association MME Minist rio de Minas e Energia MT M dia tens o NHFP N mero de horas fora de ponta NHP N mero de horas de ponta NPSH Net Positive Suction Head PGE Programa de Gest o Energ tica PMR Ponto de M ximo Rendimento Procel Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica PS Hor rio de ponta em per odo seco PU Hor rio de ponta em per odo mido S Per odo seco SI Sistema Internacional THS Tarifa o horo sazonal TIR Taxa Interna de Retorno U Per odo mido VPL Valor presente l quido EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL ns Introdu o A utiliza o dos sistemas de refrigera o indispens vel Como consequ ncia tamb m indispens vel o uso da energia el trica para o acionamento dos motores e outros equi pamentos associados a esses sistemas Assim se n
137. a de impurezas como leo ou poeira na rea respons vel pela troca t rmica aleta e tubos reduz a efici ncia do condensador elevando o consumo de energia el trica E recomend vel a limpeza peri dica Falta de colarinho de prote o em torno da h lice do condensador O colarinho respons vel pelo correto direcionamento do ar atrav s do condensador elevando sua efici ncia t rmica e consequentemente diminuindo o consumo de ener gia el trica Descentraliza o da h lice em rela o rea respons vel pela troca t rmica O direcionamento incorreto do ar devido ao posicionamento da h lice descentralizada em rela o rea respons vel pela troca t rmica diminui a efici ncia do sistema Condensador instalado em local obstru do dificultando a circula o de ar A instala o do condensador em local obstru do dificulta a circula o de ar atrav s da 252 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL rea respons vel pela troca t rmica fato que contribu para a eleva o do consumo de energia el trica Conjunto motor compressor n o alinhado ou mal fixado base O alinhamento incorreto ou a m fixa o do conjunto motor compressor base pode provocar danos ao equipamento reduzindo a efici ncia da transmiss o e elevando o consumo de energia el trica Vazamento de leo na gaxeta cabe ote do compressor ou conex es O vazamento de leo na g
138. a de refrigerante Vazamento nas v lvulas do com pressor V lvula solen ide de reten o presa na posi o aberta ou ligada manualmente nessa posi o SINTOMAS Temperatura elevada na rea refri gerada Temperatura baixa na rea refrige rada Temperatura baixa na rea refrige rada Bolhas no visor de l quido Press o de descarga muito alta Compressor ruidoso ou funcionan do com press o anormalmente alta na descarga ou anormalmente baixa na suc o Temperatura baixa na rea refrige rada A O CORRETIVA Verificar a infiltra o excessiva de ar Verificar se a isola o adequa da Reajustar ou reparar o termostato Consertar ou trocar o controle defeituoso Consertar vazamentos e recarre gar Purgar ou retirar o excesso de refrigerante Revis o geral do compressor Consertar a v lvula ou restabele cer o funcionamento autom tico PERDA DE LEO NO COMPRESSOR CAUSA PROV VEL Carga de leo insuficiente Filtros ou v lvulas entupidas Afrouxamento da v lvula ou do bulbo remoto Retorno de l quido ao compressor Ciclagem r pida do compressor Vazamento de leo no c rter SINTOMAS N vel de leo muito baixo N vel de leo baixa lentamente Suc o excessivamente fria Suc o excessivamente fria funcio namento ruidoso do compressor Partidas e paradas muito freq en tes leo no ch o ao redor do compres sor n vel de leo ba
139. a do isolante e At a diferen a de temperatura entre o ar externo acrescido do valor constante da Tabela 0 4 e o interno sendo ainda de acordo com a cor e orienta o da parede A valor calculado pela equa o 5 5 deve ser comparado com um valor empregado comumente em projeto de c maras frigor ficas que de 10 kcal m h Se o valor calcula do for superior a 10 calcula se ent o o calor excedente por Qir 5 10 s fai em que S a rea da parede em considera o Esta perda Qim uma porcentagem da capacidade de gera o Cg kcal h Sendo o consumo de energia el trica do motor do compressor tem se que a perda dada por Q Pir Co Mm KWh m s Es Com rela o ao coeficiente de transfer ncia de calor do isolamento podem ser utiliza dos alguns dos materiais t picos apresentados na Tabela 3 11 Caso o isolante utilizado n o esteja na tabela deve se fornecer o valor de ki o qual pode ser obtido em cat logo de fabricante 5 1 5 Perda por veda o prec ria das portas e cortinas Pved Pode ser obtida aproximadamente em fun o da rea estimada Agsr dos v os e aber turas pela seguinte express o 250 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Qued 150 Aest kcal h 5 8 em que Aest dada em metros quadrados m Como Qyeg UMa porcentagem da capacidade de gera o Cg kcal h e Cm KWh m s o consumo de energia el trica do motor do compressor tem
140. a na qual o meio de resfriamento entra no condensador EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 103 Temp 7 5 a 12 5 Temp SN refrigerante CE refrigerante Te Te E Ya 2 5 0 7 5 rea rea Figura 3 22 Varia o de temperatura do refrigerante e do meio de resfriamento de um condensador Para o comportamento do condensador enquanto trocador de calor pode se utilizar a equa o 3 18 para expressar o fluxo de calor trocado em que U o coeficiente global de transfer ncia de calor A a rea de transfer ncia de calor e ATm l a diferen a de tempe ratura m dia logar tmica entre o refrigerante e o meio de resfriamento dada pela equa o 3 19 Qe UA ATmi 3 18 AT Te Tea To Tsa Isa Tes n Te Tea rf Te Toa 3 19 To 7 Tsa Te Tsa Utilizando se uma an lise simplificada mas suficiente para o prop sito deste texto que usa como base a temperatura m dia do meio de resfriamento como mostrado na Figura 3 22 pode se escrever que a temperatura m dia logar tmica aproximadamente igual a Tsa Tea ATmi Te Tm Tm 2 3 20 104 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Combinando se as equa es acima obt m se uma express o que permite calcular o fluxo de calor no condensador a partir da temperatura de condensa o e da temperatura de entrada do meio de resfriamento no con
141. a realizada na baixa tens o esse valor ser 2 5 consideran do que o transformador possui uma perda de transforma o de 2 5 de todas as grande zas envolvidas Valores de Demanda Faturados Indicam os valores de demanda kW que dever o ser faturados nos HFP e HP respectivamente Esses valores obedecem a regras que foram apresentadas no item Tarifas A 2 8 Consumo espec fico A import ncia da identifica o do consumo espec fico ou dos consumos espec ficos se prende ao fato de que este um ndice que facilita a apura o das economias e resultados O consumo espec fico um ndice que indica o total de energia consumida para o pro cessamento completo de um determinado produto ou para a presta o de um servi o um dos par metros de maior import ncia em estudos que envolvem o uso racional de energia nas empresas A busca por um menor consumo espec fico mediante a implementa o de a es vol tadas para o uso racional de energia deve ser uma preocupa o permanente Para explicar a necessidade da identifica o do consumo espec fico vamos usar a analogia com o consumo de combust vel por um ve culo O propriet rio de um ve culo quando deseja controlar o consumo de combust vel do seu carro n o deve verificar qual o consumo total de litros por m s mas sim quantos km l quil metros por litro o ve culo est desenvolvendo Muitas vari veis influenciam o consumo quantos km foram percorridos na estr
142. ada e dentro da cidade se o ar condicionado foi ou n o utilizado quantos passageiros o carro transportou etc E importante que o propriet rio esteja atento a todas essas varia es De maneira an loga deve ser feito o acompanhamento do consumo de energia el tri ca kWh Muitas vari veis influenciam o consumo de energia el trica o intervalo de leituras do medidor de energia el trica pode variar o clima as f rias novos equipamentos que s o ligados paradas programadas ou n o varia o de produ o etc EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 215 Portanto da mesma maneira que n o faz sentido acompanhar o consumo de combus t vel de um ve culo simplesmente pelos litros que ele consumiu tamb m n o far sentido acompanhar o consumo de energia el trica kWh pelo consumo mensal registrado infor mado em sua fatura Aproveitando a analogia com o consumo de combust vel o correto ser identificar qual o seu consumo de energia el trica para o processamento completo de um determinado produto ou para a presta o de um servi o O consumo espec fico da maioria das unidades consumidoras do setor comercial ser vi os o consumo kWh dividido pelo n mero de dias realmente trabalhados no interva lo de leitura kWh dias trabalhados Nesse caso ele serve para demonstrar quanto de energia el trica realmente utilizado para proporcionar um dia de trabalho da instala o
143. ade inferiora 150TR COP 3 8 Capacidade entre 150 e 300TR COP 4 2 Capacidade superiora 300TR COP 5 2 O controle de capacidade em compressores parafuso pode ser feito por meio de v lvu las corredi as localizadas na carca a do compressor que se movem na dire o axial pro vocando retardamento do in cio da compress o 100 Raz o de volume 4 6 Efici ncia de compress o 0 2 4 6 8 Raz o de Press o Figura 3 12 Efici ncia de compress o de compressores parafuso para diversas raz es entre volumes em fun o da raz o de press o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 93 3 1 3 Compressor de palhetas Os compressores de palhetas podem ser divididos em dois tipos b sicos compressor de palheta simples e compressor de m ltiplas palhetas A Figura 3 13 apresenta um compressor de palheta simples Nesse tipo de compressor a linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro por m exc ntrica em rela o ao rotor de maneira que o rotor e o cilindro permanecem em contato medida que gira Uma palheta simples acionada por mola divide as c maras de aspira o e descarga O HCFC 22 o refrigerante mais utilizado nesse tipo de compressor Os refrigerantes HFC 407C e HFC 410A s o seus substitutos A efici ncia mec nica t pica de um compres sor de palhetas operando com uma rela o de press o de 3 5 de 0 87 A taxa de deslocamento de
144. adores s o medidas as seguintes grandezas pot ncia absorvida pelo motor el trico de acionamento da bomba press o de aspira o e de descarga da bomba diferen a entre essas duas press es cor responde ao aumento de press o da bomba e vaz o de gua atrav s da bomba Conhecendo se o aumento de press o atrav s da bomba e a vaz o pode se calcular a pot ncia da bomba como segue Vagua AP E agua a 3 49 bomba 367000 em que Pbomba pot ncia til da bomba em kW Vagua vaz o de fluido atrav s da bomba em m gt h e AP diferen a de press o entre a entrada e a sa da do ventilador em mmca 226 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Com a pot ncia til e a pot ncia absorvida pode se determinar o rendimento da bomba como 100 bomba 3 50 med TNbomba em que Nbomba rendimento da bomba em Pbomba pot ncia til da bomba kW e Pmed pot ncia medida da bomba kW Comparando os valores obtidos com os valores fornecidos pelo fabricante podem se obter informa es importantes sobre a possibilidade de melhoria energ tica g Evaporador de tiragem for ada As medidas realizadas em evaporadores de tiragem for ada s o vaz o de ar atrav s dos ventiladores temperatura do ar na entrada e na sa da do evaporador temperatura na linha de aspira o pr ximo ao bulbo da v lvula de expans o e Press o na linha de aspira o O v
145. alor da press o no evaporador equivale a uma temperatura de evapora o que pode ser obtida em uma tabela de vapor saturado do refrigerante Uma temperatura de evapo ra o excessivamente baixa origina um trabalho de compress o maior que o necess rio h Tubula o de gua As medidas realizadas na tubula o de gua s o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 227 vaz o de gua e perda de carga ou diferen a de press o entre os pontos da tubula o A pot ncia necess ria para o bombeamento determinada de maneira an loga das bombas Valores t picos de pot ncia de bombeamento s o 30kW por 10 kcal h para gua gelada e gua de condensa o i Tubula o de refrigerante prim rio A medi o das temperaturas no in cio e no final das linhas de l quido de aspira o e de descarga permitem deduzir indiretamente a queda de press o existente j C maras isoladas Deve se determinar o fluxo de calor atrav s do isolamento e dos componentes estrutu rais Um fluxo de calor da ordem de 8kcal hm representa um isolamento excelente 3 5 Opera o e manuten o eficientes Nesse item s o descritas algumas atividades geralmente executadas pelo pessoal de manuten o em sistemas de refrigera o e algumas observa es referentes solu o dos problemas que normalmente ocorrem nesses sistemas 3 5 1 Testes de vazamentos de refrigerantes Este teste efetuado
146. amb m a parcela positiva do fluxo de caixa quando se considera um determinado capital aplicado que gera um deter minado benef cio Se este for constante ao longo dos per odos este fluxo formar tamb m uma s rie uniforme Podem se considerar dois tipos No primeiro os pagamentos ou recebimentos se d o ao final do per odo e s o cha mados presta es vencidas No segundo os pagamentos se d o no in cio do per odo e denominam se presta es antecipadas Os fluxos B 2 e B 3 ilustram o texto Figura B 2 Fluxo de presta es vencidas 288 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Figura B 3 Fluxo para presta es antecipadas Rela o entre capital e as s ries uniformes Considere se o fluxo mostrado na Figura B 4 com presta es vencidas uniformes Para que elas as presta es ou parcelas pagas em datas sucessivas sejam capazes de igualar o capital empregado numa determinada data basta calcular o valor presente de cada uma delas e som las O equacionamento est mostrado a seguir C R FVA 1 1 R FVA 1 2 R FVA in Ou E e poe il 1 Figura B 4 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 289 Sendo a s rie uniforme R constante e pode ser colocado em evid ncia Da ORREZ Tis Da lgebra elementar identifica se o segundo fator como a soma dos termos de uma progress o geom trica
147. amente o balan o de massa e a seguir o de energia para o volume de controle da Figura 2 31 Assim tem se ma mz m my m7 ma m4 m7 2 42 ma he mz hzs m4 ho my hze mz hz ma ha 2 43 mz m e h7 hyze hg Logo my h2 hg my hzs hze ma ha he Portanto Ma tm hz ha rhy hys h7e 2 44 ha he Separador de l quido de alta Figura 2 31 Volume de controle no separador de l quido de alta press o Considerando o evaporador de alta Figura 2 32 0 balan o de energia resulta EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 61 Qo Mz hzs hze ou my Substituindo a equa o 2 45 na equa o 2 44 tem se Figura 2 32 Volume de controle no evaporador de alta mu hz hg Qo4 ma h3 h6 2 46 c Balan o de energia para os compressores Considerando os volumes de controle mostrados na figura abaixo pode se determinar a pot ncia que cada um dos compressores do sistema frigor fico em an lise consome Assim tem se ve A ms 4 pita m3 s EM z Jo O N W X ta j CA yo Ny l Figura 2 33 Volume de controle para o compressor de baixa e de alta 62 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Compressor de baixa Wes m4 h2 h4 2 47 Compressor de alta Weca Ma hg h3 2 48 2 3 6 Alguns exemplos de sistemas frigor ficos A Figur
148. ansfer ncia de calor t m o efeito de aumentar a superf cie efetiva do evaporador melhorando a sua efici ncia A fixa o das aletas deve obedecer a t cnicas apuradas para que seja mantido um ntimo con tato da aleta com o tubo Normalmente as aletas s o perfuradas montadas no tubo Posteriormente feita a expans o mec nica ou hidr ulica do tubo O tamanho e o espa amento das aletas dependem da aplica o para a qual a serpen tina foi projetada e do di metro dos tubos Tubos de pequeno di metro requerem aletas pequenas Para aplica es em refrigera o industrial o n mero de aletas de uma serpen tina varia de 4 a 6 aletas por polegada para temperaturas acima de 0 C e no m ximo de 2 5 aletas por polegada para temperaturas abaixo de 0 C Em serpentinas projetadas para condicionamento de ar que trabalham com temperaturas elevadas este n mero pode ser de 12 a 15 aletas por polegada Aumentando se o n mero de aletas por unidade de comprimento isto diminuindo se o afastamento entre as aletas aumenta se a varia o de temperatura e a redu o de umidade do ar que atravessa a serpentina Outro par metro importante a profundidade da serpentina a qual caracterizada pelo n mero de fileiras n mero de rows de tubos na dire o do escoamento O n mero de rows influencia a remo o de calor latente Quanto maior este n mero maior a redu o de umidade do ar ao atravessar a serpentina O n mero de r
149. antas quantas forem as invers es de sinal do fluxo de caixa A planilha Excel apresenta sempre a solu o mais pr xima da estimativa inserida pelo operador Quando essa estimativa n o inserida o seu valor de default 10 Outra considera o e esta de ordem mais pr tica que este m todo assume que todos os fluxos de caixa ser o reinvestidos se positivos ou descontados se negativos mesma taxa Isto aceit vel desde que os valores encontrados para a TIR estejam pr ximos dos valores de mercado entre 5 e 25 por exemplo Num projeto em que a TIR seja igual a 3 0 no m nimo estranho admitir que as receitas l quidas de caixa sejam reinvestidas a essa taxa De outro lado quando a TIR encontrada muito grande dif cil crer que seja poss vel encontrar um investimento que remunere o capital nesse valor por exemplo superior a 30 ao ano Para resolver este problema pode se contar com o m todo da Taxa interna de retorno modificada MTIR no qual se utilizam uma taxa para o reinvestimento dos fluxos positi vos e outra para os descontos dos fluxos negativos Isso d uma dose de maior realidade s previs es quando da elabora o da an lise de retorno do investimento No exemplo utilizado at aqui se utilizarmos a taxa de 15 para os fluxos positivos e a taxa de 10 para os negativos na alternativa A os valores seriam Tabela B 14 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUST
150. ante se faz com duas finalidades uma durante opera o nor mal e outra para servi os Durante a opera o normal a finalidade do recolhimento permitir que o compressor parta com pouca carga e sem risco de admitir l quido oriundo do evaporador no momen to da partida Neste caso o recolhimento autom tico Quando atingida a temperatura desejada no ambiente refrigerado o termostato desenergiza a v lvula solen ide que fecha e o compressor continua funcionando O l quido bloqueado pela v lvula solen i de Com isso a press o de suc o vai caindo at que o pressostato de baixa desliga o com pressor Quando a temperatura no ambiente refrigerado aumenta o termostato liga o compressor e o sistema volta a operar normalmente Para servi os como substitui o de leo substitui o de filtros e interven es no compressor o recolhimento feito de modo diferente do descrito anteriormente Neste caso com o compressor desligado fecha manualmente o registro de l quido do condensador ou do tanque de l quido se existir Instala se um man metro de baixa na v lvula de suc o e jumpeia se o pressostato de baixa pois a press o de suc o durante o recolhimento ser muito menor que a press o de desarme do pressostato de baixa Aciona se o compressor e quando a press o de baixa desejada for atingida desliga se o compressor retirando se o jump do pressostato de baixa Um minuto ap s o primeiro recolhimento repete
151. aporiza o da ordem de 5 C Outra aplica o t pica poderia ser um processo industrial no qual um arranjo de dois ou tr s est gios de compress o serve um evaporador com temperaturas abaixo de 20 C A Figura 2 20 mostra um sistema t pico de refrigera o multipress o com dois est gios de compress o de vapor utilizado em matadouro frigor fico cujo refrigerante a am nia Este cap tulo considera somente sistemas multipress o tendo dois n veis de baixa pres s o mas os princ pios aqui apresentados podem ser aplicados a sistemas com mais de dois n veis de baixa press o Dois elementos que frequentemente integram os sistemas multipress o s o o separador de l quido e o separador resfriador de l quido Estes dois elementos ser o inicialmente detalhados Posteriormente ser o analisadas algumas combina es de evaporadores e compressores 50 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Vantagens do sistema multipress o Em sistemas multipress o a remo o e a recompress o do vapor produzido pela redu o de press o antes de se completar a expans o reduz a pot ncia requerida pelo com pressor para uma mesma capacidade de refrigera o A redu o da vaz o de refrigerante que circula pelo evaporador possibilita ainda a redu o das dimens es das linhas de l qui do que conectam o separador com o evaporador bem como a linha de suc o do compres sor Por ltimo pode
152. ar consigo corpos estranhos e permitindo a instala o de filtros de ar devido saltas velocidades de sa da do ar os problemas de recircula o s o bastante reduzidos tend ncia a produzir vibra es devido montagem do ventilador sobre a estrutura os elementos mec nicos s o de dif cil acesso e encontram se submergidos em uma corrente de ar mido e quente e menor superf cie ocupada que o sistema mec nico for ado devido aus ncia de ven tiladores ao redor datorre ET O ER SR A Joe sas N Is N fa za KV m e a Ls ae as 6 ro Fluxo Cruzado Figura 3 54 Torre de tiragem induzida Descri o dos sistemas vinculados utiliza o de energia Sistema de distribui o de gua Os sistemas de distribui o de gua s o classificados como porgravidade e por press o 152 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O sistema por gravidade utilizado quase sempre com torres de fluxo cruzado enquan to que em torres de contracorrente geralmente utilizado o sistema por press o Sistema por gravidade Figura 3 55 Sua principal vantagem consiste na pequena altura de bombeamento requerido a qual conduz a baixos custos de opera o A regulagem da vaz o de gua por c lula necess ria para atingir a m xima efici ncia feita mediante a simples inspe o visual e a conseguin te varia o do n vel de gua na bandeja A
153. ar ou substituir o controle el tricos de controle com partidas e paradas muito fre defeituoso q entes 236 QUADRO 3 1 CONTINUA O EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL COMPRESSOR LIGANDO E DESLIGANDO REPETIDAMENTE A O CORRETIVA SA PROV VEL SINTOMAS Funcionamento normal por m com partidas e paradas muito fre quentes Diferencial do controle de baixa press o com ajustagem muito estreita Vazamento na v lvula solen ide na tubula o de l quido Evaporador sujo ou congelado Condensa o defeituosa Sobrecarga de refrigerante ou gases n o condens veis Falta de refrigerante V lvula reguladora da gua inope rante ou entupida ou gua muito quente Obstru o na canaliza o de gua ou press o da gua muito baixa Filtro sujo na tubula o de liqui do Motor defeituoso Condensador obstru do Funcionamento defeituoso do condensador Chiado na v lvula de expans o quando fechada Diferen a de tem peratura nos tubos dos dois lados da v lvula Fluxo de ar reduzido filtros de ar sujos correia do ventilador partida tens o incorreta na correia Press o de descarga excessivamen te alta Alta press o de descarga Funcionamento normal por m com partidas e paradas muito fre quentes por comando de chave de baixa press o Press o de descarga muito alta Press o de descarga muito alta Press o de
154. ara o R717 o COP sempre diminui para R134a o COP sempre aumenta e para o R22 0 caso mais com plexo h um aumento inicial e depois uma diminui o Para outras condi es do ciclo isto To e Tc poder ocorrer comportamento diferente do aqui mostrado Mesmo para os casos em que o superaquecimento melhora o COP ele diminui a capacidade frigor fica do sistema de refrigera o Assim s se justifica o superaquecimento do fluido por motivos de seguran a para evitar a entrada de l quido no compressor Este aspecto da influ ncia do superaquecimento na capacidade frigor fica do sistema ser estudado com mais detalhes quando da an lise operacional dos compressores alter nativos e de sua efici ncia volum trica 2 3 Sistemas multipress o O sistema multipress o um sistema de refrigera o por compress o de vapor que pos sui dois ou mais n veis de baixa press o Entende se por baixa press o aquela reinante entre o dispositivo de expans o e da suc o do compressor Um sistema multipress o pode ser encontrado por exemplo em uma ind stria de latic nios onde um evaporador opera a 352C para produzir sorvetes enquanto outro evaporador opera a 22C para resfriar leite Outro exemplo da aplica o de sistemas multipress o s o os matadouros frigor ficos onde existem c maras de congelamento de came bovina com temperaturas de vaporiza o da ordem de 352C e entre outras c maras de desossa onde a temperatura de v
155. as do sistema ao verniz dos motores e ao leo provocando sua decomposi o Quanto mais profundo o v cuo obtido melhor para o sistema de refrigera o Normalmente fabricantes de equipamentos de ar condicionado recomendam v cuo e inferior a 6 7 10 4 bar para processo simples de evacua o Na realiza o do v cuo podem ser utilizados dois m todos o do v cuo profundo e o de dupla evacua o O primeiro consiste em uma nica evacua o profunda sendo o mais utilizado para se obter um sistema livre de ar e umidade o m todo mais demorado e requer uma boa bomba de v cuo e um vacu metro eletr nico para a lei tura do v cuo A evacua o termina quando o v cuo atinge valores iguais ou inferio res a 4 0 104 bar O sistema deve ent o ser desconectado da bomba de v cuo e repousar por pelo menos 10 horas para que seja verificada a varia o do v cuo O segundo semelhante ao descrito anteriormente por m o v cuo interrompido a 1 3 10 ou 2 6 10 bar Ao ser atingido este v cuo deve se levar o sistema at a pres s o atmosf rica com nitrog nio seco ou com o pr prio refrigerante a fim de diluir os gases remanescentes do sistema e repetir o processo de evacua o at 1 3 10 ou 2 6 10 bar Na pr tica o resultado final t o eficiente quanto o m todo de v cuo pro fundo N o se deve associar tempo de evacua o ao valor do v cuo O tempo de evacua o de um equipamento depende de fatores c
156. as vaz es e press es maiores que o ventilador axial Existem tr s tipos de ventilador centr fugo de p s radiais de p s curvadas para fren te e de p s curvadas para tr s O de p s curvadas para frente os mais utilizado em tor res de resfriamento pois devido alta velocidade dor ar que abandona o rotor pode trabalhar com uma menor rota o com a conseguente redu o no n vel de ru do Al m disso para um dado servi o possui menores dimens es e portanto mais econ mico Os materiais utilizados s o met licos e n o existe possibilidade de altera o na inclina o das p s Bomba Os sistemas de bombeamento para recircula o de gua na torre consomem fra o importante da pot ncia requerida para o sistema de resfriamento Quase sempre s o empregadas bombas centr fugas de um ou v rios est gios dependendo da vaz o e altu ra manom trica requeridas Em instala es importantes comum a utiliza o de duas bombas em servi o e uma de reserva Motor Os motores el tricos utilizados para acionar os ventiladores das torres de tiragem mec nica devem operar em condi es adversas j que se encontram expostos s con di es do tempo a atmosferas contaminadas e a alta umidade consequ ncia do fun cionamento da torre A coloca o do motor fora da chamin da torre evita que o ar de resfriamento da carca a tenha quantidade elevada de umidade al m de facilitar a manuten o 160 EFICI
157. aseada na forma de movimenta o do ar atrav s da mesma De acordo com essa classifica o t m se quatro tipos de torres 148 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Torre atmosf rica Neste tipo de torre a gua cai em fluxo cruzado em rela o ao movimento horizontal do ar produzindo certo efeito de contracorrente devido s correntes de convec o pro duzidas pela gua quente O movimento do ar depende principalmente do vento Principais caracter sticas alto tempo de vida com baixo custo de manuten o n o se produz recircula o do ar utilizado atorre precisa ser localizada num espa o amplo devido a sua altura preciso uma ancoragem segura contra o vento a torre deve ser orientada na dire o dos ventos dominantes a temperatura da gua varia com a dire o e a velocidade do vento n o poss vel atingir uma pequena temperatura de aproxima o e o custo quase t o alto quanto o de uma torre com elementos mec nicos Em rela o a este tipo de torre podem se distinguir entre aquelas que n o possuem enchimento e aquelas que possuem enchimento de respingo Figura 3 52 Estas ltimas possuem comportamento muito melhor que as anteriores Por m em qualquer caso as tor res atmosf ricas est o ultrapassadas e constituem uma m nima parte das torres existentes Sem Enchimento Com Enchimento Figura 3 52 Torres atmosf ricas EFICI NCIA
158. ateriais isolantes para c mara frigor ficas s o Corti a Foio material mais utilizado na constru o de c maras frias produzido a partir da casca do sobreiro rvore origin ria da regi o mediterr nea Constitu da de pequenas c lulas hermeticamente fechadas e envolvidas por uma esp cie de tecido leve flex vel e el stico o qual n o absorve umidade e praticamente imperme vel Um dos seus constituintes a suberina torna a imputresc vel e resistente a leos e ess ncias A fabrica o de rolhas d origem a uma grande quantidade de sobras que somadas corti a virgem permitem a fabrica o de aglomerados e granulados para isolamento As placas de corti a aglomerada s o obtidas por meio de compress o em moldes apro priados podendo se ou n o utilizar subst ncias de liga o gesso cimento oxicloreto de magn sio alcatr es silicato de s dio em solu o aquosa etc Espuma r gida de vidro vidro celular expandido Obtida pela expans o a quente do vidro quimicamente puro a cerca de 15 vezes o seu volume Material constitu do por c lulas estanques com as seguintes caracter sticas excepcional resist ncia a cargas de compress o 7 5 kgf cm impermeabilidade verdadeiramente absoluta gua e ao vapor n o h necessidade de barreira de vapor est vel nas suas dimens es na faixa de temperaturas de 246 2C a 430 2C absolutamente incombust vel 188 EFICI
159. axeta do eixo na junta do cabe ote do compressor ou ainda nas conex es pode carregar fluido refrigerante reduzindo a vida til e efici ncia t rmi ca do compressor e elevando o consumo de energia Compressor ou central de refrigera o n o instalado em n vel inferior ao dos evapora dores A instala o do compressor ou central de refrigera o em n vel superior ao dos evapo radores dificulta o retomo do leo lubrificante ao c rter al m de provocar o ac mulo desse leo no evaporador e tubula o reduzindo a vida til do compressor e diminuin do a efici ncia do sistema Falta de separador de leo A falta do separador de leo na sa da do compressor permite a passagem do leo do c rter para instala o compromete a efici ncia do sistema de refrigera o devido ao ac mulo desse leo nas superf cies dos trocadores de calor al m de danificar o com pressor devido falta de leo 5 3 Recomenda es gerais O isolamento o fator mais importante no consumo energ tico de uma instala o de conserva o pelo frio tanto pela sua influ ncia em rela o entrada de calor no ambiente refrigerado como pela dificuldade que existe em modific lo ap s constru do ou colocado A transfer ncia de calor para dentro da c mara depende da forma e do tamanho das c maras que determinam a superf cie exterior por metro c bico inte rior Teoricamente as perdas m nimas s o obtidas para formas c bica
160. b 1 me z P 118 EFICIENCIA ENERGETICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL tem se a capacidade frigor fica de um resfriador de gua em fun o da temperatura de evapora o e da temperatura da gua que entra no evaporador para uma vaz o de gua de 2 0 kg s Capacidade Frigor fica kcal h Quando ocorre condensa o sobre a superf cie da serpentina de resfriamento de ar a capacidade das mesmas pode aumentar tornando se maior do que aquela dada pela equa o 3 23 Alguns fabricantes destes equipamentos fornecem curvas para a corre o da capacidade da serpentina quando ocorre condensa o de vapor de gua sobre as mesmas 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 E 128 Evaporador tubos de cobre aletas de alum nio Vel de Face 2 5 m s Vel de Face 2 0 m s T e T T 0 5 10 15 Temp de Vaporiza o fC a 20000 10000 0 Capacidade Frigor fico kcal h 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 Resfriador de gua 2 0 kg s 0 5 10 15 Temp de Vaporiza o fC b Figura 3 33 Caracter sticas t picas de evaporadores para resfriamento de ar e gua 3 3 2 Classifica o dos evaporadores quanto ao sistema de alimenta o Quanto ao seu sistema de alimenta o os evaporadores podem ser classificados em seco e inundado Evaporador seco ou de expans o direta O refrigerante en
161. ca medida que deslocado para a periferia Ao atingir as p s do difusor ou a voluta parte de sua energia cin tica transformada em press o Em situa es em que s o necess rias altas raz es de press o podem se utilizar compressores de m ltiplos est gios A Figura 3 15 apresenta o desenho esquem tico de um compressor centr fugo A Figura 3 16 apresenta um gr fico caracter stico de desempenho de um compressor centr fu go No eixo das abscissas tem se a vaz o no eixo dasordenadas a raz o de press es O gr fico apre senta o desempenho do compressor para diversas rota es e as linhas de efici ncia constante EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 95 Os requerimentos m nimos de efici ncia em fun o da capacidade segundo a ASHRAE para resfriadores de gua com compressores centr fugos com condensa o a gua s o id nticos aos compressores parafuso ou seja Capacidade inferiora 150TR COP 3 8 Capacidade entre 150 e 300TR COP 4 2 Capacidade superiora 300TR COP 5 2 Descarga de voluta Difusor Hub Figura 3 15 Desenho esquem tico de um compressor centr fugo Envolt rio de sobrepress o Fa Y Alta rota o de Baixa efici ncia Raz o entre as press es de descarga e aspira o Alta efici ncia Baixa rota o gt 0 Vaz o Figura 3 16 Desempenho de um compressor centr fugo 96 EFICI
162. ca Financeira que normalmente aparecem nas calculadoras financeiras com as f rmulas j inseridas Fator de recupera o de capital PR Dia 52 a B 8 i 1 Fator de acumula o de uma s rie li 1 M R B 9 i Fator de forma o de capital i R Mx a B 10 i 1 Onde os s mbolos significam o seguinte M Montante ou valor futuro R Presta o C capital ou valor presente taxa de juros n n mero de per odos no qual acontece o fluxo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 293 B 3 Tipos de taxas de juros Taxa efetiva tem essa denomina o a taxa de juro utilizada no conceito de capitaliza o composta E a taxa calculada por meio da f rmula b sica do Sistema de Capitaliza o Composta definida anteriormente B 3 M Cx 1 i Taxa real e Taxa aparente Quando n o se considera o efeito da infla o est se falan do de taxa real Ao contr rio quando esse efeito considerado a taxa assim utilizada isto acrescida de um indexador tem o nome de taxa aparente Um exemplo cl ssico a caderneta de poupan a Seja a remunera o de 0 5 Taxa real a m acrescida da TR indexador Supondo uma varia o mensal do indexador de 0 4 tem se a taxa aparente de 0 5 0 4 1 005 x 1 004 1 00902 Ou seja a taxa aparente de 0 902 enquanto a taxa real de 0 5 Equival ncia de taxas No sistema de capitaliza o co
163. ca s o os refrigerantes alternativos ao CFC 11 em chillers de grande capacidade importante observar que os refrigerantes HCFC 22 e HCFC 123 s o provis rios j que o fim de suas fabrica es em pa ses em desenvolvimento est previsto para 2040 O HCFC 123 possui potencial de aquecimento global muito baixo e amplamente utiliza do em chillers centr fugos O HCFC 22 utilizado em sistemas de expans o direta de pequena e m dia capacidade Os refrigerantes HFC 134a HFC 407C e HFC 410A s o refrigerantes alternativos ao HCFC 22 0 refrigerante HFC 407C uma mistura n o azeotr pica composta por HFC 32 HFC 125 HFC 134a e o HFC 410A uma mistura n o azeotr pica composta por HFC 32 HFC 125 O HFC 245ca o poss vel substituto do HCFC 123 Os refrigerantes HFC 404A HFC 507 e HFC 410A s o os refrigerantes substitutos ao CFC 502 utilizado em supermercados O HFC 404A uma mistura n o azeotr pica com posta por HFC 125 HFC 143a HFC 134a e o HFC 507 uma mistura azeotr pica com posta por HFC 125 HFC 143a 186 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 3 3 8 Isolantes t rmicos Principais materiais isolantes Um isolante t rmico qualquer material que interposto entre dois ambientes a tempe raturas diferentes retarda de maneira apreci vel a transfer ncia de calor do ambiente mais quente para o mais frio Desconsi
164. cia relativamente baixa quando compara da com os outros tipos de controle de fluxo especialmente em condi es de carga t rmi ca vari vel Lg Figura 3 48 V lvula de expans o de press o constante Tubos capilares Nos sistemas de pequena capacidade geladeiras aparelhos de ar condicionado de janela freezers etc o dispositivo de expans o mais utilizado o tubo capilar que nada mais que um tubo de pequeno di metro com determinado comprimento que conecta a sa da do condensador com a entrada do evaporador O di metro interno de um tubo capilar D varia de 0 5 a 2 0 mil metros com compri mentos L desde 1 0 at 6 0 metros Para refrigerantes halogenados o tubo capilar geral mente feito de cobre Nos ltimos anos observa se uma tend ncia da utiliza o de capi lares mais curtos nos quais a rela o L D da ordem de 3 a 20 Estes capilares mais curtos t m sido fabricados de lat o ou outras ligas base de cobre Quando se utiliza tubo capilar em um sistema de refrigera o devem ser tomados cui dados adicionais com a instala o A presen a de umidade e res duos s lidos ou o estran EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 143 gulamento do componente por dobramento poder o ocasionar obstru o parcial ou total na passagem do refrigerante atrav s do capilar prejudicando o desempenho do equipa mento Tamb m pode ser utilizado um filtro de tela
165. cial bem como para aqueles vinculados a pr dios p blicos e rg os de sanea mento relativos a aspectos tecnol gicos e operacionais que per mitam reduzir o desperd cio de energia el trica Este projeto tamb m engloba a elabora o de casos de sucesso e treinamen tos espec ficos que retratem os conceitos do uso racional e efi ciente da energia CONSIDERA ES INICIAIS Em 2001 o Brasil vivenciou uma grave crise de abastecimento no setor el trico Duas consequ ncias positivas sobressa ram deste epis dio a forte participa o da sociedade na busca da solu o e a valoriza o da efici ncia no uso de energia Em decorr ncia desse processo involunt rio de aprendizagem vem se formando uma consci ncia de que a efi ci ncia energ tica n o pode estar vinculada apenas a quest es conjunturais Deve sim fazer parte de forma definitiva da pol tica energ tica nacional mediante a valoriza o das iniciativas j em andamento no Pa s o desenvolvimento de produtos e processos mais efi cientes e a intensifica o de programas que levem mudan a nos h bitos de consumo A energia um insumo fundamental para assegurar o desenvolvimento econ mico e social de um pa s A racionaliza o de seu uso apresenta se como altemativa de baixo custo e de curto prazo de implanta o Em alguns casos significativas economias podem ser obtidas apenas com mudan as de procedimentos e de h bitos al m de impactar positivamente o meio
166. cias que agridem a camada de oz nio em instala es de ar condicionado central instala es frigor ficas com compressores de pot ncia unit ria superior a 100 HP e em sistemas de ar condicionado automotivo Tornou se proibida a partir de 1 de janeiro de 2001 a utiliza o dessas subst ncias em refrigeradores e congeladores dom sticos assim como em todos os demais equipamen tos e sistemas de refrigera o As importa es de CFC 12 sofrer o redu es gradativas em peso da seguinte forma a 15 no ano de 2001 b 30 no ano de 2002 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 167 c 55 no ano de 2003 d 75 no ano de 2004 e 85 no ano de 2005 f 95 no ano de 2006 e 9 100 no ano de 2007 As importa es de CFC 11 s s o permitidas em situa es especiais descritas na Resolu o como para suprir os consumos das empresas cadastradas no Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renov veis IBAMA e que tenham projetos de convers o s tecnologias livres dessa subst ncia A Tabela 3 6 apresenta as datas previstas para a proibi o dos CFCs TABELA 3 6 RESUMO DAS DATAS PREVISTAS PARA A PROIBI O DOS CFCS PHASE OUT REFRIGERANTE A O o ns Ega pro nao dos eres 2010 HCFC 22 P ra a fabrica o de equipamentos 2040 HCFC 22 P ra a fabrica o do refrigerante no hemisf rio Sul 2020 HCFC 123 P ra a fabrica o de equipamentos 2030 HCFC
167. clina o a largu ra e o espa amento dos pain is Existem determinados projetos em que a inclina o dos pain is pode ser modificada a fim de adaptar se s condi es clim ticas existentes podendo se chegar ao fechamento completo dos pain is pela possibilidade de forma o de gelo ou do arraste de gua pelo ar a alta velocidade Eliminadores de gotas A fun o principal deste componente consiste em reter as pequenas gotas arrastadas pelo ar que abandona a torre Basicamente o eliminador de gotas atua provocando brus 158 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL cas mudan as de dire o da corrente de ar Figura 3 62 A for a centr fuga resultante separa as gotas de gua depositando as na superf cie do eliminador e posteriormente sobre o enchimento A atua o do eliminador de gotas proporciona tr s efeitos positivos diminui as perdas de gua evita poss veis danos aos equipamentos adjacentes a torre e limita a forma o de n voa Um efeito secund rio a uniformiza o do fluxo de ar atrav s do enchimento como resultado da baixa press o criada no espa o entre os eliminadores e os ventiladores devi do oposi o que se faz ao fluxo de ar Figura 3 62 Tipos de eliminadores de gotas Os materiais utilizados devem resistir a atmosferas corrosivas e erosivas Podem ser de madeira tratada chapa galvanizada ou alum nio Atualmente existe uma tend ncia de uti l
168. com estrutura celular muito fina 350 000 c lulas cm tendo as c lulas de 0 1 a 0 01 mm de di metro As paredes destas c lulas t m espessura de 1 a 2 um sendo que mais de 97 do volume deste corpo constitu do de ar m Tipos de poliestireno Styropor P p rolas transparentes e incolores para a fabrica o de material isolante corpos moldados embalagens etc e Styropor F n o inflam vel para aplica es que requeiram esta caracter stica Diversos outros materiais podem ser utilizados como isolantes t rmicos Nos ltimos anos tem ocorrido uma evolu o constante nas suas caracter sticas seja com os materiais utilizados ou na sua aplica o O uso de pain is monol ticos com n cleo de l de rocha LDR tem se tornado uma excelente op o da mesma forma que os pain is de poliuretano PUR e poliestireno EPR pois garantem bom isolamento rapidez e facilidade de instala o 190 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Para o isolamento de tubula es empregam se largamente as espumas elastom ricas eos polietilenos expandidos resultando em tubula es perfeitamente isolados de manei ra r pida e limpa n o necessitando de acabamento externo com exce o das aplica es em que se recomenda pintura protetora ou outro material para a evitar a degrada o do produto pelos raios ultravioletas Condutividade t rmica dos isolantes A tabela 3 11 fornece a condutividad
169. com o primeiro termo igual a 1 1 i e a raz o tamb m igual a 1 1 i Sendo esta soma conhecida chega se express o 1 i 1 C R i 1 i com esta express o que se calcula o valor presente de um fluxo de caixa para uma s rie uniforme I i 1 i 1 i atual de uma s rie FVAS in comum encontrar a express o que calcula o valor presen te de uma s rie uniforme como Ao segundo fator desta express o d se o nome de Fator de valor C R FVAS in Exemplo num rico Calcule o valor presente do fluxo de caixa representado no diagrama a seguir considerando a taxa de juro de 10 ao m s 5000 5000 5000 5000 5000 P bo 290 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Na pr tica isso pode significar calcular o valor presente de um determinado benef cio retorno conseguido com um determinado investimento realizado hoje benef cio este que come a a acontecer somente a partir do terceiro m s con tado a partir da data do investimento Pode se utilizar a express o mostrada acima considerando a subtra o de duas s ries uniformes uma de sete meses e outra de dois meses 1401 1 09487 VPLI 50 0 iaar 0171 0X 019487 24342 1 0 4 0 2 vei 2 50x 1200 1 gx 02 86 78 01x 1 01 ES 0 121 Da VPL VPL 2 VPL 1 ou VPL 243 42 86 78 156 64 Pode se tamb m calcular o valor presente de cada per odo da s rie e som los como
170. croll O compressor Scroll foi inventado em 1905 pelo engenheiro franc s L on Creux Na poca a tecnologia dispon vel n o era avan ada o suficiente para permitir a fabrica o de um prot tipo devido a principalmente problemas de veda o Para um funcionamento efetivo o compressor Scroll requer toler ncias de fabrica o muito pequenas que foram atendidas apenas a partir da segunda metade do s culo 20 com o desenvolvimento de novas tecnologias de m quinas operatrizes e processos de manufatura O princ pio de funcionamento do compressor Scroll baseado num movimento orbital difere fundamentalmente do tradicional compressor a pist o baseado num movimento alternativo apresentando diversas vantagens como efici ncia de 5 a 10 maior que um compressor alternativo de igual capacidade aus ncia de v lvulas menor quantidade de partes m veis em rela o a um compressor alternativo Opera o suave e silenciosa e baixa varia o de torque com consequente aumento da vida til e redu o de vibra o A Figura 3 17 apresenta um compressor Scroll indicando seus diversos componentes Princ pio de funcionamento Para realizar o trabalho de compress o o compressor Scroll possui duas pe as em forma de espiral conforme a Figura 3 18 encaixadas face a face uma sobre a outra A espi EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL ral superior fixa e apresenta uma abertura para
171. ctivo ciclo te rico constru do sobre um diagrama de Mollier no plano P h Os equipamentos esquematizados na Figura 2 10 representam genericamente qualquer dispositivo capaz de realizar os respec tivos processos espec ficos indicados Os processos termodin micos que constituem o ciclo te rico nos respectivos equipa mentos s o Processo 1 2 Ocorre no compressor sendo um processo adiab tico revers vel e por tanto isentr pico como mostra a Figura 2 10 O refrigerante entra no compressor press o do evaporador P e com t tulo igual a 1 x 1 0 refrigerante ent o compri mido at atingir a press o de condensa o P Ao sair do compressor est superaque cido temperatura T que maior que a temperatura de condensa o Tc Processo 2 3 Ocorre no condensador sendo um processo de rejei o de calor do refri gerante para o meio de resfriamento press o constante Neste processo o fluido frigori fico resfriado da temperatura T at a temperatura de condensa o Tc A seguir con densado at se tornar l quido saturado na temperatura T3 que igual temperatura Tc Processo 3 4 Ocorre no dispositivo de expans o sendo uma expans o irrevers vel entalpia constante processo isent lpico desde a press o de condensa o P e o l qui do saturado x 0 at a press o de vaporiza o P Observe que o processo irrever s vel e portanto a entropia do refrigerante
172. da s o diferenciadas conforme os hor rios no caso da Azul e as de consumo s o diferencia das conforme os hor rios e per odos Tarifas de ultrapassagem Tarifa aplic vel sobre a diferen a entre a demanda medida e a contratada quando a demanda medida exceder em 10 a demanda contratada no caso do subgrupo A4 e AS e 5 nas demais subclasses Saliente se que a demanda de ultrapassagem ser toda parcela de demanda medida que superar a contratada e n o apenas o que exceder a toler ncia A24 Estrutura tarif ria As regras para o enquadramento tarif rio est o apresentadas na tabela A 1 As orienta es para escolha da melhor op o tarif ria ser o detalhadas no final deste cap tulo 268 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA A 1 REGRAS PARA ENQUADRAMENTO TARIF RIO CONVENCIONAL Aplicada como op o para consumidores com demanda menor que 300kW A deman da contratada m nima de 30kW Ver observa o 1 VERDE Aplicada como op o para consumidores da MT Ver observa o 3 AZUL Aplicada de forma compuls ria para clientes com deman da maior ou igual a 300 kW e opcional para aqueles com demanda entre 30 a 299 kW Ver observa o 3 Total registrado xX Pre o nico Total registrado no HFP X Pre os HFP para per odos seco e mido Total Registrado no HP x Pre os HP para per odos seco e mido Total registrado no H
173. da temperatura de evapora o com temperatura de condensa o de 352C e refrigerante R22 A maioria dos sistemas frigor ficos trabalha esquerda do pico da curva de pot ncia Durante a partida a temperatura no evaporador alta e a pot ncia passa pelo pico Muitas vezes os motores s o superdimensionados para suportar este pico o que n o adequa do em termos de uso eficiente de energia O superdimensionamento no entanto pode ser evitado reduzindo se artificialmente a press o de evapora o por meio de um dispositivo de estrangulamento Durante a opera o normal cargas t rmicas elevadas aumentam a temperatura de eva pora o e consequentemente a pot ncia do compressor podendo sobrecarregar o motor EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 85 Capacidade de refrigera o A capacidade de refrigera o dada por q m h h4 o em que h e h4 s o as entalpias do refrigerante na sa da e na entrada do evaporador respectivamente A capacidade de refrigera o em fun o da temperatura de evapora o apresentada na Figura 3 5 A capacidade de refrigera o aumenta com o aumento da temperatura de evapora o Sa o o gt e o Capacidade de refrigera o kW 0 80 60 40 20 0 20 40 Temperatura de evapora o C Figura 3 5 Capacidade de refrigera o de um compressor ideal em fun o da temperatura de evapora o com temperatura de condensa o
174. da c mara for incandescente pode se obter uma economia com a sua substitui o por l mpadas mais eficientes como as l mpadas fluo rescentes que operam melhor em temperaturas a partir de 5 C No caso de c mara com temperatura inferior a 5 C a substitui o das l mpadas incandescentes por l mpadas fluo rescentes fica comprometida devido a dificuldades de partida destas l mpadas a baixas temperaturas Neste caso n o feita nenhuma quantifica o das perdas por ilumina o Considerando o n vel de ilumina o indicado tecnicamente que de aproximadamen te 10W por metro quadrado de superf cie da c mara e o regime de funcionamento da c mara em horas dia e dias m s a perda por ilumina o inadequada determinada pela diferen a entre o consumo atual e o consumo das l mpadas fluorescentes A quantifica o dada por NincPinc 10 8 5 3 Pi INC Inc o ha Drs kWh m s 1000 emque NinoPinc indicam respectivamente o n mero de l mpadas incandes centes e a pot ncia de cada l mpada Se a rea da c mara em m hdia o n mero de horas estimada de funcionamento da ilumina o e Dm s o n mero de dias de utiliza o da c mara por m s 248 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O n mero de l mpadas incandescentes bem como sua pot ncia quando n o dispon vel deve ser estimado pelo valor recomendado acima isto 10 W m 5 1 3 P
175. da devido a inexist ncia de termostato Pit A perda devido a inexist ncia de termostato calculada como Pe 55 Cm 0 25 Cm 0 25 44200 gt Py 11050 kWh m s IV Perda devido a incid ncia direta de raios solares e isolamen to deficiente Pirr C MARA 1 PAREDE CORRE O DT CORRE O KI Q A ec ec kcal hm C Ikcal hm Norte 0 10 105 0 25 38 5 0 025 9 62 Sul 0 10 105 0 36 0 0 025 9 00 Leste 0 10 140 0 4 0 40 0 0 025 10 00 Oeste 0 10 140 0 36 0 0 025 9 00 Forro 0 10 300 0 9 0 45 0 0 025 25 Piso 0 10 300 0 36 0 0 025 9 00 Observando a tabela anterior verifica se que para o forro o valor de Q A igual a 11 25 maior que o valor de Q S de refer ncia que de 10 kcal m h Ent o o calor excedente calculado como Qir R 10 a 6125 10 x 300 375 kcal h A perda devido ao calor excedente no teto na c mara 1 determinada por a JR EFICIENCIA ENERGETICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 259 C MARA 2 CONSIDERANDO QUE SER FEITA A REGULAGEM DA TEMPERATURA PAREDE CORRE O DT CORRE O KI Q A ec ec kcal hem C kcal h m Norte 0 10 84 0 25 38 5 0 025 9 62 Sul 0 10 84 0 36 0 0 025 9 00 Leste 0 10 140 0 36 0 0 025 9 00 Oeste 0 10 140 0 40 40 0 0 025 10 00 Forro 0 10 240 0 9 0 45 0 0 025 11 25 Piso 0 10 240 0 36 0 0 025 9 00 Observando a tabela anterior verifica se que para o forro o valor de Q A igual a 11 25 maior que o valor de Q A de
176. dada capacidade em TR Como o compressor alternativo uma m quina de volume constante queda de press o significa redu o de capacidade A capacidade tamb m afetada de outro modo A uma temperatura fixa de condensa o a taxa de compress o aumenta quando diminui a press o de suc o Como j se viu quando a taxa de compress o aumenta a efici ncia volum trica diminui resul tando da uma diminui o na capacidade do compressor A pot ncia necess ria para mover o compressor tamb m aumenta quando a taxa de compress o aumenta Assim a queda de press o deve ser mantida no seu valor m nimo mas tamb m se devem conside rar os problemas econ micos decorrentes do aumento do tamanho da linha As linhas de suc o s o normalmente dimensionadas de forma que a perda de carga total n o exceda o equivalente a 2 2 de queda da temperatura de satura o para fluidos halogenados e 1 1 para a am nia Valores maiores somente s o toler veis em linhas muito longas Deve se lembrar que a perda de capacidade do sistema ou o aumento do custo de refrigera o aumentam cerca de 4 0 para cada 1 0 equivalente As tabelas 3 14 e 3 15 fornecem as capacidades de linha de suc o para os refrigeran tes R717 R134a e R22 respectivamente As corre es que aparecem nestas tabelas depen dem do comprimento equivalente da linha o qual expressa a perda de press o nas v lvu las e acess rios encontrados em sistemas de tubula o em termos de
177. dade m nima de refrigerante Com rela o ao evaporador deve se prever um dispositivo para ac mulo de l quido na sua descarga a fim de evitar que este passe para o compressor durante a partida O l qui do se vaporiza no acumulador e chega ao compressor somente sob a forma de vapor A troca de calor entre o tubo capilar e a linha de suc o do compressor garante maior subresfriamento do l quido e minimiza a forma o de vapor no interior do capilar Assim previne se a redu o da vaz o de refrigerante Vantagens dos tubos capilares n o apresenta partes m veis baixo custo permite a equaliza o das press es do sistema durante as paradas motor de aciona mento do compressor pode ser de baixo torque de partida e redu o da quantidade e custo do refrigerante e elimina o da necessidade de um tan que coletor Desvantagens dos tubos capilares Impossibilidade de regulagem para satisfazer distintas condi es de carga risco de obstru o por mat ria estranha exig ncia de uma carga de refrigerante dentro de limites estreitos e EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 145 redu o da efici ncia operacional para qualquer varia o da carga t rmica ou da tem peratura de condensa o 3 3 5 Torre de resfriamento Sistemas de refrigera o de ar condicionado e processos industriais geralmente geram calor que deve ser extra do e dissipado Normal
178. das entra das de caixa e dos investimentos ao longo da vida til do projeto seu significado caso esse pro jeto seja implementado em quanto ele ser capaz de aumentar o patrim nio l quido da empresa Tamb m intuitivo o entendimento de que no caso de alternativas excludentes mutuamente aquela que apresenta o maior VPL deve ser priorizada considerando apenas a an lise econ mica O valor da empresa ficar acrescido do VPL ap s o per odo considerado nessa an lise econ mica O fluxo de caixa do exemplo anterior est apresentado na Tabela B 10 TABELA B 10 FLUXO DE CAIXA PER ODO ANO PROJETO A PROJETO B PROJETO C 0 2 000 00 2 000 00 3 000 00 dl 400 00 900 00 800 00 2 600 00 300 00 1 200 00 5 1 000 00 300 00 1 000 00 4 1 200 00 300 00 1 000 00 5 500 00 300 00 1 000 00 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 303 o VPL dos projetos A B e C est o mostrados na Tabela B 11 TABELA B 11 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 PER ODO ANO PROJETO A PROJ ETO B PROJ ETO C 0 R 2 000 00 R 2 000 00 R 3 000 00 1 357 14 803 57 714 29 2 478 32 239 16 956 63 3 711 78 213 53 711 78 4 762 62 190 66 635 52 5 283 11 170 23 567 43 VPL R 593 57 R 382 85 R 585 64 Da mesma forma quando se analisou o tempo de retorno pelo m todo do fluxo de caixa descontado observa se que a alternativa A superior
179. das resist ncias Empregar a gua de condensa o para o pr aquecimento da gua utilizada em pro cessos de aquecimento a baixas temperaturas Utilizar a gua quente da sa da do condensador como fonte de calor para outra insta la o que funciona como bomba de calor 5 4 Exemplo de c lculo Sejam consideradas as duas c maras frigor ficas apresentadas na Figura 5 1 Considerando os dados colhidos em campo listados abaixo determine as perdas saben do se que temperatura externa m dia local no ver o Text 352C temp internas medidas para as c maras 1 e 2 c mara 1 1 0 C e c mara 2 5 C temperatura recomendada em fun o dos produtos nas c maras tr 12C dimens es das c maras conforme Figura 5 1 paredes de cor verde cor m dia capacidade Cg 158 000 kcal h um compressor servindo as duas c maras consumo de energia el trica do motor do compressor Cm 44 200 kWh m s o consu mo de energia el trica Cm calculado como Cm Pm hdia Dm s em que Pm a pot ncia 256 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL el trica do motor do compressor hagia o n mero de horas por dia de funcionamento do equipamento Dm s o n mero de dias por m s de funcionamento do equipamento Vaz o dos for adores de ar nas c maras Vf1 1500 m h e Vp 1200 m h ilumina o das c maras 1 e 2 20 l mpadas incandescentes de 150 W para cada c mara hora
180. de expans o sob o efeito do calor de rea o Nas ltimas d cadas o poliuretano atraiu a aten o no campo do isolamento t rmico a baixas temperaturas As suas caracter sticas principais s o condutividade t rmica baixa devido substitui o do ar nas c lulas por um g s de peso molecular elevado EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 189 possibilidade de ser expandido no local de emprego suportam temperaturas superficiais elevadas e resistem ao mofo e ao ataque de diversos parasitas As espumas r gidas empregadas para isolamento t rmico apresentam propor o rela tivamente alta de c lulas fechadas o que melhora ainda mais a caracter stica isolante deste material Existem t cnicas para a fabrica o de espumas cujas c lulas s o todas fechadas praticamente estanques gua vapores e gases Poliestireno expandido Pol mero do estireno ao qual foi adicionado durante a polimeriza o um agente expan sor tamb m chamado de isopor Durante o processamento o material em forma de p rola espumado pela a o do vapor de gua O volume dessas part culas aumentado v rias vezes obtendo se uma espuma porosa formada de c lulas fechadas Ou seja obt m se um material pl stico altamente poroso e praticamente imperme vel Esta espuma ent o aquecida em mol des met licos para adquirir a sua forma e rigidez final Obt m se um material
181. de 352C e refrigerante R22 Coeficiente de efic cia O coeficiente de efic cia definido pela rela o entre a capacidade de refrigera o e a pot ncia em fun o da temperatura de evapora o apresentado na Figura 3 6 0 coefi 86 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL ciente de efic cia aumenta com o aumento da temperatura de evapora o medida que a temperatura de evapora o diminui o volume espec fico aumenta e a vaz o em massa no compressor diminui reduzindo a capacidade de refrigera o e consequentemente o coeficiente de efic cia N 62 N Coeficiente de efic cia qa 10 80 60 40 20 0 20 40 Temperatura de evapora o C Figura 3 6 Coeficiente de efic cia de um compressor ideal em fun o da temperatura de evapora o com temperatura de condensa o de 352C e refrigerante R22 Efeito da temperatura de condensa o Instala es frigor ficas normalmente rejeitam calor atrav s do condensador para a atmosfera cujas condi es variam ao longo do ano A Figura 3 7 apresenta efici ncia volu m trica de espa o morto de um compressor operando a uma temperatura de evapora o de 20 C em fun o da temperatura de condensa o medida que temperatura de con densa o aumenta a efici ncia volum trica diminui O mesmo ocorre com a capacidade de refrigera o apresentada na Figura 3 8 A pot ncia em fun o da temperatura d
182. de expans o termost tica de equaliza o externa Considere como exemplo uma serpentina de expans o direta utilizando R22 como refrigerante A temperatura de evapora o na entrada do evaporador de 7 0C o que corresponde a uma press o de satura o de 6 2 bar Se a perda de carga do evaporador de 0 6 bar a press o na sa da do mesmo ser de 5 6 bar que corresponde a uma tempera tura de satura o de 3 7 C Utilizando se uma v lvula de expans o termost tica de equaliza o interna para a qual a tens o da mola foi ajustada em 1 2 bar a press o no bulbo ser de 7 4 bar 6 2 1 2 bar o que corresponde a uma temperatura de satura o de aproximadamente 13 C Neste caso 0 superaquecimento do flu do na sa da do evaporador ser de 9 3 13 3 720 Se uma v lvula de expans o termost tica de equaliza o externa usada junto com a serpentina acima com a mesma tens o na mola a press o no bulbo ser de 6 8 bar 5 6 1 2 bar A esta press o corresponde uma temperatura de satura o de 102C Portanto o superaquecimento ser de 6 3 C 10 3 7 C Quando o bulbo da v lvula cont m refrigerante do mesmo tipo que o utilizado no sis tema frigor fico ao qual a mesma est acoplada diz se que a v lvula de carga normal Se a quantidade de l quido do bulbo limitada diz que a v lvula carga limitada Para este caso todo o l quido se evapora a uma determinada temperatura como mostra a Figura 3 41 Q
183. de forneci mento dever ser verificada por segmento hor rio demanda medida n o inferior con tratada em pelo menos 3 tr s ciclos completos de faturamento Caso contr rio a conces sion ria poder cobrar complementarmente na fatura referente ao 12 d cimo segundo ciclo as diferen as positivas entre as 3 tr s maiores demandas contratadas e as respecti vas demandas medidas 3 Se nos ltimos 11 meses de faturamento o consumidor apresentar tr s registros consecutivos ou seis alternados de demandas medidas maiores ou iguais a 300 kW o cliente ser enquadrado compulsoriamente na tarifa horo sazonal azul mas poder fazer op o pela verde A2 5 Fator de carga O fator de carga em linhas gerais constitui se em um indicador que informa se a empresa utiliza racionalmente a energia el trica que consome O fator de carga um ndice cujo valor varia entre 0 e 1 Aponta a rela o entre o con sumo de energia el trica e a demanda de pot ncia m xima em um determinado espa o de tempo Esse tempo pode ser convencionado em 730 horas por m s que representa o n mero de horas m dio em um m s gen rico do ano 365 dias 12 meses x 24 horas Na pr tica o n mero de horas depender do intervalo de leitura 270 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Pode ser expresso pela seguinte equa o FCm dio Consumo Total kWh 1 Demanda kW x 730 h No caso de cons
184. de troca de calor de um condensador em fun o do fluxo m ssico de gua EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 105 As caracter sticas t picas dos condensadores resfriados a ar e a gua s o mostradas nas figuras 3 24 e 3 25 A Figura 3 24 a mostra a capacidade frigor fica de um determinado condensador quando integrado a um sistema frigor fico em fun o da temperatura de condensa o e da temperatura de entrada do ar de resfriamento do condensador Na Figura 3 24 b tem se a capacidade de rejei o de calor por metro quadrado de rea de face em fun o da diferen a entre a temperatura de condensa o e a temperatura de entrada do ar no condensador para diferentes velocidades de face Condensador o Ar Condensador a Ar 14 aletas por polegodo 14 aletos por polegada re 60000 Vel Frotol 3 5 m s rea de Foce 1 8 m Capacidade Frigor fica kcal h Dif de Temperoturo Te Teo C 20 25 30 35 40 45 50 100 200 300 400 Temperotura do Ar de Entrado C Calor Rejeitado kcal h mg a b Figura 3 24 Caracter sticas t picas de condensadores resfriados a ar Condensador a gua 90000 Vaz o de gua 10000 kg h Fator de Incrusta o 0 0005 F E 80000 q amp 70000 EB o 60000 g 5 50000 5 s SE 40000 o 8 Ez 8 30000 se o So Z amp 20000 5 O 10000 E RS 20 28 30 35 40 45 50 amp 10 t5 20 S RI Temp de Entrada da g
185. densador Assim tem se 2 Ma Cp UA Q To T c UA 2ma o ea 3 21 Para um dado fluxo m ssico do meio de resfriamento e nas condi es de projeto do tro cador de calor o coeficiente global de transfer ncia de calor U praticamente constante Assim para essas condi es infere se da equa o 3 21 que o calor transferido por um dado trocador de calor fun o direta da diferen a de temperatura Tc Tea respectivamente temperatura de condensa o e temperatura de entrada do meio de resfriamento no con densador que pode ser ar ou gua Com essas considera es a equa o 3 21 pode ser escri ta como mostrado a seguir em que Fcond o fluxo de calor por diferen a unit ria de tem peratura tamb m chamado de fator de troca de calor do condensador um par metro encontrado com fregu ncia nos cat logos de fabricantes destes equipamentos O Fcond Te Tea 3 22 Na realidade para as condi es de fluxo m ssico do meio de resfriamento diferentes das condi es de projeto do condensador o coeficiente global de transfer ncia de calor varia com o fluxo m ssico Consequentemente o fator de troca de calor do condensador tamb m varia A Figura 3 23 mostra uma curva t pica do fator do condensador Fcond em fun o da vaz o de gua para um dado condensador a N oO Fcond kW C o Fator do Condensador o o 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 Vaz o de gua kg s Figura 3 23 Fator
186. derando se a transfer ncia de calor por radia o o isolante perfeito o v cuo Entretanto a utiliza o de c maras frigor ficas com isolamen to a v cuo n o comum pelas dificuldades t cnicas e pelo alto custo Os isolantes t rmicos s o materiais formados por uma infinidade de c lulas ocas cheias de ar ou outro g s As c lulas devem ser pequenas de maneira a impedir o movimento do g s nelas encerrado Quanto maior o n mero de c lulas poros melhor ser o os materiais isolantes implicando tamb m pequena densidade O isolante deve possuir tamb m outras caracter sticas Apresentar baixa densidade para n o sobrecarregar o peso do sistema N o possuir ou fixar cheiro ser Imputresc veis apresentar baixa absor o de umidade baixa permeabilidade oferecer adequada resist ncia difus o de vapor de gua n o ser atacado por insetos ou roedores apresentar resist ncia a deforma es causadas por diferen as de temperatura possuir alta resist ncia mec nica a trepida es n o atacar nem ser atacado pelos produtos a serem conservados apresentar baixo custo operacional n o ser inflam vel e ser de f cil coloca o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 187 Nenhum material apresenta simultaneamente todas essas caracter sticas A escolha do isolante deve basear se nas condi es associadas a cada aplica o Os principais m
187. dorias ICMS pois s cobrado o consumo Os clientes atendidos na BT est o sujeitos s tarifas do Grupo B Nele existem subgrupos de acordo com as classes Ex Residencial subgrupo B1 Rural B2 Comercial e Industrial B3 Observa se que apesar de o produto energia ser o mesmo na BT o pre o da energia varia por tipo de classe residencial industrial comercial e rural Pre os da m dia tens o MT Na m dia tens o MT a tarifa aplicada n o mon mia como na Baixa Tens o BT e sim bin mia ou seja cobrada al m do consumo kWh registrado a demanda kW con tratada ou a medida a que for maior acrescida do ICMS EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 267 Os clientes atendidos na alta tens o AT e na m dia tens o MT est o sujeitos s tari fas do Grupo A Nele os subgrupos n o dependem das classes e sim do n vel de tens o subgrupo A1 230 kV ou mais A2 88 kV a 138 kV A3 69 kV A4 2 3 kV a 25 KV eo AS subterr neo No caso do atendimento em MT o pre o m dio da energia el trica n o ser igual s tarifas Ele ir variar conforme o fator de carga S o oferecida nesse tipo de atendimento duas modalidades tarif rias a convencional e a horo sazonal Na convencional as tarifas independem dos hor rios ponta e fora de ponta e dos per odos seco e mido Na modalidade horo sazonal existem dois tipos azul e verde cujas tarifas de deman
188. dos em um c mara balc o frigor fi co sala climatizada etc Quanto circula o do ar estes evaporadores podem ainda ser classificados em eva porador com circula o natural e evaporador com circula o for ada 1 22 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Evaporador com circula o natural do ar convec o natural Pode ser constitu do tanto de tubos lisos quanto de tubos aletados tendo sido bastante utilizados em situa es em que se deseja baixa velocidade do ar e eleva da umidade relativa no ambiente refrigerado Com a evolu o dos sistemas de controle e de distribui o do ar nas c maras frigor ficas atualmente pouco empregado Os coeficientes de transmiss o de calor destes evaporadores s o baixos o que exige grandes reas de troca de calor Por m por quest es de limita o dos valores de perda de carga n o devem ser usados tubos muito longos o que requer o emprego de tubos paralelos Quanto ao formato de como s o dobrados os tubos h bastante varia o entre fabricantes sendo os principais dobramentos em forma de espiral cil ndrica trombone h lice ou zigue zague Abaixo s o fornecidos valores t picos para os coeficientes globais de transfer ncia de calor de evaporadores com circula o natural de ar Tubos lisos 14a21W mK Tubo aletados 6a 9W mXK Quanto aos materiais empregados em sua constru o os evaporadores de circula o na
189. e total fora da ponta e na ponta por m s E quantos MWh por ano 2 Em qual subgrupo tarif rio est sua empresa Quais s o as tarifas praticadas Qual o pre o m dio de energia total fora da ponta e na ponta 3 Qual o fator de carga m dio na ponta e fora de ponta 4 Identifique a unidade de produ o ou servi o de sua empresa para ser usada no c lculo e acompanhamento do consumo espec fico 5 Calcule o custo espec fico de sua empresa Se poss vel separe o nos pre os de ponta e fora de ponta Qual a melhor modalidade tarif ria para sua empresa Baseado no pre o final do produto ou servi o qual a participa o da energia el trica no custo de seu produto ou servi o 282 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 6 Identifique em sua empresa duas medidas de redu o de pot ncia e duas de redu o de tempo 7 Desenhe um fluxograma da produ o ou dos usos finais da empresa e identi fique setores de produ o apoio e administrativos 8 Identifique em sua empresa que setor e ou que pessoa poder informar os dados necess rios para exercitar o controle Estabele a os procedimentos para sua obten o de forma regular e no formato desejado PRATIQUE No CD que acompanha este Livro est o dispon veis as planilhas que auxiliar o no gerenciamento energ tico da empresa EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 283 E Anexo
190. e c maras de controle ambiental Os sistemas multipress o s o bastante flex veis em suas aplica es Um ou mais evapo radores podem operar press o intermedi ria al m do evaporador de baixa temperatu ra como mostrado na Figura 2 20 Com a utiliza o de v lvulas de controle de press o pode se ainda trabalhar com evaporadores operando em outras temperaturas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 57 2 3 5 Balan o de energia para o sistema multipress o Para mostrar o balan o de energia e verificar os demais par metros do sistema de refri gera o multipress o ser feita uma an lise com base no sistema exemplo mostrado na Figura 2 27 em que se t m dois est gios de compress o um evaporador operando na press o intermedi ria evaporador de alta e um evaporador operando na press o de baixa evaporador de baixa Para o ciclo te rico considera se que na suc o tanto do compressor de baixa como do compressor de alta o fluido frigor fico se encontra com vapor saturado Na sa da do con densador por sua vez o mesmo se encontra no estado de l quido saturado Tamb m se considera que na sa da dos evaporadores o refrigerante est saturado Por m este estado pode ser diferente Assim tem se o ciclo esquematizado na Figura 2 28 Separador de l quido de alta Separador de liquido de baixa Figura 2 27 Esquema de um sistema multipress o com dois est g
191. e condensa o apresentada na Figura 3 9 A curva de pot ncia apresenta valor m ximo do mesmo modo que a varia o da pot ncia EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 87 com a temperatura de evapora o Apesar de n o apresentado o coeficiente de efic cia diminui com o aumento temperatura de condensa o Considerando a pot ncia e a efici ncia interessante que a temperatura de condensa o Seja a menor poss vel Assim importante manter o condensador limpo trabalhando com o agente de resfriamento ar ou gua o mais frio poss vel Efici ncia volum trica efetiva Al m da expans o do g s residual do espa o morto outros fatores tais como perda de carga e fugas atrav s das v lvulas de admiss o e descarga fugas pelos an is dos mbolos e aquecimento do g s aspirado pelo cilindro afetam a efici ncia volum trica Todos esses fatores contribuem para a diminui o da efici ncia volum trica A Figura 3 10 apresenta efici ncia volum trica efetiva comparada com a efici ncia volum trica de espa o morto em fun o da raz o entre a press o de descarga e a de aspira o Para o c lculo da efici n cia volum trica de espa o morto foi admitida uma fra o de espa o morto de 4 5 ak o pas 90 80 70 Efici ncia de espa o morto 60 50 40 20 0 20 40 60 80 Temperatura de condensa o C Figura 3 7 Efici ncia volum trica de espa o
192. e do efeito estufa dois ndices foram criados O primeiro refere se camada de oz nio quantifica o potencial de destrui o dessa camada que o particular composto apresenta em rela o ao refrigerante R11 ao qual atribu do o valor 1 Esse ndice denominado Potencial de destrui o da camada de oz nio designado pelas iniciais ODP do ingl s Ozone Depleting Potential O segundo ndice refere se ao efeito estufa que resultado de dois efeitos o efeito direto cau sado pela presen a f sica do composto na atmosfera e o efeito indireto resultante da emis s o de CO pela queima de um combust vel f ssil para produzir a energia el trica necess ria para acionar a instala o frigor fica que opera com o particular refrigerante O ndice para o efeito estufa o GWP do ingl s Global Warming Potential que relativo ao efeito estufa direto causado pelo refrigerante R11 ao qual atribu do arbitrariamente o valor 1 A caracter sticas desej veis de um refrigerante s o Press o de vaporiza o n o muito baixa desej vel que o refrigerante apresente uma press o correspondente temperatura de vaporiza o n o muito baixa para evi tar v cuo elevado no evaporador e um valor baixo da efici ncia volum trica do com pressor devido grande rela o de compress o Press o de condensa o n o muito elevada temperatura de condensa o que fun o da temperatura da gua ou do a
193. e energia el trica kWh e sim redu o do consu mo espec fico A 2 9 Custo espec fico O outro ndice que dever ser identificado e gerenciado o custo espec fico que o produto do pre o m dio da energia el trica R kWh da sua empresa pelo consumo espec fico kWh unidade ou servi o produzido Ou simplesmente o custo de energia por unidade ou servi o produzido Para consumidores atendidos em baixa tens o a nica maneira de reduzir o custo espe c fico ser atuando no consumo espec fico pois como j foi visto o pre o m dio a pr pria tarifa acrescida do ICMS Para consumidores atendidos em m dia tens o existem duas possibilidades para redu zir o custo espec fico atuar na redu o do consumo espec fico e atuar na redu o do pre o m dio A redu o do consumo espec fico ser detalhada no pr ximo item Para a redu o do pre o m dio existem tr s caminhos contratar demandas pr ximas s atuais necessidades da instala o modular a carga o m ximo poss vel para o hor rio fora de ponta enquadrar se na melhor modalidade tarif ria poss vel dependendo do fator de carga e do funcionamento da instala o a op o por uma das tr s modalidades existentes poder possibilitar um menor pre o m dio A tarifa azul a que possi bilita o menor pre o mas necess rio um alto fator de carga maior que 0 7 no hor rio de ponta A 2 10 Como reduzir o consumo espec fico
194. e t rmica para alguns isolantes t rmicos mais comuns na engenharia Valores de condutividade para outros materiais podem ser encon trados facilmente em textos especializados de transfer ncia de calor A espessura a ser usada para o isolamento depende de um compromisso entre o custo do mesmo e o custo associado carga t rmica adicional pelo uso de uma espessura menor ou de um isolante mais barato As observa es pr ticas d o como espessura econ mica e de plena efici ncia o valor de cerca de 5 cm para cada 102C de diferen a de temperatura entre a temperatura de tra balho da c mara e a temperatura da face externa do isolante TABELA 3 11 CONDUTIVIDADE T RMICA DE ALGUNS MATERIAIS USADOS NA REFRIGERA O INDUSTRIAL MATERIAL k kcal h m oC Chapas de fibra de madeira 0 028 Cimento celular leve 0 06 0 103 Corti a expandida pura 0 035 Corti a granulada 0 05 0 069 Fibras de vidro 0 026 Folhas de papel corrugado 0 033 Poliuretano 0 018 0 028 Poliestireno 15 a 30 kg m 0 025 a 0 040 Resinas fen licas 0 026 Vermiculite agregada ao cimento 0 06 0 086 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 191 C lculo da espessura do isolamento A espessura do isolamento a adotar em uma instala o normalmente calculada a par tir da express o da resist ncia t rmica Assim para o caso de uma parede plana Ry 1 pla Li I I lam 1 3 30 AA KA KA Cam UA Um c lculo
195. ecret rio Executivo do PROCEL Alo sio Marcos Vasconcelos Novais Chefe de Departamento de Planejamento e Estudos de Conserva o de Energia e Coordenador Geral do Projeto de Dissemina o de Informa es de Efici ncia Energ tica Renato Pereira Mahler Chefe da Divis o de Suporte T cnico de Conserva o de Energia e Coordenador T cnico do Projeto de Dissemina o de Informa es de Efici ncia Energ tica Luiz Eduardo Menandro Vasconcellos Chefe da Divis o de Planejamento e Conserva o de Energia Marcos de Queiroz Lima Chefe de Departamento de Projetos Especiais George Alves Soares Chefe da Divis o de Desenvolvimento de Projetos Setoriais de Efici ncia Energ tica Fernando Pinto Dias Perrone Chefe da Divis o de Desenvolvimento de Projetos Especiais Solange Nogueira Puente Santos EQUIPE T CNICA Coordenador Geral Marcos Luiz Rodrigues Cordeiro CONS RCIO EFFICIENTIA FUPAI EFFICIENTIA Av Afonso Pena 1964 7 andar Funcion rios CEP 30130 005 Belo Horizonte MG www efficientia com br efficientiadefficientia com br Diretor Presidente da Efficientia Elmar de Oliveira Santana Coordenador Geral do Projeto Jaime A Burgoa Tulio Marcus Machado Alves Coordenador Operacional do Projeto Ricardo Cerqueira Moura Coordenador do N cleo Gestor dos Guias T cnicos Marco Aur lio Guimar es Monteiro Coordenador do N cleo Gestor Administrativo Financeiro Cid dos Santos Scala FU
196. ede de alvenaria de uma c mara frigor fica 70 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Em que a o coeficiente de convec o externo Qam O Coeficiente de convec o interno ka a condutividade t rmica da alvenaria ki a condutividade t rmica do isolante La a espessura da alvenaria e Li a espessura do isolante Como valores t picos do coeficiente de convec o externo tem se 7 0 kcal h m C para o ar parado e at 35 kcal h m C para o ar com velocidade pr xima de 20 km h O coefi ciente de convec o interno que tamb m depende da movimenta o do ar dentro da c mara varia de 7 0 a 15 0 kcal h m C Os valores da condutividade t rmica dos materiais construtivos das c maras pode ser obtido de tabelas ou para o caso dos isolantes de dados do fabricante vide Tabela 3 11 Uma forma simplificada por m bastante utilizada para o c lculo da espessura do isola mento consiste na fixa o de um valor para o fluxo de calor por unidade de rea da pare de Q A Segundo Costa 1982 e Chagas 2000 em fun o da qualidade do isolamento podem ser adotados os seguintes valores para este fluxo m Isolamento excelente 8 0 kcal h m 9 3 W m Isolamento bom 10 0 kcal him 11 63 W m Isolamento aceit vel 12 0 kcal h m 13 96 W m Uma vez fixado este valor e desprezando se a resist ncia t rmica imposta pelo ar exter no pela parede e pelo ar externo
197. efer ncias diferentes estes devem ser devidamente corrigidos para uma nica refer ncia 2 1 4 Diagramas de Mollier para fluidos refrigerantes As propriedades termodin micas de uma subst ncia s o frequentemente apresentadas tamb m em diagramas que podem ter por ordenada e abscissa temperatura e entropia entalpia e entropia press o absoluta e volume espec fi co ou press o absoluta e entropia Os diagramas tendo como ordenada press o absoluta P e como abscissa a entalpia espec fica h s o bastante utilizados para apresentar as propriedades dos fluidos frigor ficos visto que estas coordenadas s o mais adequadas representa o do ciclo termodin mico de refrigera o por compress o de vapor Estes diagra mas s o conhecidos como diagramas de Mollier A Figura 2 2 mostra os elementos essenciais dos diagramas press o entalpia para qualquer subst ncia pura Diagramas completos de onde podem ser obtidos dados para an lises t rmicas de sistemas frigor ficos s o dados no CD EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 23 Ponto cr tico Press o s const T const regi o de l quido o v const regi o de l q vapor regi o de vapor superaquecido T const Entalpia Figura 2 2 Esquema de um diagrama de Pxh Mollier para um refrigerante Esses diagramas s o teis como meio de apresentar tanto a rela o entre as proprieda des t
198. elacio nado a este coeficiente Condutibilidade t rmica elevada um valor elevado da condutibilidade t rmica do refrigerante importante para a melhoria das propriedades de transfer ncia de calor Baixa viscosidade na fase l quida e gasosa devido ao pequeno atrito fluido dos refri gerantes pouco viscosos as perdas de carga ser o menores Baixa constante diel trica grande resist ncia el trica e caracter stica de n o corros o dos materiais isolantes el tricos caracter sticas especialmente importantes para aque les refrigerantes utilizados em ciclos de refrigera o com compressores herm ticos Devem ser est veis e inertes ou seja n o devem reagir e corroer os materiais met li cos da instala o de refrigera o N o deve ser poluente N o devem ser t xicos ou excessivamente estimulantes apesar dos circuitos frigor ficos se constitu rem em sistemas fechados a possibilidade de vazamentos imp e que os compostos utilizados como refrigerantes apresentem n vel reduzido de toxicidade o que satisfeito pela maioria dos CFCs N o devem ser inflam veis ou explosivos a possibilidade de vazamentos tamb m imp e que os refrigerantes n o sejam inflam veis devido ao risco de inc ndio e explos o Devem ser de detec o f cil quando houver vazamentos a facilidade de detec o do refrigerante importante nas instala es de grande porte A r pida detec o pode evi tar a
199. empo ou o custo do capital A Tabela B 9 ilustra com os dados Na primeira parte da tabela em cada linha est o valor do benef cio desconta do a uma taxa de 12 Por exemplo na linha correspondente ao ano 2 o valor 478 32 da primeira coluna o resultado da opera o 600 00 140127 478 32 TABELA B 9 EXEMPLO DE DESCONTO DE FLUXO FLUXO DESCONTADO COM TAXA ANUAL DE 12 00 PER ODO ANO PROJETO A PROJETO B PROJETO C 0 2 000 00 2 000 00 3 000 00 i 357 14 803 57 714 29 2 478 32 239 16 956 63 3 711 78 213 53 711 78 4 762 62 190 66 635 52 5 283 71 170 23 567 43 Retorno anos 3 59 3 97 PER ODO ANO BENEF CIOS ACUMULADOS 1 357 14 803 57 714 29 2 835 46 1 042 73 1 670 92 3 1 547 24 1 256 26 2 382 70 4 2 309 86 1 446 92 3 018 22 5 2 593 57 1 617 15 3 585 64 BOP EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL importante observar que a alternativa B sem considerar o fator tempo mostrava se tamb m aceit vel Isto apresenta retorno embora num per odo superior ao arbitrado inicialmente Quando entra o fator tempo verifica se que esta alternativa ou esse projeto sequer d retorno considerada a taxa de 12 a a B 5 2 Valor presente l quido VPL Neste m todo o crit rio de decis o quanto aceita o ou n o da alternativa a verifi ca o se o VPL maior que zero Como o valor presente l quido definido como a soma alg brica do valor presente
200. ensa o da umidade do ar sobre a superf cie externa da parede Para evit la a temperatura desta superf cie n o deve ser inferior temperatura de orvalho do ar ambiente isto Tsup ext gt Torv Em termos do fluxo m ximo permitido tem se Qmax Cox Mai Toy 3 37 Isto significa que para condi es atmosf ricas especificadas isto para valores dados de Text Tg ho h um valor m nimo da espessura do isolante a ser usado de modo a man ter a rela o abaixo Tsup ext gt Tor Q lt Qmax o que equivale a manter Considerando o m ximo fluxo permiss vel e desprezando a resist ncia t rmica da pare de tem se Kico Qmax 1 Tsup rt Liso o que implica 3 38 Kiso Lisol To Toup nt max Admitindo se que a temperatura da superf cie interna igual temperatura do ambiente interno Tcam tem se Kiko o Tow Toam 3 39 Lisol max EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 197 Combinando a equa o anterior com a equa o da Lei de Newton do resfriamento tem se k o Team 3 40 O ext Tex Ton isol Utilizando uma an lise an loga anterior tamb m se pode chegar a uma express o para o c lculo da espessura necess ria para evitar a condensa o em tubos superf cies cil ndricas a qual dada por Dow 2 Lico n Dex 2 Liso 2 k Tov Team o efe RSS A 3 41 Dex O ext Tex Tov
201. enta o superaquecimento fixado para a opera o da v lvula cuja carga forne cida pelo fabricante da v lvula em seus cat logos Seu valor varia entre 5 5 e 11 0 C My amp E Ma D o D Qz Mop O o N O gt ATop ATu Figura 3 39 Varia o da capacidade de uma VET em fun o do superaquecimento Um superaquecimento excessivo gt 112C significa que grande parte da superf cie da serpentina est sendo utilizada para superaquecer o refrigerante o que diminui a sua capacidade e efici ncia Um superaquecimento muito baixo pode ser perigoso pois h o risco da suc o de l quido pelo compressor Uma VET de equaliza o externa Figura 3 40 possui uma tubula o de pequeno di metro que conecta a c mara localizada abaixo do diafragma com a sa da do evaporador Assim a press o reinante embaixo do diafragma a mesma da sa da do evaporador As serpentinas de expans o direta principalmente aquelas alimentadas por distribuidores de l quido apresentam perda de carga consider vel Portanto as v lvulas de expans o utili zadas com serpentinas de expans o direta s o geralmente do tipo equaliza o externa EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 133 62 bor 70 Equalizador Externo Diofragma Agulha Refrigerante Corpo 5 6 bor 6 8 bar 10 C Tot 3 7 0 Figura 3 40 V lvula
202. ento el trico ao enrolamen to recomend vel a realiza o de teste de compatibilidade dos mesmos com o refrige rante do circuito Intera o com o leo lubrificante Em sistemas frigor ficos o refrigerante entra em contato com o leo de lubrifica o do compressor que arrastado para diferentes partes do circuito Al m da fun o de lubrifi ca o das partes m veis do compressor o leo tem a fun o de resfriamento e em alguns casos de veda o entre regi es de alta e baixa press o como no caso de compressores alternativos e parafuso No mercado podem ser encontrados dois tipos b sicos de leo os minerais e os sint ticos Os leos minerais s o caracterizados por tr s composi es b sicas dependendo da cadeia de sua mol cula os naft nicos os paraf nicos e os arom ticos Entre os leos sint ticos destacam se os lquil benzenos os glic is polialcalinos conhe cidos popularmente pelas iniciais do seu nome em ingl s PAG e os steres poli dicos POE EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 183 Os leos lquil benzenos por apresentarem mol culas arom ticas s o bastante sol veis com os refrigerantes R22 e R502 As misturas dos leos lquil benzenos com os mine rais de base naft nica constituem os denominados leos semi sint ticos que s o compa t veis com os refrigerantes HCFCs Os HFCs n o s o compat veis com os leos minerais e com
203. er conduzido atra v s da serpentina de degelo da bandeja de condensado sendo ent o introduzido no eva porador As figuras 3 70 e 3 71 mostram dois sistemas t picos de degelo por g s quente Na Figura 3 70 0 g s ap s passar pela serpentina de degelo da bandeja introduzido no eva porador pela linha de l quido Na Figura 3 71 0 g s introduzido no evaporador pela linha de suc o isto pela sua sa da Alguns projetistas alegam que o estresse t rmico provocado pelo fluxo alternado de refrigerante frio e quente atrav s das serpentinas do evaporador pode provocar vazamen tos principalmente nas conex es Assim deve se tomar o cuidado de verificar constante mente as conex es nas linhas de l quido e suc o de forma a minimizar poss veis vaza mentos Sistema de controle O in cio do ciclo de degelo deve sempre deve ser autom tico podendo se empre gar timer man metro diferencial entre entrada e sa da do ar do evaporador e sen sores infravermelho que detectam a presen a de gelo sobre a superf cie aletada do evaporador O ciclo de degelo deve ser o mais curto poss vel e seu t rmino tamb m deve ser autom tico Para tal pode se utilizar um sensor que determina a temperatura da serpentina e interrompe o degelo quando a mesma atinge valores da ordem de 4 C A partida do ventilador do evaporador ap s o ciclo de degelo deve ser retardada at que a temperatura da serpentina tenha atingido valores normais de o
204. erante na sa da do evaporador tende a diminuir o que provoca fechamento da v lvula diminui o da vaz o de flu do frigor fico e aumento da diferen a de press o entre a entrada e a sa da da v lvula O grau de superaquecimento pode ser ajustado pela varia o da tens o impressa mola da v lvula Maiores tens es na mola exigir o maiores press es no bulbo para a aber tura da v lvula o que implica maiores superaquecimentos A Figura 3 39 mostra uma curva em que se tem a capacidade de uma VET em fun o do superaquecimento Nesta figura ATss representa o superaquecimento est tico quando a v lvula est fechada e sem carga O superaquecimento est tico n o gera press o suficien te para abrir a v lvula a partir da sua posi o de completamente fechada Geralmente o superaquecimento est tico varia de 2 0 a 4 5C O superaquecimento de abertura designado por ATo Representa o superaquecimento necess rio para levar a v lvula da posi o completamente fechada at a posi o completa mente aberta correspondendo carga m xima de projeto do evaporador O superaqueci mento de abertura varia de 3 5 a 4 5 C O superaquecimento de opera o que designado por ATop representa o superaquecimento em que se est operando para atender a uma 132 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL determinada capacidade frigor fica O termo ATpL que corresponde soma de ATss com ATo repres
205. eraturas de entrada e de sa da da gua de condensa o na torre e vaz o de gua de condensa o A pot ncia da torre pode ser determinada por Prorr Pho V Cp Te T 3 45 em que Ptorr Pot ncia frigor fica em kcal h pro Massa espec fica da gua igual a 1000 kg m V Vaz o de gua em m h Cp Calor espec fico da gua igual a 1kcal kg C Te Temperatura da gua na entrada da torre em C e Ts Temperatura da gua na sa da da torre em 2C EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 228 Umatorre de resfriamento deve fornecer gua a uma temperatura m xima de sa da Se essa temperatura for inferior exigida a torre est com capacidade excessiva e deve se adaptar melhor capacidade da torre com as necessidades de condensa o conveniente considerar a possibilidade de reduzir a vaz o de ar para diminuir o con sumo energ tico Essa redu o pode ser feita alterando se por exemplo a rota o dos ventiladores e Ventiladores Para os ventiladores s o medidas pot ncia absorvida pelo motor de acionamento do ventilador press o total na aspira o e na descarga a diferen a entre essas duas press es indica o aumento de press o gerado pelo equipamento vaz o de ar atrav s do ventilador temperatura do ar na aspira o e a pot ncia til do ventilador pode ent o ser calculada por Var AP 3 46 vent 367000 em que Pyent pot ncia
206. erda devido a inexist ncia de termostato ou pressostato Pit Os equipamentos de gera o de frio s o dimensionados para operar em m dia de 16 a 18 horas para cada ciclo de 24 horas Na falta de acess rios de controle termostato ou pressostato o funcionamento ser cont nuo o que provoca desperd cio de energia Adotando se uma ociosidade m dia de 6 horas dia o que implica um per odo de funcio namento de 18 horas dia a perda devido falta deste tipo de controle pode ser determi nada por p Z Cm 0 25 Cr kWhim s 5 4 em que Cm o consumo m dio kWh m s do s motor es do s equipa mento s de gera o de frio 5 1 4 Perda devido a incid ncia direta de raios solares e isolamento deficiente Pirr Para c maras frigor ficas a perda pode ser estimada em fun o das dimens es da c mara da diferen a entre a temperatura externa e a interna do material e espessura do isolamento e do n mero de horas de funcionamento di rio Deve se estimar a quantidade de calor que introduzida na c mara nas condi es atuais por metro quadrado de parede ou teto da c mara Para tal considera se como efe tiva apenas a camada de isolante desprezando a favor da seguran a as demais resist n cias t rmicas paredes reboco etc Ri da 5 5 O EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 249 emque ki o coeficiente de transfer ncia de calor do material li a espessur
207. ermodin micas como a visualiza o dos processos que ocorrem em cada uma das partes do sistema Assim no estudo de um ciclo de refrigera o ser utilizado o diagrama de Mollier para mostrar o que ocorre em cada componente do sistema de refrigera o compressor condensador dispositivo de expans o e evaporador O ciclo completo de refrigera o por compress o de vapor tamb m ser representado com o diagrama de Mollier No diagrama de Mollier podem se destacar tr s regi es caracter sticas Regi o esquerda da linha de l quido saturado x 0 chamada de regi o de l quido sub resfriado Regi o compreendida entre as linhas de l quido saturado x 0 e vapor saturado x 1 chamada de regi o de vapor mido ou regi o de l quido mais vapor Regi o direita da linha de vapor saturado x 1 chamada de regi o de vapor supe raquecido 24 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Para determinar as propriedades termodin micas de um estado nas condi es satura das basta conhecer uma propriedade que o estado estar definido Para as regi es de l quido sub resfriado e vapor superaquecido necess rio conhecer duas propriedades para definir um estado termodin mico 2 1 5 Primeira lei da termodin mica A Primeira Lei da Termodin mica tamb m conhecida como Princ pio de Conserva o de Energia estabelece que a energia n o pode ser criada nem destru da ma
208. es veda o das portas e cortinas exist ncia de termostato exist ncia de for ador de ar inexist ncia de controle manual interruptor ou automatizado batente da porta da ilumina o interna fechamento de ilhas e balc es automa o do for ador de ar forma o de gelo junto ao evaporador e nas tubula es falta de for ador de ar condensador pr ximo a fontes de calor presen a de impurezas leo e ou poeira nas aletas e tubos dos trocadores falta de colarinho de prote o em torno da h lice do ventilador do condensador descentraliza o da h lice em rela o superf cie de troca de calor condensador instalado em que dificulte a circula o de ar 246 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL conjunto motor compressor n o alinhado e ou mal fixado base Vazamento de leo na ponta do eixo juntas do cabe ote e conex es das tubula es de refrigerante compressor ou central de refrigera o instalado em n vel superior ao dos evaporado res e falta de separador de leo Para permitir o funcionamento eficiente do sistema os itens abordados anteriormente devem ser verificados Alguns itens acarretam consumo excessivo de energia sendo pos s vel a quantifica o deste consumo Para a sua quantifica o s o utilizados dados de entrada obtidos em campo e constantes alguns dos dados necess rios s o tipo de isola mento da c mara e sua e
209. estado 2 1 2 Equa es de estado Equa o de estado de uma subst ncia pura uma rela o matem tica que correlacio na press o temperatura e volume espec fico para um sistema em equil brio termodin mi co De maneira geral podemos expressar esta rela o na forma da equa o 2 3 f P v T 0 23 Existem in meras equa es de estado Muitas s o desenvolvidas para relacionar as pro priedades termodin micas para uma nica subst ncia outras mais gen ricas por vezes bastante complexas t m por objetivo relacionar as propriedades termodin micas de v rias subst ncias Uma das equa es de estado mais conhecidas e mais simples aquela que relaciona as propriedades termodin micas press o volume espec fico e temperatura absoluta para o g s ideal a qual expressa por Pv RT 2 4 em que P a press o absoluta manom trica barom trica v o volume espec fico R a constante particular do g s e T a temperatura absoluta Embora a equa o 2 4 seja para g s ideal ela representa satisfatoriamente gases reais quando estes est o a press es relativamente baixas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 21 Outro exemplo de equa o de estado dado na equa o 2 5 usada para relacionar as propriedades termodin micas dos refrigerantes compostos de hidrocarbonetos fluorados CFCs RT S Ai BiT GEXP KT To Ag BeT C6EXP T Te eb i
210. evapora o e na conse quente redu o da capacidade do sistema Caso ocorram dep sitos de leo no evaporador e na linha de suc o esse leo pode ser arrastado em quantidades apreci veis para o compressor provocando golpes de l quido No projeto de uma instala o deve se prever que sejam obedecidos os seguintes requisitos a quantidade de leo enviada para o evaporador deve ser m nima e O leo enviado para o evaporador deve retornar r pida e continuamente para o com pressor em propor es tais que n o o danifique A instala o de um separador de leo na linha de descarga entre o compressor e o con densador ret m a maior parte do leo em circula o e o envia para o c rter do compres sor A instala o de uma resist ncia de aquecimento do leo do c rter reduz a miscibilida de do refrigerante no leo durante a parada do compressor evitando a forma o de espu ma no leo durante a partida bem como a condensa o de vapor de refrigerante no c r ter do compressor 3 5 6 Dicas para corre o de problemas O Quadro 3 1 mostra alguns problemas que podem ocorrer em sistemas de refrigera o com a indica o da causa prov vel dos sintomas e da a o corretiva QUADRO 3 1 PROBLEMAS QUE PODEM OCORRER EM SISTEMAS DE REFRIGERA O COMPRESSOR LIGANDO E DESLIGANDO REPETIDAMENTE CAUSA PROV VEL SINTOMAS A O CORRETIVA Contato intermitente nos circuitos Funcionamento normal por m Consert
211. externo quando da abertura e fechamen to das portas de acesso das c maras e carga t rmica decorrente das luzes pessoas e de outras fontes de calor no interior da c mara 68 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 2 4 1 Condi es externas de projeto As condi es extemas de projeto podem ser obtidas de fontes espec ficas para a cidade considerada ou de normas t cnicas como a NBR 6401 e o livro de Goulart et al 1998 quetra zem informa es sobre as condi es t picas de ver o para diversas cidades A Tabela 2 3 apre senta informa es sobre condi es par metros de projeto para algumas cidades brasileira TABELA 2 3 PAR METROS DE PROJETO PARA ALGUMAS CIDADES BRASILEIRAS CIDADE TEM DE BULBO SECO UMIDADE RELATIVA ALTITUDE EE M Belo Horizonte 32 0 52 0 858 0 Cuiab 36 0 50 0 176 0 Florian polis 32 0 62 0 n vel do mar Manaus 35 0 65 0 92 0 Recife 32 0 62 0 n vel do mar Rio de Janeiro 35 0 50 0 n vel do mar Salvador 32 0 62 0 n vel do mar S o Paulo 31 0 55 0 760 0 24 2 Condi es internas de projeto Para os melhores resultados cada produto deveria ser armazenado de acordo com os seus requisitos espec ficos de temperatura e umidade relativa especificados em manuais como o Handbook Applications da ASHRAE 1978 Por m nem sempre se torna pr tico construir uma c mara individual para cada produto manipulado por uma ind stria ou com rcio Assim os p
212. gem de refrigerante haver a vaporiza o do mesmo nos mancais provocando a remo o do filme de leo e a ope ra o a seco do compressor e a diminui o da press o de suc o no momento da partida ocasionar a forma o de espuma devido evapora o do refrigerante podendo em casos extremos haver a fuga quase que total do leo do c rter Esses fen menos ocorrem mais pronunciadamente quanto mais r pida for a queda de press o no c rter e quanto maior for a press o do c rter na partida Para que n o ocorram esses fen menos duas medidas s o recomendadas Aumentar a temperatura do leo no c rter em rela o aos demais componentes do sis tema como o condensador e o evaporador o que conseguido com a coloca o de uma resist ncia de aquecimento do leo do c rter controlada termostaticamente ou ligada quando o compressor parado Abaixar a press o do c rter do compressor durante o per odo de parada do mesmo a um valor ligeiramente inferior press o de suc o normal de trabalho havendo desta maneira no momento de partida pequeno acr scimo de press o no c rter ao inv s de haver uma queda Isso pode ser obtido por interm dio de uma v lvula solen ide insta lada na linha de l quido antes do evaporador comandada pelo termostato da instala o O compressor ser ligado e desligado pelo pressostato de baixa em fun o da pres s o de suc o O m todo recomendado a combina
213. gua de resfriamento aumenta se a capacidade de condensador por m tamb m aumentam se o custo de bombeamento da gua e o seu consumo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 111 3 Reduzindo se o di metro da carca a e aumentando se o comprimento dos tubos reduz se o custo inicial do condensador mas aumenta se a perda de carga no circuito de gua 4 O fator incrusta o fouling factor que est associado a uma resist ncia t rmica adi cional devido forma o de incrusta es depende da qualidade da gua Geralmente para condensadores novos que operam com gua de boa qualidade considera se um fator de incrusta o da ordem de 0 000044 m2 C W 0 00025 h ft2 F Btu TABELA 3 2 AUMENTO DA SUPERF CIE DE TRANSFER NCIA PARA COMPENSAR O FATOR DE INCRUSTA O FATOR DE ESPESSURA M DIA AUMENTO DE REA INCRUSTA O DA INCRUSTA O NECESS RIO DA REA DE m K W mm TRANSFER NCIA DE CALOR Tubos Limpos 0 0000 0 0 00004 0 1524 45 0 00017 0 3048 85 0 00035 0 5558 170 0 00052 0 9144 250 Para sistemas com baixa qualidade da gua de resfriamento grande quantidade de sais dissolvidos ou compostos org nicos deve ser considerado fator de incrusta o ainda mais elevado Os condensadores selecionados para um fator de incrusta o mais elevado ser o mais caros Isto pode ser observado na Tabela 3 2 que mostra de quanto dever ser aumentada a superf cie de transfer
214. hy 2 8 s s s sy s 2 9 22 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL As Tabelas A 1 at A 4 mostradas no CD s o exemplos de tabelas de proprieda des termodin micas saturadas e superaquecidas Observe nessas tabelas que para condi es de satura o basta conhecer apenas uma propriedade temperatura ou press o para obter as demais Para as condi es de vapor superaquecido neces s rio conhecer duas propriedades para obter as demais Nas tabelas de proprieda des saturadas pode se observar que para a temperatura de 0 0 C e l quido saturado x 0 0 valor num rico de entalpia h igual a 100 00 kcal kg para o refrigerante R 12 sendo igual a 200 00 kJ kg para o R 134a e o de entropia s vale 1 000 para todas as tabelas dadas Estes valores s o adotados arbitrariamente como valores de refer ncia Os demais valores de entalpia h e entropia s s o calculados em rela o a esses valores de refer ncia Outros autores podem construir tabelas com refe r ncias diferentes Assim o valor num rico da entalpia h e entropia s em diferentes tabelas podem apresentar valores completamente distintos para o mesmo estado termo din mico sem contudo modificar os resultados de nossas an lises t rmicas Basta para tanto que se utilizem dados de entalpia e entropia de uma mesma tabela ou de tabelas que tenham a mesma refer ncia Para dados retirados de duas ou mais tabelas com r
215. ilidade A norma ASHRAE 34 92 classifica os refrigerantes de acordo com seu n vel de toxicida de e inflamabilidade Cada refrigerante recebe uma designa o composta por dois carac teres alfa num ricos O primeiro uma letra mai scula que caracteriza seu n vel de toxici dade o segundo um algarismo que indica seu grau de inflamabilidade Dependendo do grau de toxicidade para concentra es abaixo de 400 ppm os compostos s o classificados em dois grupos Classe A compostos cuja toxicidade n o foi identificada Classe B foram identificadas evid ncias de toxicidade Quanto ao n vel de flamabilidade os refrigerantes s o classificados em tr s grupos Classe 1 n o se observa propaga o de chama em ar a 182C e 101 325 kPa Classe 2 limite inferior de inflamabilidade LII superior a 0 10kg m a 212C e 101 325 kPa poder calor fico inferior a 19 000 kJ kg Classe 3 inflamabilidade elevada caracterizando se por LII inferior ou igual a 0 10kg m a 21 C e 101 325 kPa poder calor fico superior a 19 000 kJ kg A classifica o de alguns refrigerantes quanto a sua toxicidade e inflamabilidade apresentada na Tabela 3 10 Como pode ser observado os refrigerantes CFCs s o do grupo Al n o inflam veis e n o t xicos O R123 um HCFC substituto do R11 classificado como B1 requerendo cuidados no seu manuseio Os HFCs substitutos dos CFCs n o s o t xicos por m podem apresentar certo grau de i
216. ima de determinada temperatura denominada temperatura cr tica ou Imisc veis quando n o formam solu es homog neas Os refrigerantes R22 e R502 por exemplo s o parcialmente sol veis em leos minerais Assim em temperaturas inferiores temperatura cr tica e em determinadas concentra es duas fases l quidas s o formadas uma rica em refrigerante e outra rica em leo lubrificante A miscibilidade parcial entre o leo de lubrifica o e o refrigerante pode provocar efei tos indesej veis em determinadas partes do circuito frigor fico Em evaporadores inunda 184 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL dos ou separadores de l quidos por exemplo a solu o rica em leo tende a acumular se na parte superior dificultando o retorno do leo ao compressor Este tipo de separa o pode ocorrer no c rter do compressor durante paradas prolongadas Como a parte rica em refrigerante fica acumulada no fundo a lubrifica o dos mancais e bielas pode ficar comprometida durante partida do compressor Compara o entre am nia e refrigerantes halogenados A escolha entre a am nia e os refrigerantes halogenados pode ser definida pelo tipo de aplica o A am nia apresenta caracter sticas de toxicidade e de maneira geral sua utiliza o restrita a locais afastados de reas densamente povoadas e a instala es industriais cuja opera o seja supervisionada por pessoal
217. incluir dados de produ o para verificar consumos e pre os espec ficos priorizar setores a serem trabalhados e estudar reloca o de cargas ou de regime de funcionamento Enfim ser um instrumento muito til na gest o da energia da empresa A 2 13 Orienta es para gerenciar a demanda A an lise da demanda tem por objetivo a sua adequa o s reais necessidades da uni dade consumidora Devem ser analisadas as demandas de pot ncia contratada medidas ou registradas e as efetivamente faturadas A demanda medida em intervalos de quinze em quinze minutos O medidor integra liza as pot ncias instant neas anotando a pot ncia m dia de cada intervalo e registra a pot ncia m dia ocorrida em todos os intervalos durante o per odo de faturamento A maior dessas pot ncias registradas ser a demanda medida expressa em quilowatts kW 280 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL As concession rias disponibilizam um relat rio em que poss vel verificar todos os registros de demanda em cada intervalo Caso a ind stria n o possua um controlador de demanda interessante solicitar este servi o mem ria de massa Quando for solicit los deve se aproveitar para fazer controles das condi es da planta anotando a hora de entrada das diversas cargas e seu per odo de funcionamento de forma a poder verificar no relat rio qual for a demanda medida para a carga que entrou em opera o
218. ios 58 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Figura 2 28 Diagrama P x h para a instala o da Figura 2 27 a Balan o de massa e energia para o separador de l quido de baixa Aplicando a conserva o de massa no volume de controle em regime permanente mostrado na Figura 2 29 tem se Separador de l quido de baixa Figura 2 29 Volume de controle no separador de l quido de baixa press o mz my 2 37 Por sua vez a aplica o de Primeira Lei da Termodin mica no volume de controle da figura acima resultar em EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 59 mz hg Mg hgs m4h Mg hge 2 38 Combinando a equa o 2 37 com a equa o 2 38 tem se y has hge M Mg S 1 8 h ha 2 39 8s Mg Evap de baixa E og 8e Mg Figura 2 30 Volume de controle no evaporador de baixa Considerando se o evaporador de baixa press o Figura 2 30 o balan o de energia resulta Oo Mg has hge 2 40 Q Portanto my EE 2 41 178 Assim como mostra a equa o 2 41 verifica se que n o h necessidade de se definir previamente o estado do refrigerante no evaporador de baixa 60 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL b Balan o de massa e energia para o separador de l quido de alta Do mesmo modo como foi efetuado no caso anterior considera se primeir
219. is s o os desembolsos inerentes ao processo produtivo pessoal energia el trica lubrificantes mat ria prima etc tomando como exemplo uma ind stria Estes ainda podem ser subdivididos nos custos fixos que n o dependem do volume produzido e custos vari veis que s o proporcionais produ o Numa central de refrigera o de grande porte por exemplo os custos com pessoal podem ser considerados fixos pois independentemente do per odo em que os com pressores permanecer o ligados haver sempre algu m de plant o ou operando os demais equipamentos dependendo do grau de automa o do processo J os custos com lubrificantes fluidos e energia el trica est o diretamente relacionados com o volu me de frio produzido Deprecia o Nos balan os das empresas a deprecia o deve aparecer como a perda de valor dos bens f sicos sujeitos a desgastes ou a perda de utilidade por uso a o da natureza ou obsolesc ncia calculada usando o m todo linear que consiste na rela o entre a dife ren a de valor inicial e do valor residual dividida pela vida til do bem Vida til A Secretaria da Receita Federal que determina as taxas m ximas e os per odos de deprecia o Para cada tipo de bem atribui se um per odo de vida til como por exemplo de 25 anos para pr dios e constru es e de 10 anos para m quinas e equipamentos embora possam ser adotados valores superiores Despesas financeiras
220. ite com o forma to desejado Faz se ent o a uni o das chapas por caldeamento a 5002C o caldeamento n o ocorre nos pontos onde h grafite Por ltimo os canais s o expandidos sob uma press o de at 150 bar retirando o grafite e deixando o formato dos canais A seguir s o mostrados alguns valores t picos do coeficiente global de transmiss o de calor U dos evaporadores discutidos acima TABELA 3 5 COEFICIENTES GLOBAIS DE TRANSMISS O DE CALOR DE ALGUNS EVAPORADORES PARA LIQUIDOS TIPO DE EVAPORADOR U kcal m h2C Shell and tube inundado 244 732 Shell and tube inundado para salmoura 146 a 488 POUSO SG RES Ep Baudelot inundado para gua 488 a 976 Baudelot seco para gua 292 a 732 Shell and coil 48 a 122 Evaporador de placas para gua 2100 a 3800 3 3 4 Dispositivos de expans o Em um sistema de refrigera o o dispositivo de expans o tem a fun o de reduzir a press o do refrigerante desde a press o de condensa o at a press o de vaporiza o Ao mesmo tempo este dispositivo deve regular a vaz o de refrigerante que chega ao evapo rador de modo a satisfazer a carga t rmica aplicada ao mesmo Neste item ser o conside 130 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL rados alguns dos principais tipos de dispositivos de expans o entre eles v lvula de expan s o termost tica v lvulas de expans o eletr nicas v lvulas de b ia v lvulas de expans o de press
221. ivos Os compressores alternativos s o os mais utilizados em sistemas de refrigera o Encontram se em est gio de desenvolvimento bastante avan ado e s o amplamente uti lizados em sistemas de pequena e m dia capacidade S o fabricados com capacidades que variam desde uma fra o de TR at cerca de 200 TR de 1 a 700kW Os refrigerantes HCFC 22 HFC 134a HFC 404A HFC 407A e HFC 407C s o frequentemente utilizados com estes compressores em sistemas de ar condicionado para conforto e processos enquanto o refrigerante R 717 am nia utilizado em sistemas de refrigera o industrial Os com pressores alternativos podem ser de simples ou duplo efeito de um ou mais cilindros abertos herm ticos ou semi herm ticos e horizontais verticais em V em W ou radiais A Figura 3 1 apresenta esquematicamente o princ pio de funcionamento de um com pressor alternativo Durante a expans o do mbolo g s refrigerante aspirado pela v lvu la de admiss o que pode estar localizada no pr prio mbolo ou no cabe ote Durante a compress o o mbolo comprime o refrigerante empurrando o para fora atrav s da v lvu la de descarga localizada normalmente no cabe ote do cilindro Quando o compressor possui um virabrequim que atravessa a carca a de maneira que um motor externo possa ser acoplado ao seu eixo ele denominado compres sor aberto Neste tipo de compressor deve ser previsto um selo de veda o para evi
222. ixa temperatura de evapo ra o como balc es e c maras de produtos congelados enquanto o refrigerante R134a que um HFC o substituto para o R12 As press es exercidas por um refrigerante est o associadas a sua press o cr tica Quanto maior a sua press o cr tica menos vol til o refrigerante exercendo por tanto menores press es para uma dada temperatura vide Tabela 3 8 Refrigerantes com press es cr ticas mais elevadas apresentam pontos de fus o e ebuli o normal superiores As temperaturas de evapora o e condensa o constituem par metros que determi nam o tipo de refrigerante adequado instala o Refrigerantes de baixa temperatura cr tica e portanto de baixa temperatura de ebuli o normal devem ser utilizados em aplica es de baixa temperatura de evapora o Por outro lado refrigerantes de elevada temperatura cr tica s o adequados para aplica es de alta temperatura de evapora o como em bombas de calor para aquecimento de gua Caracter sticas de desempenho dos refrigerantes no ciclo de compress o a vapor Embora o desempenho do ciclo de Carnot n o dependa do fluido de trabalho utiliza do como refrigerante o mesmo n o ocorre nos ciclos reais de compress o a vapor O desempenho desses ciclos depende do refrigerante em particular Assim importante que o desempenho seja considerado como um dos par metros de sele o do refrigeran te para determinada aplica o pois este
223. ixo A O CORRETIVA Completar o n vel com leo ade quado Consertar limpar ou trocar o filtro ou a v lvula Assegurar bom contato entre o bulbo remoto e a tubula o de suc o Reajustar o controle de supera quecimento ou verificar o contato do bulbo remoto Descongelar evaporador verificar o controle de press o Consertar vazamentos e comple tar com leo adequado 238 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL FUNCIONAMENTO RUIDOSO DO COMPRESSOR CAUSA PROV VEL SINTOMAS A O CORRETIVA Acoplamento solto Falta de leo Retentor ressecado ou riscado Partes internas quebradas no compressor Retorno de l quido V lvula reguladora de gua suja ress o de gua excessiva ou intermitente V lvula de expans o presa na posi o aberta Compressor ou motor solto na base Parafusos frouxos na luva de aco plamento Compressor desliga por comando do controle de press o de leo Rangidos quando o compressor funciona Compressor bate Tubula o de suc o anormalmen te fria compressor bate V lvula de gua trepidando e dando batidas Tubula o de suc o anormalmen te fria compressor bate Compressor ou motor movimen tando se na base Apertar e verificar o alinhamento Completar o n vel de leo Verificar n vel de leo Revis o geral do compressor Verificar e ajustar o superaqueci mento
224. iza o de l minas de fibrocimento ou pl stico PVC Ventiladores Existem dois tipos fundamentais de ventilador axial no qual o ar mant m a dire o do eixo antes e ap s sua passagem pelo rotor e centr fugo no qual o ar descarregado na dire o normal dire o de entrada O ventilador axial apropriado para movimentar grandes volumes de ar com um aumento de press o pequeno Seu uso encontra se mais difundido em instala es indus triais E relativamente de baixo custo e pode ser utilizado em torres de qualquer tamanho EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 159 Com chamin s corretamente projetadas o ventilador axial opera com efici ncias de 80 a 85 Os di metros podem alcan ar 9 metros ainda que oscilem entre 3 e 7 metros em ins tala es industriais Em certos casos os ngulos de ataque das p s podem ser alterados pelo simples afrouxamento das bra adeiras de uni o ao cubo central Geralmente utili zam se materiais met licos ainda que o uso de ventilador com p s de pl stico est se difundindo devido ao custo atraente e boa resist ncia ao ataque qu mico O ventilador centr fugo constitu do por uma carca a e um rotor podendo ser de sim ples ou dupla aspira o Nas torres produzidas em s rie para aquelas que requerem baixos n veis sonoros utiliza se normalmente ventilador de dupla aspira o lateral particularmen te adequado para fornecer pequen
225. izar a demanda com a oferta de energia Isto por meio da sinaliza o tarif ria pre os mais elevados e mais baixos nos per odos seco e mido respectivamente mostra se o custo da energia conforme a lei de oferta e procura THS Tarifa o Horo Sazonal tarifas baseadas no hor rio e per odo de consumo 266 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A 2 2 Como a energia el trica medida Todos os equipamentos el tricos possuem uma pot ncia que pode estar identificada em watts W em horse power hp ou em cavalo vapor cv Caso a pot ncia esteja iden tificada em hp ou cv basta transformar em watts usando as seguintes convers es 1 cv 735W e 1hp 746 watts O consumo de energia el trica igual pot ncia em watts W vezes o tempo em horas h expressa em watthora Wh Portanto depende das pot ncias em watts dos equipa mentos e do tempo de funcionamento em horas desses Nas contas de energia el trica as grandezas envolvidas s o elevadas milhares de Wh Padronizou se o uso do kWh que representa 1 000 Wh Um kWh representa a energia gasta num banho de 15 minutos 0 25 h usando um chu veiro de 4 000 W ou o consumo de um motor de 20 hp 15 kW por 4 minutos 0 067 h A 2 3 O pre o da energia el trica Pre os da baixa tens o BT Na baixa tens o BT 0 pre o m dio da energia igual s pr prias tarifas acrescidas do Imposto Sobre Circula o de Merca
226. kcal dia 2 54 em que Gm a movimenta o di ria de um determinado produto na c mara em kg dia Cp 0 calor espec fico do produto antes do congelamento em kcal kg C Tent a temperatura de entrada do produto na c mara em C T para c maras de resfriamento a temperatura final do produto para c maras de congelamento a pr pria temperatura de congelamento do produto em C hcg o calor latente de congelamento do produto em kcal kg Cp 2 O calor espec fico do produto ap s o congelamento em kcal kg C T a temperatura final do produto congelado em 2C Gr a quantidade total de produtos na c mara em kg Qresp a quantidade de calor liberado pela respira o do produto em kcal kg dia EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 73 2 4 5 Carga t rmica devido infiltra o de ar externo A carga t rmica devido infiltra o de ar est relacionada com a entrada de ar quente ar externo e com a sa da de ar frio da c mara frigor fica atrav s de portas ou quaisquer outras aberturas Cada vez que uma porta da c mara aberta uma determinada quanti dade de ar externo penetra na mesma a qual dever ser resfriada pelo sistema frigor fico da c mara aumentando a carga t rmica Assim a quantidade de ar que entra em c mara pode ser estimada entre outras formas a partir do fator de troca de ar FTA de uma c mara send
227. l entretanto o desempenho depender muito das pro priedades na suc o do compressor do pr prio compressor e dos demais equipamentos do sistema como ser visto adiante 2 2 4 Par metros que influenciam o COP do ciclo de refrigera o V rios par metros influenciam o desempenho do ciclo de refrigera o por compress o de vapor A seguir ser analisada a influ ncia de cada um deles separadamente a Influ ncia da temperatura de evapora o no COP do ciclo te rico Para ilustrar o efeito que a temperatura de evapora o tem sobre a efici ncia do ciclo ser considerado um conjunto de ciclos em que somente a temperatura de evapora o To alterada Estes ciclos est o mostrados na Figura 2 16 Nesta an lise utilizou se R22 como refrigerante o qual t pico de sistemas de ar condicionado Como pode ser obser vado uma redu o na temperatura de evapora o resulta em redu o do COP isto o sis tema se torna menos eficiente EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 45 coP 8 5 COP lt 7 0 Press o a N h5149 9 i kcal kg h 155 3 Press o Press o kgf cm an qa Ss 1 kcal Entalpia kg i 057 i LEGENDA O R717 R 134a Press o R 22 a TAN y a Er Cis Figura 2 16 Influ ncia da temperatura de evapora o no COP do ciclo te rico 46 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O IN
228. lar o valor do juro multiplica se a taxa sempre pelo capital e pelo n mero de per odos conforme estiver pactuado entre as partes interessadas no neg cio Sendo M o montante ou valor futuro C o capital n o n mero de per odos conside rado para os quais se cobrar a taxa de juros i e o valor do juro as express es a seguir resumem o texto J C i n B 1 M C M C C i n finalmente EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 285 Finalmente M Cx 1 i n B 2 comum representar fluxo de caixa por meio de setas para cima entradas de dinhei ro e para baixo sa das de dinheiro Figura B 1 B 1 3 Juro composto Quando de outro lado acertado entre as partes que o juro ser cobrado somente ao final do prazo igual soma dos n per odos a cada per odo o juro que deveria ser pago transforma se em capital E assim no pr ximo per odo o capital a se considerar para a apli ca o da taxa n o ser mais o inicial mas este acrescido do juro relativo ao primeiro per o do e assim por diante Capital ltima parcela do juro 2 000 00 Juro mensal 20 000 00 Capital inicial Figura B 1 Exemplo de fluxo de caixa A tabela B 1 ilustra os eventos 286 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA B 1 EXEMPLO DE C LCULO DO JURO COMPOSTO DATA CAPITAL TAXA JURO CAPITAL J URO 0 R 20 000 00 T R 22
229. lternativos aos CFCs tem sido colo cada no mercado pelos produtores de compostos halogenados tornando dif cil ao proje tista decidir quanto ao refrigerante que melhor se ajuste sua instala o em particular Determinados setores da ind stria optaram por um substituto em particular como no caso do condicionamento de cabinas para aplica es automotivas onde o CFC 12 foi substitu do pelo HCFC 134a O afinamento da camada de oz nio segundo modelos das rea es fotoqu micas envol vendo a irradia o solar ultravioleta resulta de um efeito em cadeia promovido por to mos de cloro e bromo entre outros Os tomos de cloro s o transportados por compos tos clorados emitidos na biosfera atingindo a estratosfera Devido a sua estabilidade qu mica as mol culas desses compostos mant m sua integridade durante todo o per odo em que permanecem na atmosfera at atingirem a estratosfera Essa estabilidade qu mica justamente uma das caracter sticas que credenciou os CFCs como refrigerantes Uma mol cula de refrigerante R12 que um CFC apresenta uma vida til na atmosfera da ordem de 100 anos tempo suficiente para que eventualmente atinja a estratosfera trans portada por correntes atmosf ricas De acordo com a Resolu o 267 de 14 de setembro de 2000 do Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA ficou estabelecida a proibi o em todo o territ rio nacional da utiliza o do CFC 11 CFC 12 al m de outras subst n
230. m peso V vaz o de l quido em m h Cp calor espec fico da gua igual a 1kcal kg C e do glicol igual a 0 8 kcal kg C Te temperatura na entrada do resfriador em C Ts temperatura na sa da do resfriador em 2C Com os dados fornecidos pelo fabricante poss vel saber se o equipamento est fun cionando a plena carga ou em carga parcial sob as mesmas condi es de condensa o Em carga parcial o grupo de resfriamento funciona com rendimento inferior ao timo ES i ola o E a 220 EFICI NCIA ENERGETICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Para determinar a pot ncia el trica absorvida em carga parcial pode se recorrer aos dados do fabricante Deste modo pode se comparar a pot ncia el trica medida com a pot ncia esperada Uma diferen a grande entre as duas pot ncias indica a exist ncia de algum defeito a ser corrigido Caso seja constatado que o equipamento trabalhe constantemente em carga parcial deve se adaptar melhor o equipamento carga para que este trabalhe com melhores ren dimentos Valores t picos de pot ncia absorvida a carga parcial s o apresentados na Tabela 3 27 para doistipos de compressores TABELA 3 27 VALORES DE POT NCIA ABSORVIDA A CARGA PARCIAL COMPRESSOR ALTERNATIVO REFRIGERANTE R22 CAPACIDADE DE REFRIGERA O POT NCIA ABSORVIDA 9 100 100 80 84 60 69 40 52 25 40 CAPACIDADE DE REFRIGERA O POT NCIA ABSORVIDA 0 9 1
231. ma se pot ncia te rica de compress o a quantidade de energia por unidade de tempo que deve ser fornecida ao refrigerante no compressor para se obter a eleva o de press o necess ria do ciclo te rico Neste ciclo o processo de compress o adiab tico revers vel isentr pico como indicado na Figura 2 13 No sistema de refrigera o real o compressor perde calor para o meio ambiente Entretanto este calor pequeno quando comparado energia necess ria para realizar o processo de compress o Aplicando se a Primeira Lei da Termodin mica em regime permanente no volume de controle da figura baixo e desprezando se a varia o de energia cin tica e potencial tem se equa o 2 32 42 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Wo My h2 h4 2 32 Compressor 7 N No Volume de Controle Figura 2 13 Processo de compress o adiab tico revers vel no compressor c Calor rejeitado no condensador Conforme mencionado a fun o do condensador transferir calor do fluido frigor fico para o meio de resfriamento do condensador gua ou ar Este fluxo de calor pode ser determina por meio de um balan o de energia no volume de controle da Figura 2 14 Assim considerando o regime permanente tem se o 2 Qe my h2 h3 pes EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 43 Meio Externo Volume de Controle Figura 2 14
232. manuten o das bandejas abertas n o oferece problemas e pode ser realizada mesmo com a torre em opera o Raramente se utiliza este sistema para torres com fluxo em contracorrente devido s dificuldades de projeto e ao ajuste da distribui o de gua Ocorre interfer ncia com o fluxo de ar V lvula de controle RD T i X ZN ZN ZN AN 7 se i Bandeja Entrada de eagua Figura 3 55 Sistema de distribui o por gravidade Sistema por press o A maior parte das torres com fluxo em contracorrente se encontra equipada com siste mas de pulveriza o por press o com os bicos voltados para baixo Este sistema n o s atua como distribuidor de gua como contribui diretamente com o rendimento datorre Os problemas associados a este tipo de sistema referem se principalmente a manuten o e regulagem do fluxo de gua A sujeira acumulada nos ramais e nos pul verizadores de dif cil limpeza e al m disso estes se encontram posicionados abaixo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 153 dos eliminadores de gotas Existe ainda o problema de se igualar a vaz o nas diferen tes c lulas que um requisito imprescind vel para se conseguir o funcionamento ade quado da torre A Figura 3 56 apresenta um sistema por press o com distribui o atrav s de tubula o fixa enquanto a Figura 3 57 apresenta um sistema por press o rotativo O primeiro constitu do por um coletor central
233. menor volume espec fico do vapor dos refrigerantes halogenados fazendo com que as vaz es volum tricas para todos os refrigerantes tenham a mesma ordem de grandeza Menores vaz es volum tricas de vapor na aspira o do compressor proporcio nam o uso de compressores menos volumosos e portanto de menor cilindradas no caso de compressores alternativos TABELA 3 8 PROPRIEDADES F SICAS DE DIVERSOS REFRIGERANTES REFRIGERANTE MASSA TEMPERATURA PRESS O PONTO DE PONTO hiv k kmol MOLECULAR CR TICA LC CR TICA KP FUS O 2C DEEBULI O PRESS O NORMAL C NORMAL R11 137 38 198 00 4 406 111 0 23 80 24 768 R12 120 90 112 00 4 113 158 0 29 80 19 982 R13 104 50 28 80 3 865 181 0 81 40 15515 R22 86 48 96 00 4 974 160 0 40 80 20 207 R23 70 02 25 60 4 833 155 0 82 10 17 039 R32 52 02 78 40 5 830 136 0 51 70 19 834 178 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA 3 8 CONTINUA O REFRIGERANTE MASSA TEMPERATURA PRESS O PONTO DE PONTO hiv k kmol MOLECULAR CR TICA eC CR TICA kPa FUS O EC DEEBULI O PRESS O NORMAL C NORMAL R113 187 39 214 10 3437 35 0 47 60 27 513 R123 152 90 183 80 3 674 107 0 27 90 26 005 R125 120 00 66 30 3 631 103 0 48 60 19 276 R134a 102 30 101 10 4 067 96 6 26 20 22 160 R152a 66 05 113 50 4 492 117 0 25 00 21 039 R401A 94 44 108 00 4 604 33 10 21 457 R402A 101 60 75 50 4 135 49 20 19721 R404A 97 60 7215 3
234. mente utiliza se gua como elemento de resfriamento Se existe gua dispon vel em quantidade suficiente e temperatura adequada sem pro blemas econ micos ou ecol gicos basta utiliz la de maneira cont nua retirando a por exemplo de um rio Se esta solu o n o for poss vel ou se for invi vel econ mica ou eco logicamente o procedimento mais comum empregar uma torre de resfriamento que permite por meio da evapora o de uma pequena quantidade de gua transmitir calor para o ar de forma que gua possa ser empregada novamente para resfriamento deven do se repor ao circuito apenas a parte de gua perdida por evapora o Assim uma torre de resfriamento uma instala o para resfriamento de gua por meio do contato com o ar atmosf rico como mostra a Figura 3 49 Instala o gua quente Torre de Resfriamento gua Fria Figura 3 49 Instala o com torre de resfriamento 146 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Tipos de torres de resfriamento Os m todos para expor a gua corrente de ar s o numerosos tendo cada um suas vantagens espec ficas que devem ser consideradas de acordo com a aplica o e o rendi mento requeridos em cada caso Uma primeira classifica o pode ser feita em fun o da forma como a gua distribu da para se obter bom contato com o ar ascendente Existem dois m todos b sicos esten der a gua em finas camadas sobre
235. met lico de bulbo sensor de temperatura e de resist ncia el trica a Bimet lico converte varia es de temperatura em deflex es de uma barra met lica fechando ou abrindo os contatos O bimetal preparado justapondo se dois tipos de EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 161 metais diferentes que apresentam diferentes coeficientes de dilata o t rmica Assim o conjunto se deflete quando a temperatura varia b Termostato com bulbo sensor de temperatura quando a temperatura no bulbo que cont m um g s ou um l quido aumenta h tamb m aumento de press o no fluido que transmitido ao fole do termostato O movimento do fole proporciona o fechamento ou a abertura dos contatos atrav s do mecanismo de alavanca c Termostato eletr nico composto por um termistor que um resistor cuja resist ncia varia de forma n o linear com a temperatura O termistor pode estar em contato com o ar ou com a gua A comuta o dos contatos fica sendo em fun o da temperatura Um aumento de temperatura resultar na diminui o da resist ncia Filtro e secador O filtro empregado para eliminar part culas estranhas nas tubula es de sistemas refrigera o constitu do por um inv lucro met lico no interior do qual se encontra uma tela de malha fina feito de n quel ou bronze Pode ser montado tanto na linha de suc o como na linha de l quido Quando colocado na linha de suc
236. monoblocos 254 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Na utiliza o de congelamento por ar deve se dar aten o especial ao consumo dos ventiladores Em geral o consumo de energia ainda que grande n o incide em grande propor o no custo total do congelamento Considerar a possibilidade de utilizar os hor rios noturnos para a gera o de frio con gelamento de produtos armazenamento de frio em forma de gelo salmoura A utiliza o de energia el trica fora do hor rio de ponta al m de estar favorecida por tarifas menores contribui para a redu o da pot ncia instalada das centrais geradoras No caso de c maras com diferentes temperaturas instalar circuitos independentes para cada uma delas Empregar motores el tricos ajustados ao consumo Os motores superdimensionados trabalham com baixo rendimento Considerar a eleva o da temperatura de evapora o a valores compat veis com a qua lidade dos produtos ou processos de refrigera o Em sistemas que funcionam em fun o de temporada como armazenagem de frutas deve se dispor de um n mero de compressores com capacidade de suprir a carga de ver o e que permitam o funcionamento econ mico no inverno Em geral devem ser instalados tr s compressores mas no inverno funcionar com apenas um Verificar o isolamento das tubula es equipamentos e c maras valorizando a impor t ncia da barreira de vapor como
237. morto em fun o da temperatura de condensa o para um compressor ideal com temperatura de evapora o de 202C e refrigerante R22 88 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL D o s N am 100 oo O D Capacidade de refrigera o kW Bs a 20 0 20 0 20 40 60 80 Temperatura de condensa o C Figura 3 8 Capacidade de refrigera o de um compressor ideal em fun o da temperatura de condensa o com temperatura de evapora o de 202C e refrigerante R22 25 Pot ncia kW N 15 10 20 0 20 40 60 80 Temperatura de condensa o C Figura 3 9 Pot ncia de um compressor ideal em fun o da temperatura de condensa o com temperatura de evapora o de 202C e refrigerante R22 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 89 Efici ncia de compress o A efici ncia de compress o nc em porcentagem dada por nd Trabalho de compress o isoentr pica kJ kg x100 c Trabalho real de compress o kJ kg 3 10 em que os trabalhos de compress o referem se s mesmas press es de aspira o e descarga Para compressores alternativos abertos essas efici ncias variam entre 65 e 70 a o fas Efici ncia volum trica de espa o morto 80 Efici ncia volum trica 70 Efici ncia volum trica efetiva 60 50 2 3 4 5 6 7 Raz o entre a press o de descarga
238. mostrado na Tabela B 2 Este o m todo mais usual pois nem sempre as s ries s o uniformes nos problemas pr ticos TABELA B 2 EXEMPLO DE C LCULO DO VPL DE UMA S RIE PER ODO VALOR DA S RIE VALOR PRESENTE M C 1 i n 1 0 0 2 0 0 3 50 37 57 4 50 34 15 5 50 31 04 6 50 28 22 7 50 25 66 Soma 156 64 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 291 claro que devem se utilizar planilhas para o c lculo do valor presente O Excel tem nas suas f rmulas a express o do valor presente seja a s rie uniforme ou n o O mesmo exerc cio feito na planilha Excel est mostrado a seguir M S S RIE 1 0 2 0 3 50 4 50 5 50 6 50 7 50 VPL R 156 64 A f rmula inserida na ltima c lula da direita est mostrada na Figura B 5 VPL Tava O 0 alor1 fez B8 E3 0 0 50 50 50 50 50 Valor2 zj 156 6440814 Retorna o valor l quido atual de um investimento com base em uma taxa de desconto e uma s rie de pagamentos futuros valores negativos e renda valores positivos Taxa a taxa de desconto durante um per odo g Resultado da f rmula R 156 64 Cancelar Figura B 5 292 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Com o auxilio da express o do juro composto M Cx 1 i associada express o que relaciona o capital com a presta o de uma s rie uniforme chega se s demais express es mais usuais na Matem ti
239. mposta taxa efetiva diz se que duas taxas s o equiva lentes quando aplicadas ao mesmo capital durante o mesmo per odo produzindo o mesmo montante ou valor futuro Esse conceito particularmente til quando se faz necess rio calcular uma taxa mensal a partir de uma taxa anual ou vice versa Exemplo Considere a taxa anual de 12 e verifique qual o valor da taxa men sal equivalente Sendo o montante e o capital os mesmos pela defini o de taxas equivalentes pode se escrever 1i 189 294 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Chamando de i a taxa mensal e de j a taxa anual e resolvendo essa equa o chega se a j 1 1 i 1 012 1 Ou i 0 000949 0 que corresponde em percentual a 0 949 sempre poss vel conferir o resultado fazendo a equival ncia inversa 1 i 1 j Isto 1 0 00949 2 1 j Ouj 0 1200 Isso corresponde a 12 na representa o percentual B 4 Amortiza o de empr stimos Normalmente consideram se tr s tipos b sicos de amortiza o Sistema price ou franc s O financiamento quitado em parcelas iguais constituindo uma s rie uniforme A presta o calculada pela f rmula B 8 j mostrada nos conceitos iniciais R ai B 8 1 i 1 Este sistema caracteriza se por presta es fixas implicando em amortiza o vari vel e juro sobre o saldo devedor tamb m vari vel EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS
240. mpressor T2 pode ser muito elevada tornando se um problema para os leos lubrificantes usados nos compressores frigor ficos A temperatura de descarga n o deve ser superior a 1302C o que por vezes exige o resfriamento for ado do cabe ote dos compressores principalmente quando s o utilizados os refrigerantes R717 e R22 com baixas temperaturas de evapora o Muitos outros problemas de ordem t cnica depen dendo do sistema e de sua aplica o podem introduzir diferen as significativas al m das citadas Problemas t cnicos e de opera o ser o abordados nos pr ximos cap tulos Condensadorj Lado de Alta Press o Lado de Baixa Press o Compressor h3 h4 hy ho h Figura 2 10 Ciclo te rico de refrigera o por compress o de vapor 40 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Figura 2 11 Diferen as entre o ciclo te rico e o real de refrigera o 2 2 3 Balan o de energia para o ciclo de refrigera o por compress o de vapor O balan o de energia do ciclo de refrigera o feito considerando se o sistema ope rando em regime permanente nas condi es de projeto ou seja temperatura de con densa o Tc e temperatura de vaporiza o To Os sistemas reais e te ricos t m com portamentos id nticos tendo o ciclo real apenas um desempenho pior A an lise do ciclo te rico permitir de forma simplificada verificar quais par metros
241. na das durante o ciclo de degelo Este sistema de degelo de f cil constru o e opera o Resulta em ciclos r pidos de degelo e pode ser utilizado para baixas temperaturas Por m tanto o seu custo inicial quanto operacional podem ser elevados Degelo por g s quente Este sistema pode ser utilizado para c maras de baixa temperatura Resulta em ciclos de degelo bastante curtos Este m todo utiliza o vapor da descarga do compressor para apli car calor diretamente sobre a superf cie dos evaporadores Em alguns sistemas a aplica o se d tamb m sobre a badeja de condensado Quando o vapor superaquecido entra no evaporador a press o come a a se elevar e o refrigerante l quido contido no interior da serpentina mais o condensado que acaba de ser EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 215 formado s o conduzidos para a linha de suc o Assim deve se instalar uma serpentina de re evapora o ou um acumulador de suc o para evitar a aspira o de refrigerante l qui do pelo compressor Para prevenir elevadas press es de suc o e consequentemente sobrecarga no motor do compressor durante o ciclo de degelo pode se utilizar uma v lvula redu tora de press o na linha de suc o a qual deve ser ajustada para permanecer com pletamente aberta durante o ciclo de resfriamento atuando somente durante o ciclo de degelo O vapor superaquecido da descarga do compressor deve primeiro s
242. na sa da do dispositivo de expans o s4 ser maior que a entropia do refrigerante na sua entrada s3 Processo 4 gt 1 Ocorre no evaporador sendo um processo de transfer ncia de calor press o constante P e consequentemente temperatura constante To desde vapor mido estado 4 at atingir o estado de vapor saturado seco x 1 Observe que o calor transferido ao refrigerante no evaporador n o modifica a temperatura do refri gerante mas somente muda sua qualidade t tulo 2 2 2 Ciclo real de compress o de vapor As diferen as principais entre o ciclo real e o ciclo te rico est o mostradas na Figura 2 11 Uma da diferen a est na queda de press o nas linhas de descarga l quido e de suc o assim como no condensador e no evaporador Estas perdas de carga AP e AP est o mostradas na Figura 2 11 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 39 Outras diferen as s o o sub refriamento do refrigerante na sa da do condensador nem todos os sistemas s o projetados com sub refriamento e o superaquecimento na suc o do compressor sendo este tamb m um processo importante que tem a finalidade de evi tar a entrada de l quido no compressor Outro processo importante o de compress o que no ciclo real politr pico S S2 e no processo te rico isentr pico Devido ao superaquecimento e ao processo politr pico de compress o a temperatura de descarga do co
243. ncia de calor para compensar o aumento do fator de incrusta o para uma mesma taxa de transfer ncia de calor Condensador de placa Este tipo de condensador geralmente constitu do de placas de a o inox ou em casos especiais de outro material de pequena espessura 0 4 a 0 8 mm As placas s o montadas paralelamente umas as outras com um pequeno afastamento 1 5 a 3 0 mm A gua de resfriamento e o flu do frigor fico circulam entre espa os alternados formados pelas placas LIZ EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Este trocador de calor come a a ser utilizado cada vez mais devido ao seu elevado coe ficiente global de transfer ncia de calor 2500 a 4500 W m C por m seu uso ainda res trito na refrigera o industrial Apresenta se em dois tipos placas soldadas brazed empregados para refrigerantes halogenados e placas duplas soldadas a laser montadas em estrutura met lica os quais s o empregados para am nia Estes ltimos apresentam a vantagem da facilidade de aumento de sua capacidade pela simples inclus o de placas Barro Guia Vapor R o VUNNA TA v NY I A 5 HI ZA E RS Entrada BE M X S AHN sf Soi E HRE PN y N Hi E 4 Sa MH KAN Refrig lii 11 INN L quido SO VA W EAC IHI A INNA lt URHE 4 AAA RO do op m V LS 2 a O Parafusos
244. nflamabilidade A am nia classificada como B2 t xica e apresenta grau m dio de inflamabilidade EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 181 TABELA 3 10 CLASSIFICA O DOS REFRIGERANTES SEGUNDO OS PADR ES DE SEGURAN A DA NORMA ASHRAE 34 92 REFRIGERANTE CLASSE REFRIGERANTE CLASSE REFRIGERANTE CLASSE R11 Al R134a Al R502 Al R12 Al R152a A2 R507a Al R13 Al R401A R170 A3 R22 Al R402A R290 A3 R23 Al R403A R600 A3 R32 A2 R404A R600a A3 R113 Al R407A R717 B2 R123 B1 R410A R718 Al R125 Al R500 Al R744 Al O di xido de carbono o R12 e o R22 n o s o considerados inflam veis embora a pres s es superiores a 1 380 kPa uma mistura de 50 de ar e 50 de R22 possa entrar em combust o induzida por elevadas temperaturas Recomenda se o manuseio cuidadoso de todos os flu dos refrigerantes pois mesmo os halogenados considerados os mais seguros podem ser perigosos em altas concentra es No caso dos hidrocarbonetos por serem combust veis recomenda se seu uso em instala es preparadas para evitar chamas e fa scas Entre os refrigerantes industriais a am nia o mais t xico apresentando limites de inflamabilidade intermedi rios entre os halogena dos e os hidrocarbonetos Compatibilidade com materiais Ao longo de uma instala o frigor fica o refrigerante entra em contato com diversos materiais como metais pl sticos elast meros vernizes do enrolamento do mo
245. nte R 22 para x 0 3 t tulo e press o de 5 0738 kgf cm 5 Determine todas as propriedades termodin micas do refrigerante R 22 temperatu ra de 902C e press o de 15 63708 kgf cm 6 Em um compressor que opera com R 134a a press o de descarga de 1000 00 kPa e a temperatura de descarga de 80 0 Qual o valor da entalpia e da entropia para este estado 7 O compressor de um sistema frigor fico deve trabalhar aspirando vapor superaque cido Determine as propriedades termodin micas do R 717 am nia quando a pres s o de suc o for de 1 219 kgf cm e o vapor estiver superaquecido de 10 02C 2 2 Ciclos de refrigera o por compress o de vapor Se um l quido for introduzido num vaso onde existe inicialmente um grau de v cuo e cujas paredes s o mantidas a temperatura constante ele se evaporar imediatamente No processo o calor latente de vaporiza o ou seja o calor necess rio para a mudan a do estado l quido para o estado vapor fornecido pelas paredes do vaso O efeito de resfria mento resultante o ponto de partida do ciclo de refrigera o que ser examinado neste cap tulo medida que o l quido se evapora a press o dentro do vaso aumenta at atingir even tualmente a press o de satura o para a temperatura considerada Depois disso nenhu ma quantidade de l quido evaporar e naturalmente o efeito de resfriamento cessar EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA
246. nte constante o que pre vine a aspira o de l quido pelo compressor em condi es de elevada temperatura de evapora o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 135 Press o bar Press o bar 17 5 6 5 45 17 5 6 5 45 Temp de Satura o C a Temp de Satura o C b Figura 3 42 Caracter sticas das VET Carga normal a e carga cruzada b Em algumas situa es podem ocorrer instabilidades na opera o da VET resultando em ciclos de superalimenta o e subalimenta o do evaporador sendo este fen meno conhecido como hunting da v lvula O hunting causa flutua es de press o e temperatu ra podendo reduzir a capacidade do sistema frigor fico O intervalo de tempo necess rio para o escoamento do refrigerante desde a entra da do evaporador at o ponto onde est instalado o bulbo pode levar em determina das condi es a uma abertura excessiva da v lvula o que alimenta o evaporador com excesso de refrigerante l quido Algumas gotas deste l quido podem ser transportadas at a sa da do evaporador resfriando rapidamente a parede do tubo onde est insta lado o bulbo e reduzindo subitamente a alimenta o de refrigerante pela v lvula a qual passa a operar em ciclos r pidos de sobrealimenta o e subalimenta o isto em hunting O hunting de uma v lvula de expans o termost tica determinado pelos seguintes fatores da v lvula uma v
247. nto das v lvulas de expans o Dolin 1997 afirma que determinados modelos de v lvulas de expans o eletr nica acionadas por motor de passo podem ter at 1532 passos para um curso de apenas 3 2 mm Utilizadas em um sistema com R22 estas v lvulas permitem variar a vaz o m ssica de refrigerante de 0 001 kg min ou a capacidade em 0 88 W a cada passo No caso do controle por pulsos de largura modulada s o utilizadas v lvulas solen ides para controlar a vaz o Como se sabe as v lvulas solen ide operam de forma on off isto elas podem estar completamente abertas ou completamente fechadas No entanto pode se controlar a vaz o de refrigerante com estas v lvulas alterando se o seu tempo largura do pulso ou dura o de abertura Por exemplo se uma v lvula com largura de pulso modulada opera com 5 pulsos por segundo e se a vaz o deve ser reduzida para 40 da nominal a v lvula dever ficar aberta por 5 segundos e fechada por 5 segundos O fechamento repentino da v lvula pode causar golpes de l quido na linha de refrige rante que alimenta a v lvula gerando vibra o excessiva A introdu o de um amorteci mento onde o refrigerante l quido for ado acima ou abaixo do mbolo da v lvula por uma pequena passagem pode ser uma forma efetiva de reduzir a velocidade de abertura e fechamento Ao inv s de abrir ou fechar completamente a v lvula pode se utilizar uma v lvula ana l gica e variar a intensidade do campo magn
248. o Separador resfriador de l quido Resfriamento entre est gios Ciclos de compress o de vapor multipress o Balan o de energia para o sistema multipress o Alguns exemplos de sistemas frigor ficos Carga t rmica 15 17 17 19 20 21 22 23 21 36 37 38 40 44 49 51 52 53 53 57 62 67 241 24 2 2 4 3 2 4 4 2 4 5 2 4 6 2 4 1 2 4 8 Condi es externas de projeto Condi es internas de projeto Carga t rmica devido transmiss o de calor Carga t rmica devido aos produtos Carga t rmica devido infiltra o de ar externo Cargas diversas Carga t rmica devido aos motores dos ventiladores Capacidade frigor fica do compressor Sistemas de Refrigera o 31 3L 3 12 3 1 3 3 14 315 32 321 3 2 2 33 33 1 3 3 2 33 3 3 34 3 35 3 3 6 33 7 3 3 8 3 3 9 3 3 10 3 4 3 4 1 35 35 1 Compressores componentes dos sistemas de refrigera o Compressores alternativos Compressor parafuso Compressor de palhetas Compressores centr fugos Compressores Scroll Condensadores Capacidade dos condensadores Caracter sticas dos condensadores Evaporadores Capacidade dos evaporadores Classifica o dos evaporadores quanto ao sistema de alimenta o Classifica o dos evaporadores quanto ao flu do a resfriar Dispositivos de expans o Torre de resfriamento Acess rios Fluidos refrigerantes Isolantes t rmicos Dimensionamento de tubula o para refrigerantes Degelo Medi
249. o ambiente isto para o ar da c mara Portanto este sistema de degelo n o recomenda do para c maras que devem ser mantidas com baixa umidade relativa e com temperatu ras inferiores a 2 C EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL BIS Degelo a gua Nas c maras que trabalham com temperaturas inferiores de temperatura de congela mento 0 C o degelo a ar n o pode ser utilizado uma vez que o mesmo se encontra abai xo da temperatura de congelamento e n o devem ser permitidas varia es significativas de temperatura no interior da c mara Assim deve se utilizar outra forma de transferir calor para a superf cie do evaporador e provocar o derretimento do gelo formado sobre a mesma A aspers o de gua o degelo el trico e o degelo por g s quente s o t cnicas de degelo utilizadas para c maras que trabalham com temperatura abaixo de 02C Para se efetuar o degelo por gua utiliza se uma tubula o que conduz a mesma at a parte superior dos evaporadores A gua ent o aspergida sobre a superf cie do evapora dor at que todo o gelo tenha sido derretido Devem ser instalados sistemas de drenagem da tubula o que conduz a gua at os evaporadores de forma que as mesmas sejam esvaziadas antes de se dar in cio opera o normal de resfriamento da c mara vide Figura 3 69 Evaporador V lvula de 3 vias S gua Dreno Figura 3 69 Sistema de degel
250. o constante e tubos capilares V lvula de expans o termost tica Devido a sua alta efici ncia e a sua pronta adapta o a qualquer tipo de aplica o as v lvulas de expans o termost tica VET s o os dispositivos de expans o mais utilizados em sistemas refrigera o de expans o direta Elas regulam o fluxo de refrigerante que chega ao evaporador de forma a manter um certo grau de superaquecimento do vapor que deixa o mesmo A Figura 3 38 mostra o esquema de uma v lvula de expans o termost tica conectada a uma serpentina de expans o direta Estas v lvulas s o constitu das de corpo mola dia fragma parafuso de ajuste e bulbo sens vel O bulbo que cont m em seu interior flu do fri gor fico saturado do mesmo tipo que o utilizado no sistema frigor fico conectado com a parte superior do diafragma por meio de um tubo capilar e deve ser posicionado em con tato com a tubula o de sa da do evaporador bem pr ximo a este A sa da da VET conec tada com a tubula o de entrada do evaporador Caso este seja de m ltiplos circuitos deve se utilizar um distribuidor de l quido 4 Distribuidor 6 2 bor 7 0 C Diafragma CEA i men E T gulha E ESP T FTSE dad Refri t ca E E L E g 7 4 bor 13 C efrigerante f FRAL ES z lb ESCREESRHANARE Corpo Z E e Aju 5 6 bor Ta 37 C Figura 3 38 V lvula de expans o termost tica equaliza o interna EFICI NCIA ENERG TICA EM S
251. o de ilustra o a Figura B 8 apresenta o c lculo da taxa de desconto que anula o VPL da alternativa A Isso pode ser feito com o aux lio da fun o Ferramentas Atingir Meta EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 1 178571 2 318 88 3 5 Per odo ano Projeto A Projeto B Projeto C 1 785 71 31888 Definir c lula fes 5 Para valor fo variando c lula 141 z Lo conde Figura B 8 C lculo da taxa de desconto que anula o VPL da alternativa A Ao aceitar os valores na caixa de di logo atrav s da tecla OK o Excel calcula a taxa que anula o valor presente l quido como mostrado na Figura B 9 EEN TETE Exa Fluxo descontado com taxa anual de 22 17 164 51 4 44883 13465 44883 6 15035 90 21 300 69 VPL R 000 R 534 48 R 144 64 Status do comando alingir meta Figura B 9 C lculo da taxa que anula o VPL no Excel 308 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Como n o poderia deixar de ser o valor encontrado para a taxa capaz de anular o VPL foi exatamente a TIR calculada anteriormente Coment rio sobre a TIR Quando um fluxo de caixa apresenta valores alternadamente positivos e negativos embora n o muito comum nos exemplos restritos ao objetivo deste Livro vale o comen t rio poss vel existir mais de um valor real para a TIR t
252. o este por sua vez dependente do volume e tipo da c mara O FTA expressa o n mero de trocas de ar por dia trocas dia da c mara Pode ser calculado a partir da Tabela 2 5 Uma vez que se conhece o volume de ar externo que entra na c mara por dia pode se determinar a carga de infiltra o pela equa o abaixo em que Vcam 0 volume da c ma ra em m e AH refere se ao calor cedido por metro c bico de ar que entra na c mara sendo dado pela Tabela 2 6 Qint Vcam FTA AH kcal dia 2 55 TABELA 2 5 FATOR DE TROCA DE AR DE C MARAS FRIGOR FICAS PARA CONSERVA O C MARAS PARA PRODUTOS RESFRIADOS C MARAS PARA PRODUTOS CONGELADOS VOLUME FTA VOLUME FTA VOLUME FTA VOLUME FTA m TROCAS DIA m TROCAS DIA m gt TROCAS DIA m TROCAS DIA 40 15 00 500 3 60 40 11 00 500 2 80 50 13 00 700 3 00 50 10 00 700 2 30 60 12 00 1000 2 50 60 9 00 1000 1 90 80 10 00 1200 2 20 80 8 00 1200 1 70 100 9 00 1500 2 00 100 7 00 1500 1 50 125 8 00 2000 1 70 125 6 00 2000 1 30 150 7 00 3000 1 40 150 5 50 3000 1 10 200 6 00 5000 1 10 200 4 50 5000 1 00 300 5 00 10000 0 95 300 3 10 10000 0 80 400 4 10 15000 0 90 400 3 20 15000 0 80 14 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA 2 6 CALOR CEDIDO PELO AR EXTERNO AO ENTRAR NA CAMARA AH EM kcal m COND EXTERNAS TEMPERATURA NA C MARA C UR Text C 25 20 150 15 0 232 213 194 174 155 134 111 85 559 ZA 20 0 26
253. o evita que impurezas pene trem no compressor juntamente com o vapor de refrigerante O filtro na linha de l quido destina se a evitar que impurezas fluam para o evaporador juntamente com o refrigeran te l quido O filtro secador al m da fun o de filtro descrita anteriormente destinado a eliminar a umidade que apesar dos cuidados tomados antes e durante a carga sempre est presente nas instala es de refrigera o ocasionando diversos pro blemas constitu do por um corpo com elementos filtrantes cheio de material altamente higrosc pico s lica gel O filtro secador colocado normalmente nas linhas de l quido Como o filtro secador oferece uma perda de carga consider vel quando instalado na suc o das instala es de m dio e grande porte costuma se deix lo no circuito por um per odo de 10 a 15 dias e retir lo depois ou fazer um by pass de modo a isol lo por meio de v lvulas Figura 3 63 162 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A V lvulas Manuais Filtro Secador Figura 3 63 Filtro secador de sa da lateral Separador de leo O separador de leo utilizado quando o retorno de leo em um sistema inadegua do dif cil de ser obtido ou ainda quando a quantidade de leo em circula o excessi va causando perda de efici ncia em raz o do ac mulo nas superf cies de troca de calor Compressores frigor ficos s o lubrificado
254. o frio montado entre o sistema e a bomba de v cuo Consiste em dois recipien tes onde se coloca mistura de gelo seco e refrigerante R11 ou gelo comum e sal no menor recipiente No espa o entre em os recipientes circulam os gases do sistema O vapor de gua se condensa ao entrar em contato com as paredes frias do recipiente menor Portanto o leo da bomba n o contaminado de f cil confec o e pode ser fabricado no campo usando se materiais comuns N o se devem usar man metros de baixa comuns para medir v cuo e sempre que se fizer v cuo deve se fazer o teste de estanqueidade Mistura de gelo seco e Freon 11 ou mistura de gelo comum e sal Anel de veda o Fluxo proveniente do sistema de NJ refrigera o p 5 Fluo paraa d CESU E bomba de v cuo gua acumulada e Tubo de a o de na superf cie 4 polegadas Tubo de a o de Dreno de gua 6 polegadas condensada Figura 3 72 Esquema de um sif o frio PBP EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 3 5 4 Recolhimento do refrigerante Pump down O recolhimento de refrigerante consiste em confinar o fluido refrigerante do sistema de refrigera o entre a v lvula de descarga do compressor e o registro de l quido do conden sador ou do tanque de l quido quando existente ou ainda entre a v lvula de descarga do compressor e a v lvula solen ide da linha de l quido O recolhimento de refriger
255. o para o resfriamento de leite 4 Evaporadores de placas Da mesma forma que no caso dos condensadores este tipo de evaporador est sendo utilizado cada vez mais devido ao seu elevado coeficiente de transmiss o de calor Pode ser usado com alimenta o por gravidade recircula o por bomba ou por expans o dire ta v lvulas termost ticas constru do a partir de l minas planas de metal interligadas por curvas de tubo soldadas a placas cont guas Pode ser feita tamb m de placas rebaixadas ou ranhuras e soldadas entre si de modo que as ranhuras formem uma trajet ria determinada ao fluxo do refrigerante Evaporadores de contato Este tipo de evaporador constitui um caso particular do evaporador de placas sendo muito utilizado para o congelamento de produtos s lidos pastosos ou l quidos EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 129 Atualmente constru do em chapas de alum nio liga especial por m no passado foram utilizados principalmente o cobre e o a o A sua alimenta o pode ser por gravidade recir cula o por bomba ou expans o direta mais comumente utilizado como serpentinas de prateleiras em congeladores O refri gerante circula atrav s dos canais e o produto a congelar colocado entre as placas Esse tipo de evaporador pode ainda ser produzido pelo sistema roll bond em que s o toma das duas chapas de alum nio sobre as quais s o impressos canais em graf
256. o por aspers o de gua 214 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Durante o ciclo de degelo interrompe se o suprimento de refrigerante ao evaporador Em alguns sistemas tanto a bandeja de condensado quanto os drenos s o aquecidos por meio de resist ncias el tricas Este sistema de degelo tem custo inicial baixo e mant m a superf cie dos evaporadores limpas o que especialmente vantajoso para c maras de armazenagem de carnes e fru tas No entanto h necessidade de gua limpa em abund ncia e resulta em ciclos de dege lo relativamente longos A gua deve ser suprida com temperaturas superiores a 4 C Este sistema indicado para c maras com temperaturas superiores a 18 C Outra op o a aspers o cont nua de salmoura cloreto de s dio ou propileno glicol sobre a superf cie aletada do evaporador o que previne a forma o de gelo A salmoura pode ser utilizada para temperaturas da c mara de at 122C e o propileno glicol at 35 C Ao ser aspergida sobre o evaporador a salmoura ou propileno gli col absorve umidade reduzindo a sua concentra o Portanto deve se prever um meio de corrigir a concentra o regularmente pela adi o de sal ou evapora o da umidade absorvida Degelo el trico Nestes sistemas os evaporadores s o constru dos de forma que possam ser inseridas resist ncias el tricas entre a superf cie aletada ou dentro de tubos as quais ser o acio
257. o sistema EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 165 verde gt aus ncia de umidade amarelo gt presen a de umidade marrom gt contamina o total do sistema 3 3 7 Fluido refrigerante Fluido frigor fico flu do refrigerante ou simplesmente refrigerante uma subst ncia empregada como ve culo t rmico na realiza o dos ciclos de refrigera o Inicialmente utilizaram se como refrigerante subst ncias com NH3 CO2 SO2 e CH3CI Mais tarde com a finalidade de atingir temperaturas em torno de 75 C utilizaram se subst ncias com N20 C2H6 e mesmo o propano Com o desenvolvimento de novos equipamentos pelas ind s trias frigor ficas cresceu por necessidade de novos refrigerantes O emprego da refrigera o mec nica nas resid ncias e o uso de compressores rotativos e centr fugos determinaram a pesquisa de novos produtos levando descoberta dos CFCs hidrocarbonetos base de fl or e cloro Os CFCs re nem numa combina o nica v rias propriedades desej veis n o s o inflam veis explosivos ou corrosivos s o extrema mente est veis e s o muito pouco t xicos Em 1974 foram detectados pela primeira vez problemas com CFCs Demonstrou se que compostos clorados poderiam migrar para a estratosfera e destruir mol culas de oz nio Por serem altamente est veis ao se liberarem na superf cie terrestre conseguem atingir a estratosfera antes de serem destru dos Os
258. o uma certa quantidade de leo cir cula junto com o fluido refrigerante deixando o compressor e entrando no condensador e tanque de l quido caso exista O leo mistura se ent o com o refrigerante l quido e injetado no evaporador onde pode ficar retido em pequena ou grande quantidade ou ainda retornar rapidamente ao compressor tudo dependendo do projeto do evaporador e da disposi o geom trica da tubula o At que seja atingido o estado de equil brio pode ocorrer diminui o no n vel de leo do c rter durante o in cio da opera o Neste caso deve se parar o compressor e colocar leo at se obter o n vel normal Nas horas subsequentes deve se manter o mesmo cuida do com o n vel de leo at que se atinja uma estabiliza o total do sistema Posteriormente deve se verificar o n vel de leo pelo menos uma vez por semana Al m da possibilidade de preju zos decorrentes da falta de leo no compressor os seguintes fatores confirmam a import ncia de se manter a quantidade de leo em circu la o no sistema de refrigera o em um valor m nimo poss vel O leo pode formar uma pel cula na superf cie do evaporador reduzindo o coeficiente de troca e calor e EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 235 m o leo dissolvido no fluido refrigerante no estado l quido provoca um retardamento na evapora o Esses dois fatores resultam em uma redu o da press o de
259. o valor total dos benef cios no per odo de vida til da alternativa de projeto selecionada pelo valor do investimento Em geral apli cado para pequenos valores de investimento para projetos cujo benef cio se d em um curto per odo em geral menos de 4 anos EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 299 Exemplo seja o fluxo de caixa dos projetos A Be C mostrados na Tabela B 6 TABELA B 6 EXEMPLO FLUXO DE CAIXA PER ODO ANO PROJETO A PROJETO B PROJETO C 0 2 000 00 2 000 00 3 000 00 1 400 00 900 00 800 00 2 600 00 300 00 1 200 00 5 1 000 00 300 00 1 000 00 4 1 200 00 300 00 1 000 00 5 500 00 300 00 1 000 00 Para calcular o tempo de retorno pelo m todo do pay back simples basta acu mular os benef cios conforme a Tabela B 7 TABELA B 7 EXEMPLO DE BENEF CIOS ODORO BENEF CIOS ACUMULADOS il 400 00 900 00 800 00 2 1 000 00 1 200 00 2 000 00 3 2 000 00 1 500 00 3 000 00 4 3 200 00 1 800 00 4 000 00 5 3 700 00 2 100 00 5 000 00 Por fim deve se verificar o tempo no caso em anos gasto para que os benefi cios acumulados superem o investimento inicial A Tabela B 8 mostra o tempo de retorno para as alternativas ou projetos A B e C 300 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL TABELA B 8 EXEMPLO DE TEMPO DE RETORNO PROJETO A PROJETO B PROJETO C Retorno anos 3 00 4 67 3 00 Por este m todo a conclus o seria que os projet
260. o ventilador n o retirado ime diatamente Blow Through ventilador soprando Embora o alcance desta configura o seja menor o calor dissipado pelo motor do ventilador retirado do ar imediatamente ap s a sua libera o V lvula Solen ide V lvula de Expans o Ar Refrig E Figura 3 36 Evaporador com circula o for ada do ar ventilador soprando Um dos artif cios utilizados para melhorar o coeficiente de transmiss o de calor de um evaporador seria o de molhar a sua superf cie externa pela aspers o de um l quido na forma de spray ou chuva dando origem aos chamados evaporadores de superf cie mida sprayed coil A aspers o de l quido al m de manter a serpentina sempre limpa tamb m apresen ta as seguintes finalidades aumentar a umidade relativa do ambiente para temperatu 1124 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL ras acima de 02C Utiliza se a aspers o de gua e eliminar a forma o de gelo e conse quentemente reduzir o tempo e perda de energia no degelo Utiliza se a aspers o de glicol ou salmoura Quando n o h aspers o de l quido sobre a superf cie externa do evaporador este dito de superf cie seca Isto n o significa que a superf cie esteja sempre seca Na verdade ela pode estar molhada com vapor de gua condensado para temperaturas positivas ou pode ter gelo para temperaturas negativas O que significa que
261. ocorre em um manifold comum de onde os gases s o condu zidos para um condensador remoto o qual geralmente est instalado no teto da casa de m quinas O uso de condensadores evaporativos pode produzir ainda uma temperatura de con densa o baixa o que aliado ao menor consumo dos ventiladores contribui para o esta belecimento de um sistema mais eficiente do ponto de vista energ tico Os sistemas com fluidos intermedi rios t m caracter sticas que tendem a melho rar a efici ncia do sistema prim rio Estas incluem a proximidade dos compressores com o trocador de calor intermedi rio a possibilidade de sub resfriar o refrigerante prim rio com o fluido secund rio salmoura e a utiliza o do fluido intermedi rio levemente aquecido para descongelar os trocadores de calor serpentinas de res friamento EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 65 de l quido Figura 2 36 Sistema frigor fico t pico de expans o indireta EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL penca naneee nene eee 000 Figura 2 38 Sistema frigor fico com compressores em paralelo e m ltiplos evaporadores EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 67 EXERC CIOS PROPOSTOS 1 Compare a pot ncia consumida pelo s compressor es de um sistema frigor fico que trabalha com R717 e que deve ter uma capacidade de 50 TR de
262. omo tamanho do equipamento quanto maior o equipamento maior o tempo de evacua o para uma mesma bomba de v cuo Capacidade da bomba de v cuo quanto maior a capacidade da bomba de v cuo menor o tempo de evacua o para o mesmo sistema Vazamento nas conex es da bomba ao sistema se as conex es da bomba ao sistema tiverem vazamentos o tempo de evacua o ser maior pois a bomba estar succionan do n o apenas do sistema mas tamb m ar do ambiente dimens es das linhas que ligam a bomba ao sistema as linhas devem ser mais curtas e de maior di metro poss vel EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 28 temperatura quanto maior a temperatura do sistema mais r pida a obten o do v cuo A aplica o de calor atrav s de l mpadas resist ncias etc um m todo til para apressar a obten o do v cuo e quantidade de gua em estado l quido no sistema quanto maior a quantidade de gua maior o tempo de evacua o A gua em estado l quido apresenta ainda o inconvenien te de contaminar o leo da bomba diminuindo consideravelmente sua capacidade pois esta gua se transforma em vapor que faz parte dos gases comprimidos pela bomba Neste caso a bomba n o estar bombeando apenas os gases do sistema Quando se faz v cuo em um sistema que cont m gua em estado l quido pode se usar um sif o frio cujo esquema apresentado na figura 3 72 O sif
263. orador 5 Para o compressor Figura 2 22 Esquema de um separador de l quido e resfriador separador resfriador EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 53 2 3 3 Resfriamento entre est gios O resfriamento entre est gios resfriamento intermedi rio em compressores de dois est gios de compress o e instala es que n o utilizam separador de l quido tamb m muito utilizado sendo que pode proporcionar redu o de pot ncia consumida al m de resultar em temperaturas mais baixas do refrigerante no est gio de alta press o descar ga do compressor de alta A Figura 2 23 mostra esquematicamente um sistema com resfriamento entre est gios dotado de trocador de calor que pode ser resfriado a gua ou ar bem como os diagramas PxvePxh para o processo de compress o Para sistemas de dois est gios de compress o considerando que a subst ncia de traba lho refrigerante tem comportamento de g s ideal pode se mostrar que para se obter o trabalho m nimo de compress o quando o resfriamento entre est gios completo e com trocador de calor a press o intermedi ria press o entre os dois est gios de compress o dada por P P Pi 2 36 Para sistemas frigor ficos em geral o resfriamento intermedi rio n o pode ser realiza do completamente por um agente externo gua ou ar devido aos baixos n veis de tem peratura que deveriam ser alcan ados na press o intermedi ria A
264. orre a descarga devido ao encaixe do ressalto na cavidade Com a finalidade de lubrifica o e veda o leo adi cionado ao sistema Assim em sistemas operando com compressores parafuso torna se necess rio instala o de um separador de leo O desempenho de um compressor parafuso depende do seu projeto que define suas raz es de volume e de press o A Figura 3 12 apresenta efici ncia de compress o de compressores parafuso para diversas raz es entre volumes e press es A menos que ocorra uma varia o dr s tica na raz o de press o os valores da efici ncia de compress o sofrem pouca varia o Figura 3 11 Rotores de um compressor parafuso e corte transversal A capacidade de resfriamento dos compressores de parafuso duplo est na faixa de 20 a 1300TR 70 a 4570kW Capacidades de resfriamento entre 50 e 350TR 176 a 1230kW s o normalmente utilizadas A rela o de press o em compressores parafuso pode ser da ordem de 20 1 em simples est gio Os refrigerantes HCFC 22 HFC 134a e HFC 407C s o normalmente empregados em compressores parafuso para condicionamento de ar para conforto A am nia R 717 utilizada para aplica es industriais 92 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Os requerimentos m nimos de efici ncia em fun o da capacidade segundo a ASHRAE para resfriadores de gua com compressores parafuso com condensa o a gua s o Capacid
265. os lquil benzenos Os leos compat veis com HFCs s o os sint ticos POEs e os PAGs que apresentam elevada higroscopicidade o que prejudica seu manuseio Para a opera o com refrigerantes da fam lia dos HFCs a ind stria frigor fica tem dado prefer ncia aos leos POE que s o menos higrosc picos que os PAGs apresentam tend ncia a hidr lise e s o incompat veis com certos elast meros Na sele o do leo lubrificante do compressor devem se conhecer alguns de seus par metros f sico qu micos especialmente sua viscosidade e grau de miscibilidade com o refrigerante O fabricante do compressor deve especificar o tipo de leo e sua viscosida de A viscosidade do leo depende da temperatura do tipo de compressor e do tipo de circula o por salpico ou por bomba Em circuitos que operam com refrigerantes haloge nados a miscibilidade importante para garantir o retorno adequado do leo ao c rter do compressor A am nia e o g s carb nico apresentam miscibilidade reduzida com leos minerais Assim em sistemas industriais devem ser previstos procedimentos especiais para a coleta do leo acumulado nas regi es inferiores dos separadores de l quido e seu retorno adequado ao carter do compressor Em rela o a sua miscibilidade com os refrigerantes os leos podem ser classificados como Misc veis quando forem misc veis em quaisquer propor es e temperaturas Parcialmente misc veis quando forem misc veis ac
266. os A e C t m o mesmo tempo de retorno Portanto s o equivalentes num crit rio de decis o quanto ao mais van tajoso Caso a inten o fosse selecionar quais projetos ou alternativas t m tempo de retorno inferior a quatro anos por exemplo ambos atenderiam No segundo m todo chamado Fluxo de Caixa descontado FDC n considera se o valor do dinheiro no tempo Assim necess rio considerar uma taxa de desconto tam b m chamada de Custo de oportunidade Custo de capital ou ainda Taxa m nima de atratividade Em linhas gerais essa taxa pode ser entendida como a taxa paga por outra op o de aplica o com igual n vel de risco Corresponde ao valor presente daquele fluxo no per odo considerado na taxa acertada Por exemplo o fluxo de caixa de R 2 000 00 ocorrido no oitavo per odo 8 m s por suposi o usando uma taxa de 10 de desconto ser igual a 2 000 00 En rogo 933 02 Isto R 2 000 00 daqui a 8 meses correspondem a apenas R 933 02 hoje Utilizando os dados do exemplo anterior vemos que as op es A e C continuam sendo as selecionadas pelo crit rio de tempo de retorno inferior a quatro anos se utilizado o m todo do fluxo de caixa descontado Por m a alternativa A mostra se mais vantajosa EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 301 por apresentar um tempo de retorno menor quando se considera o valor do dinheiro no t
267. os equipa mentos adicionais para justificar tal investimento Fatores como o refrigerante usado o tipo do compressor alternativo parafuso centr fugo etc e a capacidade frigor fica do sis tema tamb m influenciam na decis o Como exemplo pode se citar que considerando a am nia como refrigerante as temperaturas de vaporiza o m nimas pratic veis para com pressores alternativos simples s o de 302C para duplo est gio de 50 C e para sistemas de tr s est gios de compress o as temperaturas de vaporiza o m nimas de 70 C o que j fornece uma indica o do tipo de instala o que dever ser utilizado 2 3 1 Separador de l quido A Figura 2 21 mostra esquematicamente um separador de l quido e sua localiza o no sistema bem como os processos termodin micos e os estados do refrigerante num dia grama P x h 0O estado do refrigerante no ponto 2 pode ser representado por uma mistura de refrigerante no estado de l quido saturado com refrigerante no estado de vapor satu rado ambos na mesma press o do ponto 2 Para estas condi es o vapor saturado n o tem efeito frigor fico Assim seria vantajoso utilizar um sistema para diminuir a quantidade de refrigerante que chega ao evaporador e que n o possui efeito frigor fico isto refrigerante na forma de vapor Isto pode ser feito expandindo se o liquido saturado de 1 at 3 Em seguida o l quido separado do vapor o qual deve ser recomprimido at uma press o
268. os hidrogenados R12 R22 R11 etc N o foram envolvidas na pesquisa as misturas que se tornaram populares nos ltimos anos devido necessidade de refrigerantes alternativos aos CFCs para satisfazer determi nadas condi es operacionais poss vel fazer combina es de duas ou mais esp cies qu micas que em propor es adequadas resultam num composto com as caracter sticas dese jadas De maneira geral os refrigerantes podem ser classificados nas seguintes categorias Hidrocarbonetos halogenados Misturas n o azeotr picas de hidrocarbonetos halogenados EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL LAL Misturas azeotr picas de hidrocarbonetos halogenados Compostos org nicos e Compostos inorg nicos Os refrigerantes s o designados de acordo com a norma ASHRAE 34 1992 por n me ros de no m ximo quatro algarismos de acordo com a seguinte regra O primeiro algarismo da direita indica o n mero de tomos de fl or na mol cula O segundo algarismo indica o n mero de tomos de hidrog nio mais 1 O terceiro algarismo indica o n mero de tomos de carbono menos 1 e O quarto algarismo a partir da direita utilizado para designar compostos derivados de hidrocarbonetos n o saturados Uma forma simples da regra de numera o dos refrigerantes a seguinte C 1 H 1 F As val ncias n o preenchidas correspondem aos tomos de cloro na mol cula T
269. ou salmoura press es no circuito frigor fico Vaz o de gua ou salmoura rota o das m quinas tens o el trica corrente el trica e pot ncia el trica Para a medi o desses par metros podem ser utilizados os seguintes instrumentos term metro term metro de bulbo mido 218 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL term metro de resist ncia man metro anem metro tubo de Pitot placa de orif cio amper metro volt metro watt metro tac metro e psicr metro Antes de se adotar qualquer medida no sentido de melhorar o comportamento ener g tico de um sistema de refrigera o importante conhecer seu estado nas mesmas con di es estabelecidas durante a realiza o do projeto Diante de uma determinada instala o deve se proceder avalia o de seu funciona mento analisando se o seu comportamento est de acordo com o que se esperava obter preciso decidir sobre as a es a serem tomadas sobre os ajustes necess rios para se obter o funcionamento correto dos equipamentos e componentes de modo que se obte nham as condi es de funcionamento desejadas Assim importante que o sistema de refrigera o seja definido com precis o incorporando todos os elementos que o consti tuem Para garantir que a instala o opere sob as condi es previstas no projeto devem se realizar com precis o
270. ows normalmente varia de 4a 8 sendo limitado pela temperatura do refrigerante A redu o de temperatura e da umidade do ar que atravessa a serpentina fun o da temperatura da superf cie externa da mesma a qual por sua vez determinada pela temperatura do refrigerante Temperaturas mais elevadas do refrigerante implicar o temperaturas mais elevadas da superf cie externa da serpentina o que diminui a varia o de temperatura do ar e a redu o de umidade Por m estas varia es n o ocorrem na mesma propor o que a varia o da temperatura do refrigerante Normalmente a temperatura do refrigerante deve ser de 3 a 8X inferior temperatura de entrada do ar na serpentina O aumento da vaz o de ar que atravessa uma dada serpentina aumenta a velocidade de face E conforme mencionado acima a varia o de temperatura e a remo o de umi dade do ar diminuem com o aumento da velocidade de face Tomando se como base o que foi exposto acima quando da sele o de evaporadores para o resfriamento de ar devem se observados os seguintes fatores 126 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 1 Temperatura do refrigerante Geralmente a diferen a entre a temperatura do ambiente a ser resfriado c mara e a temperatura do refrigerante vide equa o 4 28 deve obedecer aos crit rios estabelecidos na tabela 3 4 a fim de garantir a correta umida de relativa da c mara Obviamente a diferen
271. para Compress o GO Refrigerante mmp gua m gt Figura 3 29 Condensador de placas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL INIS Condensadores evaporativos Este tipo de condensador formado por uma esp cie de torre de resfriamento de tira gem mec nica no interior da qual instalada uma s rie de tubos por onde escoa o flu do frigor fico Figura 3 30 No topo destes condensadores s o instalados bicos injetores que pulverizam gua sobre a tubula o de refrigerante A gua escoa em contracorrente com o ar em dire o bacia do condensador O contato da gua com a tubula o por onde escoa o refrigerante provoca a sua condensa o Ao mesmo tempo uma parcela da gua evapora e num mecanismo combinado de transfer ncia de calor e massa entre a gua e o ar esta ltima tamb m resfriada A gua que chega bacia do condensador recircu lada por uma bomba e a quantidade de gua mantida por meio de um controle de n vel v lvula de b ia acoplado a uma tubula o de reposi o Descarga do Sec o de Dessuperaquecimento Compressor RR RR RR RR Tubula o de Refrigerante Refrigerante L quido Bomba Figura 3 30 Condensador evaporativo O consumo total de gua neste tipo de condensador por evapora o arraste e drena gem da ordem de 8 8 a 12 1 I h por tonelada de refrigera o Geralmente os condensa dores evaporativos s
272. pera o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Resfriomento Degelo Solen ide 1 Fechada Aberta Solen ide 2 Aberta Fechada Linho de L quido Figura 3 70 Sistema de degelo por g s quente g s introduzido pela linha de l quido Restriomento Degelo Solen ide 1 Fechada Aberto Solen ide 2 Aberta Fechada Solen ide 3 Aberta Fechada Linha de L quido Figura 3 71 Sistema de degelo por g s quente g s introduzido pela linha de g s EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 2 34 Medi es e par metros Ao longo da vida til dos sistemas de refrigera o importante que se fa a o monito ramento de determinados par metros para manter as condi es de opera o da instala o o mais pr ximo do ponto timo e para se obter dados que auxiliem no planejamento de opera o e manuten o A seguir s o apresentados alguns par metros que podem ser monitorados e os instrumentos utilizados na sua determina o Dependendo da capaci dade e da complexidade do sistema pode se monitorar uma maior ou menor quantidade de par metros Os principais par metros f sicos a serem medidos s o temperatura de bulbo seco do ar temperatura de bulbo mido do ar temperatura da gua ou salmoura temperatura do fluido refrigerante no circuito frigor fico velocidade do ar press o do ar press o da gua
273. peraturas de condensa o t picas 116 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 3 3 Evaporadores 3 3 1 Capacidade dos evaporadores Seguindo o mesmo procedimento realizado para os condensadores ser mostrada neste item a varia o de temperaturas do refrigerante e do meio a ser resfriado no caso o ar em um dado evaporador de um sistema frigor fico Figura 3 32 Temp Temp Figura 3 32 Varia o de temperaturas do refrigerante e do ar em um dado evaporador Considerando se que neste processo n o ocorre condensa o do vapor de gua do ar pode se escrever pela Primeira lei da termodin mica que Qo Ma Cp Tea Tsa 3 23 em que Jo a capacidade frigor fica do evaporador serpentina ma a vaz o em massa do flu do a ser resfriado gua ou ar Cp o calor espec fico a press o constante do flu do a ser resfriado Tea a temperatura na qual o flu do a ser resfriado entra no evaporador Tsa atemperatura na qual o flu do a ser resfriado deixa o evaporador Do ponto de vista do evaporador enquanto trocador de calor pode se utilizar a equa o 3 24 para calcular a sua capacidade frigor fica Nesta equa o U o coeficiente global de transfer ncia de calor A a rea de transfer ncia de calor e ATml a diferen a de tempera tura m dia logar tmica entre o refrigerante e o flu do a ser resfriado dada pela equa o 3 25 EFICI NCIA ENERG TIC
274. perda completa da carga de refrigerante da instala o Devem ser de pre os moderados e facilmente dispon veis a disponibilidade comer cial do refrigerante est intimamente associada a seu pre o O uso de um refrigerante ideal que apresente um custo elevado torna se impratic vel 170 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O National Institute of Standards NIST dos EUA realizou pesquisa em que examinou mais de 800 fluidos industriais quanto ao potencial para uso como refrigerante devendo ser satisfeitas as seguintes condi es termodin micas 12 Temperatura de fus o inferior a 40 C 22 Temperatura cr tica superior a 802C 32 Press o de satura o a 802C inferior a 50MPa e 42 hivay superior a 1k litro A 12 e 22 condi es visam elimina o de fluidos com ponto de fus o e temperatura cr tica pr ximos da faixa de opera o t pica de aplica es frigor ficas A 32 condi o visa eli mina o de fluidos excessivamente vol teis associados a press es excessivamente elevadas A 42 condi o est relacionada ao tamanho do compressor A pesquisa revelou que as con di es impostas foram satisfeitas por 51 compostos cujos perfis s o apresentados abaixo a 15 hidrocarbonetos 5 compostos oxigenados teres e alde dos etc 5 compostos nitrogenados NH3 metilamina etc 3 compostos de enxofre S02 etc 4 miscel neas e 19 hidrocarbonet
275. po misto EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 157 Materiais A madeira o material mais tradicional dos sistemas de gotejamento A vida m dia apesar do progresso nos m todos de tratamento n o supera em geral 20 anos de servi o Sua utiliza o est em decad ncia Os enchimentos de metal t m sido utilizados em casos especiais em que se deseja alta rela o entre rea de contato e volume Em condi es normais n o s o competitivos devi do ao alto custo O fibrocimento utilizado principalmente nos enchimentos laminares de torres indus triais especialmente as de tiragem natural por apresentar boa resist ncia e n o ser ataca do por mat ria org nica Entre seus inconvenientes podem ser citados seu elevado peso em rela o ao volume e sua elevada sensibilidade s guas cidas e aos ons sulfato Os pl sticos apresentam alto tempo de vida e sua utiliza o tem se estendido cada vez mais S o especialmente apropriados para enchimentos laminares em pequenas torres produzidas em s rie e enchimentos mistos Defletores de ar utilizado em torres de tiragem induzida para conduzir o ar em dire o ao interior de forma eficiente e para prevenir as perdas de gua decorrentes da a o do vento Tamb m pode ser utilizado para eliminar os problemas de forma o de gelo no inverno A distribui o do ar e a reten o de gua est o diretamente relacionadas com a in
276. pode se determinar a espessura do isolamento pela equa o 2 51 k AT 6 4 2 51 Li Com rela o ao diferencial de temperatura que aparece na equa o 2 51 se a c mara n o sofrer efeitos da radia o solar direta isto se ela n o estiver exposta ao sol confor me mencionado acima ele corresponde diferen a entre a temperatura externa e a tem peratura da c mara No entanto se a c mara sofre influ ncia da radia o solar direta o EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL nal valor do AT deve ser corrigido em fun o da orienta o da parede e de sua colora o sendo seu c lculo efetuado de acordo com a equa o 2 52 cujo valor de AT dado pela Tabela 2 4 AT Tex Team AT 2 52 TABELA 2 4 CORRE O PARA A DIFEREN A DE TEMPERATURAS EM CAMARAS FRIGOR FICAS AT TIPO DE SUPERF CIE PAREDES TETO LESTE OESTE NORTE PLANO Cor escura preto azul escuro marrom ard sia etc 50 C 50 CS OLETE Cor M dia cinza amarelo azul etc 40 C 40C 25 90 Cor Clara branco azul claro verde claro 3 0 C 3 0 C 2 0 C 5 02C Finalmente a carga t rmica devido transmiss o de calor pode ser calculada pela equa o abaixo em que Q A pode ser adotado de acordo com a qualidade do isolamen to como mencionado acima e A a rea de todas as superf cies da c mara Qim an 24 kcal dia 2 53 24 4 Carga t rmica devido aos produtos
277. pode ser determinante em termos de consumo de energia tamanho do compressor entre outros aspectos A tabela 3 9 apresenta uma EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 17 rela o de par metros de desempenho termodin mico dos refrigerantes mais utilizados em aplica es frigor ficas em geral Para o levantamento da tabela admitiu se um ciclo b sico de compress o a vapor operando entre 152C e 302C para as temperaturas de eva pora o e condensa o respectivamente Sejam consideradas inicialmente as press es de evapora o e de condensa o e a rela o entre elas O refrigerante R12 e seu substituto o R134a apresentam press es infe riores e s o menos vol teis O refrigerante R502 e seu potencial substituto o R404a s o mais vol teis por m apresentam a menor rela o entre press es que sob o ponto de vista operacional proporciona melhor rendimento volum trico do compressor al m de possibilitar a redu o do trabalho de compress o A am nia por sua vez apresenta ele vada rela o entre press es de 4 96 O efeito frigor fico definido como a diferen a entre a entalpia do refrigerante na sa da e a entalpia do refrigerante na entrada determina a vaz o no circuito Assim os refrige rantes halogenados por apresentarem valores de efeito frigor fico inferiores ao da am nia caracterizam se por vaz es em massa maiores Essa vantagem da am nia compen sada pelo
278. por exemplo requer uma temperatura de 22 2 1 1 C umidade relativa de 45 5 e uma quantidade de part culas livres no ar com di metro de 0 5um ou maior de no m ximo 3531 part culas por metro c bico Em ind strias de precis o sempre necess rio um con trole preciso de temperatura durante a produ o dos instrumentos de precis o ferramen tas e equipamentos com varia es de temperatura de 0 5 C 4 4 Ind stria de manufatura No processo de usinagem e conforma o de materiais e na fabrica o de produtos met licos ou de outros materiais normalmente exigido o emprego da refrigera o Em instala es de ar comprimido a temperatura do ar ap s a compress o reduzida ao n vel da temperatura ambiente podendo ocorrer a condensa o do vapor d gua nele contido Para evitar este problema comum resfriar o ar ap s a descarga do compressor para con densar e remover a gua Em ind strias de manufatura existem ainda compartimentos de testes que devem reproduzir condi es extremas de temperatura e umidade sob as quais o produto dever operar Condi es de baixa temperatura e umidade podem ser obtidas por meio da refri gera o 4 5 Ind stria da constru o Em constru es que utilizam grandes volumes de concreto ocorre durante o pro cesso de endurecimento deste alta taxa de libera o de calor Este calor deve ser remo vido para evitar temperaturas elevadas que podem provocar tens es t rmica
279. por sua vez circula em contracorrente no espa o anular formado pelos dois tubos sendo resfriado ao mesmo tempo pela gua e pelo ar que est em contato com a superf cie externa do tubo de maior di metro Estes condensadores s o normalmente utilizados em unidades de pequena capacidade ou como condensadores auxiliares operando em paralelo com condensadores a ar somente nos per odos de carga t rmica muito elevada Esses con densadores s o dif ceis de se limpar e n o fornecem espa o suficiente para a separa o de g s e l quido Condensador carca a e serpentina Shell and Coil Este tipo de condensador constitu do por um ou mais tubos enrolados em forma de serpentina que s o montados dentro de uma carca a fechada Figura 3 27 A gua de resfriamento flui por dentro dos tubos enquanto o refrigerante a ser condensado escoa pela carca a Embora sejam de f cil fabrica o a limpeza destes condensadores mais complicada sendo efetuada por meio de produtos qu micos solu o com 25 de HCI em gua com inibidor usado em unidades de pequena e m dia capacidade tipicamente at 15 TR EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL EG a TEPS lia gua gua Refrigerante Figura 3 26 Condensador duplo tubo Refrigerante gua gua Figura 3 27 Carca a e serpentina shell and coil 110 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIA
280. press o isentr pica como segue W mAh 3 8 em que W a pot ncia m a vaz o e Ah a varia o de entalpia na compress o isentr pica 100 80 60 Efici ncia volum trica 40 20 80 60 40 20 0 20 40 Temperatura de evapora o C Figura 3 3 Efici ncia volum trica de espa o morto em fun o da temperatura de evapora o para um compressor ideal com temperatura de condensa o de 352C e refrigerante R22 84 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A Figura 3 4 apresenta a varia o da pot ncia P e do trabalho de compress o Ah em fun o da temperatura de evapora o Para temperaturas de evapora o baixas Ah grande medida que a temperatura de evapora o vai aumentando Ah vai diminuindo at atingir zero quando ent o a press o de aspira o se iguala de descarga A curva de pot ncia apresenta valor nulo em dois pontos O primeiro ponto corresponde vaz o nula o segundo corresponde condi o de temperatura de evapora o igual de con densa o Entre esses dois pontos a curva de pot ncia atinge um valor m ximo gt 25 100 2 x E Es d Keb H 2 20 Pot ncia 80 8 a a E fe O 15 60 g o ae q Fo Trabalho de Fu 10 compress o 409 20 0 80 60 40 20 0 20 40 Temperatura de evapora o C Figura 3 4 Trabalho de compress o e pot ncia de um compressor ideal em fun o
281. projeto isto a an lise comparativa entre a sua rentabilidade e a taxa m nima de atratividade Isto denominado viabilidade econ mica do projeto Se todavia for levado em conta o fluxo de caixa dos financiamentos ent o o estudo da viabilidade desse projeto passa a ser denominado estudo de viabilida de financeira 12 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O exemplo a seguir ilustra a viabilidade financeira e econ mica de um projeto com seis anos de vida til cujo fluxo de caixa econ mico j est calculado na Tabela B 15 O financiamento de R 1 000 000 00 para este projeto tem a seguinte composi o 20 com capital pr prio e 80 financiado a uma taxa de 12 ao ano Considerando que os recursos pr prios para a empresa custam 15 a taxa m nima de atratividade TMA dada por 0 20 x 1 000 000 00 x 0 15 0 80 x 1 000 000 00 x 0 12 y 1 1 0 THA 1 000 000 00 1200 TABELA B 15 FLUXO DE CAIXA DE UM PROJETO COM 6 ANOS DE VIDA TIL ANO FLUXO 1 800000 Investimento 2 200000 3 200000 Vida til 4 250000 5 300000 6 350000 7 350000 8 3500000 TIR 14 16 Considerando que o financiamento tem prazo de car ncia de dois anos com pagamen to de juros taxa de 12 a a e que o sistema de amortiza o acordado foi o SAC com qua tro parcelas o fluxo financeiro desse projeto pode ser visualizado na Tabela B 16 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA
282. r de resfriamento quanto menor for a press o de condensa o do refrigerante menor ser a rela o de compress o e portanto melhor o desempenho do compressor Al m disso se a press o no lado de alta press o do ciclo de refrigera o for relativamente baixa esta caracter stica favorece a seguran a da ins tala o Calor latente de vaporiza o elevado se o refrigerante tiver um alto calor latente de vaporiza o ser necess rio menor vaz o do refrigerante para uma dada capacidade de refrigera o Volume espec fico reduzido especialmente na fase vapor se o refrigerante apresen tar alto valor do calor latente de vaporiza o e pequeno volume espec fico na fase de EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 169 vapor a vaz o em volume no compressor ser pequena e o tamanho da unidade de refri gera o ser menor para uma dada capacidade de refrigera o Entretanto em alguns casos de unidades pequenas de resfriamento de gua com compressor centr fugo s vezes prefer vel que o refrigerante apresente valores elevados do volume espec fico devido necessidade de aumentar a vaz o volum trica do vapor de refrigerante no compressor para impedir a diminui o de efici ncia do compressor centr fugo Coeficiente de performance elevado o refrigerante utilizado deve gerar um coefi ciente de performance elevado pois o custo de opera o est essencialmente r
283. r e o condensador EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Reservat rios de l quidos Em condensadores shell and tube o pr prio condensador isto o espa o entre a carca a e os tubos pode ser usado como reservat rio para armazenamento do refrigerante condensado Em condensadores resfriados a ar duplo tubo e evaporativos deve se instalar um reservat rio sepa rado pois estes condensadores n o t m volume suficiente para armazenar o fluido frigor fico Todo sistema de refrigera o deve ter um reservat rio com volume suficiente para arma zenar a carga total de refrigerante durante as paradas para manuten o ou devido sazona lidade do processo de produ o do qual faz parte o sistema frigor fico A carga total de refri gerante n o deve ocupar rea maior que 90 do volume do reservat rio para uma tempera tura de armazenamento n o superior a 40 C para temperaturas de armazenamento maiores que 402C a carga de refrigerante n o deve ser superior a 80 do volume do reservat rio Tipo de Condensador Arranjo Esquem tico Temp de Condensa o T pica Tc Resfriado a Ar 30c BS entrada do ar Evaporativo ar mido 24c BU entrada do ar refrig SC ATD Te 32C Resfriado a gua sistema aberto im i ca 27C BS entrada da gua Resfriado a gua a Ao i sistema fechado J i o ne ai fsc AD apc or mido torre Figura 3 31 Tem
284. ra o de calor e os custos operacionais se elevam A utiliza o de um fluxo de calor igual a 9 3 W m representa um bom compromisso entre os custos iniciais e operacionais Para o c lculo da diferen a de temperatura deve se considerar se a superf cie externa da parede encontra se sombra ou ao sol Quando esta se encontra sombra toma se a temperatura externa como sendo igual temperatura m dia das m ximas de ver o indi cadas para o local pela NB 6401 Quando a superf cie externa encontra se ao sol as tem peraturas externas mencionadas anteriormente devem ser acrescidas de uma corre o cujo valor fun o da orienta o e cor da parede O coeficiente superficial de transmiss o de calor depende de v rios fatores como dife ren a de temperatura velocidade do ar posi o e tipo de revestimento superficial De forma simplificada recomendam se os seguintes valores Superf cies planas at 8 0W m2K ar em repouso at 17 4 a 28 5 W m K para velocidades do ar iguais a 12 e 24 km h respecti vamente Superf cies cil ndricas at 9 0W m2K isolamento sem prote o ou pintado em zonas ligeiramente ventiladas at 6 0 a 7 0 W m K isolamento recoberto com chapa de a o galvanizado ou zona de pouca ventila o at 4 0 a 5 0 W m K isolamento recoberto com folha de alum nio ou reas estanques EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 193 Resist ncia
285. ra T2 a qual depende da concentra o a solu o permanecer na fase l quida Aumentando se a temperatura al m de T2 0 pist o come a a deslocar se indicando que se iniciou a vaporiza o como mostra a Figura 3 06 Nesta fase constata se que as concen tra es do l quido e do vapor s o diferentes da concentra o original conforme apresen tado na Figura 3 67 Tra ando se uma reta horizontal determinam se os pontos 3 e 4 que correspondem s concentra es do l quido e do vapor respectivamente Quando n o hou ver mais l quido o vapor ter atingido o ponto 5 e a sua concentra o ser igual original Figura 3 65 Mistura homog nea no estado l quido 174 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A partir do ponto 5 qualquer adi o de calor provocar o superaquecimento do vapor mas a concentra o do mesmo ser constante Repetindo essa experi ncia mesma pres s o mas com concentra es diferentes os resultados obtidos permitir o obter as chama das linhas de equil brio do l quido em vaporiza o e do vapor em condensa o em fun o da temperatura e da concentra o Figura 3 67 T gt T gt Figura 3 66 Mistura homog nea l quido e vapor Vapor Superaquecido Linha de condensa o Linha de vaporiza o 0 1 Concentra o Figura 3 67 Diagrama Concentra o temperatura Se a experi ncia for invertida isto pa
286. ra o acr scimo de car gas Deve se sempre tomar conhecimento e realizar o levantamento do consumo dessas novas cargas e calcular o aumento do consumo espec fico que elas provocam Esse consu mo espec fico estimado deve ser acrescido no consumo espec fico anterior s medidas Caso isso n o seja feito os resultados poder o ser prejudicados Assim ao realizar a es de efici ncia energ tica estabele a as condi es iniciais de refer ncia cargas e produ o envolvidas tempos de uso e outras condi es que possam afetar o consumo espec fico como condi es clim ticas operadores diferentes qualidade do produto etc A redu o do consumo de energia el trica em R obtida pela da diferen a do custo espec fico antes e ap s a implementa o das medidas multiplicada pela produ o atual 278 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Ou simplesmente a economia total em kWh vezes o pre o m dio Observe que o pre o m dio pode ter seu valor reduzido devido a a es de eficientiza o Da mesma forma que a entrada em opera o de novas cargas pode prejudicar os resul tados o mesmo acontece quando os reajustes tarif rios n o s o considerados Ent o sem pre que ocorrer um reajuste tarif rio os pre os m dios anteriores implementa o das medidas dever o ser recalculados utilizando as tarifas reajustadas A 2 12 Orienta es para realizar o rateio de energia el
287. raturas como virabrequins v lvulas de descarga e bombas de leo Este acr scimo de material nas partes m veis diminui as folgas provocando falhas mec nicas A constata o da exist ncia de umidade pode se dar feita pela verifica o da cor do ele mento higrosc pico do visor de l quido O elemento higrosc pico do visor muda de cor medida que absorve umidade Quando for constatada umidade no sistema deve se subs tituir imediatamente o filtro secador de l quido Ao soldar visores de l quido deve se isolar o corpo do visor com um pano molhado para evitar danos ao vidro e ao elemento higrosc pico O borbulhamento em visores de l quido n o significa necessariamente falta de refrigerante no equipamento Pode ser resultado de alguma obstru o na linha de l quido baixo subresfriamento ou v lvulas de expans o demasiadamente abertas 3 5 3 Evacua o do sistema A evacua o do sistema um dos processos mais importantes em refrigera o A fun 230 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL o da evacua o remover o ar e a umidade antes de se efetuar a carga de refrigerante O ar constitu do basicamente de 79 de nitrog nio 20 de oxig nio e 1 de outros gases incluindo vapor de gua Um sistema que n o tenha sido corretamente evacuado apresentar problemas de altas press es devido aos gases n o condensaveis e proble mas de ataques qu micos a partes met lic
288. re a press o de satura o e a temperatura de satura o correspondente L quido saturado Se uma subst ncia se encontra em estado l quido temperatura e press o de satura o diz se que ela est no estado de l quido saturado L quido sub resfriado Se a temperatura do l quido menor que a temperatura de satura o para a press o existente o l quido chamado de l quido sub resfriado significa que a tem peratura mais baixa que a temperatura de satura o para a press o dada ou l quido compri mido significa que a press o maior que a press o de satura o para a temperatura dada 18 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL P P P adad a L J aoad T quiso E T lt Tsat T Tsat T Tsat l quido l quido saturado vapor mido sub resfriado x 0 0 lt x lt 1 p P P supera quecido t T Tsat T gt Tsat T gt gt gt gt Tsat vapor saturado vapor gas x 1 superaquecido Figura 2 1 Estados de uma subst ncia pura T tulo x Quando uma subst ncia se encontra parte l quida e parte vapor na tempera tura de satura o isto ocorre em particular nos sistemas de refrigera o no condensador e no evaporador a rela o entre a massa de vapor e a massa total isto massa de l qui do mais massa de vapor chamada de t tulo x Matematicamente tem se m m x 2 1 m l My mt Vapor saturado Se uma subst ncia se encontra completamente
289. refer ncia que de 10 kcal m h Ent o o calor excedente calculado como Que a 10 a 1125 10 x 240 300 kcal h A perda devido ao calor excedente no teto na c mara 1 determinada por Q 300 P ir Cm na 158000 44200 gt P 839kWh mes V Perda por veda o prec ria das portas e cortinas P eg Qved 150 A6st 150 0 04 gt Qved 6 0 kcal h Qved C 6 0 E s wd Ca 158000 44200 Prd 17 kWh m s 260 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 6 Bibliografia ALMEIDA M S V Notas de aula Escola Federal de Engenharia de Itajub EFEI Apostila de Refrigera o da FUPAI Itajub MG ASHRAE 1996 ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment ASHRAE Inc Atlanta GA COSTA E C 1982 Refrigera o Editora Edgard Blucher Ltda S o Paulo DOSSAT R 1980 Princ pios de Refrigera o Editora Hemus S o Paulo PIZZETTI C 1970 Acondicionamiento del Aire y Refrigeracion Costanilla de Los Angeles Editoral Interciencia 15 Madrid 13 Revista ABRAVA abril agosto 1980 Revista ABRAVA Mar o 1982 Revista ABRAVA Set out 1990 Revista OFICINA DO FRIO Jul Ago 1996 Revista OFICINA DO FRIO Nov de 1997 vol 34 Revista Tecnologia da Refrigera o n 24 Agosto de 2002 STOECKER W F e J ONES J W 1985 Refrigera o e Ar Condicionado Editora Mcgraw Hill do Brasil STOECKER W F ABARDO M 2002 Ref
290. res de calor operam em contracorrente Figura 2 9 a diferen a de temperatura m dia logar tmica deve ser calculada de acordo com a equa o 2 29 Deve ser observado que para as mesmas temperaturas de entrada e sa da dos flu dos do troca dor a diferen a de temperatura m dia logar tmica do trocador com escoamento em con tracorrente superior quela do trocador com escoamento em paralelo Assim admitin do se um mesmo coeficiente global de transfer ncia de calor a rea necess ria para que ocorra um dado fluxo de calor menor no trocador operando em contracorrente do que no trocador operando com correntes paralelas atm ATe 4Ts _ Tae Tes Tas Tee ATE Te t In e In AE BS 2 29 ATs Tas TBE Tes Fluido B w w gt gt ATs Fluidoa Fluido A Trocador de Calor l contracorrente Area Fluido B Tee Figura 2 9 Trocador de calor operando em contracorrente 36 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL EXERC CIOS PROPOSTOS 1 Determine a entalpia espec fica h o volume espec fico v e a entropia s para o refri gerante R 717 no estado de l quido saturado temperatura de 402C 2 Determine h v s e a press o P para vapor saturado x 1 do R 22 temperatura de 20 C 3 Determine a entalpia e o volume espec fico para o R 12 sub resfriado temperatura de 302C e press o de 9 7960 kgf cm 4 Determine h v e s para o refrigera
291. rga aplicada conhecida com taxa de recircula o n Alguns valores t picos desta taxa s o mostra dos na Tabela 3 3 e vaz o de refrigerante vaz o evaporada 3 29 TABELA 3 3 TAXAS DE RECIRCULA O T PICAS FLU DO FRIGOR FICO ALIMENTA O TAXA DE RECIRCULA O Am nia Alimenta o por cima e tubos de grande di metro 6a7 Am nia Alimenta o normal e tubos de pequeno di metro 2a4 R12 R134a R502 2 R22 Alimenta o por cima 3 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 112211 Para o compressor Separador de l quido Refrigerante l quido Figura 3 35 Evaporador inundado com recircula o de l quido por bomba 3 3 3 Classifica o dos evaporadores quanto ao flu do a resfriar O evaporador um dos quatro componentes principais de um sistema de refrigera o Tem a finalidade de extrair calor do meio a ser resfriado isto extrair calor do ar gua ou outras subst ncias Assim de acordo com a subst ncia ou meio a ser resfriado os evapo radores podem ser classificados em Evaporador para ar Evaporador para l quidos e Evaporador de contato Evaporador para o resfriamento de ar Neste tipo de evaporador o flu do frigor fico ao vaporizar no interior de tubos aletados ou n o resfria diretamente o ar que escoa pela superf cie externa do trocador de calor O ar frio ent o utilizado para resfriar os produtos conti
292. rgas por centro de custo Para facilitar a setoriza o ou a cria o dos centros de custo desenhe um fluxograma da produ o ou EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 279 dos processos da empresa e identifique setores de produ o equipamentos ou opera es em que o produto da empresa processado apoio caldeiras ar comprimido refri gera o ETA ETE oficinas laborat rios etc e administrativos escrit rios recep o canti nas vesti rios posto banc rio etc Depois para cada centro de custo levante as cargas Caso as cargas tenham o mesmo regime de funcionamento e pot ncia poder o ser agrupadas Aten o no uso de unida des de pot ncia diferentes cv hp W Levante o hor rio de funcionamento das cargas identifique o hor rio de ponta e calcu le o n mero de horas de funcionamento das cargas no m s para o hor rio de fora de ponta e de ponta Calcule o consumo potencial de energia multiplique a pot ncia da carga pelo n mero de horas de funcionamento para o per odo de fora de ponta e de ponta respectivamente de cada carga depois agregue as cargas e consumos por centro de custo Utilizando os dados obtidos e as tarifas de energia da concession ria ou dos custos m dios R kW e R kWh verificados da fatura de energia poder se realizar o rateio da conta de energia por centro de custo Esse rateio permitir acompanhar e gerar valores de refer ncia
293. ribui o uniforme de gua e de ar durante todo o tempo de vida da torre Tamb m importante que o material apresente boa resist ncia a deteriora o Os diferentes tipos de enchimento podem ser classificados dentro das seguintes categorias Enchimento de gotejamento ou de respingo Ainda que existam muitas disposi es diferentes o prop sito b sico consiste em gerar pequenas gotas de gua em cuja superf cie se verifica o processo de evapora o Figura 3 58 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL i55 Este efeito conseguido mediante a queda da gua sobre uma s rie de camadas superpostas compostas por barras enquanto o ar se movimenta no sentido horizontal fluxo cruzado ou vertical fluxo em contracorrente A gua ao cair se quebra em gotas cada vez menores Uma das exig ncias mais importantes desse tipo de enchimento o correto nivelamen to das barras pois de outro modo a gua escorreria ao longo destas desequilibrando a dis tribui o da cortina de gua e prejudicando o rendimento datorre A altura do enchimen to superior requerida pelos sistemas laminares e o arraste e gotas importante o que obriga a utiliza o de eliminadores de gota de alto rendimento Enchimento de pel cula ou laminar Este tipo de enchimento proporciona maior capacidade de resfriamento para um mesmo espa o ocupado que o de gotejamento Sua efici ncia depende da capacida de de dist
294. ribuir a gua numa fina pel cula que escoa sobre grandes superf cies com o objetivo de proporcionar a m xima exposi o da gua a corrente de ar Figura 3 59 e Figura 3 60 Como este tipo mais sens veis s irregularidades da vaz o de ar e distribui o de gua o desenho da torre deve garantir sua uniformidade atrav s de todo o enchimento Sua principal vantagem a aus ncia de gotas o que reduz enormemente as perdas por arraste e possibilita o aumento da velocidade da corrente de ar que como consegu ncia conduz a diminui o da altura do enchimento e da altura de bombeamento Dessa manei ra os custos de opera o s o reduzidos Figura 3 58 Enchimento por respingo ou gotejamento 156 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Figura 3 60 Enchimento de pel cula ou laminar de placas onduladas O principal inconveniente dos enchimentos laminares a sua tend ncia em acumular dep sitos e sujeiras entre as placas paralelas que os constituem Este fen meno conduz a obstru es parciais e forma o de canais preferenciais por onde escorre a gua rompen do a homogeneidade da pel cula Enchimento tipo misto Este tipo de enchimento baseia se em uma pulveriza o por gotejamento por m com a forma o de uma pel cula nas superf cies laterais das barras aumentando dessa forma o efeito conseguido pelo gotejamento Figura 3 61 Figura 3 61 Enchimento ti
295. rigera o Industrial Editora Edgard Bl cher Ltda S o Paulo YAMANE E e SAITO H 1986 Tecnologia do Condicionamento de Ar Editora Edgard Blucher Ltda EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 261 7 Links teis www eletrobras com procel www portalabrava com br www inee org br www abresco com br www inmetro gov br www iifiirorg www energymanagertraining com www eren doe gov www iea org www mycom com br www mecalor com br www yorkbrasil com br www trane com br www springer com br 262 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A Anexo A Gest o energ tica A implanta o de um programa de Gest o Energ tica deve ser a primeira iniciativa ou a o visando redu o de custos com energia em uma empresa Sua import ncia se deve ao fato de que a es isoladas por melhores resultados que apresentem tendem a perder o seu efeito ao longo do tempo A Gest o Energ tica visa otimizar a utiliza o de energia el trica por meio de orienta es a es e controles sobre os recursos humanos materiais e econ micos reduzindo os ndices globais e espec ficos da quantidade de energia el trica necess ria obten o do mesmo resultado ou produto Na maioria das empresas a preocupa o com a gest o de energia el trica geralmente de car ter pontual e eventual n o tendo continuidade sendo delegada a escal es infe riores
296. rio de 16 pode se concluir que este projeto tamb m vi vel financeiramente de acordo com as condi es consideradas para este financiamento Como o efeito das dedu es de imposto de renda relativas aos juros do financiamento n o foi considerado tendo se optado por trabalhar a favor da seguran a neste exemplo de se esperar uma TIR para o fluxo financeiro um pouco maior Neste caso a conclus o ser a mesma EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL EE Doo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL
297. rnativos de parafusos de palhetas e Scroll s o de deslocamento positivo O nico compressor classificado como m quina de fluxo em sistemas de refrigera o o centr fugo Nesse tipo de compressor o aumento de press o se deve principalmente convers o de press o din mica em press o est tica Dependendo da concep o de constru o os compressores podem ser classificados como herm ticos semi herm ticos e abertos No compressor herm tico tanto o compres sor propriamente dito quanto o motor de acionamento s o alojados no interior de uma carca a apresentando como acesso de entrada e sa da apenas as conex es el tricas do motor Este tipo de compressor opera exclusivamente com refrigerantes halogenados e o vapor de fluido refrigerante entra em contato com o enrolamento do motor resfriando o S o geralmente utilizados em refrigeradores dom sticos e condicionadores de ar com pot ncias da ordem de 30kW Os compressores semi herm ticos s o semelhantes aos herm ticos por m permitem a remo o do cabe ote tornando poss vel o acesso s v lvulas e aos pist es EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 19 Nos compressores do tipo aberto o eixo de acionamento do compressor atravessa a carca a permitindo o acionamento por um motor externo Este tipo de compressor ade quado para operar com am nia podendo tamb m utilizar refrigerantes halogenados 3 1 1 Compressores alternat
298. rodutos a serem armazenados s o divididos em grupos que requerem condi es de armazenamento semelhantes 24 3 Carga t rmica devido transmiss o de calor A carga t rmica devido transmiss o de calor uma fun o do diferencial de tempe ratura entre o ambiente externo e o interior da c mara da condutividade t rmica dos ele EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 69 mentos construtivos da c mara paredes teto piso portas etc e da rea das superf cies expostas ao diferencial de temperaturas Assim esta carga t rmica pode ser calculada por 2 49 Na equa o 2 49 representa o fluxo de calor que penetra na c mara atrav s das super f cies das paredes teto e piso A a rea destas superf cies T o diferencial de temperatura entre o ambiente externo e o interior da c mara e RT a resist ncia t rmica imposta ao fluxo de calor De modo geral para o c lculo da resist ncia t rmica deve se levar em considera o o coeficiente de convec o interno a condutividade t rmica dos materiais construtivos da parede e o coeficiente de convec o interno Assim tomando se uma c mara frigor fica com paredes de alvenaria como o exemplo mostrado na Figura 2 39 a resist ncia t rmica ser dada por 1 La P L 2 50 Rs T aA KA KA Cam Text 4 Team ext cam L alvenaria isolante ka ki Figura 2 39 Esquema de uma par
299. rtindo se do vapor superaquecido e retirando se calor observa se que ao atingir a temperatura Ts Figura 3 67 a qual depende da concen tra o inicia se a condensa o do vapor com forma o de l quido de baixa concentra o em fluido mais vol til concentra o essa que aumentar progressivamente at que no EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Io final da condensa o seja atingida a concentra o original do vapor importante observar que uma mistura bin ria homog nea ao contr rio do que ocor re com subst ncias puras n o tem uma temperatura fixa de vaporiza o e de condensa o para cada press o Sua temperatura de in cio de condensa o diferente da tempera tura de in cio de vaporiza o sendo que esta varia com a concentra o O comportamento descrito anteriormente caracter stico de misturas n o azeotr picas Algumas misturas entretanto dependendo da concentra o apresentam ponto de azeotropia ou seja ponto no qual a temperatura de vaporiza o a mesma que a temperatura de conden sa o como mostra a Figura 3 68 No ponto de azeotropia a concentra o do vapor a mesma que a do l quido Misturas como esse tipo de comportamento s o denominadas azeotr picas Condi o azeotr pica 0 1 Concentra o Figura 3 68 Diagrama concentra o temperatura condi o azeotr pica Refrigerantes da fam lia dos hidrocarboneto
300. s Quanto maior a altura da c mara maior a rela o entre o volume interno e a superf cie isolada Esta altura est limitada pela possibilidade de empilhamento que para paletes normais de 8 metros O mesmo v lido para a rea da planta da c mara Quanto EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 253 maior essa rea maior a rela o entre o volume interno e a superf cie isolada Uma vez estabelecida a superf cie a isolar os fluxos de calor dependem da natureza e da espes sura do isolante A utiliza o de carretilhas elevadoras pode requerer portas maiores na c mara o que implica maior entrada de ar durante a abertura dessas portas Em c maras de baixa temperatura torna se necess ria a utiliza o de portas adicionais de tiras ou flex veis vai e vem que reduzem a entrada de ar em torno de 70 A utiliza o de portas auto m ticas reduz ainda mais a entrada de ar Com a entrada de ar na c mara juntamente com o calor introduzida a umidade que provoca a forma o de gelo nos evaporado res aumentando o consumo de energia pela redu o da transmiss o de calor e pela necessidade de degelo frequente importante acondicionar as antec maras existentes na entrada das c maras de con serva o A entrada de calor e umidade com o ar exterior depende das condi es no ambiente externo porta Ao acondicionar a antec mara a entrada de calor se reduz a metade e a en
301. s com conseguente forma o de fissuras Assim faz se o resfriamento pr vio dos componen tes do concreto ou ainda o resfriamento do pr prio concreto por meio de dutos embu tidos no seu interior 244 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 4 6 Ind stria qu mica e de processo Sistemas de refrigera o de grande porte normalmente est o presentes em ind strias qu micas petroqu micas de refino de petr leo e farmac utica As opera es em que a refrigera o normalmente aplicada s o separa o e condensa o de gases separa o de um produto qu mico de uma mistura atrav s da solidifica o controle de press o no interior de vasos de armazenamento mediante a redu o da temperatura e remo o de calor em rea es qu micas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 245 5 Medidas de Efici ncia Energ tica Na an lise de sistemas de refrigera o em rela o a sua utiliza o condi es de opera o conserva o e manuten o os seguintes pontos podem ser considerados n veis de temperatura adotados para as c maras frigor ficas balc es e ilhas tipo e n vel de ilumina o artificial adotado exame da forma e condi es de armazenagem de produtos nos espa os refrigerados local de instala o do espa o refrigerado isto instala o pr ximo a fontes de calor e ou em locais sujeitos a incid ncia de raios solar
302. s de carga t rmi ca do sistema A press o constante caracter stica da v lvula resulta da intera o de duas for as opostas press o do fluido frigor fico no evaporador e da press o de mola como mostrado na Figura 3 48 A press o do fluido frigor fico exercida sobre um lado do diafrag ma age para mover a agulha na dire o de fechamento do orif cio da v lvula enquanto a press o de mola agindo sobre o lado oposto do diafragma move a agulha da v lvula na dire o de abertura do orif cio importante observar que as caracter sticas de opera o da v lvula de expans o de press o constante s o tais que esta fechar suavemente quando o compressor desliga do e permanecer fechada at que o compressor volte a ser ligado Por quest es ligadas ao seu princ pio de opera o a v lvula de expans o de press o constante se adapta melhor a aplica es em que a carga t rmica aproximadamente constante Por conse guinte ela tem uso limitado Sua utilidade principal em aplica es em que a temperatura de vaporiza o deve ser mantida constante em determinado valor para controlar a umidade em c maras frigor fi 142 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL cas ou evitar o congelamento em resfriadores de gua Elas tamb m podem ser vantajo sas quando se torna necess rio proteger contra sobrecarga do compressor A principal desvantagem deste tipo de v lvula sua efici n
303. s de funcionamento da ilumina o por dia 2 h por dia dias de funcionamento por m s 22 dias As c maras n o possuem termostato Caracter sticas do material de isolamento das c maras espessura de 100 mm 0 10 m coeficiente de condutividade t rmica k 0 035kcal mh C valor de k fun o do tipo de isolamento ver Tabela 3 11 e rea estimada dos v os e aberturas nas c maras As 0 04m Solu o Perda devido ao n vel inadequado de temperatura Pe A c mara 1 est a uma temperatura interna de 5 0 C quando deveria estar a 1 0 C Ent o o calor retirado em excesso pode ser determinado por Q V Par Cpa AT 1200 1293 0 24 1 5 Q 1489 54 kcal h A perda dada por Q _1489 54 Bs Crs t Ce 158000 44200 PR 416 69 kwh m s EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 257 15m 12m Temperatura Temperatura s Interna Interna 1 C 5 C 20m L o C mara 1 C mara 2 N Figura 5 1 C maras frigor ficas Il Perda devido ao tipo inadequado de ilumina o Pi C mara 1 rea S 15 20 300m UNincPne 10 81 20 150 10 300 il 1000 Pdia Lm s 1000 2 22 gt R 0 C mara 2 rea Sp 12 20 240m prelo 0080 o 20180 0240 Res 1000 das a 1000 2 22 Pj 26 4 kWh m s se o 256 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Ill Per
304. s halogenados t m como caracter stica a presen a de mol culas com tomos dos halog nios fl or cloro e eventualmente bromo al m de carbono e hidrog nio Em fun o disso podem ser classificados em tr s grupos Hidrocarbonetos puros CH Derivados de hidrocarbonetos completamente halogenados que n o apresentam to mos de hidrog nio CFCs e Hidrocarbonetos parcialmente halogenados HCFCs HFCs 176 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Propriedades f sicas Para uma dada instala o frigor fica as press es exercidas podem ser o fator deter minante na sele o do refrigerante Se de um lado press es elevadas exigem tubula es e reservat rios de maior espessura de outro refrigerantes de baixa press o podem ser inadequados em aplica es de baixa temperatura de evapora o devido possibilidade de ocorr ncia de press es inferiores atmosf rica em determinadas regi es do circuito o que possibilita a penetra o de ar atmosf rico Os refrigerantes R404A R502 e R13 por exemplo apresentam press es superiores raz o pela qual s o utilizados em aplica es de baixas temperaturas de evapora o os refrigerantes R12 e R134a apresentam press es menores sendo utilizados em aplica es com tempera tura de evapora o mais elevada entre 202C e 02C O refrigerante R404a foi desenvol vido para substituir o R502 em aplica es comerciais de ba
305. s pelo leo colocado no c rter que circula por suas diversas partes Em um compressor herm tico o leo tamb m lubrifica os rolamen tos do motor Durante a opera o do compressor uma pequena quantidade do leo de lubrifica o arrastada pelo vapor na descarga Esse leo circulando ao longo do siste ma frigor fico n o provoca danos por m em quantidade excessiva no condensador nos dispositivos de controle do fluxo de refrigerante no evaporador e nos filtro interferir no funcionamento destes componentes Em instala es de baixa temperatura se o leo escoar ao longo do sistema ele se tornar espesso e dificilmente poder ser removido do evaporador A fim de evitar estes problemas instala se um separador de leo entre a descarga do compressor e o condensador A utiliza o do separador de leo recomendada para a sistemas que utilizam refrigerantes n o misc veis ao leo b sistemas de baixa temperatura e c sistemas que empregam evaporadores de retorno sem res duos tais como resfriado res de l quido inundados quando as linhas de purga de leo e outras previs es especiais devem ser tomadas para o retorno do leo EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 163 O separador de leo consiste das seguintes partes tanque ou cilindro externo revestido por um isolamento t rmico de maneira a impedir a condensa o do vapor filtros ou chicanas que coletam o leo
306. s somente transformada entre as v rias formas de energia existentes Para se efetuar balan os de energia isto para se aplicar a Primeira Lei da Termodin mica necess rio em primeiro lugar estabelecer o conceito de sistema termo din mico Assim o sistema termodin mico consiste em uma quantidade de mat ria massa ou regi o para a qual a aten o est voltada Demarca se um sistema termodin mico em fun o daquilo que se deseja analisar Tudo aquilo que se situa fora do sistema termodin mico chamado meio ou vizinhan a O sistema termodin mico delimitado atrav s de suas fronteiras as quais podem ser m veis fixas reais ou imagin rias O sistema pode ainda ser classificado em fechado Figura 2 3 a que corresponde a uma regi o onde n o ocorre fluxo de massa atrav s de suas fronteiras tem massa fixa aberto Figura 2 3 b que corresponde a uma regi o onde ocorre fluxo de massa atrav s de suas fronteiras sendo tamb m conhecido por volume de controle Pist o Entrado Sa da m constante Volume de Sistema Controle Fronteira Superf cie de controle Limite reol a b Figura 2 3 a sistema fechado b sistema aberto volume de controle EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 25 O balan o de energia estabelece que para um determinado intervalo de tempo o somat rio dos fluxos de energia entrando no volume de controle igual ao somat
307. se dizer que para uma mesma press o de evapora o os sistemas multipress o requerem menor capacidade deslocamento volum trico do compressor Compressores de alta Reservat rio de l quido Condensadores evaporativos Evaporadores as DO Compressores Separador de l quido Figura 2 20 Sistema multipress o t pico de matadouro frigor fico refrigerante am nia O resfriamento intermedi rio reduz a temperatura do refrigerante na descarga do com pressor no est gio de alta press o Temperaturas elevadas podem causar carboniza o do leo forma o de goma nas v lvulas de admiss o descarga do compressor e dificuldades EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 51 de lubrifica o em compressores alternativos O resfriamento intermedi rio entre est gios de compress o tamb m pode reduzir a pot ncia requerida pelo menos quando o refrige rante a am nia Para outros refrigerantes a pot ncia pode aumentar por m a tempera tura do fluido frigor fico na descarga do compressor ser sempre menor Uma vantagem adicional da utiliza o de m ltiplos est gios de compress o que se reduz a diferen a de press o em que trabalha o compressor reduzindo se assim o desgas te nas superf cies dos mancais Qualquer decis o de se utilizar sistemas multipress o deve ser baseada em uma an li se econ mica A redu o na pot ncia consumida precisa compensar o custo d
308. se que a perda por veda o prec ria dada por Ped a Cm kWh m s 5 9 G 5 2 Avalia es qualitativas Alguns problemas levantados em campo podem ser avaliados mas n o quantificados no que se refere ao consumo de energia No entanto importante que sejam resolvidos j que sua elimina o resulta em redu o de perdas e aumento de efici ncia do sistema A seguir s o apresentados alguns desses problemas Exame da forma de armazenagem de produtos nos espa os refrigerados A armazenagem inadequada de produtos nos espa os refrigerados prejudica a circula o de ar frio no ambiente acarretando aumento no consumo de energia el trica Instala o do espa o refrigerado pr ximo a fontes de calor A instala o do espa o a ser refrigerado pr ximo a fontes de calor eleva a carga t rmi ca e o consumo de energia el trica Exist ncia de for ador de ar O for ador de ar o respons vel pela circula o do frio no meio ambiente refrigerado Sua aus ncia gera forma o de gelo no evaporador diminui o da efici ncia das trocas t rmicas e aumento do consumo de energia el trica Inexist ncia de controle da ilumina o interna A ilumina o interna deve ser desligada com o fechamento da porta do ambiente refri gerado A instala o de um interruptor no batente da porta contribui para a redu o do consumo de energia el trica Fechamento de ilhas e balc es EFICI NCIA ENERG TI
309. serva se que o pre o m dio inversamente proporcional ao fator de carga quanto maior o FC menor ser o PM e vice versa Note se que na tarifa azul e na verde no hor rio de ponta a energia el trica mais cara e que na tarifa azul conforme o FC o pre o varia na ponta e fora da ponta Na tarifa con vencional para o mesmo fator de carga o valor o mesmo independente do hor rio ponta ou fora de ponta Na baixa tens o para ind strias e com rcio o pre o m dio igual tarifa do subgrupo B3 A 2 7 Conta de energia el trica A Nota Fiscal Conta de Energia El trica um importante documento para o gerencia mento energ tico Por isso necess rio conhec la e interpret la EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 278 Identifique com a sua concession ria o significado de cada campo de sua conta de energia Segue abaixo uma descri o de alguns dos campos da conta Leitura Anterior e Leitura Atual Pelos dados desses itens define se o intervalo de lei tura isto o n mero de dias e o per odo Deve ser desprezado o dia da leitura anterior e considerado o dia da leitura atual Observe que apesar de a conta ser de um m s o per o do de consumo inclui ou refere se ao m s anterior Consumo em kWh Indica o total de energia el trica kWh consumida nos HFP e HP respectivamente o resultado das diferen as de leituras atual anterior vezes a constan te de fat
310. spessura dimens es da c mara exposi o ou n o da c mara incid ncia direta de raios solares e indica o se a superf cie da mesma de cor clara escu raou m dia 5 1 Avalia es quantitativas 5 1 1 Perda devido ao n vel inadequado de temperatura Pt Quando for verificada uma condi o de temperatura abaixo da temperatura recomen dada para uma determinada aplica o a perda de energia calculada em fun o da quan tidade de calor Q retirada em excesso Q Vpar Cpy AT kcal h 5 1 emque V a vaz o do for ador Par 1 293 a massa espec fica do ar nas CNTP 02C e 1 atm Cpar 0 24 kcal kg2C o calor espec fico do ar e AT diferen a entre a temperatura recomendada e a temperatura medida Esta perda Q uma porcentagem da capacidade de gera o Cg kcal h Sendo Cm o consumo de energia el trica do motor do compressor em kwh m s tem se que a perda dada por EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 247 P Cm kWh m s 5 2 G Com rela o ao consumo de energia el trica mensal do compressor Cm quando o sis tema for composto de dois ou mais compressores em paralelo o valor de Cm que aparece na equa o 5 2 deve ser igual soma do consumo de energia de todos os compressores que alimentam o espa o refrigerado em considera o 5 1 2 Perda devido ao tipo inadequado de ilumina o Pil Se o tipo de l mpada utilizada na ilumina o
311. ssim utiliza se normal mente uma parcela do pr prio refrigerante expandido at a press o intermedi ria para realizar o resfriamento do flu do que deixa o compressor de baixa press o Conseq entemente para os sistemas e subst ncias reais o valor da press o intermedi ria que resulta na m xima efici ncia do sistema um pouco superior ao valor dado pela equa o acima 2 3 4 Ciclos de compress o de vapor multipress o O separador de l quido mostrado no sistema frigor fico da Figura 2 24 apresenta des vantagens pr ticas na sua opera o O refrigerante na fase l quida dentro do tanque de expans o est saturado press o intermediaria Se o evaporador do sistema frigor fico estiver fisicamente posicionado acima do separador de l quido ou se houver qualquer transfer ncia de calor entre o separador de l quido e a v lvula de expans o algum l quido 54 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL ir evaporar antes de chegar na v lvula de expans o o que como se sabe prejudica sua efici ncia Al m deste fato a opera o da v lvula de expans o pode se tornar deficiente devido ao pequeno diferencial de press o sobre ela A Figura 2 25 mostra esquematicamente um ciclo multipress o largamente utilizado em sistemas de refrigera o que utilizam como refrigerante a am nia Este sistema utili za um separador resfriador de l quido que sub resfria o refrigerante antes de este
312. ssociados massa que atravessam estas fronteiras Uma quantidade de massa em movimento possui ener gia cin tica energia potencial e energia t rmica Al m disto como geralmente o fluxo m ssico M gerado por uma for a motriz h outra forma de energia associa da ao fluxo a qual est relacionada com a press o Esta ltima forma de energia chamada de trabalho de fluxo sendo dada pelo produto da press o pelo volume espec fico do flu do Assim ap s algumas simplifica es a Primeira Lei da Termodin mica pode ser escrita como v2 v2 AE Z Em gz u pv 5W Eri gz u pv e 213 ent 2 sai 2 At Duas observa es importantes podem ser apontados com rela o equa o acima primeira se refere soma das parcelas u pv que como visto anteriormen te equa o 2 2 corresponde entalpia da subst ncia h A segunda est relaciona da ao fato de que para a grande maioria dos sistemas industriais a varia o da quan tidade de energia armazenada no sistema AEyc igual a zero Para esta condi o diz se que o sistema opera em regime permanente e a equa o acima pode ser escri ta como v2 v2 LQ Lmh 9z Lmh 9z ZW 2 14 ent sai Para a aplica o da Primeira Lei da Termodin mica necess rio estabelecer uma conven o de sinais para trabalho e calor A Figura 2 4 mostra esta conven o de sinais O trabalho realizado pelo sistema e o calor transferido ao sis
313. suc o muito baixa e congelamento no filtro Motor parte mas logo p ra Compressor desliga por comando do controle de alta press o Compressor desliga por comando do controle de alta press o a falta de gua b bicos de aspers o entupidos c bomba de gua n o funciona d superf cie da serpentina suja e entrada ou sa da de ar obstru da f ventilador inoperante Ajustar adequadamente o diferen cial do controle de baixa press o Consertar ou trocar Limpar ou descongelar o evapora dor inspecionar os filtros e o ven tilador Verificar se h falta d gua ou pro blemas de evapora o no con densador Retirar o excesso de refrigerante ou purgar o g s n o condens vel Consertar vazamentos e recarre gar Consertar ou limpar a v lvula da gua Determinar a causa e corrigir Limpar o filtro Reparar ou substituir o motor Desobstruir os tubos do conden sador Determinar a causa e corrigir a colocar gua b limpar os bico c consertar a bomba d limpar a serpentina e retirar a obstru o f reparar o ventilador EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL PENTA COMPRESSOR FUNCIONANDO CONTINUAMENTE CAUSA PROV VEL Carga excessiva Termostato de controle ajustado para temperatura muito baixa Contatos grudados no circuito de controle da chave de partida do motor Falta de refrigerante Carga excessiv
314. t rmica devido aos motores dos ventiladores Outra fonte de calor que est presente no interior das c maras frigor ficas s o os moto res dos ventiladores dos evaporadores No entanto somente poss vel determinar a pot ncia dissipada por estes ventiladores ap s a sele o dos evaporadores mediante con sulta ao cat logo do respectivo fabricante Os evaporadores somente podem ser selecionados ap s o c lculo da carga t rmi ca total da c mara o que inclui o calor liberado pelos evaporadores Isto nos remete a uma solu o iterativa em que primeiramente estima se pot ncia dos ventiladores e em seguida selecionam se os evaporadores A pot ncia dos ventiladores dada pelo cat logo do fabricante deve ser ent o comparada com o valor inicialmente esti mado Caso n o haja concord ncia entre estes valores uma nova pot ncia deve ser estimada para os ventiladores Como estimativa inicial podem ser utilizados valores entre 0 5 e 1 0 cv por TR tonelada de refrigera o para a pot ncia mec nica dos ventiladores Assim a carga t rmica destes equipamentos pode ser dada diretamen te pela equa o abaixo ou pela Tabela 2 7 W Qvent t 7632 kcal dia 2 58 Nvent em que Went a pot ncia total dos ventiladores em cv qt o tempo de opera o dos ventiladores que igual ao tempo de opera o dos compressores op ver item 2 4 8 em h dia Nvent O rendimento dos ventiladores ver Tabela 2 7 2
315. tema t m sinal positivo O trabalho realizado sobre o sistema e o calor transferido pelo sistema t m sinal negati vo No Sistema Internacional a unidade de fluxo de trabalho e calor o Watt W a uni dade da vaz o m ssica kg s a unidade da entalpia J kg a de velocidade m s e a unidade da cota m A acelera o da gravidade que pode ser considerada cons tante igual a 9 81 m s EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 27 W Figura 2 4 Conven o dos sinais para trabalho e calor 2 1 6 Transfer ncia de calor Quando existe diferen a de temperatura entre dois sistemas duas regi es esta dife ren a tende a desaparecer espontaneamente pelo aparecimento da forma de energia calor Ao conjunto de fen menos que caracterizam os mecanismos da transmiss o de energia na forma de calor denomina se Transfer ncia de calor Teoricamente a transfer ncia de calor pode ocorrer isoladamente por condu o con vec o ou radia o No entanto praticamente as tr s formas citadas ocorrem simultanea mente ficando a crit rio do interessado o estudo da possibilidade de serem desprezadas uma ou duas das formas em fun o do problema analisado a Transfer ncia de calor por condu o A transfer ncia de calor por condu o se d por meio da intera o entre mol culas adjacentes de um material diretamente proporcional ao potencial da for a motriz que para
316. tico aplicado sua bobina de forma que a agulha da v lvula ou mbolo pare em v rias posi es intermedi rias Uma vez que o cir cuito de acionamento destas v lvulas mais complicado do que o necess rio para gerar o sinal digital requerido para o controle dos motores de passo e para modula o de pul EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 139 sos necess rios aos outros dois tipos de v lvulas a efici ncia das v lvulas anal gicas n o t o boa quanto a dos outros dois modelos Comparadas com as v lvulas de expans o termost tica as v lvulas eletr nicas s o promovem controle mais preciso da temperatura promovem controle consistente do superaquecimento mesmo em condi es de pres s o vari vel S o capazes do operar com menores press es de condensa o o que especialmente importante quando se tem baixa temperatura ambiente e podem resultar em economia de energia de 10 ou mais Entre os tr s tipos de v lvulas citados as acionados por motores de passo s o as que t m melhor efici ncia e promovem o controle mais preciso O sinal para controle das v lvulas eletr nicas pode ser gerado a partir de um ter mistor instalado na sa da do evaporador que pode detectar a presen a de refrige rante l quido Quando n o ocorre a presen a de l quido a temperatura do termistor se eleva o que reduz sua resist ncia el trica Esta varia o de resist
317. til e o venti lador trabalha com ar frio com densidade maior que no caso da tiragem induzida os equipamentos mec nicos se encontram situados em uma corrente de ar relativa mente seca e s o de f cil acesso para manuten o 150 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL O tamanho do ventilador limitado necessitando de grande n mero de ventiladores pequenos e de maior velocidade comparado com uma instala o de tiragem induzida consequentemente o n vel de ru do maior existe tend ncia de forma o de gelo nos ventiladores durante as pocas frias com consequente obstru o da entrada de ar e alguns tipos apresentam problemas de recircula o de ar usado em dire o a zona de baixa press o criada pelo ventilador na entrada de ar especialmente quando a veloci dade de sa da do ar baixa EEN LLULLA Ao ET RAR Figura 3 53 Torre de tiragem for ada Figura 3 53 Torre de tiragem for ada Torre de tiragem mec nica induzida Neste tipo de torre os ventiladores s o posicionados na sa da de ar geralmente na parte superior da torre Figura 3 54 As suas principais caracter sticas s o poss vel instalar grandes ventiladores de forma que podem ser mantidas velocidades e n veis de ru do baixos EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL o ar entra a uma velocidade consider vel podendo arrast
318. tina e Shell and coil 3 cascata ou Baudelot e 4 evaporadores de placas EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 127 1 Carca a e tubo shell and tube Este tipo de evaporador um dos mais utilizados na ind stria de refrigera o para o resfriamento de l quidos fabricado em uma vasta gama de capacidades podendo ser do tipo inundado com alimenta o por gravidade em que o refrigerante evapora por fora dos tubos e o l quido a resfriar escoa por dentro dos tubos ou de expans o direta ou de recircula o por bomba em que o refrigerante escoa por dentro dos tubos e o l quido a resfriar escoa na parte de fora dos tubos Figura 3 37 fabricado em chapas calandradas com cabe otes fundidos espelhos de a o e tubos de cobre ou a o com aletas ou n o Pode conter v rios passes ou passagens de modo a manter a velocidade do l quido no interior dos tubos em limites aceit veis evitando se perdas de carga excessivas Pode conter ainda chicanas ou baffles no espa o entre os tubos e a carca a que ajudam a posicionar os tubos e direcionam o escoamento para que o l quido escoe perpendicularmente aos tubos N vel de Eliminador ate L quido de Vapor E TITITITIITIPITITI TIM T LELLE EHA LCLLEL de g ua ETATE PEIES AA Entrada de Refrigerante Entrada de gua Figura 3 37 Evaporador carca a de tubo shell and tube 2 Carca a e serpentina shell and
319. tiplos quilowatt kW 1 000 W megawatt MW 1 000 000 W Demanda a pot ncia m dia medida por aparelho integrador durante qualquer intervalo de tempo minuto hora m s e ano Demanda contratada Demanda a ser obrigat ria e continuamente colocada dispo si o do cliente por parte da concession ria no ponto de entrega a pre o e pelo per o do de vig ncia fixado em contrato Carga instalada Soma da pot ncia de todos os aparelhos instalados nas depend n cias da unidade consumidora que em qualquer momento podem utilizar energia el trica da concession ria Fator de carga FC Rela o entre a demanda m dia e a demanda m xima ocorrida no per odo de tempo definido Fator de pot ncia FP Obtido da rela o entre energia ativa e reativa hor ria a partir das leituras dos respectivos aparelhos de medi o FP energia ativa KW energia aparente kVA Tarifa de demanda Valor em reais do KW de demanda em um determinado segmen to horo sazonal EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 265 Tarifa de consumo Valor em reais do kWh ou MWh de energia utilizada em um deter minado segmento horo sazonal Tarifa de ultrapassagem Tarifa a ser aplicada ao valor de demanda registrada que superar o valor da demanda contratada respeitada a toler ncia Hor rio de ponta HP ou P Per odo definido pela concession ria e composto por tr
320. tor de acio namento do compressor e o pr prio leo de lubrifica o importante que o refrigerante seja est vel e inerte em rela o a estes materiais de modo a n o causar problemas como corros o e expans o 182 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Os refrigerantes halogenados podem ser usados com a maioria dos metais mais comuns como a o ferro fundido lat o e cobre N o recomend vel o uso de magn sio zinco e ligas de alum nio contendo mais de 2 de magn sio em sistemas que operem com refrigerantes halogenados Em instala es com am nia n o se deve utilizar cobre lat o ou outras ligas de cobre Os elast meros s o frequentemente empregados em circuitos frigor ficos com a fun o de veda o Suas propriedades f sicas ou qu micas podem sofrer altera es significa tivas quando em contato com refrigerantes ou com o leo de lubrifica o Alguns elast meros base de neoprene t m seu volume significativamente aumentado na presen a dos HFCs O efeito dos refrigerantes sobre os pl sticos em geral diminui com a redu o do n me ro de tomos de cloro na mol cula ou com o aumento do n mero de tomos de fl or E recomend vel realizar um teste de compatibilidade entre o pl stico e o refrigerante antes do uso Os vernizes s o encontrados no enrolamento dos motores el tricos de compressores herm ticos e semi herm ticos Eles conferem rigidez e isolam
321. tor e o condensador Se a diferen a de pres s o decorrente da varia o em altura for demasiadamente grande ocorre evapora o repen tina a qual prejudicial para a vida e a capacidade das v lvulas solen ide e das v lvulas de 200 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL expans o Como se discutiu anteriormente o sub resfriador muitas vezes necess rio para evitar evapora o repentina na linha de l quido quando existem diferen as em altura TABELA 3 14 CAPACIDADES PARA LINHAS DE SUC O DESCARGA E LIQUIDO R717 EM kW LINHAS DE SUC O LINHAS DE DESCARGA LINHAS DE L QUIDO AT 0 02 K m AT 0 02 K m TEMPERATURA DE SUC O SATURADA C fa AT 0 013 Kim 10 0 8 il 1 9 63 8 15 14 28 36 65 91 149 153 157 632 118 4 20 3 0 4 9 H 13 7 19 3 314 32 3 33 2 10092502 25 5 8 9 4 14 6 25 9 36 4 59 4 61 0 62 6 179 4 4734 32 Mol 19 6 30 2 53 7 154 1227 1260 1294 3110 9780 40 18 2 295 45 5 80 6 1133 1844 1894 194 5 423 4 1469 4 50 35 4 572 88 1 1557 E2190 m3552 m 864 9 374 7 697 8 2840 5 65 56 7 91 6 140 6 2486 3489 5659 581 4 597 0 994 8 45248 80 101 0 162 4 2490 4398 6169 10019 10293 10569 15363 8008 8 100 206 9 332 6 50920 697 90 RS S60 R2042720 20982221543 125 siso Oni 9026 16220 22714 36821 37830 38842 150 608 7 975 6 1491 4 2625 4 36725 5954 2 6117 4 6281 0 200 1252 98 2005 30 8056 00 5882 50 5304 BROS Ba RS R2868 z 250 ZPTtOmRS625 98 B5589 98 R9 83
322. tra no evaporador de forma intermitente atrav s de uma v lvula de expans o geralmente do tipo termost tica sendo completamente vaporizado e supera quecido ao ganhar calor em seu escoamento pelo interior dos tubos Figura 3 34 Assim EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 119 em uma parte do evaporador existe flu do frigor fico saturado l quido vapor e na outra parte flu do superaquecido Este tipo de evaporador bastante utilizado com flu dos fri gor ficos halogenados especialmente em instala es de pequena capacidade Sua principal desvantagem est relacionada com o seu relativamente baixo coefi ciente global de transfer ncia de calor resultante da dificuldade de se manter a superfi cie dos tubos molhadas com refrigerante e da superf cie necess ria para promover o superaquecimento 12 C 4 8 barg do Para o Compressor 5 5 barg Figura 3 34 Evaporadores de expans o direta Evaporadores Inundados O l quido ap s ser admitido por uma v lvula de expans o do tipo b ia escoa atrav s dos tubos da serpentina removendo calor do meio a ser resfriado Ao receber calor no eva porador uma parte do refrigerante evapora formando um mistura de l quido e vapor a qual ao sair do evaporador conduzida at um separador de l quido Este separador como o pr prio nome diz tem a fun o de separar a fase vapor da fase l quida O refrige rante no estado de
323. trada de umidade se reduz a um ter o em c maras a 30 C Em c maras de conserva o a baixa temperatura al m das portas normais devem ser instaladas portas flex veis Deve se considerar a possibilidade de aplica o de compressores parafuso para ajustar melhor a capacidade do sistema a cargas parciais Os compressores parafuso permitem uma varia o de capacidade entre 10 e 100 de sua pot ncia nominal Empregar sistemas de compress o em est gios com resfriamento intermedi rio com separadores de l quido Considerar o aumento da capacidade dos condensadores Permitir que a press o de condensa o seja t o baixa quanto poss vel Deve se observar que em instala es dotadas de v lvulas de expans o termost tica evita se reduzir a press o abaixo de determinado limite por raz es pr ticas de funcionamento da v lvula Empregar motores el tricos com controle de velocidade Dar prefer ncia a instala es de equipamentos centralizados Existe uma vantagem geral a favor dos equipamentos centralizados principalmente em sistemas que em determinadas pocas do ano apresentam redu es na quantidade de produtos a refri gerar Equipamentos centralizados podem trabalhar a cargas parciais com rendimentos superiores quando comparados aos equipamentos n o centralizados Porraz es semelhantes unidades que trabalham com v rios condensadores ou evapo radores apresentam funcionamento mais econ mico que unidades
324. trados facilmente em textos especializa dos de transfer ncia de calor b Transfer ncia de calor por convec o A convec o o processo de transfer ncia de calor executado pelo escoamen to de um fluido que atua como transportador de energia a qual por sua vez transferida de uma superf cie ou para uma superf cie A convec o intensamen te influenciada pelas caracter sticas do escoamento do fluido tais como perfil de velocidades e turbul ncia O tratamento tradicional para os problemas envolvendo convec o consiste em definir um coeficiente de transfer ncia de calor por convec o ou somente coeficiente de con vec o a de tal forma que se tenha a seguinte equa o Q AAT 2 17 emque Q o fluxo de calor W a o coeficiente de convec o W m K A a rea normal ao fluxo de calor m e AT a diferen a de temperatura K O coeficiente de convec o depende das propriedades do fluido e da configura o do escoamento Normalmente seus valores s o tabelados para as situa es e fluidos mais comuns o que reduz o problema aplica o da equa o acima Como exemplos podem se considerar o coeficiente de convec o entre o ar e as paredes de uma c mara frigor fica Para o ar externo este valor pr ximo de 29 0 W m K 25 kcal h m C para o ar interno varia entre 8 15 e 17 45 W m K 7 a 15 kcal h m C dependendo da movimenta o do ar 30 EFICI NCIA ENERG
325. tural podem ser constru dos com tubos de cobre a o ou at mesmo alum nio Em casos especiais quando o meio no qual est o instalados corrosivo pode ser utilizado a o ino xid vel No caso de evaporador aletado as aletas podem ser de alum nio cobre ou a o ino xid vel tamb m para aplica es especiais Este tipo de evaporador deve ser colocado na parte superior da c mara junto ao teto e devem ser instaladas bandejas para a coleta de condensado sob os mesmos evitando o gotejamento de gua sobre os produtos Quando por quest es de espa o n o for poss vel a instala o somente no teto podem tamb m ser utilizadas as paredes desde que os evaporadores sejam montados de forma a facilitar as correntes de convec o natural do ar no interior da c mara Evaporador com circula o for ada do ar O evaporador com circula o for ada unit coolers ou frigodifusores atualmente o tipo mais utilizado em c maras frigor ficas salas de processamento e t neis de congela EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 125 mento sendo constitu dos basicamente por uma serpentina aletada e ventiladores mon tados em um gabinete compacto Figura 3 36 Quanto posi o do ventilador em rela o serpentina aletada pode ser classificado em Draw Through ventilador succionando Esta configura o permite maior alcance do fluxo de ar frio por m o calor dissipado pelo motor d
326. ua fC Vaz o de gua m3 h a b Figura 3 25 Caracter sticas t picas de condensadores resfriados a gua 106 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL A Figura 3 25 a mostra a capacidade frigor fica de um determinado condensador a gua quando operando em um sistema frigor fico em fun o da temperatura de conden sa o e da temperatura de entrada da gua no condensador Na Figura 3 25 b tem se o calor rejeitado por diferen a unit ria de temperatura em fun o da vaz o de gua de con densa o para diferentes fatores de incrusta o Como visto medida que aumenta o fator de incrusta o a capacidade de rejei o de calor do condensador diminui 3 2 2 Caracter sticas dos condensadores Condensadores resfriados a Ar Para a sele o de condensadores resfriados a ar devem ser levados em considera o diversos fatores tais como consumo de energia instala o disponibilidade e n vel de ru do Os condensadores resfriados a ar s o normalmente utilizados como parte integrante de unidades produzidas em f bricas unidades condensadoras de pequena ou m dia capacidade Grandes condensadores a ar tamb m podem ser aplicados nas situa es em que n o econ mica a utiliza o de sistemas resfriados a gua devido ao alto custo ou indisponibilidade da gua A faixa de capacidades mais comum destes condensadores cobre a gama de valores de 1 a 100 TR 7 a 352 kW por m
327. ualquer aumento da temperatura acima deste ponto resulta somente em pequeno aumento de press o no diafragma pois todo o vapor est superaquecido Assim limita se a press o m xima de opera o do evaporador e consequentemente a temperatura evi tando se sobrecargas no motor do compressor 134 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Se o tipo de refrigerante do bulbo da v lvula diferente daquele utilizado na instala o diz se que a v lvula de carga cruzada O objetivo principal destas v lvulas manter um grau de superaquecimento aproximadamente constante para toda a gama de tempe raturas de evapora o do sistema frigor fico o que pode n o acontecer para as VET de carga normal L quido Vapor Vap Superaquecido o 11 00 Rej o o o 08 L a 825 R22 5 50 2 75 6 5 10 0 26 5 Temperatura C Figura 3 41 V lvula de expans o termost tica com carga limitada A Figura 3 42 a mostra uma curva da press o no bulbo em fun o da temperatura para uma VET de carga normal Para um valor constante da tens o da mola o valor da diferen a entre a press o no bulbo e a press o de evapora o APm Pp Po constante Assim para diferentes temperaturas de evapora o a diferen a entre a temperatura do bulbo e a temperatura do refrigerante na sa da do evaporador ATg Tg Tsg varia No caso das VET de carga cruzada Figura 3 42 b 0 valor de ATp aproximadame
328. ujo foco n o a otimiza o energ tica EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL y 2 Conceitos B sicos 2 1 Defini es Propriedades termodin micas Caracter sticas macrosc picas de um sistema como volume massa temperatura e press o Estado termodin mico Condi o em que se encontra a subst ncia sendo caracteriza do pelas suas propriedades Processo Mudan a de estado de um sistema Representa qualquer mudan a nas pro priedades da subst ncia Uma descri o de um processo t pico envolve a especifica o dos estados de equil brio inicial e final Ciclo Processo ou mais especificamente s rie de processos em que o estado inicial e o estado final do sistema subst ncia coincidem Subst ncia pura Qualquer subst ncia que tenha composi o qu mica invari vel e homog nea Pode existir em mais de uma fase s lida l quida e gasosa mas a sua compo si o qu mica a mesma em qualquer das fases Temperatura de satura o Temperatura na qual se d a vaporiza o de uma subst n cia pura a uma dada press o chamada press o de satura o para a temperatura dada Assim para a gua utiliza se a gua para facilitar o entendimento da defini o dada acima a 100 C a press o de satura o de 1 01325 bar para a gua a 1 01325 bar de pres s o a temperatura de satura o de 1002C Para uma subst ncia pura h uma rela o definida ent
329. umidores enquadrados no sistema tarif rio horo sazonal modalidade azul o fator de carga definido por segmento horo sazonal ponta e fora de ponta con forme as seguintes express es FCHp Consumo no HP kWh Demanda do HP kW x nhp O n mero de horas de ponta nhp ir depender do n mero de dias teis no per odo de medi o nhp N de dias teis x 3 FCyrr Consumo no HFP kWh Demanda no HFP kW x nhfp O n mero de horas fora de ponta nhfp ir depender do per odo de medi o e das horas de ponta nhfp N de dias de medi o x 24 nhp A melhoria aumento do fator de carga al m de diminuir o pre o m dio pago pela ener gia el trica consumida conduz a um melhor aproveitamento da instala o el trica inclusi ve de motores e equipamentos e a uma otimiza o dos investimentos nas instala es Algumas medidas para aumentar o fator de carga programe o uso dos equipamentos EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL 271 diminua sempre que poss vel os per odos ociosos de cada equipamento e opere os de forma n o simult nea n o acione simultaneamente motores que iniciem opera o com carga e verifique as condi es t cnicas de suas instala es e d a seus equipamentos manuten o peri dica Evite estes desperd cios de energia el trica equipamentos funcionando simultaneamente quando poderiam operar em hor rios distintos
330. uramento acrescida da perda de transforma o Observa o Para identificar o consumo espec fico basta dividir o consumo pelo n me ro de dias trabalhados ou pela produ o no per odo de faturamento Tem se o kWh dia trabalhado ou kWh unidade de produ o no HFP e HP Demanda em kW Indica os valores de demanda registrados kW nos HFP e HP respec tivamente Demanda Contratada em kW Indica valores de demanda kW contratados no HFP e HP respectivamente Demanda de Ultrapassagem em kW Indica os valores de demanda kW que ultrapas saram os limites preestabelecidos das demandas contratadas nos HFP e HP respectiva mente Energia Reativa FER kvaArh Refere se energia el trica reativa UFER no HFP e HP respectivamente Esse valor aparece quando o fator de pot ncia hor rio for menor que 0 92 Constante de Faturamento a constante de faturamento utilizada para o c lculo das demandas registradas dos consumos registrados e das energias reativas nos respectivos hor rios Fator de Pot ncia Indica o fator de pot ncia Esse valor n o deve ser menor que 0 92 Caso isso ocorra sua fatura ser onerada com o pagamento de reativos excedentes Fator de Carga Indica os fatores de carga nos HFP e HP respectivamente 274 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Percentual de Perdas Quando a medi o realizada na m dia tens o esse valor O como neste exemplo Caso sej
331. v s do capilar com consequente varia o da capacidade frigor fica pode haver sobrecarga do motor do compresso e durante o tempo em que o sistema est desligado todo o l quido excedente passar do condensador para o evaporador com as consegl ncias j vistas acima Devido carga cr tica de refrigerante um tubo capilar nunca deve ser empregado em conjunto com um compressor do tipo aberto As fugas de refrigerante ao redor da veda o do eixo poderiam tornar o sistema inoperante dentro de um curto espa o de tempo O uso de tubos capilares em sistemas divididos nos quais o compressor est localizado a uma certa dist ncia do evaporador tamb m deve ser evitado pois s o dif ceis de se carregar com exatid o e as longas linhas de suc o e de l quido requerem uma grande carga de refrigerante o qual se concentraria no evaporador quando o sistema estivesse desligado 144 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL Com rela o aos condensadores projetados para operar com tubos capilares devem ser observados os seguintes requisitos O l quido deve ser capaz de fluir livremente para o evaporador quando o sistema esti ver desligado Caso contr rio haver vaporiza o do l quido no condensador e conden sa o no evaporador acelerando ainda mais o degelo Ostubos devem ter o menor di metro poss vel de modo a se conseguir uma press o de condensa o adequada com uma quanti
332. vapor saturado aspirado pelo compressor enquanto o l quido retor 120 EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL E COMERCIAL na para o evaporador medida que se faz necess rio Como existe l quido em contato com toda a superf cie dos tubos este tipo de evaporador usa de forma efetiva toda a sua superf cie de transfer ncia de calor resultando em elevados coeficientes globais de trans fer ncia de calor Este tipo de evaporador muito usado em sistemas frigor ficos que utilizam am nia como refrigerante por m seu emprego limitado em sistemas com refrigerantes haloge nados devido dificuldade de se promover o retorno do leo ao c rter do compressor Exige grandes quantidades de refrigerante e tamb m possui custo inicial mais elevado Os evaporadores inundados podem ainda ter sua alimenta o classificada em Alimenta o por gravidade Os separadores de l quido que podem ser individuais parciais ou nico alimentam por gravidade todos os evaporadores da instala o e Recircula o de l quido Os evaporadores s o alimentados com flu do frigor fico l g ui do geralmente por meio de uma bomba em uma vaz o maior que a taxa de vaporiza o Portanto o interior destes evaporadores tamb m sempre cont m flu do frigor fico l quido Figura 3 35 A rela o entre a quantidade de refrigerante que entra no evapo rador e a quantidade de refrigerante que se evaporaria devido ca
333. ve se sempre garantir que existam aberturas adequadas e livres de qualquer obstru o para a entrada de ar frio e para a sa da do ar quente As entradas de ar devem ser localizadas longe do lado de descarga do ar para evitar a aspira o de ar quente pelos ventiladores curto circuito do ar Devido grande quantidade de ar manejada por estes condensadores eles geral mente s o bastante barulhentos Assim quando da sua instala o devem ser levadas em considera o as normas locais sobre os n veis m ximos de ru do permitidos Em algumas situa es especialmente em zonas residenciais em centros urbanos deve r o ser empregados sistemas para controle da rota o dos ventiladores motores de duas velocidades ou inversores de frequ ncia os quais atuariam no per odo notur no reduzindo a rota o dos ventiladores e consequentemente o ru do emitido por estes condensadores Em sistemas que usam v lvulas de expans o termost ticas a press o de conden sa o deve ser mantida relativamente constante Temperaturas ambientes isto temperaturas de entrada do ar no condensador muito baixas podem resultar em press o de condensa o t o baixa que as v lvulas de expans o dos evaporadores n o operar o corretamente Em climas moderados o controle da opera o dos ven tiladores liga desliga pode manter a press o de condensa o nos n veis fixados no projeto garantindo a correta opera o das v lvulas de expans o Em

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