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1. Ae Se Prot JOSE S DI oi REN ni CASTRO Orientade UNESP Prof PETRON A INOBU TANISHO Ly Sete re CE hic EDUARDO TUNA UNESP FEG Guaratinguet SP Dezembro de 2011 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar agrade o a toda a minha fam lia que contribuiu com minha educa o Principalmente aos meus pais Li Jia Liang e Li Su Ping que batalharam bastante para que eu pudesse ter o melhor ensino possivel Aos grandes amigos do curso Renato Imagawa Daniel Solferini Leandro Tranchezzi Felipe Marin e Rog rio Kadota que me ajudaram no momento mais dificil que tive quando at cogitei em abandonar a faculdade e sempre me ajudaram quando precisei Aos amigos do quadrado magico Fabio Jennings Felipe P cego e Herique Sampaio pelas risadas nas praticas esportivas Aos amigos Eliabe Infante e Antonio Carlos pelo grupo de estudos para as provas Aos amigos Thiago Minoru Henrique Inoue Vitor Yazaki Daniel Nogi Rafael Guedes Felipe Carrara e Hugo Takahashi com quem passei a maior parte destes ultimos anos Ao Instituto Conf cio da Unesp que permitiu com que eu fizesse a viagem mais inesquec vel da minha vida Agrade o Carolina Harumi Nagatomo que foi a grande motiva o para que eu terminasse este trabalho de forma r pida e com efici ncia Agrade o ao meu amigo Fabio Akio pela amizade e por me ajudar neste trabalho Agrade o a todos os professores do Departamento de Energia da Faculdade de Engenharia d2. o e convec o pelas paredes e vidros Existe tamb m o motor que transfere grande quantidade de calor para o ambiente por m seu compartimento revestido com isolante t rmico Assim podem se desprezar os valores do ganho de calor por condu o do motor devido ao seu baixo valor comparado com a carga t rmica total do nibus Segundo os c lculos de Stancato 1992 a condu o atrav s do compartimento do motor de apenas 0 054 kW 17 O c lculo do ganho de calor por condu o e convec o pode ser calculado pela equa o 3 1 Q U x AxAT 3 1 Onde Q Ganho de calor por condu o e convec o kW U Coeficiente global de transfer ncia de calor W m C A rea de troca de calor m AT Diferen a de temperatura interna e externa C O Coeficiente Global de Transfer ncia de Calor o inverso da resist ncia t rmica e seu valor depende dos coeficientes de pel cula englobando efeitos de convec o e de radia o do lado interno e externo da espessura do material e de sua condutibilidade t rmica Assim a equa o do Coeficiente Global de Transfer ncia de Calor pode ser visto na equa o 3 2 l oe A REA Spite a E k 3 2 ws onde hi coeficiente de pelicula interno W m C e espessura m k condutibilidade t rmica W m C he coeficiente de pel cula externo W m C Neste trabalho o coeficiente de convec o interno hi foi adotado o valor r
3. o s o constantes e aparecem como retas horizontais A expans o do fluido isoent lpica e aparece como uma reta vertical A compress o do fluido aparece em uma linha isoentr pica 4 2 Fluido refrigerante O fluido refrigerante important ssimo num sistema de refrigera o pois ele o respons vel pelas trocas de calor no sistema Para que haja uma transfer ncia de calor a uma 32 taxa razo vel a diferen a de temperatura entre o refrigerante e o meio com o qual ocorre troca t rmica deve ser de 5 a 10 C engel e Boles 1998 A menor press o do sistema deve ficar acima da press o atmosf rica para evitar infiltra es de ar A temperatura de condensa o n o deve ficar abaixo da temperatura do meio externo e a press o de satura o deve preferencialmente ficar bem abaixo da press o cr tica para garantir uma condensa o mais pr xima poss vel de uma isot rmica fato que n o ocorre por exemplo com o CO2 O refrigerante tem que ter custo baixo ser est vel e n o ser reagente n o ser t xico n o ser inflam vel ter deten o f cil de fugas entre outros Inicialmente o fluido refrigerante utilizado em ciclos de compress o de vapor em sistemas automobil sticos foi o CFC 12 Devido sua baixa toxidade estabilidade t rmica n o inflamabilidade e miscibilidade com leos lubrificantes O R12 foi usado praticamente na totalidade das aplica es automotivas at o estabelecimento da sua rela
4. 5 7 3 Controle de ventila o do condensador Este controle feito por meio da leitura da press o alta do sistema em um pressostato Assim em press es de condensa o baixas o ventilador trabalha com uma velocidade menor e em press es altas o sistema aciona o ventilador na velocidade m xima 5 7 4 Controle de sobre press o Tem como objetivo ser um sistema de seguran a para evitar que as press es atinjam valores muito altos o que poderia causar danos Este controle feito por meio da leitura da press o de condensa o por um pressostato que desliga a embreagem do compressor O aparelho LD8 ainda possui uma v lvula mec nica de al vio que se abre a uma press o acima da press o de desligamento autom tico do compressor para evitar uma falha catastr fica A v lvula de al vio libera refrigerante para a atmosfera voltando a se fechar com a redu o da press o do sistema 43 CAPITULO 6 CONCLUS O O aparelho de ar condicionado empregado em nibus baseado no principio de compress o a vapor O compressor acoplado junto com o eixo do motor o que diminui a pot ncia de eixo dispon vel para outras fun es Como consegii ncia provoca um aumento do consumo de combust vel O fator complicador para projetar um aparelho de ar condicionado para nibus devido a grande varia o de carga t rmica A carga t rmica varia bastante se o nibus for utilizado por exemplo no sul ou no nordeste do Brasil por
5. Compressor acoplado com o motor O aparelho de ar condicionado LD8 baseado no principio de compress o a vapor O compressor acoplado junto com o eixo do motor como pode ser visto na figura 6 o que diminui a pot ncia de eixo do mesmo Como consegii ncia provoca um aumento do consumo de combust vel O fluido refrigerante o R143a com 5 1 kg de refrigerante A figura 7 mostra o ciclo termodin mico e os componentes do aparelho 35 Alta Press o Pressostato Registro es 2 de balxa press o Comlensador Pressostato de alta press o Figura 7 Ciclo de refrigera o por compress o do equipamento LD8 Manual de servi o Denso do Brasil O fluido refrigerante na forma de vapor superaquecido entra no compressor onde sua press o e temperatura aumentam e enviado para o primeiro condensador Neste local ocorre perda de temperatura do fluido refrigerante devido troca de calor com o ar ambiente que se encontra a uma temperatura menor que a do fluido Os ventiladores servem para auxiliar o fluxo de troca de calor Ap s passar pelo primeiro condensador o fluido vai para o segundo condensador a fim de diminuir ainda mais a sua temperatura Depois disso o fluido passa por um reservat rio de l quido que tem como objetivo evitar que vapor passe para o pr ximo componente do sistema enviando apenas refrigerante l quido para o sistema Na pr xima etapa ele passa por um filtro secador que retira as impurezas d
6. 35 65 Fonte Norma NBR 6401 1980 16 A partir dos dados das tabelas ser o adotados para o projeto os seguintes valores para as condi es internas mostrados na tabela 4 Tabela 4 Valores de regime adotados no projeto REGIME TBS C U R Inverno 21 50 Verao 22 50 Para as condi es externas de ver o ser o utilizados os dados fornecidos pela ABNT tabela 6 da NBR 6401 para o estado de S o Paulo local onde o nibus ir circular Assim obt m se os seguintes valores apresentados na tabela 5 Tabela 5 Cidade escolhida para realizar o projeto LOCAL TBS C TBU C Temperatura m xima S o Paulo 31 24 34 9 Fonte Norma NBR 6401 1980 3 2 1 Condu o e convec o A condu o acontece principalmente em meios s lidos e essa forma de transfer ncia de calor ocorre em raz o do contato das part culas tomos el trons e mol culas que formam o corpo O calor flui do ponto mais quente para o mais frio em raz o da diferen a de temperatura entre os dois pontos do mesmo material at que se atinja o equil brio t rmico A convec o o fen meno da transfer ncia de calor que se observa nos fluidos gases e l quidos e acontece em raz o da diferen a de densidade do fluido No caso do nibus o ganho de calor no interior do ve culo se da pela diferen a de temperatura no ambiente interno e no ambiente externo onde ocorre condu
7. WYLEN G J V SONNTAG R E amp BORGNAKKE C 1998 Fundamentos da Termodin mica 5 Edi o Editora Edgard Bl cher S o Paulo SP
8. aac DD a 10 12 Organiza o do trabalho ge sicuoscpecutvscedl penta a sas Ed a e a eee 10 CAP TULO 2 CONFORTO T RMICO ecssssssessssssssssesssssesssessscseccsnecsnceseessesascsnceaneessees 12 CAP TULO 3 CARGA T RMICA scssssssssssessssssesssesssesossnecssesssesnscsnecaneesscsscsescsnsesseesseenes 14 3 1 Condi es adotadas no trabalho ssa Uia 14 3 2 Calculo AL el SI 15 3 2 1 Condu o E CONVEC O aici cccestnstn arcteaid jolecees petcedetdesiond aa i Edea S EAEI RE EERE ERNEA 16 32 2 Radiaca Ons ee R E PPE a ci ii 20 3 2 3 PESSOAS oe s EE E EE E E TE EN 21 32A POI AG AO E AE oa ras poroaas ao tarada aaa ASS dba cen duc den teams eae sete Ra san 23 3 2 3 infiltra o de af ita cata tas pad apa adaga RAMAL 26 ORE UUM MN ens pete accept ac eG estas eeepc eee ede ee 26 CAP TULO 4 SISTEMA DE REFRIGERA O nnne 28 4 1 Ciclo de refrigera o por COMpress o lt cca2esscssccca te seedacectgecteseedeleeniene dete sen nceieeeeeneanoee 28 42 Fluido TORRE AO aid eee de elva ened en E S 32 CAP TULO 5 SELE O DO APARELHO meses 33 SL Modelo LDS are er een Pere CRIE RD ere rs e eee ee ORNE E ARE 34 5 2 COMPRESSOR casa ctgecsgceccaascaccecenivakagesescaacersecacaneniececeencacqaccescabeganeccconembeasGesnantandenteatadecesaeceas 38 3 3 OI SAC OR Sg RD RR EE MON DD O 38 5 4 ENapOCAdOR sesionin 06 GE nace Eo EE Enia 39 5 3 Valvula d NAIA ACY tse na ed tect ne a a a an 40 5 6 R servat ri de liquido vieiesso eneee a
9. na correria do motor causando um aumento de consumo de combust vel Por se tratar de um componente que est sempre ligado ao motor mesmo quando o compressor est desligado ar condicionado desligado ele aumenta a carga sob o motor influenciando no consumo de combust vel Com isso existe um aumento ainda maior de combust vel quando o sistema de ar condicionado ligado Figura 11 Compressor 6C500C usado no aparelho LD8 Manual de servi o Denso do Brasil O compressor utilizado no modelo LD8 6C500C que pode ser visualizado na figura 11 ele apresenta seis cilindros com um volume de 495 cm2 5 3 Condensador Um condensador um trocador de calor que tem a fun o de remover o calor do fluido refrigerante e rejeitar este calor para o meio externo ar ambiente 39 Devido ao baixo calor espec fico grandes quantidades de ar s o necess rias para que se possa remover a quantidade de calor necess ria do condensador A limita o de rea de troca de calor exige o uso de ventiladores para aumentar a velocidade do ar No condensador do aparelho LD8 o fluido refrigerante circula dentro de tubos met licos e o ar circula atrav s de aletas soldadas a estes Ele feito de alum nio devido menor massa e facilidade de reciclagem A figura 12 mostra o condensador do aparelho LD8 Figura 12 Condensador do aparelho LD8 Manual de servi o Denso do Brasil 5 4 Evaporador O evaporador um trocador d
10. o com a destrui o da camada de oz nio em 1974 A produ o de clorofluorcarbonos incluindo R12 foi banida pelo Protocolo de Montreal de 1981 e somente em 1992 os fabricantes iniciaram a substitui o do clorofluorcarbono pelo tetrafluoretano ou R134a Bhatti 1997 O refrigerante R134a atende s condi es de opera o previamente mencionadas considerado n o t xico em concentra es de at 400ppm e n o inflam vel quando testado com ar a 14 7psia e 18 3 C sendo adequado para o uso automotivo Dossat e Horan 2001 e o refrigerante utilizado atualmente O refrigerante R134a tem sido recentemente associado com o efeito estufa necessitando se de pesquisas para a substitui o deste fluido refrigerante para n o agravar ainda mais o meio ambiente O CO2 est sendo testado em ve culos h bridos ou movidos a c lulas de hidrog nio adquirindo resultados satisfat rios por ser um sistema revers vel podendo ser usado como refrigerador e como bomba de calor 33 CAP TULO 5 SELE O DO APARELHO O objetivo deste cap tulo apresentar os aparelhos dispon veis e selecionar um que atenda s condi es requeridas para a carga t rmica calculada Para sistema de ar condicionado para nibus foram escolhidos os seguintes modelos o LD8 e o SD8 Tabela 14 Descri o do aparelho LD8 APLICA O INDICADA nibus Rodovi rio e Urbano 130 000 BTU h CAPACIDADE NOMINAL Condi es DE REFRIGERA O TEN
11. universidade temos que uma pessoa possui o metabolismo m dio de 113W TABELA 11 Calor Liberado por pessoa kcal h LOCAL Metabolismo homem Metabolismo adulto m dio Teatro escola prim ria 98 88 Escola secund ria 113 100 Escrit rio apartamento universidade hotel 120 113 Supermercado varejista lojas 139 113 Farm cia drogaria 139 126 Banco 139 126 Restaurante 126 139 F brica trabalho leve 202 189 Sal o de baile 227 214 Fabrica trabalho moderadamente pesado 252 252 Boliches f bricas gin sios 378 365 Fonte Norma NBR 6401 1980 Por tanto o ganho de calor gerado pelas pessoas no interior do nibus lotado calculado pela equa o 3 4 Qpessoas Pessoas x Metabolismo Qmotorista 3 4 Qpessoas 44 x 113 375 5 347 kW O ganho de calor por pessoas no nibus ser de 5 347 kW 3 2 4 Renova o de ar 23 A renova o de ar importante no projeto de ar condicionado devido a exist ncia de microorganismos e gases poluentes que em concentra o alta prejudicam a sa de A norma NBR 15570 recomenda que a taxa de renova o do ar m nima seja de pelo menos 8 m por pessoa por hora sendo recomend vel 13 m por pessoa por hora conforme a tabela 4 da ABNT NBR 6401 1980 Por tanto o volume de ar necess rio para renova o deve ser de 13 m3 por pessoa por hora Um nibus lotado tem 45 pessoas 44 passageiros 1 motorista ass
12. 0 1 31 33 69 28 85 610 8 25 06 71 243 99 294 1 627 7 201 7 32 35 65 30 62 611 3 26 4 72 254 73 313 6 628 1 214 3 Fonte Norma NBR 6401 1980 24 A tabela 12 mostra as propriedades do ar mido De acordo com a NBR 6401 a temperatura m xima em S o Paulo de 34 9 C e ser a temperatura externa Assim da tabela acima obt m se me 39 5 mmHg A press o parcial de vapor o produto da umidade relativa em porcentagem e a press o de vapor da gua absoluta Assim tem se a equa o 3 6 Pve ye x me 3 6 A umidade relativa obtida de uma carta psicrom trica para TBS 31 C e TBU 24 C Da figura 3 obt m se ye 56 Por tanto a press o parcial de vapor externa ser de 22 12 mm Hg x a ie zi Figura 3 Carta psicrom trica com o valor da umidade relativa A entalpia externa do ar pode ser calculada a partir da equa o 3 7 0 622 x Pv h 0 24xt e x 597 0 46xt P Py 3 7 onde he entalpia externa kcal kg te temperatura externa C Pve press o parcial de vapor externo mmHg P press o atmosf rica em S o Paulo 700 mmHg 25 Assim he 0 24 x 34 9 0 622 x 22 12 x 597 0 46 x 34 9 700 22 12 he 20 82 kcal kg Para o interior do nibus recomendada uma temperatura m xima de 22 C e umidade relativa de 50 Assim Ti 22 C e da tabela 12 mi 19 82 mmHg Usando se a equa o 3 6 tem se Pvi yi x m1 0 5 x 19 82 9 91
13. 0 504 35 29 8 142 30 Parede traseira 0 631 2 61 8 13 18 Teto 0 882 34 32 8 242 14 Vidro 7 063 12 47 8 704 61 Parede frente 0 631 1 94 8 9 79 TOTAL 2 268 86 3 2 2 Radia o A radia o ou irradia o a transfer ncia de energia t rmica atrav s do espa o vazio Nenhum meio necess rio para a irradia o ocorrer pois transferida atrav s de ondas eletromagn ticas ou seja a radia o funciona mesmo atrav s de uma v cuo perfeito Para o nibus dif cil calcular o ganho de energia gerado pela radia o solar porque ele est em constante movimento e com isso muda se o ngulo em que o raio solar incide sobre a superf cie A tabela 10 identifica esse problema onde poss vel ver que conforme o hor rio a temperatura equivalente varia Pode se fazer o c lculo do ganho de calor por radia o pelos vidros usando a equa o 3 1 Para o vidro o coeficiente global de transfer ncia de calor o mesmo que o calculado no item 3 2 1 ou seja U 7 063 W m C A rea envidra ada no nibus de 12 47 m Considerando se que o ar condicionado deve atender o momento de maior ganho de calor por radia o e segundo a tabela 10 a temperatura equivalente de 96 C para o vidro Assim da equa o 3 1 tem se Qvidro 7 063 x 12 47 x 96 8 455 26 W O ganho de calor pela carca a do nibus pode ser desprezado visto que ele influ ncia pouco no valor total da radia o solar Isto porque coeficiente de tra
14. 01 carga t rmica a taxa de calor que deve ser removida de um determinado local para se manter a temperatura do ar interior em um valor constante E ganho de calor como a taxa instant nea em que o calor transferido para um ambiente ou convertido internamente Em ve culos como o nibus a carga t rmica varia de acordo com v rios fatores e necess rio dimensionar um sistema de refrigera o que retire cargas maiores do que o calculado Porque existe a necessidade de se remover o calor equivalente aos ganhos atrav s da envolt ria mais o equivalente ao aumento da energia interna do ve culo em tempo curto de 20 a 30 minutos no m ximo 3 1 Condi es adotadas no trabalho O objetivo deste cap tulo calcular a carga t rmica total em regime permanente para o mesmo modelo de nibus usado por Stancato 1992 atrav s da Norma NBR 6401 O esquema do nibus utilizado no trabalho de Stancato pode ser visto na figura 1 EL ETETE STIL Tra ty ras INDL j Figura 1 Principais Medidas do nibus Modelo 0371 RSD Stancato 1992 Fabricante Mercedez Benz do Brasil Modelo 0371 RSD Largura 2 60 m Altura 1 70 m do assoalho do bagageiro at a base das janelas Comprimento Total 13 2 m Comprimento das Janelas Laterais 1 467 m Altura das Janelas Laterais 0 7 m 15 44 lugares para passageiros Com exce o do assoalho da cabine e do ve culo todas as paredes s o compostas po
15. 5 cm 6 x 050 mm x 42 mm ND OIL 8 1700 cm Multi flow type Helice Vaz o 6 300 m h Ferrite 150 W x 4 pes Tubo cobre aletas de aluminio Ventilador Sirocco HI 4 400 mh Ferrite 150W x 8 pes Tipo Diafragma o Equalizacao externa 24Lx1 Dessecante incorporado Zeolite Mangueiras e tubo de cobre Alta 394 396 psi libras Baixa 2 8 11 4 psi libras Press o opera o 440 525 psi libras Autom tico Velocidades soprador autom tica 2 est gios alto baixo Figura 8 Especifica es do aparelho LD8 Manual de servi o Denso do Brasil 37 A figura 9 apresenta o conjunto evaporador condensador Ventilador Sensor de Evaporador do evaporador temperatura Central Servo motor el trica Visor de Y l quido LP Reservat rio Sensor V lvula de expans o Filtro secador Ventilador do condensador Figura 9 Desenho do aparelho LD8 Manual de servi o Denso do Brasil A figura 10 apresenta o aparelho LD8 instalado em um nibus Figura 10 Aparelho LD8 instalado em um nibus Manual de servi o Denso do Brasil Uma breve descri o dos equipamentos do aparelho LD8 ser o realizadas a seguir 38 5 2 Compressor O compressor o componente respons vel por elevar a press o do sistema para que o fluido seja capaz de escoar por todos os outros componentes e mudar de fase durante o ciclo Como ele um componente que exige energia na forma de trabalho ligado
16. S O G S REFRIGERANTE PESO unidade no teto COMPRESSOR Entrada de Ar no evaporador 27 C 60 UR Entrada de Ar no condensador 35 C 24 VCC HFC 134a 5 1 kg 170kg Modelo 6C500C Deslocamento 495 cc Oleo ND Oil8 Peso 50 kg Fonte Manual de servi o Denso do Brasil Tabela 15 Descri o do aparelho SD8 APLICA O INDICADA CAPACIDADE NOMINAL DE REFRIGERA O TENS O G S REFRIGERANTE PESO unidade no teto COMPRESSOR Micro Onibus Rodovi rio e Urbano at 9 metros 65 000 BTU h Condi es Entrada de Ar no evaporador 30 C 60 UR Entrada de Ar no condensador 35 C 24 VCC HFC 134a 1 4 Kg 85 kg Modelo 10P30 Deslocamento 300 cc leo ND Oil8 Peso 141 kg Fonte Manual de servi o Denso do Brasil 34 O principal fator a ser considerado para a escolha de um aparelho de ar condicionado a capacidade de refrigera o que deve ser maior do que a carga t rmica calculada Como a carga t rmica calculada para o nibus foi de 22 432 kW 76482 14 BTU h o aparelho que melhor se adequada ao projeto o LD8 uma vez que atende a capacidade nominal de refrigera o 5 1 Modelo LD8 O aparelho instalado na parte superior do nibus possuindo um compressor dois condensadores com quatro ventiladores um reservat rio de l quido um filtro secador uma v lvula de expans o dois evaporadores com oito ventiladores uma central el trica e dois sensores de temperatura Figura 6
17. UNESP Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratingueta Guaratingueta 2011 FERNANDO LIANG LI ESTUDO E SELE O DE UM APARELHO DE AR CONDICIONADO PARA ONIBUS Trabalho de Gradua o apresentado ao Conselho de Curso de Gradua o em Engenharia Mec nica da Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet Universidade Estadual Paulista como parte dos requisitos para obten o do diploma de Gradua o em Engenharia Mec nica Orientador Jos Nedilo Carrinho de Castro Guaratinguet 2011 Li Fernando Liang L693e Estudo e sele o de um aparelho de ar condicionado para nibus Fernando Liang Li Guaratinguet s n 2011 45 fil Bibliografia f 45 Trabalho de Gradua o em Engenharia Mec nica Universidade Estadual Paulista Faculdade de Engenharia de Guaratinguet 2011 Orientador Jos Nedilo Carrinho de Castro 1 Ar condicionador 2 Carga t rmica 3 nibus I T tulo CDU 628 84 unes bm UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA p Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet ESTUDO E SELE O DE UM Bf ipa DE AR CONDICIONADO PARA NIBUS FERNANDO LIANG LI ESTE TRABALHO DE GRADUA O FOI JULGADO ADEQUADO COMO PARTE DO REQUISITO PARA A OBTEN O DO DIPLOMA DE GRADUADO EM ENGENHARIA MECANICA APROVADO EM SUA FORMA FINAL PELO CONSELHO DE CURSO DE GRADUA O EM ENGENHARIA MEC NICA Prof Dr Mauro Hugo Mathias Coordenador BANCA EXAMINADORA lt a a 7 i O
18. causa da diferen a entre os ambientes Al m disso existem outros fatores relevantes no valor da carga t rmica como n mero de pessoas radia o do sol temperatura ambiente velocidade do ve culo aparelhos que geram calor no interior do nibus infiltra o de ar entre outros Assim projetar um aparelho espec fico para cada local do Brasil invi vel sendo criado um modelo padr o que atenda a capacidade de refrigera o necess ria Assim muitas vezes alguns aparelhos ficam superdimensionados Os projetos de ar condicionado para nibus possuem coeficientes de seguran a elevados para abranger um maior n mero de projetos de clientes encarro adoras No caso da empresa utilizada neste trabalho ela apresentava no mercado tr s op es de modelo o SD8 o MD8 e o LD8 Sendo que pela pouca demanda do aparelho MDS este pouco fabricado Por isso neste trabalho considerou se apenas os modelos SD8 e LD8 Pode se notar que o aparelho LD8 est superdimensionado para o projeto uma vez que a carga t rmica calculada foi de 76 482 BTU h e o aparelho apresenta capacidade de refrigera o de 130 000 BTU h Por m entre os modelos SD8 e o LD8 este o que melhor se adequada ao projeto Al m disso em projetos de ar condicionado importante ter uma capacidade um pouco acima da carga t rmica calculada porque o ambiente pode estar numa temperatura elevada antes de se ligar o aparelho de ar condicionado e assim tendo uma capacidade
19. colher o aparelho que tiver a capacidade de refrigera o superior e mais pr xima da carga t rmica calculada Neste trabalho ser considerada a escolha de um aparelho de ar condicionado para nibus mostrando o c lculo realizado para a carga t rmica para diversos tipos de ganho de calor neste tipo de ve culo A carga t rmica em ve culos mais complicada de se calcular do que em recintos devido a diversos fatores que variam conforme a locomo o do ve culo Ser tamb m explicado o ciclo de refrigera o por compress o que o sistema de refrigera o normalmente empregado em ve culos por ser leve compacto e menor custo A partir da carga t rmica calculada ser escolhido um aparelho de ar condicionado que melhor atende o projeto e finalmente uma breve apresenta o sobre o aparelho escolhido ser feita PALAVRAS CHAVE Ar condicionado Carga t rmica Sistema de refrigera o por compress o Onibus LI F L Study and selection of an equipment of air conditioned for bus 2011 XXf Monografia Trabalho de Conclus o do Curso de Gradua o em Engenharia Mec nica Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet Universidade Estadual Paulista Guaratinguet 2011 ABSTRACT The study and selection of an equipment of air conditioner for any type of environment should be made without overestimate or undersizing the project The undersizing does not provide an adequate comfort temperature if the environment i
20. e Guaratinguet por terem contribu do com a solu o de d vidas Principalmente ao meu orientador Professor Jos Nedilo Carrinho de Castro pela disponibilidade e conhecimento empregado neste trabalho Sem a sua orienta o dedica o e aux lio o estudo aqui apresentado seria praticamente imposs vel empresa Denso do Brasil que me forneceu cat logos para serem usados neste trabalho E os colaboradores Jaime Mattos e Ernesto Kato por sempre estarem dispostos a me ajudar Por fim obrigado a Deus pela sorte que tive ao longo desses anos LI F L Estudo e sele o de um aparelho de ar condicionado para nibus 2011 45f Monografia Trabalho de Conclus o do Curso de Gradua o em Engenharia Mec nica Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet Universidade Estadual Paulista Guaratinguet 2011 RESUMO O estudo e a sele o de um aparelho de ar condicionado para qualquer tipo de ambiente deve ser feita de modo a n o subdimensionar ou superdimensionar o projeto O subdimensionamento n o proporciona uma temperatura de conforto adequada uma vez que o ambiente ficar muito quente pois o aparelho de ar condicionado n o retira todo o calor necess rio Por m se o projeto for superdimensionado o consumo de energia para movimentar o sistema maior exigindo um gasto desnecess rio Para evitar que essas falhas ocorram necess rio primeiramente fazer um c lculo da carga t rmica do ambiente e assim es
21. e calor que remove o calor do ambiente refrigerado Em seu interior ocorre a evapora o do fluido refrigerante processo que absorve calor do fluido quente e elimina ar com temperatura inferior a de entrada O refrigerante entra no evaporador como uma mistura bif sica e pode sair como um vapor superaquecido ou como uma mistura bif sica O evaporador do aparelho LD8 de tubos e aletas onde o refrigerante passa no interior dos tubos e o ar circula pelas aletas ocorrendo troca de calor entre os fluidos Ele feito de alum nio devido menor massa e facilidade de reciclagem Existem oito ventiladores ao redor dos dois evaporadores afim de aumentar a vaz o de massa de ar e assim aumentar a transfer ncia de calor entre os fluidos A figura 13 mostra um evaporador do aparelho LD8 40 Figura 13 Evaporador do Aparelho LD8 Manual de servi o Denso do Brasil 5 5 Valvula de Expansao O dispositivo de expans o instalado no interior da tubula o de alta press o pr xima entrada do evaporador No aparelho LD8 empregada v lvula de expans o termost tica ela regula a vaz o de refrigerante l quido em fun o do superaquecimento do vapor de aspira o a b Figura 14 V lvula de expans o do aparelho LD8 a real b desenho e fun o Manual de servi o Denso do Brasil O bulbo sensor de temperatura contendo refrigerante R134a l quido preso ao tubo na sa da do evaporador afim d
22. e dos 585 m h utilizados neste trabalho Vale lembrar que as condi es de trabalho tamb m s o diferentes uma vez que a carga t rmica de Stancato foi calculada para Recife enquanto que neste trabalho foi calculado para S o Paulo 28 CAPITULO 4 SISTEMA DE REFRIGERACAO O sistema de refrigera o tem como objetivo proporcionar uma temperatura de conforto adequada para o passageiro Este t pico tem como o intuito de explicar como funciona esse sistema O processo de refrigera o consiste em remover o calor do interior do ve culo e dissipar este calor no ambiente externo O sistema mais eficiente para a refrigera o de um nibus o por compress o de vapor por ser mais leve compacto e com menor custo 4 1 Ciclo de refrigera o por compress o O ciclo ideal de refrigera o pode ser visto na Figura 4 E A Fm mm Figura 4 Ciclo de refrigera o por compress o T A Litzinger 2001 Este ciclo viabilizado a partir de quatro elementos fundamentais o compressor o condensador a v lvula de expans o e o evaporador A fun o do compressor comprimir o fluido refrigerante elevando a press o do fluido Em um ciclo ideal a compress o considerada adiab tica revers vel isentr pica ou 29 seja desprezam se as perdas Na pr tica perde se calor ao ambiente nessa etapa por m n o significativo em rela o pot ncia de compress o necess ria No condensador ocorre a reje
23. e que a temperatura do fluido no bulbo seja pr xima temperatura do fluido na sa da do evaporador O diafragma regulado conforme a press o do fluido no bulbo que age sobre a superf cie superior e a press o do fluido no evaporador que age sobre a superf cie inferior Caso a press o superior no diafragma seja menor que a press o inferior a v lvula estar fechada Para que a press o acima do diafragma seja maior do que a 41 press o na regi o inferior necess ria que o fluido no bulbo esteja a uma temperatura maior que a temperatura de satura o no evaporador Assim o vapor de aspira o deve estar superaquecido para que o fluido no bulbo proporcione uma press o suficiente para abria a v lvula A v lvula se expans o termost tica mant m aproximadamente a mesma quantidade de liquido no evaporador Caso a quantidade de liquido diminua uma superf cie maior de evaporador ser exposta ao vapor superaquecendo o e proporcionado uma maior abertura da v lvula 5 6 Reservat rio de l quido O reservat rio de l quido empregado no aparelho LD8 porque utiliza v lvulas de expans o termost tica Este tipo de dispositivo de expans o requer a entrada de refrigerante l quido na entrada da v lvula de expans o termost tica Assim ocorre a necessidade do reservat rio de liquido para separar o vapor e o l quido de fluido refrigerante e encaminhar apenas o l quido para a v lvula de expans o No interior deste
24. ecomendado pela ASHRAE 2001 de 8 W m K para convec o natural em ambientes ventilados embora altas velocidades de insufla o de um nibus possa fornecer valores maiores de hi Pode se considerar que o nibus apresenta a seguinte composi o conforme a figura 2 determinando se as espessuras e 18 ASSOALHO LATERAL DIREITA EESQUERDA 2 PAREDE g 2 E a 3 T Te i E sin Teb a an 4 o n 2 16 2 ar 3 40 30 5 ai JANELAS a 3 i m Ti a Te gt Te ja 30 5 Figura 2 Esbo o da carroceria do nibus Os valores da condutividade t rmica foram retirados do cat logo da Construclima Engenharia e Instala es obtendo se a tabela 6 Tabela 6 Material e seu coeficiente de condutividade t rmica MATERIAL k W mK Aco 39 Madeira 0 20 Isopor 0 025 Poliuretano 0 020 L de vidro 0 03 Vidro 0 65 Fonte Site da Construclima http www construclima com br pdf 02 pdf O coeficiente de pelicula externo obtido pela seguinte equa o 3 3 he 10x4 lv 3 3 Considerando que a velocidade m xima que o nibus pode transitar de 90 km h o coeficiente de pel cula externo ser igual a 112 5 W m Substituindo se os valores encontrados na equa o 3 2 tem se os valores de Coeficiente Global de Transfer ncia de Calor para cada parte do nibus apresentados na tabela J 19 Tabela 7 Valores de coeficiente global de transfer ncia ca
25. equipamento colocado um material dessecante para remover umidade e um filtro na sa da de l quido para reter impurezas que possam prejudicar o desempenho do sistema Figura 15 Reservat rio de l quido do aparelho LD8 Manual de servi o Denso do Brasil 5 7 Controle do sistema 5 7 1 Acionamento do sistema atrav s da embreagem magn tica do compressor O controle do acionamento do sistema realizado atrav s da embreagem magn tica por um comando no painel de controle Quando o usu rio aperta o bot o liga 42 desliga no painel de controle a embreagem magn tica acoplada junto a polia do compressor que est em constante rota o por causa da correia do motor 5 7 2 Controle de temperatura do evaporador Seu objetivo evitar o congelamento do evaporador e se emprega duas metodologias Medi o direta da temperatura do evaporador atrav s de um termostato que desliga a embreagem do compressor quando a temperatura chega pr ximo do ponto de congelamento da gua condensada no evaporador Medi o da press o de suc o atrav s de um pressostato que desliga a embreagem do compressor A press o de suc o est associada temperatura de evapora o e quando esta atinge uma temperatura pr xima do ponto de congelamento da gua o pressostato interrompe o circuito da embreagem magn tica Em ambos os casos ap s a temperatura do evaporador ser elevada o sistema retorna ao funcionar automaticamente
26. essesessscsessesseeseeseees 15 Tabela 3 Condi es internas para iNVerno ssssssessessrssrserrsressrssresressessrertestessereresreeseesrssees 15 Tabela 4 Valores de regime adotados no projeto sseseseseeseesrssrisresressreerrsrrsserererreesresresees 16 Tabela 5 Cidade escolhida para realizar o projeto scccsancarsasscencancssreceonssevaenans ta add ata 16 Tabela 6 Material e seu coeficiente de condutividade t rmica ssseseeeesseereeserereerrerresrrse 18 Tabela 7 Valores de coeficiente global de transfer ncia calculada 19 Tabela 8 Valores de rea calculada por Martinelli Junior 2008 eseese 19 Tabelas Ganho de calor por condu o eis dass a 20 Tabela 10 Temperatura Equivalente C 30 latitude sul 0 sscccsssccseseisssarcsssnsensvascvercsaosees 21 Tabela 11 Calor Liberado por pessoa kcal h ddecsedadeceretiadecabedoceu epenaess come lnaduandernseaaeneeeeslaces 22 Tabela 12 Propriedades do ar Wid seca seceeessdaiestonssenicere Gilat aaa 23 Tabela 13 Compara o da carga t rmica deste trabalho e de Stancato 1992 26 Tabela 14 Descri o do aparelho LD8 asas massasiotalgrassibagaadasdograedd sao niadadadandaie Sa aaddabai analises 33 Tabela 15 Descri o do aparelho SDS gases cen eens eens eect 33 SUMARIO CAP TULO 1 INTRODU O jisipacansi aciaiisiaadfa speed a eia 10 1 1 Obj tivos do trabalho segs sao fas sb as en seed
27. i o de calor do ciclo e o fluido na forma de g s saturado condensado ao longo do trocador de calor que em contato com o ar cede calor ao meio ambiente Na v lvula de expans o onde ocorre uma perda de press o brusca por m controlada que vai reduzir a press o do fluido da press o de condensa o para a press o de evapora o Em um ciclo ideal ela considerada isoent lpica despreza se as varia es de energia cin tica e potencial No evaporador o fluido refrigerante entra na serpentina como uma mistura predominantemente l quida e absorver calor do ar for ado pelo ventilador que passa entre os tubos Ao receber calor o fluido saturado vaporiza se utilizando se do calor latente para poder maximizar a troca de calor Na figura 4 observa se o processo de compress o do vapor superaquecido 1 2 que ocorre isoentropicamente atingindo a press o de satura o correspondente temperatura TH no ponto 2 O fluido entra superaquecido no condensador e resfriado at a temperatura de satura o TH e passa a perder calor devido mudan a de fase at o ponto 3 Durante o processo 2 3 o fluido rejeita o calor Q H para o reservat rio quente A expans o ocorre em uma v lvula de expans o ou tubo capilar durante o processo irrevers vel 3 4 onde se nota um aumento da entropia e uma redu o da capacidade de refrigera o Q L em rela o expans o em turbina representada pelo ponto 4 A evapora o ocorre isotermicamen
28. iana aeo ae aaia Eais 41 DP COI dO BISSAU O 41 5 7 1 Acionamento do sistema atrav s da embreagem magn tica do compressor 41 5 1 2 Controle de temperat ra de CVA OT Ae OR srede eritu errire dass ads aguada 42 5 7 3 Controle de ventila o do condensador aseiaaasaitaaaadaa a RS TOS 42 J A Controle de sobre pressao nison r E A E E Ga NENE ReD ERP Cabe aa 42 CAPITULO G CONCLUSA O cg si sesdscs agia k initia dianpetotetetta scans 43 REFER NCIAS a ccsscccdscssesecivociucdiscocavsisecivesedecseneivtvsesdiaepiaesisecewosedesscvicesentdiasetwisiaedosesiunsees 45 10 CAP TULO 1 INTRODU O Em um pa s tropical onde a temperatura no ver o alta na maior parte do tempo o ar condicionado um equipamento indispens vel na busca pelo conforto t rmico Isso uma l gica incontest vel por isso nos ltimos anos o consumidor brasileiro vem procurando cada vez mais este equipamento O conforto ambiental n o est somente associado manuten o da vida mas tamb m sua qualidade Qualquer atividade que se fa a ser mais bem realizada estando num ambiente confort vel por exemplo melhor fazer compras em um Shopping com temperatura agrad vel do que numa rua como a 25 de Mar o a uma temperatura elevada Durante viagens extensas de nibus o conforto t rmico tamb m necess rio para agradar o passageiro Assim o uso de ar condicionado importante para atrair clientes Uma viagem j desgastante e se
29. im necess ria uma taxa de renova o de ar de 585 m h 35 O c lculo do ganho de calor por renova o de ar pode ser calculado atrav s da equa o Qren m Ah 3 5 Onde Qren ganho de calor por renova o de ar kW Tabela 12 Propriedades do ar mido m massa de ar por hora kg h Ah diferen a de entalpia externa e interna kcal kg Conte do Entalpia Entalpia Press o Entalpia Entalpia Press o de de gua de vapor de ar de vapor Conte do de vapor de ar vapor da por kg de de gua mido h da gua de gua de agua mido h gua arseco hv kcal kg absoluta porkgde hv kcal kg T absoluta m x10 kcal kg de ar T T ar seco kcal kg de ar C mmHg kg kg de H2O seco C mmHg x10 kg kg de H2O seco 20 17 53 14 684 606 13 7 60 149 39 152 2 623 2 109 24 21 18 64 15 638 606 5 14 52 61 156 45 161 2 623 6 115 2 22 19 82 16 652 606 9 15 39 62 163 81 170 9 624 121 5 23 21 06 17 726 607 3 16 28 63 171 39 181 1 624 4 128 2 24 22 37 18 862 607 8 17 22 64 179 33 192 1 624 8 135 4 25 23 75 20 066 608 2 18 2 65 187 57 203 8 625 2 143 26 25 2 21 332 608 6 19 22 66 196 1 216 3 625 6 151 2 27 26 73 22 674 609 1 20 29 67 205 229 7 626 159 9 28 28 34 24 094 609 5 21 41 68 214 2 244 1 626 4 169 2 29 30 03 25 591 610 22 517 69 223 16 259 9 626 9 179 2 30 31 81 27 174 610 4 23 79 70 233 69 276 2 627 3 19
30. ionado automotivo Caracteriza o e avan os tecnol gicos Trabalho de conclus o de curso Mestrado Profissionalizante em Engenharia Automotiva Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo S o Paulo SP 2002 CENGEL Y A BOLES M A Thermodynamics An Engineering Approach 3rd Edition McGraw Hill 1998 CONSTRUCLIMA Dispon vel em http www construclima com br pdf 02 pdf Acesso em out 2011 DENSO DO BRASIL Manual de Servi o S o Paulo SP 2011 INCROPERA F P e DeWITT D P Fundamentos de Transfer ncia de Calor e de Massa 4 Edi o Rio de Janeiro Livros T cnicos e Cient ficos 1998 494p MARQUES A da S An lise termoecon mica de um sistema de refrigera o automotivo por absor o Jo o Pessoa PB Brasil 2005 MARTINELLI J NIOR L C Sistema de ar condicionado por absor o para nibus Guaratinguet SP 2008 MOURA M B B Aprimoramentos em sistema de climatiza o veicular para melhoria de condi es ambientais e redu o no consumo de combust vel S o Paulo SP 2007 SANTOS E O TRIBESS A Dimensionamento e Avalia o do Ciclo de Refrigera o de Sistema de Climatiza o Automotivo Escola Polit cnica da USP Departamento de Engenharia Mec nica S o Paulo SP 2006 STANCATO F Fontes t rmicas em cabinas de ve culos sua avalia o e efeitos no ambiente interior Disserta o de Mestrado Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo SP 1992
31. lculada PARTE DO NIBUS U coeficiente global de transfer ncia de calor Assoalho 4 674 Lateral direita e esquerda 0 504 Parede traseira 0 631 Teto 0 881 Vidro 7 063 A rea do nibus foi considerada a partir de Martinelli Junior 2008 que utilizou o mesmo modelo de nibus de Stancato obtendo se a seguinte tabela 8 Tabela 8 Valores de rea calculada por Martinelli Junior 2008 VIDRO AREA m SUPERF CIE EXTERNA REA m EXCETO VIDRO Janela lateral 7 69 Lateral direita 17 97 Porta 1 05 Lateral esquerda 17 32 P ra brisa 3 73 Frente 1 94 Traseira 2 61 Fonte Martinelli Junior 2008 O valor da diferen a da temperatura interna e externa do nibus obtido da norma NBR 15570 que diz 41 2 1 Os ve culos equipados com sistema de ar condicionado devem garantir uma temperatura interna m xima de 22 C Quando a temperatura externa for superior a 30 C o sistema deve garantir que a diferen a entre as temperaturas externa e interna seja de 8 C no m nimo Assim da equa o 3 1 obt m se os seguintes valores de ganho de calor por condu o e convec o apresentadas na tabela 9 E o ganho de calor total por condu o no nibus ser de 2 268 86 W 20 Tabela 9 Ganho de calor por condu o PARTE DO NIBUS U W m C A m AT C Q W Assoalho 4 673 30 94 8 1156 82 Lateral E e D
32. lhido para atender o projeto e ap s a escolha uma breve descri o sobre ele ser feita O cap tulo 6 se destina conclus o deste trabalho considerando as dificuldades e resultados apresentados ao longo deste caminho 12 CAP TULO 2 CONFORTO T RMICO Conforto t rmico definido pela norma ASHRAE 55 ASHRAE 2004 como sendo um estado de esp rito que reflete satisfa o com o ambiente t rmico que envolve a pessoa O metabolismo do corpo humano converte continuamente a energia dos alimentos em trabalho e calor e o calor deve ser dissipado pelo corpo para que a sua temperatura interna permane a dentro de limites estreitos para evitar o desconforto e o stress t rmico Os seres vivos est o sempre em busca do conforto t rmico em dias frios comum procurar ambientes mais aquecidos e em dias quentes comum procurar ambientes frios Um exemplo de condi es recomendadas de conforto t rmico est representado na tabela 1 Tabela 1 Condi es Internas para Ver o Recomend vel M xima Finalidade Local TBS C UR TBS C UR Resid ncias hot is escrit rios escolas 23225 40a60 26 5 65 Lojas de curto tempo de ocupa o bancos barbearia cabeleireiros lojas magazines 24226 40260 27 65 supermercados Ambientes com grandes cargas t rmicas de calor latente e ou sens vel teatros audit rios templos 24226 40265 27 65 cinemas bares lancho
33. m o conforto t rmico apropriado muitas pessoas desistem da prefer ncia de viajar por esse meio de transporte 1 1 Objetivos do trabalho Este trabalho tem como objetivo mostrar como feita a sele o de um aparelho de ar condicionado desde o c lculo de carga t rmica at a escolha do aparelho considerando a escolha para um nibus Existe tamb m a preocupa o de mostrar como o ciclo de refrigera o para este tipo de ve culo e apresentar caracter sticas do modelo escolhido 1 2 Organiza o do trabalho No cap tulo 2 explicado o conceito de conforto t rmico O cap tulo 3 apresenta o conceito de carga t rmica e ganho de calor adotado neste trabalho o mesmo nibus utilizado por Stancato 1992 sendo informado suas dimens es e dados que permitam o c lculo da carga t rmica do ve culo utilizando a norma NBR 6401 Os principais ganhos de calor considerados foram condu o das paredes e vidros a radia o solar o n mero de pessoas no interior do nibus renova o e infiltra o de ar Os c lculos de ganho de calor ser o mostrados neste cap tulo O cap tulo 4 explica o funcionamento do ciclo de refrigera o por compress o visto que ele empregado em sistema de ar condicionado de ve culos Na parte final deste cap tulo mencionado sobre os fluidos refrigerantes e seu cen rio atual 11 O cap tulo 5 apresenta os aparelhos de ar condicionado para nibus na qual um deles ser esco
34. maior mais r pido poss vel atingir o conforto t rmico O ve culo utilizado para o c lculo de carga t rmica foi o mesmo que de Stancato 1992 pode se notar que houve uma grande diferen a nos valores calculados neste trabalho e no trabalho dele isto ocorre devido diferen a da metodologia empregada por cada um 44 Por causa do aquecimento global pesquisas est o sendo feitas para a substitui o do fluido refrigerante R134a sendo o CO2 o poss vel substituto No entanto o sistema de refrigera o por compress o mec nica de vapor ainda o m todo mais utilizado em ve culos por proporcionar a capacidade de refrigera o necess ria com um custo acess vel atendendo da melhor maneira os limites de peso e espa o itens cr ticos nos projetos atuais Para trabalhos futuros sugere se um estudo sobre o ganho de calor por radia o para nibus e possibilidade de uso do fluido refrigerante CO2 no lugar do fluido refrigerante R134a 45 REFERENCIAS ASSOCIACAO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS NBR 15570 Transporte Especifica es t cnicas para fabrica o de ve culos de caracter sticas urbanas para transporte coletivo de passageiros Rio de Janeiro RJ 2008 ASSOCIA O BRASILEIRA DE NORMAS T CNICAS NBR 6401 Instala es centrais de ar condicionado para conforto Par metros b sicos de projeto Rio de Janeiro RJ 1980 ASHRAE Handbook of Fundamentals ASHRAE Atlanta 1997 VILA J A Ar condic
35. mmHg Usando se as equa es 3 8 e 3 9 respectivamente obt m se os valores de entalpia interna hi e vaz o m ssica m 0 622 x Pv x 597 0 46 xt P Pv i 3 8 h 0 24 Xt onde hi entalpia interna kcal kg ti temperatura interna C Pvi press o parcial de vapor interno mmHg P press o atmosf rica em S o Paulo 700 mmHg PxVt _ 700xV x13 6 m TO RXT 29 27x 273 t 3 9 onde m vaz o massica kg h Vt taxa de renova o de ar Te temperatura externa Assim hi 0 24 x 22 0 622 x 9 91 x 597 0 46 x 22 700 9 91 hi 10 52 kcal kg m 700 x 585 x 13 6 29 27 x 273 34 9 617 96 kg h Assim da equa o 3 5 tem se que o ganho de calor por renova o de ar Qren m x Ah 617 96 x 20 82 10 52 6 36 kW 26 3 2 5 Infiltra o de ar O ganho de calor por infiltra o de ar ocorre quando existe um local por onde entra ou sai ar podendo ser uma porta que se abre frequentemente uma janela aberta entre outros O ar que entra por essa abertura possui temperatura igual temperatura externa gerando o ganho de calor Para o nibus Stancato 1992 afirma que a carga t rmica gerada pelas infiltra es p de ser desprezada pois ao se colocar o sistema de ventila o em funcionamento com uma renova o de ar constante cria se uma press o positiva no interior do ve culo impossibilitando que as mesmas ocorram Por tanto neste
36. netes biblioteca est dio de TV Locais de reuni o com movimento Boates sal es 24226 40265 27 65 de baile Ambientes de arte dep sitos de livro manuscritos 21223 40a50 obras raras museus e galeria de arte Ambientes de arte museus e galeria de arte 21923 50a55 Acesso hall de elevadores 28 70 A TBS temperatura de bulbo seco C B UR umidade relativa C condi es constantes para o ano inteiro Fonte Norma NBR 6401 1980 13 A tabela 1 retirada da Norma NBR 6401 indica a temperatura e a umidade relativa para o conforto t rmico adequado para o ser humano em diversos ambientes sendo que ao se fazer sele o de um equipamento de ar condicionado este deve atender essas condi es Para ve culos automotivos como um nibus mais complexo encontrar o conforto t rmico necess rio do que em edif cios porque existem diversos fatores que variam nos c lculos de ganhos de calor como a velocidade do nibus a mudan a freqiiente do ambiente a incid ncia de radia o solar com a mudan a de posi o Apesar disso o autom vel oferece aos ocupantes controles de velocidade direcionamento e temperatura do ar permitindo ajustes localizados diferentemente de edif cios 14 CAPITULO 3 CARGA TERMICA O primeiro passo para se dimensionar um ciclo de refrigera o para conforto t rmico a determina o da carga t rmica Segundo ASHARE 20
37. nsfer ncia de calor relativamente baixo se comparado ao do vidro e a temperatura equivalente para 8 ou 16 horas condi o de maior Qvidro pequena tamb m 21 TABELA 10 Temperatura Equivalente C 30 latitude sul SUPERF CIE OPACA Escura M dia Clara SE 8h 18 10 4 5 E 8h 24 14 5 7 NE 8h 15 5 9 4 N 12h 3 5 0 5 NO 16h 15 5 9 4 O 16h 24 14 5 7 SO 16h 18 10 4 5 Telhado 12h 38 23 13 SUPERF CIE TRANSPARENTE 1 2 3 SE 70 35 21 E 8h 96 48 28 NE 8h 58 5 30 18 N 12h 10 5 5 3 5 NO 16h 58 30 18 O 16h 96 48 28 Telhado 12h 143 70 1 Sem prote o contra a insola o ou cortinas escuras 2 Com cortinas claras ou persianas internas 3 Com persianas externas Fonte Norma NBR 6401 1980 3 2 3 Pessoas O ser humano gera um ganho de calor para o ambiente e a quantia total de calor metab lico produzido depende do ambiente externo e tamb m da dieta tamanho corporal idade e n vel de atividade destes A produ o de calor metab lico pode ser dividida em duas componentes taxa de metabolismo basal depende do tamanho cobertura superficial e idade e calor produzido pela atividade muscular 22 Segundo Stancato 1992 um motorista de nibus possui um metabolismo m dio de 375W Da tabela 11 considerando que um passageiro sentado tem o mesmo metabolismo de uma pessoa no apartamento hotel ou
38. o T A Litzinger 2001 28 Figura 5 Diagrama Press o x Entalpia do Ciclo ideal de refrigera o por compress o de VADOT a oer EN a nO oe E E E E RP ee mer ERG A 31 Figura 6 Compressor acoplado Com O MOOT ss ssseesssssseesesrresesriestsstrstetresstesreseinseeserressresee 34 Figura 7 Ciclo de refrigera o por compress o do equipamento LDB 35 Fig ra Especifica es do aparelho LDS epaasessques a tececaauccioecitacdaesteddecnesiucdedaagioadnuinceds 36 Figura 9 Desenho do aparelho LD8 as mentaddio faclesucs cea antelet avin da aee gate na 37 Figura 10 Aparelho LDA instalado em um nibus seseseesseseseseessesressrseresrrsresrrseresrrsseneresre 37 Figura 11 Compressor 6C500C usado no aparelho LDB 38 Figura 12 Condensador do aparelho LD8 aorgo0 h004n02054020005 aeee aaa A 39 Figura 13 Evapotador do Aparelho LD8 sgeccbeascdis ok peatininsescnias Gas cupianteccbvaideacaetpanlanaonaccaaaoas 40 Figura 14 V lvula de expans o do aparelho LD8 a real b desenho e fun o 40 Figura 15 Reservat rio de liquido do aparelho LD8 ssa parado ssesadizasasicna Saaiadiaasdacasaagenda 41 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Condi es Internas para Ver o iegacitctettinseusiccivesecsipatuuadidbenctaumssensinerenccoemeiiiarele 12 Tabela 2 Composi o das Superf cies do nibus cc scssessessessessessessessees
39. o sistema Em seguida vai para uma v lvula de expans o onde sua temperatura e press o caem bruscamente O fluido vai para o evaporador onde troca calor com o ar externo evaporando se e diminuindo a temperatura do ar Ap s passar pelo evaporador o fluido retorna para o compressor iniciando um novo ciclo Entre os dois evaporadores existe uma pequena abertura que permite que o ar frio gerado pela troca de calor com o evaporador passe para o interior do nibus O volume de ar 36 controlado automaticamente atrav s de comando de dois est gios alto e baixo ou manualmente alto e baixo A figura 8 mostra as principais especifica es do modelo LD8 MODELO LD8 CAPACIDADE DE Condi es RESFRIAMENTO Entr de Ar para Evaporador Ar fresco p Condensador VOLTAGEM REFRIGERANTE COMPRESSOR Modelo Cilindrada Cilindro x Diam x Curso leo de refrigera o CONDENSADOR MOTOR DO Tipo VENTILADOR DO Tipo de motor CONDENSADOR Consumo de Energia EVAPORADOR Tipo de Motor SOPRADOR Tipo Consumo de Energia Volume de ar V LVULA DE EXPANS O TANQUE DE L QUIDO FILTRO SECADOR TUBULA O DISPOSITIVOS Pressostato do sistema DE de refrigera o q zZ 5 o lt SEGURAN A Valvula de Alivio do sistema de refrigera o SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA ESPECIFICA ES 130 000 BTU 27 60 UR 35 24 Volts corrente continua HFC 134a 5 1 kg 200 kg 6C500C 49
40. r chapa de a o isolante termo ac stico e revestimento interno As chapas variam de 1 a 2 mm de espessura e o revestimento constru do de Duraplac Smm ou pl stico Stancato 1992 O revestimento do nibus pode ser considerado conforme a tabela 2 Tabela 2 Composi o das Superf cies do nibus Superf cies Material Espessura mm Assoalho Prote o Chapa de A o 3 Assoalho Madeira 16 Laterais direita e esquerda Isopor 40 Parede traseira Isopor 30 Teto L de Vidro 30 Janelas Vidro 5 Fonte Martinelli Junior 2008 3 2 C lculos da carga t rmica Para um nibus podemos considerar os seguintes ganhos de energia por condu o pelas paredes por condu o pelos vidros por condu o pelo motor por radia o solar pelas pessoas no interior no nibus por renova o de ar e por infiltra o O c lculo da carga t rmica ser feito de acordo com a NBR 6401 e assim todos os c lculos propostos ser o feitos em regime permanente nos processos de transfer ncia de calor segundo a ABNT Primeiramente devem se estabelecer as condi es de temperatura e umidade do ar externo e interno A tabela 1 nos d as condi es recomendadas de temperatura e umidade relativa internas ao ambiente para o regime de ver o J a tabela 3 indica as condi es recomendadas para o regime de inverno Tabela 3 Condi es internas para inverno TBS C U R 20 22
41. s o modelada como sendo isent lpica como pode ser visto na equa o 4 4 h4 h3 kJ kg 4 4 onde h3 e h4 entalpias do refrigerante nos estados 3 e 4 respectivamente kJ kg O coeficiente de performance B do ciclo ideal de refrigera o por compress o de vapor dado pela raz o entre a capacidade de refrigera o e a pot ncia l quida consumida pelo sistema Como n o h pot ncia entrando nem saindo no processo de expans o 3 4 a pot ncia l quida consumida pelo sistema equivale pot ncia de eixo do compressor Desta forma B dado por 31 Q _ m h h p W com m h h x 4 5 onde coeficiente de performance Q L capacidade de refrigera o kW Wcomp pot ncia do compressor kW mr vaz o m ssica de refrigerante kg s hl h2 e h4 entalpias nos pontos 1 2 e 3 respectivamente kJ kg Nas aplica es de refrigera o comum representar o ciclo usando um diagrama press o entalpia pela sua praticidade pois a entalpia uma propriedade importante para os c lculos e as press es s o obtidas facilmente Stoecker 1985 Um ciclo de refrigera o ideal representado em um diagrama press o entalpia apresentado na Figura 5 Condensa o Press o kPa Evapora o Entalpia kJ kg Figura 5 Diagrama Press o x Entalpia do Ciclo ideal de refrigera o por compress o de vapor Stoecker 1985 As press es de evapora o e condensa
42. s too hot because the air conditioner does not remove all the heat necessary in the environment But if the project is oversized energy consumption is higher and there is an unnecessary cost To prevent these failures is necessary to make a calculation of the thermal load on the environment and choose the equipment that has a higher cooling capacity than the calculated heat load and closer to the calculated heat load In this graduate work will be chosen an air conditioned equipment for bus showing the calculations made for the thermal load for various types of heat gain in this type of vehicle The thermal load on vehicles is more complicated to calculate than in areas because there are several factors that vary with the movement of the vehicle It will also explain the compression refrigeration cycle which is the cooling system used in vehicles because it is weightless compact and lower cost From the calculated heat load it will be chosen an air conditioner that best suits the project and finally a brief presentation of the selected equipment will be made KEYWORDS Air conditioner Thermal load Compression refrigeration system Bus LISTA DE FIGURAS Figura 1 Principais Medidas do nibus Modelo 0371 RSD eee 14 Fig ra 2 Esbo o da camocena do ONIBUS siseseid a iaia 18 Figura 3 Carta psicrom trica com o valor da umidade relativa 0 0 cece eee estes eeteeeeeeeee 23 Figura 4 Ciclo de refrigera o por compress
43. te no processo 4 1 completando o ciclo Com exce o da expans o 3 4 os outros processos s o internamente revers veis Fazendo uma an lise em regime permanente desprezando as mudan as de energia potencial e cin tica tem se que para um volume de controle envolvendo o lado do refrigerante do evaporador o valor de Q L dado pela equa o 4 1 QL mr hl h4 kW 4 1 onde Q L capacidade de refrigera o kW mr vaz o m ssica de refrigerante kg s hl e h4 entalpias de entrada e de sa da no evaporador kJ kg 30 O calor absorvido do reservat rio t rmico a baixa temperatura QL chamado de capacidade de refrigera o A diferen a de entalpias hl h4 chamada de efeito de refrigera o Para um volume de controle envolvendo o compressor assumindo que o processo adiab tico a pot ncia de eixo W comp dada pela equa o 4 2 Wcomp mr h2 h 1 kW 4 2 onde Wcomp pot ncia do compressor kW mr vaz o m ssica de refrigerante kg s h2 e h1 entalpias de entrada e de sa da no compressor kJ kg Para um volume de controle envolvendo o lado do refrigerante do condensador o calor rejeitado para o reservat rio quente Q H dado pela equa o 4 3 Q H mr h3 h2 kW 4 3 onde Q H calor rejeitado kW m r vaz o m ssica de refrigerante kg s h3 e h2 entalpias de entrada e de sa da no condensador kJ kg A expans o adiab tica que ocorre no dispositivo de expan
44. trabalho n o ser calculada o ganho de calor por infiltra o 3 2 6 Resultados A carga t rmica do nibus de acordo com os c lculos deste trabalho pode ser vista na tabela 13 os valores calculados por Stancato 1992 foram colocadas para compara o Tabela 13 Compara o da carga t rmica deste trabalho e de Stancato 1992 FONTE DE CARGA FERNANDO LIANG LI STANCATO 1992 T RMICA Q kW Q kW Condu o atrav s das paredes 1 565 2 296 Condu o atrav s dos vidros 0 705 0 755 Condu o atrav s do motor 0 054 Radia o solar 8 455 5 244 Pessoas 5 347 5 575 Admiss o de ar externo 6 360 4 147 Motores de ventila o 0 720 TOTAL 22 432 18 791 Fonte Stancato 1992 A diferen a de valores de condu o se deve aos valores da condutividade t rmica utilizados dependendo da refer ncia pode gerar grandes desvios Exemplo a condutividade 27 t rmica do vidro usada no cat logo da Construclima de 0 65 W mK j no livro do autor Incropera esse valor de 1 4 W mK Os valores de ganho de calor por condu o do vidro e por pessoas no interior do ve culo foram pr ximos apesar do m todo diferente empregado para os c lculos A diferen a entre os valores de ganho de calor por radia o solar se deve a este trabalho considerar a m xima carga imposta pela radia o J pela renova o de ar Stancato 1992 utilizou uma vaz o de 477 m h diferent
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