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Eficiência Energética do seu Sistema de Ar Condicionado

COMO OBTER MELHOR EFICÊNCIA ENERGÉTICA DO SEU SISTEMA DE AR CONDICIONADO E TAMBÉM SE BENEFICIAR DE SEUS EFEITOS COLATERAIS

Por Alexandre Alberico

Esta forma de trabalho que apresentaremos não é um simples Comissionamento do Sistema : colocar o sistema de ar condicionado em conformidade com o projeto. É uma revisão geral no projeto implantado e reajustes nos parâmetros dos equipamentos existentes para o objetivo requerido – substituições serão sugeridas para aqueles que comprovadamente se mostrarem inadequados.

 Os passos iniciais serão o recálculo da carga térmica para eliminar possíveis  excedentes a serem combatidos e as medições/ajustes nas eletrobombas de água para que transportem a vazão correta conforme o projeto existente.

Via de regra excessos de 20 a 30 % são encontrados entre a carga térmica real calculada e os equipamentos instalados.

(É comum encontrarmos clientes que dizem que  na CAG – Central de Água Gelada  “de três resfriadores instalados somente dois operam durante o ano”.)

Eliminados os excessos , vazões de ar e de água podem ser reduzidas através de inversores de frequência e assim  o consumo de energia também será reduzido ( a grosso modo , com inversores a nova potencia consumida será proporcional à razão cúbica da relação de vazões.)

Os excessos de ar eliminados permitem menor velocidade de face nas serpentinas dos fan coils , e, em conjunto com a avaliação das características construtivas , pode-se ajustar novos parâmetros de temperaturas que melhorarão o consumo dos resfriadores.

Ajustes nas temperaturas de ar , água gelada e água fornecida pelas torres de arrefecimento podem resultar em 10 a 15% de menor consumo dos resfriadores  e portanto do sistema todo.

Tudo isto sem pensar em substituir os resfriadores antigos existentes.

(Se necessário substituir ,  temperaturas mais altas de água gelada  permitem uma maior eficiência dos resfriadores –( COP 6  para resfriadores com compressor parafuso o que é incomum —  COP = energia térmica produzida em kw / energia elétrica consumida em kw, ou seja, quanto maior o COP mais eficiente é a máquina)

O que fazemos é ajustar todos os equipamentos para consumir a energia mínima para atender a demanda térmica flutuante.

Explicando – sabe-se que a demanda térmica de um ambiente flutua de forma senoidal diariamente ( são variáveis a incidência solar , o fluxo de pessoas, a utilização de equipamentos, a iluminação).

 Essa transferência (senoidal) de energia térmica – elétrica já ocorre em sistemas com caixas de volume variável: diminuindo a vazão de ar, a pressão maior provocada  no duto resulta na variação de velocidade do motor que,  gerenciado pelo inversor de frequência, consome menos energia.

A mesma transferência ocorre  nas bombas de água gelada secundárias cujo motores são providos com  inversores de frequência.

Hoje conseguimos  também transferir esse conceito para as bombas de água de condensação que , diga-se de passagem, costumam ser o segundo maior consumidor de energia depois dos resfriadores .

Os motores das torres também providos de inversores de frequência, os reajustes de vazões e temperaturas efetuados  completam o ciclo para se obter o menor consumo de energia  diante das demandas térmicas variáveis diariamente.

BENEFICIOS QUE PODEM SER OBTIDOS DOS EFEITOS COLATERAIS DO SEU SISTEMA DE AR CONDICIONADO

Aplicados em grandes sistemas que necessitam  grandes vazões de ar externo , shoppings, hotéis , grandes centros empresariais .

* A massa de ar externo, necessária para oxigenação dos ambientes e introduzida continuamente, é submetida pelo sistema ao tratamento comum, sendo resfriada e desumidificada.

Essa massa é continuamente  injetada no ambiente e , após  cumprir  sua função,  é expulsa (por sobrepressão) ao  exterior sem que sua energia residual tenha sido aproveitada.

Essa  massa , agora com energia “fria” pois está na  temperatura ambiente , pode   também contribuir para resfriar a parcela de ar externo subsequente: de 33 ou 34° , úmidos , rebaixando-a  para 27 ou 26°C proporcionando menor esforço da central de produção de frio, que assim, obviamente, consumirá menos energia elétrica.

* A mesma  massa, quando em seu processo inicial  de desumidificação pode fornecer água em grande ou média escala .

Captura-se essa água que, com o correto beneficiamento, pode ser reutilizada para outras finalidades como limpeza de áreas, reuso em sanitários e até alimentação da água evaporada pelo equipamento de ar condicionado.

Aplicados em empreendimentos que necessitam água quente.

Este processo pré aquece com custo operacional ZERO para levar a água da concessionária de 20 para 34 °C , economizando insumo para o aquecimento total até 40°C ou mais .

* A energia calorífica removida  é transportada através dos veículos “Ar / Refrigerante/ Água” e expulsa ao exterior .

Essa energia pode ser capturada e  utilizada  para pré aquecer novas vazões de água necessárias para chuveiros , cozinhas , restaurantes e outras utilidades, reduzindo assim os gastos que seu empreendimento já tem com aquecimento de água seja por energia elétrica ou gás.

INSTRUMENTAÇÃO PRÓPRIA QUE UTILIZAMOS

Manômetro de precisão
Amperímetro
Voltímetro
Anemômetro
Sensor de temperatura
Tacômetro
Sensor de vazão de fio quente.
Termopar de contato para temperaturas.
Termohigrômetro.
Câmera termográfica ( infra red) com registro fotográfico.

Comissione seu sistema de ar condicionado colocando-o conforme eficiência energética projetada.
Registre a energia elétrica que consome para produzir a “Tonelada de Refrigeração” requerida ( kW/TR).
Recomissione o sistema reajustando os equipamentos para operação com outros parâmetros de vazões de água/ar/temperatura de modo a perseguir a supra eficiência
energética.
Registre e compare o novo índice Kw/TR. (Kw por Tonelada de Refigeração)
Contrate empresa que tenha profissionais com larga experiência em projetos e instalações de ar condicionado.

Para se obter resultados consistentes é necessário ter experiencia nos diversos processos .

SISTEMAS NOVOS A SEREM IMPLANTADOS OU RETROFIT’S

Na necessidade de retrofit muitos administradores são induzidos a uma decisão errada pois os técnicos que o apoiam mostram-lhes resultados grafados em plaquetas de equipamentos  autônomos individuais de pequeno e médio  porte.

Esses equipamentos fabricam e distribuem frio para pequenas áreas e sua fabricação tem tamanhos padronizados ou seja quando a demanda térmica coincide com a capacidade máxima vale o dado de plaqueta 

Quando a demanda excede o disponível em  um determinado modelo /capacidade o técnico instala modelo/capacidade imediatamente acima ou seja se a demanda é para atender 17 TR , um aparelho de 20 é instalado , pois não há padrão para  17 TR.

Em grandes prédios há de se constatar uma carga excessiva de kw instalados onerando toda a infraestrutura elétrica .

( Há alguns assim em São Paulo com 50 % maior do que a prevista em sistema centrais de ar condicionado.)
 Ao se optar por sistemas centrais , registradores individuais de consumo térmico/elétrico podem ser instalados para cada condômino possibilitando a correta determinação de custos para cada usuário.

A seguir, para quem se interesse , transcrevemos um pouco da evolução técnica que os sistemas de ar condicionado sofreram ao longo dos tempos.

Começamos nossas atividades na CEBEC em 1976 , com projetos e instalações de grande porte.
Naquela  época as concepções de projetos eram bem diferentes de hoje.

Não haviam caixas de volume variável, válvulas de balanceamento, inversores de frequência eram caros e só usados na indústria .

O “ frio” produzido pela central de água gelada era veiculado por bombas de vazão constante até os fan coils que modulavam essa energia  através de válvulas de três vias.

Em qualquer instalação toda a massa de água era veiculada pelo prédio todo e, em  grande parte, desnecessariamente.

Em prédios altos usava-se um terceiro tubo vertical para equilibrar a distribuição de água : o último fan coil a receber água era o primeiro a desaguar.

O Insuflamento de ar era feito com vazão constante nas salas.

O sensor ( elétrico ) de temperatura que acionava a válvula de três vias era colocado em uma das salas ou então no fluxo de ar de retorno comum de todas as salas.

As caixas de volume variável de ar chegaram ao Brasil em 76/77 e tiveram seu projeto tropicalizado pelo Engº Oswaldo Bueno então gerente de produtos da Starco , do mesmo grupo da CEBEC.

Em 77 fizemos projeto e instalação da ( talvez) primeira obra do Brasil com esse sistema.

Um ministério de Brasília, na época Ministério  da Previdencia e Assistencia Social- MPAS- com  três grandes condicionadores de alvenaria no sub solo- cada com 120 000 cfm, 6” de pressão , 150 HP , dutos verticais de alta velocidade , 25 m/s, e insuflamento  em baixa velocidade por caixas de VAV já nacionalizadas.

Para redução de consumo de energia , usamos inlet vanes nas bocas de sucção dos ventiladores .
Estes dispositivos transferiam   o acréscimo de pressão no duto  provocados pelo fechamento das caixas  para a linha de retorno do ar.

Com diferencial de pressão do ventilador tornado constante , qualquer redução de vazão de ar implica em redução de consumo de energia pelo motor do equipamento.

Era o conceito da modulação ( senoidal) da demanda térmica diária transformado em beneficio do consumo de energia.

Na mesma década além do inversores de frequências , surgiram válvulas de balanceamento- – eliminando-se a necessidade do terceiro tubo- e as válvulas de duas vias .

Com estas  surgiu a necessidade de criação do sistema secundário de água gelada : o primário de menor potencia instalada era de vazão constante para atender o requerido pelos resfriadores e o secundário , com inversor de frequências para permitir o menor consumo de energia nas baixas demandas térmicas .

Nota-se a perseguição continua à melhor eficiência energética .

No final de  90 inicio de 2000, surgiram os resfriadores com velocidade variável de água gelada e eliminam-se assim os sistemas de bombeamento secundário.

A concepção simplificou-se como a primeira só que incorporando a vantagem do menor consumo energético nas baixas demandas.

Hoje estamos transferindo o conceito de flutuação para as bombas de condensação , que são as  segundas maiores consumidoras em grandes sistemas de ar condicionado.  

Engº Alexandre Alberico

Qualidade de Energia em Edifícios

Por Oscar Morio Tsuchyia


Com a tendência cada vez crescente de utilização de tecnologia digital em equipamentos em edificações, a exemplo dos mais simples eletrodomésticos até complexos elevadores com comandos de regeneração de energia, equipamentos de ar condicionado com drivers eletrônicos inteligentes, iluminação leds, etc., tem se a necessidade de uma energia de qualidade no que se refere a tensão, frequência e forma de onda.

Por outro lado, as redes elétricas públicas, geralmente redes aéreas extensas, no intuito de otimização da continuidade e custo da energia, tem recorrido a interligações múltiplas de usinas hidroelétricas, termoelétricas, eólicas e mais recentemente fotovoltaicas, tudo conectado em rede em anel gerenciado por um complexo sistema de despachos de cargas.

Desta forma as redes elétricas ficam vulneráveis a todo tipo de distúrbios causados por fenômenos como, descargas atmosféricas, surtos de manobras de rede, Curto-circuitos mono, bi, e trifásicos, provocados por acidentes em redes aéreas, além de distorções provocadas pela partida de grandes cargas na rede pública, como trens metroviários, bombas de saneamentos etc.

A ANEEL, em seu PRODIST (Procedimento de Distribuição de Rede de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional) – MÓDULO 8, estabelece parâmetros para Qualidade de Energia de responsabilidade da Distribuidora, para variações dos seguintes:

Permanentes:

– Tensão, Fator de Potência, Harmônicos, Desequilíbrio de Tensão, Flutuação de Tensão e Variação de Frequência.

Transitórios:

– Variações de tensão de curta duração – VTCD.

Quanto a variações permanentes, os empreendimentos comerciais e residenciais com uso de recursos como geradores de emergência, banco de capacitores, filtros, etc., tem combatido de forma satisfatória os problemas causados por estas variações.

Quanto a variações transitórias de curta duração (VTCD), também conhecidos internacionalmente como “Voltage Sags”, antes um problema de menor importância para empreendimentos comerciais e residenciais, hoje em dia tem provocado sérios problemas no dia a dia destes empreendimentos, principalmente quando são dotados de equipamentos eletrônicos de potência como variadores de velocidade, equipamentos de ciclo regenerativo (elevadores de tecnologia de ciclo regenerativo), e Micro geração de energia em “On Grid”.

Tomando-se como exemplo os elevadores de ciclo regenerativo (aqueles que regeneram a energia na frenagem para a rede elétrica), tem provocado sérios problemas de funcionamento diante das “Sags”, pois, na falta momentânea ou em afundamentos de curta duração, não tem como regenerar energia para a rede, então o sistema automaticamente reverte para desligamento da frenagem eletrônica, passando para modo mecânico de frenagem. Acontece que no modo mecânico, elevadores de alta velocidade, provocam uma parada brusca com um grande solavanco aos passageiros do elevador, causando até acidentes de queda e contusões.

Outros equipamentos como variadores de velocidade e controladores de sistemas eletrônicos de potência sofrem descontroles, não menos prejudiciais a operação dos empreendimentos, com perdas econômicas e funcionais do empreendimento.

Como exemplo, em um empreendimento corporativo localizado na região efervescente de edifícios “Triple A”, foram efetuadas medições de qualidade de energia no que tange a VTCD em um período relativamente curto. O resultado foi alarmante, visto que o empreendimento corporativo era dotado de elevadores de ciclo regenerativo e de alta velocidade, além de controles de ar condicionado baseados em eletrônica de potência.

Alguns dados de medição abaixo (correspondem a um período de 43 dias de medição):

– Número de afundamentos de tensão – 46 / Duração média de 0,145 seg.
– Número de Interrupções – 8 / Duração média de 7,91 seg.

Em nenhuma destas falhas os diesel-geradores que atendem a totalidade da carga foram sequer entrado em operação.

Diante do problema, o empreendimento iniciou diversos estudos de alternativas de melhorias da qualidade de energia, paralelamente a uma gestão à Concessionária de Energia, culminando com a instalação de um UPS dinâmico rotativo (RUPS) na entrada geral de energia associados aos geradores existentes no empreendimento.

Daqui para frente, o fator de qualidade de energia também poderá ser um fator determinante para a escolha do local do empreendimento e a Concessionária para atendimento, tal qual ocorre em empreendimentos como “Data Centers”.

Até que as concessionárias distribuidoras de energia se conscientizem que a “Qualidade de Energia” também pode comprometer a imagem perante aos consumidores, os empreendimentos que recorrem a tecnologias de alta qualidade, terão de levar em conta os distúrbios provocados pelas “Voltage Sags” ou VTCD, além é claro, de outros dispositivos para mitigar os efeitos de má qualidade de energia da rede pública

ENGº OSCAR MORIO TSUCHIYA
E-mail: morio@soeng.com.br
SOENG EH PROJETOS
Membro do Conselho da ABRASIP
Membro da SEC Associados
Publicado Revista do Sindinstalação – Ano 2 – Edição 22 – Janeiro/2018

Benefícios do Teto Radiante aplicado em Hospitais

Sistema de condicionamento de ar com Teto Radiante

Trata-se de condicionar o ar através de painéis radiantes instalados no forro (gesso ou metálico) resfriados por circuitos de água gelada.

Não existem peças móveis, serpentinas aletadas, ventiladores, bandejas de recolhimento de água.

A radiação desse forro somada a uma quantidade de ar tratado admitido no ambiente, garantem a pureza, temperatura e umidade deste.

Inúmeros são os benefícios aplicados em Hospitais.
A seguir descrevemos alguns:

1) Higienização

Sistema convencional com F&C (fan&coil)

O sistema convencional é constituído por uma pequena unidade fan&coil – motor, ventilador e serpentina + bandeja para captação da água condensada nas aletas da serpentina, válvulas e registros.

Para a higienização do conjunto, seriam necessárias de 6 a 8 horas para remoção da unidade (desacoplamento hidráulico nem sempre possível, desacoplamento elétrico e de controles, desacoplamento da saída de ar), remoção do ambiente e lavagem severa da serpentina  e bandeja com produtos químicos adequados, substituição dos filtros de ar e limpeza de filtro “Y” da hidráulica quando houver.

Reinstalação e testes de todo conjunto.

Sistema com Teto radiante

Para a higienização do teto radiante são necessários trinta minutos para limpeza com esponja embebida em produto químico adequado nas placas lisas e sem reentrâncias de teto radiante.

2) Percurso de microorganismos podem transmitir  infecções.

A velocidade do ar no sistema convencional gira em torno de 1 a 1,5 m/s , no teto radiante é 0,2 m/s sendo assim o percurso  fica em torno de 80% menor

3) Conforto térmico

Perda de calor do corpo humano: em média 100w (ou 100 joules/s)

Em sistemas convencionais a perda é de 35 w por radiação, 40 w por convecção e 25 w por evaporação.

Em sistemas radiantes , como a movimentação de ar é baixa a perda por radiação é de 50 w  (30 w por convecção e 20 w pela evaporação), ou seja o corpo perde menos água.

A temperatura do ambiente é homogênea não havendo predominância de áreas mais frias ou mais quentes como nos sistemas  convencionais.

O sistema radiante  apresenta maior conforto e ambiente mais salutar.

Principalmente em áreas de convalescentes de ” queimados” pois a velocidade do ar sobre o paciente ( perpendicular ao leito) é de 0,2 m/s .

Nos sistemas convencionais a velocidade do jato sobre o paciente está entre 0,7 e 0,9 m/s.

4) Conforto acústico

Sistema de radiação: nível sonoro de 30 a 35 dbA

Sistema convencional: nível sonoro de 40 a 45 dbA

5) Recirculação do ar eventualmente contaminado.

Em sistemas convencionais em quartos de convalescentes, a vazão insuflada  gira em torno de 300 m³/h , dos quais 100m³/h de ar externo são obrigatórios, ou seja quase 70 % retorna para a unidade fan&coil com as impurezas geradas no ambiente contaminando a unidade e consequentemente o ar que passa por ela e volta ao ambiente.

Em sistemas de radiação injeta-se somente o ar externo expurgando-o totalmente, ou seja não há recirculação de ar eventualmente contaminado.

6) Energia elétrica

Em pré cálculo para 96 leitos, o total de carga elétrica do sistema convencional indicou 16 kw, caindo para 6 kw no sistema radiante , ou seja redução de 38 %.

Autor: Eng° Alexandre Alberico
FEI – 1975
CEBETEC – Sistemas Planejados-1989

Reengenharia estratégica para otimização de gastos de energia e água em sistemas de HVAC

Sistemas de Ar Condicionado representam um alto custo inicial numa instalação predial e os altos e perenes custos agregados, resultado de uma possível operação deficiente.

Estes acréscimos de custo sempre crescentes, só são sentidos pelos empreendedores quando os condôminos começam a deixar o imóvel pela sempre crescente taxa de gastos com insumos ou então pela percepção de índices específicos que medem a eficiência energética do empreendimento e alto gasto operacional.

Então, um planejamento, usando ferramentas corretas de engenharia deve ser feito.

Em sistemas novos, este planejamento deve anteceder a fase de projeto, devendo ser parte fundamental da concepção. Uma vez corretamente concebidos, podem ser projetados.

Em sistema existentes, para se objetivar resultados positivos, antes da fase de planejamento deve-se analisar o sistema sob alguns aspectos:

-Tipo de sistema e utilização do ambiente: escritórios, salas de aula, data centers, shopping centers, call centers, laboratórios, salas cirúrgicas etc. todos com suas necessidades específicas e diferentes, requerem planejamento de projeto e de operação diferenciadas.
-Política tarifária local.
-Região climatogeográfica da instalação.
-Tipos de equipamentos produtores e distribuidores de frio.
-Quantidade e capacidades dos equipamentos.
-Dispositivos de partida e/ou recuperadores de energia acoplados.
-Sistema de automação e válvulas de monitoração e controle instaladas.
-Plano de operação e manutenção vigente.

Recentemente, num primeiro passo, concluímos uma avaliação em 3 instalações distintas em regiões totalmente diferenciadas.

A primeira no Rio de Janeiro com clima quente e úmido por praticamente o total do ano. Pequeno daily range.

A segunda em São Paulo, clima médio sazonalidade bem definida com períodos úmidos e períodos secos. Médio daily range.

A terceira em Curitiba, verão quente bem definido e inverno dos mais rigorosos do país. Alto daily range.

Todas com o mesmo uso e horários idênticos de ocupação, com equipamentos de mesma família (resfriadores com condensação a água, uma delas com unidade mix a gás, tanque de acumulação e bombas de água gelada).

Como ponto convergente das três, cita-se que nenhuma apresentava plano de operação definido, os empreendedores com queixa comum de excesso de gastos com energia elétrica, gastos com água desconhecidos e equipamentos desnecessários durante todo o período anual.

Após avaliação de adequação e suficiência das capacidades instaladas apropriamos da forma mais próxima possível da realidade, as necessidades térmicas com perfis horários, diários, semanais, mensais e sazonais.

Em todas as três instalações as análises mostraram a não necessidade de operação de pelo menos um equipamento produtor de frio durante todo ano.

O replanejamento adequado, sempre visando a melhor otimização dos equipamentos instalados disponíveis, resultou na menor quantidade de horas diurnas para operação das unidades, permitindo em grande parte das horas úteis manter os empreendimentos com os equipamentos parados, sem consumo de energia elétrica e água e  ainda disponibilizados para manutenção preditiva e corretiva.

Numa delas, porém, a predominância com autoridade do uso do tanque de acumulação se mostrou necessária para o melhor resultado.

Já na outra a autoridade de um ou dois resfriadores com tanque como complemento resultou no melhor benefício.

Na última o uso correto  da energia negativa disponibilizada no ar externo refletiu na carga horária dos resfriadores inoperantes durante o dia por grande parte  do período anual , relevando-se que unidades paradas não consomem energia.

O passo seguinte, será a monitoração e operação por comando a distância para se verificar os resultados planejados.

Autor: Eng° Alexandre Alberico
FEI – 1975
CEBETEC – Sistemas Planejados-1989

Incentivo à Geração de Energia aos Consumidores

PORTARIA MME Nº 44, DE 10 DE MARÇO DE 2015. (destaques)

Segue breve resumo, com destaques de alguns pontos mais relevantes, acerca da portaria do Ministério de Minas e Energia que incentiva a geração de energia elétrica pelos consumidores.

Por um lado fica latente a preocupação com a capacidade de suprimento energético do país, principalmente pelo imediatismo da medida e sua curta validade. No entanto, por outro lado, aparentemente será uma oportunidade do consumidor, que possui essa opção de gerar energia, compensar os aumentos no custo energético ocorridos até o momento e os aumentos já previstos.

Além disso, para que essa portaria surta efeito relevante, resta saber se o valor a ser pago ao consumidor que gerar energia será compensatório, levando em conta o investimento, depreciação, operação e manutenção dos geradores.

Vamos aguardar também como será a operacionalização dessa iniciativa pelas concessionárias de energia, que em tão curto espaço de tempo precisarão adaptar sistemas de faturamento, medição, contratos, entre outros processos correlacionados.

Seguem principais aspectos:

  • A energia gerada será valorada de acordo com a fonte energética usada;
  • A concessionária pagará por toda a energia própria gerada entre a assinatura do contrato até 18 de dezembro de 2015;
  • A energia gerada deverá ser comprovada por meio de medição individual instalada na geração própria;
  • A unidade poderá excluir a energia gerada na ponta;
  • A concessionária será responsável pela instalação do medidor e pelos processos de medição e pagamento;
  • As eventuais adequações das instalações serão de responsabilidade do consumidor;
  • O pagamento poderá ser feito mediante crédito na fatura de energia elétrica;
  • A ANEEL deverá regular esta Portaria, elaborar o modelo e padrão dos Editais de Chamada Pública e dos Contratos de Adesão de Geração Própria;
  • A Portaria entrou em vigor na data de sua publicação. (11.03.2015).

Fonte: Engº Fernando Arruda