Consideramos como base um edifício de 6.396 m² de área condicionada distribuídos em 5 pavimentos de 41 m x 31,2 m, com janelas em ambos os lados de 41 metros.
O edifício está localizado a 750 metros acima do nível do mar. Acomodará mil pessoas, com 27 000 m³/h de ar externo, nas condições (BS/BU) 32°C/23,6°C.
Condições internas = (BS/BU) 24/16,8°C – 50 % UR;
Calor sensível interno = 511 550 W;
Calor latente interno = 60 000 W  ( pessoas + infiltrações).

Usaremos o fenômeno da radiação como predominante para combater as cargas sensíveis. Colocaremos em cada pavimento uma unidade de tratamento de ar (UTA) e duas bombas in line para água dos dispositivos radiantes (BILF), e cada laço hidráulico de aproximadamente 500 m². Para viabilizar a radiação será necessário desumidificar corretamente o ambiente. Para isso usaremos a vazão de ar externo. A vazão deverá estar com 3 gramas de água/ kg de ar seco  de umidade absoluta, abaixo da condição de umidade absoluta da sala, conforme Tabela 1 abaixo.

DADOS PSICROMÉTRICOS (750 metros acima do nível do mar)

Descrição TBS TBU UR UA H kg/m³ PO
  °C °C % g/kg ar kJ/kg   °C
Ar externo 32 23.6 51 16.6 74.8 1.03 20.6
Entrada de ar 24.9 17.6 50.4 10.8 52.6 1.06 14
Interna 24 16.8 50 10.2 50 1,08 13
Saída de ar(cálculo) 8 8 100 7,2 26.4 1.14 8
Saída do ar(efetivo) 7,4 7,4 100 7 25 1.14 7.4

(5400m³/h/3600 x 1.1 x 2500 x 3 =12 375 Wx 5 pav = 61 875W > 60 000W)

Para esta condição a massa de ar deve ser tratada até a condição de 8°C saturado (ADP).
Esta vazão de ar , após cumprir a sua função , estará na condição do ambiente e sua baixa energia térmica deverá ser reaproveitada para reduzir a energia da nova massa de ar externo.
Após trocar energia no dispositivo recuperador, a vazão total de 27 000 m³/h passa da condição externa  de 32/23,6°C para 24,9/17,6°C (50,4%). O ar expurgado dos ambientes será de 95 % da vazão total para garantir uma ligeira pressão positiva nos ambientes. Esta ação , além de beneficiar o consumo de energia , facilita o trabalho do trocador de calor de cada UTA. Este trocador não deve ser calculado com os parâmetros normais utilizados ou 2,5 m/s de velocidade de face. Usando-se uma velocidade mais baixa o trocador aumenta a capacidade de retirada de calor latente e reduz de calor sensível e a massa circulante entra a  24,9/17.6°C e sai do trocador a 7,4/7,4°C  onde se notam as dimensões da serpentina 2085 x 914,4 mm x 6 rows, 12 aletas por polegada e com água gelada a 5°C.
Observa-se que o trocador além de ter capacidade para remoção do latente também remove uma parcela do calor sensível  = 26.400 W , resultando no total do prédio em 132.000W.
[ 5400 m³/h/3600 x 1.1x 1000 x (24-8)]
A diferença será combatida por dispositivos radiantes: 511.550 – 132.000 = 379.550 W / 5 = 75.910 W/pavimento.
Cada dispositivo radiante pode receber água fria a 13,5°C, pois, estando acima do ponto de orvalho da sala (13°C), não haverá ocorrência do fenômeno da condensação. Utiliza-se  22 peças de vigas radiantes passivas próximas das janelas que estão sujeitas à intensidade do sol . Cada peça tem as dimensões de 3.000 x 600 x 200 mm (C x L x A) e, se adquiridas sem arcabouço, podem ser escondidas por forro colmeia com 80 % de área livre. Esta largura de 1.200 mm (300 mm em cada lateral da viga) permite a ascensão do ar pelas laterais. Cada peça é alimentada por 250 l/h de água fria e apresenta uma perda de carga de 10,1 kPa com a remoção de 1036 W. O saldo de 53.118W (75.910 -22.792)  será removido por 936 placas ativas radiantes , cada uma removendo 56,75 W, com dimensões de 1250 x 625 mm. Serão interligadas em séries de 6 placas alimentadas por 146,3827 l/h com água fria entrando a 13,5°C e saindo a 15,5°C  com uma perda de 16.810 Pa incluindo mangueiras de interligação de 1.100 mm.
Observe que é necessário alimentar um número mínimo de placas para evitar o regime laminar onde não há troca de calor.

Layout Esquemático

Arremates (tabicas) gesso G1= 181,25 mm – G2=500 mm
Forro colmeia C1 com 80 % área livre, 1200 mm largura pela extensão de 41 metros – opção para esconder as vigas passivas se forem usadas sem arcabouço. Com o arcabouço elas podem arrematar com o forro metálico.

Conjunto P

416 conjuntos (13 no sentido transversal e 32 no sentido longitudinal), 3 placas de 1250 x 625 mm com furos e 20 % de área livre, e uma de 1250 x 312,5 mm com 47 % de área livre, totalizando 1248 placas de 1250 x 625 mm, das quais 936 serão ativadas para radiação, interligadas 6 a 6 em série. Total de 416 placas de 1250 x 312,5 mm com furação para 47 % de área livre, das quais 108 poderão conter bocas de insuflação, cada qual com 50 m³/h com 8 °C.
Bocas de ar embutidas (somente apoiadas na parte superior da placa) medindo 300 x 290 x 180 ( C x L x A ) mm. Estas placas devem conter, além das bocas de ar , luminárias , spk, sonofletores etc.

Os furos permitem a passagem do som, sem reverberar, que é absorvido por mantas de lã  de vidro 1/2″  ensacadas em plástico. (Para leitos em hospitais as placas deverão ser brancas, lisas e com fita especial nas junções das placas, para permitirem higienização rápida e eficiente.)

Croquis esquemáticos das soluções

 

croquis

Cargas térmicas a serem combatidas

Sem recuperador de energia
Ar externo a 27.000 m³/h /3600 x 1,03 x ( 74.8 – 26.4): →  373 ,9 kW
Carga sensível interna: → 512      kW
Carga latente interna: →    60      kW
Total: 945,9 kW ou 269 TR
Com recuperador de energia
Ar externo 27 000 m³/h/3600 x 1,03 x ( 52,6 – 26,4): → 202.4   kW
Carga sensível interna:→ 512      kW
Carga latente interna:→    60      kW
Total:774.4 kW ou 220 TR

Central de produção de frio (CAG): 2 torres de arrefecimento, duas bombas de condensação operante (+ 1 reserva), dois resfriadores de 110 TR cada, duas bombas de água gelada primário variável (+ 1 reserva).
Consumos elétricos/motores e água de reposição:

Quantidade Componente Consumo (kW) Total Motor CV
1 Recuperador de energia 0.75 0,75  
2 Ventiladores 1,4 2,8 2x 21/2
2 Torres de arrefecimento 3,6 7,2 2x 71/2
2 Bombas de condensação 4,5 9 2x 71/2
2 Resfriadores 110 TR 65 130  
2 Bombas de água gelada 4,8 9,6 2x 71/2
5 UTA  tamanho 25 1,125 5,7 5 x 4
10 BILF 1.25 12,5 10 x 2
   TOTAL                                                                177,55  
  177,55kW/269 TR =   0,66 kW/TR— (carga do prédio)  
Consumo de água máximo 1,1 m³/h

ATENÇÃO: as placas e conectores de engate rápido devem ter tubos e conexões compatíveis com os diâmetros. As interligações entre registros esfera de 1/2″ e conectores de 12 mm devem ter bicos de 1/2″x 12mm. Tubos de dimensões ímpares que contenham conectores de engate roscados podem apresentar, além da dificuldade de conexão de inúmeras peças montadas sobre o forro, problemas nas desconexões para atender layouts novos (a rosca espana).

Considerações finais

1) Flutuação do ponto de orvalho

O valor da pressão de vapor, bem como a temperatura de orvalho, são flutuantes e podem variar num “abrir x fechar” de janelas em dia chuvoso ou no período matinal que antecede a operação do sistema, quando o valor da umidade noturna remanescente fica acima do projetado. Para evitar a condensação deve-se conhecer bem o fenômeno da condensação e assim projetar a forma correta de evitá-la ou eliminá-la rapidamente. Ou, então, provocá-la deliberadamente, por exemplo, na fase de ajuste do sistema de automação. Na alta  taxa de umidade no período que antecede a ocupação, a operação da unidade fancoil,  tentando desumidificar  sozinho o ambiente  nos períodos antecedentes ao início dos trabalhos, é insuficiente, pois, a unidade não tem capacidade para tal. Tivemos essa ocorrência no banco J. Safra em SP; alta umidade, pois, partes civis ainda não estavam secas no término da obra, e na Petrobras RJ, onde o latente remanescente noturno é alto. Deve-se operar o sistema completo – fancoils e placas radiantes – pois, as placas auxiliam  o fancoil removendo parte do sensível e permitindo à unidade maior capacidade para remover o latente. Assim o sistema pode ser ativado meia hora antes da ocupação para desumidificar e colocar o ambiente no ponto de projeto. Conhecendo-se o fenômeno da condensação, pode-se evitá-la em qualquer situação e, assim, não incorrer em soluções paliativas. Usar bandejas de captação sob componentes radiantes para a eventualidade da condensação ou  interromper abruptamente o fluxo de água gelada.

2) Não aplicação em ambientes de alto calor latente

Há dogmas recorrentes como “não aplicar em salas de reunião”. Conhecendo-se como evitar a condensação e usando-se os dispositivos corretos de distribuição de ar pode-se aplicar com eficácia em ambientes de latente variável ou alto latente.

3) Aplicações da radiação com benefícios

Salas de equipamentos de precisão, onde a velocidade do ar é indesejável (microscópios eletrônicos por exemplo). Hospitais onde há risco alto de infecção via aérea. Data centers,  onde é desejada a menor vazão de ar para se obter redução da altura do piso falso e redução de fancoils especiais redundantes. Estúdios de gravação, onde a alta vazão de ar provoca ruídos captáveis pelos equipamentos de áudio. Call centers onde há alto calor sensível e alto calor latente. Espaços confinados com alto fator de sensível e invólucro de ordem civil caros (túneis e cofres). Salas de espetáculos, onde o cantor não pode ser submetido a fluxos gelados do ar condicionado convencional. Cabines de controle de voo, onde se aplica paredes radiantes. Aeroportos, por exemplo nos conectores onde há grandes áreas envidraçadas. Bibliotecas e espaços tombados pelo patrimônio. Áreas com equipamentos eletrônicos, onde pode ser usada parede radiante.

4) Conexões entre dispositivos radiantes

Devem ser de engate rápido. No caso analisado, tem-se 5.460 mangueiras de interligação entre tubos de alimentação e retorno e placas ativas. Para tubos de diâmetros pares (12 mm, p.e.) encontra-se engate rápido. Usa-se entre válvula de esfera e o engate bico conector de 1/2″ x 12 mm. Para tubos de 15 mm é difícil a obtenção do engate rápido e a solução com engate com rosca deve ser cuidadosamente adotada face a grande dificuldade de rosquear 10.920 componentes sobre o forro, e o problema nos tubos causado pelo desacoplamento para adaptar novos layouts.

Alexandre Alberico e Claudio Kazuo Misumi

O conteúdo da seção Projeto e consultoria é de responsabilidade do DNPC da Abrava.

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