fbpx 260711774397346
Engenharia

Ventilação e Ar-condicionado

By 11 de janeiro de 2019 No Comments

1. Introdução

Um sistema de ventilação é constituído do(s) ventilador(es), dos dutos aos quais os ventiladores estão conectados, e inúmeros elementos auxiliares com funções específicas. Os dutos, de forma similar às tubulações de um sistema de bombeamento, têm a função de conduzir, de maneira confinada, os gases de trabalho (muitas vezes o ar) entre as extremidades do sistema de ventilação. Um sistema de ventilação bem projetado é aquele que, minimizando custos de investimento e operação, distribui/exaure o gás, de acordo com as especificações, para/de vários ambientes ao qual está conectado, opera com perda de carga reduzida e não gera ruído intenso e prejudicial à saúde dos indivíduos que habitam sua área de atuação.

Dentre suas funções, listam-se:

  • promover a circulação de ar condicionado (resfriado ou aquecido) para manter conforto humano em ambientes;
  • remover ar contaminado de ambientes;
  • promover a filtragem de ar de ambientes críticos; etc.

2. Normas

Há diversas normas importantes em se tratando da regulação de projeto, construção, instalação, reformas, operação e manutenção de sistemas de ar-condicionado e ventilação. A seguir, apresentam-se as principais delas:

 

  • NBR 15848 – Sistemas de ar condicionado e ventilação – Procedimentos e requisitos relativos às atividades de construção, reformas, operação e manutenção das instalações que afetam a qualidade do ar interior (QAI)
  • NBR 16401 – Instalações de ar-condicionado – Sistemas centrais e unitários
  • Parte 1: Projetos das instalações
  • Parte 2: Parâmetros de conforto térmico
  • Parte 3: Qualidade do ar interior

 

3. Termos e definições

    ar-padrão: ar à pressão barométrica de 101,325 kPa, temperatura de 20 °C, umidade absoluta de 0 kg de vapor de água/kg de ar seco, com massa específica de 1,2 kg/m³.

    calor latente: calor de evaporação ou condensação do vapor de água do ar, que produz uma variação do conteúdo de umidade do ar sem alteração da temperatura.

    calor sensível: calor que produz uma variação da temperatura do ar sem alteração do conteúdo de umidade.

    condicionamento de ar: processo que objetiva controlar simultaneamente a temperatura, a umidade, a movimentação, e renovação e a qualidade do ar de um ambiente. Em certas aplicações controla também o nível de pressão interna do ambiente em relação aos ambientes vizinhos.

    sistema central multi-split VRV (vazão de refrigerante variável): sistema central em que um conjunto de unidades de tratamento de ar de expansão direta, geralmente instaladas dentro do ambiente a que servem (designadas unidades internas), cada uma operada e controlada independentemente das demais, é suprido em fluido refrigerante líquido em vazão variável (VRV) por uma unidade condensadora central, instalada externamente (designada unidade externa).

    sistema de ar-condicionado unitário: sistema constituído por um ou mais condicionadores autônomos de qualquer tipo e capacidade, servindo a um recinto isolado ou a um grupo de recintos, constituindo uma fração autônoma da edificação.

    unidade condensadora: unidade montada em fábrica, composta de um ou mais compressores frigoríficos e condensadores resfriados a ar ou a água.

    unidade de tratamento de ar: unidade montada em fábrica, em gabinete ou composta no local em arcabouço de alvenaria, comportando todos ou parte dos elementos necessários à realização do processo de condicionamento do ar, ou seja, ventilador(es), filtros de ar, serpentina(s) de resfriamento e desumidificação de expansão direta ou de água gelada, e dispositivos de aquecimento e umidificação que podem ser supridos por fonte de calor proveniente de uma central calorífera ou gerada localmente.

    zona primária: zona que compreende a sala de máquinas do condicionador do ambiente condicionado e o(s) equipamento(s) de tratamento do ar exterior. A zona primária é uma zona com elevada umidade relativa onde, devido às suas características, existe a possibilidade de presença de água, que contribui para acelerar a proliferação de microorganismos. Esta área pode ser a fonte de contaminação biológica e química do sistema.

    zona secundária: zona que compreende a rede de dutos de insuflação e os acessórios para difusão do ar no ambiente. É a área onde o ar está com a umidade relativa próxima ao estado de saturação com o possível acúmulo de pó no seu interior, podendo criar um sítio amplificador de microorganismos.

    zona terciária: zona que compreende o ambiente climatizado e o retorno do ar para o condicionador.

    zona térmica: grupo de ambientes com o mesmo regime de utilização e mesmo perfil de carga térmica, permitindo que as condições requeridas possam ser mantidas com um único dispositivo de controle, ou atendidas por um único equipamento condicionador destinado somente àquela zona

4. Tipos de sistemas

Os sistemas de distribuição de ar podem ser caracterizados como:

  • simples, se atendem a apenas um recinto;
  • de zonas múltiplas, caso atenda a diversos recintos controlados individualmente; ou
  • de zonas simples, quando a taxa de renovação de ar interno é controlada pela tomada de ar externo.

O aparelho de condicionamento deve ser instalado de forma que tenha contato direto ou indireto com duas fontes de calor, uma fria e outra quente. Dessa forma, para fins de classificação técnica, os sistemas de condicionamento são divididos em sistema de expansão direta e sistema de expansão indireta.

a) Sistemas de expansão direta

Em sistemas de expansão direta, o ar do ambiente climatizado, que é o meio que se quer resfriar, entra em contato com a serpentina do evaporador, por dentro da qual evapora o fluido refrigerante do sistema de refrigeração. Dentre os principais condicionadores autônomos de expansão direta, tem-se o compacto (self contained), o roof top, o mini-split, e o de janela.

A NBR 16401-1 conceitua os condicionadores autônomos anteriormente listados da seguinte forma.

  • Condicionador autônomo compacto (self contained): unidade com capacidade nominal geralmente superior a 17 kW, montada em fábrica, comportando uma unidade de tratamento de ar com serpentinas de resfriamento de expansão direta conjugada a uma unidade condensadora, resfriada a ar ou a água, incorporada ao gabinete da unidade. O condicionador é previsto para insuflação do ar por dutos. O condensador a ar pode ser desmembrado da unidade para instalação à distância. O condicionador pode também ser apresentado dividido, para instalação à distância da unidade condensadora;

  • Condicionador roof top: condicionador compacto, projetado para ser instalado ao tempo, sobre a cobertura;

  • Condicionador mini-split: condicionador constituído por uma unidade de tratamento de ar de expansão direta, de pequena capacidade (geralmente inferior a 10 kW), instalada dentro do ambiente a que serve (designada unidade interna), geralmente projetada para insuflação do ar por difusor incorporado ao gabinete, sem dutos, suprida em fluido refrigerante líquido por uma unidade condensadora, instalada externamente (designada unidade externa);

 

  • Condicionador de janela: unidade de pequena capacidade (geralmente inferior a 10 kW), montada em fábrica, comportando uma unidade de tratamento de ar com serpentina de resfriamento de expansão direta, conjugada a uma unidade condensadora resfriada a ar, montados em gabinete projetado para ser instalado no ambiente, em janela ou em abertura na parede externa, com insuflação do ar por difusor incorporado ao gabinete.

b) Sistemas de expansão indireta

Em sistemas de expansão indireta, existe um fluido intermediário entre o refrigerante do sistema de refrigeração, e o meio que se quer resfriar. Ou seja, o refrigerante do sistema de refrigeração irá resfriar um fluido intermediário, e este fluido é que irá retirar calor do meio a ser resfriado. Dentre os principais sistemas de ar-condicionado de expansão indireta, tem-se o fan-coil/chiller e a torre de resfriamento.

O fan-coil/chiller é um sistema cuja condensação pode ser à água ou a ar. Nestes sistemas o ambiente a ser climatizado troca calor com um equipamento composto por uma serpentina e um ventilador (fan-coil). Pela serpentina tem-se água fria em circulação, proveniente do chiller.

A torre de resfriamento é um equipamento frequentemente utilizado para o resfriamento da água industrial, removendo o calor do processo por meio de evaporação da água. A água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente através de enchimentos, em contracorrente com uma corrente de ar. No contato das correntes de água e ar ocorre a evaporação da água, fenômeno que produz seu resfriamento.

5. Isolação térmica (NBR 16401-1)

A NBR 16401-1 estabelece as seguintes normas relevantes quanto à isolação térmica:

  • Os dutos devem ser isolados termicamente para reduzir ganhos ou perdas de calor do ar conduzido, e evitar a condensação em sua superfície.
  • Os dutos construídos de material fibroso, quando conduzem ar frio, devem ser providos de barreira de vapor.
  • Os dutos de retorno e os dutos de insuflação que correm dentro dos recintos condicionados não precisam ser isolados.

6. Prevenção de incêndios (NBR 16401-1)

A NBR 16401-1 estabelece as seguintes normas relevantes quanto à prevenção de incêndios:

  • Em caso de incêndio, todo equipamento que promova a movimentação de ar em condições que desfavoreçam o acesso das pessoas às rotas de fuga deve ser desativado. Já os equipamentos que operam dentro da estratégia estabelecida para proteção destas rotas devem ser mantidos ou colocados em atividade.
  • Todas as aberturas e passagens de dutos e tubulações do sistema de condicionamento de ar através de paredes, entre pisos e divisões solicitadas a resistência contra fogo ou fumaça devem ser protegidas por registros corta fogo ou fumaça.

7. Conforto térmico (NBR 16401-2)

A NBR 16401-2 estabelece normas relevantes quanto aos parâmetros de conforto térmico do ambiente condicionado.

Segundo ela, os parâmetros ambientais que afetam o conforto térmico são:

  • temperatura operativa;
  • velocidade do ar;
  • umidade relativa do ar.

Os valores destes parâmetros dependem dos seguintes fatores pessoais:

  • tipo de roupa usado pelas pessoas;
  • nível de atividade física das pessoas (taxa de metabolismo).

Estipulam-se, na Norma, as faixas de cada parâmetro válidos para grupos homogêneos de pessoas, usando roupa típica da estação (para verão ou inverno) e em atividade sedentária ou leve.

  • Verão
    • temperatura operativa e umidade relativa do ar:
      • 22,5°C a 25,5°C em umidade relativa de 65%;
      • 23,0°C a 26,0°C e umidade relativa de 35%.
    • velocidade do ar:
      • 0,20 m/s, distribuição de ar convencional (turbulência de 30% a 50%);
      • 0,25 m/s, distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (turbulência inferior a 10%).
  • Inverno
    • temperatura operativa e umidade relativa do ar:
      • 21,0°C a 23,5°C em umidade relativa de 60%;
      • 21,5°C a 24,0°C e umidade relativa de 30%.
    • velocidade do ar:
      • 0,15 m/s, distribuição de ar convencional (turbulência de 30% a 50%);
      • 0,20 m/s, distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (turbulência inferior a 10%).

8. Qualidade do ar interno (NBR 16401-3)

A NBR 16401-3 estabelece normas relevantes quanto à qualidade do ar interno condicionado. Nesse sentido, é de profunda importância atentar-se para as etapas de filtragem e de tomada de ar exterior de um sistema de condicionamento de ar.

O sistema de ar-condicionado deve filtrar continuamente o material particulado trazido pelo ar exterior e os gerados internamente e transportados pelo ar recirculado, a fim de reduzir a acumulação de poluentes nos equipamentos e dutos do sistema e contribuir para reduzir sua concentração no recinto a níveis aceitáveis.

Os filtros estipulados devem ser instalados nas unidades de tratamento de ar a montante das serpentinas de troca de calor. Havendo dois estágios de filtragem, os filtros do segundo estágio devem ser instalados após a descarga das unidades de tratamento de ar.

Quanto à captação de ar, esta deve ser obrigatoriamente realizada na parte externa da edificação. Deve-se, ainda, serem respeitadas as distâncias mínimas de possíveis fontes de poluição, de acordo com a tabela a seguir.

Por fim, os condutos utilizados para suprimento de ar exterior devem ainda atender aos seguintes requisitos:

  • ser de uso exclusivo para a condução deste ar, não podendo ser compartilhados com qualquer outro sistema;
  • minimizar o acúmulo e a emissão de material particulado, e outras sujidades;
  • ser de fácil limpeza ou substituição;
  • não permitir o surgimento de pontos de umidade.

9. Avaliação, higienização e suas frequências (NBR 15484)

A NBR 15484, na Tabela 1 – Ações de avaliação, higienização e suas frequências, apresenta a listagem de atividades de manutenção e conservação de um sistema de ar-condicionado e ventilação e seus componentes, assim como determina a frequência que cada uma dessas atividades deve ser realizada.

Tabela 1: Ações de avaliação, higienização e suas frequências (NBR 15484).