MINISTRIO DA EDUCAO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

ANLISES ACSTICAS PARA INSTALAO DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO

por

Carlos Henrique Lagemann

Dissertao para obteno do Ttulo de

Mestre em Engenharia

Porto Alegre, Maro de 2008

ANLISES ACSTICAS PARA INSTALAO DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO

por

Carlos Henrique Lagemann

Engenheiro Mecnico

Dissertao submetida ao Corpo Docente do Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Mecnica, PROMEC, da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio

Grande do Sul, como parte dos requisitos necessrios para a obteno do Ttulo de

Mestre em Engenharia

rea de Concentrao: Mecnica dos Slidos

Orientador: Prof. Dr. Alberto Tamagna

Aprovada por:

Profa. Dra. Letcia Fleck Fadel Miguel

Prof. Dr. Paulo Otto Beyer

Prof. Dr. Rafael Antnio Comparsi Laranja

Prof. Dr. Flvio Jos Lorini

Coordenador do PROMEC

Porto Alegre, 31 de maro de 2008

AGRADECIMENTOS

Agradeo minha esposa pela compreenso, apoio e carinho.

Aos familiares pelo apoio e por compreenderem as ausncias.

empresa Springer Carrier por possibilitar a realizao deste curso e apoiar o desenvolvimento deste trabalho, disponibilizando prottipos e laboratrios para todos os testes

realizados. Pelos desafios confiados.

i

RESUMO

A instalao inadequada de grandes sistemas de ar condicionado pode ter como

conseqncias a gerao de conflitos com a comunidade local e o desencadeamento de processos

judiciais, envolvendo elevados montantes, visto que o rudo gerado por estes equipamentos pode afetar a vida de muitas pessoas. O desligamento destas unidades, por ordem judicial, geralmente impede o funcionamento de hotis, shopping centers, centrais de informtica e processos

industriais.

Este trabalho visa fornecer subsdios tcnicos para equipes de projeto de instalao destes equipamentos, formadas por projetistas, engenheiros e arquitetos. Neste sentido, busca-se apresentar a anlise e possveis solues de forma prtica. necessrio que o projeto de instalao destes equipamentos seja robusto, levando em conta todos os aspectos pertinentes. O ponto inicial de qualquer projeto deve ser o mapeamento da regio onde os equipamentos sero instalados, buscando identificar o rudo j existente nos horrios em que os equipamentos estaro em operao. A partir desta anlise, identifica-se qual o nvel de rudo ideal para a aplicao,

levando-se em conta a distncia disponvel entre os equipamentos e a comunidade, a legislao

vigente e tipos de equipamentos oferecidos pelo mercado.

So apresentadas solues para atenuao de rudo em casos crticos em que os

aspectos mencionados no foram levados em considerao ou no puderam ser aplicados.

Mostra-se a influncia da instalao de atenuadores de rudo no rendimento das centrais de

refrigerao e estima-se o custo de implementao. Mostra-se a construo e aplicao dos

conceitos propostos e so analisadas instalaes visitadas no decorrer deste trabalho.

ii

ABSTRACT

Acoustic analyses for installation of Air Conditioning Systems

An inadequate installation of large air conditioning systems can create neighborhood

conflicts and lead to great legal expenses, due to the fact that these equipment noise can affect

the normal way of living of these people. If these units were turned off by a judicial request, the operation of hotels, malls, information nucleus and industrial process may be suspended.

This work is supposed to give the technical basis to installation project teams, which are formed by engineers and architects. In this sense, this work intends to present analysis and

possible solutions in a practical way. The installation project must be strong according to their own peculiar aspects. Any project must start with the recognition of the area where the equipment are going to be installed, aiming the identification of the noise level in place during

specific periods when the apparatus will operate. Through these analyses it will be possible to

identify the noise level and the correct equipment to be installed, the distance between equipment

and neighborhood in order to comply with current Legislation.

This work will show solutions for noise attenuation for special cases in which these

aspects were not considered or could not be applied. The influence of noise attenuation on large

air conditioning systems performance is presented, as well as the installation costs. The

construction and application of the proposed concepts are presented too. Analyses of installations

visited during this work are also mentioned.

iii

NDICE

Pg.

1.INTRODUO............................................................................................................................1 1.1 Objetivos....................................................................................................................................2 1.2 Motivao..................................................................................................................................2

2. REVISO BIBILIOGRFICA....................................................................................................4 2.1 Som.....................................................................................................................................................4

2.2 Silenciadores resistivos.................................................................................................................7

3. HISTRICO.......................................................................................................................................9 4. LEGISLAO................................................................................................................................11 5. PROPAGAO DO SOM..........................................................................................................13 6. TORRES DE RESFRIAMENTO...............................................................................................16

7. PROJETOS DE ATENUADORES DE RUDO.......................................................................18 7.1 Limitaes utilizao de atenuadores de rudo.....................................................................18

7.2 Avaliao das fontes de rudo....................................................................................................19

7.3 Aspectos conceituais................................................................................................................25

8. ESTUDOS DE CASOS.............................................................................................................28

8.1 Aplicao de atenuadores de rudo em chillers de 120 TR (422 kW).....................................28 8.2 Aplicao de atenuadores de rudo em condensadoras split....................................................34

9. NOVO CONCEITO DE ATENUAO PARA VENTILAO............................................40 10. ANLISE FINANCEIRA DAS PROPOSTAS.......................................................................47 11. EFEITOS DA INSTALAO DE ATENUADORES DE RUDO........................................48 12. DESENVOLVIMENTO DE JAQUETAS ACSTICAS.......................................................50 13. CONCLUSES E SUGESTES DE CONTINUIDADE.......................................................56 13.1 Concluses.............................................................................................................................56

13.2 Sugestes de continuidade.....................................................................................................57

14. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.....................................................................................58 ANEXO 1......................................................................................................................................59

APNDICE 1................................................................................................................................68 APNDICE 2.................................................................................................................................71 APNDICE 3.................................................................................................................................72

iv

LISTA DE SMBOLOS

AT Atenuao de rudo calculada pela frmula de Sabin [dB/m] Btu/h Unidade trmica britnica. Cada Btu/h equivale a 0,293071 W [Btu/h] COP Relao entre capacidade de refrigerao e consumo energtico na mesma unidade de

medida (watt) [COP] dB Decibel [dB] dB(A) Nvel de presso sonora ponderada pela escala A [dB(A)] De Permetro da seo [m] Hz Freqncia [Hz] Pa Presso em pascal [Pa] RPM Rotaes por minuto [RPM] S rea da seo [m2] TR Tonelada de refrigerao. Capacidade de refrigerao equivalente a 3517W ou

12.000 Btu/h [TR] W Potncia [W] Coeficiente de absoro sonora [adimensional]

v

NDICE DE FIGURAS

Fig. TTULO Pg.

1.1 Central de ar condicionado utilizado em hotel de grande porte 3

2.1 Curva de ponderao A que reflete a resposta do ouvido humano 6

3.1 Berrio do Pittsburghs Allegheny General Hospital 9

3.2 Foto publicitria de um dos primeiros modelos produzidos em srie 10

5.1 Modelo de Beranek para reduo do nvel de rudo em funo da distncia 13

5.2 Prottipo utilizado na medio do nvel de rudo em funo da distncia 14

5.3 Atenuao de rudo em funo da distncia. Modelo terico versus prottipo 15

6.1 Trs torres de resfriamento (a) e nove torres de resfriamento (b) 16 7.1 Duto de 3,8 metros na descarga dos ventiladores [Carrier Colmbia] 18 7.2 Representao de um chiller com condensao a ar 20

7.3 Conceito proposto por Lagemann, 2003 (a) e vista superior (b) 20 7.4 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003 (a) e vista superior do prottipo (b) 21 7.5 Clulas de atenuao (a) e duto para atenuao da descarga (b) 22 7.6 Tela do IPM 23

7.7 Enclausuramento de Chiller a ar 24

7.8 Tratamento acstico na descarga dos ventiladores 24

7.9 Duto em perspectiva (a) e composio do duto (b) 25 7.10 Estrutura de uma clula de atenuao (a) e conjunto de clulas (b) 25 8.1 Instalao original dos chillers (a) e torre com 80 metros de altura prxima as mquinas

refletindo o rudo dos chillers para as residncias vizinhas (b) 29 8.2 Vista superior de uma das unidades 29

8.3 Montagem das clulas de atenuao 30

8.4 Vista lateral dos chillers com atenuao (a) e painel de controle (b) 31 8.5 Lateral do equipamento com fechamentos 31

8.6 Projeto em CAD dos fechamentos inferiores 32 8.7 Dutos retangulares na descarga dos ventiladores 32

8.8 Vista interna da nova instalao 34

8.9 Vista externa da edificao com grandes clulas de atenuao 34

vi

8.10 Condensadoras split de 36.000 Btu/h (10,55 kW) 35 8.11 Comparativo dos coeficientes de absoro do poliuretano versus l de rocha 36

8.12 Vista explodida frontal (a) e vista explodida traseira (b) 37 8.13 Vista lateral do enclausuramento (a) e vista traseira (b) 37 8.14 Espectro da condio original, com o enclausuramento e na condio final com os

atenuadores 38

8.15 Atenuao de rudo versus freqncia. Na cor laranja, com a instalao do enclausu- ramento e, em azul, aps a adio dos atenuadores 39

9.1 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003 40

9.2 Grande quantidade de clulas de atenuao necessrias para uma atenuao efetiva 41

9.3 Novo prottipo 41

9.4 Nova plataforma de chillers que utiliza condensadores em estrutura modular 42

9.5 Vista superior de um dos ventiladores do prottipo 42

9.6 Suporte com 500 mm de altura apoiado na estrutura original 43

9.7 Duto na tomada de ar do ventilador 44

9.8 Aspecto externo do novo conceito de atenuador de rudo 44

9.9 Cilindros concntricos nos dois dutos envoltos por l de rocha 45

9.10 Atenuao de rudo com a instalao do novo conceito e em funo da distncia 46

11.1 Variao da capacidade de refrigerao em funo da queda de vazo 48

11.2 Queda na performance do equipamento em funo da reduo da vazo 49 12.1 Espectro gerado por compressor parafuso 50

12.2 Estrutura com dimenses e formato similar ao compressor parafuso 51

12.3 Prottipo de jaqueta acstica 51 12.4 Espectro medido com vrias composies de materiais para jaquetas acsticas 53 12.5 Anlise em 1 e 2 kHz 54

12.6 Jaquetas acsticas instaladas em um chiller com condensao gua e capacidade

superior a 300 TR (1055 kW) 55

vii

NDICE DE TABELAS

Tabela TTULO Pg.

2.1 Nveis de correo da curva de ponderao A 7

4.1 Valores recomendados pela NBR 10.152 12

6.1 Variao do nvel de rudo gerado pelas torres de resfriamento em funo da distncia 17

7.1 Coeficientes de absoro acstica para mantas de l de rocha com 50 mm de espessura 26

7.2 Comparativo entre a atenuao calculada versus obtida 26

7.3 Comparativo entre atenuao calculada e medida por freqncia 27

8.1 Medies de rudo na residncia do reclamante 33

8.2 Absoro calculada por freqncia 36

10.1 Estimativa de custos do conceito com clulas de atenuao 47

10.2 Estimativa de custos do conceito com dutos 47

viii

1

1. INTRODUO

H vrias dcadas os sistemas de ar condicionado so amplamente utilizados. Em

1902, o engenheiro Willys Carrier desenvolveu o primeiro processo mecnico, que permite

retirar calor do ar, sendo que a primeira aplicao consistia em controlar a temperatura e a

umidade do processo de impresso de uma grfica, j que, nos meses quentes de vero, o papel absorvia umidade do ar e se dilatava, gerando imagens borradas. No mesmo ano, instalou um

sistema de condicionamento de ar em um berrio de partos prematuros. Atravs da introduo

de umidade extra no ambiente, ajudou a reduzir a mortalidade infantil causada por desidratao [Springer Carrier, 1990]. Nos anos 20, atravs do desenvolvimento de um novo fluido refrigerante, o ar

condicionado tornou-se mais acessvel ao pblico, sendo instalados sistemas em teatros, lojas e prdios pblicos dos Estados Unidos. Nos anos 50, iniciou-se a produo em massa de unidades

residenciais. Em 1958, a Springer lanou o primeiro condicionador de ar de janela da Amrica Latina [Springer Carrier, 1990]. Atualmente a principal aplicao dos condicionadores de ar o conforto trmico,

indispensvel para bom desempenho profissional em muitas reas, bem estar e sade de forma

geral. Outras aplicaes destes sistemas esto ligadas ao controle de temperatura de uma ampla

gama de atividades, podendo ser destacadas as atividades industriais, farmacuticas, hospitalares

e centros de processamento de dados [Springer Carrier]. O tamanho total do mercado de Centrais de Ar Condicionado (chillers) no Brasil de

aproximadamente 180.000 toneladas de refrigerao (633.034 kW) ao ano, em 2007. Cada tonelada de refrigerao (TR) equivale a 12.000 Btu/h (3,517 kW). Considerando que deste volume 44% composto por chillers de condensao a ar, este mercado gira em torno de 79.200

TR (278.535 kW). O mercado de mquinas com condensao a ar vem diminuindo nos ltimos anos, pela importao de grandes centrfugas, chillers com condensao gua, caracterizados

pela utilizao de um nico compressor de grande capacidade, na faixa de 500 TR (1758 kW) [Springer Carrier].

Alm dos processos industriais, grandes instalaes comerciais como, por exemplo,

hotis e shopping centers tambm necessitam de sistemas de ar condicionado de grande porte.

Estes sistemas possuem alta vazo de ar e grandes compressores. Dependendo do sistema

selecionado e dos aspectos considerados no projeto de instalao, o elevado nvel de rudo

2

gerado por estes equipamentos pode causar vrios aborrecimentos, incluindo disputas judiciais que envolvem altos numerrios.

1.1 Objetivos

O objetivo desta dissertao fornecer subsdios de ordem prtica a engenheiros, projetistas e arquitetos para que possam selecionar os sistemas de ar condicionado mais indicados a cada situao e para que estes sejam instalados da melhor maneira, evitando problemas relacionados ao rudo gerado pelos equipamentos. Para os casos em que no foi

possvel aplicar os conceitos propostos ou em que j exista algum inconveniente gerado pelo alto nvel de rudo destas mquinas, so apresentados mtodos para atenuao de rudo, seja pelo afastamento da mquina do reclamante ou pela instalao de atenuadores de rudo.

1.2 Motivao

Em alguns casos, solues em refrigerao so vendidas sem o projeto de instalao do equipamento adequadamente desenvolvido pelo respectivo canal de vendas. Aps o incio de

operao o comprador passa a conviver em conflito com a comunidade ou com seus prprios

clientes.

H notcias de vrios casos judiciais, envolvendo elevados montantes financeiros. Os atingidos pelo alto nvel de rudo gerado por determinados sistemas de refrigerao, doravante

denominados de reclamantes, tem o seu direito tranqilidade assegurado, o que pode levar ao

desligamento de grandes equipamentos de refrigerao essenciais para o conforto de grandes

estabelecimentos ou para processos industriais que necessitem de refrigerao.

A figura 1.1 mostra uma central de ar condicionado, nas proximidades de um hotel

de elevado padro em Manaus/AM. possvel perceber que toda fachada est prxima dos chillers. A soluo acstica adotada foi a instalao de janelas especiais e de alto custo em todos os apartamentos dos mais de 15 andares. Entretanto, como a fonte no foi tratada, o rudo

perturba os hspedes nas reas livres e piscinas do trreo.

3

Figura 1.1 Central de ar condicionado utilizado em hotel de grande porte

Os grandes fabricantes de equipamentos de refrigerao possuem tecnologia e know-

how suficientes para desenvolver mquinas com nveis de rudo bem inferiores aos atuais,

entretanto o custo do produto seria muito maior. Uma das possibilidades seria a utilizao de um

nmero maior de ventiladores, cada qual com baixa vazo e rudo, o que implicaria em

considervel aumento no tamanho dos trocadores de calor, compostos basicamente por cobre e

alumnio, commodities de alto custo e com crescente valorizao no mercado. Na atual

conjuntura, cabe ao instalador uma ateno especial no projeto de instalao a fim de evitar futuros transtornos.

4

2. REVISO BIBILIOGRFICA

2.1 Som

O som se caracteriza por flutuaes de presso em um meio compressvel. No

entanto, no so todas as flutuaes de presso que produzem a sensao de audio quando

atingem o ouvido humano. A sensao s ocorrer quando a amplitude destas flutuaes e a

freqncia com que elas se repetem estiver dentro de determinada faixa de valores. Desta forma,

flutuaes de presso com amplitudes inferiores a certos mnimos no sero audveis (limiar da audio), como tambm, ondas de nvel alto, tais como nas proximidades de turbinas gs e msseis, podem produzir uma sensao de dor ao invs de som. Pode-se assumir que rudo todo

e qualquer som no agradvel [Gerges, 2000]. O som uma forma de energia que transmitida pela coliso das molculas do meio,

umas contra as outras, sucessivamente. Portanto, pode ser representado por uma srie de

compresses e rarefaes do meio em que se propaga, a partir da fonte sonora [Gerges, 2000]. Teoricamente o som se propaga em forma de ondas esfricas a partir de uma fonte

pontual. Duas situaes podem dificultar este modelo simples: a presena de obstculos na

trajetria de propagao e em campo aberto, a no uniformidade do meio, causada por ventos e/ou gradientes de temperaturas [Gerges, 2000]. Um longo tempo de exposio a um nvel de rudo alto pode causar sobrecarga do

corao causando secrees anormais de hormnios e tenses musculares. O efeito destas

alteraes aparece em forma de mudanas de comportamento, tais como nervosismo, fadiga

mental, frustrao, prejuzo no desempenho do trabalho, provocando tambm altas taxas de ausncia no trabalho. Existem queixas de dificuldades mentais e emocionais que aparecem como

irritabilidade, fadiga e mal-ajustamento em situaes diferentes e conflitos sociais entre operrios expostos ao rudo [Gerges, 2000].

O ouvido humano responde a uma larga faixa de intensidade acstica, desde o limiar da

audio at o limiar da dor. Por exemplo, a 1000Hz a intensidade acstica capaz de causar a

sensao de dor 1012 vezes a intensidade acstica capaz de causar a sensao de audio. visvel a dificuldade de se expressar em nmeros de ordem de grandeza to diferentes numa

mesma escala linear, portanto usa-se a escala logartmica, representada pelo decibel (dB). Um valor de diviso adequado a esta escala o log10, sendo que a razo das intensidades do exemplo

acima seria representada por log1012, ou 12 divises de escala. Portanto, um decibel corresponde

5

a 100,1=1,26, ou seja, igual a variao na intensidade de 1,26 vezes. Uma mudana de 3 dB corresponde a 100,3=2, ou seja, dobrando-se a intensidade sonora tem-se apenas um acrscimo de 3 dB [Gerges, 2000]. Outro aspecto importante da escala dB que ela apresenta uma correlao com a

audibilidade humana, muito melhor que a escala absoluta (Pa). Um (1) dB a menor variao que o ouvido humano pode perceber. Um acrscimo de 6 dB no nvel de presso sonora equivale

a dobrar a presso sonora [Gerges, 2000]. No estudo do som em ar condicionado as propriedades mais importantes so a

presso e a potncia sonora. Enquanto as variaes de presso produzidas na atmosfera por uma

fonte podem ser medidas diretamente, a potncia sonora no pode. Ela deve ser calculada a partir

da presso sonora, conhecendo-se as caractersticas da fonte e a influncia do ambiente onde se

encontra a fonte [Gerges, 2000]. A presso sonora o que efetivamente aciona o mecanismo auditivo, sendo utilizada

para estudar o efeito fisiolgico do som no ouvido humano. A potncia, por sua vez, utilizada

para especificar o som gerado por um dado equipamento. Enquanto a presso sonora uma

perturbao audvel da atmosfera, cuja intensidade influenciada pelo ambiente e a distncia da fonte, a potncia sonora essencialmente uma caracterstica de uma fonte e representa a

quantidade de energia acstica presente nela. A presso sonora medida em pascal (Pa) enquanto que potncia medida em watt (W) [Gerges, 2000].

Um meio de analisar o rudo medido a utilizao de filtros, que so utilizados tanto

para determinao de nveis quanto para diagnstico. Os filtros mais comuns so curva de

ponderao A, filtros de banda de oitava e de 1/3 de oitava. Ainda h alguns analisadores de

rudo que vm com filtros eletrnicos para bandas mais estreitas como 1/12 e 1/24 de oitava

[Gerges, 2000]. O ouvido humano mais sensvel s altas freqncias do que s baixas. Esta

sensibilidade, em funo da freqncia, varia tambm de acordo com a intensidade do som. No

caso de sons na faixa de 70 a 80 dB, o ouvido humano tem uma resposta mais achatada, ou seja, no h tanta variao da percepo com a freqncia. No caso de sons de menor intensidade, 40

dB, por exemplo, o ouvido humano muito mais sensvel a sons na faixa de freqncia de 1 a 4

kHz. A curva de ponderao A, da figura 2.1, busca aproximar esta resposta do ouvido

humano, atenuando os sons de baixa freqncia e aceitando sons de mdia e alta freqncia com

pouca ou at sem atenuao [Gerges, 2000].

6

Figura 2.1 Curva de ponderao A que reflete a resposta do ouvido humano

Nos filtros de bandas de freqncias por convenincia, o espectro audvel dividido

em bandas de freqncias, cada uma sendo uma faixa contnua de freqncias identificada por

uma freqncia central. Por exemplo, nas oitavas, a freqncia mais alta de cada banda o dobro

da mais baixa. A largura de banda de um filtro de oitava de aproximadamente 70% da

freqncia central. A fim de se ter uma melhor definio de tons no espectro, cada oitava pode

ser dividida em faixas de freqncias menores. As padronizaes so 1/3, 1/12 e 1/24, sendo que,

em cada uma, as oitavas so divididas em 3, 12 e 24 vezes, respectivamente, aumentando a

definio e diminuindo a largura da faixa em anlise. As bandas de freqncia so obtidas

utilizando-se filtros eletrnicos do tipo passa-banda, os quais admitem freqncias dentro de sua

faixa de aplicao e rejeitam as demais [Gerges, 2000]. A tabela 2.1 a seguir mostra os nveis de correo utilizados por bandas de freqncia de oitava e 1/3 de oitava.

7

Tabela 2.1 Nveis de correo da curva de ponderao A

Freqncia central da banda

de oitava

Freqncia central da banda de 1/3 de

oitava Correo de dB linear

para dB (A) 100 - 19,1 125 - 16,1 125 Hz 160 - 13,4 200 - 10,9 250 - 8,6 250 Hz 315 - 6,6 400 - 4,8 500 - 3,2 500 Hz 630 - 1,9 800 - 0,8 1000 0 1000 Hz 1250 + 0,6 1600 + 1 2000 + 1,2 2000 Hz 2500 + 1,3 3150 + 1,2 4000 + 1 4000 Hz 5000 + 0,5 6300 - 0,1 8000 - 1,1 8000 Hz 10000 - 2,5

2.2 Silenciadores resistivos

Os silenciadores resistivos consistem em duto circular ou retangular revestido

internamente com materiais de absoro acstica, alm de, em alguns casos, haver a presena de

clulas divisoras paralelas do mesmo material. A presena das clulas divisrias tem por objetivo colocar a maior parte da energia sonora em contato com os materiais absorventes [Gerges, 2000]. De acordo com Gerges, 2000 a eficincia de um silenciador resistivo depende dos

seguintes fatores:

- Caractersticas acsticas dos materiais do revestimento usado e sua fixao e proteo.

- Espessura e comprimento dos materiais absorventes utilizados.

- Formas e dimenses dos espaos de passagem de ar.

Nas freqncias onde a largura do duto (ou raio) menor do que um quarto do comprimento da onda acstica (somente existem ondas planas), a reduo da presso acstica quadrada dada por:

8

(p)2 = kex (1)

onde:

k uma constante;

o coeficiente de absoro sonora dos materiais de revestimento;

x o comprimento dos materiais.

Ento, a atenuao AT em dB por metro [dB/m] dada por:

AT = 10 log e = 4,34 (2)

Nesta equao foram consideradas apenas ondas acsticas planas, sem reflexo. Na

prtica, entretanto, existem ondas incidentes, ondas refletidas e ondas transversais no duto.

Portanto, deve-se usar a seguinte equao de Sabin:

AT = 1,05 x 1,4 x (De / S) [dB/m] (3)

Sendo AT a atenuao obtida em decibel por metro de comprimento de duto ou

atenuador, o coeficiente de absoro acstica do material para cada freqncia, De o permetro

de material absorvente e S a rea de seo interna. A equao (3) mostra que a atenuao linearmente proporcional ao comprimento dos materiais usados. A equao (2) mostra que a atenuao em dB linearmente proporcional ao comprimento dos materiais usados e ao

coeficiente de absoro.

Hipteses da equao (3): - a relao entre altura e largura deve estar entre 1 e 2;

- a menor largura deve estar entre 15 e 50 cm;

- o coeficiente de absoro () deve ser menor ou igual a 0,8; - preciso esperada de 10%;

- se o duto for revestido nos 4 lados, a atenuao obtida atravs da soma aritmtica das

atenuaes de cada par de paredes.

9

3. HISTRICO

Willys Carrier desenvolveu em 1902 o primeiro processo mecnico que permite

retirar calor do ar. Em 1914, Carrier produziu a primeira unidade condicionadora de ar para

atender os problemas especficos de uma empresa grfica, chamada Sackett-Wilhelms

Lithography and Publishing Co., situada em Nova York, nos Estados Unidos. Esta empresa

estava tendo problemas com trabalhos de impresso durante os meses quentes de vero. O papel,

absorvendo umidade do ar, estava se dilatando, o que gerava imagens borradas ou escuras.

Carrier desenvolveu uma mquina que fazia circular o ar por dutos artificialmente resfriados.

Este processo, que controlava a temperatura e umidade, foi o primeiro exemplo de

condicionamento de ar contnuo por processo mecnico [Springer Carrier, 1990]. Em 1914 foi realizada a primeira aplicao residencial de sistema de ar condicionado

em uma manso localizada na cidade de Minneapolis, EUA. No mesmo ano, tambm foi

concluda a primeira instalao hospitalar de um sistema de ar condicionado. O sistema,

instalado em um berrio de partos prematuros no Pittsburghs Allegheny General Hospital

(figura 3.1), introduzia umidade extra no ambiente do berrio, ajudando a reduzir a mortalidade infantil causada por desidratao [Springer Carrier, 1990].

Figura 3.1 - Berrio do Pittsburghs Allegheny General Hospital

10

Na dcada de 20, foi desenvolvido o Dilene, fluido refrigerante que substituiu a

amnia nos sistemas condicionadores de ar. O ar condicionado tornou-se mais acessvel ao

pblico, sendo instalados sistemas condicionadores de ar em cinemas, teatros, lojas de departamentos e prdios pblicos dos Estados Unidos, inclusive o Senado Americano em 1928 e

os escritrios executivos da Casa Branca em 1930 [Springer Carrier, 1990]. Os vages da ferrovia B&O foram os primeiros veculos de passageiros a possurem

condicionadores de ar, em 1930. Tambm nos anos 30, Carrier desenvolveu um sistema que

viabilizou o ar condicionado em arranha-cus. A distribuio de ar em alta velocidade, atravs de

dutos Weathermaster, criada em 1939, economizava mais espao que os sistemas utilizados na

poca [Springer Carrier, 1990]. No final da dcada de 30, foi desenvolvido um fluido refrigerante no inflamvel o

freon, que tornou as unidades condicionadoras de ar mais seguras, baratas e possibilitou o

desenvolvimento de mquinas com menores capacidades. Com isso surgiram as primeiras

unidades condicionadoras de ar residenciais [Springer Carrier, 1990]. Durante a dcada de 40, pequenos estabelecimentos comerciais passaram a utilizar

condicionadores de ar, tendo esses ainda custo muito alto para a aplicao residencial. Somente

nos anos 50, iniciou-se a produo em massa de unidades relativamente eficientes para

aplicaes residenciais, tornando-as acessveis aos consumidores de classe mdia dos Estados

Unidos. Estas unidades foram os primeiros aparelhos condicionadores de ar individuais

fabricados. Na figura 3.2, uma foto publicitria de um dos primeiros modelos produzidos em

srie [Springer Carrier, 1990].

Figura 3.2 Foto publicitria de um dos primeiros modelos produzidos em srie

11

4. LEGISLAO

A avaliao dos impactos ambientais gerados pela fonte de rudo em questo depende

da legislao aplicada. Pode-se citar a legislao aplicada em Porto Alegre como uma das mais

rgidas em mbito nacional, de acordo com as pesquisas realizadas no decorrer deste trabalho. A

Secretaria do Meio Ambiente (SMAM) de Porto Alegre fixa como tolerncia mxima, o aumento de cinco (5) decibis em relao ao rudo de fundo. O rudo de fundo medido na residncia ou estabelecimento do reclamante no horrio mais crtico - geralmente durante a madrugada quando

os rudos do trnsito e demais rudos urbanos so menores - com a fonte de rudo em questo

desligada. Aps a medio, a fonte ligada e realiza-se novamente a medio. A diferena entre

os valores medidos nos dois momentos deve ser inferior a cinco decibis, para que a utilizao da

fonte geradora seja permitida. Assim sendo, o rudo mximo permitido, gerado por equipamentos ou casas noturnas, depende da regio em que esto situados.

Em mbito nacional, os nveis de conforto acstico seguem as recomendaes da

NBR 10152, mostrados na tabela 4.1 a seguir. Para cada ambiente so determinados nveis de

rudo que classificam o ambiente como confortvel ou no. Essas faixas de valores dependem da

localizao do ambiente, de como ocupado ou utilizado, se existem mquinas ou equipamentos,

etc.

12

Tabela 4.1 Valores recomendados pela NBR 10.152

Locais dB(A) Hospitais Departamentos, enfermarias, centros cirrgicos 35 - 45 Laboratrios, reas para uso do pblico 40 - 50 Servios 45 - 55 Escolas Bibliotecas, salas de msica, salas de descanso 35 - 45 Salas de aula, laboratrios 40 - 50 Circulao 45 - 55 Hotis Apartamentos 35 - 45 Restaurante, salas de estar 40 - 50 Portaria, recepo, circulao 45 -55 Residncias Dormitrios 35 - 45 Salas de estar 40 - 50 Auditrios Salas de concertos, teatros 30 - 40 Salas de conferncias, cinemas e de uso mltiplo 35 - 45 Restaurantes 40 - 50 Escritrios Salas de reunio 30 - 40 Salas de gerncia, projetos e administrao 35 - 45 Salas de computadores 45 - 65 Salas de mecanografia 50 - 60 Igrejas e templos (cultos meditativos) 40 - 50 Locais esportivos

Pavilhes fechados para espetculos e atividades esportivas 45 - 60

13

5. PROPAGAO DO SOM

Existem vrios modelos tericos para calcular a reduo do nvel de presso sonora

em funo do afastamento da fonte de rudo. Entretanto, a aplicao destes modelos depende de

uma prvia classificao da fonte, como pontual ou linear, por exemplo, e do meio onde a fonte

est instalada, no sendo possvel apresentar uma soluo genrica.

Na figura 5.1 tem-se o modelo proposto por Beranek, 1991, onde a atenuao de

rudo em funo da distncia, em ambientes abertos, representada pela curva R = . O valor de

R deve ser calculado no caso de instalaes em ambientes fechados (sem aplicao neste trabalho), sendo R uma funo da rea das paredes, volume do ambiente, coeficiente de absoro das superfcies e fator de diretividade da fonte.

Figura 5.1 Modelo de Beranek para reduo do nvel de rudo em funo da distncia

Com o objetivo de ilustrar a reduo do nvel de presso sonora em funo da distncia em uma aplicao real, instalou-se um prottipo em um local que pode representar

vrias situaes reais encontradas em campo, estando o prottipo sobre um piso de concreto, a 3

14

metros de distncia de uma parede de tijolos vista e de uma porta metlica e a 3 metros de um depsito.

O prottipo representa o condensador e o sistema de ventilao de um chiller, visto

que representa a maior parte do rudo gerado por este tipo de mquina com compressores scroll.

Neste prottipo (figura 5.2) tem-se alm do trocador de calor de aproximadamente 3 metros de largura, um moto-ventilador original e outro ventilador com atenuao de rudo.

Figura 5.2 Prottipo utilizado na medio do nvel de rudo em funo da distncia

Foram realizadas medies de rudo afastando-se do prottipo em direo ao local de

onde esta foto foi registrada. Foram medidos os nveis de presso sonora, de 1 a 20 metros de

afastamento, a cada metro.

Cada ventilador do prottipo foi analisado separadamente. Na figura 5.3 o ventilador

situado ao lado direito da foto foi denominado original. Ao ventilador do lado esquerdo

denominou-se atenuador, por utilizar um ventilador com atenuao de rudo.

Os nveis de rudo das duas fontes so diferentes; no grfico compara-se apenas a

reduo do nvel de rudo com a distncia. Os valores de atenuao obtidos so diferentes em

funo dos diferentes formatos das fontes de rudo; o motor e ventilador do lado direito esto

15

expostos, mais prximos do modelo terico que trata a propagao do som como forma de ondas

esfricas a partir de uma fonte pontual.

-25

-20

-15

-10

-5

01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Distncia [m]

Aten

ua

o [d

B]

Terico Original Atenuador

Figura 5.3 Atenuao de rudo em funo da distncia. Modelo terico versus prottipo

Na figura 5.3, verifica-se considervel variao entre o modelo terico e as medies

realizadas. Esta variao justificada pela presena de paredes nas proximidades do prottipo que servem como superfcies reflexivas s ondas geradas pelas fontes (motor e ventilador). Assim, a reduo do nvel de presso sonora em funo da distncia seria menor, estimada em

at trs decibis, se houvesse mais uma parede atrs do prottipo que aumentaria a reflexo em

direo do ponto de medio. Por outro lado, a fixao de materiais absorventes nas superfcies

reflexivas tende a incrementar a atenuao em at trs decibis (valor de referncia) em cada superfcie tratada: piso e paredes laterais, o que aproximaria o resultado terico do obtido nos

experimentos.

As medies de rudo neste trabalho foram realizadas utilizando um sonmetro,

modelo Quest Technologies 2800, classe 2. Quando necessrio aplicou-se o filtro de oitavas OB-100, nas freqncias de 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 e 16000 Hz. Foi

observada a distncia de 1 metro do equipamento em anlise e 1 metro do cho, alm do

afastamento de paredes e cantos para evitar reflexes.

16

6. TORRES DE RESFRIAMENTO

Em instalaes onde o baixo rudo gerado fundamental, geralmente so aplicados

chillers com condensao gua, tornando possvel o total enclausuramento do mesmo em casa

de mquinas. O calor retirado do condensador atravs de um segundo circuito hidrulico e,

aps, rejeitado ao ambiente externo atravs de torres de resfriamento. Nas torres, a gua distribuda a partir da parte superior e recolhida na parte inferior, sendo que utilizado um

grande fluxo de ar em sentido contrrio para aumentar a troca de calor entre a gua quente vinda

do chiller e o ambiente externo.

Na figura 6.1 apresentam-se algumas torres de resfriamento. Cada torre atende at 30

toneladas de capacidade de refrigerao (105 kW). Assim, para capacidades maiores necessrio agrupar vrias torres.

(a) (b) Figura 6.1 Trs torres de resfriamento (a) e nove torres de resfriamento (b)

Na tabela 6.1 apresentam-se os valores de presso sonora para cada torre de

resfriamento de acordo com a distncia entre a torre e o receptor. O padro Standard opera com

ventilador axial em alta rotao (20 Hz ou 1200 RPM) e motor de 6 plos. A rotao reduzida (12 15 Hz) atravs de motores de 8 ou 10 plos nas unidades classificadas como Silenciosas. Evidentemente, a reduo de vazo reduz a capacidade de resfriamento. As unidades

classificadas como Super Silenciosas utilizam ventiladores do tipo centrfugo. Os nveis de

presso sonora e demais informaes sobre os modelos foram fornecidos por empresas do ramo.

17

Tabela 6.1 Variao do nvel de rudo gerado pelas torres de resfriamento em funo da

distncia

0 a 3 m 3,1 a 6 m 6,1 a 9 m 9,1 a 12 m Standard 85 dB 79 dB 74 dB 70 dB

Silenciosa 78 dB 71 dB 66 dB 61 dB Super Silenciosa 67 dB 59 dB 55 dB 52 dB

18

7. PROJETOS DE ATENUADORES DE RUDO

O projeto de instalao de grandes equipamentos de refrigerao deve levar em conta o equipamento mais adequado aplicao, analisando se a melhor opo a utilizao de chiller

com condensao gua, enclausurado em casa de mquinas ou chiller com condensao a ar,

instalado com o devido distanciamento a fim de evitar problemas gerados pelos equipamentos.

Em casos crticos, mesmo com um projeto de instalao bem estruturado, tem-se alm da pequena distncia entre as fontes sonoras e a comunidade, um baixo nvel de rudo de fundo.

Para estas aplicaes torna-se necessrio a utilizao de atenuadores de rudo.

7.1 Limitaes utilizao de atenuadores de rudo

A principal limitao imposta utilizao de atenuadores de rudo a manuteno da

vazo de ar, indispensvel para manter os parmetros de operao do ciclo de refrigerao dentro

da normalidade. Perdas de vazo no condensador resultam em diminuio na capacidade de

refrigerao e eficincia do sistema, aumentando consideravelmente o consumo de energia

eltrica e presses de operao, que em casos extremos levam ao colapso dos compressores. Na

figura 7.1 mostra-se um grande duto de 3,8 metros de extenso, construdo na Colmbia, para

tratamento acstico dos ventiladores, que elevou de tal forma as presses de operao a ponto de

quebrar os compressores aps dois anos de funcionamento [Lagemann, 2003].

(a) (b) Figura 7.1 Duto de 3,8 metros na descarga dos ventiladores [Carrier Colmbia]

19

Alm da anlise financeira, essencial para a viabilidade de qualquer projeto, necessrio projetar um sistema compacto que possa ser instalado no espao fsico disponvel nas instalaes de campo, sem gerar necessidade de reformulao da estrutura das mquinas e troca

de componentes [Lagemann, 2003]. Grande parte dos chillers so utilizados ininterruptamente em aplicaes comerciais

de grande porte (conforto trmico em shopping centers, supermercados, aeroportos e hotis) e em processos industriais (controle de temperatura e umidade, resfriamento de moldes, indstria alimentcia, etc). Nestas aplicaes, os chillers devem estar sempre em perfeitas condies de operao, uma vez que o mau funcionamento ou interrupo do funcionamento causam grandes

prejuzos. Neste caso, as manutenes preventivas e preditivas so essenciais. Como atividades das manutenes preventivas, pode-se citar a limpeza peridica dos trocadores de calor - os

evaporadores utilizados so do tipo casco e tubo ou placas; os condensadores do tipo casco e

tubo ou aletados - troca dos filtros secadores e acompanhamento dos parmetros de

funcionamento do sistema. Parmetros de vibrao dos compressores e resistncia eltrica das

bobinas dos motores dos compressores e motores dos ventiladores so avaliados nas

manutenes preditivas. Diante do exposto, verifica-se a necessidade do fcil acesso aos

equipamentos e seus sistemas, pr-requisito que dificulta muito o projeto e aplicao de atenuadores de rudo.

7.2 Avaliao das fontes de rudo

A importncia de cada componente ventilador ou compressor foi verificada na

partida de um chiller com condensao a ar e capacidade nominal de 80 toneladas de refrigerao

(281 kW), modelo este com grande demanda no mercado. Este equipamento composto por 6 compressores do tipo scroll e 4 ventiladores [Lagemann, 2003].

Em uma ambiente de teste de sistemas de refrigerao de chillers, sem tratamento

acstico e com baixo rudo de fundo (inferior a 50 decibis), aps a partida do primeiro componente (primeiro compressor) mediu-se 73 dB(A). A partir do momento em que o primeiro ventilador foi acionado obteve-se 79 dB(A). Aps isso, com dois compressores e um ventilador ligados, mediu-se 79,8 dB(A). Em seguida, com o funcionamento de dois compressores e dois ventiladores, o nvel de presso sonora elevou-se a 82,8 dB(A). A partir dos dados expostos, verifica-se a importncia majoritria do rudo gerado pelos ventiladores na composio do rudo gerado pelos chillers com compressores scroll [Lagemann, 2003].

20

Na figura 7.2, tem-se a representao de um chiller com condensao a ar. O ar

succionado pelas laterais, na direo dos aletados, passa pelos ventiladores, sendo descarregado

em sentido vertical ascendente [Lagemann, 2003].

Figura 7.2 Representao de um chiller com condensao a ar

O conceito proposto por Lagemann, 2003 (figura 7.3) foi a instalao de dutos na descarga dos ventiladores e clulas de atenuao paralelas compostas por l de rocha e

estruturadas por chapas de ao, na tomada de ar. Nos testes, atravs da variao do espaamento

entre as clulas, verificou-se a melhor relao entre atenuao de rudo e perda de vazo de ar.

(a) (b) Figura 7.3 Conceito proposto por Lagemann, 2003 (a) e vista superior (b)

Este conceito foi testado atravs da construo de um prottipo (figura 7.4), composto por dois trocadores de calor e um ventilador, utilizado no condensador de um chiller.

21

Apenas para ilustrar as dimenses do prottipo, colocou-se um gabinete de um aparelho de ar

condicionado de janela de 7500 Btu/h (2,2 kW) sobre a estrutura do prottipo [Lagemann, 2003].

(a) (b) Figura 7.4 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003 (a) e vista superior do prottipo (b)

Na figura 7.5 (a) a seguir, tm-se clulas de atenuao montadas perpendiculares ao condensador, porm afastadas do mesmo, evitando a perda de rea de troca de calor. As clulas

de atenuao so compostas por duas camadas de 50 mm de l de rocha envoltas em uma tela

polimrica fina, sendo estruturadas por chapas com perfil U. Neste experimento foram

realizadas medies de rudo e vazo de ar variando a quantidade de clulas de atenuao na

tomada de ar do condensador. Obteve-se a vazo de ar do ventilador atravs da soma das vazes

dos dois aletados, que possuem as mesmas dimenses: 1300mm de altura e 1130 mm de largura.

Assim, os aletados foram divididos em 42 regies, ou seja, 7 posies de altura e 6 de largura, distanciadas entre si em 185 mm. importante ressaltar que a entrada de ar ocorre somente atravs dos aletados. As medies de vazo foram realizadas atravs de um anemmetro digital

de hlice encostado nos aletados apoiado atravs de uma barra de 1,5 m, para que no haja interferncia na vazo. O anemmetro utilizado foi calibrado em laboratrio certificado, com

erro de 2%, dentro da faixa de operao de 0,4 a 30 m/s. Adiciona-se ao erro proveniente do

instrumento de medio os erros de paralaxe e provenientes de eventuais amassamentos nos

aletados [Lagemann, 2003]. O duto utilizado na descarga do ventilador, figura 7.5 (b), composto por chapa com cerca de 70% da face perfurada, calandrada em formato circular envolta por uma camada de 50

mm de l de rocha fixa por tela polimrica fina [Lagemann, 2003].

22

(a) (b) Figura 7.5 Clulas de atenuao (a) e duto para atenuao da descarga (b)

A anlise dos testes realizados mostrou que a melhor configurao testada apresentou

atenuao de 9,5 dB e perda de vazo de 3%. A influncia da reduo de vazo de ar no

condensador foi examinada atravs de uma simulao utilizando o programa IPM (Integrated Product Modeling) criado e utilizado unicamente pelas engenharias da Carrier no desenvolvimento dos sistemas de refrigerao. Este programa leva em conta os parmetros

dimensionais dos componentes mecnicos (evaporador, condensador, dispositivo de expanso, compressor e acessrios), presses e temperaturas em vrios pontos do sistema de refrigerao, temperaturas dos ambientes onde o equipamento est operando, curvas de operao do

compressor e ventiladores e interao entre os componentes. Na figura 7.6 a seguir mostra-se a

interface grfica do programa IPM. Na simulao, a perda de vazo foi extrapolada para 5%

considerando um chiller de mdia capacidade (150 TR 528 kW). Como resultado, obteve-se perda de 0,4% na capacidade de refrigerao, aumento de consumo eltrico de 1,5% e

diminuio de 0,5C na temperatura mxima externa de operao do equipamento, sendo

originalmente de 46C. A relao entre a capacidade e o consumo na mesma unidade de medida

(watt) denominada COP e foi reduzida em 1,87 % neste caso [Lagemann, 2003].

23

Figura 7.6 Tela do IPM

No equacionamento utilizado para o dimensionamento dos atenuadores, verifica-se

que a atenuao depende da profundidade das clulas de atenuao e dutos. Sendo a atenuao

calculada em dB/m, estima-se obter resultados de atenuao lineares com o aumento da

profundidade dos atenuadores.

Atravs dos testes com o prottipo, ficou evidenciada a necessidade de tratar

simultaneamente a tomada de ar e a descarga dos ventiladores. Em duas instalaes visitadas em

Fortaleza/CE este aspecto no foi observado. Em ambos os casos, o rudo medido nas

proximidades das mquinas similar ao encontrado em mquinas originais. Alm da atenuao

de rudo insatisfatria, verificou-se a grande perda de carga imposta aos sistemas de ventilao e

os altos valores despendidos.

Na figura 7.7, tem-se a imagem da primeira instalao visitada, montada em um

grande hotel de luxo, onde foi construdo um enclausuramento com pequenas tomadas de ar em

formato de labirinto. Este sistema, alm de oneroso gera grandes prejuzos ao sistema de refrigerao e ao estabelecimento comercial, por elevar consideravelmente o consumo energtico

e reduzir a capacidade de refrigerao, podendo afetar o conforto dos hspedes. Apesar da grande

construo, o enclausuramento no trouxe resultados considerveis por no tratar acusticamente

a descarga dos ventiladores. Foram construdos dutos sem materiais absorventes na descarga dos

ventiladores, apenas para conduzir o fluxo de ar para fora do enclausuramento. Este

enclausuramento foi construdo em funo de um processo judicial que determinava o fechamento do hotel, aps o perodo estipulado, at que o rudo medido no estabelecimento

24

reclamante estivesse de acordo com o especificado pela NBR 10152. Com o fechamento, o hotel

deixaria de faturar R$ 50.000,00 por dia.

Figura 7.7 Enclausuramento de Chiller a ar

Na segunda instalao visitada (figura 7.8), foi realizado somente o tratamento acstico da descarga dos ventiladores, atravs de dutos forrados com material absorvente. Pelo

comprimento dos dutos possvel estimar que a perda de carga imposta superior a presso

disponvel. Novamente tem-se uma aplicao onerosa, com prejuzos para o sistema de refrigerao e atenuao de rudo insuficiente.

Figura 7.8 Tratamento acstico na descarga dos ventiladores

25

Nos dois casos, pela proximidade da vizinhana seria indicada a utilizao de chillers

com condensao gua.

7.3 Aspectos conceituais

Conforme apresentado, o conceito testado por Lagemann, 2003 utiliza um duto na

descarga do ventilador (figura 7.9) e clulas de atenuao (figura 7.10), na tomada de ar, denominados silenciadores resistivos.

(a) (b) Figura 7.9 Duto em perspectiva (a) e composio do duto (b)

(a) (b) Figura 7.10 Estrutura de uma clula de atenuao (a) e conjunto de clulas (b)

Na figura 7.10 (a) tem-se a estrutura a ser preenchida por l de rocha, neste trabalho denominada de clula de atenuao. Na figura 7.10 (b) h um conjunto de clulas de atenuao montadas de forma paralela, utilizadas na tomada de ar dos sistemas de ar condicionado.

26

Um dos principiais fatores para o sucesso de um projeto de atenuao acstica a utilizao de um material com elevadas propriedades acstico-absorventes, durabilidade,

facilidade de manuseio, robustez e custo adequado.

Dentre os materiais acstico-absorventes atualmente oferecidos pelo mercado,

destaca-se a l de rocha. Na tabela 7.1 esto listados os coeficientes de absoro acstica () tpicos para mantas de l de rocha com 50 mm de espessura.

Tabela 7.1 Coeficientes de absoro acstica para mantas de l de rocha com 50 mm de

espessura

Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Coeficiente de Absoro

Acstica () 0,35 0,70 0,90 0,90 0,95 0,90

Com o objetivo de verificar a preciso da equao de Sabin, nas aplicaes testadas por Lagemann, 2003, apresenta-se na tabela 7.2 um comparativo entre a atenuao calculada

versus a obtida. O duto utilizado apresenta dimetro de 870 mm e comprimento de 1,2 m. A

seguir a equao de Sabin em funo do coeficiente de absoro acstica () para o duto utilizado.

AT = 5,8 x 1,4 [dB] (4)

Tabela 7.2 Comparativo entre a atenuao calculada versus obtida

Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 0,35 0,70 0,90 0,90 0,95 0,90

Atenuao calculada (dB) 1,3 3,5 5,0 5,0 5,4 5,0

Atenuao medida (dB) 1,4 5,1 10,3 9,0 9,9 6,7

Diferena 5% 45% 106% 80% 84% 34%

27

A atenuao global obtida com o duto de 1,2 metros foi de 8,3 decibis, ou seja, aproximadamente 7 dB/m. O valor mdio de atenuao calculada foi de 4,2 decibis para o

comprimento total do duto , ou seja, encontra-se um fator de correo emprico de duas vezes. Foram testados vrios distanciamentos entre as clulas de atenuao, buscando

a melhor relao entre atenuao de rudo e reduo na vazo de ar. O melhor espaamento

encontrado foi de 120mm. Simplificando a equao de Sabin em funo do coeficiente , tem-se

a equao a seguir, sendo a altura utilizada na pesquisa anterior de 1300 mm e profundidade de

material absorvente de 260mm. Na tabela 7.3 apresenta-se o comparativo entre atenuao

calculada e medida por freqncia.

AT = 5 x 1,4 [dB] (5)

Tabela 7.3 Comparativo entre atenuao calculada e medida por freqncia

Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 0,35 0,70 0,90 0,90 0,95 0,90

Atenuao calculada (dB) 1,1 3,0 4,3 4,3 4,7 4,3

Atenuao medida (dB) 2,5 4,1 7,1 9,8 9,2 10,3

Diferena 117% 35% 65% 127% 98% 139%

Em termos de atenuao global, obteve-se 9,5 dB, passando para 36,5 dB/m a

atenuao em funo da profundidade das clulas. O valor mdio de atenuao calculada foi de

3,6 dB, obtm-se assim um fator de correo emprico de 2,5 vezes. A grande variao entre o

modelo matemtico e os valores medidos pode ser explicada pelo no atendimento s hipteses

do modelo de Sabin. O desenvolvimento de atenuadores de rudo baseados nos formatos

estudados dutos e clulas de atenuao foi embasado nos resultados prticos.

28

8. ESTUDOS DE CASOS

Os conceitos propostos e verificados por Lagemann, 2003 foram testados em duas

instalaes. Na primeira, para atenuar o rudo gerado por dois chillers e, na segunda, duas

condensadoras split.

8.1 Aplicao de atenuadores de rudo em chillers de 120 TR (422 kW)

Neste caso, dois chillers de 120 toneladas de refrigerao (422 kW) foram instalados no topo de um prdio pertencente a uma empresa de telefonia celular em Porto Alegre.

Provavelmente o projeto desta instalao no levou em conta o rudo gerado pelas unidades, visto que foram instaladas em regio residencial nobre, muito silenciosa. Um processo judicial determinava o enquadramento do nvel de rudo legislao em 3 meses, sob pena de

desligamento das mquinas essenciais para o funcionamento do prdio de oito andares, onde

esto instalados os controles do sistema de telefonia mvel e sistemas de transmisso da antena,

que atende ininterruptamente grande parte da cidade de Porto Alegre.

O dimensionamento da atenuao necessria levou em conta a legislao da SMAM,

que determina que o rudo mximo gerado pela atividade pode acrescentar at cinco decibis ao

rudo de fundo na vizinhana. As medies foram realizadas com os chillers desligados durante a

madrugada aps as 2 horas, momento em que se tem o menor rudo de fundo. Os valores

medidos ficaram na faixa de 40 dB(A). Em um segundo momento, mediu-se o rudo em vrios pontos com um dos chillers em funcionamento e obteve-se o valor mximo de 50 dB(A). Calcula-se que no momento em que os dois chillers estivessem em funcionamento, o rudo

medido seria de 53 dB(A). De acordo com o especificado pela legislao, mostrou-se necessrio atenuar 8

decibis, porm, em funo da presena de uma torre prxima das mquinas, refletindo o rudo

diretamente para a casa de um dos vizinhos, buscou-se atenuao superior, na faixa de 10 a 15

dB. Na figura 8.1 tem-se a instalao original dos chillers. Na figura 8.2, a vista superior de uma

das unidades.

29

(a) (b) Figura 8.1 Instalao original dos chillers (a) e torre com 80 metros de altura prxima as mquinas refletindo o rudo dos chillers para as residncias vizinhas (b)

Figura 8.2 Vista superior de uma das unidades

De acordo com os resultados experimentais de Lagemann, 2003 atravs da colocao

de clulas de atenuao, obteve-se atenuao de 36,5 decibis por metro (profundidade) das clulas. Entretanto nesta aplicao, em funo da necessidade de clulas de maior altura, o que

de acordo com a relao entre permetro e seo calculada pela equao de Sabin reduz

levemente a atenuao obtida, utilizou-se clulas de 480 mm de profundidade, resultando 17,5

decibis de atenuao prevista; ficando acima dos 15 decibis desejados.

30

No duto utilizado na descarga dos ventiladores, obteve-se como resultado atenuao

de 7 decibis por metro de duto, assim utilizou-se 2 metros de dutos.

O item 2, da figura 8.3, serve de estrutura para a fixao da l de rocha. Utilizou-se o

espaamento entre as clulas conforme a melhor relao entre atenuao e perda de vazo

encontrada nos testes.

Figura 8.3 Montagem das clulas de atenuao

Na figura 8.3 busca-se mostrar o afastamento de 200 mm entre as clulas de

atenuao e os aletados, evitando a perda de rea de troca de calor. O perfil vertical utilizado no

apresenta cantos vivos com o objetivo de reduzir a perda de carga. Na figura 8.4 (a), tm-se as clulas de atenuao e dutos na descarga dos ventiladores. Obteve-se atenuao superior a 13 dB a 1 metro da mquina. Na figura 8.4 (b), v-se o acesso desobstrudo ao painel de controle, entretanto, em caso de manuteno do

equipamento ou limpeza dos condensadores necessrio retirar as clulas de atenuao, o que

acarreta considervel mo-de-obra.

31

(a) (b) Figura 8.4 Vista lateral dos chillers com atenuao (a) e painel de controle (b)

Pela proximidade de um muro da lateral das mquinas, optou-se pelo fechamento de

uma das laterais das mquinas para evitar reflexes, como pode ser visto na figura 8.5.

Figura 8.5 Lateral do equipamento com fechamentos

Para evitar que o rudo seja dissipado pela parte inferior dos equipamentos, foi necessrio criar fechamentos inferiores, conforme a figura 8.6 do projeto em CAD.

32

Figura 8.6 Projeto em CAD dos fechamentos inferiores

Na descarga dos ventiladores foram instalados dutos retangulares mostrados na

figura 8.7. Em funo da alta vazo e presso dos ventiladores, alm da fixao da l de rocha

com tela polimrica fina, utilizou-se chapas com rea perfurada superior a 70% para garantir a

fixao. Em caso de necessidade de substituio de motores ou ventiladores, possvel

desmontar a estrutura dos dutos, montadas em mdulos. Um dos pr-requisitos mais importantes

deste projeto foi a construo de componentes que pudessem ser transportados pelo elevador at a cobertura do prdio.

Figura 8.7 Dutos retangulares na descarga dos ventiladores

33

Verificou-se a eficcia da instalao dos atenuadores e atendimento legislao

atravs de novas medies, durante a madrugada, nas proximidades das residncias vizinhas,

onde mediu-se 41,5 dB(A). Assim, mesmo com o funcionamento simultneo do segundo chiller (sobressalente), atende-se legislao que especifica 45dB(A) como rudo mximo para esta aplicao. Na tabela 8.1, medies de rudo na residncia do reclamante.

Tabela 8.1 Medies de rudo na residncia do reclamante

Situao Rudo em dB(A) Rudo de Fundo 40 Rudo com uma mquina em funcionamento 50 Rudo com uma mquina em funcionamento aps a instalao de atenuadores de rudo

41,5

No houve variaes nos parmetros de funcionamento (temperaturas, presses e consumo) dos equipamentos. Pressupe-se perda de vazo nos condensadores inferior a 5%, uma vez que o conceito e os ventiladores utilizados so similares aos utilizados nos testes realizados

por Lagemann, 2003 onde a perda em performance do equipamento foi nfima.

Aps trs anos, voltou-se instalao, para verificar o estado de conservao dos

atenuadores. De acordo com o cliente, mesmo estando em conformidade com a legislao, a

instalao foi refeita por solicitao da vizinhana, tornando o rudo gerado pelos chillers

imperceptvel.

Foram mantidos os dutos na descarga das mquinas e construdas clulas de

atenuao com maior profundidade, passando de 0,480 m para 1 metro de profundidade. Estas

clulas foram fixadas em uma grande edificao ao redor das mquinas, conforme figuras 8.8 e

8.9. O material absorvente utilizado tambm foi l de rocha de alta densidade.

34

Figura 8.8 Vista interna da nova instalao

Figura 8.9 Vista externa da edificao com grandes clulas de atenuao

Esta configurao propicia fcil acesso aos componentes dos chillers e agrega perda

de carga compatvel, entretanto os custos de instalao foram superiores a R$ 100.000,00 conforme informado pelo responsvel pela manuteno da empresa visitada.

8.2 Aplicao de atenuadores de rudo em condensadoras split

A segunda aplicao do conceito foi realizada em duas condensadoras split de 36.000

Btu/h (10,55 kW), instaladas em um prdio residencial, onde uma empresa de telefonia instalou uma pequena antena de transmisso, tornando o funcionamento de uma das unidades contnua,

35

deixando a outra como reserva. A atenuao foi aplicada com o objetivo de facilitar a obteno do Laudo de Operao, uma vez que um dos vizinhos no concordou com a instalao das

condensadoras da empresa, mesmo com vrias outras unidades particulares instaladas nas

proximidades.

Cada condensadora gera 67 dB(A) a 1 metro. No foi informado qual o objetivo de atenuao esperado nem mesmo qual o endereo do reclamante. Assim foram realizadas

medies noturnas, no apartamento mais prximo da instalao a 10 metros de distncia, para

verificar quantos decibis a mquina estava acrescentando ao rudo de fundo. Atravs da anlise

dos resultados, verificou-se que 10 decibis de atenuao seriam suficientes, porm sempre

interessante projetar atenuao superior evitando imprevistos. Na figura 8.10 mostra-se a situao original.

Figura 8.10 Condensadoras split de 36.000 Btu/h (10,55 kW)

O conceito aplicado para os atenuadores foi o testado por Lagemann, 2003 e testado

nos chillers do exemplo anterior, ou seja, clulas absorventes na tomada de ar e um duto na descarga do ventilador.

Com o objetivo de facilitar a manufatura do duto e testar um material alternativo l de rocha, utilizou-se poliuretano colado na parte interna do duto, com 50 mm de espessura e

densidade 36 kg/m3. Esta aplicao facilita a montagem por no ser necessrio ensacar e fixar a

l de rocha atravs de chapas perfuradas.

Na figura 8.11, tem-se o comparativo dos coeficientes de absoro do poliuretano

com a l de rocha de 50 mm utilizada nos desenvolvimentos anteriores. Verifica-se que a espuma

36

de PU possui propriedades absorventes sensivelmente inferiores nas freqncias at 500 Hz,

sendo similares l de rocha com a metade da espessura usual. A densidade dos trs materiais

comparados similar. A utilizao de l de vidro no foi levada em considerao por apresentar

efeitos nocivos sade, no sendo recomendada pela Carrier.

Coeficiente de absoro x freqncias

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz

Manta de l mineral 25 mmManta de l mineral 50 mmEspuma de PU 50 mm = 36 (Sonex)

Figura 8.11 Comparativo dos coeficientes de absoro do poliuretano versus l de rocha

A fim de compensar os coeficientes de absoro inferiores, manteve-se o

comprimento de 1200 mm, sendo que o dimetro do duto utilizado por Lagemann, 2003, foi

reduzido de 870 para 460 mm em funo do menor dimetro deste ventilador. Esta reduo no

dimetro aumentou a atenuao calculada de AT = 5,8 x 1,4 [dB] para AT = 10,4 x 1,4 [dB]. Na tabela 8.2 a seguir, a atenuao calculada por freqncia, est abaixo dos 10

decibis planejados em funo das baixas propriedades do PU.

Tabela 8.2 Absoro calculada por freqncia

Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 0,13 0,34 0,72 0,94 0,9 0,97

Atenuao calculada (dB) 0,6 2,3 6,5 9,5 9 10

Buscando facilitar a montagem das clulas de atenuao, a fim de evitar o corte de l

de rocha, utilizou-se a largura fornecida pelo fabricante de 600 mm para a confeco das clulas

de atenuao, deixando as mesmas com 400 mm de profundidade til. Pelos resultados obtidos

por Lagemann, 2003, onde se obteve proporcionalmente 36,5 decibis por metro de

profundidade; com 400 mm espera-se 14,6 decibis de atenuao atravs das clulas de

atenuao.

37

Alm dos atenuadores de clulas e duto, foi necessrio construir um enclausuramento

acstico para a condensadora em formato de cubo, onde foram utilizadas chapas de ao com dois

milmetros de espessura que fornecem reduo sonora superior a atenuao por absoro. As

chapas foram forradas internamente por l de rocha com o intuito de evitar a reverberao dentro

do enclausuramento, o que amplificaria o rudo gerado.

Com o intuito de facilitar a fabricao e montagem do conjunto, o enclausuramento foi projetado em painis. Foram utilizados painis cegos nas laterais e parte superior. O painel frontal possui abertura circular para encaixe do duto e o painel traseiro abertura retangular para

encaixe das clulas de atenuao.

Na figura 8.12, tem-se a vista explodida frontal e traseira do enclausuramento, duto e

clulas.

(a) (b) Figura 8.12 Vista explodida frontal (a) e vista explodida traseira (b)

Para retirar o enclausuramento formado por uma caixa nica basta retirar o duto e

as clulas de atenuao. Na figura 8.13, o formato final do conjunto.

(a) (b) Figura 8.13 Vista lateral do enclausuramento (a) e vista traseira (b)

38

Com o conjunto montado, obteve-se atenuao de 10 dB. Os resultados obtidos ficaram abaixo do esperado em funo da substituio da l de rocha pelo material poliuretano de

50 mm de espessura.

Na figura 8.14, tem-se o espectro de rudo da situao original com rudo global de

67,3 dB(A). Aps a colocao do enclausuramento sobre a mquina sem o duto e as clulas de atenuao, o nvel de presso sonora foi reduzido para 62 dB(A). A atenuao obtida pode ser considerada expressiva, visto que, neste momento, o duto da descarga do ventilador e as clulas

de atenuao no haviam sido instalados, deixando uma grande rea aberta sem tratamento

acstico. Aps a colocao das clulas de atenuao, mediu-se 56,8 dB(A). Pela anlise dos resultados, verifica-se que a baixa atenuao ocorrida, aps a colocao das clulas de atenuao

e duto, acontece em funo dos baixos coeficientes de absoro do PU nas freqncias inferiores

a 500 Hz.

20

30

40

50

60

70

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

1000

0

Hz

dB ORIGINAL SOMENTE ENCLAUSURAMENTO FINAL

Figura 8.14 Espectro da condio original, com o enclausuramento e na condio final com os

atenuadores

Na figura 8.15, tem-se a atenuao obtida em cada freqncia. Com a colocao do

enclausuramento a atenuao obtida foi similar em todas as freqncias. Em azul, tem-se a

atenuao aps a colocao dos atenuadores, mantendo-se o enclausuramento. Fica evidente a

baixa atenuao nas baixas freqncias.

39

Figura 8.15 Atenuao de rudo versus freqncia. Na cor laranja, com a instalao do enclausuramento e, em azul, aps a adio dos atenuadores

Mediu-se a vazo de ar nas condensadoras antes e depois da instalao dos

atenuadores de rudo e verificou-se queda de 20%, muito superior ao valor medido nos chillers;

isto ocorre em funo do conceito do ventilador ser outro, com menor presso disponvel, no

projetado para a aplicao de dutos. A influncia desta perda de vazo no condensador foi verificada no IPM em

condies normatizadas (rating), com temperatura de bulbo seco de 26,7C e temperatura de bulbo mido de 19,4C (umidade relativa de 50%) no ambiente interno onde tem-se a evaporadora. No ambiente externo, a temperatura padro de bulbo seco de 35C, sendo 24C a

temperatura de bulbo mido (umidade relativa de 40%). Nestas condies, com reduo de 20% de vazo no condensador, obteve-se como resultado reduo de capacidade em 2% e aumento de

consumo de 5%, ou seja, reduo de 6,7% de COP. A presso do refrigerante na descarga do compressor subiu de 2.068 para 2192 kPa. A temperatura externa de operao mxima do

equipamento foi reduzida em 3C, de 45 para 42C. Este resultado, embora significativo, foi

considerado compatvel com o equipamento pelo tipo de aplicao (baixa carga trmica) e por estar instalado em Porto Alegre/RS, onde tm-se altas temperaturas em menos da metade do ano.

Este tipo de tratamento acstico pode ser considerado crtico em regies onde

ocorrem temperaturas mais elevadas, durante o ano, e maiores cargas trmicas atendidas pelos

equipamentos. Em campo, possvel verificar instalaes onde a atenuao muito mais

agressiva ao equipamento, podendo trazer como prejuzo um considervel aumento de consumo energtico e a reduo da capacidade de refrigerao.

40

9. NOVO CONCEITO DE ATENUAO PARA VENTILAO

Conforme j mostrado, realizando-se tratamento acstico em chillers com condensao a ar, obtm-se atenuao praticamente imperceptvel com a instalao de

atenuadores de rudo somente na tomada de ar ou descarga dos ventiladores.

Com o objetivo de desenvolver um sistema de atenuao de rudo com custo que o torne aplicvel em larga escala e tendo em vista que o maior custo do conceito previamente

desenvolvido est nas clulas de atenuao, buscou-se desenvolver um novo conceito composto

apenas por um duto na descarga e outro na tomada de ar de cada ventilador. Este conceito

apresenta como vantagens a baixa perda de carga imposta pelos atenuadores e a manuteno das

caractersticas originais da mquina, possibilitando o acesso aos componentes para operao e

manuteno.

Na figura 9.1, tem-se o prottipo utilizado por Lagemann, 2003 onde foi testada a

melhor relao entre atenuao de rudo e perda de vazo, variando a quantidade de clulas de

atenuao na tomada de ar.

Figura 9.1 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003

Na figura 9.2 a seguir mostra-se a grande quantidade de clulas de atenuao

necessrias para uma atenuao efetiva.

41

Figura 9.2 Grande quantidade de clulas de atenuao necessrias para uma atenuao efetiva

Para a realizao dos testes, utilizou-se um prottipo similar ao utilizado por

Lagemann, 2003 (figura 9.3), porm de uma nova plataforma de chillers que utiliza condensadores em estruturas modulares (figura 9.4). Conforme a capacidade da mquina so adicionados mais condensadores. Obviamente os outros componentes como compressores e

evaporador tambm so alterados.

Figura 9.3 Novo prottipo

42

Figura 9.4 Nova plataforma de chillers que utiliza condensadores em estrutura modular

Na figura 9.5 a seguir mostra-se a vista superior de um dos ventiladores do prottipo

montado de forma horizontal sobre o condensador. O ventilador montado diretamente sobre o

motor, fixo estrutura por duas travessas horizontais. O ventilador possui 900 milmetros de

dimetro e gira a 1100 rotaes por minuto (18,33 Hz), composto por nove ps, possui espessura varivel, ao longo das mesmas, desenvolvido para gerar o menor desconforto acstico

possvel com elevada vazo de ar.

Figura 9.5 Vista superior de um dos ventiladores do prottipo

43

Para tornar possvel a colocao de um duto na tomada de ar, foi necessrio desenvolver

um suporte com 500 mm de altura, apoiado na estrutura original conforme mostra a figura 9.6 a

seguir. Este formato melhora a qualidade do rudo, evitando a passagem das ps prximo a

elementos estruturais fixos, responsvel pelo conhecido rudo de passagem de ps, concentrado

na freqncia de passagem fp e seus harmnicos 2fp, 3fp, etc., onde:

Fp = {(nmero de ps) x (velocidade de rotao [RPM])} / 60 [Hz] (6)

Figura 9.6 Suporte com 500 mm de altura apoiado na estrutura original

As dimenses de 500 milmetros para os dutos da tomada de ar e descarga foram

escolhidas por serem compatveis com o espao disponvel em instalaes. Estima-se que

conforme verificado nos casos anteriores, obtenha-se resultados lineares em decibis por metro

de duto, ou seja, se for necessrio atingir o dobro da atenuao, basta utilizar dutos de um metro na tomada de ar e de um metro na descarga do ventilador.

Na figura 9.7 o duto na tomada de ar substitui a grande quantidade de clulas de

atenuao utilizada no conceito anterior.

44

Figura 9.7 Duto na tomada de ar do ventilador

Na figura 9.8, tem-se o aspecto externo final, com um duto na tomada de ar e outro

na descarga do ventilador. Este conceito no altera as demais caractersticas da mquina,

permitindo o acesso aos seus componentes para operao, reduzindo o tempo e o custo de

manuteno, uma vez que no necessria a retirada dos atenuadores.

No caso de sua produo em linha de montagem, os dutos podem ser fixados

posteriormente, possibilitando o iamento da mquina conforme procedimento atual.

Figura 9.8 Aspecto externo do novo conceito de atenuador de rudo

45

Buscando maximizar a atenuao de rudo com dutos relativamente curtos (500 milmetros), foram adicionados cilindros concntricos nos dois dutos, envoltos por l de rocha, mostrados na figura 9.9. Com relao perda de carga imposta, os dutos reduziram em 3% a

vazo de ar. Aps a adio dos cilindros a vazo foi reduzida em 7% com relao situao

original.

Figura 9.9 Cilindros concntricos nos dois dutos envoltos por l de rocha

Obteve-se como resultado, a 1 metro de distncia, atenuao de rudo de 3 decibis

para o conceito sem os cilindros concntricos e 6 decibis, utilizando o conceito de dutos com

cilindros concntricos. Estas medies foram realizadas em campo aberto, com baixo rudo de

fundo (50 dB(A)) e sem efeitos de reverberao. Na figura 9.10, verifica-se a significativa reduo do nvel de presso sonora nas freqncias entre 1000 e 4000Hz, onde o ouvido humano

possui maior sensibilidade. A ttulo de comparao, foi adicionado no mesmo grfico, uma

medio realizada em um sistema de ventilao original, a 5 metros de distncia com reduo de

7 decibis em funo da distncia, ou seja, o afastamento da fonte de rudo torna-se mais eficiente e econmico do que a instalao de atenuadores de rudo, alternativa necessria para

ocasies em que essa descartada.

46

25

35

45

55

65

75

31,5 Hz 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz 8000 Hz 16000 Hz

Freqncias (Hz)

Nv

el d

e pr

ess

o so

no

ra (dB

)

Original 1 metroAtenuador 1 metroOriginal a 5 metros

Figura 9.10 Atenuao de rudo com a instalao do novo conceito e em funo da distncia

47

10. ANLISE FINANCEIRA DAS PROPOSTAS

Aplicou-se o conceito pesquisado por Lagemann, 2003, clulas de atenuao na

tomada de ar e dutos na descarga dos ventiladores na instalao apresentada anteriormente,

onde foi necessrio atenuar 13 dB em um chiller de mdia capacidade com seis ventiladores.

Conforme mostrado, alm de tratar a tomada de ar nas proximidades dos trocadores de calor,

tambm foi necessrio instalar fechamentos na parte inferior da mquina e lateral prxima de um

muro. O valor total da instalao por mquina em valores atuais superior a R$ 18.700,00 conforme tabela 10.1.

Tabela 10.1 Estimativa de custos do conceito com clulas de atenuao

Este conceito mostra-se muito oneroso pela grande quantidade de chapas utilizadas e

pela relativa complexidade de instalao e manuteno.

O conceito proposto, por atuar diretamente na causa principal do rudo em chillers

com compressores scroll, tem seu custo estimado na ordem de 70% inferior, conforme mostrado

na tabela 10.2, com custo inferior a R$ 6.000,00.

Tabela 10.2 Estimativa de custos do conceito com dutos

Itens comprados R$ 2.540,00 Custo da matria-prima da estamparia R$ 486,00 Custo da mo-de-obra da estamparia R$ 224,00 Pr-montagens e instalao em campo R$ 2.500,00 Total R$ 5.750,00

O levantamento de todos os custos est no apndice, ao final deste trabalho. importante ressaltar que no esto sendo levados em conta os impostos e o custo do frete.

Dependendo da distncia entre o local de manufatura dos atenuadores at o ponto de instalao

dos mesmos, a diferena de custo entre os conceitos pode ser maior ainda, em funo das

menores dimenses dos dutos. O custo da instalao em campo j foi levado em considerao.

R$ 4.490,00 Itens comprados R$ 3.828,00 Custo da matria-prima da estamparia R$ 1.791,00 Custo da mo-de-obra da estamparia

R$ 8.625,00 Pr-montagens e instalao em campo Total R$ 18.734,00

48

11. EFEITOS DA INSTALAO DE ATENUADORES DE RUDO

A restrio vazo de ar dos condensadores traz conseqncias negativas ao

funcionamento das mquinas, podendo levar ao colapso, ao longo do tempo, conforme citado

previamente. Foram realizadas algumas simulaes em IPM para ilustrar estes efeitos. Optou-se

por uma mquina com capacidade de refrigerao de 280 TR (985 kW) operando em condies de normatizadas (rating), reduzindo-se a vazo em at 30%. Em campo so verificadas situaes bem mais agressivas, como aquela encontrada em Fortaleza, onde o equipamento foi

enclausurado.

Na figura 11.1 a variao da capacidade de refrigerao apresentada em watts,

reduzida em 5% com a reduo de 30% na vazo de ar atravs do condensador.

Capacidade

900000905000910000915000920000925000930000935000940000945000950000

65%70%75%80%85%90%95%100%Vazo

Capa

cida

de [W

]

Figura 11.1 Variao da capacidade de refrigerao em funo da queda de vazo

A relao entre a capacidade e o consumo na mesma unidade de medida (watt) denominada de COP. Na figura 11.2 verifica-se a queda de 9,5% neste indicador de performance,

o que indica aumento de 5% no consumo de energia eltrica, alm da queda de 5% na capacidade

de refrigerao mostrada anteriormente.

49

COP

2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

65%70%75%80%85%90%95%100%Vazo

COP

Figura 11.2 Queda na performance do equipamento em funo da reduo da vazo

Supondo o custo mdio da energia eltrica de R$ 0,30 por kilowatt x hora para um equipamento de 280 TR (985 kW), rodando dez horas dirias durante 30 dias, a reduo na vazo de ar em 30% aumenta o valor pago pela energia eltrica de aproximadamente R$ 34.000,00 para R$ 37.500,00 por ms, levando-se em conta o aumento do consumo de energia eltrica e a reduo da capacidade de refrigerao.

50

12. DESENVOLVIMENTO DE JAQUETAS ACSTICAS

Alguns modelos de chillers utilizam compressores do tipo parafuso, especialmente

indicados para processos contnuos, por apresentarem alta capacidade de refrigerao e

durabilidade. Cada compressor possui capacidade de at 80 toneladas de refrigerao (281 kW). Estes compressores emitem um espectro de rudo caracterstico em alta freqncia, conforme

mostrado na figura 12.1.

Figura 12.1 Espectro gerado por compressor parafuso

Conforme pode ser visto no grfico da figura 12.1, destacam-se as faixas de 1 kHz a

4 kHz, exatamente onde h a maior sensibilidade do ouvido humano, tornando este rudo

especialmente incmodo.

Com o objetivo de desenvolver de forma prtica um atenuador de rudo para este tipo de compressor, criou-se uma estrutura de formato e dimenses similares ao mesmo. Dentro desta

estrutura, foi instalada uma fonte de rudo ligada a um gerador que permite a emisso de rudo

em vrias freqncias, como pode ser visto na figura 12.2.

51

Figura 12.2 Estrutura com dimenses e formato similar ao compressor parafuso

importante ressaltar que o motor deste modelo de compressor situa-se dentro da carcaa do compressor, sendo que todo o conjunto refrigerado pelo gs refrigerante, tornando possvel envolver a fonte de rudo com o atenuador denominado jaqueta acstica. Para a realizao dos testes, desenvolveu-se uma jaqueta acstica fixada por velcro, sendo possvel trocar a sua composio, conforme a figura 12.3. Na figura verifica-se a montagem da jaqueta acstica, com duas tampas laterais e um corpo central com 3 metros de comprimento e 1 metro

de largura.

Figura 12.3 Prottipo de jaqueta acstica

52

Alm das caractersticas acstico-absorventes, necessrio que os materiais

apresentem robustez ao desgaste, maleabilidade e sejam auto extinguveis, alm de atender outras especificaes da indstria do ar condicionado. Optou-se em utilizar um material de alta

densidade para atenuar as baixas freqncias e outro material fibroso para absorver as altas

freqncias.

De acordo com Gerges, 2000, nos materiais de absoro sonora (mecanismo resistivo) parte da energia acstica transformada em energia trmica atravs da viscosidade do ar, sendo o que ocorre em materiais porosos (espuma) ou fibrosos (l de vidro, l de rocha, algodo, etc). Os materiais de alta absoro acstica so normalmente porosos e/ou fibrosos. Nos

materiais porosos a energia acstica incidente entra pelos poros e dissipa-se por reflexes

mltiplas e atrito viscoso, transformando-se em energia trmica. Nos materiais fibrosos a energia

acstica incidente entra pelos interstcios das fibras, fazendo-as vibrar junto com o ar, dissipando-se assim por transformao em energia trmica por atrito entre as fibras excitadas

[Gerges, 2000]. Tanto para o material poroso, quanto para o fibroso, essencial que o material admita

a passagem de um fluxo de ar, o que ter como conseqncia a possibilidade da propagao de

ondas acsticas pelo ar dos poros ou interstcios do material fibroso ou poroso. Os materiais

acsticos devem ter clulas abertas. Um modo simples de verificar a permeabilidade ao fluxo de

ar de determinado material soprar atravs dele com a boca encostada. Um bom exemplo a

comparao da absoro acstica da espuma com a da cortia ou do tijolo. Como a espuma apresenta maior permeabilidade passagem de um fluxo de ar do que a cortia ou o tijolo, sua absoro acstica maior do que a dos outros dois [Gerges, 2000]. A caracterstica de absoro acstica de um material determinada por um

coeficiente de absoro acstica , definido pela razo entre a energia acstica absorvida Wa e a

energia acstica incidente Wi.

= Wa / Wi

O valor de sempre positivo variando de zero a um (0 1) e depende principalmente da freqncia, do ngulo da incidncia do som, tipo de campo sonoro (difuso, ondas planas, etc.), densidade, espessura e estrutura interna do material.

53

O experimento foi montado na cmara reverberante da Springer Carrier, onde o rudo

foi medido e analisado atravs de um analisador de rudo Brel &Kjaer tipo 2133. Na situao inicial, tem-se a fonte de rudo instalada dentro da carcaa, sendo medido

o valor de 97 dB(A). Vrias combinaes de materiais foram montadas, sendo que os melhores resultados obtidos foram:

- Borracha natural (3mm): 83dB(A); - Borracha natural e poliestireno aluminizado: 80,6 dB(A); - Borracha natural e espuma PVC: 78,6 dB(A); - Borracha natural e espuma comum: 78 dB(A); - Borracha natural e feltro sinttico duplo: 74 dB(A). A melhor combinao atingiu atenuao de 23 decibis, sendo a especificao dos

materia