INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE TECNOLOGIA EM...
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INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS PARANAGUÁ EIXO DE CONTROLE E PROCESSOS INDUSTRIAIS CURSO DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL ADILSON RIBEIRO GABRIEL DALFOVO PROJETO DE AR CONDICIONADO SPLIT PORTÁTIL PARANAGUÁ 2017
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INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS PARANAGUÁ
EIXO DE CONTROLE E PROCESSOS INDUSTRIAIS
CURSO DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
ADILSON RIBEIRO
GABRIEL DALFOVO
PROJETO DE AR CONDICIONADO SPLIT PORTÁTIL
PARANAGUÁ
2017
ADILSON RIBEIRO
GABRIEL DALFOVO
PROJETO DE AR CONDICIONADO SPLIT PORTÁTIL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Tecnologia em Manutenção Industrial do Instituto Federal do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Tecnólogo em Manutenção Industrial. Orientador: Prof. M. Eng Siedro Augusto Haus
PARANAGUÁ
2017
Página reservada para ficha catalográfica que deve ser confeccionada após
apresentação e alterações sugeridas pela banca exam inadora.
Deve ser impressa no verso da folha de rosto.
ADILSON RIBEIRO
GABRIEL DALFOVO
PROJETO DE AR CONDICIONADO SPLIT PORTÁTIL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Tecnologia em Manutenção Industrial do Instituto Federal do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Tecnólogo em Manutenção Industrial.
COMISSÃO EXAMINADORA
_____________________________________
Prof. M. Eng Siedro Augusto Haus
Orientador
_____________________________________
Prof. M. Eng Marluz Fernando Jonsson
Primeiro Membro
_____________________________________
Prof. Eng Luiz Fernando Rigatti
Segundo Membro
______________________________________
Prof. M. Eng Márcio Madi
Membro Externo
Paranaguá, ____ de ________ de 2017.
Aos nossos amigos e familiares, que foram grandes incentivadores e que sempre
acreditaram nos nossos sonhos.
AGRADECIMENTOS
Adilson Ribeiro:
Quero agradecer em primeiro lugar, a Deus, pela graça de ter alcançado algo
tão maravilhoso.
Ao meu companheiro, Gabriel Dalfovo, a todos os professores que com tanto
carinho nos passou seus conhecimentos, em especial ao professor Siedro Augusto
Haus que nos confiou e orientou na realização deste projeto e aos meus colegas de
curso, por todos esses anos que compartilhamos conhecimentos e memória.
E um agradecimento especial à minha esposa, por tamanha compreensão e
carinho nos momentos difíceis nesta caminhada.
Gabriel Dalfovo:
Gostaria de agradecer primeiramente a Deus, pelas bênçãos, pelas pessoas
que Ele permitiu que eu conhecesse, e pela força nos momentos difíceis.
À minha mãe, que desde sempre me apoia e incentiva qualquer que seja a
minha escolha, e por todo amor, carinho e conselhos dados.
A toda a minha família, em especial ao meu avô, por sempre me incentivarem
e apoiarem em todos os momentos.
Aos meus amigos, especialmente à Bruna, por estar desde o início brigando e
incentivando para que eu tenha um futuro bem sucedido. À Jéssica, que esteve
sempre presente nos momentos bons e ruins. Também o João, o Lucas e o André,
indispensáveis nos momentos de descontração. Aos meus amigos do grupo 4P,
alguns destes tive o prazer de conhecer e desejo manter uma amizade duradoura.
Aos meus professores, por todo o conhecimento compartilhado, em especial
ao professor Siedro Augusto Haus, pela confiança para a realização do seu projeto.
Aos meus colegas de curso, pelas risadas, pelos estudos, pelos amigos que
fiz no Instituto e espero levar para vida inteira, amigos que tornaram mais fácil a
permanência no curso até a sua conclusão. Principalmente o Adilson, colega de
tantos trabalhos e estudos, incluindo este.
Sem esquecer dos estágios que consegui graças ao curso, na Mosaic e na
Pasa, pela experiência e aprendizado adquirido e também a todas as pessoas que
tive o prazer de conhecer nestas empresas.
E por último, ao Instituto Federal do Paraná – Campus Paranaguá, que me
proporcionou tudo isso que vivi nesses 4 anos.
“Life begins at the end of your confort zone.”
“A vida começa no final da sua zona de conforto.” (trad.)
Neale Donald Walsh
RESUMO
O presente trabalho tem como propósito o desenvolvimento de um aparelho de ar
condicionado Split portátil. Não há hoje no mercado um aparelho que una a
portabilidade e praticidade de um aparelho portátil com o silêncio e a eficiência de
um aparelho Split (do inglês “separado”). O presente trabalho faz um estudo do
histórico da refrigeração e do ar condicionado e também de como funcionam tais
aparelhos. Partindo daí, com base em um ar condicionado portátil convencional
desenvolveu-se um protótipo funcional para exemplificar melhor como funciona o
projeto. O aparelho pode ser utilizado como um portátil comum, mas também tem a
opção de separar suas unidades evaporadora e condensadora, aumentando assim
sua eficiência térmica e diminuindo o nível de ruído dentro do ambiente em que ele
se encontra. No teste de ruído realizado, o protótipo demonstrou ser mais silencioso
quando utilizado no modo Split, do que quando no modo portátil. Já no teste de
eficiência, o protótipo quando no modo separado apresentou uma eficiência mais
próxima de um aparelho Split convencional, instalado no mesmo ambiente, do que
dele mesmo quando ligado em modo portátil. Com isso, tem-se o projeto de um
aparelho que pode atrair não só consumidores de ar condicionado portátil, mas
também consumidores de aparelhos Split convencionais que queiram maior
praticidade e portabilidade.
Palavras-chave : Ar condicionado. Ar condicionado portátil. Split.
ABSTRACT
The purpose of this work is the development of a Portable Split Air
Conditioner. There is no product on the market today, which unites the portability and
utility of a portable device with the silence and efficiency of a Split device. The
present work makes a study of the refrigeration and air conditioning history and of
how they work. From there, based on a conventional portable air conditioner, a
functional prototype was developed to better exemplify how the project works. The
device can be used as a common portable air conditioner, but its differential is the
option of separating its evaporator and condenser units, thus it has the objective of
increase its thermal efficiency and decrease the noise level within the environment.
In the noise test performed, the prototype proved to be quieter when used in split
mode than when in portable mode. In the efficiency test, the prototype when in the
separate mode showed an efficiency closer to a conventional Split device, installed in
the same environment, than itself being used in portable mode. Finally, this project
propose a device that can attract not only consumers of portable air conditioners, but
also users of conventional Split appliances that want greater practicality and
portability.
Key-words: Air conditioner. Portable air conditioner. Split.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Primeiras geladeiras ................................................................................. 16
Figura 2 – Willys Carrier e o primeiro aparelho de ar condicionado .......................... 17
Figura 3 – Funcionamento do ar condicionado ......................................................... 20
Figura 4 – Ciclo de compressão ................................................................................ 21
Figura 5 – Esquema de refrigeração com os equipamentos básicos ........................ 22
Figura 6 – Ciclo teórico simples de refrigeração ....................................................... 23
Figura 7 – Fatores que influenciam a carga térmica ................................................. 24
Figura 8 – Câmara semi-anecoica ............................................................................ 26
Figura 9 – DeLonghi CF220 ...................................................................................... 29
Figura 10 – Vistas frontal e traseira do aparelho sem a carcaça ............................... 30
Figura 11 – Primeiro teste em modo Split ................................................................. 31
Figura 12 – Protótipo no modo portátil ...................................................................... 32
Figura 13 – Protótipo no IFTECH .............................................................................. 32
Figura 14 – Projeção de utilização no modo portátil .................................................. 33
Figura 15 – Projeção de utilização no modo Split em sacadas ................................. 33
Figura 16 – Projeção de utilização no modo Split em janelas ................................... 34
Figura 17 – Gráfico teste de ruído ............................................................................. 40
Figura 18 – Tabela de Eficiência Térmica ................................................................. 41
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 13
1.1 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA ..................................................................... 13
1.2 JUSTIFICATIVA............................................................................................ 13
1.3 OBJETIVO .................................................................................................... 14
1.3.1 Objetivo geral ............................................................................................... 14
1.3.2 Objetivo específico ....................................................................................... 14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................. ........................................... 15
2.1 HISTÓRICO .................................................................................................. 15
2.2 PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DE UMA SUBSTÂNCIA ................. 18
2.3 FUNCIONAMENTO DE UM AR CONDICIONADO ...................................... 19
2.3.1 Como funciona o ar condicionado ................................................................ 20
2.3.2 Ciclo de compressão do vapor ..................................................................... 21
2.4 CARGA TÉRMICA ........................................................................................ 23
2.4.1 Carga térmica de resfriamento ..................................................................... 24
2.5 RUÍDO E ACÚSTICA .................................................................................... 25
2.5.1 Pressão sonora e potência sonora ............................................................... 26
2.5.2 Classificação e subjetividade do ruído .......................................................... 27
3 METODOLOGIA...................................... ..................................................... 28
3.1 PROJETO PARA DIVISÃO DE APARELHO PORTÁTIL .............................. 28
3.2 ESCOLHA DO APARELHO PORTÁTIL ....................................................... 29
3.3 O PROTÓTIPO ............................................................................................. 29
3.4 MODOS DE UTILIZAÇÃO ............................................................................ 33
3.4.1 Unidade evaporadora ................................................................................... 34
3.4.2 Unidade condensadora ................................................................................. 35
3.5 CUSTOS ....................................................................................................... 36
3.5.1 Custo do protótipo ........................................................................................ 36
3.5.2 Custo de um aparelho de ar condicionado ................................................... 37
3.6 TESTE DE RUÍDO ........................................................................................ 38
3.7 TESTE DE EFICIÊNCIA TÉRMICA .............................................................. 38
4 RESULTADOS ...................................... ....................................................... 40
4.1 TESTE DE RUÍDO ........................................................................................ 40
4.2 TESTE DE EFICIÊNCIA TÉRMICA .............................................................. 41
5 CONCLUSÃO........................................ ....................................................... 42
5.1 TRABALHOS FUTUROS .............................................................................. 43
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 44
APÊNDICE A – MAPA DE RACIOCÍNIO ................... .............................................. 45
APÊNDICE B – RESUMO DO PROJETO NO IFTECH .......... .................................. 46
13
1 INTRODUÇÃO
1.1 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA
Tendo em vista o aumento da temperatura e variação do clima, devido ao
aquecimento global, a necessidade do uso do ar condicionado torna-se cada vez
mais necessária em várias regiões, porém em muitos casos a instalação de um
aparelho convencional se torna inviável devido a vários aspectos, como não poder
alterar a fachada, ser uma moradia alugada, imóvel de veraneio, etc. Nesses casos
são comumente utilizados os aparelhos portáteis devido a sua praticidade e
facilidade de transporte e instalação.
Aparelhos de ar condicionado portátil são facilmente encontrados nas lojas
em vários modelos e capacidades. Esses aparelhos possuem as duas unidades
compactadas, isto é, a unidade evaporadora e a unidade condensadora, onde a
primeira retira o calor do ambiente e a outra libera este calor para a atmosfera, isto
acontece tudo dentro do ambiente em que ele está instalado.
A unidade evaporadora é composta de um evaporador (trocador de calor),
uma válvula de expansão, uma ventilação forçada que tem a função de puxar o ar
do ambiente, que passa pelo evaporador e aí é devolvido a uma temperatura mais
baixa, ao mesmo ambiente. Enquanto que a unidade condensadora possui um
condensador (para trocar calor com o ar externo), uma ventilação forçada e o
compressor.
1.2 JUSTIFICATIVA
Apesar da praticidade do ar condicionado portátil, ele deixa muito a desejar,
pela baixa eficiência térmica, devido à perda pelo aquecimento do compressor,
ventilador e pela troca de calor do condensador através do duto que leva o ar
aquecido para o ambiente exterior, fazendo com que o equipamento trabalhe
constantemente para alcançar o setpoint (temperatura programada), assim
aumentando o consumo de energia, além do problema crucial que é a taxa de ruído
muito acima do normal estabelecido pela Organização Mundial de Saúde para um
sono tranquilo, pois um motor compressor funcionando em sua total capacidade
14
dentro de um quarto pode ultrapassar facilmente os 50 decibéis máximos do sono
reconfortante.
O projeto aqui apresentado, além de inovador e funcional, busca resolver
todos os problemas que o aparelho portátil possui sem aumentar seu custo, poucas
alterações e além de tudo mantendo suas características e a praticidade do aparelho
como portátil. Para obter estes objetivos, procurou-se unir as vantagens de um
aparelho portátil convencional com as vantagens de um aparelho Split (do inglês
“separado”), em que a unidade evaporadora fica separada da unidade
condensadora.
1.3 OBJETIVO
1.3.1 Objetivo geral
• Construir um aparelho que seja utilizado no modo portátil e também no
modo Split.
1.3.2 Objetivo específico
• Adaptar para ser usado em vários ambientes;
• Promover melhorias nos aparelhos portáteis no modo Split;
• Melhorar a eficiência térmica e com isso, reduzir o consumo de energia
elétrica.
• Reduzir o ruído;
• Manter a portabilidade do aparelho portátil mesmo no modo Split;
• Realizar testes comparativos para comprovação de viabilidade.
15
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 HISTÓRICO
De acordo com o site Portal da Refrigeração (2000), desde a pré-história o
homem procura obter formas de refrigerar seus alimentos ou outras substâncias
para que alcancem temperaturas inferiores a do ambiente. Há registros de antes
2.000 A.C. que indicam que os efeitos exercidos por baixas temperaturas sobre a
preservação de alimentos já eram conhecidos. Por volta de 300 A.C. Alexandre, O
Grande serviu bebidas resfriadas com neve aos seus soldados. Os primeiros
métodos de manutenção do frio faziam uso do gelo natural ou de misturas de sal e
neve. Posteriormente, já passados muitos anos, no século XIV, descobriu-se que
dissolvendo nitrato de sódio em água consegue-se abaixar a temperatura da
mistura.
Segundo Amanda Green (2015) 1, no ano de 1758, o inventor Benjamin
Franklin e o professor da Universidade de Cambridge John Hadley descobriram que
a evaporação do álcool e outros líquidos voláteis, que evaporam mais rápido do que
a água, podem diminuir o suficiente a temperatura de um objeto a ponto de congelar
a água. Em 1820 o inventor Michael Faraday descobre a mesma coisa na Inglaterra,
quando ele comprime e liquefaz a amônia. Na década de 1830, no hospital da
Flórida em que ele trabalhava, o Doutor John Gorrie cria uma máquina de fazer gelo
que utiliza compressão para fazer baldes de gelo e então soprar ar sobre eles. Ele
patenteia a ideia em 1851, imaginando sua invenção resfriando edificações por todo
o mundo. Mas sem qualquer retorno financeiro, seu sonho se derreteu. No ano de
1881, engenheiros navais dos Estados Unidos da América construíram uma unidade
improvisada de refrigeração em forma de caixa para manter o Presidente James
Garfield fresco e confortável. O mecanismo era preenchido com um pano embebido
em gelo e água gelada e um ventilador soprava o ar quente para cima, mantendo o
ar frio perto do chão. Esse mecanismo conseguia diminuir a temperatura de uma
sala em até 11ºC. A má notícia é que ele utilizava 225 toneladas de gelo para cada 2
meses de funcionamento. _______________ 1 Os textos utilizados neste trabalho feitos pela autora Amanda Green estão disponíveis originalmente em inglês e foram traduzidos e adaptados para o português.
16
No começo do século XX, segundo Ferraz & Gomes (2008), com o início da
distribuição da eletricidade graças as descobertas de Thomas Edison e Nikola Tesla,
a indústria da refrigeração recebeu uma contribuição decisiva. Com esta nova fonte
de energia, buscou-se desenvolver equipamentos de refrigeração possíveis de
serem usados em residências. O primeiro refrigerador doméstico surgiu em 1913,
mas sua aceitação não foi muito grande, já que o mesmo era de operação manual,
exigindo atenção constante, muito esforço e apresentava baixo rendimento.
Figura 1 – Primeiras geladeiras
FONTE: Ferraz & Gomez, 2008
De acordo com o website Ar Condicionado (2000), no ano de 1902, o jovem
engenheiro norte-americano Willys Carrier inventou um processo mecânico para
condicionar o ar, tornando realidade o controle do clima. Sua invenção viria a ajudar
a indústria. Uma empresa de Nova York estava tendo problemas com trabalhos de
impressão durante os quentes meses de verão. O papel absorvia a umidade do ar e
se dilatava. As cores impressas em dias úmidos não se alinhavam, gerando imagens
borradas e obscuras. Carrier acreditava que poderia retirar a umidade da fábrica
através do resfriamento do ar. Para isto, desenhou uma máquina que fazia circular o
ar por dutos resfriados artificialmente. Este processo, que controlava a temperatura
e umidade, foi o primeiro exemplo de condicionamento de ar por um processo
mecânico. Porém, foi a indústria têxtil o primeiro grande mercado para o
condicionador de ar, que logo passou a ser usado em diversos prédios e instalações
17
de indústrias de papel, produtos farmacêuticos, tabaco e estabelecimentos
comerciais.
Figura 2 – Willys Carrier e o primeiro aparelho de ar condicionado
FONTE: www.marantar.net
Segundo Green (2015), no ano de 1906, um engenheiro da indústria têxtil,
Stuart Cramer, da Carolina do Norte, criou um sistema de ventilação que adiciona
vapor de água ao ar em fábricas têxteis. A umidade faz com que os fios fiquem mais
fáceis de girar e menos propensos a quebrar. Cramer foi o primeiro a chamar o
processo de “ar condicionado”.
A primeira aplicação residencial foi em uma mansão de Minneapolis, em
1914. Carrier desenhou um equipamento especial para residências, maior e mais
simples do que os condicionadores de hoje em dia (AR CONDICIONADO, 2000).
Curiosamente, o sistema possivelmente nunca foi utilizado, porque ninguém nunca
morou naquela casa (AMANDA GREEN, 2015). No mesmo ano, Carrier instalou o
primeiro condicionador de ar hospitalar, no Allegheny General Hospital de
Pittsburgh. O sistema introduzia umidade extra em um berçário de partos
prematuros, ajudando a reduzir a mortalidade causada pela desidratação (AR
CONDICIONADO, 2000).
18
De acordo com o site Ar Condicionado (2000) na década de 1920, o ar
condicionado tomou-se mais acessível ao público, podendo ser encontrado em
muitos prédios, como teatros e cinemas, por exemplo. O equipamento está ligado
diretamente ao sucesso da indústria cinematográfica, que no verão não conseguiam
atrair um bom público por conta do calor.
Em 1931, H.H. Schultz e J.Q. Sherman desenvolveram um aparelho de ar
condicionado para um cômodo único que se posiciona em uma borda de janela – um
design que se tornou onipresente em edifícios desde então. O aparelho foi
disponibilizado para compra no ano seguinte, mas poucos podiam e tinham
condições financeiras de utilizar (AMANDA GREEN, 2015).
Nos anos 1950, os modelos residenciais de ar condicionado começaram a
ser produzidos em massa (AR CONDICIONADO). Nesta década, durante o
crescimento econômico dos EUA no pós Segunda Guerra, ter ar condicionado em
casa tornou-se uma maneira de manter as aparências. Mais de um milhão de
unidades residênciais foram vendidas no ano de 1953 (AMANDA GREEN, 2015).
Finalmente, na década de 1970, os aparelhos de janela começaram a perder
pontos quando os aparelhos de ar condicionado com unidade central começaram a
aparecer. As unidades consistem em um condensador, serpentinas, e um ventilador.
O ar é atraído, passa pelas serpentinas e resfria, sendo então carregado até o
sistema de ventilação da residência (AMANDA GREEN, 2015)
Desde então, novas tecnologias foram desenvolvidas, visando uma maior
eficiência energética, maior segurança e proteção ao meio ambiente por conta dos
gases de refrigeração e menores níveis de ruído, até chegarmos aos aparelhos
disponíveis nos dias atuais, das mais variadas opções e modelos, desde o aparelho
de janela, passando pelo split (do inglês, “separado”), pela unidade central e
chegando à portabilidade e praticidade oferecida pelo aparelho portátil.
2.2 PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DE UMA SUBSTÂNCIA
Segundo Venturini (2005), propriedade de uma substância é qualquer
característica que ela apresenta e que possa ser observável. Um número suficiente
de propriedades termodinâmicas independentes constitui uma definição completa do
estado da substância. As propriedades termodinâmicas mais comuns são:
temperatura (T), pressão (P), volume específico (v) e massa específica (ρ). Além
19
destas, que são mensuráveis diretamente, existem outras, fundamentais para a
análise de transferência de calor, trabalho e energia, que não mensuráveis
diretamente: energia interna (u), entalpia (h) e entropia (s). Energia interna (u) é a
energia que a matéria possui devido ao movimento e/ou forças intermoleculares.
Pode ser decomposta em duas partes, energia cinética interna, relacionada à
velocidade das moléculas; energia potencial interna, relacionada às forças de
atração entre as moléculas. As mudanças na velocidade das moléculas são
identificadas, macroscopicamente, pela alteração da temperatura da substância
(sistema), enquanto que as variações na posição são identificadas pela mudança de
fase da substância (sólido, líquido ou vapor).
Na análise térmica de alguns processos específicos, frequentemente são
encontradas certas combinações de propriedades termodinâmicas. Uma delas
ocorre quando se tem um processo a pressão constante, resultando na combinação
u + pv. Assim, é conveniente definir uma nova propriedade termodinâmica, chamada
“entalpia”, representada pela letra h. Matematicamente, tem-se a Equação 1.
ℎ = � + �� (Equação1)
A propriedade termodinâmica entropia representa uma medida da desordem
molecular da substância ou, segundo outros, a medida da probabilidade de
ocorrência de um dado estado da substância (VENTURINI, 2005).
Cada propriedade de uma substância, em um dado estado, tem somente um
valor finito. Essa propriedade sempre tem o mesmo valor para um estado dado,
independentemente de como foi atingido tal estado (VENTURINI, 2005).
2.3 FUNCIONAMENTO DE UM AR CONDICIONADO
Um aparelho de ar condicionado é como uma geladeira em grandes
proporções. Em vez de resfriar os alimentos e mantê-los a uma baixa temperatura
para conservá-los, o ar condicionado busca trazer o conforto térmico paras as
pessoas que estão dentro de um determinado ambiente. Nesta seção do trabalho,
explicar-se-á como isso acontece.
20
2.3.1 Como funciona o ar condicionado
Segundo Marshall Brain, um ar condicionado usa a evaporação de um fluido
refrigerante para fornecer refrigeração. Os mecanismos do ciclo de refrigeração são
os mesmos da geladeira e do ar condicionado. O termo Fréon é genericamente
usado para qualquer dos vários fluorcarbonos não inflamáveis utilizados como
refrigerantes e combustíveis nos aerossóis.
Figura 3 – Funcionamento do ar condicionado
FONTE: sites.google.com/site/arcondicionadoambiente
Ainda de acordo com Marshall Brain, na figura 3, o compressor comprime o
gás frio, fazendo com que ele se torne gás quente de alta pressão (em vermelho na
figura 3). Este gás quente corre através de um trocador de calor para dissipar o calor
e se condensa para o estado líquido. O líquido escoa através de uma válvula de
expansão e no processo ele vaporiza para se tornar gás frio de baixa pressão (em
azul na figura 3). Este gás frio corre através do trocador de calor que permite que o
gás absorva calor e esfrie o ar de dentro do ambiente. Misturado com o fluido
refrigerante, existe uma pequena quantidade de um óleo de baixa densidade. Esse
óleo lubrifica o compressor.
21
2.3.2 Ciclo de compressão do vapor
Segundo Dossat (2004), um ciclo típico de compressão do vapor é mostrado
na figura 4. Começando no tanque coletor, a pressão e temperaturas elevadas do
líquido refrigerante fluem do referido tanque através da linha de líquido para o
controle de fluxo do refrigerante. A pressão do líquido é reduzida para a pressão do
evaporador quando o líquido passa através do controle de fluxo do refrigerante, de
modo que a temperatura de saturação do refrigerante que entra no evaporador será
inferior à temperatura da câmara de refrigeração. Uma parte do líquido vaporiza
quando passa pelo controle do refrigerante a fim de reduzir a temperatura do líquido
remanescente para a temperatura de evaporação.
Figura 4 – Ciclo de compressão
FONTE: DOSSAT, 2008
No evaporador, o líquido vaporiza a uma temperatura e pressão
constantes quando o calor para suprir o calor latente de vaporização passa da câmara refrigerante através das paredes do evaporador para o líquido em vaporização. Pela ação do compressor, o vapor resultante da vaporização é retirado do evaporador pela linha de admissão para a entrada de admissão do compressor. O vapor que deixa o evaporador é saturado e sua temperatura e pressão são iguais às do líquido em vaporização. O vapor, enquanto está fluindo pela linha de admissão do evaporador para o compressor, absorve normalmente o calor do ar que circunda a linha de admissão e fica superaquecido. Embora a temperatura do vapor se eleve um pouco na linha de admissão, como o resultado do superaquecimento, sua pressão não muda, de modo que a pressão do vapor que entra no compressor é igual à pressão de vaporização.
A temperatura e pressão do vapor, no compressor, são elevadas por compressão e este, a temperatura e pressão altas, é descarregado do
22
compressor para a linha de gás quente. O vapor flui através da linha de gás quente para o condensador, onde ele cede calor ao ar relativamente resfriado que está sendo puxado do condensador pelo ventilador do mesmo. Quando o vapor quente cede calor para o ar resfriado, sua temperatura é reduzida para a temperatura de saturação correspondente à sua nova pressão mais elevada e o vapor condensa de volta ao estado líquido, quando o calor adicional é removido. Na hora que o refrigerante alcança a base do condensador, todo o vapor é condensado e o líquido passa para o tanque coletor, pronto para ser recirculado (DOSSAT, 2004).
De acordo com o livro didático da Elektro (2012), um ciclo térmico real
qualquer deveria ter para comparação o ciclo de CARNOT, por ser este o ciclo de
maior rendimento térmico possível. Entretanto, dado as peculiaridades do ciclo de
refrigeração por compressão de vapor, define-se outro ciclo, o qual é chamado de
ciclo teórico, cujos processos são mais próximos aos do ciclo real, facilitando a sua
comparação. Este ciclo teórico ideal é aquele que terá o maior rendimento operando
nas mesmas condições do ciclo real. O ciclo teórico simples de refrigeração por
compressão de vapor é mostrado na Figura 6, construído sobre um diagrama de
Mollier no plano P-h. A Figura 5 é o esquema básico com os componentes principais
de um sistema de refrigeração, os quais teoricamente são suficientes para realizar o
ciclo teórico mostrado na Figura 6. Os equipamentos esquematizados na Figura 5
representam, genericamente, qualquer dispositivo capaz de realizar o processo
específico indicado.
Figura 5 – Esquema de refrigeração com os equipamen tos básicos
FONTE: ELEKTRO, 2012
23
Os processos termodinâmicos que compõe o ciclo teórico, em seus
respectivos equipamentos, são:
a. Processo [1]→[2], que ocorre no compressor. É adiabático reversível e, portanto, isentrópico, como mostra a Figura 7. O refrigerante entra no compressor à pressão do evaporador, P0, e com título, x =1. O refrigerante é então comprimido até atingir a pressão de condensação, e neste estado está superaquecido com temperatura T2, que é maior que a temperatura de condensação TC.
b. Processo [2]→[3], que ocorre no condensador. É um processo de rejeição de calor do refrigerante para o meio de resfriamento a pressão constante. Neste processo o fluido é resfriado da temperatura T2 até a temperatura de condensação TC e em seguida condensado até se tornar líquido saturado na temperatura T3, que é igual à temperatura TC.
c. Processo [3]→[4], que ocorre no dispositivo de expansão. É uma expansão irreversível a entalpia constante, processo isoentálpico, desde a pressão PC e líquido saturado (x=0), até a pressão de vaporização, PO.
d. Processo [4]→[1], que ocorre no evaporador. É um processo de transferência de calor a pressão constante PO, consequentemente a temperatura constante, TO, desde vapor úmido no estado 4 até atingir o estado de vapor saturado (x=1). (ELEKTRO, 2012)
Figura 6 – Ciclo teórico simples de refrigeração
FONTE: ELEKTRO, 2012
2.4 CARGA TÉRMICA
De acordo com a obra de Miller e Scofano Neto (2008), a carga para uma
unidade de refrigeração origina-se de várias fontes de calor, das quais as mais
comuns são as seguintes: calor de vazamentos externos através de portas e janelas
24
ou calor conduzido pelas paredes isoladas; portas e janelas abertas podem permitir
que o calor entre em um espaço refrigerado, assim como rachaduras em portas e
janelas; os materiais e pessoas que ocupam um espaço refrigerado liberam calor;
equipamentos como motores, lâmpadas, equipamentos eletrônicos, pratos quentes
em uma cozinha liberam calor. De modo a obter um número adequado, é necessário
considerar todas estas fontes. A figura 8 ilustra os fatores que influenciam no valor
da carga térmica.
Figura 7 – Fatores que influenciam a carga térmica
FONTE: Stoecker, 1985
2.4.1 Carga térmica de resfriamento
Sobre a carga térmica de resfriamento, o site RIOSAR (2011) explica que se
a carga térmica de certo ambiente é de 30.000 BTU/h (da unidade de energia British
Thermal Unit, por hora), isso quer dizer que a cada hora uma quantidade de calor de
30.000 BTU é gerada internamente ou vem de fora para dentro. Para um
equipamento refrigerar este ambiente, a capacidade deste precisa ser superior à
carga térmica deste ambiente, ou seja, será necessário um aparelho de pelo menos
30.000 BTU.
Em primeiro lugar, condiciona-se que para se ter o conforto térmico é
necessário, segundo a Norma Regulamentadora nº 17 que trata sobre Ergonomia,
manter a temperatura entre 20ºC e 23ºC e a umidade relativa do ar acima de 40%.
Todos os cálculos para determinação da carga térmica partem destas premissas,
vários sãos os métodos utilizados para calcular a carga térmica de um ambiente,
desde o modo mais grosseiro com uma margem de erro enorme, ao mais sofisticado
25
e preciso mas nem por isso, exato. O método que será comentado produz um
resultado confiável, utilizando um conjunto de observações, medições e informações
facilmente obtidos.
A primeira observação a ser feita é sobre a incidência solar nos telhados e
paredes, a posição e quantidade de janelas em cada parede do ambiente em
relação aos pontos cardeais. Calcula-se então as áreas das janelas, dos tetos, dos
pisos e das paredes. É necessário então verificar quais são as paredes internas (que
separam o ambiente com outro ambiente, sem incidência solar) ou externas (que o
outro lado da parede é o ambiente externo). Então, verifica-se se e quais paredes
externas são sombreadas por construções vizinhas ou árvores, o piso, se for térreo
ou tendo um andar abaixo, e o teto, se tem outro andar acima, telhado ou laje.
Verifica-se então as potências elétricas dos aparelhos em uso, das
lâmpadas do ambiente e faz-se a soma destas potências elétricas. No caso de
restaurantes, é necessário incluir na conta cada elemento que emite calor também.
Levanta-se então o número de pessoas e quais atividades serão
desenvolvidas no ambiente. Uma sala de aula com 30 alunos vai gerar carga térmica
menor do que uma academia com estas mesmas 30 pessoas praticando atividades
físicas.
Com estes elementos, na maior parte das situações, a carga térmica
determinada pelo método acima estará com margem de erro inferior a 5%.
Os métodos de cálculo para a estimativa da carga térmica podem ser
encontrados nas normas ASHRAE de 2013.
2.5 RUÍDO E ACÚSTICA
O som é um fenômeno ondulatório causado pelos mais diversos objetos e se
propaga através dos diferentes estados físicos da matéria.
A maioria dos autores tratam o ruído como a parte desagradável do som, a
um barulho indesejável e que é necessário ter o seu controle. Um aparelho de ar
condicionado portátil comum, por exemplo, é capaz de emitir um ruído que atrapalhe
ou até impeça o sono de uma pessoa.
É possível supor o ruído como sendo formado de uma quantidade de tons
simples, cuja variação, em amplitude, é aleatória, mas que conservam fixa sua
frequência. (ALEXANDRY, 1978)
26
2.5.1 Pressão sonora e potência sonora
De acordo com o guia da Brüel & Kjær (1993), uma fonte sonora irradia
energia e isso resulta na pressão sonora. Potência sonora é a causa, pressão
sonora é o efeito. O que ouvimos e medimos em decibéis é a pressão sonora, que é
causada pela potência sonora emitida pela fonte. O decibel (dB) é uma unidade
logarítmica que indica a proporção de uma quantidade física (no nosso caso,
pressão sonora) em relação a um nível de referência especificado ou implícito.
Uma pressão sonora muito alta pode causar problemas auditivos. Quando
queremos quantificar a resposta humana ao som, como a irritação sonora ou o risco
de perda auditiva, a pressão sonora é a grandeza a ser medida. A pressão sonora
que sentimos ou medimos com um decibelímetro é dependente da distância da fonte
sonora e do ambiente a ser feita a medição. Com isso, irá depender do tamanho do
ambiente e da absorção das superfícies. Então, a medição de pressão sonora não
necessariamente quantifica quanto ruído uma máquina emite. Para encontrar um
número mais real de pressão sonora emitida por uma fonte, é necessária a medição
em uma câmara semi-anecoica, que é uma sala isolada, projetada para conter
reflexões de ondas tanto sonoras quanto eletromagnéticas.
Figura 8 – Câmara semi-anecoica
Fonte: Os autores
27
2.5.2 Classificação e subjetividade do ruído
Segundo Alexandry (1978), podemos estabelecer a classificação do ruído
entre contínuos e não contínuos. Um ruído é contínuo quando se apresenta em todo
o período de observação com uma variedade de ±3dB. Todos os demais ruídos são
não-contínuos. Estes se classificam como intermitente, quando o ruído se apresenta
em períodos não maiores que 15 minutos, com variação não maior que ±3dB.
Pulsante, quando a emissão energética apresenta variações superiores a ±3dB, e
sua duração está compreendida entre 15 minutos e 10 milissegundos. Impulsivo,
quando a duração do ruído é inferior a 10 milissegundos.
Se considerarmos que o aumento de pressão acústica é um estímulo para
os órgãos do sentido dos seres vivos, a relação entre o estímulo e a reação
produzidos no sistema nervoso humano é chamada de sensação.
Essa sensação subjetiva que pode explicar porque conseguimos dormir com
o ruído contínuo de uma televisão ou ventilador, mas não conseguimos dormir com
um ruído pulsante causado por um aparelho de ar condicionado portátil, por conta do
seu compressor, que torna o ruído menos “agradável” aos ouvidos.
28
3 METODOLOGIA
3.1 PROJETO PARA DIVISÃO DE APARELHO PORTÁTIL
Este projeto consiste em um aparelho ar condicionado portátil que possa ser
dividido em 2, sendo a unidade evaporadora ficando dentro do ambiente a ser
refrigerado, e a unidade condensadora fora do ambiente. A ideia é ter esse aparelho
sendo vendido novo, já preparado para ser usado tanto no modo portátil quanto no
modo Split. Mas para fazer um aparelho do zero, seria gasto muito tempo e dinheiro
no desenvolvimento deste, então o projeto foi direcionado para a adaptação de um
aparelho portátil já conhecido no mercado.
Este surgiu dos problemas encontrados em praticamente todos os aparelhos
de ar condicionado portáteis e da necessidade de resolvê-los utilizando o mesmo
padrão de equipamento com poucas alterações em suas características.
Primeiro foram verificados os problemas principais e a possibilidade de
serem resolvidos utilizando o próprio aparelho portátil. Assim, foram realizadas
buscas com consumidores para constatar suas principais reclamações. Verificou-se
os comentários e avaliações dos consumideres em sites de busca e de compras.
Desta forma, concluiu-se que o ruído e a baixa eficiência do equipamento são os
principais motivos de reclamação destes aparelhos. A partir daí, procurou-se verificar
os motivos e as possíveis soluções, e desta forma ficou constatado que o
compressor e o condensador são os principais causadores dessas reclamações. O
compressor, ao entrar em operação, emite muito ruído e calor. A própria tubulação
que faz a troca de ar com o ar externo também esquenta consideravelmente. Tem-
se então um aparelho que trabalha para reduzir a temperatura de um ambiente em
que ele próprio está gerando ainda mais calor (e também, muito ruído). Para tentar
resolver estes problemas do ruído e da baixa eficiência térmica, a solução seria
separar a unidade evaporadora da unidade condensadora, como é feito em um
aparelho Split.
No ambiente interno fica somente o trocador de calor (evaporador) e um
ventilador. Na parte externa está o condensador, que troca calor com o ar externo, o
compressor e o motor de ventilação forçada.
29
A partir de um aparelho portátil foi desenvolvido um protótipo, com as
características e portabilidade do próprio aparelho portátil e a eficiência de um
aparelho Split, com a possibilidade de separar uma unidade da outra, buscando
aumentar a eficiência térmica, baixar o consumo de energia e reduzir o ruído.
3.2 ESCOLHA DO APARELHO PORTÁTIL
O aparelho escolhido para o projeto é um ar condicionado portátil modelo
DeLonghi CF220, composto de duas unidades em um único gabinete, evaporadora e
condensadora. Ele estava disponível para venda por um preço considerado justo
pelas condições e tempo de uso do aparelho, e também a acomodação interna de
seus componentes facilitaria o trabalho no protótipo.
Figura 9 – DeLonghi CF220
Fonte: Os Autores
3.3 O PROTÓTIPO
O primeiro passo para o desenvolvimento do protótipo foi a aquisição de um
aparelho portátil que possibilitasse a separação das unidades sem dificuldades.
Esse equipamento foi adquirido usado, mas em bom estado de uso, em Curitiba. É
um aparelho com as especificações que facilitam muito o projeto. As duas unidades
trabalham praticamente separadas, com o evaporador acima do condensador. Suas
30
ligações são somente através de duas tubulações de cobre de 1/4” e 3/8”, o sistema
de evaporação é realizado através de um tubo de capilar 0.50mm. A separação do
evaporador e condensador se dá através da bandeja de drenagem do condensado.
Para a separação das partes, foram utilizadas poucas ferramentas. Uma
chave de fenda para soltar o gabinete, uma chave Philips para retirar parafusos e
uma alicate de corte para cortar os fios. O equipamento foi desmontado e recolhido
o gás refrigerante, desligada toda a fiação elétrica, retiradas as placas de comando e
de força. Foi utilizada uma serra para cortar o chassi e a parte plástica do gabinete,
separando o aparelho em dois. Tudo isso foi realizado com todos os devidos
cuidados e com uso de EPI adequado. Então se deu o início da separação das
unidades evaporadora e condensadora, cortando as tubulações de alta e baixa
pressão, que ligam o condensador com alta pressão no sistema, ao evaporador
através do tubo capilar, e do evaporador para o compressor, que é o sistema de
baixa pressão.
Com as unidades separadas foram instaladas as mangueiras flexíveis para
transportar o gás refrigerante da unidade condensadora para a evaporadora e vice-
versa. No sistema de baixa pressão, em que o gás refrigerante retorna para o
compressor com baixa temperatura, foi utilizada uma mangueira de ar condicionado
automotivo de 3/8”, onde a pressão fica em 60psi (4 bar). No sistema de alta
pressão, em que o gás refrigerante é comprimido pelo compressor a alta
temperatura, acima dos 40ºC, a uma pressão de 180psi (12 bar) e vai para a válvula
de expansão (tubo capilar), foi utilizado uma mangueira multiuso com malha de aço
de 1/4”, todas com 3m de comprimento e uma certa flexibilidade para que, ao serem
enroladas, as mangueiras caibam no interior do gabinete e mantenha o visual
original do aparelho.
Figura 10 – Vistas frontal e traseira do aparelho s em a carcaça
Fonte: Os autores
31
Depois de instaladas as mangueiras e realizado teste de vazamento, foi
realizado vácuo no sistema para remoção de impurezas e umidade e a aplicação do
gás refrigerante Freon R22. Foi decidido utilizar o gás original, em vez do mais novo
gás ecológico R134A pois buscou-se manter a originalidade do aparelho, e também
porque havia um certo estoque daquele. Foi feito então um teste de vazamento para
realizar estanqueidade do sistema. A parte superior da condensadora foi fechada
com fibra de vidro, para que no modo Split, isole os componentes internos das
intempéries. E para manter o aparelho junto, fechado, foram utilizados ganchos
metálicos para fixação.
Figura 11 – Primeiro teste em modo Split
Fonte: Os autores
Pouco tempo depois foi constatado defeito na mangueira multiuso de 1/4”,
que apresentou bolhas devido a reação química do gás refrigerante com as paredes
da tubulação. A mangueira utilizada não era adequada para o uso com gás
refrigerante R22. Sendo assim, foi retirado todo o gás novamente e feita a
substituição da mangueira por uma mais indicada, própria para gases, que após a
instalação e testes, passados alguns dias para ter maior segurança e certeza que
não havia algum problema com esta, foi feito mais um teste em que constatou-se
sua estanqueidade.
32
Figura 12 – Protótipo no modo portátil
Fonte: Os autores
Com o protótipo em pleno funcionamento, nosso projeto foi apresentado na
Feira de Inovação Tecnológica do IFPR (IFTECH), onde obteu-se um ótimo conceito
dos avaliadores e novas ideias e sugestões de melhorias foram dadas, para
enriquecer ainda mais o trabalho (o resumo publicado nos anais do evento encontra-
se no apêndice B deste trabalho). Uma dessas ideias foi a de não só ter a dupla
função Split e portátil num aparelho novo, mas também adaptar os aparelhos
portáteis já disponíveis no mercado e nas casas dos consumidores.
Figura 13 – Protótipo no IFTECH
Fonte: Os autores
33
3.4 MODOS DE UTILIZAÇÃO
Este equipamento foi idealizado para ser utilizado em ambientes onde não
há a possibilidade do uso ou instalação de outro tipo de equipamento, locais onde
não se pode alterar a fachada, casas alugadas, casas de veraneio onde não se quer
deixar um ar condicionado fixo instalado, etc.
Um equipamento portátil que pode ser transportado para qualquer local,
podendo ser usado como portátil e de fácil instalação para o modo Split.
As peças de adaptação para janelas, portas, sacadas, devem acompanhar o
equipamento e ser de fácil instalação.
As figuras 14,15 e 16 mostram como podem ser realizados as adaptações e
os casos possíveis de uso.
Figura 14 – Projeção de utilização no modo portátil
Fonte: Os autores
Figura 15 – Projeção de utilização no modo Split em sacadas
Fonte: Os autores
34
Figura 16 – Projeção de utilização no modo Split em janelas
Fonte: Os autores
Detalhes dos componentes de cada unidade a seguir.
3.4.1 Unidade Evaporadora
O evaporador é um sistema de tubos de cobre revestidos por serpentinas de
alumínio. Nesses tubos passa o fluido refrigerante a baixa temperatura e pressão,
onde é realizada a troca de calor com o ambiente interno a uma temperatura bem
superior.
Tubo capilar, ou seja, o dispositivo de expansão, feito de cobre, é utilizado
para reduzir a pressão do gás refrigerante que entra no evaporador. Após o sistema
ser desligado ele equaliza a pressão do gás no sistema.
O sistema de filtragem do ar é composto por uma tela de nylon utilizada para
impedir a passagem de impurezas para as aletas do evaporador.
O sistema de drenagem do condensado recolhe a umidade retirada do ar
através do evaporador.
E tem também um sistema de ventilação de ar forçado por turbina radial
para realizar a troca de calor do ambiente com o evaporador.
35
3.4.2 Unidade Condensadora
O condensador, assim como o evaporador, também é um sistema de tubos
de cobre revestidos por serpentinas de alumínio, nesses tubos passa o fluido
refrigerante a alta temperatura e pressão, onde é realizada a troca de calor com o
ambiente externo a uma temperatura inferior.
O compressor alternativo exerce trabalho mecânico sobre gás refrigerante
impulsionando a circular através do sistema de refrigeração, possui em seu interior
óleo mineral próprio para o gás Freon R22.
O filtro de cobre possui em seu interior uma tela muito fina, como uma
peneira, utilizado para reter todos os tipos de partículas estranhas que estiverem no
sistema de refrigeração.
Possui também um sistema de ventilação de ar forçado por turbina radial
para realizar a troca de calor do condensador com o ar externo.
Esses equipamentos trazem uma tubulação de 100 mm para descarga do ar
superaquecido.
36
3.5 CUSTOS
Como já foi falado no histórico e ainda vale para os dias de hoje, um
aparelho de ar condicionado sempre foi um luxo caro na vida das pessoas, tanto que
ainda não é todo mundo que tem o aparelho, e ainda mais que consiga usar sem ter
que fazer as contas do gasto energético no final do mês.
Não se pode concluir o quanto custaria para uma empresa do ramo para
adaptar seus aparelhos na linha de produção, ou ainda fazer um aparelho portátil
que tenha a opção de ser usado como Split do zero. Mas espera-se que seja um
investimento que valha a pena. Pois ao ter um aparelho mais eficiente e menos
ruidoso, mais pessoas que odeiam essas características presentes no aparelho
portátil comum passarão a considerar a compra do portátil Split. E quem sabe até
consigam atrair clientes dos aparelhos Split convencionais?
Tendo isso em mente, nessa sessão do trabalho serão tratados os custos de
um aparelho portátil comum, o custo de um aparelho Split convencional e também o
custo que para fazer o nosso protótipo. Há aparelhos mais caros, com inversor de
frequência, que resumindo em poucas palavras faz com que o ar condicionado
consuma menos energia elétrica e faça menos barulho, mas o seu preço de compra
é consideravelmente mais caro que um aparelho sem essa tecnologia.
3.5.1 Custo do protótipo
Sobre o nosso protótipo, foi gasto o valor de R$ 500,00 na compra do
aparelho DeLonghi CF220, um ar condicionado portátil usado encontrado em um site
de vendas e que estava em boas condições de uso e funcionando perfeitamente.
Para as adaptações, no total foram gastos R$ 340,00 em mangueiras. Esse valor
poderia ser menor caso utilizássemos a mangueira correta já na primeira tentativa, o
que não aconteceu e foi necessário fazer uma segunda compra. Com válvulas para
alta e baixa pressão, foram R$ 80,00. Mais R$ 80,00 na compra de colas, resina e
fibra de vidro, que foram utilizadas na montagem das unidades ao serem separadas.
E para manter o aparelho com o visual original no modo portátil, mais R$ 45,00
foram gastos em trincos metálicos, para fazer a união das partes evaporadora e
condensadora. No total, o custo do protótipo foi de R$ 1.045,00.
37
3.5.2 Custo de um aparelho de ar condicionado
Quando se busca um ar condicionado portátil, há diversas opções dos mais
variados preços no mercado. Em uma pesquisa rápida feita em sites de venda na
internet no mês de novembro de 2016, foram encontrados desde aparelhos de 9.000
BTU/h que partem de R$ 1.400,00, até aparelhos mais famosos, que chegam a
custar R$ 3.000,00 na versão de 12.000 BTU/h, já com inversor de frequência. Isso
levando em conta que um aparelho portátil não precisa de nenhuma adaptação para
ser instalado no ambiente, por terem versões disponíveis tanto em 127 quanto em
220 volts e sua instalação em uma janela ser possível com uma tubulação e uma
régua para vedação já presentes na caixa do aparelho.
E finalmente, o Split convencional. A média de preço de um Split de 12.000
BTU/h em novembro de 2016 girava em torno dos R$ 1.300,00. Aparelhos com
inverter na mesma potência de refrigeração custam em média R$ 1.700,00. Mas
como a grande maioria dos ar condicionados Split do mercado estão presentes
apenas em 220 volts, muito provavelmente vai ser necessária a instalação de uma
tomada própria para o ar condicionado, além do custo da instalação do mesmo. Em
consultas a eletricistas conhecidos, o valor apresentado para instalação de uma
tomada de 220 volts para um ar condicionado chegou a R$ 100,00.
Foi realizada uma cotação de preços de instalação em quatro lojas de
refrigeração em Paranaguá, e duas lojas em Curitiba. O caso passado às lojas era
de um aparelho de 12.000 BTU/h, já com a tomada preparada, e com a instalação
sendo parede/parede, sendo esta a instalação mais barata possível. Em Paranaguá,
a média de preço de instalação do aparelho nas quatro lojas foi de R$ 385,00. Em
Curitiba, o preço das duas lojas consultadas foi o mesmo, R$ 800,00. Então, para
instalação de um aparelho Split, o valor gasto com o aparelho e instalação pode ser
de R$ 1785,00 no caso mais em conta, e pode chegar a R$ 2.600,00 no mais caro.
Espera-se que um aparelho portátil Split não fique muito longe desses
valores. A adaptação para um aparelho atual pode não ser vantajosa para a fábrica.
Já o custo para criar um aparelho como o nosso do zero deve ser bem próximo ao
custo para criar um novo aparelho portátil convencional. Com a linha de produção
em massa, tal custo ficaria ainda menor.
E o consumo de energia elétrica tende a ser inferior num aparelho portátil
Split, já que ele chega ao setpoint com mais facilidade que o convencional.
38
3.6 TESTE DE RUÍDO
Para o teste de ruído, foi utilizada uma sala de testes de ruídos, que é uma
câmara semi-anecoica e os equipamentos necessários, de uma empresa de
eletrodomésticos da linha branca. A câmara semi-anecoica utilizada para os testes
atende aos padrões das normas ISO 3745, que trata sobre os padrões
internacionais de medições de pressão sonora, e a ISO 8960, que é sobre Medição
de emissão de ruído acústico aerotransportado aplicado a refrigeradores.
Os testes foram realizados com o modo refrigeração ligado em 18ºC, e com
a ventilação no alto, médio e baixo.
• Caso 1: Protótipo no modo Split, com o condensador posicionado na
sala (também isolada) ao lado.
• Caso 2: Protótipo instalado no modo original, portátil.
3.7 TESTE DE EFICIÊNCIA TÉRMICA
Para o teste de eficiência térmica, lamentamos muito não ter conseguido
acesso a uma câmara isolada própria e os equipamentos necessários para obtenção
de dados seguros sobre esse teste. Seria o ideal para uma comprovação confiável
de que o aparelho realmente funciona e que vale a pena o seu desenvolvimento.
Mas para não deixar o trabalho sem esse teste importante, foi decidido então fazer
um teste apenas com fins comparativos, utilizando aquilo que se tinha em mãos no
momento para tentar mostrar que o protótipo realmente funciona.
O teste foi realizado em um quarto de 3 metros de comprimento, 2,5 metros
de largura por 2,8 metros de altura. Havendo uma janela e uma porta em paredes
opostas, e com o teto sendo laje, com telhas do tipo francesa acima. Pela
localização do quarto, não há insolação em nenhuma parede, em nenhuma hora do
dia. Mesmo assim, o teste foi realizado em um dia nublado, tendo início às 15h, e
com a temperatura externa que ficou estável em 32ºC e umidade em 79% durante
todos os testes. E em todos os casos, haviam 2 pessoas dentro do quarto.
Além de comparar o próprio protótipo nos modos portátil e Split, o próprio ar
condicionado Split instalado no quarto foi incluído no teste para fazer um
comparativo com ele também.
39
Para ter um bom efeito comparativo, os testes foram realizados da seguinte
maneira:
• Caso 1: Protótipo no modo portátil, quarto com
temperatura em 30.4ºC e umidade de 76%, temperatura setada no
aparelho 24ºC, ventilação máxima, 15 minutos com o aparelho ligado,
medindo temperatura e umidade;
• Caso 2: Protótipo no modo Split, quarto com temperatura
em 30.1ºC e umidade de 77%, temperatura setada no aparelho 24ºC,
ventilação máxima, 15 minutos com o aparelho ligado, medindo
temperatura e umidade;
• Caso 3: Split de 12.000 BTU/h instalado no quarto, quarto
com temperatura em 30.3ºC e umidade de 75%, temperatura setada no
aparelho 24ºC, ventilação máxima, 15 minutos com o aparelho ligado,
medindo temperatura e umidade;
Entre os testes, esperou-se o quarto voltar a temperatura e umidade muito
próxima à inicial para só então iniciar-se o próximo teste. Para agilizar esse
processo, utilizou-se o próprio aparelho mas com o condensador virado para o
interior do quarto com o cuidado da medição da temperatura e umidade. Dando
também atenção à temperatura e umidade externa, que variou menos de 0.5ºC e 1%
de umidade entre o primeiro e o último teste, o que acredita-se serem valores bem
aceitáveis para os efeitos comparativos buscados.
40
4 RESULTADOS
Para comprovação da viabilidade do projeto então proposto, foram
realizados um teste de ruído e um teste de eficiência térmica.
4.1 TESTE DE RUÍDO
Os resultados dos testes são mostrados no gráfico a seguir:
Figura 17 – Gráfico teste de ruído
Fonte: Os autores
Com esse gráfico e os valores mostrados, fica claro que com o ar
condicionado no modo portátil (caso 1) é muito mais cômodo e confortável para que
uma pessoa tenha uma boa noite de sono, pois apenas o barulho vindo do ventilador
do evaporador estará presente no quarto. Lembrando que o valor máximo para uma
noite de sono reconfortante, segundo a OMS, é de 50 dB de pressão sonora.
High Fan Mid Fan Low Fan
Caso 1 54,6 dBA 49,4 dBA 44,3 dBA
Caso 2 62,5 dBA 56,4 dBA 50,5 dBA
0,0 dBA
10,0 dBA
20,0 dBA
30,0 dBA
40,0 dBA
50,0 dBA
60,0 dBA
70,0 dBA
Pressão Sonora - dBA
41
4.2 TESTE DE EFICIÊNCIA TÉRMICA
Os resultados desse teste vemos na imagem a seguir:
Figura 18 – Tabela de Eficiência Térmica
Temperatura
inicial (ºC)
Umidade
Inicial (%)
Temperatura
após 10 min
(ºC)
Temperatura
após 15 min
(ºC)
Umidade
após 15
min (%)
Caso
1 30,4 76 27,3 27,3 68
Caso
2 30,1 77 26,4 25,8 62
Caso
3 30,3 75 24,6 24,2 59
Fonte: Os Autores
Como pode-se ver na tabela, no modo portátil o aparelho não conseguiu
deixar o quarto fresco. A temperatura não baixou dos 27,3ºC. Ao buscar um motivo
para que isso ocorresse, foi feita a medição da temperatura da tubulação que leva o
ar quente ao exterior e constatou-se que essa tubulação de 1,5m estava a 59,8ºC.
Também foi medida a temperatura do compressor, que estava a 83ºC. Tudo isso
fazendo parte do aparelho que tem como objetivo resfriar o ambiente.
O resultado do teste do protótipo no modo Split foi satisfatório, pois por se
tratar de uma adaptação feita em um aparelho já antigo, ele ficou mais próximo do
Split instalado no ambiente do que dele mesmo em seu modo original, portátil.
Não se pode afirmar isso pois não foi realizado o teste de consumo
energético, mas quando um aparelho atinge seu set point, ele desliga o compressor
e só liga novamente quando a temperatura aumenta em 2ºC. Com o modo portátil
ele fica ligado direto, tentando alcançar a temperatura setada mas não conseguindo
e consumindo cada vez mais. No modo Split, já que o aparelho chega com mais
facilidade no seu set point, ele poderá desligar e, assim, o consumo energético
poderá ser menor.
42
5 CONCLUSÃO
Com cada vez mais pessoas dispostas a pagar o preço do conforto e ter um
ar condicionado em casa, muitas delas veem no aparelho portátil a forma mais
prática de se obter um ambiente agradável, pois não vai necessitar nenhuma
adaptação e ainda com a praticidade de ser transportado para qualquer lugar. Mas
aí elas descobrem que o seu tão sonhado aparelho de ar condicionado não resfria o
ambiente como deveria, e que o ruído emitido por ele é muito acima do aceitável.
É para estas pessoas que o nosso trabalho é direcionado. É para a pessoa
que quer ou precise de um aparelho portátil, mas que não queira abrir mão das
vantagens do aparelho Split, sem ter que gastar com instalação e adaptação da rede
elétrica do seu domicílio. Até mesmo os clientes de aparelho Split convencional
poderão ser atraídos pela praticidade do portátil, com as vantagens do Split. A fatia
de mercado que pode ser beneficiada pelo nosso projeto é bem maior do que pode-
se supor inicialmente.
A alternativa aqui apresentada é criar um aparelho que una as vantagens de
um aparelho portátil, mas que solucione suas limitações aplicando as vantagens do
aparelho Split, pois com isso aumentamos sensivelmente a capacidade de
refrigeração eliminando as perdas com a unidade condensadora e reduzimos o
ruído, uma vez que seu maior causador fica fora do ambiente a ser refrigerado.
Com o protótipo, tentou-se comprovar que o aparelho pode sim existir e que
realmente funciona. Os resultados foram satisfatórios pois no teste de ruído, ao ser
utilizado no modo Split, ele demonstrou ser bem menos ruidoso do que no modo
portátil, até mesmo por não apresentar ruídos intermitentes ele se torna um aparelho
bem menos irritante aos ouvidos do que quando utilizado no modo portátil.
E embora o teste de eficiência térmica não tenha sido o ideal, conseguimos
ter um bom padrão comparativo que comprovou que no modo Split o aparelho
consegue refrigerar mais e melhor do que no modo portátil. Mais do que isso, sua
performance chegou mais próxima de um aparelho Split convencional do que do
próprio aparelho portátil no modo original.
43
5.1 TRABALHOS FUTUROS
Mais testes podem ser feitos no protótipo, como utilizar uma sala
termicamente isolada e um calorímetro para então comprovar que o aparelho
consegue ser mais eficiente termicamente, também um teste de eficiência
energética, para comprovar que ele consegue consumir menos energia elétrica por
ter maior facilidade de chegar ao setpoint. Não foi possível realizar estes testes
antes da entrega deste trabalho, mas eles com certeza serão feitos, pois o potencial
desse tipo de aparelho é grande.
Acredita-se que um aparelho feito do zero para atuar nessa maneira
conseguiria resultados ainda melhores do que estes que foram apresentados. A
ideia do trabalho é ter esse aparelho feito especificamente pra funcionar como
portátil e como Split. O protótipo foi feito apenas para mostrar que é possível, que há
consumidores para esse tipo de aparelho e que ele realmente funciona.
Como trabalhos futuros então, realizar os testes de eficiência térmica e de
eficiência energética. E procurar qual a melhor solução para as mangueiras, se
utilizar dois conjuntos de mangueiras, um maior para utilização no modo Split, e um
menor para utilização do modo portátil com engate rápido, ou se apenas um
conjunto de mangueiras, com uma válvula de retenção do gás seria a melhor opção.
44
REFERÊNCIAS
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BRÜEL & KJÆR. Sound Intensity Booklet. 1993. Disponível em: <https://www.bksv.com/media/doc/br0476.pdf>. Acesso em 13 de janeiro de 2017. DOSSAT, Roy J. Princípios de refrigeração/ teoria, prática, exempl os, problemas, soluções. São Paulo: Hemus, c2004 884 p. ISBN 8528901599 (broch.). ELEKTRO. Eficiência Energética: Fundamentos e Aplicações. 2012. Disponível em: <http://www.elektro.com.br/Media/Default/DocGalleries/Eficientiza%C3%A7%C3%A3o%20Energ%C3%A9tica/Livro_Eficiencia_Energetica.pdf> Acesso em 17 de setembro de 2016.
FERRAZ, F.; GOMES, M. Apostila de Refrigeração. 2008. Disponível em: <http://fabioferrazdr.files.wordpress.com/2008/08/ref1.pdf>. Acesso em: 13 de setembro de 2016. GREEN, AMANDA. A Brief History of Air Conditioning. 1º de janeiro de 2015. Disponível em: <http://www.popularmechanics.com/home/how-to/a7951/a-brief-history-of-air-conditioning-10720229/>. Acesso em 13 de setembro de 2016.
GROENEWOLD ALEXANDRY, Federico. O problema do ruído industrial e seu controle. Trad. Fundação Centro Nacional de Seguran ça, Higiene e Medicina do Trabalho. São Paulo: FUNDACENTRO, 1978.
MILLER, Rex; SCOFANO NETO, Francesco (Trad.). Refrigeração e ar condicionado. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 524 p. ISBN 9788521616245 (broch.)
PORTAL DA REFRIGERAÇÃO. História da Refrigeração e Ar Condicionado. 200?. Disponível em: <http://www.refrigeracao.net/Topicos/historia_refri.htm>. Acesso em: 12 de setembro de 2016.
RIOSAR. Carga térmica o que é? 24 de maio de 2011. Disponível em: <http://www.riosar.com.br/carga-termica-o-que-e/> Acesso em 17 de setembro de 2016.
VENTURINI, OSVALDO JOSÉ. Eficiência Energética em Sistemas de Refrigeração Industrial e Comercial . Rio de Janeiro: Eletrobrás, 2005. 316p. ilust.
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APÊNDICE A – MAPA DE RACIOCÍNIO
PROJETO DE AR
CONDICIONADO SPLIT
PORTÁTIL
Prazo para o projeto?
9 de dezembro de 2016
Pra que realizar o projeto?
Tentar resolver os pricipais problemas de
um ar condicionado portátil
Ruído Baixa eficiência
térmica
Para quem o projeto é
direcionado (consumidores)? Pessoas que moram em
prédios que não podem alterar a fachada
Veraneios que gostariam de ter o ar condicionado em sua
casa de praia
Qualquer outro consumidor de ar condicionado portátil e até mesmo consumidores de
modelos Split.PROTÓTIPO
Custo do protótipo
Aparelho Ar CondicionadoMangueirasConexões
AdaptaçõesGás
Design
Utilização do desgin original do
aparelho
Materiais
Mangueira para ar condicionado automotivo;
Mangueira para gases químicos;
Gás original, Freon R22
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APÊNDICE B – RESUMO DO PROJETO NO IFTECH
