Capítulo IV – Extensões – Aprofundamento de caráter técnico sobre alguns itens abordados

Extensões:

• Extensão  1 Equação que rege o metabolismo humano
  
• Extensão 2 Energia contida na molécula de ar
• Extensão 3 Energia produzida por unidade de tempo
• Extensão 4 Transmissão de calor por condução
• Extensão 5 Transmissão de calor por convecção
• Extensão 6 Condensação do vapor de água contido na molécula do ar
• Extensão 7 Transmissão de calor por Radiação
• Extensão 8 Eficiência e custo de implantação de um Projeto de Radiação
• Extensão 9 Temperatura de Orvalho
• Extensão 10 Benefícios principais de um sistema Radiante
• Extensão 11 Equação do número de Reynolds

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Capítulo V – Planilha comparativa entre os diversos sistemas e links importantes

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EXTENSÃO 1 – Equação que rege o metabolismo humano  ⇑ topo

Equação do balanço térmico

O equilíbrio térmico do organismo é descrito pela equação: M +- C +- H +- R – E = zero

• M = calor gerado pelo metabolismo
• C = calor trocado por condução
• H = calor trocado por convecção
• R = calor trocado por radiação
• E = calor perdido por evaporação

M = Metabolismo: O organismo libera calor na taxa de 20 a 500 kcal/hora

C = Condução: É o calor transferido entre o corpo e os objetos (vestimentas) através do contato físico direto. Normalmente é pequeno devido à baixa condutibilidade das vestimentas.

H = Convecção: É a troca de calor entre o corpo e os fluidos que o envolvem. Pode ser grande, dependendo da velocidade do ar em volta do corpo.

R = Radiação: É a troca de calor entre o corpo e os outros corpos materiais através de emissões radioativas.

E = Evaporação: É a perda de calor que acontece na mudança de fase da água pro vapor.

A evaporação depende da umidade do ar, uma vez que esta indica a quantidade de vapor que o ar pode receber. Depende também da velocidade do vento. Quanto mais seco o ar, mais fácil a evaporação. O movimento do ar auxilia a evaporação pois tira a camada saturada das proximidades da pele.

Limites do corpo humano

O corpo humano resiste atingir a temperaturas próximas de 39 ºC durante curtos períodos de tempos.

A partir de 41 ºC o mecanismo regulador entra em colapso, assim como os tecidos e principalmente o cérebro.

Aos 42 ºC sobrevém a morte.”

Perdas de energia pelo corpo humano:

• Submetido a teto radiante

Radiação 50%
Convecção/Condensação  30%
Umidade 20%

• Submetido a sistema convencional

Radiação 35%
Convecção/Condensação 40%
Umidade 25%

EXTENSÃO 2 –  Energia contida na molécula de ar = ENTALPIA = h   ⇑ topo

h= 1,006 t + w (2501 + 1,805 t)

h= kilojoule/kg#

t= °C temperatura seca

w= grama H2O / kg de ar seco umidade absoluta

Como se nota quanto maior for a temperatura seca e/ou a umidade absoluta  introduzida maior será a energia contida na molécula.

EXTENSÃO 3 – Energia produzida por unidade de tempo  ⇑ topo

Produção contínua de energia e ensaio sobre carga térmica interna.

A transmissão de calor (remoção ou introdução de energia)  ocorre em função da unidade de tempo.

Sistema Internacional	watt = joule /s
Sistema Inglês	btu/h
Sistema Métrico	kcal/kg
Uma tonelada de refrigeração	TR
1TR  =  3516 watt  =  12000 btu/h  =  3024  kcal/h

Ensaio de Carga Térmica Interna  gerada em um ambiente de escritório.

Taxas de cargas sensíveis

Iluminação                                     20 w/m²

computador + monitor      135 w/pç

Impressora      (md)                      215 w/pç

Pessoa                                              75 w/p

Alimento  quente                           11w/prato

Taxas  de carga latentes

Pessoa                                              55 w/p

Alimento  quente                             4 w/prato

Considerando uma estação de trabalho a cada 7 m² e uma impressora a cada 5 estações de trabalho.

Carga interna latente                      55 w/pessoa

Carga interna sensível (constante)  56 a 60 w/m²

Carga de insolação (variável) através de vidros e paredes

Depende do ganho solar pelo vidro e tipo de parede :

Em edifícios convencionais a soma pode variar de 20 a 40 w/m² de piso

Estimativa de calor sensível interno para escritórios modernos com baixa carga de iluminação e vidros com baixo ganho solar :   70 a 90 w/m² (de carpete).

Para calor latente interno = número de pessoas x 55 w

Considerou-se somente as cargas internas pois são as que servem para determinar os componentes de distribuição de ar (dutos, bocas, unidades de tratamento de ar).

Para a  obtenção da carga total (determinação da Central de Produção de Frio)  deverá  ser acrescida a carga  de ar externo .

EXTENSÃO 4 – Transmissão de calor por condução: contato físico entre corpos.  ⇑ topo

Em qualquer corpo cada átomo é capaz de vibrar em torno de sua posição.

A energia térmica é dada pela intensidade de vibração destas moléculas e quanto maior a vibração mais energia (mais quente )  o corpo tem.

Quando dois corpos com energias diferentes entram em contato físico há a transferência de calor do mais quente para o mais frio.

A equação que expressa esse fenômeno é:

calor = U x A x Δtm

U  –   coeficiente global de transmissão de calor – depende do material, espessura, cor, coeficiente de condutividade térmica  e movimentação do ar circundante.  É expresso por w/m²K

A – área de contato em m²

Δ t m  diferença de temperatura  em °C  (Δ°C=ΔK)

EXTENSÃO 5 – Transmissão de calor por convecção: movimentação de fluidos  ⇑ topo

Este é o fenômeno predominante nos sistemas convencionais de ar condicionado

O ar quente e úmido de um ambiente circula através de um trocador de calor onde ele perde a umidade e esfria, retornando para a sala.

Para o cálculo da vazão de ar deve-se considerar duas equações :

Equação “a” Para remover calor sensível
calor calor em watt =	m x Cp x Δt
m	vazão mássica kg/s
Cp calor específico do ar	1000 j/kg °C
Δt	°C
Equação “b” Para remover calor latente do ambiente
calor em watt =	m x Cl x Δ w
m vazão mássica	kg/s
Cl  calor latente de vaporização	2500 j/kg w
Δw diferença de umidade absoluta	grama de água/ kg de ar seco
Quando se deseja remover o calor sensível a equação “a” é usada
Quando se deseja remover a umidade a equação  “b”  é usada

EXTENSÃO 6 – Condensação do vapor de água contido na molécula do ar  ⇑ topo

Como ocorre a condensação do vapor de água da molécula de ar?

Processo de secagem do ar é a condensação do vapor de água da  molécula de ar atmosférico.

Uma molécula de ar, que contém uma certa quantidade de água em forma de vapor, ocupa um determinado volume.

A quantidade de água dessa molécula ocupa uma parte desse volume.

Essa quantidade de água é a umidade absoluta.

O percentual do volume ocupado pelo vapor de água é a umidade relativa.

(Na verdade a umidade relativa é a relação entre a pressão de vapor da molécula com a pressão de vapor da mesma molécula no estado de saturação).

Ao se resfriar uma molécula de ar ela vai “encolhendo”, a umidade absoluta permanece a mesma  porém o espaço ocupado pela mesma quantidade de água é maior, então a  umidade relativa aumenta.

Por exemplo, se uma molécula contém 2 gramas de vapor de água (umidade absoluta) e essas duas gramas ocuparem 40 % do volume total, essa molécula tem 40 % de umidade relativa ou melhor, falta 60% para atingir a condição saturada.

Resfriando-se essa molécula as duas gramas vão ocupando cada vez mais volume até preenchê-lo completamente (100% ou estado saturado).

Ao se rebaixar mais ainda a temperatura a molécula vai para uma outra condição de pressão de vapor e a água não tendo mais volume para ocupar “escapa ” dessa molécula, ou seja, condensa.

É essa água que estava contida no ar da sala, produto da evaporação das pessoas ou de outras fontes latentes.

Quando essa molécula encosta no trocador de calor da unidade de tratamento de ar, cuja água gelada está circulando a 5°C ou 6°C (ou está circulando gás refrigerante a baixa temperatura), há a condensação do vapor de água, que por sua vez, cai na bandeja de recolhimento do equipamento, ou fica no “pinga-pinga” do aparelho de janela.

Ou seja, o processo de secagem do ar ocorre concomitantemente com o resfriamento.

O ar, frio e seco, volta ao ambiente, se aquece e se umidifica novamente roubando energia sensível e latente do ambiente.

EXTENSÃO 7 – Transmissão de calor por Radiação  ⇑ topo

Calor =  σ  x ε x A x (T⁴q-T⁴f )  x   fs
σ       constante de Stefan Boltzmann = 5,669 w/m² k⁴
ε        capacidade de emitir energia radiante = fe
corpo negro = 1    outros   0< ε < 1
A        área em m²
T  temperatura absoluta em °K
fe  fator de emissividade
fs   fator de superfície ou de forma

Para superfícies quentes (1)  pequenas em comparação a frias (2)  envolvidas por esta última, como um corpo que irradia calor para o ambiente tem-se S1=fs=1   e  fe = ε, considerando-se t quente = 35°C e t fria = 16°C, com ε = 0,85 tem-se uma transmissão de calor por radiação de 97 w/m².

EXTENSÃO 8 – Eficiência e custo de implantação de um Projeto de Radiação  ⇑ topo

Como dissemos anteriormente um bom projeto com um custo de implantação altamente palatável  é obtido com:

– a melhor eficiência dos componentes radiantes

– a obtenção da menor vazão de ar possível (dentro das normas recomendadas para o tipo de uso do ambiente)

– o maior grupamento das unidades de tratamento de ar.

– menor implantação de cargas elétricas

– otimização dos espaços ocupados.

Eficiência dos elementos radiantes

É fornecido pelo índice resultado da  equação

tsala   –   te + ts  =  T
                    2

onde te é a temperatura de entrada da água gelada e ts é a temperatura de saída da água

Índices abaixo de 8 indicam baixa eficiência e acima de 8 ou 9  boa e ótima eficiência refletindo menores  custos de implantação.

Considerar que quanto mais baixas as temperaturas da água do dispositivo radiante maior será sua eficiência.

Recomenda-se que a área do teto com radiação NUNCA  deva ser menor do que 50% da área total do  forro.

A radiação deve ser responsável pela remoção de 65 a 80% do calor sensível.

Na Europa, onde foi desenvolvida a aplicação deste sistema na década de 1980, trabalham com ajuste de temperatura das salas em 26 ou 27° (por economia de energia e talvez por questões de biotipo,  eles vem do “frio” e querem o “quente”).

O índice calculado, com temperaturas de 15 e 17°C de água resulta em 10, indicando um bom rendimento .

Com essas temperaturas de ambiente e de água há de se considerar também o risco baixo de condensação e a otimização do uso do “free-cooling” durante boa parte do ano.

Aqui no Brasil, se aplicarmos ajuste da sala em 24° com as mesmas temperaturas de água teremos índice 8 o que praticamente inviabiliza a implantação pelo alto custo provocado pela grande quantidade de dispositivos radiantes .

Este fato nos obrigou a tropicalizar a solução no ano de 1999 para viabilizar o primeiro projeto (Torre Pedroso-Instituto Tomie Ohtake), mesmo em detrimento de um pequeno aumento da energia despendida.

Com água a 14 e 16°, sala a 24° obtêm-se um índice de 9 o que indica uma ótima eficiência.

A menor vazão de ar é obtida através da equação b) da Extensão  5. Esta vazão de ar é bem inferior à vazão obtida pela equação “a” pois o calor latente de um ambiente comum é bem inferior que o calor sensível.

Danceterias, boates, cinemas, podem constituir exceções.

Nos “cases” demonstrados adiante, faremos um breve resumo do projeto com os  benefícios.

EXTENSÃO 9 – Temperatura de Orvalho  ⇑ topo

To =  (H/100) ⅛ [ 112 +(0,9 t) ] + 0,1 t – 112

T e  t em °C e H umidade relativa

Uma sala no nível do mar, mantida a 24°C com 50% de U.R. apresenta Temperatura de Orvalho de 13°C.
A temperatura de orvalho varia também em função da altitude do local.
Pode-se notar, porém, pela equação acima que, para uma dada altitude a T.O. depende da temperatura seca e da umidade.

EXTENSÃO 10 – Benefícios principais de um sistema Radiante  ⇑ topo

Consideremos um edifício de escritórios com 20 pavimentos e 1000 m² por pavimento.

Uma estação de trabalho a cada 7 m² e uma impressora a cada 5 estações de trabalho.

Adotaremos 80 w/m² de calor sensível interno e 55 w/pessoa de calor latente  conforme Extensão 3.

Para o sistema radiante o ideal será a remoção de 75 % da carga sensível por radiação.

ENERGIA ELÉTRICA
ITENS	Sistema Convencional (Chiller, F&C, VAV)	Sistema Radiante (Chiller, F&C menores, Painéis Radiantes)
Calor sensível 1 600 000 watt	1.600.000 watt	Água retira 75 % por radiação = 1.200.000 watt	Ar  retira 25 % por convecção = 400.000 watt
Δ t   °C	24-11 = 13 °C	15 – 13  = 2° C	24 – 11 = 13°C
Vazão m³/s	110 m³/s	143,4 m³/s	27,6 m³/s
Δ p    Pa	600	150.000	700 (com duto ret.)
Potencia consumida Kw= m³/s x Pa             Ƞ	88 Kw	28,7 Kw	25,8 Kw
TOTAL Kw	88 Kw	54,5 Kw

Benefícios:   38 % de redução de potência elétrica  além de inserção de retorno do ar por dutos, que permitem limpeza.

OTIMIZAÇÃO DE ESPAÇOS OCUPADOS

Vamos selecionar o duto principal de cada pavimento com velocidade de 8 m/s tanto para o sistema convencional quanto para o radiante.

Sistema convencional → 110 m³/s/ 20 pav = 5,5 /8 m/s = 0,687 m² o que reflete um duto de 1000 x 700, ocupando, isolado termicamente, um vão de entre forro de  800 mm.

Sistema de radiação → 27,6 m³/s /20 = 1,38/ 8 m/s = 0,172 m² o que reflete um duto de 900 x200, ocupando, isolado, um vão de entre forro de 300 mm.

 

COTAS PARCIAIS (em mm)
ITENS	CONVENCIONAL	RADIAÇÃO
Laje	300	300
Piso falso	200	200
Pé direito	2700	2700
Vão do forro	800	300
Total 20 pav.	80 000	70 000

Como se nota o sistema com radiação permite, na mesma cota em altura, 22 pavimentos com pé direito mais nobre de 2800 mm contribuindo para a diminuição da vacância.

Deverá ser consultada a legislação sobre área construída  versus área do terreno.

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CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO

SISTEMAS RADIANTES X SISTEMAS CONVENCIONAIS

Para o mesmo sistema radiante pode haver variação de custo dependendo do objetivo desejado.

Para obter-se a menor cota do vão do entre forro será necessária a mínima vazão de ar possível e isto pode refletir na quantidade das placas ativas que podem ocupar até 80 % da área do forro.

O contrário, também verdadeiro, significa um menor custo para o mesmo sistema, pois maior com maior vazão de ar pode-se necessitar de menor quantidade de placas radiantes (até um limite mínimo de 50% da área).

Outro fator importante a se considerar é a possibilidade de grupamento dos equipamentos mecânicos .
Nos cases Torre Pedroso, Torre Faria Lima, Ed. Sede da Petrobras, onde houve drástica redução de fan&coils (automação, hidráulica, quadros elétricos)  os custos obtidos foram iguais aos dos projetos convencionais.

De qualquer forma, três itens devem SEMPRE  ser levados em conta:

Sistemas Mecânico, Hidráulico e Elétrico

Sistemas de Automação

Material do forro.

Sobre este último item (material do forro) deve-se considerar que, numa escala evolutiva de custos tem-se:

1. GESSO
2. FIBRO MINERAL DE BAIXA ABSORÇÃO ACÚSTICA
3. METÁLICO DE AÇO PINTADO
4. FIBRO MINERAL DE ALTA ABSORÇÃO ACÚSTICA
5. METÁLICO DE ALUMÍNIO

EXTENSÃO 11 – Equação do número de Reynolds  ⇑ topo

Ɍ = v x Φi / √

v –  velocidade em m/s

Φi – diâmetro interno em metros

√ – viscosidade cinemática da água a 10 °C =

1,3  m²/s
_______
10⁶

Com velocidades baixas a água desloca-se em “lâminas ” onde só atuam forças de viscosidade provocando troca de calor (por condução)  de maneira inexpressiva, predominando o regime laminar.

Com  o aumento da velocidade da água  obtém-se maior troca de calor por condução entre água, cobre, perfil de alumínio e placa de forro. É formada  assim a superfície radiante nas placas ou nas aletas das vigas radiantes.

Número de Reynolds acima de 2000 indica regime transitório e turbulento, onde há troca de calor eficiente para formar o fenômeno da Radiação.

Capítulo V Planilha comparativa entre os diversos sistemas e links importantes.  ⇑ topo

Planilha comparativa entre os diversos sistemas de grande porte

maiores que 10 pavimentos, lajes de 600 m² Gerenciamento Item VRF INS PISO VAV TETO RAD CONFORTO/SAÚDE temp seca(°C)  = 24±1 100% com ar 100% com ar 100%  com ar 100% com radiação umidade (%UR) = 50 ±10 40 a 70 % 50 a 70% mantem 40 a 60% mantem 45 a 50% filtragem  do ar sofrível/max MERV 2 sofrível (1) atende max merv 20 atende max merv 20 ruido baixo alto na baixa rotação baixo imperceptível canal excl. de ar (ABNT) atende não atende difícil  atendimento atende facilmente detecção, alarme e exaustão- eventual vazam.  de gás nocivo impossível, pois tubos percorrem todos os amb. condicionados possível, tubos confinados só na Casa de Máq. possível, tubos confinados só na C.M. possível, tubos confinados só na C.M.. ar da face limpa p/suja atende ANVISA. não atende norma atende ANVISA atende ANVISA ENERGIA ELÉTRICA carga elétrica alta alta media baixa uso do” frio” (ef volante) só casos especificos existe existe existe Kw/TR(ASHRAE 2005 0,63) água 1,16 / ar 1,26 1,31 0,9 a 1 0,8/0,66 (2) MUDANÇAS DE LAY OUT novas salas difícil,severas limitações muito fácil, com reaproveitamento total de componentes trabalhosa, eventuais descartes de equipamentos fácil, com reaproveitamento total de componentes mobiliário sem restrições não permite móveis com fundo faceando o piso sem restrições sem restrições OPERAÇÃO DA  AUTOMAÇÃO comunicação avaliar protocolo protocolo aberto protocolo aberto protocolo aberto pelo usuário fácil, controle remoto só com tecnico treinado só com tecnico treinado só com tec. treinado MANUTENÇÃO equip. girantes suscetiveis a danos um a cada 15 m² um a cada 5 m² um a cada 300 m² um a cada 200  m² prot. esp. para eq. padrão necessita  não necessita não necessita não necessita área afetada por quebra na prod de frio pequena: só ar. servida op. defic. em todas as areas. op. defic. em todas as areas. op. defic. em todas as áreas dist de frio pequena: só ar. servida só o pavimento só o pavto só o pavimento em outras utilidades não há interface compromete o pavto não há interface não há interface INVESTIMENTO custo peças de reposição alto, grande qtdd motores e compressores alto, grande qtdd de vent e motores baixo, poucos componentes e motores de grande porte baixo, poucos componentes e motores de grande porte vida útil do sistema 15 anos 25 anos 25 anos 25 anos custo implantação 30% superior ao base 20% superior ao base base de  referencia 0 a10% sup. ao base APLICAÇÃO E LIMITAÇÕES VRF – cond. a ar bom para edificios até 8 andares//bom para salas com lay out sem futuras alterações. VRF – cond. a água bom para  qualquer edificio//bom para salas com lay out sem futuras alterações (lay out imutável) //exige proteções especiais para o eq de produção de frio (condensadores) : suporta pequena pressão da coluna d’água – para maiores pressões  deve-se usar Trocador de calor de placa e novas bombas; deve-se eliminar possibilidade de sujeira no trocador tornando proibitivo o uso de Torre de Arrefecimento. insuflamento  pelo piso não há limitações teto radiante desaconselhado para prédios muito pequenos, residencias, boates, cinemas, danceterias LEGENDA DAS CORES  ATENÇÃO MAIOR BENEFÍCIO Notas (1)  ar trafega por região poluida após qualquer tipo de filtragem. (2)  obtem-se com o uso do DOAS e rodas entalpicas e dissecantes processos com 100% ar ext. com 0,66 Kw/TR

Capítulo VI – Cases no Brasil com indicação da participação do autor deste trabalho  em cada caso.  ⇑ topo

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LINKS  ⇑ topo

Links ASHRAE/GREEN BUILDING  sobre Radiação, sobre sistemas TODO-AR  e ano de iníco da disseminação do Conceito nos EEU.U.

http://doas-radiant.psu.edu/panels.html

Sistema de ar condicionado por “ Displacement flow is strongly discouraged.”
Sistema de Painéis Radiantes – o melhor sistema.

http://doas-radiant.psu.edu/leed.html

Painéis Radiantes e seu grande potencial para pontuação – Green Building.

http://doas.psu.edu/doas.html

Sistemas de ar condicionado TODO-AR  (VAV, Expansão Direta, Insuflamento pelo Piso e outros podem apresentar dificuldades para a correta injeção de AR NOVO (ar externo, não viciado) e separação de cargas térmicas secas das cargas úmidas onde poderá haver problemas de proliferação de microorganismos e recontaminação de funcionários .

http://doas-radiant.psu.edu/

Enfatiza problemas nos sistemas TODO – AR.
Indica que o sistema mais favorável para solucionar problemas é o de PAINÉIS RADIANTES.
Cita também que estes começaram a se expandir nos EU  no final de 2007.  ⇑ topo

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

Este trabalho é constituído por VI partes.

Algumas mais abrangentes e mais conceituais (Parte I, Parte VI e as Extensões 1 e 10) e outras mais técnicas, versadas para profissionais que procuram maior profundidade nas matérias.

Os Cases, na PARTE V, relacionam 19 instalações implantadas em 16 anos, diversas operando a 10 anos ou mais, sem registros de deficiências, desconfortos ou inoperância do sistema radiante.

As duas exceções, devem-se a sistema instalado de maneira incompleta – porém não incorreta – e a outra deveu-se a litígio entre as partes, que impediu até mesmo o start up, não devendo se caracterizar portanto, como deficiência do sistema de radiação.

PARTE I Definições, fenômenos de transmissão de calor, fluidodinâmica, energia calorífica, controle das variáveis, Condicionamento Convencional, Condicionamento por Radiação, seus  benefícios e como  otimizar os custos de implantação.

PARTE II

Fenômenos e controle das variáveis e produtos que devem ser conhecidos para sedimentar os conceitos de modo a se obter um bom  projeto .

PARTE III

Subsistemas, produtos e serviços que fazem parte integrante e complementam a concepção dos projetos com sistemas radiantes.

PARTE IV

Extensões com aprofundamento técnico sobre diversos itens abordados.

PARTE V

Cases no Brasil com indicação da participação do autor deste trabalho em cada caso.

PARTE VI

Planilha comparativa entre os diversos sistemas e links importantes.

PARTE I-

DEFINIÇÕES E FENÔMENOS PRÓPRIOS  DO      CONDICIONAMENTO DE AMBIENTES  CONVENCIONAL E COM RADIAÇÃO

Para entendermos o Ar Condicionado por Radiação será necessário fazermos uma retrospectiva sobre o condicionamento ambiental na sua forma convencional .

Para um bom entendimento de sistemas radiantes  necessariamente   devemos  firmar  conceito em Sistemas Convencionais. Seria o equivalente a um cirurgião dentista que, em determinados países necessita especialização em medicina ou mesmo um médico homeopata ser versado em medicina alopata para a boa prática de sua escolha.

No transcorrer desta apresentação se notará o porquê!

Esta retrospectiva deverá ter início nas definições do  significado de ” Ar Condicionado ” e suas formas de aplicação.

O QUE É AR CONDICIONADO?

É simples!

É condicionar as moléculas de AR que preenchem um  ambiente a determinados e pré-estabelecidos requisitos de

PUREZA

MOVIMENTAÇÃO DO AR

TEMPERATURA

UMIDADE

De maneira simplista (os puristas que nos perdoem!) definiremos :

PUREZA – manter o ar ambiente (Indoor Air Quality) com níveis aceitáveis de contaminantes e odores. O controle é obtido através de filtrações adequadas (ABNT-NBR 16401) e introdução de parcelas de ar externo que tenham níveis baixos de contaminantes (principalmente CO2).

MOVIMENTAÇÃO DO AR – manter a movimentação do ar através de dutos e equipamentos corretamente aplicados de modo a não haver correntezas e ruídos indesejáveis.

TEMPERATURA – manter o ambiente a uma temperatura ligeiramente abaixo da temperatura do corpo humano de modo a proporcionar conforto para a maioria dos habitantes.

UMIDADE- manter o ambiente a um grau de umidade confortável para os trabalhos físicos e que propicie ótima performance mental.

Neste trabalho vamos nos ater somente ao controle da TEMPERATURA E UMIDADE.

Para tal devemos destacar algumas definições:

AR ATMOSFÉRICO – Molécula constituída  por  Nitrogênio, Hidrogênio, Oxigênio, Gás Carbônico,  gases nobres,  Vapor de Água  e impurezas.

TEMPERATURA SECA – Nível de calor emanado pelas fontes

SOL         EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS         ILUMINAÇÃO         SERES ANIMADOS         ALIMENTOS QUENTES         e outros

UMIDADE – Nível de vapor de água emanado pelas fontes

ALIMENTOS QUENTES         ÁGUA QUENTE, BANHO MARIA         SERES ANIMADOS         e outros

FONTES QUE LIBERAM ENERGIA CALORÍFICA: calor sensível e calor latente.

As fontes de energia calorífica mais conhecidas são:

Sol Iluminação Computadores Equipamentos elétricos Seres vivos Alimentos quentes e outros

Portanto:

Energia calorífica sensível – aumenta a temperatura seca.

Energia calorífica latente – aumenta a umidade do ambiente.

Notar que uma pessoa em atividade normal de trabalho em escritório libera 0,022 gramas por  segundo de vapor de água, o mesmo que perder um litro de água  a cada 12 horas de modo a ajudar a  manter equilibrada sua equação metabólica.

Vide Extensão 1.

Estas fontes, que provocam aumento de Temperatura e Umidade, contribuem para o acréscimo de energia das moléculas do ar atmosférico do ambiente. Vide Extensão 2. Entalpia do Ar.

As fontes de geração de energia calorífica são contínuas, portanto a forma de remoção também deve ser contínua.

Unidades de energia e ensaio sobre Carga Térmica Interna no ambiente podem ser vistas na Extensão 3.

Quanto maior o nível de energia de um ambiente, mais “quente e úmido” ele fica, contribuindo para o desconforto.

Para tornar o local confortável será necessário remover esta energia para fora do ambiente ou seja praticar um processo de transmissão de calor.

Em outras palavras Condicionar um Ambiente é transmitir energia calorífica  de dentro para fora ou de fora para dentro.

Sistemas de resfriamento transmitem o calor seco e úmido de dentro para fora do ambiente, (verão).

Sistemas de aquecimento transmitem o calor seco gerado fora do ambiente para dentro, (inverno).

Aqui no Brasil estabeleceu-se a temperatura de 24°C (variando 2° acima ou abaixo ) e 50% de umidade relativa variando 10% acima ou abaixo, como níveis aceitáveis de conforto.

Fenômenos básicos para Transmissão de Calor.

Há três fenômenos identificados pela Física para a Transmissão de Calor.

CONDUÇÃO

CONVECÇÃO

RADIAÇÃO

CONDUÇÃO –

Ocorre através do contato físico entre corpos – Vide Extensão 4.

O corpo quente transfere calor para o corpo frio.

Este fenômeno não é, de uma maneira predominante, caracterizado para  condicionamento de ambientes.

CONVECÇÃO –

Movimentação de fluidos – ar quente e úmido / ar frio e seco.

É o fenômeno predominante nos sistemas convencionais de condicionamento ambiental. Vide Extensão 5.

O ar quente e úmido de um ambiente é obrigado a trafegar (através de ventiladores)   por unidades de tratamento de ar que contém um trocador de calor.

No contato com o trocador de calor (dentro do qual circula água gelada ou fluido refrigerante) o ar perde temperatura seca e umidade.

A remoção do calor latente se dá pelo contato do ar úmido com o trocador de calor.

O ar perde umidade (condensação do vapor de água)  e perde também temperatura seca . Vide Extensão 6. O ar frio e seco volta ao ambiente e – “efeito esponja” – absorve novamente calor seco e vapor de água.

Vale ressaltar que fluxo de ar ocupa VOLUME (dutos e máquina de tratamento de ar :  quanto maior  a quantidade de calor a ser removido, maior é o fluxo de ar necessário  e maiores são os dutos e máquinas. )

Na maior parte dos ambientes o calor sensível é, via de regra, predominante e a vazão de ar é projetada para manter a temperatura seca nos níveis desejados .

A umidade é arrastada por consequência.

RADIAÇÃO – transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas propagadas em linha reta.   Vide Extensão7.

Como exemplo temos a mão  humana perdendo calor para as paredes de um freezer. Vale ressaltar que ondas eletromagnéticas não ocupam VOLUME.

SISTEMAS DE CONDICIONAMENTO DE AMBIENTES POR RADIAÇÃO

Este é um sistema misto constituído por uma parcela mínima de ar e uma determinada quantidade de elementos radiantes.

Repetindo : é um mix que usa Radiação como fenômeno principal e Convecção como fenômeno complementar.

A eficiência do sistema e a estratégia para se obter um custo de implantação equilibrado com sistemas convencionais são mostradas na Extensão 8.

A primeira vantagem é que, como se utilizam dois fenômenos,   pode-se  controlar, de maneira precisa, cada variável:

Com a convecção, se controla a umidade no ponto desejado  sem grandes oscilações, mantendo o ambiente seco, adequado ao trabalho saudável  e próprio para ótima performance mental.

Com a radiação se controla a temperatura seca no ponto desejado.

Água gelada é circulada através de elementos radiantes que absorvem o calor seco por radiação.

Neste projeto o engenheiro deve determinar a temperatura de orvalho (temperatura na qual abaixo dela ocorre a condensação) vide Extensão 9 no qual ele quer que o ambiente deva ser mantido.   

A partir dessa determinação serão obtidos os rendimentos dos dispositivos radiantes e a vazão e temperatura do ar a ser insuflado, estes últimos obtidos através da equação b) da extensão 5 (remoção de calor latente).

Para garantir a inexistência da condensação diante de eventuais flutuações da temperatura de orvalho, um sistema de variação da temperatura da água nos elementos radiantes deve ser previsto. Vale destacar que a vazão de ar tem  a função básica de remover o vapor de água do ambiente                                                            E         os elementos radiantes tem como função a remoção  do calor sensível interno. A diferença do sistema convencional é que neste sistema se utilizam dutos com menores secções transversais e menores quantidades de unidades de tratamento de ar, ocupando menores áreas de Casas de Máquinas e volumes de entre forro.

É obtida uma redução na potência instalada dos equipamentos e na dimensão do entre forro de cada pavimento o que pode resultar em mais pavimentos na mesma cota total do Edifício.

Vide Extensão 10.

Na prática obtém-se um pavimento a mais em cada 10 (vide Instituto Tomie Ohtake, um dos “cases” citados ).

Além da baixa vazão de ar que é distribuída através de dutos com pequenas secções transversais, a água gelada, que torna os dispositivos RADIANTES, é distribuída através de malhas, anéis hidráulicos em circuitos fechados com tanques pressurizados, trocador de calor e pequenas bombas dedicadas a movimentação dessa água pelos dispositivos radiantes.

OTIMIZAÇÃO DO PROJETO

Um bom projeto com um custo de implantação altamente palatável é obtido com:

– a melhor eficiência dos componentes radiantes.

– a obtenção da menor vazão de ar possível.

– menor potência elétrica instalada.

– otimização completa dos espaços disponíveis transformando os espaços excedentes em áreas locáveis .

– o maior grupamento das unidades de tratamento de ar ou seja, total aplicação de engenharia e logística de ocupação principalmente na parte convencional.

 

Nos Cases Torre Pedroso, Torre Faria Lima, Edifício Sta. Catarina e Edifício Sede da Petrobrás, Ed. Icon destacamos isto.

PARTE II

FENÔMENOS, CONTROLE DE VARIÁVEIS E PRODUTOS QUE DEVEM SER CONHECIDOS PARA SE OBTER UM BOM PROJETO COM  SISTEMAS RADIANTES.

1. a) Formação do fenômeno da Radiação

Placas de forro radiante são constituídas por tubos de cobre  industrialmente afixados em berços de alumínio que por sua vez são “colados” nas placas de forro (placas comuns de mercado, metálicas, de aço pintado ou opcionalmente de alumínio).

[(Nas vigas radiantes passivas (sem fluxo de ar ) ou ativas(com fluxo de ar)  os tubos de cobre são fixados diretamente nas aletas de alumínio  – vide descritivo no item f-2 adiante]  .

Por esses tubos circula-se água fria a uma temperatura baixa.

As placas são ligadas em série com mangueiras de engate rápido.

A quantidade de placas em série deve ser tal que a vazão resultante da soma das vazões unitárias provoque uma velocidade que incorra no regime de “transição” ou “turbulento”.

A troca de calor só é efetivada quando da obtenção do número de Reynolds acima de 2000 (adimensional), que representa o início do regime de  transição.

Este número depende da velocidade, do diâmetro do tubo e da viscosidade cinemática da água.

Vide Extensão 11.

Deve-se observar que há, disponíveis no mercado, elementos radiantes com Φi de 11 mm e 14 mm ou seja com Φ externos de 12 e 15 mm  respectivamente.

Os de 15 necessitam de maior vazão para atingir Ɍ> 2000 e inexistem mangueiras de engate rápido para diâmetros ímpares.

Roscas podem ser dificultadores, pois são inúmeras mangueiras conectando as placas.

Obtenção do fluxo correto para a troca de calor:

Com velocidades baixas, a água desloca-se em “lâminas ” onde só atuam forças de viscosidade provocando troca de calor (por condução) de maneira inexpressiva, predominando o regime laminar.

Aumentando a quantidade de placas na mesma série obriga-se a aumentar o fluxo de água e portanto a velocidade,  surgindo então forças inerciais no líquido  fluente.

Em fluidodinâmica este regime é chamado de “transição” ou “turbulento”.

Com isto obtém-se maior troca de calor por convecção e condução no tubo de cobre, perfil de alumínio e placa do forro . É formada  assim a superfície radiante na placa de forro. Estas placas são denominadas Placas Ativas, as demais são Placas Inativas.

A quantidade de Placas Ativas é função da quantidade de calor sensível a ser removido.

Fenômeno idêntico ocorre no tubo de cobre e nas aletas de alumínio das vigas radiantes.

Como conclusão entende-se que deve haver um número mínimo de placas ligadas em série.

O número máximo é limitado pela velocidade excessiva que pode gerar ruídos no entre forro.

As velocidades de trabalho são de fundamental importância nas malhas hidráulicas, pois podem provocar ineficiência,  ruídos, ou ainda apresentar longo tempo de demora até levar parcela de água com diferente temperatura até o  final da malha hidráulica  para corrigir e evitar possível condensação, quando  em contato com fontes imprevistas de calor latente.

1. b) Temperatura de orvalho

É a temperatura do ar no estado saturado na qual abaixo dela (molécula submetida à menor pressão de vapor) se inicia  o fenômeno da condensação.

Em um ambiente mantido a 24°C com 50% de umidade relativa, a temperatura de orvalho é 13 °C .

Ao se retirar uma garrafa de cerveja do frigobar com o líquido a uma temperatura de 12°C, a garrafa apresentará condensação de vapor do lado externo.

Se, por algum dispositivo, você aquecer o líquido até 14°C (note que está mais frio do que os 24° da sala), a garrafa não apresentará condensação.

É, dentre várias fórmulas, dada pela expressão da

Extensão 9 .

7. c) Transmissão de calor por Radiação Extensão 7.

São as ondas eletromagnéticas propagadas em linha reta que transportam calor obedecendo a relação de áreas quente e fria.

Sala com radiação (Teto Radiante) – Superfície pequena (estação de trabalho – corpo quente)  emitindo calor para grande superfície (superfície fria–  teto radiante, no mínimo 50% de área do forro)

Na prática, se tivermos estações de trabalho dispostas assimetricamente a eficiência de troca de calor aumenta em 3%.

1. d) Conceito de temperatura efetiva

Considerar que um ambiente condicionado tem o formato cúbico.

Se ajustarmos temperatura para 26°C, com água fria circulando a 13°C teremos 5 paredes com 26° e o teto com 14°C . Obtém-se a média de 24°C que reflete a sensação térmica real.

1. e) Tempo de formação de filme de água condensada nas temperaturas de projeto.

Vamos supor um ambiente condicionado por Teto Radiante  constituído  por, no mínimo, 50 % da área total do forro por placas radiantes.

A ocupação se dá com uma pessoa para cada 6 m².

Logo, a superfície radiante por pessoa é de 3 m² ou 30 000 cm².

Uma pessoa em atividade normal de escritórios libera 55 w de calor latente ou 84 gramas de água /hora ou 84 ml/h o que significa 1000 gramas a cada 12 horas.

Se houver falha no sistema de modo a interromper o insuflamento de ar seco e ainda não houver paralização imediata da circulação de água gelada tem-se 84/30000 = 0,002 ml de água filmando um cm² por hora o que é visualmente imperceptível.

Admitindo-se a temperatura da água = à temperatura de orvalho da sala o filme se torna perceptível com 0,1 ml, ou seja o equivalente a 33 pessoas por hora o que é improvável.

1. f) Dispositivos radiantes disponíveis no mercado

f.1) Placas de forro radiantes Já anteriormente descritas.

(Cases: Torre Pedroso ; Torre Faria Lima inst. T. Ohtake; banco J Safra;  Ed Santa Catarina ; Petrobrás EDISE Rio ; Petrobras Vitória; sala de Desembargador Lâmina III TJRJ Rio; Instituto Dante Pazzanese S.P.; Instituto do Câncer SP; edifício Icon SP.; sala comercial Heating & Cooling SP ; sala de aula USP SP.)

f.2) Vigas radiantes

Passivas

(Cases Banco J Safra – Casablanca, Ed Santa Catarina, Petrobrás Vitória, área comercial da Heating & Cooling, Shopping Recife)

Trocadores de calor com tubo de cobre (por onde corre a água gelada)  que atravessa aletas de alumínio dispostas paralelamente com espaços de 4 a 5 mm entre sí.

O passeio do tubo percorre num caminho de vai-e-volta nas aletas paralelas  num percurso mínimo de 4 vezes (de ida-volta)  o comprimento da peça que pode chegar até 3 metros.

A altura da peça (altura da aleta ) pode variar de 20 a 45 cm.

O fenômeno da radiação se forma conforme descrito no item a)  deste .

O fluxo de ar (na verdade são dois fluxos ) assumem forma giratória em elipse, ascendendo, quente, por caminho externo paralelo à projeção da Viga .

Ao chegar no topo da viga, esse ar quente é atraído para a região fria das aletas e, resfriado, desce pelo centro do dispositivo.

A remoção do calor ambiente se dá, então, com os dois fenômenos: Radiação das aletas e Convecção natural do ar.

(Cases: Banco J. Safra, Edifício Sta. Catarina, Petrobrás Vitória, Shopping em Recife, sala comercial da H&C).

Limitações e Aplicações

Há exemplos de aplicação com dispositivos passivos colocados a 15 metros de altura apresentando eficácia normal.

Aplicações industriais que requeiram muito grande remoção de calor podem prever água gelada a temperaturas muito abaixo do ponto de orvalho. Nestes casos calhas coletoras de condensado são utilizadas.

Ativas

Além do dispositivo (tubo-aletas) descritos nas vigas passivas, estes elementos recebem um tubo de aço  que é alimentado por ar a temperatura controlada.

Este ar é injetado (através de jet-nozzles) com velocidade controlada por entre as aletas de modo a produzir um fenômeno de indução no ar quente da sala.

O fluxo deste ar é também elíptico, porém  com giro contrário ao descrito na viga passiva (neste, o da direita é horário e o da esquerda é anti-horário).

Estes equipamentos (muito semelhante às Unidades de Indução) também devem coexistir com sistema automáticos de controle de ponto de orvalho e obedecem também aos requisitos considerados no item a) para troca de calor.

Cases: Caberj Rio de Janeiro, Ed Rio Branco, 12, Rio, Laboratório da L’Oreal Ilha do Fundão- Rio de Janeiro.

Limitações

Deve -se avaliar a aplicação destes equipamentos em grandes alturas pois podem provocar a indução em massa de ar que contenha pouco calor pois está bem acima das fontes.

f.3) Tubos de material plástico transmissor de calor

Malha constituída por tubos capilares de polietileno que recebem água gelada.

Essas malhas provocam radiação em paredes, pisos ou tetos de gesso ou outro material adequado.

O sistema exige Automação e controle iguais aos das placas ou vigas radiantes.

Cuidados devem ser tomados pois o material é mais suscetível a danos, perfurações indevidas ou outros acidentes.

Cases: Museu Iberê Camargo RGS, sala comercial Heating & Cooling SP

1. g) Aquecimento e resfriamento simultâneos no mesmo ambiente.

Solução aplicada em ambientes constituídos por grandes lajes onde há estações de trabalho próximas a janelas (submetidas no inverno a baixas temperaturas, por vezes abaixo de 0°C)   e estações de trabalho internas próximas a fontes quentes de calor.

Duas malhas hidráulicas podem ser instaladas:

Malha da janela recebe água quente, malha do centro recebe água gelada.

1. h) Aquecimento

Fisicamente o comportamento é o mesmo do resfriamento sendo que, neste, não há controle da condensação.

A água que alimenta os dispositivos radiantes deve estar a temperatura ligeiramente inferior à do corpo humano (em torno de 32 °) pois não pode haver inversão do fluxo de calor corpo quente para corpo frio.

O fluxo é o mesmo devendo haver somente menor gradiente de temperatura perdida provocando sensação de aquecimento.

1. i) Concepção da parte de Produção de frio (CAG)

Em instalações normais de radiação a alimentação de água para os elementos radiantes (aqui no Brasil ou onde houver necessidade de tropicalização)  pode ocorrer a temperaturas  da ordem de 11 a 14°C.

As unidades de tratamento de ar devem receber água a 5, 6 ou 7°C.

Destes dois fatos pode-se pressupor o trabalho com 2 unidades resfriadoras dedicadas pois com temperatura mais alta o resfriador gasta menos energia para produzir o mesmo TR.

Antes porém, da tomada de decisão, deve-se avaliar quanto a disponibilidades físicas, potências instaladas e o custo de implantação, os itens:

– Intercambiabilidade dos resfriadores em caso de parada para manutenção.

– Quantidade de tubulações, bombas e prumadas dedicadas.

– Tamanho físico (e custo ) dos trocadores de calor de placas.

1. j) Sistema de combate a incêndio

Alguns países já estudaram soluções com a conjugação dos dois sistemas.

PARTE III-

SUB SISTEMAS,  PRODUTOS E SERVIÇOS QUE COMPLEMENTAM A  AMPLA CONCEPÇÃO DOS  PROJETOS DE  SISTEMAS  RADIANTES.

1) Automação da distribuição e controle de “frio”

1. a) Sistema de controle sobre a flutuação da Temperatura de Orvalho

Deve-se considerar um sistema para cada malha hidráulica :

– Um sistema dedicado a cada condômino, por exemplo: pavimento com lado A e lado B, dois condôminos, portanto duas malhas, dois sistemas.

– Em caso de monousuário deve-se projetar malha hidráulica máxima de 800 m².

– Válvula de controle PID com alta acurácia e resposta rápida.     A sua  Autoridade deve ser bem definida e comprovada.

– Isolamento na linha de alimentação para que a água não sofra acréscimo de gradiente positivo de temperatura.

1. b) Sistema de controle de temperatura por sala.

Em tese pode haver um sensor de temperatura e uma válvula de controle por sala, por menor área que ela apresente, desde que os dispositivos radiantes apresentem fluxo de água que incorra nos regimes transitórios ou turbulento. Vide Extensão 11.

O controle da modulação do Inversor de Frequência pode ser feito por degraus, ou seja, N válvulas cada qual associada à uma frequência.

Como a velocidade da água é baixa as variações de pressão na linha são difíceis de serem monitoradas e sentidas.

De qualquer forma a engenharia de automação deve ter uma total interação com a engenharia mecânica, de transmissão de calor e fluidodinâmica que estão gerindo o processo.

Preferencialmente os dois segmentos devem estar submetidos a um único comando técnico, pois divisões de responsabilidades ocorridas neste tipo de implantação, via de regra, provocam resultados insatisfatórios.

2) Fluxo de ar insuflado

1. a) Modulação automática do fluxo

Sua modulação deve, em princípio, ser evitada (VAV), sob risco da perda da capacidade de desumidificação.

Quando da elaboração do projeto deve-se verificar que, para atendimento de pico de verão, o sistema água e ar deve estar operando de maneira “full” a plena carga.

Para o inverno em regiões como São Paulo e acima, somente o ar frio deverá dar  conta, podendo eventualmente  ser necessária   a entrada (parcial)  da água gelada nas placas.

1. b) Ambientes com ocupação demográfica variável.

-Salas de reunião, cafeterias, salas de repouso hospitalar  e outras.

É comum escutar-se comentários de que o sistema não serve para salas de reunião ou outras com grande ocupação de pessoas.

Engano, pois é um  desconhecimento da correta aplicação !

Vide Case Instituto T. Ohtake.

O projeto deve prever vazão de ar para desumidificar situações de máxima ocupação.

Esta situação, porém, somente ocorre esporadicamente.

No “dia a dia” ocorre média e baixa ocupação.

Nestes casos, então, a radiação apresentará resultados mais eficientes.

Se o fluxo de ar for mantido constante (pois foi dimensionado para o máximo de pessoas) o excesso que se dará  nessas situações provocará um frio excessivo nos ocupantes.

Nestes ambientes devem, então, ser instalados Dispositivos de Controle de Latente Variável, que desviarão de maneira controlada e automaticamente (pelo comando de sensores de Ponto de Orvalho)  parte do fluxo de ar diretamente para o canal de retorno.

Caixas de volume de ar variável provocariam inserções de caixas de volume constante em ambientes contíguos, o que agravaria o custo do sistema.

-Salas de espera com situações Normais e Anormais (aeroportos)

Pode-se prever no projeto duas condições a serem mantidas no ambiente :

Tráfego Aéreo normal e Tráfego Aéreo interrompido.

3) Difusores

Os que provocam efeito Coanda devem ser utilizados com cuidado e se possível evitados, pois este efeito pode interferir no movimento de convecção natural dos elementos radiantes, diminuindo de 2 a 3% da sua eficiência.

Grelhas (vide case J. Safra- Casablanca) ou difusores especiais para operação com elementos radiantes podem ser usados.

Estes difusores especiais insuflam o ar a temperatura muito baixa (velocidades muito baixas, diluindo o ar gelado antes que atinjam o corpo humano). Podem ser instalados embutidos sobre as placas de forro desde que estas possuam uma perfuração com área livre de 50 %.

Podem constituir uma ótima solução arquitetônica (cases T. Ohtake, Ed. Santa Catarina, Petrobrás edifício sede do Rio), pois ficam invisíveis para quem está no ambiente deixando de ser mais um elemento que exija acomodação estética.

4) Placas Radiantes / Vigas Radiantes

São placas comuns de mercado cujos desenhos (dimensões, cor e sistemas de fixação entre si e na laje) ficam a critério de cada arquiteto.

Estas placas são industrialmente adequadas para receberem os dispositivos radiantes.

Para escritórios ou ambientes que, com sua ocupação, podem ter ruídos de conversas ou outros sons, sugere-se placas perfuradas com mantas absorvedoras de ruído sobre elas de tal sorte que não haja reverberação do som no ambiente.

Esta solução, acusticamente, se apresenta superior às soluções com forro comum de fibro-mineral.

Soluções acústicas para impedir transmissão de conversas de uma sala para outra contígua, podem ser obtidas em trabalho conjunto com técnicos especializados em acústica (case Petrobras Ed. sede Rio). As perfurações das placas devem apresentar áreas livres que não prejudiquem a rigidez da peça. Estas placas, com material  aço, devem ter  espessura mínima de  0,7 mm para que não apresentem vincos quando do processo de industrialização.

Em hospitais ou ambientes que necessitem um rígido processo de higienização as placas devem ser lisas, brancas e com arremates especiais nas suas junções. (cases: Dante Pazzanese, Instituto do Câncer).

Placas de gesso radiante podem ser usadas (vide case Banco J. Safra – Casablanca). Nesta solução os perfis de alumínio já com os tubos de cobre são fixados na laje do edifício e após nivelados corretamente (nível a laser) recebem placas de gesso especial que suportam  contrações pelo trabalho ” quente-frio”. Estas placas são fixadas nos perfis através de grampos especiais . De resto, o sistema opera de maneira idêntica ao  das placas metálicas . Este sistema apresenta eficiência da ordem de 60 % inferior às placas metálicas, o que  nos obrigou  a utilizar vigas frias passivas para complemento e manter o exíguo espaço cedido pelo Cliente  para o  entre forro,  de 25 cm.

Vigas radiantes podem ser usadas com eficiência em ambientes com alto fator de calor sensível como CPDs, salas de servidor, laboratórios, salas de microscópio eletrônico, conectores de aeroportos, estúdio de gravação onde os canhões de iluminação geram alto calor sensível e outros.

5) Mangueiras para conexão de placas em série.

As mangueiras devem ser de elastômeros providos de engate rápido com anel de dupla vedação recapeadas com malha de aço trançado para proteção mecânica ou de fagulhas e respingos de solda.

O comprimento deve ser conveniente para, quando da basculação das placas, permitir acesso ao vão do entre forro, sem que haja necessidade de desconexão das mangueiras cheias de água.

O elastômero deve obedecer a norma DIN 4227/28/29, Impermeabilidade ao oxigênio (Oxystop), não permitindo migração de bolhas de ar, principalmente quando do trabalho com água quente, quando suas células estão expandidas.

6) Malha hidráulica e sistema de controle do ponto de orvalho

Malha hidráulica é o anel hidráulico que alimenta os dispositivos radiantes. Deve ser equipada com sistema que permita flutuar a temperatura da água, na medida que flutue a temperatura de orvalho, para que não ocorra a condensação.

Desta forma o sistema completo, constituído por trocador de calor, tanque pressurizado, bomba de circulação de água deve ser colocado em pré-operação logo no horário que antecede a jornada de trabalho para se obter rapidamente o rebaixamento do ponto de orvalho até as condições de projeto.

Deve-se notar que a unidade de tratamento de ar é pequena e, sozinha, não dará conta de remover o latente remanescente.

O dispositivo radiante deverá “ajudar” removendo pequena parcela de sensível, sem que haja condensação. Desta forma sobra “mais força” para a UTA remover o calor latente remanescente.

Em determinadas regiões é comum se encontrar temperaturas de orvalho de 16 ou 17° C logo no início da manhã.

Operação DRY – UP

Em regiões muito úmidas pode-se prever unidades de tratamento de ar para operar em duas condições:

Pelo período antecedente ao início dos trabalhos diários a unidade insufla uma vazão superior à de projeto, mesmo provocando ruídos de velocidade excessiva de ar, com a menor temperatura que o sistema permitir.

Com o sistema de radiação operando para auxiliar removendo parcela de sensível, haverá um rápido rebaixamento do ponto de orvalho até as condições de projeto.

O sistema de automação, com Inversor de Frequência, colocará o conjunto na condição normal de projeto quando o objetivo da primeira operação for obtido. (Vide case subsolo do EDISE Petrobras Rio – instalação parada)

7) Proteção do sistema radiante quando instalado próximo a aberturas externas

Dispositivos radiantes quando instalados próximos à acessos do ambiente externo devem ser protegidos contra a condensação do vapor de água.

Duas situações podem ocorrer:

1. a) Acessos com baixo fluxo de ar úmido

Janelas basculantes ou portas de dimensões normais (cases Ed. Sede Petrobrás Rio, área comercial da Heating & Cooling São Paulo), aeroportos, shoppings centers com acessos por portas automáticas  e outros .

O combate pode se dar com aplicação de cortinas de ar frio e seco, grelhas ou difusores com fluxo de insuflamento vertical.

1. b) Acessos com alto e constante fluxo de ar úmido

Praças ou passeios cobertos que possam abrigar pequenas lojas, agências bancárias para caixas eletrônicos, revistarias, cafés etc., com grandes aberturas para o ambiente externo (pessoas ou veículos permitidos por cancelas automáticas) que antecedem ambientes fechados com instalações com teto radiante. (vide comentários no case Subsolos do Ed Sede da Petrobrás Rio)

Deve-se notar que ar seco é mais pesado que ar úmido, portanto este trafega pelo alto, ou seja rente a tetos e lajes e difusores de alta indução podem apresentar problemas de condensação.

Uma solução que apresenta resultados eficazes é a instalação na área da Praça, de forro com plenum metálico incorporado, cuja placa inferior é dotada com micro furos da ordem de 9 unidades  por cm²  (Ventilated  Chilled Radiant  Ceiling).

Esta solução, desenvolvida e usada na Suíça, foi proposta para aplicação no subsolo da Petrobrás Ed. Sede, praça que antecede ao acesso de veículos.

O ar injetado no plenum a baixa temperatura (portanto seco) cai em baixa velocidade formando um colchão de ar que absorve a umidade que vem de fora e protege as próprias placas de metal do forro.

Para ambos os casos deve-se lembrar que os dispositivos de radiação dos ambientes subsequentes estão protegidos por sistema automático de controle de ponto de orvalho, para se evitar a condensação de vapor de água.

8) Purgas na linha hidráulica

Com o sistema completamente instalado a purga completa de bolhas de ar deve ser corretamente efetuada, pois estas, além do ruído provocado, podem prejudicar a troca de calor.

Verificações e inspeções com Termo-visor (infra red) devem feitas para garantir a inexistência de bolhas.

9) Manutenção e operação

A manutenção do sistema hidráulico é extremamente simples e de baixo custo pois o sistema, para grandes instalações, deve ser concebido com circuito fechado, separado da linha de água gelada do sistema central por trocador de calor brazado que impede a introdução de impurezas.

Uma verificação com Termo visor para verificação de bolhas de ar e captação da água para análise de ph  é recomendável  para ser feita uma vez por ano.

A parte de distribuição de ar, se concebida com  experiente engenharia objetivando menor custo de instalação, apresentará menor custo de manutenção do que sistemas convencionais pois a quantidade de unidades de tratamento de ar se apresentará reduzida (vide cases: Instituto T Ohtake, torre Pedroso e Faria Lima, Ed. Sta. Catarina, Ed. Icon, Ed. Sede da Petrobras Rio.)

Operação

Assim como todo o sistema que apresenta tecnologia de ponta, a equipe deve ser treinada para opera-lo corretamente. Encontrou-se (felizmente em somente um dos Cases) soluções totalmente inadequadas ao se tentar resolver situações  de adequação a   novos layouts.