Análise de capacidade térmica em condicionadores de ar
Este cálculo serve para o Mecânico, Técnico ou Engenheiro avaliar se o Condicionador de Ar está tendo o rendimento térmico projetado. Exemplo, um SPLIT, FAN-COIL ou SELF tem 15TR de capacidade (informação do fabricante), mas será que o mesmo está rendendo esses 15TR?
1 – CÁLCULO DA CAPACIDADE TÉRMICA
FÓRMULA BÁSICA:
A – Massa de Ar Recirculado (No Evaporador com convecção Forçada)
É uma multiplicação feita entre a Vazão (m3/h), pela Massa Específica (Kg/m3).
Vazão: Obtêm-se através do cálculo da vazão de Ar que passa no evaporador. A vazão é a multiplicação entre a velocidade do Ar (m/h) obtida com um Anemômetro e a Área da face do aletado do evaporador (m2).
Q = V x A
Q=Vazão (m3/h)
V=Velocidade do Ar (m/s vezes 3600 = m/h)
A=Área da face do aletado do evaporador (m2)
Massa Específica: Para obtê-la é necessário verificar a temperatura do ar de saída do evaporador, com um Psicrômetro (Termômetro de Bulbo Seco e outro de Bulbo Úmido), que deve ser posicionado na saída de ar do evaporador (Self) ou na saída de ar do Fan-Coil.
De posse desses valores de temperaturas de bulbo seco e úmido, transfira-os para o Gráfico Psicrométrico e os relacione; no ponto de interseção, trace uma paralela às “Linhas da Massa Específica”, encontrando o valor.
B – Variação de Entalpia
Tendo medido com um termômetro de Bulbo Úmido a temperatura do ar que entra no evaporador e do ar que sai do mesmo, coloque estes valores no Gráfico determine respectivamente os valores de entalpia, veja que os valores estão em Kcal/Kg. São dois valores de entalpia, um valor para cada valor de temperatura de bulbo úmido.
A seguir, subtraia o valor da Entalpia do ar de saída do evaporador (aletado), do valor da Entalpia do ar de entrada. O resultado desta diferença é a variação de Entalpia.
FÓRMULA:
1.1 – Exemplo de procedimento e uso do Gráfico Psicrométrico para verificar a Capacidade Térmica de um Condicionador de Ar de 15TR.
Dados:
>Vazão de Ar no evaporador = 8200m³ /h
>Temperatura do Termômetro de Bulbo úmido do ar na entrada do evaporador = 20°C.
>Temperatura do Termômetro de Bulbo úmido do ar na saída do evaporador = 11,7°C.
>Temperatura do Termômetro de Bulbo seco do ar na saída do evaporador = 12,5°C.
Cálculo da Massa Específica (Densidade):
Transfira as temperaturas do Termômetro de Bulbo úmido e do Termômetro de Bulbo seco (na saída do ar do evaporador) para o Gráfico Psicrométrico e as relacione, tendo por resultado a “Massa Específica”. No caso, será de 0,896Kg/m³ (isto é, 1m³ de ar nestas temperaturas, possui uma massa de 0,896Kg).
Massa de Ar Recirculado
É a multiplicação entre a Vazão = 8200m³/h pela Massa Específica = 0,896Kg/m³.
Daí vem:
8200m³/h x 0,896 Kg/m³ = 7347,2 Kg/h – isto é, 7347,2 Kg de Ar Recirculado no intervalo de 1 hora
Variação de Entalpia
>Temperaturas de Bulbo úmido:
a) Do ar na entrada do Evaporador = 20°C.
b) Do ar na saída do Evaporador = 11,7°C.
Fazendo a correspondência desses valores, no Gráfico Psicrométrico, obtendo:
a) 14,3 Kcal/Kg (na temperatura de 20°C, 1Kg de Ar Recirculado corresponde a 14,3 Kcal).
b) 8,3 Kcal/Kg (na temperatura de 11,7°C, 1Kg de Ar Recirculado corresponde a 8,3 Kcal).
Subtraindo o valor de Entalpia de entrada do valor de Entalpia de saída, temos:
14,3 Kcal/Kg – 8,3 Kcal/Kg = 6 Kcal/Kg
Cálculo final da Capacidade Térmica do Condicionador de Ar
Multiplicando o resultado da Massa de Ar Recirculado (7347,2 Kg/h) pela Variação de Entalpia (6 Kcal/Kg), obtemos:
Capacidade Térmica = 7347,2 Kg/h x 6 Kcal/Kg = 44083,2 Kcal/h
Como 1TR = 12000 BTU/h = 3024 Kcal/h
Dividindo 44083,2 por 3024, teremos um resultado que será de 14,57 TR.
2 – EXEMPLO DE CÁLCULO DA VAZÃO DE AR
É um procedimento usado em condicionadores de ar que consiste em verificar a vazão do ar que passa através do evaporador, no caso de Self Contained e Split, e através da serpentina de água gelada no caso de um Fan & Coil.
Normalmente os fabricantes trabalham com os valores de vazão expressos em m3/h. A seguir será demonstrado o método de como encontrar o valor da vazão em m3/h. Tomaremos como exemplo o Self Contained.
PASSOS:
1º – Mede-se a área da serpentina = Largura x Altura
Largura = _______m Altura = _______m
Área = _________m2
2º – Com o Anemômetro, mede-se a velocidade do ar em 6 pontos da serpentina e depois
tira-se a média.
Velocidade = _________m/s
3º – Multiplica-se a Velocidade (m/s) pela Área (m2) e encontra-se a Vazão em m3/s.
Vazão(Q) = _________m/s x ________m2 = __________m3/s
4º – Com a Vazão em m3/s multiplica-se por 3600 para convertê-la em m3/h.
Vazão = _______m3/s x 3600 = __________m3/h
Vazão de m3/s para m3/h, multiplicar por 3600
Vazão = Q Velocidade = V Área = A
Q = V x A
m = metro
m/s = metros por segundo
m2 = metro quadrado
m3 = metro cúbico
m3/s = metro cúbico por segundo
m3/h = metro cúbico por hora
2.2 – Exemplo de um cálculo do Volume de Ar Recirculado no Evaporador (Vazão de Ar).
1º – Área da serpentina:
Largura = 1,2m
Altura = 70cm = 0,7m
Área = 1,2 x 0,7 = 0,84m2
2º – Com o Anemômetro, a velocidade média foi de:
Velocidade = 2,65m/s
3º – Multiplica-se a Velocidade (m/s) pela Área (m2) e encontra-se a Vazão em m3/s.
Vazão(Q) = 2,65m/s x 0,84m2 = 2,23m3/s
4º – Com a Vazão em m3/s multiplica-se por 3600 para convertê-la em m3/h.
Vazão (Q) = 2,23m3/s x 3600 = 8028 m3/h
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Por José de Castro Silva – Técnico em Refrigeração e Ar Condicionado (CEFET-PE) – Engenheiro de Produção Mecânica (Unibahia) – Mestre em Engenharia Mecânica (UFPE, Área: Sistemas Térmicos/Refrigeração) – Doutorando em Engenharia Agrícola (UNICAMP, Área: Máquinas Agrícolas/Refrigeração) – Professor do Colegiado de Engenharia Mecânica da UNIVASF (Universidade Federal do Vale do São Francisco).
