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).