Ajuste da capacidade conforme a demanda de carga térmica do ambiente gera menor consumo de energia durante a operação

Sistema deve levar em conta o perfil de carga ao longo do dia e variação ao longo do ano

De acordo com Luciano de Almeida Marcato, gerente nacional de vendas da Daikin McQuay Brasil e presidente do DN AC Central da Abrava, a operação de um sistema de água gelada com fluxo variável deve atender a demanda de carga térmica e também vazão/pressão em ponto crítico, sendo a responsabilidade do sistema controlar, ler e interpretar estas variáveis, fazendo o correto sequenciamento liga/desliga de chillers, bombas e torres. “Além disto, haverá também o controle e variação da vazão de água gelada distribuída para as áreas/unidades consumidoras proporcional à demanda/carga térmica. Partes importantes para um bom funcionamento são o correto dimensionamento do by-pass de fluxo mínimo (proteção contra vazão de consumo menor que a vazão mínima do menor chiller do sistema), dispositivo de medição de vazão de boa qualidade, confiabilidade e precisão, bem como, identificar ponto crítico para medição de pressão no circuito de distribuição de água gelada. Assim, entre a vazão nominal e a vazão mínima dos chillers, o fluxo é variado com aumento ou diminuição da rotação das bombas de água gelada. E quando somente o menor chiller estiver funcionando, caso a carga caia ainda mais, para proteger os chillers contra vazão mínima, o sistema de controle vai medir a vazão e, chegando no limite, o by-pass será aberto de forma que a vazão de água gelada não necessária seja retirada da sucção das bombas de água gelada, mantendo os equipamentos dentro da sua faixa segura de operação”, explica Marcato.

Ele diz ainda que quando se avalia o dimensionamento de um sistema deve-se levar em conta o perfil de carga ao longo do dia e também sua variação ao longo do ano. “Como regra básica podemos considerar que os sistemas com menor ΔT (de 3°C a 6°C) apresentarão maior potencial de economia/eficiência energética do que os sistemas de grande ΔT (de 8°C a 10°C), pois precisam, proporcionalmente, maior vazão em cargas plenas, e esta diferença fornece mais ganhos em cargas parciais, se comparada aos sistemas de fluxo constante. Processos produtivos com carga mais constante e de variação lenta tendem a apresentar menor potencial de economia com fluxo variável de água gelada, se comparados com sistemas de conforto onde a variação de carga é maior ao longo dos dias e estações do ano. Desta forma admite-se que sistemas de fluxo variável, sejam eles do tipo primário/secundário variável ou mesmo primário variável, serão mais eficientes que sistemas primários de fluxo constante. Para sistemas de  fluxo de água gelada primário variável (VPF), segundo estudos do instituto de pesquisas da Ahri e da Ashrae, para instalações de conforto, circuitos hidráulicos com fluxo variável no circuito primário devem ter consumo anual esperado entre 4% e 7% menor, e levando em conta o mesmo tipo de sistema de controle e padrões de instalação, devem apresentar custo de implantação inferior, ou seja, por serem mais eficientes e mais baratos de implantar, têm melhor relação custo benéfico ao longo da vida da edificação”, informa Marcato.

Variadores de frequência

Matheus Lemes, diretor de soluções ductless da Trane, enfatiza que o uso em escala dos variadores de frequência provocou uma redução de custo nos componentes e tem tornado simples a comprovação do rápido retorno do investimento na aplicação destes em motores e moto-compressores. “Sistemas de fluxo variável conseguem prover economia de energia através de estratégias de redução do fluxo, principalmente utilizando-se da aplicação da variação da rotação de motores ou moto-compressores, uma vez que a potência cai com o cubo da rotação segundo as leis de afinidade.”

“Quando tratamos de água gelada, temos mais componentes suscetíveis a variação de vazão como bombas, ventiladores de torres ou de resfriadores de líquido, moto-compressores dos resfriadores, climatizadores, válvulas e caixas de vazão de ar variável. Estes componentes devem ser adequados para aplicação de variação de fluxo. Resfriadores de líquidos modernos devem suportar variações de vazão de até 50% do fluxo por minuto sem danos ao sistema. O sistema de controle requer estratégias corretas e empiricamente comprovadas para este tipo de aplicação de modo a prover todos os benefícios que os “All-variable Chilled Water Systems” possuem. Em geral, a variação de vazão se aplica ao sistema de bombeamento no qual temos as moto-bombas com variadores de frequência acoplados ligados a um sistema de controle que também atua sobre as válvulas de controle que em geral são de duas vias. A variação de carga térmica causa abertura ou fechamento das válvulas através de sensores ou estratégias apropriadas, gerando variações de pressão nas tubulações que são percebidas pelos sensores de pressão, exigindo resposta adequada do sistema. Existem importantes estratégias adicionais para o sistema de condensação em conjunto com o resfriador, o sistema de distribuição de ar e o uso conjunto e adequado dos benefícios”, revela Lemes.

Sobre retorno de investimento, João Carlos Antoniolli, coordenador de aplicação de produtos HVAC Hitachi Ar Condicionado do Brasil, números mostram uma oportunidade média de redução de 30% no consumo de energia comparando velocidade fixa com variável em condições típicas de operação no Brasil. “Os VSDs começaram a ser aplicados em chillers desde 1979, com uma fantástica evolução até os dias de hoje. Já não se fala mais em velocidade constante. Quando se fala em fluxo variável de água, temos que olhar chillers, bombas de água gelada e de condensação, torre de resfriamento, no caso de condensação a água, e automação/otimização. Tudo isso corretamente escolhido permitirá gerar sistemas otimizados. O resultado com redução no consumo de energia pode permitir payback em menos de três anos”, diz Antoniolli.

Fluxo variável de refrigerante

A mesma lógica dos sistemas de água gelada se aplica em expansão direta com uma menor quantidade de componentes a serem controlados e orquestrados pelo sistema central de controle e supervisão.

“Sistemas de ar condicionado do tipo VRF possuem um fluxo de refrigerante variável (Variable Refrigerant Flow) de forma a controlar a quantidade necessária de refrigerante que atenderá a carga térmica de uma instalação em cada momento, acompanhando as variações de carga devido aos diferentes perfis de ocupação, utilização de equipamentos e condições externas de uma residência, por exemplo. Esta operação otimizada é possível através da rotação de compressores com inversores de frequência que permitem a operação do sistema desde 10% até 200% (em alguns casos) da capacidade das condensadoras instaladas (unidades externas) otimizando o consumo energético do sistema de ar condicionado, sobretudo quando da operação em cargas parciais. Os sistemas VRF podem apresentar a maior eficiência energética, em relação aos sistemas de fluxo constante, em instalações com expansão direta quando operam em cargas reduzidas devido à melhor utilização dos compressores e ventiladores do sistema. Um sistema de fluxo variável de refrigeração trabalha com válvulas de expansão eletrônicas que controlarão o fluxo de refrigerante de forma a atender a necessidade de carga térmica de cada momento da utilização do sistema”, explica André Peixoto, executivo da LG Eletronics.

Os componentes principais de um sistema VRF são as múltiplas unidades evaporadoras (que podem ser de diversos tipos e possuem suas respectivas válvulas de expansão eletrônicas) e unidades condensadoras com compressor(es) inverter, interligados por tubulações de cobre por onde circula o fluido refrigerante. Tais componentes podem ser gerenciados por sistemas de automação. “Por ser um sistema que altera a rotação do compressor e, consequentemente, o fluxo refrigerante no sistema de refrigeração, entendo que o VRF tenha aplicações diversas, mas destaco locais onde haja grande variação de carga térmica ao longo do dia. Por exemplo, um edifício comercial, um hotel onde nem sempre todos os quartos estão ocupados, assim como os quartos de um hospital. O interessante dessas aplicações é que somente com uma unidade interna (dependendo da capacidade) o sistema VRF pode funcionar. Um exemplo prático seria o fato de uma pessoa trabalhar durante o final de semana, e o sistema operar unicamente para atender a demanda daquela evaporadora sem consumir excessivamente. Outro ponto de destaque da linha VRF é o fato que com tanta tecnologia embarcada, os sistemas de automação (grande aliado no controle do consumo energético) são facilmente instalados e com altíssima confiabilidade permitindo controle remoto, controle preciso do consumo de energia, rateio desse consumo por unidade interna e até mesmo atualização do software”, destaca Thiago Dias Arbulu, gerente de produto da área de digital appliance da Samsung do Brasil.

(Ana Paula Basile Pinheiro)

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