Empreendedores buscam soluções com independência operacional por parte do usuário
A solução VRF a água está cada dia mais sendo difundida em grandes empreendimentos comerciais e residenciais. Apresenta grande vantagem para a arquitetura, visto que desaparecem as casas de máquinas para unidades condensadoras split por pavimento, e a fachada não necessita de painéis de venezianas para a condensação a ar. Usualmente estas venezianas, tecnicamente quando não devidamente dimensionadas, criam obstáculo à tomada e descarga de ar dos aparelhos Split e, quando excessivamente abertas, deixam transparecer os equipamentos, o que desagrada às soluções dos arquitetos.
A grande maioria dos empreendedores busca solução que tenha independência operacional por parte do usuário. Apesar da necessidade de um sistema coletivo de condensação, o cliente poderá instalar um sistema VRF customizado, com diversos modelos de unidades evaporadoras disponíveis, segundo suas necessidades. As unidades condensadoras VRF com condensação a água passam a ser instaladas internamente nas salas ou apartamentos. As dimensões destes equipamentos são pequenas em comparação aos sistemas VRF com condensação a ar, e podem ser instaladas em casas de máquinas reduzidas. Apresentam também a grande vantagem de poderem ser sobrepostas, permitindo assim elevadas capacidades em pequena área horizontal.
O empreendedor fornece para os condôminos pontos de água para conexão das unidades condensadoras VRF conectadas ao sistema de condensação instalado remotamente, por exemplo, na cobertura do empreendimento. Temos grandes fabricantes de sistemas VRF a água no Brasil – LG, DAIKIN, MITSUBISHI, MIDEA CARRIER, HITACHI e TRANE -, que disponibilizam equipamentos na tensão de 220 V e 380 V com capacidades que podem variar de 8 HP a 80 HP. Para pequenas salas ou apartamentos estão disponíveis mini unidades VRF com 4, 5 e 6 HP na tensão monofásica de 220 V que permitem a sua ligação em sistemas trifásicos de 220 V ou 380 V. Em todos os modelos são utilizados condensadores de placas brasadas. Excepcionalmente é disponibilizado pela LG, somente na tensão de 380 V, unidades condensadoras de 10, 20 e 30 HP com condensadores do tipo shell and coil. Os fabricantes fornecem tabelas de capacidades para todos os modelos de unidades condensadoras com combinações entre as evaporadoras e condensadoras de 50% a 130%, com temperatura de entrada da água de condensação de 20°C a 45°C, temperatura de bulbo úmido interno de 14°C a 24°C para vazões de água variáveis.
Na elaboração do projeto do sistema de condensação é muito importante definir a temperatura de entrada de água no condensador (os fabricantes consideram como standard o valor de 30°C), e o delta T que será adotado. Para delta T menores as tubulações de condensação, a perda de carga no condensador e o motor elétrico da bomba serão maiores, e para delta T maior obteremos tubulações com menor diâmetro e perda de carga no condensador, além de menor potência de acionamento da bomba de condensação. Em compensação o consumo elétrico da unidade condensadora será maior.
É necessário breve estudo a partir das tabelas de capacidades para definir o melhor delta T da instalação. Na Tabela 1 transcrevemos os valores de capacidade definidos pela LG para unidade condensadora VRF a água, 220 V, condensador de placas, 20 HP, R410A, na condição de temperatura de água na entrada de 30°C, combinação de 100%, e temperatura de bulbo úmido interna de 19°C.
Considerando que nosso sistema hidráulico tenha uma perda de carga total de 400 kPa, não incluindo o condensador da UC, podemos calcular a potência absorvida pela bomba de condensação como sendo:
Pa = VxP x 0,7456
75 x η
Pa = potência absorvida em kW;
V = vazão de água em L/s;
P = altura manométrica em mca
η = rendimento do conjunto moto bomba adimensional (considerado 0,7)
Inserimos na Tabela 2 o Δ T de 8,0 K e obtivemos o melhor resultado de consumo energético.
Passaremos doravante a estudar o conjunto das soluções do sistema de condensação.
Todos os fabricantes são unânimes em afirmar que para a execução de uma instalação segura das unidades condensadoras VRF é imprescindível que a água atenda as prescrições de limpeza e pureza estabelecidas em seus manuais.
Para tanto sugerem que sejam adotados dois sistemas de condensação:
– circuito fechado com resfriador de líquido, ou;
– sistema primário x secundário de bombas com trocador de placas e torre de arrefecimento aberta;
Exceção seria a utilização de sistema aberto, porém com unidades condensadoras equipadas com condensador shell and coil , fabricadas pela LG.
Entendemos, porém, que a questão principal é garantir que a água de condensação utilizada nas unidades condensadoras com condensadores de placa apresente as condições operacionais especificadas pelos fabricantes. Existem hoje no mercado nacional fabricantes de filtros de polipropileno com material em conformidade ao FDA CFR 21, e carcaças dos filtros do mesmo material atóxico, e que resistem a 7,0 kgf/cm² a 60°C, ou carcaças em aço inox para pressões maiores, ou ainda aplicar válvulas redutoras de pressão nas tubulações de alimentação e retorno.
Portanto consideramos que a adoção de filtros é uma terceira solução associada a sistemas abertos com torres de arrefecimento. Já desenvolvemos dezenas de projetos com esta solução com resultados plenamente satisfatórios.
Apresentamos estudo comparativo dos sistemas de condensação para VRF a água em empreendimento residencial de alto luxo com 40 (quarenta) andares sendo dois apartamentos por andar até o 32° andar, e um apartamento por andar do 33° ao 40° andar.
Iremos considerar as soluções convencionais com sistema fechado, sistema aberto com trocador de placa, e a terceira solução com sistema de bomba independente por apartamento.
Sabemos que tanto para o sistema aberto como para o sistema fechado o projeto exige uma estação de bombeamento, instalada na cobertura operativa, nas 24 horas para atender aos usuários em qualquer pavimento. Mesmo com a adoção de variadores de frequência para reduzir o consumo a conta de energia elétrica é rateada para todos os condôminos estejam eles ou não utilizando o sistema de ar condicionado. Conhecemos edifícios empresariais que possuem sistema de condensação coletivo funcionando nos horários comerciais de segunda a sexta feira, e no sábado pela manhã. Se o usuário desejar acionar seu equipamento em horário diferenciado (sábado à tarde, domingos, feriados, e nos horários não comerciais) não será possível devido à ausência operacional do sistema de condensação.
Pensando em uma solução para esta grave questão técnica projetamos um sistema de condensação em que a bomba de condensação permanece junto à unidade condensadora, e pode ser acionada em qualquer horário do dia ou da noite. A água de condensação é conduzida à cobertura, onde está instalada a torre de arrefecimento. O motor elétrico do ventilador da torre é ligado automaticamente quando a temperatura da água de retorno for maior que 29,5°C.
No projeto em questão, a infraestrutura de condensação contempla a instalação hidráulica de 32 andares com dois apartamentos com 20 HP cada, mais 8 andares com 40 HP, perfazendo o total de 1.600 HP. Consideramos um fator de demanda operacional da ordem de 0,7 e que resultou em 1.120 HP.
Consideremos as seguintes premissas comuns a todos os sistemas de condensação:
– capacidade do sistema com 1.120 HP;
– temperatura da água de condensação: 30°C
– delta T do sistema de condensação: 8,0 K
– vazão de água por UC de 20 HP (56 kW): 2,01 L/s
– vazão de água total: 160,8 L/s
– vazão de água com demanda: 112,56 L/s
– perda de carga no sistema hidráulico: 400 kPa
– unidades condensadoras VRF, 220 V, condensador de placas brasadas.
Solução 1 – Resfriador de líquido
Figura 1
Dados de projeto:
1.1 – Seleção do Resfriador de líquido
– Fabricante do equipamento: EVAPCO
– Modelo: VXI
– temperatura de bulbo úmido: 27,2°C
– aproximação: 30°C – 27,2°C = 2,8
– fator de rendimento: 11
– modelo selecionado: 2 x VXI 360-4 para 57,16 L/s cada
– perda de carga: 96 kPa
– dimensões: 2 x 10,9 m x 3,0 m x 4,18 m (C x L x A)
– peso operacional: 2 x 34.720 kgf
– motores elétricos: 2 x [(4 x 22,37 kW) + (2 x 5,5 kW)] = 200,94 kW
1.2 – Seleção das bombas de condensação
– vazão total: 2 x 57,16 L/s
– perda de carga total: 400 kPa + 96 kPa (RL) + 7,5 kPa (UC) = 503,5 kPa, 51,33 kPa
– modelo: 2 x KSB, ETA 125-33, rotor de 325 mm, 30,91 kW, 37,28 kW de motor elétrico
1.3 – Conta de energia elétrica
A conta de energia elétrica será comum a todos os condôminos e rateada na taxa condominial conforme cálculo simplificado das tarifas:
– potência total do sistema de condensação: 275,5 kW
– potência absorvida: 234,18 kW
– período de utilização: 24 horas x 30 dias x 12 meses
– fator de demanda operacional aplicando variadores de frequência: 0,5
– tarifa: R$ 0,7 kWh
– conta de energia elétrica anual: 234,18 kW x R$ 0,7 kWh x 24 horas x 30 dias x 12 meses x 0,5 = R$ 708.145,20.
Solução 2 – Torre aberta com trocadores de calor
Figura 2
Dados de projeto:
2.1 – Seleção da Torre de arrefecimento
– Fabricante do equipamento: EVAPCO
– Modelo: SCT
– temperatura de bulbo úmido: 27,2°C
– aproximação: 30°C – 27,2°C = 2,8
– fator de rendimento: 7
– modelo selecionado: 2 x SCT 439 para 57,08 L/s cada
– perda de carga: 30 kPa
– dimensões: 2 x 3.850 mm x 3.850 mm x 4.800 mm (C x L x A)
– peso operacional: 2 x 10.500 kgf
– motores elétricos: 2 x 22,37 = 44,74 kW
2.2 – Seleção das bombas de condensação primárias
– aplicação: torre x lado A do trocador de calor
– vazão total: 2 x 57,08 L/s
– perda de carga total: 200 kPa, 20,39 mca (altura torre + trocador + tubulação)
– modelo: 2 x KSB, ETA 100-26, rotor de 249 mm, potência absorvida de 15,72 kW, 18,87 kW de motor elétrico
2.3 – Seleção das bombas de condensação secundárias
– aplicação: trocador lado B x sistema de condensação das UC´s VRF
– vazão total: 2 x 57,08 L/s
– perda de carga total: 400 kPa + 100 kPa (trocador) + 7,5 kPa (UC) = 507,5 kPa, 51,73 mca
– modelo: 2 x KSB, ETA 125-33, rotor de 330 mm, 37,27 kW de potência absorvida e 44,74 kW de motor elétrico
2.4 – Conta de energia elétrica
A conta de energia elétrica será comum a todos os condôminos e rateada na taxa condominial conforme cálculo simplificado das tarifas:
– potência total do sistema de condensação: 171,96 kW
– potência absorvida: 146,17 kW
– período de utilização: 24 horas x 30 dias x 12 meses
– fator de demanda operacional aplicando variadores de frequência: 0,5
– tarifa: R$ 0,7 kWh
– conta de energia elétrica anual: 146,17 kW x R$ 0,7 kWh x 24 horas x 30 dias x 12 meses x 0,5 = R$ 442.005,98
Solução 3 – Torre aberta com bomba individual
A torre de arrefecimento é comum a todos os andares e a mesma do item 2.1.
Figura 3
Dados de projeto:
3.1 – Seleção das bombas de condensação
Consideremos um apartamento do vigésimo pavimento (metade do edifício) com altura até a entrada da torre de arrefecimento com 80 m. Podemos considerar como perda de carga: altura da torre (50 kPa), tubulação de condensação (200 kPa), filtro plissado (30 kPa), UC (7,5 kPa) = 287,50 kPa, 29,31 mca.
– vazão de água: 2,01 L/s
– modelo: 1 x KSB, Movitec 10/13, 1,1 kW de motor elétrico
3.2 – Conta de energia elétrica
A conta de energia elétrica dos ventiladores das torres de arrefecimento será comum a todos os condôminos e rateada na taxa condominial conforme cálculo simplificado das tarifas:
3.2.1 – Ventiladores das torres
– potência total do sistema de condensação: 44,74 kW
– potência absorvida: 38,03 kW
– período de utilização: 24 horas x 30 dias x 12 meses
– fator de demanda operacional aplicando variadores de frequência: 0,5
– tarifa: R$ 0,7 kWh
– conta de energia elétrica anual: 38,03 kW x R$ 0,7 kWh x 24 horas x 30 dias x 12 meses x 0,5 = R$ 114.999,70
3.2.2 – Bomba de condensação
A bomba de condensação é utilizada pelo condômino em qualquer horário. Vamos supor que utilize 10 horas por dia.
– potência do motor elétrico: 1,10 kW
– potência absorvida: 0,94 kW
– período de utilização: 10 horas x 30 dias x 12 meses
– tarifa: R$ 0,7 kWh
– conta de energia elétrica anual: 0,94 kW x R$ 0,7 kWh x 10 horas x 30 dias x 12 meses = R$ 2.368,80
Conclusão
A principal vantagem no sistema de condensação proposto é a independência operacional.
Não há nenhum envolvimento com a administração do edifício, o sistema de ar condicionado pode ser acionado pelo proprietário a qualquer momento, e o valor da taxa condominial será a menor.
O investimento para o empreendedor é atrativo com equipamentos mais leves instalados na cobertura e a infraestrutura elétrica também será a de menor potência dentre todas as soluções.
Mário Sérgio de Almeida é diretor da MSA e presidente do DNPC – Departamento Nacional de Projetistas e Consultores da Abrava.
A seção projeto e consultoria é orientada pelo DNPC da Abrava
