Msc. Eng. Fernando Pozza

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1 Sistemas de Climatização por Condensação a Ar: Maximizando o Desempenho do Sistema em Cargas Parciais Através da Análise do Perfil de Temperaturas Externas Msc. Eng. Fernando Pozza

2 Situação da Energia Elétrica no Brasil

3 Situação da Energia Elétrica no Brasil Tendência de aumentos crescentes na tarifa de energia elétrica. - Projeção da matriz de geração elétrica mais suja - Inserção de mais Termoelétricas

4 Consumo de Energia Por Setores x Eficiência Energética A climatização representa gastos em média de: 25% do total de energia gasta por hotéis; 30% do total de energia de shopping centers; e Pode chegar a 65% do consumo em algumas atividades industriais; Na parte de refrigeração industrial e comercial os gastos com energia pode chegar até 85% do total da fatura de energia: CONSUMO DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS Energia Elétrica Utilizada em Setor da Indústria Refrigeração Processamento de Leite 25% Cervejarias 35% Chocolate 40% Alimentos Congelados 60% Armazéns Frigorificados 85% Fonte: Revista ABRAVA climatização + refrigeração (n 08/2014)

5 Consumo de Energia Por Setores x Eficiência Energética Desta forma, um incremento na eficiência dos sistemas de climatização e refrigeração irá contribuir sensivelmente para redução do consumo de energia e demanda, além das emissões de GEE; Em relação a equipamentos de condensação a AR: O que deve ser observado para obter um maior desempenho de forma que as tecnologias implantadas sejam viáveis tecnicamente e financeiramente???

6 Importância da Operação em Cargas Parciais de Equipamentos de Ar Condicionado Kcal/h 1-2% das horas anual Eficiência em Cargas Parciais Na maior parte de tempo o Sistema de A/C (chiller, VRV, Split ) operam abaixo da capacidade nominal, variando conforme o perfil de carga térmica da construção. Quanto maior for a variação durante o ano, maior importância terá a operação deste equipamento em cargas parciais.

7 Importância da Operação em Cargas Parciais de Equipamentos de Ar Condicionado Fator de Carga Térmica Para Algumas Aplicações Perfil de Carga Térmica Típica de Edificações Quanto maior a variação de carga térmica e/ou da temperatura do ar externo, maior será a importância da utilização de sistemas com alta eficiência em Cargas Parciais e controle de capacidade por Inversor.

8 Principais Parâmetros que Influenciam no Desempenho em Cargas Parciais Temperatura de Condensação Temperatura de Evaporação

9 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais

10 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;

11 Importância da Válvula de Expansão Eletrônica Os sistemas de refrigeração podem trabalhar com superaquecimentos menores, em torno de 2 C sem risco de retorno de líquido para o compressor; São capazes de operar com menores pressões de condensação, o que é especialmente importante quando se tem baixa temperatura ambiente; A VEE permite um controle eficiente da capacidade e do superaquecimento, operam com baixos diferenciais de pressão e podem ser acopladas a outros sistemas de controle e monitoração; Podem resultar em economia de energia de 10% ou mais quando em comparação as VET para a mesma aplicação e uso;

12 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO: Para uma dada condição externa, quanto maior for a área de condensação ou melhor for o U, menor precisa ser a temperatura de condensação (pressão de condensação equivalente) para que tenha troca térmica e portanto maior será o COP.

13 Importância do TC - Condensador Trocador de calor com 4 faces: Superfície de troca térmica 50% maior (Max. 235m²) Área de Superfície Maximizada Espaço entre as aletas 30% menor VRV Alta Eficiência VRV Padrão 32 aletas

14 Importância do TC - Condensador Trocador de calor com 4 faces com 3 filas de tubos: Eficiência 30% melhor devido à serpentina de 3 filas com tubos de cobre de menor diâmetro 3 filas com tubo de Cobre de diâmetro menor (Φ7mm) Menor perda de carga!

15 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO; 3 ) INVERSOR: quando diminui a temperatura de condensação aumenta consequentemente o efeito de refrigeração do ciclo, portanto, para manter a mesma capacidade inicial deve ser reduzido a vazão de fluido refrigerante no evaporador através da redução da rotação do compressor, o que reduz a potência de eixo (consumo elétrico).

16 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO; 3 ) INVERSOR 4 ) PODEROSO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DINÂNICO;

17 Importância do Gerenciamento Dinâmico Consumo total Consumo dos compressores Consumo (kw) Melhor valor de pressão para alcançar o melhor COP da unidade Consumo dos ventiladores Pressão de Condensação o controlador deve estar habilitado para modular nas condições de trabalho para alcançar o ponto de maior eficiência.

18 Perfil da Temperatura Externa de São Paulo - Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano. - Temperatura de projeto para São Paulo é de 32 C (NBR ).

19 Perfil da Temperatura Externa de Curitiba/PR TEMPERATURA BIN - ANUAL PARA A CIDADE DE CURITIBA TOTAL DE HORAS NO ANO (h) TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C) n de horas do ano - Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano. - Temperatura de projeto para Curitiba é de 30,9 C (NBR ).

20 Desempenho em Cargas Parciais Conforme Condições de Operação VRV INOVA 24 HP DAIKIN Capacidade: 67 KW Cond. Inter: 27 C e 19 C (TBU) CHILLER AWS DAIKIN Capacidade: 300 TR AAG: 6,67 C e RAG: 12,2 C Aplicação: comercial; parte administrativa; conforto. Aplicação: industrial; grandes cargas; processo.

21 Desempenho - VRV 24 HP 67 KW São Paulo 2500 DESEMPENHO EM CARGA PLENA DE UM VRV - 24 HP (100% SIMULTANEIDADE) 9, ,01 7,79 7,17 6,47 38% SUPERIOR 8,0 7,0 TOTAL DE HORAS NO ANO (h) ,81 5,67 5,48 5,21 5,88 4,69 5,32 4,20 4,82 3,76 4,45 3,31 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 COP (kw/kw) 1,0 0 0,0 n de horas do ano Desempenho VRF Padrão (24 HP) Desempenho VRV Alto Desempenho (24 HP) TBS São Paulo - SP TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C)

22 Desempenho - Chiller de 300 TR AR - SP DESEMPENHO DE UM CHIILER CONDENSAÇÃO A AR PARA 300 TR TOTAL DE HORAS NO ANO (h) ,47 4,96 6,1 4,53 5,67 4,17 5,26 3,87 4,87 3,6 4,49 3,35 36% SUPERIOR 4,14 3,12 3,8 2,89 3,48 2,67 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 COP (kw/kw) 0 0,0 TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C) n de horas do ano Desempenho Chiller Inverter Desempenho Chiller Padrão TBS São Paulo - SP

23 Desempenho em Cargas Parciais ICOP: A forma mais simples de comparar o desempenho em Cargas Parciais entre dois sistemas VRV de mesma capacidade ICOP = A*COP 100% + B*COP 75% + C*COP 50% + D*COP 25% 70,0% 61,7% 60,0% Pesos: A = 0.02 (2%) B = (61,7%) C = (23,8%) D = (12,5%) PESO - % DE OPERAÇÃO 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 23,8% 12,50% 2,0% A - 100% B - 75% C - 50% D - 25% PONTOS % CARGA PONTO CARGA % (%) OPERAÇÃO COND.EXTERNA COND.INTERNA A A - 100% 2,0% TBS TBS, TBU B B - 75% 61,7% TBS TBS, TBU C C - 50% 23,8% TBS TBS, TBU D D - 25% 12,50% TBS TBS, TBU

24 Desempenho em Cargas Parciais IPLV: A forma mais simples de comparar o desempenho em Cargas Parciais entre dois Chiller de mesma capacidade IPLV = A*COP 100% + B*COP 75% + C*COP 50% + D*COP 25% Pesos: A = 0.01 (1%) B = 0.42 (42%) C = 0.45 (45%) D = 0.12 (12%) PESO - % DE OPERAÇÃO 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 42,0% 45,0% 12,00% 1,0% A - 100% B - 75% C - 50% D - 25% PONTOS % CARGA PONTO CARGA % COND. ÁGUA (%) OPERAÇÃO EXTERNA GELADA A 100% 1,0% TBS 6,7 C B 75% 42% 26,7 - TBS 6,7 C C 50% 45% 18,3 - TBS 6,7 C D 25% 12% 12,8 - TBS 6,7 C

25 Avaliação Energética - ROI PREMISSAS: Aplicação Industria PR: Climatização Processo Fabril Operação 24 horas por dia 6 dias por semana Fator de carga térmica fora de ponta: 60%; Fator de carga térmica na ponta: 50%; Tarifa: subgrupo A4 azul Concessionária Copel Sobre a tarifa de energia NÃO foi aplicado ICMS e PIS/COFINS; Custo anual estimado com manutenção no valor de R$ 115/TR/ano (TR instalado) para os equipamentos Daikin e de R$ 161/TR/ano para o equipamento existente; Investimento total com equipamentos de alto desempenho: R$ ,00 Não foi considerado custo de instalação; Desempenho chiller existente: COP de 2,88; IPLV de 3,46 Desempenho do chiller proposto: COP de 3,23; IPLV de 6,51

26 Avaliação Energética - ROI PREMISSAS: Capacidade total Instalada em chiller: 200 TR Tarifas Horossazonal Azul Sem Impostos da Copel

27 Avaliação Energética - ROI

28 Avaliação Energética ROI: Substituição de Equipamentos Antigos CUSTO ACUMULADO R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ 0,00 [VALOR Y] [VALOR Y] ATS DAIKIN CHILLER EXISTENTE ANOS

29 Avaliação Energética ROI: Nova Aquisição CUSTO ACUMULADO R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ 0,00 [VALOR Y] [VALOR Y] ATS DAIKIN CHILLER EXISTENTE ANOS

30 Avaliação Energética CAG COMPLETA

31 Avaliação Energética CAG COMPLETA Redução total do consumo de energia SUPERIOR a 45%. Redução total da demanda SUPERIOR a 38 %.

32 CONCLUSÕES Equipamentos de climatização com alto desempenho e com inversor, quando comparados com equipamentos novos mas de eficiência padrão (baixo custo), podem diminuir os custos operacionais com energia de 20% a 40 % para as condições de operação da região Sul e Sudeste; Equipamentos de climatização com alto desempenho e com inversor, quando comparados com equipamentos antigos, podem apresentar uma redução dos custos com energia na ordem de 30 a 50% ao longo de um ano; Faltará energia somente se os governantes, empresários e população em geral quiser, pois se utilizar equipamentos de alta eficiência e com inversor o consumo de energia no Brasil pode reduzir drasticamente; É mais barato, eficiente e rápido investir em eficiência energética do que investir na geração e distribuição de energia; Equipamentos de condensação a AR de alta desempenho em cargas parciais são viáveis tecnicamente e financeiramente, além de uma maior qualidade e confiabilidade.

33 Gaste Menos Hoje e Compartilhe Mais no Futuro!! Obrigado! Msc. Eng. Fernando Pozza

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