Erros comuns em sistemas de climatização: #1 - Vazamento de Dutos

Transcrição

1 Bruno Nassar ASHRAE Member Engenheiro Mecânico - IME Mestrado em Engenharia Mecânica Cláudio Moura Engenheiro Mecânico - IME Mestrado em Engenharia Mecânica Maíra Souza Engenheira Mecânica Atualmente, o tema da eficiência energética tornou-se um assunto em evidência. E quando o tópico é sistemas de ar condicionado, um erro comum é pensar apenas na aquisição de equipamentos mais eficientes como medida para redução no consumo de energia. Existem outras soluções complementares que podem reduzir o consumo energético do sistema de modo significativo. E uma delas é a redução dos vazamentos dos dutos, assunto abordado neste artigo. Desde 2008, com a vigência da NBR , foram estabelecidos valores máximos admissíveis para vazamento em dutos. Em geral, não se observa uma preocupação sistemática com relação a este tipo de vazamento por parte dos profissionais da climatização, sejam eles projetistas, instaladores ou até mesmo fiscais da obra. Diversos sistemas de HVAC são instalados sem a realização de testes de estanqueidade da rede de dutos, o que acarreta em perda de desempenho e maior consumo de energia. Além disso, os vazamentos em dutos reduzem a capacidade do sistema em controlar e distribuir a vazão e a pressão necessárias, geram ruídos e correntes de ar indesejáveis no espaço condicionado, assim como depósito de sujeira no duto. No vazamento, o ar se desloca da região de maior pressão para a de menor pressão. No caso de dutos pressurizados, este fluxo ocorre no sentido do interior do duto para o forro, o que além da perda de eficiência pode gerar danos à instalação. Outra dificuldade é que, em geral, os vazamentos não são perceptíveis pelos usuários por longos períodos de tempo, fazendo com que o sistema se deteriore irreversivelmente, intensificando o impacto do vazamento no sistema, como problemas com conforto ou falha em equipamentos. Medidas realizadas em campo indicam que sistemas VAV com 20% de vazamento consomem até 35% mais de energia do ventilador do que um sistema bem ajustado. Quando se analisa sistemas de exaustão, os resultados são ainda piores. Vazamentos de 20% resultam em um aumento do consumo energético de 95% do exaustor 1. Outro estudo indica que mais de 75% dos prédios analisados possuíam vazamentos na rede de dutos de ar condicionado de 10% a 26%, bem superior ao aceitável de 5% 2. Analisando a solução de vedação para reduzir vazamento nos dutos em um sistema existente de 20% para 5%

2 verifica-se que o payback é de 1 a 2 anos 2,3. Selagem de dutos Para selagem de dutos, existem diversos métodos reconhecidos pelas entidades especializadas. Para casos de vazamentos críticos onde o sistema de ar condicionado já está operando, a selagem de dutos por meio de aerossol representa a solução mais simples. A solução por aerossol consiste na vedação de dutos de dentro para fora. Este método é executado da seguinte maneira: primeiro, fechase a saída de ar pelos difusores ou grelhas. Em seguida, a rede é pressurizada com uma névoa de selante, a qual é mantida em suspensão no interior do duto até que o selante impacte no local de vazamento, vedando-o. A figura 01 mostra um gráfico de vazamento do ar nos dutos em função do tempo durante a selagem por aerossol. No início do processo de selagem, o vazamento é maior e vai decrescendo conforme o selante se deposita nos orifícios. Figura 01: Processo de selagem do duto Apesar de simples execução, este processo é dispendioso, podendo alcançar um terço do custo anual de manutenção do sistema de ar condicionado, dependendo do tamanho da rede de dutos 4,5. Outra técnica é a selagem dos dutos durante a fabricação, antes mesmo de uma detecção prévia do vazamento. Entre as opções recomendadas pela ASHRAE e SMACNA estão a utilização de mastique, adesivos e

3 fitas. Segundo a SMACNA 6, dutos pressurizados a baixa pressão (250 Pa ou menos) precisam de selante apenas nas juntas transversais. Testes, Ajustes e Balanceamento (TAB) e Detecção e Diagnóstico de Falha (FDD) Ao término da instalação, são realizados os testes, ajustes e balanceamento (TAB) para o sistema funcionar como especificado em projeto. Na prática, nota-se que pouca ou nenhuma importância é dada a esta etapa. Porém, com o TAB, os vazamentos maiores podem ser detectados. E, quando realizado rotineiramente, ao longo da vida do sistema, este método provê meios de monitorar o desempenho do sistema, garantindo a sua eficiência e o baixo consumo de energia. Para sistemas maiores, automatizados e mais complexos, existe a detecção e diagnóstico de falha (FDD Fault Detection and Diagnostics). O processo consiste na análise completa do sistema de climatização através do software de detecção de falha e diagnostico. Este programa vem com modos de testes embutidos que operam os controladores e apresenta diagnósticos de possíveis falhas obtidas pela leitura dos outputs dos sensores. Com isso, é possível a detecção de algum resultado inesperado do sistema. Apesar de suas vantagens, percebe-se que na prática, o uso de softwares de FDD ainda é pouco difundido nos sistemas de HVAC no país. Com o FDD, é possível ser notificado da falha antes mesmo da ocorrência de algum dano ao equipamento, aumentando a vida útil do mesmo e evita intervenções de manutenção não planejadas. Também é possível avaliar vazamentos nos dutos e programar a correção da falha. Estudos indicam de 10% a 30% de economia de energia em sistemas que passaram pelo FDD 4,5,7,8,9. Especificações Normativas A NBR estipula para cada tipo de instalação uma porcentagem de dutos instalados a ser avaliada quanto a vazamentos, conforme tabela XX. A ASHRAE 11 por sua vez, sugere que o percentual de amostragem para ensaio por área de superfície planificada de duto não seja inferior a 25%. Cabe ao projetista definir a classe de vazamento máxima do sistema e ao instalador cabe a responsabilidade de fabricar a rede de dutos conforme a classe de vazamento desejada. Por exemplo, para um duto classe 8 e uma pressão diferencial entre o duto e o ambiente de 250 Pa, a taxa de vazamento de 0.29 L/s.m² é considerada máxima. As fórmulas foram omitidas, mas podem ser obtidas na NBR 16401, com maiores explicações sobre seu uso.

4 Tabela XX: Recomendação para teste de acordo com a aplicação Em casos de sistemas dimensionados para menor consumo energético, sugere-se obedecer a Standard ANSI/ASHRAE/IES 90.1/2013 que determina a vedação de todas as conexões e a classe máxima de vazamento mínima de C L 6. Conclusão Observa-se que pouca importância se dá à vedação da rede de dutos no Brasil. O resultado é o significativo desperdício de energia, o qual não é evidente para o usuário final. O desconhecimento por parte do cliente e do instalador deste tipo de precaução implica em vazamento de ar, consumo desnecessário de energia, ruído, falhas e dispêndio de recursos. Soluções simples e de baixo custo durante a fabricação dos dutos, como selagem com mastique e outros adesivos, garantem níveis aceitáveis de vazamento e tranquilidade para todos os envolvidos. Referências 1.Wray, C.P., R.C. Diamond, and M.H. Sherman Rationale for measuring duct leakage flows in large commercial buildings. Lawrence Berkeley National Laboratory, Report LBNL Diamond, R.C., C.P. Wray, D.J.Dickerhoff, N.E. Matson, and D.M. Wang Thermal distribution systems in commercial buildings. Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment, chapter TIAX Energy Consumption Characteristics of Commercial Building HVAC Systems Volume III: Energy Savings Potential. Final Report to U.S. DOE, Office of Building Technologies. 5. Detlef Westphalen; Kurt Roth; James Brodrick. Duct Leakage Fault Detection, ASHRAE Journal 47(8): HVAC Duct Construction Standards Metal and Flexible ANSI/ SMACNA 3rd Edition 2005

5 7. Claridge, D., M. Liu and W.D. Turner Whole Building Diagnostics Workshop. 8. Piette, M.A., S. Kinneyand P. Haves Analysis of an information monitoring and diagnostic system to improve building operations. Energy and Buildings 33(8): Westphalen, D. and K.W. Roth System and component diagnostics. ASHRAE Journal 45(4): NBR Instalações de Ar Condicionado Sistemas Centrais e Unitários Parte 1: Projeto das Instalações. Rio de Janeiro ANSI, ASHRAE, IES Standard Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings, BUSHBY, S. T.;SCHEIN, J. Fault Detection & Diagnostics for AHUs and VAV Boxes. ASHRAE Journal, Julho BRODRICK, J.; ROTH, K.; WESTPHALEN, D. Duct Leakage Fault Detection. ASHRAE Journal, Agosto MODERA, M. Fixing Duct Leaks in Commercial Buildings. ASHRAE Journal, Agosto HVAC Air Duct Leakage Test Manual - ANSI/SMACNA 7th Printing 2003.