Desarrollo de un código computacional para el cálculo dinámico de cargas térmicas en edificaciones.

Tesis (Maestría en Ciencias de la Ingeniería con Orientación en Energías Térmica y Renovable) UANL, 2012.

Estudo de cargas térmicas de uma aeronave e dimensionamento de um sistema de ar condicionado

This work deals with the thermal load study of a fictitious aircraft as well as scaling, in terms of the airflow and temperature of the air conditioning system, for heating and cooling of the its internal environment, aiming the thermal comfort of occupants. The first part is presented the techniques and methods utilized for modeling different heat exchanges that occur in the aircraft and then allowed to calculate the total heat load and the airflow and temperature necessary to comply with the requirements of the thermal comfort. Techniques to determine the basic parameters, as convection coefficient and global coefficient of heat exchange, are also presented. The work aims to develop a program, using a computational tool, to automate the calculations so that facilitate this study. It also allows to be used for other airplanes just changing parameters and the control variables related to the specific project. Finally the program performs calculations for a fictitious airplane, to analyze its functionality and the influence of parameters involved in the temperature controls. The program allowed analyzing the sensitivity of portions of the thermal load and the corresponding parameters of influence, as well as the scaling of the air conditioning in terms of airflow and temperature. It was considered, despite the simplifications, a good approximation to the actual values and then can be used in development of the other airplanes

Sistemas de climatização industrial com saturação adiabática

Com este projecto pretende-se demonstrar a aplicação dos processos de climatização através do sistema de arrefecimento por saturação adiabática no tratamento do ar novo, em oposição ao sistema tradicional de arrefecimento, em termos de conforto industrial, vantagens económicas e ambientais e de eficiência energética. Considerando as condições exteriores de projecto em quatro cidades (Beja, Coimbra, Lisboa e Porto), fez-se um estudo teórico de forma a comparar os dois sistemas em relação à potência de frio necessária para o tratamento de 1000 m3 h-1 de ar novo que determinado equipamento deveria ter para garantir uma temperatura na saída da máquina de 25 ºC. Posteriormente procedeu-se à selecção de equipamentos e à sua validação, comparando as cargas térmicas sensíveis do ar novo, com as potências de frio dos equipamentos. Consultando os catálogos de várias empresas reuniram-se os dados necessários para os cálculos do estudo económico e eficiência energética. Ficou confirmado que os consumos de energia eléctrica e de água assim como os custos totais foram sempre inferiores no sistema arrefecimento por saturação adiabática. Também foi objectivo deste projecto, o estudo de um caso concreto de uma unidade fabril. Seleccionou-se a cidade de Beja, por ser a cidade com as melhores condições de clima para aplicação dos sistemas de climatização por saturação adiabática de forma a conseguir as condições termo higrométricas interiores dentro dos parâmetros de conforto. Dos dois processos analisados para arrefecimento do ar novo, verificou-se que a introdução de um recuperador no sistema de climatização com saturação adiabática, não só permite garantir as condições requeridas para o conforto como também apresenta menores consumos energéticos e de água.

Projecto AVAC para um edfício habitacional multifamiliar

Neste trabalho são apresentados os resultados comparativos, na vertente económica de aquisição e exploração, entre dois tipos de sistemas de climatização sendo estes, respectivamente, do tipo expansão indirecta a água e do tipo expansão directa de volume de refrigerante variável doravante designado pelas siglas (VRV), para um edifício de habitação multifamiliar. Para tal recorreu-se a um software de simulação e de cálculo térmico, de referência, para determinar as cargas térmicas a que o edifício em estudo estará sujeito, no qual se baseou toda a selecção e o dimensionamento dos equipamentos pertencentes aos dois tipos de sistemas de climatização em estudo. Foram efectuados vários estudos comparativos, que poderão futuramente, ajudar os profissionais que trabalham no ramo a proceder à selecção de qual o tipo de sistema a adoptar face a várias condicionantes e variáveis características de cada espaço.

Concepção de sistema de refrigeração por absorção, com aquecimento por painéis solares

O presente trabalho é constituído por dois temas principais: as máquinas de absorção LiBr/H2O e NH3/H2O, e os sistemas solares capazes de fornecer calor aos geradores das máquinas. Na primeira parte são referidos os diferentes sistemas de absorção, tendo sido descrito o seu funcionamento com os respectivos esquemas de princípio tendo sempre em atenção a sua optimização energética. Fez-se um estudo sobre os processos termodinâmicos associados ao funcionamento do ciclo NH3/H2O, para as temperaturas nos diferentes componentes aplicados num sistema de climatização Após esta análise termodinâmica foi realizado um estudo concreto para uma máquina, com a potência frigorífica de 16,9 kW, valor real da máquina de absorção ROBUR Modelo GAHP-AR, que servirá de base para a implementação de um sistema de fornecimento de calor, obtido com um conjunto de painéis solares. A segunda parte deste trabalho é dedicada aos sistemas solares, com uma análise dos diversos tipos de painéis, e respectivo funcionamento. Procurámos realizar o dimensionamento e optimização dessa instalação de captação de energia solar, de modo a captar cargas térmicas para um circuito de água, e assim fornecer a energia necessária ao correcto funcionamento do gerador do sistema de absorção.

Análise da aplicação de um sistema domótico no desempenho térmico de frações autónomas de habitação face ao sistema de certificação energética: casos de estudo

A presente dissertação tem por finalidade compreender as vantagens da aplicação da domótica no comportamento energético de uma fração habitacional, e possível efeito na classificação energética do Sistema de Certificação Energética (SCE), tendo assentado na realização de simulações dinâmicas cuja modelação foi feita no software DesignBuilder, associado ao software EnergyPlus, na parte respeitante aos cálculos. Como forma de melhorar a qualidade de vida, reduzir o trabalho doméstico, aumentar o bem-estar e a segurança, foi criada a domótica que é responsável pela automação predial. O conceito de automação implica a integração da iluminação, eletrodomésticos, ar-condicionado, controlo de acessos, alarmes, sensores e sistemas de dados, voz e imagem de um edifício ou de uma fração autónoma, fazendo com que todos os seus componentes possam realizar ações em conjunto a fim de facilitar a vida dos seus utilizadores. A preocupação com a segurança, a gestão e o controlo, a redução de custos e o bem-estar trouxe os sistemas de automação para a sociedade. Esses sistemas divididem-se em dois grandes grupos: os subsistemas de supervisão e controlo das utilidades, que realizam o controlo das instalações elétricas, de arrefecimento e aquecimento, de instalações hidráulicas (águas sanitárias), de gás e o controle de elevadores; e os subsistemas de segurança, de proteção contra incêndio, contra intrusão e a monitorização visual centralizada (câmaras de vídeo-vigilância). Na construção de um edifício existe a preocupação cada vez maior na garantia do conforto aliado ao menor consumo de energia possível, isto é, a temperatura e a iluminação adequada para a realização de diferentes tarefas a efetuar, sem que implique um maior consumo. A regulação da temperatura interior da habitação, o controlo de luzes através de sensores e abertura de fecho dos dispositivos de sombreamento (persianas), através de domótica, permitirá o maior proveito da iluminação natural e a temperatura aos utilizadores da fracção em cada instante. Com tudo o que a domótica permite é necessário saber quais as vantagens e desvantagens na sua implementação. Com esta finalidade, realizou-se a análise baseada no RCCTE, de três apartamentos de um edifício, com a mesma tipologia mas com distintas orientações de envidraçados. Os apartamentos escolhidos no último piso do edifício. Posteriormente , optou-se por uma das fracções para o aprofundamento da análise e avaliação de implementação de sistemas domóticos de contolo de abertura/e fecho de dispositivos de oclusão de vãos para controlo dos ganhos solares e abertura e fecho dos vãos envidraçados para controlar as cargas térmicas por ventilação. Neste intuito, desenvolveu-se um modelo 3D com recurso ao software DesignBuilder, Energy Plus, em diferentes zonas climáticas, em regime dinâmico, por forma a contabilizar a diferença entre os fatores que não são quantificados através da análise feita pelo RCCTE. Após uma análise com as permissas incluídas no RCCTE (ventilação e factor solar), é imposto no DesignBuilder alguns aspetos da domótica, como a abertura/fecho de persianas/janelas obtendo-se para cada situação as perdas e ganhos através de cada elemento (envidraçados, necessidades de aquecimento e arrefecimento). Foi ainda elaborado um pequeno estudo da viabilidade económica da implementação de um sistema domótico.

Projecto de AVAC de uma clínica veterinária e verificação do regulamento dos sistemas energéticos de climatização em edifícios (RSECE)

No decorrer do percurso académico do curso de Mestrado em Engenharia Mecânica, foi colocado ao dispor do aluno um leque variado de ferramentas orientadas para a ventilação, climatização e eficiência energética de edifícios. Deste modo, houve um impulso para a concepção de um projecto em Instalações Mecânicas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC). Neste caso, a escolha recaiu num clínica veterinária, uma vez que era uma edificação que possuía bastantes requisitos à priori, tornando aliciante o aprofundar dos conhecimentos adquiridos. Associado à concepção da instalação, houve a necessidade de verificar se a mesma cumpria todos os requisitos impostos pela regulamentação energética vigente. De forma a tornar mais intuitiva a consulta e a interpretação deste trabalho, poder-se-á dividir o mesmo em duas partes, as quais se encontram organizadas por seis capítulos. Na primeira parte, mais teórica, introduz-se o tema do trabalho, as razões para a escolha do mesmo e os objectivos propostos a alcançar. Em seguida, expõem-se alguns conceitos associados ao estudo do ar atmosférico (psicrometria), possibilitando assim um melhor entendimento dos processos relacionados com a climatização. A primeira parte será concluída com o enquadramento do projecto e da clínica na realidade portuguesa. A segunda parte, de carácter mais prático, será dedicada na sua maioria ao projecto das instalações de climatização da clínica. Numa representação de memória descritiva e justificativa serão ilustrados os passos efectuados, desde o levantamento geométrico do edifício até à selecção dos equipamentos, passando pelo cálculo de cargas térmicas. Encontram-se, igualmente, referidos os requisitos exigíveis para uma instalação deste tipo, que condicionam fortemente a concepção da mesma. Após o projecto, e uma vez que a clínica se encontra abrangida pela legislação de certificação energética em vigor, dedicar-se-á um capítulo inteiro à apresentação dos cálculos efectuados com o objectivo de verificar a sua conformidade regulamentar. Por fim, será elaborada uma proposta de optimização das instalações para realizar em projectos futuros, com o intuito de reduzir os consumos de energia globais do edifício e, assim aumentar o desempenho energético do mesmo.

Sala de máquinas de uma instalação frigorífica a R717

O presente estudo tem como objetivo principal projetar uma sala de máquinas de um entreposto na zona de Montemor-o-Novo, com a finalidade de armazenar produtos congelados e refrigerados. As cargas térmicas interiores e exteriores foram calculadas de modo a projetar os equipamentos do sistema frigorífico. A solução principal passará por um sistema inundado a R717 com dois estágios de pressão. Os componentes da sala de máquinas foram dimensionados de modo a que desempenhassem as suas funções de forma eficiente e segura. A segurança da sala de máquinas foi idealizada de acordo com as normas europeias. Este estudo permite observar que o amoníaco, embora de origem natural, é um fluido frigorigéneo que exige várias precauções ao nível da segurança dos equipamentos, da construção e da formação dos trabalhadores. Um sistema de expansão direta a R404A foi considerado como solução alternativa, por forma, a avaliar um sistema menos dispendioso e eficiente comparativamente com caso de estudo indicado. Esta comparação permite constatar que o sistema inundado a amoníaco, embora seja caracterizado por elevados custos com a instalação, manutenção e segurança, é o mais indicado para o caso de estudo, dadas as suas grandes necessidades frigoríficas. A utilização de um sistema de expansão direta a R404A não necessitará de cuidados tão elaborados com a segurança, dado que o R404A não é tóxico ou inflamável, tornando-o um sistema mais adequado para instalações de menores dimensões.

Projecto de uma instalação de AVAC de um edifício de escritórios e multi-usos

Neste trabalho são apresentados o dimensionamento e os resultados comparativos para um edifício de serviços (escritórios), na vertente económica de aquisição, instalação, exploração e manutenção, de um sistema de climatização a água, com um sistema de climatização a volume de refrigerante variável como alternativa. Utilizando um software de simulação dinâmica para determinar as cargas térmicas a que o edifício em estudo estará sujeito, de forma a dimensionar um sistema de climatização que respeite os regulamentos em vigor pelo actual sistema de certificação energética, foram dimensionados os dois sistemas de climatização dentro dos acima indicados, tento sido efectuados vários estudos comparativos, por forma a poderem ser futuramente utilizados como base de definição do sistema a adotar por parte dos projetistas do ramo.

Sistemas de caudal variável versus caudal constante em sistemas de AVAC: (água)

O principal objectivo deste trabalho foi determinar se o uso de instalações a caudal de água variável – doravante designado por CV – em sistemas de AVAC domésticos é sempre, independentemente da dimensão da mesma, uma mais-valia em termos de consumos anuais de energia eléctrica, de custos associados à aquisição e exploração do equipamento, quando comparado com um sistema convencional de caudal constante – doravante designado por CC. Começou-se por estudar uma instalação de um apartamento T3, calculando as suas cargas térmicas, determinando o perfil de carga do sistema durante o ano, dimensionando a rede hidráulica, simulando os consumos anuais dos dois sistemas e por fim fazendo uma análise do retorno do investimento feito na solução a CV. O procedimento foi repetido até que, com o aumento do número de apartamentos T3, a resposta ao consumo das bombas circuladoras e ao retorno financeiro da instalação a CV fosse positiva, sendo que o número total de fogos T3 simulados foi de dez. Conclui-se que em certas instalações a CV se obteve um consumo de energia eléctrica superior ao da instalação a CC, fruto da necessidade do uso de duas electrobombas circuladoras (uma no circuito primário e outra no secundário). Esta situação verificou-se nas instalações que comportam um número de fogos T3 igual a 4, sendo que apenas a partir de 5 fogos T3 é que os consumos anuais de uma instalação a CC são superiores aos registados com uma instalação a CV. Por outras palavras, pode concluir-se que a partir das 20 unidades ventiloconvector (com potências compreendidas entre os 0,8 kW e 2,0 kW, que correspondem, respectivamente, caudais de 137 l/h e 364 l/h) os sistemas a CV começam a ser mais vantajosos do ponto de vista energético. No que ao retorno financeiro diz respeito, conclui-se que existe retorno, num espaço compreendido entre os 4 e os 9 anos, sempre que as instalações comportem um número de fogos superior a 6, ou seja, que contenham um número de unidades ventiloconvector instaladas superior a 24.

Projecto climatização e ventilação: unidade de saúde familiar

Nesta Tese Final de Mestrado vai ser desenvolvido um projecto de climatização, ventilação e ar condicionado (AVAC) de um edifício do tipo Hospitalar, sem internamento, designado por “Unidade de Saúde Familiar”, com o objectivo de se discutirem os conceitos teóricos e práticos em todos os aspectos que fazem parte integrante de um projecto deste tipo. A Tese Final de Mestrado baseia-se num sistema hidráulico centralizado a 4 tubos, ao longo da qual se irão dimensionar e seleccionar todos os equipamentos necessários para manter a temperatura ambiente dentro dos limites de conforto e limitar os níveis de ruído e a qualidade do ar interior dentro de valores regulamentares, sempre dentro de parâmetros económicos sustentáveis. Ao elaborar esta Tese Final de Mestrado procurou-se seguir critérios e concepções que garantam a obtenção de elevados níveis de qualidade, tendo presente a preocupação de assegurar uma condução fiável, económica e simples da instalação. Procurou-se também seguir uma rigorosa definição de conceitos e parâmetros reguladores do projecto ao nível de qualidade dos equipamentos e das exigências de montagem face à legislação e regulamentação vigentes DL 78/2006 de 4 de Abril – Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios, RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (DL. nº 79/2006), RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (DL. nº 80/2006), DL 9/2007, de 13 de Janeiro – Regulamento Geral sobre o Ruído.

Relatório de estágio em gabinete de engenharia na componente de climatização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com especialização em Energia, Climatização e Refrigeração

Estudo comparativo de sistemas em aquecimento

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios

Este trabalho surgiu do âmbito da Tese de Dissertação do Mestrado em Energias Sustentáveis do Instituto Superior de Engenharia do Porto, tendo o acompanhamento dos orientadores da empresa Laboratório Ecotermolab do Instituto de Soldadura e Qualidade e do Instituto Superior de Engenharia do Porto, de forma a garantir a linha traçada indo de acordo aos objectivos propostos. A presente tese abordou o estudo do impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios, tendo como base de apoio à análise a simulação dinâmica do edifício em condições reais num programa adequado, acreditado pela norma ASHRAE 140-2004. Este trabalho pretendeu evidenciar qual o impacto da influência do ar novo na climatização de um edifício com a conjugação de vários factores, tais como, ocupação, actividades e padrões de utilização (horários), iluminação e equipamentos, estudando ainda a possibilidade do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. O princípio partiu fundamentalmente por determinar até que ponto se pode climatizar recorrendo único e exclusivamente à introdução de ar novo em regime de “Free-Cooling”, através de um sistema tudo-ar de Volume de Ar Variável - VAV, sem o apoio de qualquer outro sistema de climatização auxiliar localizado no espaço, respeitando os caudais mínimos impostos pelo RSECE (Decreto-Lei 79/2006). Numa primeira fase foram identificados todos os dados relativos à determinação das cargas térmicas do edifício, tendo em conta todos os factores e contributos alusivos ao valor da carga térmica, tais como a transmissão de calor e seus constituintes, a iluminação, a ventilação, o uso de equipamentos e os níveis de ocupação. Consequentemente foram elaboradas diversas simulações dinâmicas com o recurso ao programa EnergyPlus integrado no DesignBuilder, conjugando variáveis desde as envolventes à própria arquitectura, perfis de utilização ocupacional, equipamentos e taxas de renovação de ar nos diferentes espaços do edifício em estudo. Obtiveram-se vários modelos de forma a promover um estudo comparativo e aprofundado que permitisse determinar o impacto do ar novo na climatização do edifício, perspectivando a capacidade funcional do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. Deste modo, a análise e comparação dos dados obtidos permitiram chegar às seguintes conclusões: Tendo em consideração que para necessidades de arrefecimento bastante elevadas, o “Free-Cooling” diurno revelou-se pouco eficaz ou quase nulo, para o tipo de clima verificado em Portugal, pois o diferencial de temperatura existente entre o exterior e o interior não é suficiente de modo a tornar possível a remoção das cargas de forma a baixar a temperatura interior para o intervalo de conforto. Em relação ao “Free-Cooling” em horário nocturno ou pós-laboral, este revelou-se bem mais eficiente. Obtiveram-se prestações muito interessantes sobretudo durante as estações de aquecimento e meia-estação, tendo em consideração o facto de existir necessidades de arrefecimento mesmo durante a estação de aquecimento. Referente à ventilação nocturna, isto é, em períodos de madrugada e fecho do edifício, concluiu-se que tal contribui para um abaixamento do calor acumulado durante o dia nos materiais construtivos do edifício e que é libertado ou restituído posteriormente para os espaços em períodos mais tardios. De entre as seguintes variáveis, aumento de caudal de ar novo insuflado e o diferencial de temperatura existente entre o ar exterior e interior, ficou demonstrado que este último teria maior peso contributivo na remoção do calor. Por fim, é ponto assente que de um modo geral, um sistema de climatização será sempre indispensável devido a cargas internas elevadas, requisitos interiores de temperatura e humidade, sendo no entanto aconselhado o “Free- Cooling” como um opção viável a incorporar na solução de climatização, de forma a promover o arrefecimento natural, a redução do consumo energético e a introdução activa de ar novo.

Comparação técnica da conceção/solução de projetos de climatização para um hotel rural

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia com a Especialidade em Energia, Climatização e Refrigeração