ELECTRICAL SIZING FOR INSTALLATION OF AIR CONDITIONING APPLIANCES AT ARTHUR JUNQUEIRA DE ALMEIDA STATE SCHOOL
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ar10202501161745
Natallie Caroline Marisiellon Fernandes¹; Nixon Pereira Souza²; Deives Ferreira Castilho³; Aurea Messias de Jesus⁴; Alan Kardec Candido dos Reis⁵; Emerson Carlos Guimaraes⁶; Daniela Freitas Borges⁷.
Resumo
A cidade de Ituiutaba-Mg, localizada no triângulo mineiro, está passando por uma onda de calor extrema. Nos meses de setembro e outubro de 2023 foram registrados recordes de temperatura chegando próximo aos 41 °C. Ituiutaba apresenta clima e condições meteorológicas médias, uma estação com precipitação abafada e de céu encoberto, a estação seca é de céu quase sem nuvens, o ano inteiro, o clima é quente, apresentando em seu decorrer temperaturas que variam de 17 °C a 33 °C e raramente é inferior a 13 °C ou superior a 37 °C. Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo de dimensionamento de carga para a instalação de ar condicionado na instituição de ensino Escola Estadual Arthur Junqueira de Almeida, visando propiciar um ambiente com temperaturas razoáveis durante o período letivo. Para a realização desta pesquisa utilizou-se a metodologia de estudo de caso juntamente com a pesquisa bibliográfica. O desenvolvimento da pesquisa propiciou o mapeamento de um dimensionamento de carga, que incorreto, os aparelhos de ar condicionado poderão queimar e causar transtornos, além de poder causar riscos de incêndio devido a falhas nos sistemas de proteção que servem para desligar automaticamente o sistema em caso de sobrecarga ou curto-circuito. Conclui-se que para que de fato o problema fosse sanado, a pesquisa evidencia que a aquisição de um transformador de energia, poderia sanar tal problemática, proporcionando a medida de potência que realmente é essencial para atender às necessidades.
Palavras-chave: Dimensionamento de carga. Instalação. Ar-condicionado.
1 INTRODUÇÃO
A cidade de Ituiutaba-Mg, localizada no triângulo mineiro, está passando por uma onda de calor extrema. Nos meses de setembro e outubro de 2023 foram registrados recordes de temperatura chegando próximo aos 41 ºC.
O município de Ituiutaba, localizado no estado de Minas Gerais, com estimativa de (população de 105.000 habitantes, segundo projeção do IBGE para 2021), tem se destacado como um dos quatro maiores municípios da chamada Região do Triângulo Mineiro e Alto Paranaíba, onde evidencia-se ainda Uberlândia (706.597 mil habitantes), Uberaba (340.277 mil habitantes) e Araguari (118.361 habitantes).
A cidade apresenta clima e condições meteorológicas médias, uma estação com precipitação abafada e de céu encoberto, a estação seca é de céu quase sem nuvens, o ano inteiro, o clima é quente, apresentando em seu decorrer temperaturas que variam de 17 °C a 33 °C e raramente é inferior a 13 °C ou superior a 37 °C.
Tais fatores climáticos, fizeram com que fosse realizado um levantamento para o dimensionamento elétrico para a instalação de aparelhos de ar condicionado em algumas salas de aula, secretaria, biblioteca e salas de ensino técnico da Escola Estadual Arthur Junqueira de Almeida.
Logo, o levantamento de carga de potência foi solicitado pelos próprios colaboradores, direção e professores da escola visando melhorar a qualidade do ensino e de trabalho, trazendo um ambiente mais agradável e confortável para o aprendizado dos alunos e professores.
Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo de dimensionamento de carga para a instalação de ar condicionado na instituição de ensino Escola Estadual Arthur Junqueira de Almeida, visando propiciar um ambiente com temperaturas razoáveis durante o período letivo.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 HISTÓRICO DOS APARELHOS DE AR CONDICIONADO
A primeira máquina de ar condicionado tem seu registro de surgimento no ano de 1902, inventada por Willis Carrier, nascido nos Estados Unidos, sendo originada pela abundância de umidade que se encontrava em uma gráfica, onde a concentração de calor era responsável por borrar as imagens.
O ocasionamento desta demanda, surge em meio a problemática que financeiramente o dono do estabelecimento teria que resolver este problema ou ter prejuízos contínuos. O ar condicionado que conhecemos hoje foi patenteado pelo engenheiro em 1906, sendo denominado “aparelho para tratamento do ar” sendo a primeira máquina lançada no mundo. Desde então, as máquinas passaram por um processo de modernização, trazendo ao mundo uma relação muito próxima entre a necessidade e o conforto e bem-estar.
Tais fatores foram determinantes para que o ministro José Serra proferisse sua vontade na realização de estudos relacionados aos cuidados com as instalações de ar condicionado que resultaram na Portaria 3523 do Ministério da Saúde e na Resolução 176 que a regulamentou.
De acordo com Johnston (2002), a aplicação e montagem destes aparelhos em residências ou estabelecimentos configuram-se em uma combinação de resultados e experiências, recebidas pelo cliente, sendo seu objetivo a garantia de bem-estar e qualidade de vida, principalmente no que tange estar exposto a altas temperaturas.
Linzmayer (1994) destaca que não podemos deixar de pensar o conjunto aplicado entre montagem e manutenção, sendo sua vida útil e a garantia de um bom funcionamento, esta, pode ser definida como um sistema de apoio às atividades operacionais de um serviço ou empresa, fundamental à economia, à conservação e ao aumento da vida útil dos equipamentos.
Wyrebski (1997) e Linzmayer (1994) destacam que há três tipos de manutenção: a corretiva, onde os consertos e reformas são realizados quando a máquina/equipamento apresenta quebra; preventiva, destinada à prevenção da quebra do equipamento; preditiva, executada com equipamento em operação lançando-se mão de sensores ou instrumentos especiais para detecção de anormalidades operacionais.
Conforme já exposto, o estudo de caso buscou utilizar dos recursos da engenharia, que consiste em propor soluções e melhorias para as necessidades da humanidade, com enfoque em melhorá-las ou modificá-las de modo a serem alcançáveis e rentáveis. Esta ciência atualiza-se em constante evolução e visa estar-se em desenvolvimento, proporcionando uma visão pautada no inconformismo, buscando o aprimoramento e propondo novas ideias.
Estes conhecimentos integram a realização da pesquisa que ocorre na Escola Arthur Junqueira, conhecida pelo nome de (Pituca), instituição que oferta Ensino fundamental, foi instalada no dia 27 de março de 1958, pela diretora Técnica da Escola “Clóvis Salgado”, Sr.ª Maria Morais, devidamente autorizada pelo Sr. Luis de Melo Viana, chefe do Departamento de Ensino Primário da Secretaria de Estado da Educação (SRE), parceria realizada entre a Secretaria de Estado da Educação, e a União da Mocidade Espírita de Ituiutaba, proprietária do prédio Educandário Ituiutabano, situado na Rua Cláudio Manoel com Rua Dr. Fausto Próspero, no Bairro Independência, onde funcionou sem ônus de aluguel para o estado, até 30 de junho de 1968. A instituição possui uma construção que atende as necessidades dos alunos, porém, pouco arejada, necessitando da instalação dos aparelhos de ar condicionado para melhor atendê-los.
O estudo foi realizado após compreender a origem do aparelho de ar condicionada, sua eficácia e a situação da instituição, tem suas bases sobre os pressupostos de Çengel (2013), que ressalta que a termodinâmica, vem do grego therme (calor) e dynamics (movimento) configurando-se como a ciência que estuda a energia, sendo conhecida como a ciência capaz de causar alterações.
[…] A energia pode ser armazenada no interior de sistemas sob várias formas. A energia também pode ser convertida de uma forma em outra e transferida entre sistemas. Para sistemas fechados, a energia pode ser transferida por meio do trabalho e da transferência de calor. A quantidade total de energia é conservada em todas as transformações e transferências (SHAPIRO, 2009, p. 27).
Conforme exposto esta pode ser denominada como o princípio da conservação da energia, sendo neste caso um fator que deve considerar que mudanças podem ocorrer a todo momento, apresentando-se desde a conversão da energia elétrica em energia mecânica por uma máquina, até o calor emitido pelos seres humanos devido ao seu metabolismo.
Çengel (2013), ressalta que um sistema é um local no espaço ou uma quantidade de matéria, criteriosamente selecionada para a destinação de análises. Logo, a energia total localizada internamente em um sistema, termodinamicamente falando, pode ser dividida em macroscópica e microscópica.
As formas macroscópicas de energia, são aquelas que um sistema possui como um todo, com relação a algum referencial externo, como as energias cinética e potencial. As formas microscópicas de energia são aquelas relacionadas à estrutura molecular de um sistema e ao grau de atividade molecular, e são independentes de referenciais externos. A soma de todas as formas microscópicas de energia é chamada de energia interna […] (ÇENGEL, 2013, p. 43).
Logo, em um sistema é possível visualizar o trânsito de energia entrando ou saindo, e este processo pode acontecer por transferência de calor ou por trabalho.
Em continuidade ao estudo proposto, a construção do sistema tomou como base o cálculo de carga térmica realizado teve como base o estipulado pelo Manual de Aire Acondicionado da empresa Carrier e na norma brasileiras (NBR) da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) 16401.
O Manual de Ar Acondicionado (1980), apresenta uma análise das cargas para condicionamento de ar, colocando-as como essenciais para o dimensionamento do sistema adequado para a obtenção de um ambiente com temperatura agradável com boa rentabilidade. Para a obtenção de bons resultados observou-se detalhes mecânicos e também arquitetônicos da escola.
a) Orientação do prédio: considerando efeitos de sol, vento, sombreamento, etc.;
b) Objetivo do local: que tipo de atividades são executadas no interior do edifício, se é um hospital, fábrica, teatro, restaurante, etc.;
c) Dimensões: altura, largura e comprimento;
d) Materiais utilizados na construção: referindo-se a paredes e teto;
e) Janelas: quantidade, espessura dos vidros, presença ou não de películas ou persianas e suas orientações;
f) Portas: materiais, orientação, quantidade;
g) Pessoas: atividades que estão executando, quantidade, sexo;
h) Iluminação: quantidade e tipo de luz utilizada;
i) Equipamentos elétricos: quantidade e tipo;
j) Ventilação: quantidade em metros cúbicos de ar por pessoa por metro quadrado (TORRES, 2019, p. 10).
O desenvolvimento deste estudo baseado no manual é responsável por apresentar um estudo real dos valores de carga térmica do local a ser condicionado.
O desenvolvimento da pesquisa teórica ainda aponta que devem ser consideradas as seguintes cargas: pessoas; iluminação; equipamentos; infiltração de ar; insolação; condução de calor por paredes e condução de calor por teto (TORRES, 2019, p. 11).
Logo, o estudo apresenta que a adesão de sistemas de ar condicionados está diretamente ligada ao conforto e à saúde dos ocupantes, portanto, este ponto será levado em consideração com base na portaria nº 3.523, de 23 de agosto de 1998 do MS e na NBR 16401.
No que tange a análise do local é possível a verificação conforme a ABNT NBR 16401 (2008), que fornece dados das principais cidades brasileiras, nas suas tabelas de A.3 a A.7.
No que se refere a ABNT 16401 (2008), em seu anexo A.1, podemos visualizar as taxas de calor corporais.
No que se refere a taxa térmica por espaço temos a norma da ABNT NBR 5410 (2004), que apresenta esta normatização. Sendo estes os principais referenciais no desenvolvimento desta pesquisa.
3 METODOLOGIA
Para a realização desta pesquisa utilizou-se a metodologia de estudo de caso, que segundo Eisenhardt (1989) e Yin (2009), configura-se em um método de pesquisa que utiliza, dados qualitativos, coletados a partir de eventos reais, com o objetivo de explicar, explorar ou descrever fenômenos atuais inseridos em seu próprio contexto. Caracteriza-se por ser um estudo detalhado e exaustivo de poucos, ou mesmo de um único objeto, fornecendo conhecimentos profundos. Sendo esta a base para analisarmos o contexto da escola.
Para fundamentar as práticas realizadas na visita técnica utilizou-se a metodologia de pesquisa bibliográfica de caráter qualitativo, exploratório descritivo. A referida autora destaca que este método tem como foco a resolução de um problema (hipótese), valendo-se de pesquisas e trabalhos científicos realizados com a temática pesquisada, analisando e discutindo sobre as contribuições científicas apresentadas (BOCCATO, 2006). Compreendo que há uma vasta bibliografia, apresentando perspectivas distintas sobre a temática.
Utililizou-se como materiais, uma trena de 5 metros e uma calculadora para calcular a potência de refrigeração de cada ambiente.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para realizar o levantamento de cargas foi necessário fazer o levantamento de potência em BTU (British Thermal Unit) ou Unidade Térmica Britânica, medida que determina a potência de refrigeração de cada aparelho de ar condicionado. Este dado garantiu que o equipamento realize a refrigeração de maneira adequada ao local onde será instalado, conforme a metragem e outros fatores.
Para o cálculo de potência existem três pontos que é preciso levar em consideração:
- Primeiro: metragem quadrada do ambiente em m² (tamanho do ambiente);
- Segundo: incidência de raios solares;
- Terceiro: quantidade de pessoas nesse ambiente.
Para calcular o BTU usado na hora de refrigerar um espaço, deve-se pensar no tamanho do ambiente, porque são necessários entre 600 a 800 BTU’s por m².
O usual é a base de 600 BTU’s quando o ambiente não tiver incidência de sol e 800 BTU’s devem ser considerados em locais onde há raios de luz ou dependendo da incidência solar.
A quantidade de pessoas que frequentam o local também influenciará no resultado final.
Recomenda-se somar 600 BTU’s (ou 800, se houver incidência de sol) a cada usuário adicional do espaço (o primeiro não conta).
Sabendo dessa informação, foi medido cada cômodo onde os aparelhos de ar condicionado ficaram instalados.
Esse cálculo foi realizado em todos os ambientes solicitados.
4.1 CÁLCULO DE POTÊNCIA ELÉTRICA: COMO CONVERTER DE BTU PARA WATTS
Essa constante é relacionada a capacidade de refrigeração (BTU) e o consumo de energia (Watt) de um aparelho de climatização. A fórmula de conversão é Watt =BTU x 0,293. A Multiplicação da capacidade do aparelho em BTU’s pela constante de conversão permite obter a potência elétrica em Watts necessária.
Por exemplo, se a potência de um ar condicionado for exibida em 9000 BTU’s, pode-se dizer que sua capacidade de resfriamento é de 2600 Watts aproximadamente, Ou seja, um Watt é igual a 3415 BTU’s e 1 kWh é igual a 3415 BTU/h.
4.2 LEVANTAMENTO DE CARGAS
A pesquisa foi aplicada em 21 salas da instituição, com enfoque na instalação dos aparelhos de ar condicionado. A Tabela 1 reúne os locais de instalação, a área de cada local, a potência em kBTU e a potência em Watt.
Tabela 1: Dados coletados da medição térmica das salas da instituição escolar
O desenvolvimento da pesquisa propiciou o mapeamento de um dimensionamento de carga, que incorreto, os aparelhos de ar condicionado poderão queimar e causar transtornos, além de poder causar riscos de incêndio devido a falhas nos sistemas de proteção que servem para desligar automaticamente o sistema em caso de sobrecarga ou curto-circuito.
Com o dimensionamento sendo realizado da maneira correta, problemas como queda de tensão, curtos circuitos e até mesmo incêndios podem ser evitados com mais facilidade. A pesquisa evidencia que deva ser realizada na instituição um estudo de adequação do sistema elétrico que possa de fato atender as necessidades da instituição.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este estudo além de proporcionar saberes técnicos formativos, consegue auxiliar em uma possível aquisição futura de materiais que atenderão as necessidades e evitará danos ao funcionamento da instituição, evitando prejuízos financeiros e prediais.
Com o desenvolvimento do presente trabalho foi possível refletir que o curso de engenharia, para além do desenvolvimento de técnicas, mostra-se uma ciência pensante que vive em constante evolução, apresentando-se como um propenso resolvedor e minimizador de problemas climáticos que podem melhorar o bom funcionamento da instituição escolar, tornando-o um espaço melhor habitável.
Conclui-se que para que de fato o problema fosse sanado, a pesquisa evidencia que a aquisição de um trasformador de energia pode sanar tal problemática, proporcionando a medida de potência que realmente é essencial para atender às necessidades.
REFERÊNCIAS
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5410: instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, 2004.
BOCCATO, V. R. C. Metodologia da pesquisa bibliográfica na área odontológica e o artigo científico como forma de comunicação. Rev. Odontol. Univ. Cidade São Paulo, São Paulo, v. 18, n. 3, p. 265-274, 2006.
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¹Bacharela em Engenharia Elétrica. Universidade do Estado de Minas Gerais. E-mail: natalliecarolinemff@gmail.com;
²Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade do Estado de Minas Gerais. E-mail: engenharianixon@gmail.com;
³Graduando em Engenharia Elétrica. Universidade do Estado de Minas Gerais. E-mail: deivescastilho@gmail.com;
⁴Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho. Universidade do Estado de Minas Gerais. E-mail: aurea.jesus2021@gmail.com;
⁵Mestre em Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Uberlândia. E-mail: alan.reis@uemg.br;
⁶Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho. Universidade Candido Mendes. E-mail: emerson.guimaraes@uemg.br;
⁷Mestra em Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Uberlândia. E-mail: daniela.eng@hotmail.com.