Unidades de Tratamento de Ar. Neste artigo vamos aprender como funcionam as unidades de manuseamento de ar, ou AHU’s. Veremos diferentes exemplos de AHU’s típicas juntamente com animações para componentes tais como amortecedores, bobinas de aquecimento e arrefecimento, rodas de calor, humidificadores, correr à volta de bobinas, permutadores de calor e muito mais, para o ajudar a aprender engenharia de HVAC.
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Então, onde encontramos unidades de manuseamento de ar?
Unidades de manuseamento de ar, que normalmente têm o acrónimo de A.H.U são encontradas em edifícios comerciais e industriais de média a grande dimensão.
Estão normalmente localizadas na cave, no telhado ou nos pisos de um edifício. As AHU servirão uma área ou zona especificada dentro de um edifício como o lado leste, ou andares 1 – 10 ou talvez um único propósito, como apenas os sanitários dos edifícios. Portanto, é muito comum encontrar várias AHU’s em redor de um edifício.
alguns edifícios, particularmente os edifícios antigos de altura, terão apenas uma grande AHU, normalmente localizada no telhado. Estes irão abastecer todo o edifício. Podem não ter uma conduta de retorno, alguns projectos mais antigos dependem do ar que acaba de sair do edifício. Este desenho já não é tão comum em edifícios novos porque é muito ineficiente, agora é mais comum ter várias AHU mais pequenas a abastecer diferentes zonas. Os edifícios são também mais estanques ao ar, pelo que precisamos de ter uma conduta de retorno para regular a pressão dentro do edifício.
Então, qual é a finalidade de uma unidade de tratamento de ar?
A condição das unidades de tratamento de ar e distribuir ar dentro de um edifício. Tiram ar ambiente fresco do exterior, limpam-no, aquecem-no ou arrefecem-no, talvez humidificando-o e depois forçam-no através de algumas condutas para as áreas projectadas dentro de um edifício. A maioria das unidades terá uma conduta adicional para depois puxar o ar sujo usado para fora das salas, de volta à AHU, onde um ventilador o descarregará de volta para a atmosfera. Parte deste ar de retorno poderá ser recirculado de volta para o fornecimento de ar fresco para poupar energia, veremos isso mais tarde no artigo. Caso contrário, onde isso não for possível, a energia térmica pode ser extraída e introduzida na entrada de ar fresco. Mais uma vez, veremos isso mais tarde com mais detalhe.
Vejamos um desenho simples e típico, e depois veremos alguns desenhos mais avançados.
Neste mesmo modelo básico temos as duas caixas AHU para fluxo e retorno de ar. Na própria frente na entrada e saída de cada caixa temos uma grelha para evitar que objectos e vida selvagem entrem nos componentes mecânicos dentro da AHU.
Nesta foto pode ver-se que a entrada da AHU teria sugado um monte de lixo se a grelha não estivesse lá, é por isso que é importante.
Na entrada da caixa de ar fresco e na descarga da caixa de ar de retorno temos alguns dampers. Os amortecedores são múltiplas chapas de metal que podem rodar. Podem fechar para impedir a entrada ou saída de ar, podem abrir para permitir totalmente a entrada ou saída de ar, e também podem variar a sua posição algures no meio para restringir a quantidade de ar que pode entrar ou sair.
Após os amortecedores teremos alguns filtros. Estes estão lá para tentar apanhar toda a sujidade e pó, etc., de entrar no ahu e no edifício. Se não tivermos estes filtros, o pó vai acumular-se dentro das condutas e dentro do equipamento mecânico, também vai entrar no edifício e ser respirado pelos ocupantes, bem como sujar o edifício. Por isso, queremos remover o máximo possível desta sujidade. Através de cada banco de filtros, teremos um sensor de pressão. Isto irá medir a sujidade dos filtros e avisar os engenheiros quando chegar a altura de substituir os filtros. Como os filtros recolhem a sujidade, a quantidade de ar que pode fluir é restrita e isto provoca uma queda de pressão através dos filtros. Tipicamente, temos alguns filtros de painel ou pré-filtros para apanhar as maiores partículas de pó. Depois temos alguns filtros de saco para apanhar as partículas de pó mais pequenas. Na verdade, já amamos os filtros ahu com grande detalhe anteriormente. Pode ver um tutorial em vídeo sobre isso clicando aqui.
p>>p>A próxima coisa que vamos encontrar são as serpentinas de refrigeração e aquecimento. Estas estão lá para aquecer ou arrefecer o ar. A temperatura do ar de alimentação é medida à medida que sai da AHU e entra nas condutas. Esta tem de estar a uma temperatura concebida para manter as pessoas no interior do edifício confortáveis, a esta temperatura concebida chama-se temperatura de set point. Se a temperatura do ar estiver abaixo deste valor, a serpentina de aquecimento adicionará calor para aumentar a temperatura do ar e levá-lo até ao ponto de regulação. Se o ar estiver demasiado quente, então a serpentina de arrefecimento removerá o calor para baixar a temperatura do ar e atingir o ponto de regulação. As serpentinas são permutadores de calor, dentro da serpentina está um fluido quente ou frio, geralmente algo como água aquecida ou refrigerada, refrigerante ou vapor. Já discutimos isto em pormenor anteriormente, pode assistir a um vídeo tutorial sobre isso clicando aqui.
P>Próximo vamos ter um ventilador. Este vai puxar o ar do exterior e depois através dos amortecedores, filtros e bobinas e depois empurrar isto para fora da conduta de ar em redor do edifício. Os ventiladores centrífugos são muito comuns nas AHU antigas e existentes, mas os ventiladores da CE estão agora a ser instalados e também instalados a posteriori para aumentar a eficiência energética. Através do ventilador teremos também um sensor de pressão, isto irá sentir se o ventilador estiver a funcionar. Se estiver a funcionar, então criará uma diferença de pressão, podemos utilizá-lo para detectar uma falha no equipamento e avisar os engenheiros sobre o problema. Também teremos provavelmente um sensor de pressão na conduta pouco tempo depois do ventilador, isto irá ler a pressão estática e em alguns ahu’s a velocidade do ventilador é controlada como resultado da pressão na conduta, pelo que também encontraremos muito frequentemente um variador de velocidade ligado ao ventilador para sistemas de volume variável. Cobrimos os sistemas VAV separadamente, pode ver um tutorial em vídeo sobre isso clicando aqui.
Então temos a conduta que enviará o ar à volta do edifício para as áreas projectadas. Teremos também algumas condutas de volta, que estão a fazer a transferência de todo o ar usado do edifício de volta para uma parte separada da AHU. Esta AHU de retorno está normalmente localizada perto do fornecimento, mas não tem de estar, pode estar localizada noutro local. Se quiser aprender a dimensionar e desenhar condutas, pode assistir a um vídeo tutorial clicando aqui.
O AHU de retorno na sua forma mais simples tem apenas um ventilador e amortecedor no seu interior. O ventilador está a puxar o ar de dentro do edifício e depois a empurrá-lo para fora do edifício. O amortecedor está localizado na saída da caixa ahu e fecha-se quando a AHU se desliga.
É uma AHU muito simples e típica. Então que mais poderemos encontrar?
Se estiver numa parte fria do mundo onde a temperatura do ar atinja o ponto de congelação ou perto dele. Então, é provável que encontremos um pré-aquecedor na entrada da entrada de ar fresco. Este é normalmente um aquecedor eléctrico. Quando o ar exterior chega a cerca de 6*c (42,8F), o aquecedor acende e aquece o ar para proteger os componentes internos da geada. Caso contrário, isto poderia congelar as bobinas de aquecimento e arrefecimento no interior e rebentá-las.
E o controlo da humidade? Alguns edifícios precisam de controlar a humidade do ar que fornecem ao edifício. Encontraremos um sensor de humidade na saída da AHU de fornecimento para medir a humidade no ar de fornecimento, este também terá um ponto de ajuste para a quantidade de humidade que deve estar no ar por projecto.
Se o teor de humidade do ar estiver abaixo deste valor, então precisamos de introduzir humidade no ar usando um humidificador, esta é normalmente uma das últimas coisas na AHU. Este dispositivo irá normalmente ou adicionar vapor ou pulverizar uma névoa de água para o ar. Muitos edifícios de tipo padrão de escritório no norte da Europa e América do Norte desligaram as suas unidades de humidade ou desinstalaram-nas para poupar energia. Embora ainda sejam cruciais para locais como lojas de documentos e salas de informática.
Se o ar estiver demasiado húmido, então isto pode ser reduzido através da serpentina de arrefecimento. À medida que o ar atinge a serpentina de arrefecimento, a superfície fria fará com que a humidade dentro do ar se condense e escorra para longe, encontrará um recipiente de drenagem debaixo da serpentina de arrefecimento para apanhar a água e drenar esta para longe. A serpentina de arrefecimento pode ser utilizada para reduzir ainda mais o teor de humidade removendo mais calor, mas é claro que isto irá diminuir a temperatura do ar abaixo do ponto de regulação de fornecimento, se isto ocorrer então a serpentina de aquecimento também pode ser ligada para trazer a temperatura de volta para cima, isto funcionará embora seja muito intensiva em energia.
Energy recovery
Se o fornecimento e a extracção de AHU’s estiverem localizados em áreas diferentes então uma forma comum de recuperar alguma da energia térmica é utilizar uma corrida em torno da bobina. Isto utiliza uma bobina dentro de ambas as AHU de alimentação e retorno que são ligadas através de tubagens. Uma bomba faz circular água entre as duas. Isto irá captar o calor desperdiçado da AHU extraída e adicioná-la à AHU de abastecimento. Isto reduzirá a procura de aquecimento da serpentina de aquecimento quando a temperatura exterior do ar estiver abaixo da temperatura de setpoint de fornecimento e a temperatura do ar de retorno for superior ao setpoint, o calor seria de outro modo rejeitado para a atmosfera. Por conseguinte, precisaremos de um sensor de temperatura do ar na AHU de retorno à entrada e provavelmente teremos sensores de temperatura do ar após a bobina de retorno, bem como antes da entrada de ar fresco. Estes serão utilizados para controlar a bomba, bem como para medir a sua eficácia. Como a bomba irá consumir electricidade, só é rentável ligar se a energia poupada for superior à que a bomba consumiria.
Outra versão muito comum com que nos depararemos é a de ter uma conduta sentada entre o escape e a entrada de ar fresco. Isto permite que uma parte do ar extraído seja recirculado de volta para a entrada de ar fresco, para compensar a procura de aquecimento ou arrefecimento. Isto é seguro e saudável de fazer, mas será necessário assegurar que o ar extraído tenha uma baixa contagem de Co2, pelo que precisamos de alguns sensores de Co2 para monitorizar isso. Se o nível de Co2 for demasiado alto, então o ar não pode ser reutilizado, o amortecedor de mistura fechará e todo o ar de retorno será rejeitado a partir do edifício. Quando em modo de recirculação, os registos principais de entrada e saída não fecharão completamente nesta configuração, porque ainda precisamos de uma quantidade mínima de ar fresco para entrar no edifício. Podemos usar isto no Inverno se o ar de retorno for mais quente do que o ar exterior e podemos usar isto no Verão se o ar de retorno for mais fresco do que o ar exterior, respectivo à temperatura do ar de saída, pelo que também precisaremos de alguns sensores de temperatura na entrada, retorno e logo após a região de mistura. Alguns edifícios requerem ar 100% fresco, pelo que esta estratégia não pode ser usada em todo o lado, as leis e regulamentos locais ditarão isto.
Outra variação que podemos encontrar, é a roda de calor. Isto é muito comum nas AHU compactas mais recentes. Esta utiliza uma grande roda rotativa, metade dela situa-se dentro da corrente de ar de exaustão e a outra metade situa-se dentro da entrada de ar fresco. A roda irá rodar, movida por um pequeno motor de indução, uma vez que roda capta o calor indesejado da corrente de escape e absorve-o para o material das rodas. A roda gira então para a corrente de entrada de ar fresco, este ar está a uma temperatura mais baixa do que a corrente de escape, pelo que o calor será transferido da roda e para a corrente de ar fresco, o que obviamente aquece esta corrente de entrada de ar e assim reduz a procura na serpentina de aquecimento. Isto é muito eficaz, mas algum ar irá vazar do escape para a corrente de ar fresco, pelo que este não pode ser utilizado em todos os edifícios.
Outra versão que podemos encontrar é o permutador de calor de placas de ar. Este utiliza chapas finas de metal para separar as duas correntes de ar para que não entrem em contacto ou se misturem de todo, a diferença de temperatura entre as duas correntes de ar fará com que o calor seja transferido da corrente de escape quente através das paredes metálicas do permutador de calor e para a corrente de admissão fria.