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MINISTRIO DA EDUCAO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO
SUL
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA
ANLISES ACSTICAS PARA INSTALAO DE SISTEMAS DE AR
CONDICIONADO
por
Carlos Henrique Lagemann
Dissertao para obteno do Ttulo de
Mestre em Engenharia
Porto Alegre, Maro de 2008
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ANLISES ACSTICAS PARA INSTALAO DE SISTEMAS DE AR
CONDICIONADO
por
Carlos Henrique Lagemann
Engenheiro Mecnico
Dissertao submetida ao Corpo Docente do Programa de Ps-Graduao
em
Engenharia Mecnica, PROMEC, da Escola de Engenharia da
Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, como parte dos requisitos necessrios para a
obteno do Ttulo de
Mestre em Engenharia
rea de Concentrao: Mecnica dos Slidos
Orientador: Prof. Dr. Alberto Tamagna
Aprovada por:
Profa. Dra. Letcia Fleck Fadel Miguel
Prof. Dr. Paulo Otto Beyer
Prof. Dr. Rafael Antnio Comparsi Laranja
Prof. Dr. Flvio Jos Lorini
Coordenador do PROMEC
Porto Alegre, 31 de maro de 2008
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AGRADECIMENTOS
Agradeo minha esposa pela compreenso, apoio e carinho.
Aos familiares pelo apoio e por compreenderem as ausncias.
empresa Springer Carrier por possibilitar a realizao deste curso
e apoiar o desenvolvimento deste trabalho, disponibilizando
prottipos e laboratrios para todos os testes
realizados. Pelos desafios confiados.
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RESUMO
A instalao inadequada de grandes sistemas de ar condicionado
pode ter como
conseqncias a gerao de conflitos com a comunidade local e o
desencadeamento de processos
judiciais, envolvendo elevados montantes, visto que o rudo
gerado por estes equipamentos pode afetar a vida de muitas pessoas.
O desligamento destas unidades, por ordem judicial, geralmente
impede o funcionamento de hotis, shopping centers, centrais de
informtica e processos
industriais.
Este trabalho visa fornecer subsdios tcnicos para equipes de
projeto de instalao destes equipamentos, formadas por projetistas,
engenheiros e arquitetos. Neste sentido, busca-se apresentar a
anlise e possveis solues de forma prtica. necessrio que o projeto
de instalao destes equipamentos seja robusto, levando em conta
todos os aspectos pertinentes. O ponto inicial de qualquer projeto
deve ser o mapeamento da regio onde os equipamentos sero
instalados, buscando identificar o rudo j existente nos horrios em
que os equipamentos estaro em operao. A partir desta anlise,
identifica-se qual o nvel de rudo ideal para a aplicao,
levando-se em conta a distncia disponvel entre os equipamentos e
a comunidade, a legislao
vigente e tipos de equipamentos oferecidos pelo mercado.
So apresentadas solues para atenuao de rudo em casos crticos em
que os
aspectos mencionados no foram levados em considerao ou no
puderam ser aplicados.
Mostra-se a influncia da instalao de atenuadores de rudo no
rendimento das centrais de
refrigerao e estima-se o custo de implementao. Mostra-se a
construo e aplicao dos
conceitos propostos e so analisadas instalaes visitadas no
decorrer deste trabalho.
ii
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ABSTRACT
Acoustic analyses for installation of Air Conditioning
Systems
An inadequate installation of large air conditioning systems can
create neighborhood
conflicts and lead to great legal expenses, due to the fact that
these equipment noise can affect
the normal way of living of these people. If these units were
turned off by a judicial request, the operation of hotels, malls,
information nucleus and industrial process may be suspended.
This work is supposed to give the technical basis to
installation project teams, which are formed by engineers and
architects. In this sense, this work intends to present analysis
and
possible solutions in a practical way. The installation project
must be strong according to their own peculiar aspects. Any project
must start with the recognition of the area where the equipment are
going to be installed, aiming the identification of the noise level
in place during
specific periods when the apparatus will operate. Through these
analyses it will be possible to
identify the noise level and the correct equipment to be
installed, the distance between equipment
and neighborhood in order to comply with current
Legislation.
This work will show solutions for noise attenuation for special
cases in which these
aspects were not considered or could not be applied. The
influence of noise attenuation on large
air conditioning systems performance is presented, as well as
the installation costs. The
construction and application of the proposed concepts are
presented too. Analyses of installations
visited during this work are also mentioned.
iii
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NDICE
Pg.
1.INTRODUO............................................................................................................................1
1.1
Objetivos....................................................................................................................................2
1.2
Motivao..................................................................................................................................2
2. REVISO
BIBILIOGRFICA....................................................................................................4
2.1
Som.....................................................................................................................................................4
2.2 Silenciadores
resistivos.................................................................................................................7
3.
HISTRICO.......................................................................................................................................9
4.
LEGISLAO................................................................................................................................11
5. PROPAGAO DO
SOM..........................................................................................................13
6. TORRES DE
RESFRIAMENTO...............................................................................................16
7. PROJETOS DE ATENUADORES DE
RUDO.......................................................................18
7.1 Limitaes utilizao de atenuadores de
rudo.....................................................................18
7.2 Avaliao das fontes de
rudo....................................................................................................19
7.3 Aspectos
conceituais................................................................................................................25
8. ESTUDOS DE
CASOS.............................................................................................................28
8.1 Aplicao de atenuadores de rudo em chillers de 120 TR (422
kW).....................................28 8.2 Aplicao de
atenuadores de rudo em condensadoras
split....................................................34
9. NOVO CONCEITO DE ATENUAO PARA
VENTILAO............................................40 10. ANLISE
FINANCEIRA DAS
PROPOSTAS.......................................................................47
11. EFEITOS DA INSTALAO DE ATENUADORES DE
RUDO........................................48 12. DESENVOLVIMENTO
DE JAQUETAS
ACSTICAS.......................................................50
13. CONCLUSES E SUGESTES DE
CONTINUIDADE.......................................................56
13.1
Concluses.............................................................................................................................56
13.2 Sugestes de
continuidade.....................................................................................................57
14. REFERNCIAS
BIBLIOGRFICAS.....................................................................................58
ANEXO
1......................................................................................................................................59
APNDICE
1................................................................................................................................68
APNDICE
2.................................................................................................................................71
APNDICE
3.................................................................................................................................72
iv
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LISTA DE SMBOLOS
AT Atenuao de rudo calculada pela frmula de Sabin [dB/m] Btu/h
Unidade trmica britnica. Cada Btu/h equivale a 0,293071 W [Btu/h]
COP Relao entre capacidade de refrigerao e consumo energtico na
mesma unidade de
medida (watt) [COP] dB Decibel [dB] dB(A) Nvel de presso sonora
ponderada pela escala A [dB(A)] De Permetro da seo [m] Hz Freqncia
[Hz] Pa Presso em pascal [Pa] RPM Rotaes por minuto [RPM] S rea da
seo [m2] TR Tonelada de refrigerao. Capacidade de refrigerao
equivalente a 3517W ou
12.000 Btu/h [TR] W Potncia [W] Coeficiente de absoro sonora
[adimensional]
v
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NDICE DE FIGURAS
Fig. TTULO Pg.
1.1 Central de ar condicionado utilizado em hotel de grande
porte 3
2.1 Curva de ponderao A que reflete a resposta do ouvido humano
6
3.1 Berrio do Pittsburghs Allegheny General Hospital 9
3.2 Foto publicitria de um dos primeiros modelos produzidos em
srie 10
5.1 Modelo de Beranek para reduo do nvel de rudo em funo da
distncia 13
5.2 Prottipo utilizado na medio do nvel de rudo em funo da
distncia 14
5.3 Atenuao de rudo em funo da distncia. Modelo terico versus
prottipo 15
6.1 Trs torres de resfriamento (a) e nove torres de resfriamento
(b) 16 7.1 Duto de 3,8 metros na descarga dos ventiladores [Carrier
Colmbia] 18 7.2 Representao de um chiller com condensao a ar 20
7.3 Conceito proposto por Lagemann, 2003 (a) e vista superior
(b) 20 7.4 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003 (a) e vista
superior do prottipo (b) 21 7.5 Clulas de atenuao (a) e duto para
atenuao da descarga (b) 22 7.6 Tela do IPM 23
7.7 Enclausuramento de Chiller a ar 24
7.8 Tratamento acstico na descarga dos ventiladores 24
7.9 Duto em perspectiva (a) e composio do duto (b) 25 7.10
Estrutura de uma clula de atenuao (a) e conjunto de clulas (b) 25
8.1 Instalao original dos chillers (a) e torre com 80 metros de
altura prxima as mquinas
refletindo o rudo dos chillers para as residncias vizinhas (b)
29 8.2 Vista superior de uma das unidades 29
8.3 Montagem das clulas de atenuao 30
8.4 Vista lateral dos chillers com atenuao (a) e painel de
controle (b) 31 8.5 Lateral do equipamento com fechamentos 31
8.6 Projeto em CAD dos fechamentos inferiores 32 8.7 Dutos
retangulares na descarga dos ventiladores 32
8.8 Vista interna da nova instalao 34
8.9 Vista externa da edificao com grandes clulas de atenuao
34
vi
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8.10 Condensadoras split de 36.000 Btu/h (10,55 kW) 35 8.11
Comparativo dos coeficientes de absoro do poliuretano versus l de
rocha 36
8.12 Vista explodida frontal (a) e vista explodida traseira (b)
37 8.13 Vista lateral do enclausuramento (a) e vista traseira (b)
37 8.14 Espectro da condio original, com o enclausuramento e na
condio final com os
atenuadores 38
8.15 Atenuao de rudo versus freqncia. Na cor laranja, com a
instalao do enclausu- ramento e, em azul, aps a adio dos
atenuadores 39
9.1 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003 40
9.2 Grande quantidade de clulas de atenuao necessrias para uma
atenuao efetiva 41
9.3 Novo prottipo 41
9.4 Nova plataforma de chillers que utiliza condensadores em
estrutura modular 42
9.5 Vista superior de um dos ventiladores do prottipo 42
9.6 Suporte com 500 mm de altura apoiado na estrutura original
43
9.7 Duto na tomada de ar do ventilador 44
9.8 Aspecto externo do novo conceito de atenuador de rudo 44
9.9 Cilindros concntricos nos dois dutos envoltos por l de rocha
45
9.10 Atenuao de rudo com a instalao do novo conceito e em funo
da distncia 46
11.1 Variao da capacidade de refrigerao em funo da queda de vazo
48
11.2 Queda na performance do equipamento em funo da reduo da
vazo 49 12.1 Espectro gerado por compressor parafuso 50
12.2 Estrutura com dimenses e formato similar ao compressor
parafuso 51
12.3 Prottipo de jaqueta acstica 51 12.4 Espectro medido com
vrias composies de materiais para jaquetas acsticas 53 12.5 Anlise
em 1 e 2 kHz 54
12.6 Jaquetas acsticas instaladas em um chiller com condensao
gua e capacidade
superior a 300 TR (1055 kW) 55
vii
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NDICE DE TABELAS
Tabela TTULO Pg.
2.1 Nveis de correo da curva de ponderao A 7
4.1 Valores recomendados pela NBR 10.152 12
6.1 Variao do nvel de rudo gerado pelas torres de resfriamento
em funo da distncia 17
7.1 Coeficientes de absoro acstica para mantas de l de rocha com
50 mm de espessura 26
7.2 Comparativo entre a atenuao calculada versus obtida 26
7.3 Comparativo entre atenuao calculada e medida por freqncia
27
8.1 Medies de rudo na residncia do reclamante 33
8.2 Absoro calculada por freqncia 36
10.1 Estimativa de custos do conceito com clulas de atenuao
47
10.2 Estimativa de custos do conceito com dutos 47
viii
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1
1. INTRODUO
H vrias dcadas os sistemas de ar condicionado so amplamente
utilizados. Em
1902, o engenheiro Willys Carrier desenvolveu o primeiro
processo mecnico, que permite
retirar calor do ar, sendo que a primeira aplicao consistia em
controlar a temperatura e a
umidade do processo de impresso de uma grfica, j que, nos meses
quentes de vero, o papel absorvia umidade do ar e se dilatava,
gerando imagens borradas. No mesmo ano, instalou um
sistema de condicionamento de ar em um berrio de partos
prematuros. Atravs da introduo
de umidade extra no ambiente, ajudou a reduzir a mortalidade
infantil causada por desidratao [Springer Carrier, 1990]. Nos anos
20, atravs do desenvolvimento de um novo fluido refrigerante, o
ar
condicionado tornou-se mais acessvel ao pblico, sendo instalados
sistemas em teatros, lojas e prdios pblicos dos Estados Unidos. Nos
anos 50, iniciou-se a produo em massa de unidades
residenciais. Em 1958, a Springer lanou o primeiro condicionador
de ar de janela da Amrica Latina [Springer Carrier, 1990].
Atualmente a principal aplicao dos condicionadores de ar o conforto
trmico,
indispensvel para bom desempenho profissional em muitas reas,
bem estar e sade de forma
geral. Outras aplicaes destes sistemas esto ligadas ao controle
de temperatura de uma ampla
gama de atividades, podendo ser destacadas as atividades
industriais, farmacuticas, hospitalares
e centros de processamento de dados [Springer Carrier]. O
tamanho total do mercado de Centrais de Ar Condicionado (chillers)
no Brasil de
aproximadamente 180.000 toneladas de refrigerao (633.034 kW) ao
ano, em 2007. Cada tonelada de refrigerao (TR) equivale a 12.000
Btu/h (3,517 kW). Considerando que deste volume 44% composto por
chillers de condensao a ar, este mercado gira em torno de
79.200
TR (278.535 kW). O mercado de mquinas com condensao a ar vem
diminuindo nos ltimos anos, pela importao de grandes centrfugas,
chillers com condensao gua, caracterizados
pela utilizao de um nico compressor de grande capacidade, na
faixa de 500 TR (1758 kW) [Springer Carrier].
Alm dos processos industriais, grandes instalaes comerciais
como, por exemplo,
hotis e shopping centers tambm necessitam de sistemas de ar
condicionado de grande porte.
Estes sistemas possuem alta vazo de ar e grandes compressores.
Dependendo do sistema
selecionado e dos aspectos considerados no projeto de instalao,
o elevado nvel de rudo
-
2
gerado por estes equipamentos pode causar vrios aborrecimentos,
incluindo disputas judiciais que envolvem altos numerrios.
1.1 Objetivos
O objetivo desta dissertao fornecer subsdios de ordem prtica a
engenheiros, projetistas e arquitetos para que possam selecionar os
sistemas de ar condicionado mais indicados a cada situao e para que
estes sejam instalados da melhor maneira, evitando problemas
relacionados ao rudo gerado pelos equipamentos. Para os casos em
que no foi
possvel aplicar os conceitos propostos ou em que j exista algum
inconveniente gerado pelo alto nvel de rudo destas mquinas, so
apresentados mtodos para atenuao de rudo, seja pelo afastamento da
mquina do reclamante ou pela instalao de atenuadores de rudo.
1.2 Motivao
Em alguns casos, solues em refrigerao so vendidas sem o projeto
de instalao do equipamento adequadamente desenvolvido pelo
respectivo canal de vendas. Aps o incio de
operao o comprador passa a conviver em conflito com a comunidade
ou com seus prprios
clientes.
H notcias de vrios casos judiciais, envolvendo elevados
montantes financeiros. Os atingidos pelo alto nvel de rudo gerado
por determinados sistemas de refrigerao, doravante
denominados de reclamantes, tem o seu direito tranqilidade
assegurado, o que pode levar ao
desligamento de grandes equipamentos de refrigerao essenciais
para o conforto de grandes
estabelecimentos ou para processos industriais que necessitem de
refrigerao.
A figura 1.1 mostra uma central de ar condicionado, nas
proximidades de um hotel
de elevado padro em Manaus/AM. possvel perceber que toda fachada
est prxima dos chillers. A soluo acstica adotada foi a instalao de
janelas especiais e de alto custo em todos os apartamentos dos mais
de 15 andares. Entretanto, como a fonte no foi tratada, o rudo
perturba os hspedes nas reas livres e piscinas do trreo.
-
3
Figura 1.1 Central de ar condicionado utilizado em hotel de
grande porte
Os grandes fabricantes de equipamentos de refrigerao possuem
tecnologia e know-
how suficientes para desenvolver mquinas com nveis de rudo bem
inferiores aos atuais,
entretanto o custo do produto seria muito maior. Uma das
possibilidades seria a utilizao de um
nmero maior de ventiladores, cada qual com baixa vazo e rudo, o
que implicaria em
considervel aumento no tamanho dos trocadores de calor,
compostos basicamente por cobre e
alumnio, commodities de alto custo e com crescente valorizao no
mercado. Na atual
conjuntura, cabe ao instalador uma ateno especial no projeto de
instalao a fim de evitar futuros transtornos.
-
4
2. REVISO BIBILIOGRFICA
2.1 Som
O som se caracteriza por flutuaes de presso em um meio
compressvel. No
entanto, no so todas as flutuaes de presso que produzem a sensao
de audio quando
atingem o ouvido humano. A sensao s ocorrer quando a amplitude
destas flutuaes e a
freqncia com que elas se repetem estiver dentro de determinada
faixa de valores. Desta forma,
flutuaes de presso com amplitudes inferiores a certos mnimos no
sero audveis (limiar da audio), como tambm, ondas de nvel alto,
tais como nas proximidades de turbinas gs e msseis, podem produzir
uma sensao de dor ao invs de som. Pode-se assumir que rudo todo
e qualquer som no agradvel [Gerges, 2000]. O som uma forma de
energia que transmitida pela coliso das molculas do meio,
umas contra as outras, sucessivamente. Portanto, pode ser
representado por uma srie de
compresses e rarefaes do meio em que se propaga, a partir da
fonte sonora [Gerges, 2000]. Teoricamente o som se propaga em forma
de ondas esfricas a partir de uma fonte
pontual. Duas situaes podem dificultar este modelo simples: a
presena de obstculos na
trajetria de propagao e em campo aberto, a no uniformidade do
meio, causada por ventos e/ou gradientes de temperaturas [Gerges,
2000]. Um longo tempo de exposio a um nvel de rudo alto pode causar
sobrecarga do
corao causando secrees anormais de hormnios e tenses musculares.
O efeito destas
alteraes aparece em forma de mudanas de comportamento, tais como
nervosismo, fadiga
mental, frustrao, prejuzo no desempenho do trabalho, provocando
tambm altas taxas de ausncia no trabalho. Existem queixas de
dificuldades mentais e emocionais que aparecem como
irritabilidade, fadiga e mal-ajustamento em situaes diferentes e
conflitos sociais entre operrios expostos ao rudo [Gerges,
2000].
O ouvido humano responde a uma larga faixa de intensidade
acstica, desde o limiar da
audio at o limiar da dor. Por exemplo, a 1000Hz a intensidade
acstica capaz de causar a
sensao de dor 1012 vezes a intensidade acstica capaz de causar a
sensao de audio. visvel a dificuldade de se expressar em nmeros de
ordem de grandeza to diferentes numa
mesma escala linear, portanto usa-se a escala logartmica,
representada pelo decibel (dB). Um valor de diviso adequado a esta
escala o log10, sendo que a razo das intensidades do exemplo
acima seria representada por log1012, ou 12 divises de escala.
Portanto, um decibel corresponde
-
5
a 100,1=1,26, ou seja, igual a variao na intensidade de 1,26
vezes. Uma mudana de 3 dB corresponde a 100,3=2, ou seja,
dobrando-se a intensidade sonora tem-se apenas um acrscimo de 3 dB
[Gerges, 2000]. Outro aspecto importante da escala dB que ela
apresenta uma correlao com a
audibilidade humana, muito melhor que a escala absoluta (Pa). Um
(1) dB a menor variao que o ouvido humano pode perceber. Um
acrscimo de 6 dB no nvel de presso sonora equivale
a dobrar a presso sonora [Gerges, 2000]. No estudo do som em ar
condicionado as propriedades mais importantes so a
presso e a potncia sonora. Enquanto as variaes de presso
produzidas na atmosfera por uma
fonte podem ser medidas diretamente, a potncia sonora no pode.
Ela deve ser calculada a partir
da presso sonora, conhecendo-se as caractersticas da fonte e a
influncia do ambiente onde se
encontra a fonte [Gerges, 2000]. A presso sonora o que
efetivamente aciona o mecanismo auditivo, sendo utilizada
para estudar o efeito fisiolgico do som no ouvido humano. A
potncia, por sua vez, utilizada
para especificar o som gerado por um dado equipamento. Enquanto
a presso sonora uma
perturbao audvel da atmosfera, cuja intensidade influenciada
pelo ambiente e a distncia da fonte, a potncia sonora
essencialmente uma caracterstica de uma fonte e representa a
quantidade de energia acstica presente nela. A presso sonora
medida em pascal (Pa) enquanto que potncia medida em watt (W)
[Gerges, 2000].
Um meio de analisar o rudo medido a utilizao de filtros, que so
utilizados tanto
para determinao de nveis quanto para diagnstico. Os filtros mais
comuns so curva de
ponderao A, filtros de banda de oitava e de 1/3 de oitava. Ainda
h alguns analisadores de
rudo que vm com filtros eletrnicos para bandas mais estreitas
como 1/12 e 1/24 de oitava
[Gerges, 2000]. O ouvido humano mais sensvel s altas freqncias
do que s baixas. Esta
sensibilidade, em funo da freqncia, varia tambm de acordo com a
intensidade do som. No
caso de sons na faixa de 70 a 80 dB, o ouvido humano tem uma
resposta mais achatada, ou seja, no h tanta variao da percepo com a
freqncia. No caso de sons de menor intensidade, 40
dB, por exemplo, o ouvido humano muito mais sensvel a sons na
faixa de freqncia de 1 a 4
kHz. A curva de ponderao A, da figura 2.1, busca aproximar esta
resposta do ouvido
humano, atenuando os sons de baixa freqncia e aceitando sons de
mdia e alta freqncia com
pouca ou at sem atenuao [Gerges, 2000].
-
6
Figura 2.1 Curva de ponderao A que reflete a resposta do ouvido
humano
Nos filtros de bandas de freqncias por convenincia, o espectro
audvel dividido
em bandas de freqncias, cada uma sendo uma faixa contnua de
freqncias identificada por
uma freqncia central. Por exemplo, nas oitavas, a freqncia mais
alta de cada banda o dobro
da mais baixa. A largura de banda de um filtro de oitava de
aproximadamente 70% da
freqncia central. A fim de se ter uma melhor definio de tons no
espectro, cada oitava pode
ser dividida em faixas de freqncias menores. As padronizaes so
1/3, 1/12 e 1/24, sendo que,
em cada uma, as oitavas so divididas em 3, 12 e 24 vezes,
respectivamente, aumentando a
definio e diminuindo a largura da faixa em anlise. As bandas de
freqncia so obtidas
utilizando-se filtros eletrnicos do tipo passa-banda, os quais
admitem freqncias dentro de sua
faixa de aplicao e rejeitam as demais [Gerges, 2000]. A tabela
2.1 a seguir mostra os nveis de correo utilizados por bandas de
freqncia de oitava e 1/3 de oitava.
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Tabela 2.1 Nveis de correo da curva de ponderao A
Freqncia central da banda
de oitava
Freqncia central da banda de 1/3 de
oitava Correo de dB linear
para dB (A) 100 - 19,1 125 - 16,1 125 Hz 160 - 13,4 200 - 10,9
250 - 8,6 250 Hz 315 - 6,6 400 - 4,8 500 - 3,2 500 Hz 630 - 1,9 800
- 0,8 1000 0 1000 Hz 1250 + 0,6 1600 + 1 2000 + 1,2 2000 Hz 2500 +
1,3 3150 + 1,2 4000 + 1 4000 Hz 5000 + 0,5 6300 - 0,1 8000 - 1,1
8000 Hz 10000 - 2,5
2.2 Silenciadores resistivos
Os silenciadores resistivos consistem em duto circular ou
retangular revestido
internamente com materiais de absoro acstica, alm de, em alguns
casos, haver a presena de
clulas divisoras paralelas do mesmo material. A presena das
clulas divisrias tem por objetivo colocar a maior parte da energia
sonora em contato com os materiais absorventes [Gerges, 2000]. De
acordo com Gerges, 2000 a eficincia de um silenciador resistivo
depende dos
seguintes fatores:
- Caractersticas acsticas dos materiais do revestimento usado e
sua fixao e proteo.
- Espessura e comprimento dos materiais absorventes
utilizados.
- Formas e dimenses dos espaos de passagem de ar.
Nas freqncias onde a largura do duto (ou raio) menor do que um
quarto do comprimento da onda acstica (somente existem ondas
planas), a reduo da presso acstica quadrada dada por:
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(p)2 = kex (1)
onde:
k uma constante;
o coeficiente de absoro sonora dos materiais de
revestimento;
x o comprimento dos materiais.
Ento, a atenuao AT em dB por metro [dB/m] dada por:
AT = 10 log e = 4,34 (2)
Nesta equao foram consideradas apenas ondas acsticas planas, sem
reflexo. Na
prtica, entretanto, existem ondas incidentes, ondas refletidas e
ondas transversais no duto.
Portanto, deve-se usar a seguinte equao de Sabin:
AT = 1,05 x 1,4 x (De / S) [dB/m] (3)
Sendo AT a atenuao obtida em decibel por metro de comprimento de
duto ou
atenuador, o coeficiente de absoro acstica do material para cada
freqncia, De o permetro
de material absorvente e S a rea de seo interna. A equao (3)
mostra que a atenuao linearmente proporcional ao comprimento dos
materiais usados. A equao (2) mostra que a atenuao em dB
linearmente proporcional ao comprimento dos materiais usados e
ao
coeficiente de absoro.
Hipteses da equao (3): - a relao entre altura e largura deve
estar entre 1 e 2;
- a menor largura deve estar entre 15 e 50 cm;
- o coeficiente de absoro () deve ser menor ou igual a 0,8; -
preciso esperada de 10%;
- se o duto for revestido nos 4 lados, a atenuao obtida atravs
da soma aritmtica das
atenuaes de cada par de paredes.
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9
3. HISTRICO
Willys Carrier desenvolveu em 1902 o primeiro processo mecnico
que permite
retirar calor do ar. Em 1914, Carrier produziu a primeira
unidade condicionadora de ar para
atender os problemas especficos de uma empresa grfica, chamada
Sackett-Wilhelms
Lithography and Publishing Co., situada em Nova York, nos
Estados Unidos. Esta empresa
estava tendo problemas com trabalhos de impresso durante os
meses quentes de vero. O papel,
absorvendo umidade do ar, estava se dilatando, o que gerava
imagens borradas ou escuras.
Carrier desenvolveu uma mquina que fazia circular o ar por dutos
artificialmente resfriados.
Este processo, que controlava a temperatura e umidade, foi o
primeiro exemplo de
condicionamento de ar contnuo por processo mecnico [Springer
Carrier, 1990]. Em 1914 foi realizada a primeira aplicao
residencial de sistema de ar condicionado
em uma manso localizada na cidade de Minneapolis, EUA. No mesmo
ano, tambm foi
concluda a primeira instalao hospitalar de um sistema de ar
condicionado. O sistema,
instalado em um berrio de partos prematuros no Pittsburghs
Allegheny General Hospital
(figura 3.1), introduzia umidade extra no ambiente do berrio,
ajudando a reduzir a mortalidade infantil causada por desidratao
[Springer Carrier, 1990].
Figura 3.1 - Berrio do Pittsburghs Allegheny General
Hospital
-
10
Na dcada de 20, foi desenvolvido o Dilene, fluido refrigerante
que substituiu a
amnia nos sistemas condicionadores de ar. O ar condicionado
tornou-se mais acessvel ao
pblico, sendo instalados sistemas condicionadores de ar em
cinemas, teatros, lojas de departamentos e prdios pblicos dos
Estados Unidos, inclusive o Senado Americano em 1928 e
os escritrios executivos da Casa Branca em 1930 [Springer
Carrier, 1990]. Os vages da ferrovia B&O foram os primeiros
veculos de passageiros a possurem
condicionadores de ar, em 1930. Tambm nos anos 30, Carrier
desenvolveu um sistema que
viabilizou o ar condicionado em arranha-cus. A distribuio de ar
em alta velocidade, atravs de
dutos Weathermaster, criada em 1939, economizava mais espao que
os sistemas utilizados na
poca [Springer Carrier, 1990]. No final da dcada de 30, foi
desenvolvido um fluido refrigerante no inflamvel o
freon, que tornou as unidades condicionadoras de ar mais
seguras, baratas e possibilitou o
desenvolvimento de mquinas com menores capacidades. Com isso
surgiram as primeiras
unidades condicionadoras de ar residenciais [Springer Carrier,
1990]. Durante a dcada de 40, pequenos estabelecimentos comerciais
passaram a utilizar
condicionadores de ar, tendo esses ainda custo muito alto para a
aplicao residencial. Somente
nos anos 50, iniciou-se a produo em massa de unidades
relativamente eficientes para
aplicaes residenciais, tornando-as acessveis aos consumidores de
classe mdia dos Estados
Unidos. Estas unidades foram os primeiros aparelhos
condicionadores de ar individuais
fabricados. Na figura 3.2, uma foto publicitria de um dos
primeiros modelos produzidos em
srie [Springer Carrier, 1990].
Figura 3.2 Foto publicitria de um dos primeiros modelos
produzidos em srie
-
11
4. LEGISLAO
A avaliao dos impactos ambientais gerados pela fonte de rudo em
questo depende
da legislao aplicada. Pode-se citar a legislao aplicada em Porto
Alegre como uma das mais
rgidas em mbito nacional, de acordo com as pesquisas realizadas
no decorrer deste trabalho. A
Secretaria do Meio Ambiente (SMAM) de Porto Alegre fixa como
tolerncia mxima, o aumento de cinco (5) decibis em relao ao rudo de
fundo. O rudo de fundo medido na residncia ou estabelecimento do
reclamante no horrio mais crtico - geralmente durante a madrugada
quando
os rudos do trnsito e demais rudos urbanos so menores - com a
fonte de rudo em questo
desligada. Aps a medio, a fonte ligada e realiza-se novamente a
medio. A diferena entre
os valores medidos nos dois momentos deve ser inferior a cinco
decibis, para que a utilizao da
fonte geradora seja permitida. Assim sendo, o rudo mximo
permitido, gerado por equipamentos ou casas noturnas, depende da
regio em que esto situados.
Em mbito nacional, os nveis de conforto acstico seguem as
recomendaes da
NBR 10152, mostrados na tabela 4.1 a seguir. Para cada ambiente
so determinados nveis de
rudo que classificam o ambiente como confortvel ou no. Essas
faixas de valores dependem da
localizao do ambiente, de como ocupado ou utilizado, se existem
mquinas ou equipamentos,
etc.
-
12
Tabela 4.1 Valores recomendados pela NBR 10.152
Locais dB(A) Hospitais Departamentos, enfermarias, centros
cirrgicos 35 - 45 Laboratrios, reas para uso do pblico 40 - 50
Servios 45 - 55 Escolas Bibliotecas, salas de msica, salas de
descanso 35 - 45 Salas de aula, laboratrios 40 - 50 Circulao 45 -
55 Hotis Apartamentos 35 - 45 Restaurante, salas de estar 40 - 50
Portaria, recepo, circulao 45 -55 Residncias Dormitrios 35 - 45
Salas de estar 40 - 50 Auditrios Salas de concertos, teatros 30 -
40 Salas de conferncias, cinemas e de uso mltiplo 35 - 45
Restaurantes 40 - 50 Escritrios Salas de reunio 30 - 40 Salas de
gerncia, projetos e administrao 35 - 45 Salas de computadores 45 -
65 Salas de mecanografia 50 - 60 Igrejas e templos (cultos
meditativos) 40 - 50 Locais esportivos
Pavilhes fechados para espetculos e atividades esportivas 45 -
60
-
13
5. PROPAGAO DO SOM
Existem vrios modelos tericos para calcular a reduo do nvel de
presso sonora
em funo do afastamento da fonte de rudo. Entretanto, a aplicao
destes modelos depende de
uma prvia classificao da fonte, como pontual ou linear, por
exemplo, e do meio onde a fonte
est instalada, no sendo possvel apresentar uma soluo
genrica.
Na figura 5.1 tem-se o modelo proposto por Beranek, 1991, onde a
atenuao de
rudo em funo da distncia, em ambientes abertos, representada
pela curva R = . O valor de
R deve ser calculado no caso de instalaes em ambientes fechados
(sem aplicao neste trabalho), sendo R uma funo da rea das paredes,
volume do ambiente, coeficiente de absoro das superfcies e fator de
diretividade da fonte.
Figura 5.1 Modelo de Beranek para reduo do nvel de rudo em funo
da distncia
Com o objetivo de ilustrar a reduo do nvel de presso sonora em
funo da distncia em uma aplicao real, instalou-se um prottipo em um
local que pode representar
vrias situaes reais encontradas em campo, estando o prottipo
sobre um piso de concreto, a 3
-
14
metros de distncia de uma parede de tijolos vista e de uma porta
metlica e a 3 metros de um depsito.
O prottipo representa o condensador e o sistema de ventilao de
um chiller, visto
que representa a maior parte do rudo gerado por este tipo de
mquina com compressores scroll.
Neste prottipo (figura 5.2) tem-se alm do trocador de calor de
aproximadamente 3 metros de largura, um moto-ventilador original e
outro ventilador com atenuao de rudo.
Figura 5.2 Prottipo utilizado na medio do nvel de rudo em funo
da distncia
Foram realizadas medies de rudo afastando-se do prottipo em
direo ao local de
onde esta foto foi registrada. Foram medidos os nveis de presso
sonora, de 1 a 20 metros de
afastamento, a cada metro.
Cada ventilador do prottipo foi analisado separadamente. Na
figura 5.3 o ventilador
situado ao lado direito da foto foi denominado original. Ao
ventilador do lado esquerdo
denominou-se atenuador, por utilizar um ventilador com atenuao
de rudo.
Os nveis de rudo das duas fontes so diferentes; no grfico
compara-se apenas a
reduo do nvel de rudo com a distncia. Os valores de atenuao
obtidos so diferentes em
funo dos diferentes formatos das fontes de rudo; o motor e
ventilador do lado direito esto
-
15
expostos, mais prximos do modelo terico que trata a propagao do
som como forma de ondas
esfricas a partir de uma fonte pontual.
-25
-20
-15
-10
-5
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Distncia [m]
Aten
ua
o [d
B]
Terico Original Atenuador
Figura 5.3 Atenuao de rudo em funo da distncia. Modelo terico
versus prottipo
Na figura 5.3, verifica-se considervel variao entre o modelo
terico e as medies
realizadas. Esta variao justificada pela presena de paredes nas
proximidades do prottipo que servem como superfcies reflexivas s
ondas geradas pelas fontes (motor e ventilador). Assim, a reduo do
nvel de presso sonora em funo da distncia seria menor, estimada
em
at trs decibis, se houvesse mais uma parede atrs do prottipo que
aumentaria a reflexo em
direo do ponto de medio. Por outro lado, a fixao de materiais
absorventes nas superfcies
reflexivas tende a incrementar a atenuao em at trs decibis
(valor de referncia) em cada superfcie tratada: piso e paredes
laterais, o que aproximaria o resultado terico do obtido nos
experimentos.
As medies de rudo neste trabalho foram realizadas utilizando um
sonmetro,
modelo Quest Technologies 2800, classe 2. Quando necessrio
aplicou-se o filtro de oitavas OB-100, nas freqncias de 31,5, 63,
125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 e 16000 Hz. Foi
observada a distncia de 1 metro do equipamento em anlise e 1
metro do cho, alm do
afastamento de paredes e cantos para evitar reflexes.
-
16
6. TORRES DE RESFRIAMENTO
Em instalaes onde o baixo rudo gerado fundamental, geralmente so
aplicados
chillers com condensao gua, tornando possvel o total
enclausuramento do mesmo em casa
de mquinas. O calor retirado do condensador atravs de um segundo
circuito hidrulico e,
aps, rejeitado ao ambiente externo atravs de torres de
resfriamento. Nas torres, a gua distribuda a partir da parte
superior e recolhida na parte inferior, sendo que utilizado um
grande fluxo de ar em sentido contrrio para aumentar a troca de
calor entre a gua quente vinda
do chiller e o ambiente externo.
Na figura 6.1 apresentam-se algumas torres de resfriamento. Cada
torre atende at 30
toneladas de capacidade de refrigerao (105 kW). Assim, para
capacidades maiores necessrio agrupar vrias torres.
(a) (b) Figura 6.1 Trs torres de resfriamento (a) e nove torres
de resfriamento (b)
Na tabela 6.1 apresentam-se os valores de presso sonora para
cada torre de
resfriamento de acordo com a distncia entre a torre e o
receptor. O padro Standard opera com
ventilador axial em alta rotao (20 Hz ou 1200 RPM) e motor de 6
plos. A rotao reduzida (12 15 Hz) atravs de motores de 8 ou 10 plos
nas unidades classificadas como Silenciosas. Evidentemente, a reduo
de vazo reduz a capacidade de resfriamento. As unidades
classificadas como Super Silenciosas utilizam ventiladores do
tipo centrfugo. Os nveis de
presso sonora e demais informaes sobre os modelos foram
fornecidos por empresas do ramo.
-
17
Tabela 6.1 Variao do nvel de rudo gerado pelas torres de
resfriamento em funo da
distncia
0 a 3 m 3,1 a 6 m 6,1 a 9 m 9,1 a 12 m Standard 85 dB 79 dB 74
dB 70 dB
Silenciosa 78 dB 71 dB 66 dB 61 dB Super Silenciosa 67 dB 59 dB
55 dB 52 dB
-
18
7. PROJETOS DE ATENUADORES DE RUDO
O projeto de instalao de grandes equipamentos de refrigerao deve
levar em conta o equipamento mais adequado aplicao, analisando se a
melhor opo a utilizao de chiller
com condensao gua, enclausurado em casa de mquinas ou chiller
com condensao a ar,
instalado com o devido distanciamento a fim de evitar problemas
gerados pelos equipamentos.
Em casos crticos, mesmo com um projeto de instalao bem
estruturado, tem-se alm da pequena distncia entre as fontes sonoras
e a comunidade, um baixo nvel de rudo de fundo.
Para estas aplicaes torna-se necessrio a utilizao de atenuadores
de rudo.
7.1 Limitaes utilizao de atenuadores de rudo
A principal limitao imposta utilizao de atenuadores de rudo a
manuteno da
vazo de ar, indispensvel para manter os parmetros de operao do
ciclo de refrigerao dentro
da normalidade. Perdas de vazo no condensador resultam em
diminuio na capacidade de
refrigerao e eficincia do sistema, aumentando consideravelmente
o consumo de energia
eltrica e presses de operao, que em casos extremos levam ao
colapso dos compressores. Na
figura 7.1 mostra-se um grande duto de 3,8 metros de extenso,
construdo na Colmbia, para
tratamento acstico dos ventiladores, que elevou de tal forma as
presses de operao a ponto de
quebrar os compressores aps dois anos de funcionamento
[Lagemann, 2003].
(a) (b) Figura 7.1 Duto de 3,8 metros na descarga dos
ventiladores [Carrier Colmbia]
-
19
Alm da anlise financeira, essencial para a viabilidade de
qualquer projeto, necessrio projetar um sistema compacto que possa
ser instalado no espao fsico disponvel nas instalaes de campo, sem
gerar necessidade de reformulao da estrutura das mquinas e
troca
de componentes [Lagemann, 2003]. Grande parte dos chillers so
utilizados ininterruptamente em aplicaes comerciais
de grande porte (conforto trmico em shopping centers,
supermercados, aeroportos e hotis) e em processos industriais
(controle de temperatura e umidade, resfriamento de moldes,
indstria alimentcia, etc). Nestas aplicaes, os chillers devem estar
sempre em perfeitas condies de operao, uma vez que o mau
funcionamento ou interrupo do funcionamento causam grandes
prejuzos. Neste caso, as manutenes preventivas e preditivas so
essenciais. Como atividades das manutenes preventivas, pode-se
citar a limpeza peridica dos trocadores de calor - os
evaporadores utilizados so do tipo casco e tubo ou placas; os
condensadores do tipo casco e
tubo ou aletados - troca dos filtros secadores e acompanhamento
dos parmetros de
funcionamento do sistema. Parmetros de vibrao dos compressores e
resistncia eltrica das
bobinas dos motores dos compressores e motores dos ventiladores
so avaliados nas
manutenes preditivas. Diante do exposto, verifica-se a
necessidade do fcil acesso aos
equipamentos e seus sistemas, pr-requisito que dificulta muito o
projeto e aplicao de atenuadores de rudo.
7.2 Avaliao das fontes de rudo
A importncia de cada componente ventilador ou compressor foi
verificada na
partida de um chiller com condensao a ar e capacidade nominal de
80 toneladas de refrigerao
(281 kW), modelo este com grande demanda no mercado. Este
equipamento composto por 6 compressores do tipo scroll e 4
ventiladores [Lagemann, 2003].
Em uma ambiente de teste de sistemas de refrigerao de chillers,
sem tratamento
acstico e com baixo rudo de fundo (inferior a 50 decibis), aps a
partida do primeiro componente (primeiro compressor) mediu-se 73
dB(A). A partir do momento em que o primeiro ventilador foi
acionado obteve-se 79 dB(A). Aps isso, com dois compressores e um
ventilador ligados, mediu-se 79,8 dB(A). Em seguida, com o
funcionamento de dois compressores e dois ventiladores, o nvel de
presso sonora elevou-se a 82,8 dB(A). A partir dos dados expostos,
verifica-se a importncia majoritria do rudo gerado pelos
ventiladores na composio do rudo gerado pelos chillers com
compressores scroll [Lagemann, 2003].
-
20
Na figura 7.2, tem-se a representao de um chiller com condensao
a ar. O ar
succionado pelas laterais, na direo dos aletados, passa pelos
ventiladores, sendo descarregado
em sentido vertical ascendente [Lagemann, 2003].
Figura 7.2 Representao de um chiller com condensao a ar
O conceito proposto por Lagemann, 2003 (figura 7.3) foi a
instalao de dutos na descarga dos ventiladores e clulas de atenuao
paralelas compostas por l de rocha e
estruturadas por chapas de ao, na tomada de ar. Nos testes,
atravs da variao do espaamento
entre as clulas, verificou-se a melhor relao entre atenuao de
rudo e perda de vazo de ar.
(a) (b) Figura 7.3 Conceito proposto por Lagemann, 2003 (a) e
vista superior (b)
Este conceito foi testado atravs da construo de um prottipo
(figura 7.4), composto por dois trocadores de calor e um
ventilador, utilizado no condensador de um chiller.
-
21
Apenas para ilustrar as dimenses do prottipo, colocou-se um
gabinete de um aparelho de ar
condicionado de janela de 7500 Btu/h (2,2 kW) sobre a estrutura
do prottipo [Lagemann, 2003].
(a) (b) Figura 7.4 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003 (a) e
vista superior do prottipo (b)
Na figura 7.5 (a) a seguir, tm-se clulas de atenuao montadas
perpendiculares ao condensador, porm afastadas do mesmo, evitando a
perda de rea de troca de calor. As clulas
de atenuao so compostas por duas camadas de 50 mm de l de rocha
envoltas em uma tela
polimrica fina, sendo estruturadas por chapas com perfil U.
Neste experimento foram
realizadas medies de rudo e vazo de ar variando a quantidade de
clulas de atenuao na
tomada de ar do condensador. Obteve-se a vazo de ar do
ventilador atravs da soma das vazes
dos dois aletados, que possuem as mesmas dimenses: 1300mm de
altura e 1130 mm de largura.
Assim, os aletados foram divididos em 42 regies, ou seja, 7
posies de altura e 6 de largura, distanciadas entre si em 185 mm.
importante ressaltar que a entrada de ar ocorre somente atravs dos
aletados. As medies de vazo foram realizadas atravs de um anemmetro
digital
de hlice encostado nos aletados apoiado atravs de uma barra de
1,5 m, para que no haja interferncia na vazo. O anemmetro utilizado
foi calibrado em laboratrio certificado, com
erro de 2%, dentro da faixa de operao de 0,4 a 30 m/s.
Adiciona-se ao erro proveniente do
instrumento de medio os erros de paralaxe e provenientes de
eventuais amassamentos nos
aletados [Lagemann, 2003]. O duto utilizado na descarga do
ventilador, figura 7.5 (b), composto por chapa com cerca de 70% da
face perfurada, calandrada em formato circular envolta por uma
camada de 50
mm de l de rocha fixa por tela polimrica fina [Lagemann,
2003].
-
22
(a) (b) Figura 7.5 Clulas de atenuao (a) e duto para atenuao da
descarga (b)
A anlise dos testes realizados mostrou que a melhor configurao
testada apresentou
atenuao de 9,5 dB e perda de vazo de 3%. A influncia da reduo de
vazo de ar no
condensador foi examinada atravs de uma simulao utilizando o
programa IPM (Integrated Product Modeling) criado e utilizado
unicamente pelas engenharias da Carrier no desenvolvimento dos
sistemas de refrigerao. Este programa leva em conta os
parmetros
dimensionais dos componentes mecnicos (evaporador, condensador,
dispositivo de expanso, compressor e acessrios), presses e
temperaturas em vrios pontos do sistema de refrigerao, temperaturas
dos ambientes onde o equipamento est operando, curvas de operao
do
compressor e ventiladores e interao entre os componentes. Na
figura 7.6 a seguir mostra-se a
interface grfica do programa IPM. Na simulao, a perda de vazo
foi extrapolada para 5%
considerando um chiller de mdia capacidade (150 TR 528 kW). Como
resultado, obteve-se perda de 0,4% na capacidade de refrigerao,
aumento de consumo eltrico de 1,5% e
diminuio de 0,5C na temperatura mxima externa de operao do
equipamento, sendo
originalmente de 46C. A relao entre a capacidade e o consumo na
mesma unidade de medida
(watt) denominada COP e foi reduzida em 1,87 % neste caso
[Lagemann, 2003].
-
23
Figura 7.6 Tela do IPM
No equacionamento utilizado para o dimensionamento dos
atenuadores, verifica-se
que a atenuao depende da profundidade das clulas de atenuao e
dutos. Sendo a atenuao
calculada em dB/m, estima-se obter resultados de atenuao
lineares com o aumento da
profundidade dos atenuadores.
Atravs dos testes com o prottipo, ficou evidenciada a
necessidade de tratar
simultaneamente a tomada de ar e a descarga dos ventiladores. Em
duas instalaes visitadas em
Fortaleza/CE este aspecto no foi observado. Em ambos os casos, o
rudo medido nas
proximidades das mquinas similar ao encontrado em mquinas
originais. Alm da atenuao
de rudo insatisfatria, verificou-se a grande perda de carga
imposta aos sistemas de ventilao e
os altos valores despendidos.
Na figura 7.7, tem-se a imagem da primeira instalao visitada,
montada em um
grande hotel de luxo, onde foi construdo um enclausuramento com
pequenas tomadas de ar em
formato de labirinto. Este sistema, alm de oneroso gera grandes
prejuzos ao sistema de refrigerao e ao estabelecimento comercial,
por elevar consideravelmente o consumo energtico
e reduzir a capacidade de refrigerao, podendo afetar o conforto
dos hspedes. Apesar da grande
construo, o enclausuramento no trouxe resultados considerveis
por no tratar acusticamente
a descarga dos ventiladores. Foram construdos dutos sem
materiais absorventes na descarga dos
ventiladores, apenas para conduzir o fluxo de ar para fora do
enclausuramento. Este
enclausuramento foi construdo em funo de um processo judicial
que determinava o fechamento do hotel, aps o perodo estipulado, at
que o rudo medido no estabelecimento
-
24
reclamante estivesse de acordo com o especificado pela NBR
10152. Com o fechamento, o hotel
deixaria de faturar R$ 50.000,00 por dia.
Figura 7.7 Enclausuramento de Chiller a ar
Na segunda instalao visitada (figura 7.8), foi realizado somente
o tratamento acstico da descarga dos ventiladores, atravs de dutos
forrados com material absorvente. Pelo
comprimento dos dutos possvel estimar que a perda de carga
imposta superior a presso
disponvel. Novamente tem-se uma aplicao onerosa, com prejuzos
para o sistema de refrigerao e atenuao de rudo insuficiente.
Figura 7.8 Tratamento acstico na descarga dos ventiladores
-
25
Nos dois casos, pela proximidade da vizinhana seria indicada a
utilizao de chillers
com condensao gua.
7.3 Aspectos conceituais
Conforme apresentado, o conceito testado por Lagemann, 2003
utiliza um duto na
descarga do ventilador (figura 7.9) e clulas de atenuao (figura
7.10), na tomada de ar, denominados silenciadores resistivos.
(a) (b) Figura 7.9 Duto em perspectiva (a) e composio do duto
(b)
(a) (b) Figura 7.10 Estrutura de uma clula de atenuao (a) e
conjunto de clulas (b)
Na figura 7.10 (a) tem-se a estrutura a ser preenchida por l de
rocha, neste trabalho denominada de clula de atenuao. Na figura
7.10 (b) h um conjunto de clulas de atenuao montadas de forma
paralela, utilizadas na tomada de ar dos sistemas de ar
condicionado.
-
26
Um dos principiais fatores para o sucesso de um projeto de
atenuao acstica a utilizao de um material com elevadas propriedades
acstico-absorventes, durabilidade,
facilidade de manuseio, robustez e custo adequado.
Dentre os materiais acstico-absorventes atualmente oferecidos
pelo mercado,
destaca-se a l de rocha. Na tabela 7.1 esto listados os
coeficientes de absoro acstica () tpicos para mantas de l de rocha
com 50 mm de espessura.
Tabela 7.1 Coeficientes de absoro acstica para mantas de l de
rocha com 50 mm de
espessura
Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Coeficiente de
Absoro
Acstica () 0,35 0,70 0,90 0,90 0,95 0,90
Com o objetivo de verificar a preciso da equao de Sabin, nas
aplicaes testadas por Lagemann, 2003, apresenta-se na tabela 7.2 um
comparativo entre a atenuao calculada
versus a obtida. O duto utilizado apresenta dimetro de 870 mm e
comprimento de 1,2 m. A
seguir a equao de Sabin em funo do coeficiente de absoro acstica
() para o duto utilizado.
AT = 5,8 x 1,4 [dB] (4)
Tabela 7.2 Comparativo entre a atenuao calculada versus
obtida
Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 0,35 0,70 0,90 0,90
0,95 0,90
Atenuao calculada (dB) 1,3 3,5 5,0 5,0 5,4 5,0
Atenuao medida (dB) 1,4 5,1 10,3 9,0 9,9 6,7
Diferena 5% 45% 106% 80% 84% 34%
-
27
A atenuao global obtida com o duto de 1,2 metros foi de 8,3
decibis, ou seja, aproximadamente 7 dB/m. O valor mdio de atenuao
calculada foi de 4,2 decibis para o
comprimento total do duto , ou seja, encontra-se um fator de
correo emprico de duas vezes. Foram testados vrios distanciamentos
entre as clulas de atenuao, buscando
a melhor relao entre atenuao de rudo e reduo na vazo de ar. O
melhor espaamento
encontrado foi de 120mm. Simplificando a equao de Sabin em funo
do coeficiente , tem-se
a equao a seguir, sendo a altura utilizada na pesquisa anterior
de 1300 mm e profundidade de
material absorvente de 260mm. Na tabela 7.3 apresenta-se o
comparativo entre atenuao
calculada e medida por freqncia.
AT = 5 x 1,4 [dB] (5)
Tabela 7.3 Comparativo entre atenuao calculada e medida por
freqncia
Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 0,35 0,70 0,90 0,90
0,95 0,90
Atenuao calculada (dB) 1,1 3,0 4,3 4,3 4,7 4,3
Atenuao medida (dB) 2,5 4,1 7,1 9,8 9,2 10,3
Diferena 117% 35% 65% 127% 98% 139%
Em termos de atenuao global, obteve-se 9,5 dB, passando para
36,5 dB/m a
atenuao em funo da profundidade das clulas. O valor mdio de
atenuao calculada foi de
3,6 dB, obtm-se assim um fator de correo emprico de 2,5 vezes. A
grande variao entre o
modelo matemtico e os valores medidos pode ser explicada pelo no
atendimento s hipteses
do modelo de Sabin. O desenvolvimento de atenuadores de rudo
baseados nos formatos
estudados dutos e clulas de atenuao foi embasado nos resultados
prticos.
-
28
8. ESTUDOS DE CASOS
Os conceitos propostos e verificados por Lagemann, 2003 foram
testados em duas
instalaes. Na primeira, para atenuar o rudo gerado por dois
chillers e, na segunda, duas
condensadoras split.
8.1 Aplicao de atenuadores de rudo em chillers de 120 TR (422
kW)
Neste caso, dois chillers de 120 toneladas de refrigerao (422
kW) foram instalados no topo de um prdio pertencente a uma empresa
de telefonia celular em Porto Alegre.
Provavelmente o projeto desta instalao no levou em conta o rudo
gerado pelas unidades, visto que foram instaladas em regio
residencial nobre, muito silenciosa. Um processo judicial
determinava o enquadramento do nvel de rudo legislao em 3 meses,
sob pena de
desligamento das mquinas essenciais para o funcionamento do
prdio de oito andares, onde
esto instalados os controles do sistema de telefonia mvel e
sistemas de transmisso da antena,
que atende ininterruptamente grande parte da cidade de Porto
Alegre.
O dimensionamento da atenuao necessria levou em conta a legislao
da SMAM,
que determina que o rudo mximo gerado pela atividade pode
acrescentar at cinco decibis ao
rudo de fundo na vizinhana. As medies foram realizadas com os
chillers desligados durante a
madrugada aps as 2 horas, momento em que se tem o menor rudo de
fundo. Os valores
medidos ficaram na faixa de 40 dB(A). Em um segundo momento,
mediu-se o rudo em vrios pontos com um dos chillers em
funcionamento e obteve-se o valor mximo de 50 dB(A). Calcula-se que
no momento em que os dois chillers estivessem em funcionamento, o
rudo
medido seria de 53 dB(A). De acordo com o especificado pela
legislao, mostrou-se necessrio atenuar 8
decibis, porm, em funo da presena de uma torre prxima das
mquinas, refletindo o rudo
diretamente para a casa de um dos vizinhos, buscou-se atenuao
superior, na faixa de 10 a 15
dB. Na figura 8.1 tem-se a instalao original dos chillers. Na
figura 8.2, a vista superior de uma
das unidades.
-
29
(a) (b) Figura 8.1 Instalao original dos chillers (a) e torre
com 80 metros de altura prxima as mquinas refletindo o rudo dos
chillers para as residncias vizinhas (b)
Figura 8.2 Vista superior de uma das unidades
De acordo com os resultados experimentais de Lagemann, 2003
atravs da colocao
de clulas de atenuao, obteve-se atenuao de 36,5 decibis por
metro (profundidade) das clulas. Entretanto nesta aplicao, em funo
da necessidade de clulas de maior altura, o que
de acordo com a relao entre permetro e seo calculada pela equao
de Sabin reduz
levemente a atenuao obtida, utilizou-se clulas de 480 mm de
profundidade, resultando 17,5
decibis de atenuao prevista; ficando acima dos 15 decibis
desejados.
-
30
No duto utilizado na descarga dos ventiladores, obteve-se como
resultado atenuao
de 7 decibis por metro de duto, assim utilizou-se 2 metros de
dutos.
O item 2, da figura 8.3, serve de estrutura para a fixao da l de
rocha. Utilizou-se o
espaamento entre as clulas conforme a melhor relao entre atenuao
e perda de vazo
encontrada nos testes.
Figura 8.3 Montagem das clulas de atenuao
Na figura 8.3 busca-se mostrar o afastamento de 200 mm entre as
clulas de
atenuao e os aletados, evitando a perda de rea de troca de
calor. O perfil vertical utilizado no
apresenta cantos vivos com o objetivo de reduzir a perda de
carga. Na figura 8.4 (a), tm-se as clulas de atenuao e dutos na
descarga dos ventiladores. Obteve-se atenuao superior a 13 dB a 1
metro da mquina. Na figura 8.4 (b), v-se o acesso desobstrudo ao
painel de controle, entretanto, em caso de manuteno do
equipamento ou limpeza dos condensadores necessrio retirar as
clulas de atenuao, o que
acarreta considervel mo-de-obra.
-
31
(a) (b) Figura 8.4 Vista lateral dos chillers com atenuao (a) e
painel de controle (b)
Pela proximidade de um muro da lateral das mquinas, optou-se
pelo fechamento de
uma das laterais das mquinas para evitar reflexes, como pode ser
visto na figura 8.5.
Figura 8.5 Lateral do equipamento com fechamentos
Para evitar que o rudo seja dissipado pela parte inferior dos
equipamentos, foi necessrio criar fechamentos inferiores, conforme
a figura 8.6 do projeto em CAD.
-
32
Figura 8.6 Projeto em CAD dos fechamentos inferiores
Na descarga dos ventiladores foram instalados dutos retangulares
mostrados na
figura 8.7. Em funo da alta vazo e presso dos ventiladores, alm
da fixao da l de rocha
com tela polimrica fina, utilizou-se chapas com rea perfurada
superior a 70% para garantir a
fixao. Em caso de necessidade de substituio de motores ou
ventiladores, possvel
desmontar a estrutura dos dutos, montadas em mdulos. Um dos
pr-requisitos mais importantes
deste projeto foi a construo de componentes que pudessem ser
transportados pelo elevador at a cobertura do prdio.
Figura 8.7 Dutos retangulares na descarga dos ventiladores
-
33
Verificou-se a eficcia da instalao dos atenuadores e atendimento
legislao
atravs de novas medies, durante a madrugada, nas proximidades
das residncias vizinhas,
onde mediu-se 41,5 dB(A). Assim, mesmo com o funcionamento
simultneo do segundo chiller (sobressalente), atende-se legislao
que especifica 45dB(A) como rudo mximo para esta aplicao. Na tabela
8.1, medies de rudo na residncia do reclamante.
Tabela 8.1 Medies de rudo na residncia do reclamante
Situao Rudo em dB(A) Rudo de Fundo 40 Rudo com uma mquina em
funcionamento 50 Rudo com uma mquina em funcionamento aps a
instalao de atenuadores de rudo
41,5
No houve variaes nos parmetros de funcionamento (temperaturas,
presses e consumo) dos equipamentos. Pressupe-se perda de vazo nos
condensadores inferior a 5%, uma vez que o conceito e os
ventiladores utilizados so similares aos utilizados nos testes
realizados
por Lagemann, 2003 onde a perda em performance do equipamento
foi nfima.
Aps trs anos, voltou-se instalao, para verificar o estado de
conservao dos
atenuadores. De acordo com o cliente, mesmo estando em
conformidade com a legislao, a
instalao foi refeita por solicitao da vizinhana, tornando o rudo
gerado pelos chillers
imperceptvel.
Foram mantidos os dutos na descarga das mquinas e construdas
clulas de
atenuao com maior profundidade, passando de 0,480 m para 1 metro
de profundidade. Estas
clulas foram fixadas em uma grande edificao ao redor das
mquinas, conforme figuras 8.8 e
8.9. O material absorvente utilizado tambm foi l de rocha de
alta densidade.
-
34
Figura 8.8 Vista interna da nova instalao
Figura 8.9 Vista externa da edificao com grandes clulas de
atenuao
Esta configurao propicia fcil acesso aos componentes dos
chillers e agrega perda
de carga compatvel, entretanto os custos de instalao foram
superiores a R$ 100.000,00 conforme informado pelo responsvel pela
manuteno da empresa visitada.
8.2 Aplicao de atenuadores de rudo em condensadoras split
A segunda aplicao do conceito foi realizada em duas
condensadoras split de 36.000
Btu/h (10,55 kW), instaladas em um prdio residencial, onde uma
empresa de telefonia instalou uma pequena antena de transmisso,
tornando o funcionamento de uma das unidades contnua,
-
35
deixando a outra como reserva. A atenuao foi aplicada com o
objetivo de facilitar a obteno do Laudo de Operao, uma vez que um
dos vizinhos no concordou com a instalao das
condensadoras da empresa, mesmo com vrias outras unidades
particulares instaladas nas
proximidades.
Cada condensadora gera 67 dB(A) a 1 metro. No foi informado qual
o objetivo de atenuao esperado nem mesmo qual o endereo do
reclamante. Assim foram realizadas
medies noturnas, no apartamento mais prximo da instalao a 10
metros de distncia, para
verificar quantos decibis a mquina estava acrescentando ao rudo
de fundo. Atravs da anlise
dos resultados, verificou-se que 10 decibis de atenuao seriam
suficientes, porm sempre
interessante projetar atenuao superior evitando imprevistos. Na
figura 8.10 mostra-se a situao original.
Figura 8.10 Condensadoras split de 36.000 Btu/h (10,55 kW)
O conceito aplicado para os atenuadores foi o testado por
Lagemann, 2003 e testado
nos chillers do exemplo anterior, ou seja, clulas absorventes na
tomada de ar e um duto na descarga do ventilador.
Com o objetivo de facilitar a manufatura do duto e testar um
material alternativo l de rocha, utilizou-se poliuretano colado na
parte interna do duto, com 50 mm de espessura e
densidade 36 kg/m3. Esta aplicao facilita a montagem por no ser
necessrio ensacar e fixar a
l de rocha atravs de chapas perfuradas.
Na figura 8.11, tem-se o comparativo dos coeficientes de absoro
do poliuretano
com a l de rocha de 50 mm utilizada nos desenvolvimentos
anteriores. Verifica-se que a espuma
-
36
de PU possui propriedades absorventes sensivelmente inferiores
nas freqncias at 500 Hz,
sendo similares l de rocha com a metade da espessura usual. A
densidade dos trs materiais
comparados similar. A utilizao de l de vidro no foi levada em
considerao por apresentar
efeitos nocivos sade, no sendo recomendada pela Carrier.
Coeficiente de absoro x freqncias
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz
Manta de l mineral 25 mmManta de l mineral 50 mmEspuma de PU 50
mm = 36 (Sonex)
Figura 8.11 Comparativo dos coeficientes de absoro do
poliuretano versus l de rocha
A fim de compensar os coeficientes de absoro inferiores,
manteve-se o
comprimento de 1200 mm, sendo que o dimetro do duto utilizado
por Lagemann, 2003, foi
reduzido de 870 para 460 mm em funo do menor dimetro deste
ventilador. Esta reduo no
dimetro aumentou a atenuao calculada de AT = 5,8 x 1,4 [dB] para
AT = 10,4 x 1,4 [dB]. Na tabela 8.2 a seguir, a atenuao calculada
por freqncia, est abaixo dos 10
decibis planejados em funo das baixas propriedades do PU.
Tabela 8.2 Absoro calculada por freqncia
Freqncia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 0,13 0,34 0,72 0,94 0,9
0,97
Atenuao calculada (dB) 0,6 2,3 6,5 9,5 9 10
Buscando facilitar a montagem das clulas de atenuao, a fim de
evitar o corte de l
de rocha, utilizou-se a largura fornecida pelo fabricante de 600
mm para a confeco das clulas
de atenuao, deixando as mesmas com 400 mm de profundidade til.
Pelos resultados obtidos
por Lagemann, 2003, onde se obteve proporcionalmente 36,5
decibis por metro de
profundidade; com 400 mm espera-se 14,6 decibis de atenuao
atravs das clulas de
atenuao.
-
37
Alm dos atenuadores de clulas e duto, foi necessrio construir um
enclausuramento
acstico para a condensadora em formato de cubo, onde foram
utilizadas chapas de ao com dois
milmetros de espessura que fornecem reduo sonora superior a
atenuao por absoro. As
chapas foram forradas internamente por l de rocha com o intuito
de evitar a reverberao dentro
do enclausuramento, o que amplificaria o rudo gerado.
Com o intuito de facilitar a fabricao e montagem do conjunto, o
enclausuramento foi projetado em painis. Foram utilizados painis
cegos nas laterais e parte superior. O painel frontal possui
abertura circular para encaixe do duto e o painel traseiro abertura
retangular para
encaixe das clulas de atenuao.
Na figura 8.12, tem-se a vista explodida frontal e traseira do
enclausuramento, duto e
clulas.
(a) (b) Figura 8.12 Vista explodida frontal (a) e vista
explodida traseira (b)
Para retirar o enclausuramento formado por uma caixa nica basta
retirar o duto e
as clulas de atenuao. Na figura 8.13, o formato final do
conjunto.
(a) (b) Figura 8.13 Vista lateral do enclausuramento (a) e vista
traseira (b)
-
38
Com o conjunto montado, obteve-se atenuao de 10 dB. Os
resultados obtidos ficaram abaixo do esperado em funo da substituio
da l de rocha pelo material poliuretano de
50 mm de espessura.
Na figura 8.14, tem-se o espectro de rudo da situao original com
rudo global de
67,3 dB(A). Aps a colocao do enclausuramento sobre a mquina sem
o duto e as clulas de atenuao, o nvel de presso sonora foi reduzido
para 62 dB(A). A atenuao obtida pode ser considerada expressiva,
visto que, neste momento, o duto da descarga do ventilador e as
clulas
de atenuao no haviam sido instalados, deixando uma grande rea
aberta sem tratamento
acstico. Aps a colocao das clulas de atenuao, mediu-se 56,8
dB(A). Pela anlise dos resultados, verifica-se que a baixa atenuao
ocorrida, aps a colocao das clulas de atenuao
e duto, acontece em funo dos baixos coeficientes de absoro do PU
nas freqncias inferiores
a 500 Hz.
20
30
40
50
60
70
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
8000
1000
0
Hz
dB ORIGINAL SOMENTE ENCLAUSURAMENTO FINAL
Figura 8.14 Espectro da condio original, com o enclausuramento e
na condio final com os
atenuadores
Na figura 8.15, tem-se a atenuao obtida em cada freqncia. Com a
colocao do
enclausuramento a atenuao obtida foi similar em todas as
freqncias. Em azul, tem-se a
atenuao aps a colocao dos atenuadores, mantendo-se o
enclausuramento. Fica evidente a
baixa atenuao nas baixas freqncias.
-
39
Figura 8.15 Atenuao de rudo versus freqncia. Na cor laranja, com
a instalao do enclausuramento e, em azul, aps a adio dos
atenuadores
Mediu-se a vazo de ar nas condensadoras antes e depois da
instalao dos
atenuadores de rudo e verificou-se queda de 20%, muito superior
ao valor medido nos chillers;
isto ocorre em funo do conceito do ventilador ser outro, com
menor presso disponvel, no
projetado para a aplicao de dutos. A influncia desta perda de
vazo no condensador foi verificada no IPM em
condies normatizadas (rating), com temperatura de bulbo seco de
26,7C e temperatura de bulbo mido de 19,4C (umidade relativa de
50%) no ambiente interno onde tem-se a evaporadora. No ambiente
externo, a temperatura padro de bulbo seco de 35C, sendo 24C a
temperatura de bulbo mido (umidade relativa de 40%). Nestas
condies, com reduo de 20% de vazo no condensador, obteve-se como
resultado reduo de capacidade em 2% e aumento de
consumo de 5%, ou seja, reduo de 6,7% de COP. A presso do
refrigerante na descarga do compressor subiu de 2.068 para 2192
kPa. A temperatura externa de operao mxima do
equipamento foi reduzida em 3C, de 45 para 42C. Este resultado,
embora significativo, foi
considerado compatvel com o equipamento pelo tipo de aplicao
(baixa carga trmica) e por estar instalado em Porto Alegre/RS, onde
tm-se altas temperaturas em menos da metade do ano.
Este tipo de tratamento acstico pode ser considerado crtico em
regies onde
ocorrem temperaturas mais elevadas, durante o ano, e maiores
cargas trmicas atendidas pelos
equipamentos. Em campo, possvel verificar instalaes onde a
atenuao muito mais
agressiva ao equipamento, podendo trazer como prejuzo um
considervel aumento de consumo energtico e a reduo da capacidade de
refrigerao.
-
40
9. NOVO CONCEITO DE ATENUAO PARA VENTILAO
Conforme j mostrado, realizando-se tratamento acstico em
chillers com condensao a ar, obtm-se atenuao praticamente
imperceptvel com a instalao de
atenuadores de rudo somente na tomada de ar ou descarga dos
ventiladores.
Com o objetivo de desenvolver um sistema de atenuao de rudo com
custo que o torne aplicvel em larga escala e tendo em vista que o
maior custo do conceito previamente
desenvolvido est nas clulas de atenuao, buscou-se desenvolver um
novo conceito composto
apenas por um duto na descarga e outro na tomada de ar de cada
ventilador. Este conceito
apresenta como vantagens a baixa perda de carga imposta pelos
atenuadores e a manuteno das
caractersticas originais da mquina, possibilitando o acesso aos
componentes para operao e
manuteno.
Na figura 9.1, tem-se o prottipo utilizado por Lagemann, 2003
onde foi testada a
melhor relao entre atenuao de rudo e perda de vazo, variando a
quantidade de clulas de
atenuao na tomada de ar.
Figura 9.1 Prottipo utilizado por Lagemann, 2003
Na figura 9.2 a seguir mostra-se a grande quantidade de clulas
de atenuao
necessrias para uma atenuao efetiva.
-
41
Figura 9.2 Grande quantidade de clulas de atenuao necessrias
para uma atenuao efetiva
Para a realizao dos testes, utilizou-se um prottipo similar ao
utilizado por
Lagemann, 2003 (figura 9.3), porm de uma nova plataforma de
chillers que utiliza condensadores em estruturas modulares (figura
9.4). Conforme a capacidade da mquina so adicionados mais
condensadores. Obviamente os outros componentes como compressores
e
evaporador tambm so alterados.
Figura 9.3 Novo prottipo
-
42
Figura 9.4 Nova plataforma de chillers que utiliza condensadores
em estrutura modular
Na figura 9.5 a seguir mostra-se a vista superior de um dos
ventiladores do prottipo
montado de forma horizontal sobre o condensador. O ventilador
montado diretamente sobre o
motor, fixo estrutura por duas travessas horizontais. O
ventilador possui 900 milmetros de
dimetro e gira a 1100 rotaes por minuto (18,33 Hz), composto por
nove ps, possui espessura varivel, ao longo das mesmas,
desenvolvido para gerar o menor desconforto acstico
possvel com elevada vazo de ar.
Figura 9.5 Vista superior de um dos ventiladores do prottipo
-
43
Para tornar possvel a colocao de um duto na tomada de ar, foi
necessrio desenvolver
um suporte com 500 mm de altura, apoiado na estrutura original
conforme mostra a figura 9.6 a
seguir. Este formato melhora a qualidade do rudo, evitando a
passagem das ps prximo a
elementos estruturais fixos, responsvel pelo conhecido rudo de
passagem de ps, concentrado
na freqncia de passagem fp e seus harmnicos 2fp, 3fp, etc.,
onde:
Fp = {(nmero de ps) x (velocidade de rotao [RPM])} / 60 [Hz]
(6)
Figura 9.6 Suporte com 500 mm de altura apoiado na estrutura
original
As dimenses de 500 milmetros para os dutos da tomada de ar e
descarga foram
escolhidas por serem compatveis com o espao disponvel em
instalaes. Estima-se que
conforme verificado nos casos anteriores, obtenha-se resultados
lineares em decibis por metro
de duto, ou seja, se for necessrio atingir o dobro da atenuao,
basta utilizar dutos de um metro na tomada de ar e de um metro na
descarga do ventilador.
Na figura 9.7 o duto na tomada de ar substitui a grande
quantidade de clulas de
atenuao utilizada no conceito anterior.
-
44
Figura 9.7 Duto na tomada de ar do ventilador
Na figura 9.8, tem-se o aspecto externo final, com um duto na
tomada de ar e outro
na descarga do ventilador. Este conceito no altera as demais
caractersticas da mquina,
permitindo o acesso aos seus componentes para operao, reduzindo
o tempo e o custo de
manuteno, uma vez que no necessria a retirada dos
atenuadores.
No caso de sua produo em linha de montagem, os dutos podem ser
fixados
posteriormente, possibilitando o iamento da mquina conforme
procedimento atual.
Figura 9.8 Aspecto externo do novo conceito de atenuador de
rudo
-
45
Buscando maximizar a atenuao de rudo com dutos relativamente
curtos (500 milmetros), foram adicionados cilindros concntricos nos
dois dutos, envoltos por l de rocha, mostrados na figura 9.9. Com
relao perda de carga imposta, os dutos reduziram em 3% a
vazo de ar. Aps a adio dos cilindros a vazo foi reduzida em 7%
com relao situao
original.
Figura 9.9 Cilindros concntricos nos dois dutos envoltos por l
de rocha
Obteve-se como resultado, a 1 metro de distncia, atenuao de rudo
de 3 decibis
para o conceito sem os cilindros concntricos e 6 decibis,
utilizando o conceito de dutos com
cilindros concntricos. Estas medies foram realizadas em campo
aberto, com baixo rudo de
fundo (50 dB(A)) e sem efeitos de reverberao. Na figura 9.10,
verifica-se a significativa reduo do nvel de presso sonora nas
freqncias entre 1000 e 4000Hz, onde o ouvido humano
possui maior sensibilidade. A ttulo de comparao, foi adicionado
no mesmo grfico, uma
medio realizada em um sistema de ventilao original, a 5 metros
de distncia com reduo de
7 decibis em funo da distncia, ou seja, o afastamento da fonte
de rudo torna-se mais eficiente e econmico do que a instalao de
atenuadores de rudo, alternativa necessria para
ocasies em que essa descartada.
-
46
25
35
45
55
65
75
31,5 Hz 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz 8000
Hz 16000 Hz
Freqncias (Hz)
Nv
el d
e pr
ess
o so
no
ra (dB
)
Original 1 metroAtenuador 1 metroOriginal a 5 metros
Figura 9.10 Atenuao de rudo com a instalao do novo conceito e em
funo da distncia
-
47
10. ANLISE FINANCEIRA DAS PROPOSTAS
Aplicou-se o conceito pesquisado por Lagemann, 2003, clulas de
atenuao na
tomada de ar e dutos na descarga dos ventiladores na instalao
apresentada anteriormente,
onde foi necessrio atenuar 13 dB em um chiller de mdia
capacidade com seis ventiladores.
Conforme mostrado, alm de tratar a tomada de ar nas proximidades
dos trocadores de calor,
tambm foi necessrio instalar fechamentos na parte inferior da
mquina e lateral prxima de um
muro. O valor total da instalao por mquina em valores atuais
superior a R$ 18.700,00 conforme tabela 10.1.
Tabela 10.1 Estimativa de custos do conceito com clulas de
atenuao
Este conceito mostra-se muito oneroso pela grande quantidade de
chapas utilizadas e
pela relativa complexidade de instalao e manuteno.
O conceito proposto, por atuar diretamente na causa principal do
rudo em chillers
com compressores scroll, tem seu custo estimado na ordem de 70%
inferior, conforme mostrado
na tabela 10.2, com custo inferior a R$ 6.000,00.
Tabela 10.2 Estimativa de custos do conceito com dutos
Itens comprados R$ 2.540,00 Custo da matria-prima da estamparia
R$ 486,00 Custo da mo-de-obra da estamparia R$ 224,00 Pr-montagens
e instalao em campo R$ 2.500,00 Total R$ 5.750,00
O levantamento de todos os custos est no apndice, ao final deste
trabalho. importante ressaltar que no esto sendo levados em conta
os impostos e o custo do frete.
Dependendo da distncia entre o local de manufatura dos
atenuadores at o ponto de instalao
dos mesmos, a diferena de custo entre os conceitos pode ser
maior ainda, em funo das
menores dimenses dos dutos. O custo da instalao em campo j foi
levado em considerao.
R$ 4.490,00 Itens comprados R$ 3.828,00 Custo da matria-prima da
estamparia R$ 1.791,00 Custo da mo-de-obra da estamparia
R$ 8.625,00 Pr-montagens e instalao em campo Total R$
18.734,00
-
48
11. EFEITOS DA INSTALAO DE ATENUADORES DE RUDO
A restrio vazo de ar dos condensadores traz conseqncias
negativas ao
funcionamento das mquinas, podendo levar ao colapso, ao longo do
tempo, conforme citado
previamente. Foram realizadas algumas simulaes em IPM para
ilustrar estes efeitos. Optou-se
por uma mquina com capacidade de refrigerao de 280 TR (985 kW)
operando em condies de normatizadas (rating), reduzindo-se a vazo
em at 30%. Em campo so verificadas situaes bem mais agressivas,
como aquela encontrada em Fortaleza, onde o equipamento foi
enclausurado.
Na figura 11.1 a variao da capacidade de refrigerao apresentada
em watts,
reduzida em 5% com a reduo de 30% na vazo de ar atravs do
condensador.
Capacidade
900000905000910000915000920000925000930000935000940000945000950000
65%70%75%80%85%90%95%100%Vazo
Capa
cida
de [W
]
Figura 11.1 Variao da capacidade de refrigerao em funo da queda
de vazo
A relao entre a capacidade e o consumo na mesma unidade de
medida (watt) denominada de COP. Na figura 11.2 verifica-se a queda
de 9,5% neste indicador de performance,
o que indica aumento de 5% no consumo de energia eltrica, alm da
queda de 5% na capacidade
de refrigerao mostrada anteriormente.
-
49
COP
2,2
2,25
2,3
2,35
2,4
2,45
2,5
65%70%75%80%85%90%95%100%Vazo
COP
Figura 11.2 Queda na performance do equipamento em funo da reduo
da vazo
Supondo o custo mdio da energia eltrica de R$ 0,30 por kilowatt
x hora para um equipamento de 280 TR (985 kW), rodando dez horas
dirias durante 30 dias, a reduo na vazo de ar em 30% aumenta o
valor pago pela energia eltrica de aproximadamente R$ 34.000,00
para R$ 37.500,00 por ms, levando-se em conta o aumento do consumo
de energia eltrica e a reduo da capacidade de refrigerao.
-
50
12. DESENVOLVIMENTO DE JAQUETAS ACSTICAS
Alguns modelos de chillers utilizam compressores do tipo
parafuso, especialmente
indicados para processos contnuos, por apresentarem alta
capacidade de refrigerao e
durabilidade. Cada compressor possui capacidade de at 80
toneladas de refrigerao (281 kW). Estes compressores emitem um
espectro de rudo caracterstico em alta freqncia, conforme
mostrado na figura 12.1.
Figura 12.1 Espectro gerado por compressor parafuso
Conforme pode ser visto no grfico da figura 12.1, destacam-se as
faixas de 1 kHz a
4 kHz, exatamente onde h a maior sensibilidade do ouvido humano,
tornando este rudo
especialmente incmodo.
Com o objetivo de desenvolver de forma prtica um atenuador de
rudo para este tipo de compressor, criou-se uma estrutura de
formato e dimenses similares ao mesmo. Dentro desta
estrutura, foi instalada uma fonte de rudo ligada a um gerador
que permite a emisso de rudo
em vrias freqncias, como pode ser visto na figura 12.2.
-
51
Figura 12.2 Estrutura com dimenses e formato similar ao
compressor parafuso
importante ressaltar que o motor deste modelo de compressor
situa-se dentro da carcaa do compressor, sendo que todo o conjunto
refrigerado pelo gs refrigerante, tornando possvel envolver a fonte
de rudo com o atenuador denominado jaqueta acstica. Para a realizao
dos testes, desenvolveu-se uma jaqueta acstica fixada por velcro,
sendo possvel trocar a sua composio, conforme a figura 12.3. Na
figura verifica-se a montagem da jaqueta acstica, com duas tampas
laterais e um corpo central com 3 metros de comprimento e 1
metro
de largura.
Figura 12.3 Prottipo de jaqueta acstica
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Alm das caractersticas acstico-absorventes, necessrio que os
materiais
apresentem robustez ao desgaste, maleabilidade e sejam auto
extinguveis, alm de atender outras especificaes da indstria do ar
condicionado. Optou-se em utilizar um material de alta
densidade para atenuar as baixas freqncias e outro material
fibroso para absorver as altas
freqncias.
De acordo com Gerges, 2000, nos materiais de absoro sonora
(mecanismo resistivo) parte da energia acstica transformada em
energia trmica atravs da viscosidade do ar, sendo o que ocorre em
materiais porosos (espuma) ou fibrosos (l de vidro, l de rocha,
algodo, etc). Os materiais de alta absoro acstica so normalmente
porosos e/ou fibrosos. Nos
materiais porosos a energia acstica incidente entra pelos poros
e dissipa-se por reflexes
mltiplas e atrito viscoso, transformando-se em energia trmica.
Nos materiais fibrosos a energia
acstica incidente entra pelos interstcios das fibras, fazendo-as
vibrar junto com o ar, dissipando-se assim por transformao em
energia trmica por atrito entre as fibras excitadas
[Gerges, 2000]. Tanto para o material poroso, quanto para o
fibroso, essencial que o material admita
a passagem de um fluxo de ar, o que ter como conseqncia a
possibilidade da propagao de
ondas acsticas pelo ar dos poros ou interstcios do material
fibroso ou poroso. Os materiais
acsticos devem ter clulas abertas. Um modo simples de verificar
a permeabilidade ao fluxo de
ar de determinado material soprar atravs dele com a boca
encostada. Um bom exemplo a
comparao da absoro acstica da espuma com a da cortia ou do
tijolo. Como a espuma apresenta maior permeabilidade passagem de um
fluxo de ar do que a cortia ou o tijolo, sua absoro acstica maior
do que a dos outros dois [Gerges, 2000]. A caracterstica de absoro
acstica de um material determinada por um
coeficiente de absoro acstica , definido pela razo entre a
energia acstica absorvida Wa e a
energia acstica incidente Wi.
= Wa / Wi
O valor de sempre positivo variando de zero a um (0 1) e depende
principalmente da freqncia, do ngulo da incidncia do som, tipo de
campo sonoro (difuso, ondas planas, etc.), densidade, espessura e
estrutura interna do material.
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O experimento foi montado na cmara reverberante da Springer
Carrier, onde o rudo
foi medido e analisado atravs de um analisador de rudo Brel
&Kjaer tipo 2133. Na situao inicial, tem-se a fonte de rudo
instalada dentro da carcaa, sendo medido
o valor de 97 dB(A). Vrias combinaes de materiais foram
montadas, sendo que os melhores resultados obtidos foram:
- Borracha natural (3mm): 83dB(A); - Borracha natural e
poliestireno aluminizado: 80,6 dB(A); - Borracha natural e espuma
PVC: 78,6 dB(A); - Borracha natural e espuma comum: 78 dB(A); -
Borracha natural e feltro sinttico duplo: 74 dB(A). A melhor
combinao atingiu atenuao de 23 decibis, sendo a especificao dos
materia