Ar condicionado para salas de computadores

computerUm sistema de ar condicionado tem a finalidade de propiciar conforto térmico as pessoas ou a equipamentos especiais. A menos que uma sala possua computadores que necessitem de temperaturas baixas para trabalhar, se as pessoas estão sentindo frio, está havendo desperdício de energia, pois o sistema de ar condicionado esta refrigerando mais do que o necessário.

Deve-se regular o termostato do ar condicionado para uma temperatura onde todos se sintam confortáveis no ambiente de trabalho. Normalmente no que se refere a temperatura de ar condicionado para sala de computadores um padrão de 23°C e 50% de umidade pode ser adotado.

Mas, isto é feito quando existe controle de temperatura e umidade do ar, realizado normalmente em sistemas centrais de ar condicionado. Se o condicionamento for realizado com aparelhos, de janela, splits ou self, o controle restringe-se a temperatura.

Os sistemas de ar condicionado de precisão são projetados pra atender as necessidades de ambientes como data centers, salas de telefonia, switches e hubbies, centrais e coletoras de transmissão de telefonia, ambientes críticos de aplicação em mineração, óleo e gás e todos os ambientes onde o controle preciso de temperatura e umidade, e a confiabilidade extrema do aparelho sejam requeridos.

Esses sistemas são especialmente produzidos para ambientes que precisam de exatidão na temperatura para o bom funcionamento. Contam com especificações de alta vazão de ar, controle de condensação, controle de umidade e temperatura e elementos de proteção e redução de consumo de energia. São muito mais eficientes que os sistemas de ar centrais comuns, pois possuem alto índice de automação com sistemas de alerta contra alteração da temperatura e umidade.

Existem características únicas atingidas com o sistema. O ar condicionado de precisão tem como diferenciais sua durabilidade, confiabilidade, controle preciso de temperatura e umidade, alta vazão e alto fator de calor sensível. Além disso, são desenvolvidos para funcionamento 24 horas continuamente, baixa necessidade de manutenção e baixo consumo de energia.

Ambientes críticos requerem um controle rígido de umidade de 45% no mínimo a 55% no máximo e temperaturas estáveis e precisas. Tudo isso para que os componentes eletrônicos sensíveis funcionem perfeitamente e para que as operações de processamento e armazenamento de dados não sofram consequências, como falhas nos elementos e quedas no sistema. Aproximadamente 25% destes problemas são causados por instabilidades no sistema de ar condicionado.

E quais as diferenças entre ar condicionado de precisão e de conforto? O de conforto é projetado para atender as necessidades físicas de um ambiente voltado exclusivamente para pessoas. Possui baixo custo e é de fácil instalação, pois não possui nenhum componente eletrônico mais elaborado, diferentemente do sistema de precisão. O de conforto trabalha oito horas diárias, regula somente a temperatura, tem baixo custo aquisitivo, baixa vazão de ar e baixo calor sensível. Já o de precisão trabalha ininterruptamente 365 dias, faz a monitoração da temperatura e umidade, tem maior custo aquisitivo, tem alta vazão de ar e alto fator de calor sensível.

Uma norma que acaba de ser confirmada é a NBR 10080 (NB643) de 11/1987 – Instalações de ar condicionado para salas de computadores que fixa condições exigíveis para a elaboração de projetos de instalações de ar condicionado, para salas de computadores. Recomenda-se como critérios básicos de projeto: remover o calor onde é produzido; manter as condições de temperatura e umidade nas faixas especificadas; permitir a flexibilidade da instalação; possuir sistema de filtragem adequado; verificar as condições de conforto térmico resultantes.

Quanto à temperatura e umidade relativa, as recomendações são prescritas em 4.1. temperatura registrada no termômetro de bulbo seco de (22 ± 2)ºC e a umidade relativa de (50 ± 5)% devem ser mantidas, tanto para a sala do computador, como para as demais salas pertencentes ao sistema, tais como: sala de armazenamento de discos, fitas, formulários e cartões. Deve-se ainda observar, que quando o equipamento do computador não estiver em operação, conforme as condições locais, prever o funcionamento do sistema de ar condicionado, para assegurar a manutenção das condições ambientais.

Para o ar exterior, deve-se adotar valores que mantenham pressão positiva na sala de computador e anexos em relação aos ambientes adjacentes. A carga térmica do sistema é constituída pela carga térmica dissipadas pelos equipamentos, que deve ser calculada com base nos dados fornecidos pelos fabricantes dos computadores, e as demais cargas do recinto, conforme os critérios adotados na NBR 6401. Para o insuflamento e retorno de ar, recomenda-se as características prescritas de 7.1 a 7.5.

7.1 Flexibilidade para permitir remanejamento na sala do computador.

7.2 Para remover a carga térmica do computador, recomenda-se ainda que o insuflamento seja por “plenum” sob o piso elevado. O “plenum” deve: ser estanque nos limites da sala; evitar concentração; permitir fácil limpeza; ter dimensões compatíveis à distribuição do ar; e ser isolado termicamente, quando necessário.

7.3 Deve-se evitar a colocação de bocas de insuflamento diretamente na base do computador, para impedir que a umidade excessiva do ar danifique os componentes do mesmo.

7.4 Para atender o conforto humano, o insuflamento deve ser acima da zona de ocupação.

7.5 O retorno do ar deve ser feito ao nível do teto e na região do computador.

Já a filtragem do ar, no caso do ar exterior para renovação e o ar a ser insuflado na sala do computador e de fitas e discos deverão ser filtrados. A classe de filtragem do ar insuflado deverá ser a recomendada pelo fabricante do equipamento do computador. Na falta de informação a filtragem deverá ser no mínimo classe F 1 da NBR 6401. A classe de filtragem do ar exterior deverá ser compatível com as condições externas. Na falta de informação a filtragem deverá ser no mínimo classe G 2 da NBR 6401. Para o nível de ruído, deve-se adotar os níveis 40 NC a 60 NC de acordo com a NBR 6401, com o computador desligado.

O tipo de sistema de ar condicionado a ser adotado para salas de computadores será definido pelo projetista de ar condicionado, em função das recomendações do usuário, projeto arquitetônico, condições do local e outros fatores. Com relação à operacionalidade, quando o sistema de ar condicionado para sala de computadores for parcela de um sistema global maior, recomenda-se que o mesmo seja desvinculado do sistema, permitindo assim a sua operação e controle independentemente do restante do sistema.

O sistema de ar condicionado para sala de computadores deve ter as características: ser passível de expansão; ter condições para funcionamento ininterrupto e para isto os equipamentos essenciais deverão ter reserva, ou possibilidade de serem substituídos através de manobras simples, por outros que normalmente atendam outras áreas condicionadas; ter sua operação e manutenção efetuada sem interferir nos trabalhos da sala de computadores; permitir conexão a um sistema de energia elétrica de emergência.

Recomenda-se instalar um sistema de alarme com sinalização visual e/ou sonora na sala do computador, para indicar desvios das faixas estabelecidas para temperatura e umidade relativa. Recomenda-se a interligação do sistema de ar condicionado ao sistema de proteção contra incêndio. A operação do sistema de ar condicionado deverá ser automática, utilizando os seguintes controles: termostatos para refrigeração e aquecimento, umidostatos para comandar umidificação e/ou desumidificação; chaves de fluxo, termostatos limite e termostatos de segurança.

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Conforto térmico: as sensações de frio e calor do ser humano

conforO conforto térmico pode ser definido como a condição psicológica de um indivíduo que expressa satisfação com relação às condições térmicas do ambiente em que se encontra. Esse tipo de julgamento é um processo cognitivo envolvendo muitos parâmetros influenciados por processos físicos, fisiológicos, psicológicos e outros.

A consciência aparenta decidir sobre conforto e desconforto térmico com base em sensações diretas de temperatura e de umidade pela pele, em temperaturas sentidas no interior do corpo, e nos esforços necessários para regular a temperatura do corpo. Em geral, o conforto ocorre quando as temperaturas do corpo são mantidas em faixas estreitas, a umidade da pele é baixa e o esforço fisiológico de regulação é minimizado.

Do ponto de vista fisiológico, o conforto térmico ocorre quando há um equilíbrio térmico na ausência de suor regulatório durante a troca de calor entre o corpo de um indivíduo e o ambiente em que se encontra. Em termos de sensações corporais, o conforto térmico está relacionado às sensações de muito quente, quente, morno, neutro, fresco, frio e muito frio.

O conforto também depende de ações comportamentais que são iniciadas inconscientemente ou conscientemente e guiadas pelas sensações térmicas e de umidade para reduzir o desconforto. Algumas das ações possíveis para reduzir o desconforto são: alteração da vestimenta, alternação de atividades, mudanças de posturas ou localização, mudanças nos parâmetros operacionais de dispositivos de controle ambientais, aberturas e fechamento de passagens de ar, reclamação ou abandono do local.

As atividades metabólicas do corpo humano resultam quase que completamente em calor sendo continuamente dissipado e regulado para manter temperaturas normais no corpo. A perda insuficiente de calor leva ao sobreaquecimento, processo denominado hipertermia, e perda excessiva de calor resulta no resfriamento do corpo, processo denominado hipotermia.

O calor produzido por um adulto em repouso é da ordem de 100 W. Devido ao fato da maior parcela deste calor ser transferida para o ambiente através da pele, torna‐se conveniente caracterizar a atividade metabólica em termos da produção de calor por unidade de área da pele, unidade denominada met. Para um indivíduo em repouso, a unidade met corresponde a aproximadamente 50‐58 W/m2, dependendo do grupo étnico ou geográfico.

O hipotálamo, localizado no cérebro, é o órgão central que controla a temperatura do corpo. Contém sensores para temperaturas frias e quentes e é banhado por sangue arterial. Como a taxa de recirculação de sangue no corpo é rápida e o sangue que retorna é todo misturado no coração antes de retornar ao corpo, o sangue arterial é um indicativo da temperatura média do corpo. O hipotálamo também recebe informação térmica de sensores de temperatura localizados na pele e em outros órgãos (por exemplo, espinha dorsal, estômago, etc.).

CONFOR~1

A ISO 7730:2005 – Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria apresenta os métodos para prever a sensação geral térmica e grau de desconforto (insatisfação térmica) de pessoas expostas em ambientes térmicos. Ela permite a determinação analítica e a interpretação de conforto térmico utilizando o cálculo do PMV (predicted mean vote) e do PPD (predicted percentage of dissatisfied) e do conforto térmico local, dando as condições ambientais consideradas aceitáveis ​​para conforto térmico em geral, bem como aqueles que representam o desconforto local.

Já a NBR 16401-2 de 08/2008 – Instalações de ar-condicionado – Sistemas centrais e unitários – Parte 2: Parâmetros de conforto térmico especifica os parâmetros do ambiente interno que proporcionem conforto térmico aos ocupantes de recintos providos de ar-condicionado. A sensação de conforto térmico é essencialmente subjetiva. Devido às grandes variações individuais, fisiológicas e psicológicas, não é possível determinar condições que possam proporcionar conforto para 100 % das pessoas.

Os parâmetros estipulados nesta parte definem um ambiente térmico em que uma maioria de 80% ou mais das pessoas, de um grupo homogêneo em termos de atividade física e tipo de roupa usada, é suscetível de expressar satisfação em relação ao conforto térmico. Esta parte se aplica a pessoas adultas, em boa saúde, que estejam no recinto há mais de 15 min.

Segundo a norma, os parâmetros ambientais que afetàm o conforto térmico são: a temperatura operativa; a velocidade do ar; e a umidade relativa do ar. Os valores destes parâmetros que definem as condições de conforto térmico dependem dos seguintes fatores pessoais: o tipo de roupa usado pelas pessoas, que determina a resistência térmica média à troca de calor do corpo com o ambiente, expressa em “clo” (1 clo = 0,155 m² K/W); o nível de atividade física das pessoas, que determina sua taxa de metabolismo, geralmente expressa em “met” (1 met = 58,2 W/m²). Admitindo uma superfície média de 1,8 m² para o corpo de um adulto, 1 met é equivalente a aproximadamente 105 W..

As sensações térmicas são avaliadas numericamente pela escala ASHRAE, em que 0 indica sensação neutra, + 1, + 2 e + 3 sensação de levemente quente a muito quente, e – 1, – 2 e – 3, sensação de levemente frio a muito frio. Avaliação entre – 0,5 e + 0,5 é considerada indicação aceitável de conforto térmico. Os estudos teóricos e pesquisas de laboratório permitem prever, em grupos homogêneos em termos de atividade física e tipo de roupa usada, a porcentagem das pessoas que expressaria determinada avaliação da sensação térmica em determinadas condições ambientais.

Assim, a NBR 16401 estipula os parâmetros ambientais suscetíveis de produzir sensação aceitável de conforto térmico em 80 % ou mais das pessoas. Os parâmetros estipulados nositens 6.1 e 6.2 são válidos para grupos homogêneos de pessoas, usando roupa típica da estação e em atividade sedentária ou leve (1,0 met a 1,2 met).

– Verão (roupa típica 0,5 clo)

Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por:

22,5 °C a 25,5 °C e umidade relativa de 65 %;

23,0 °C a 26,0 °C e umidade relativa de 35 %.

A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupação não deve ultrapassar: a 0,20 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30% a 50%); 0,25 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (grau de turbulência inferior a 10 %).

– Inverno (roupa típica 0,9 clo)

Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por:

21,0 °C a 23,5 °C e umidade relativa de 60 %;

21,5 °C a 24,0 °C e umidade relativa de 30 %.

A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupàção não deve ultrapassar: a 0,15 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30 % a 50 % ); 0,20 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (grau de turbulência inferior a 10 %).

A diferença entre as temperaturas num plano vertical entre 0,1 m e 1,1 m do solo (entre tornozelos e cabeça de pessoas sentadas) deve ser inferior a 3 K. A variação gradual e contínua da temperatura (passiva ou intencional) não deve ultrapassar a taxa de 0,5 K por hora, sendo que a temperatura final resultante não deve se distanciar dos limites de temperatura estipulados em 6.1 e 6.2 em mais de 0,5 K, nem permanecer neste nível por mais de 1 h. A assimetria da temperatura radiante admissivel deve ser inferior a: 5 K para forro quente; 14 K para forro frio; 23 K para parede quente; e 10 K para parede fria.

A manutenção dos sistemas de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento

A NBR 13971 estabelece orientações básicas para as atividades e serviços necessários na manutenção de conjuntos e componentes, em sistemas e equipamentos de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento

air-conditioning-unitAtualmente, o edifícios se tornaram cada vez mais fechados e grau de automatização interna também aumentou. A dependência de controles computadorizados, sistemas forçados de ventilação, sistemas de ar condicionado, dentre outros, foi crescendo. Sistemas de ventilação tornaram-se mais sofisticados. Reduções nos gastos de energia foram possíveis pelo emprego de computadores para variar as quantidades de ar introduzidas no edifício, baseadas unicamente em requisitos de carga térmica nos espaços ocupados.

O único critério utilizado, no que diz respeito ao ar interior, foi a temperatura e a umidade. Outros parâmetros envolvendo a qualidade do ar utilizado dentro dos edifícios foram ignorados. Se, por um lado, houve uma preocupação crescente com a economia de energia, por outro, a qualidade do ar interno foi deixada de lado. Controles e avanços nos sistemas automatizados causaram uma redução dramática nas perdas de energia nos últimos 30 anos e as taxas de infiltração de ar caíram.

O resultado de tudo isso foi que as concentrações médias dos vários poluentes no ar interno aumentaram substancialmente. Registros externos de entrada de ar eram dispostos de modo a permitir um mínimo de captação de ar, ou mesmo eram fechados para diminuir os gastos com refrigeração.

Hoje já se sabe que uma série de poluentes – dentre eles, monóxido de carbono, dióxido de carbono, amônia, óxido de enxofre e nitrogênio – é produzida dentro do edifício por materiais de construção baseados em solventes orgânicos, por materiais de limpeza, mofo, bolor, metabolismo humano e também pelas próprias atividades do homem, como cozinhar ou lavar e secar roupas. Tais poluentes comprometem a saúde e o rendimento do trabalho dos usuários.

Alguns edifícios já estão sendo chamados de doentes, devido à péssima qualidade do ar em seus recintos. Isso levou a um estado doentio transitório dos usuários, já que os sintomas normalmente desaparecem quando as pessoas afetadas deixam o edifício. Sua origem está relacionada ao fato de que aqueles com manutenção inadequada de suas torres de resfriamento e sistema de ventilação são fontes de microorganismos.

Dessa forma, a NBR 13971 de 01/2014 – Sistemas de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento – Manutenção programada pode ajudar a melhorar esse quadro. A norma estabelece orientações básicas para as atividades e serviços necessários na manutenção de conjuntos e componentes, em sistemas e equipamentos de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento. Esta norma, em conformidade com a NBR 16401-1, aplica-se a equipamentos de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento voltados ao atendimento das exigências de qualidade do ar, conforto e processo, respeitando-se as condições de referência.

Para a execução da manutenção programada, a instalação deve atender aos seguintes itens: a) facilidade de acesso; b) iluminação adequada para a prática das atividades; c) ponto de energia elétrica compatível com as atividades a serem desenvolvidas; d) pontos de água e de drenagem; e) ponto de ar comprimido (recomendável); f) ponto de internet (recomendável); g) sala de máquinas limpa e desimpedida, livre de objetos que não tenham uma função determinada neste local; h) estar operando sem pendências provenientes da necessidade de intervenções corretivas, ou seja, nas condições de referência.

Quanto à documentação, é necessário disponibilizar para a equipe de manutenção os documentos técnicos referentes à instalação, como: projeto, memorial descritivo, folhas de dados, manuais de operação e manutenção, fichas de partida e outros. Os intervalos para as atividades periódicas não estão indicados nesta norma e devem ser definidos pelo profissional habilitado, considerando-se os seguintes aspectos: a) tipo de equipamento; b) tempo efetivo de operação; c) regime de operação; d) tipo de aplicação; e) grau de agressividade do ambiente; f) disponibilidade da instalação para manutenção; g) fatores específicos da instalação.

As atividades apresentadas nesta norma definem as tarefas aplicáveis à maioria dos conjuntos e dos componentes dos sistemas e equipamentos de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento. As atividades estão estabelecidas nas Tabelas 2 a 14 (disponíveis na norma), classificadas em dois tipos: a) P = atividades periódicas a serem executadas em intervalos de tempo regulares, preestabelecidos; b) S = atividades a serem executadas, se necessário, em função de avaliação durante os serviços de campo.

Como reduzir as emissões de fluidos frigoríficos halogenados

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A NBR 15976 – Redução das emissões de fluidos frigoríficos halogenados em equipamentos e instalações estacionárias de refrigeração e ar condicionado – Requisitos gerais e procedimentos (clique no link para mais informações) estipula os requisitos mínimos e os procedimentos para a redução da emissão involuntária de fluídos frigoríficos halogenados em equipamentos e instalações estacionárias de refrigeração, ar condicionado e bombas de calor, abrangendo a fabricação, instalação, ensaios, operação, manutenção, conserto e disposição final dos equipamentos e sistemas. No Anexo A da norma está especificado que há projetos de selos de eixo que não dependem das faces de carbono geralmente utilizadas. Selos de face dupla, ou de face única com características melhoradas de maneira a manter o carbono lubrificado, têm se mostrado eficazes e são recomendados. Convém que o projeto e a instalação do conjunto de selo minimizem a perda do óleo e evitem a perda direta de fluido frigorífico. A falta de lubrificação durante os períodos de parada pode fazer com que as faces de contato do selo fiquem secas e aderidas uma à outra. Em grandes sistemas é recomendada a utilização de uma bomba de óleo separada para lubrificar o selo antes da partida do compressor.

Os compressores abertos são tipicamente providos de selos retentores que requerem pressão positiva para funcionarem corretamente. Não sendo estes selos de face dupla, pode ocorrer vazamento durante a evacuação. Para evitar vazamentos, convém que sejam adotadas medidas de vedação temporária, como tampas para o selo ou calafetagem por massa plástica ao redor do eixo. O alinhamento dos eixos do motor e do compressor é elemento crítico para limitar o vazamento de fluido frigorífico; é afetado pelo tipo de acoplamento e pela velocidade e potência do motor. O maquinário frigorífico requer um alinhamento rigoroso para acomodar a dilatação térmica da carga e a variação de temperatura. Convém que os procedimentos de parada e partida assegurem que haja óleo para lubrificar as faces do selo. Pode ser necessário acionar a bomba de óleo e girar o eixo periodicamente durante os longos períodos de parada. Se isto não for possível, convém que os selos sejam inspecionados e lubrificados antes de dar partida ao sistema.

As vibrações causadas por pulsações do gás são mais bem controladas por um bom silenciador, colocado tão perto do compressor quanto possível. Para os compressores montados sobre molas, deve ser provida a eliminação das vibrações nas linhas de sucção e de descarga. Quando forem utilizados eliminadores de vibração tubulares, convém que estes sejam instalados em tubulação paralela ao eixo do compressor e firmemente ancorados na extremidade a montante do eliminador da linha de sucção e na extremidade a jusante da linha de descarga. A vibração excessiva de compressores e outros equipamentos podem causar vazamento de fluido frigorífico. Este efeito deve ser eliminado utilizando projetos adequados de montagem antivibração, eliminadores de vibrações e de balanceamento e/ou alinhamento, quando necessário. Convém que os materiais de construção e os métodos de projeto escolhidos previnam a emissão de fluido frigorífico durante a operação normal. Convém que os condensadores e evaporadores sejam projetados de forma a manter a carga de fluido frigorífico a menor possível. Convém que os condensadores resfriados a ar e os evaporadores sejam construídos com o menor número praticável de juntas e curvas de retorno. O método preferido de união é a solda.

A vibração excessiva pode causar falha nos tubos de evaporadores, casco e tubo. A vibração proveniente de qualquer das numerosas fontes pode causar a falha dos tubos. A ação de ebulição em evaporadores inundados pode causar vibração na frequência natural dos tubos, provocando desgaste excessivo nos suportes dos tubos e uma possível falha. Este problema pode ser evitado com o dimensionamento e o espaçamento adequados dos suportes. A velocidade excessiva do fluido em condensadores e evaporadores pode criar vibrações que provocarão uma falha prematura dos tubos. Precauções similares às acima descritas podem minimizar o problema. Uma velocidade excessiva do fluido nos tubos de condensadores e evaporadores pode levar a uma falha prematura por erosão. Com o aumento da velocidade, o potencial para a ocorrência de uma falha prematura aumenta em proporção ao quadrado da velocidade. Deve-se tomar o cuidado de manter as velocidades de projeto dentro dos valores recomendados pela boa prática para o material selecionado. Obstrução parcial, especialmente em condensadores, pode resultar em velocidades superiores à projetada para a vazão normal através do trocador de calor. O potencial para danos fica reduzido, limitando as velocidades.

Em aplicações em que a água de condensação poluída pode levar a uma falha prematura dos tubos, o uso de tubos com superfície interna lisa é recomendado. Uma filtragem apropriada pode reduzir a erosão causada por partículas estranhas no fluido. Um tratamento de água adequado pode minimizar os efeitos de elementos corrosivos no fluido. Os sistemas resfriados a água do mar são especialmente suscetíveis à corrosão, assim como alguns sistemas que utilizem água contendo traços de amônia ou organismos microbiológicos. Esses contaminantes irão atacar os tubos e também, possivelmente, os espelhos e os cabeçotes dos trocadores de calor, levando a vazamentos. Dispositivos para lavagem e inspeção são recomendáveis. Revestimentos especiais e tubos de materiais especiais podem ser necessários para minimizar o ataque a essas superfícies.