O que é um ar condicionado de precisão: classificação dos dispositivos e princípio de funcionamento das unidades

Você não acha que em salas de servidores e data centers, bem como em outras salas onde há uma enorme quantidade de computadores e outros equipamentos que geram calor intensamente, para manter temperatura e umidade constantes, podem ser usados condicionadores de ar domésticos comuns?

Em salas com essa finalidade, a temperatura, umidade e muitos outros parâmetros devem ser mantidos em uma faixa muito estreita, e os sistemas comuns de controle climático, mesmo os mais potentes, não conseguem realizar essa tarefa. Por isso, o uso de condicionadores de ar de precisão se torna cada vez mais relevante.

Sobre as características distintivas de um ar condicionado de precisão, o que é exatamente, como funciona e quais tipos desses dispositivos existem, será abordado no artigo.

Características dos condicionadores de precisão

O ar condicionado de precisão ou ar condicionado autônomo de armário é um dispositivo cujo uso permite manter em um ambiente uma série de parâmetros: temperatura, umidade relativa e movimentação do ar em uma faixa estreita.

A saber:

• faixa de variação permitida de temperatura: ±1 °C. E alguns modelos de condicionadores de precisão permitem estreitar ainda mais a variação do valor, até ± 0,5 °C);
• faixa de variação do valor de umidade + 5%;
• é permitida a operação do ar condicionado de precisão em temperatura ambiente na faixa de +50 °C a -60 °C.

Enquanto isso, a carga térmica gerada excede os valores típicos da sala principal em 5 a 10 vezes. Consequentemente, cria-se uma carga muito alta nos condicionadores.

Mas mesmo assim, a faixa de valores é mantida. Afinal, além de este tipo de sistema de controle climático se destacar pela alta precisão, também são impostas uma série de requisitos de confiabilidade ao equipamento.

Até um minuto sem climatização pode causar consequências catastróficas. E, portanto, também perdas materiais.

Os condicionadores de ar de precisão garantem umidade e temperatura estáveis (em uma faixa estreita), apesar da constante liberação de grande quantidade de calor por dispositivos que funcionam 24 horas por dia.

Sim, há mais um requisito que não se pode deixar de mencionar – os condicionadores de ar de precisão devem ter a capacidade de acionar rapidamente o bloco reserva em caso de falha do principal.

Ou seja, mesmo em caso de força maior, a manutenção da constância da temperatura e umidade será garantida. Além disso, o projeto de climatização da sala de servidores geralmente é elaborado considerando capacidades adicionais.

Vantagens do uso dos dispositivos

O uso de sistemas de precisão em diversas instalações tecnológicas se explica pela necessidade de compensar os excedentes de calor específicos significativos emitidos pelos equipamentos tecnológicos, que são sensíveis até mesmo às menores alterações de temperatura e regime de umidade.

Ou seja, quanto maior o desvio da temperatura ambiente dos valores ideais, mais se reduz a vida útil dos equipamentos caros.

Apesar de os condicionadores de ar de precisão se destacarem pela alta confiabilidade, para garantir a constância do ambiente são utilizados vários dispositivos – isso neutraliza o risco de falha de todo o sistema.

A não correção de uma falha no sistema de controle climático em curto prazo pode causar a quebra de equipamentos que geram um aporte significativo de calor.

Por exemplo, sob condição de superaquecimento dos equipamentos tecnológicos na sala da central telefônica, bem como em caso de desvio inaceitável do valor ideal de umidade relativa, a probabilidade de falha do equipamento é bastante alta.

Os condicionadores de ar de precisão compensam efetivamente os excedentes de calor específicos significativos e permitem manter os parâmetros necessários de temperatura e umidade no ambiente.

Âmbito de aplicação do equipamento

O uso desses dispositivos para garantir a operação ininterrupta e segura dos equipamentos tecnológicos torna-se relevante nas seguintes áreas:

1. Telefonia fixa – centrais telefônicas, bem como salas de equipamentos.
2. Telefonia móvel – nós de telecomunicações, referindo-se a switches e gateways.
3. Estações base e remotas, localizadas em edifícios ou contêineres.
4. Centros de bilhetagem.
5. Setor de TI – salas de servidores e equipamentos, bem como salas de computadores e data centers.

Recentemente, os condicionadores de ar de precisão também têm sido usados por empresas farmacêuticas – nas salas onde estão instalados equipamentos de diagnóstico caros. Bem como em laboratórios modernos destinados a pesquisas com reagentes particularmente sensíveis às condições ambientais. Ou ainda – com colônias de microrganismos.

Produção de alta precisão e limpa – a indústria abrange microeletrônica, farmacêutica e aeroespacial, não prescinde de condicionadores de ar de precisão.

A variedade de modelos de condicionadores de ar de precisão permite escolher a opção ideal – dependendo dos requisitos da SN 512-78 e da finalidade do ambiente, cujas condições climáticas precisam ser mantidas.

Mas não é só isso – em alguns museus, bibliotecas e outros locais de lazer cultural onde são armazenados artefatos especialmente valiosos, também são utilizados condicionadores de ar de precisão.

É claro que ali são utilizados modelos mais econômicos, pois não há necessidade de cumprir tão rigorosamente as condições de temperatura e umidade, mas ainda assim.

Estrutura do ar condicionado de precisão

A precisão e a confiabilidade do aparelho explicam sua estrutura complexa. Além disso, dependendo do modelo, ela pode variar.

É obrigatória a presença de:

1. Unidade interna, geralmente do tipo armário.
2. Unidade externa ou exterior.

Na primeira, é realizado o pré-tratamento do ar imediatamente antes de sua entrada no ambiente.

Na segunda, pode estar localizado: um condensador de ar ou um resfriador de líquido, caso o funcionamento do condicionador seja feito com água fria de um chiller ou para o condensador de líquidos localizado na unidade interna.

Estrutura do condicionador de ar de precisão e representação esquemática de seu mecanismo de funcionamento. Independentemente da complexidade do modelo do aparelho, esse mecanismo está presente.

O diagrama acima é extremamente simplificado. Ele representa o princípio de funcionamento em linhas gerais.

Observe que, além de todas as peças listadas, a unidade interna do condicionador de ar de precisão inclui os seguintes dispositivos:

• compressor;
• evaporador;
• válvula de expansão;
• componentes de filtragem;
• dispositivos adicionais que utilizam eletricidade para aquecimento;
• umidificadores de ar, se necessário;
• ventiladores de ar;
• válvulas e conexões – tanto de bloqueio quanto de regulagem.

A presença de todos os outros elementos é determinada pelo modelo específico e pelos requisitos impostos a ele e ao ambiente onde o dispositivo irá operar. Em outras palavras, eles são um componente variável.

Mecanismo de funcionamento do dispositivo

O princípio básico de funcionamento deste dispositivo pode ser explicado da seguinte forma: inicialmente, ocorre a compressão do agente refrigerante gasoso no compressor. Em seguida, o agente refrigerante entra no condensador. Ali ocorre sua condensação – o processo permite a remoção de calor do refrigerante.

Na etapa seguinte, ocorre a passagem do agente refrigerante em estado líquido através do dispositivo de expansão. Isso resulta na redução dos valores de temperatura e pressão do refrigerante líquido.

E já nesse estado, ocorre a entrada do refrigerante no evaporador. Lá, ele passa para o estado gasoso e retorna novamente ao compressor.

Pois bem, é exatamente o ar que passa pelo evaporador que é retirado do ambiente onde é necessário manter a temperatura e a umidade em uma faixa estreita de valores.

O diagrama mostra os fluxos de ar quente e frio que passam constantemente pelo ar condicionado de precisão. O diagrama apresentado é válido para todos os modelos.

Ao passar pelo evaporador, o ar é resfriado e, já nesse estado, retorna ao ambiente. O diagrama de funcionamento do ar condicionado de precisão é mostrado acima em forma ilustrativa.

Funções da unidade interna

Elas são determinadas pela finalidade do modelo específico. É lógico supor que a quantidade de funções define o escopo de aplicação possível do equipamento:

• apenas resfriamento;
• resfriamento e aquecimento elétrico com possibilidade de ajuste da temperatura;
• resfriamento e aumento da umidade.

A opção mais avançada é a combinação das funções de resfriamento, aumento da umidade e aquecimento elétrico.

Também acontece que um determinado modelo é fabricado sob encomenda personalizada pela fábrica, e nele são incorporadas funções não previstas na configuração original.

A remoção constante de ar quente e o fornecimento ininterrupto de ar frio – é assim que se caracteriza o funcionamento do ar condicionado de precisão. Além disso, há muitas opções de distribuição das massas de ar.

As unidades internas podem diferir nos tipos de captação e fornecimento de ar para o ambiente. Por exemplo, a captação pode ocorrer na parte frontal, e o fornecimento na parte superior. Este é feito através de um duto de ar localizado entre os tetos – falso e principal.

Existem também outras opções:

1. A captação que ocorre na parte frontal combina-se com o fornecimento na parte superior, diretamente para o ambiente.
2. Na parte superior, a captação é feita através do duto de ar localizado entre os tetos (falso e principal). O fornecimento ocorre, respectivamente, pela parte inferior.
3. A captação ocorre na parte superior diretamente do ambiente, e o fornecimento sob o piso falso é feito pela parte inferior.
4. A captação ocorre na parte traseira e sob o piso falso pela parte inferior, e o fornecimento é feito na parte superior através do duto de ar localizado entre os tetos – falso e principal.

Também acontece que a captação é feita sob o teto falso pela parte inferior e traseira. O fornecimento ocorre diretamente para o ambiente, na parte superior.

A estrutura complexa do ar condicionado de precisão é explicada pela precisão e importância das funções que ele desempenha. No diagrama apresentado, todas essas características são claramente visíveis.

Essa variabilidade de funções explica as amplas capacidades dos condicionadores de ar de precisão.

A estrutura e o mecanismo do modelo selecionado podem ser personalizados de acordo com as características do ambiente onde será utilizado.

Classificação dos condicionadores de precisão

Dependendo da construção das unidades internas, os condicionadores de ar de precisão são classificados nos seguintes tipos:

• de teto;
• condicionadores de ar de precisão do tipo armário;
• entre fileiras.

Dependendo do método de resfriamento dos condensadores, eles podem ser a ar ou a líquido. Tomando como base o refrigerante utilizado – água ou etilenoglicol.

Cada uma das categorias listadas acima tem suas próprias características, vantagens e desvantagens, que devem ser levadas em consideração ao escolher o sistema de controle de temperatura e umidade do ambiente.

Condicionadores de precisão a freon

Para instalações de telecomunicações, são fornecidos monoblocos de freon e sistemas de controle climático do tipo precisão.

Para instalações fixas maiores, são usadas unidades internas do tipo armário e condicionadores de ar entre fileiras.

Os condicionadores de ar do tipo armário equipados com evaporador de expansão direta, também conhecidos como de freon, são reconhecidos como a solução clássica e mais econômica em termos de custos de capital para salas de servidores.

É assim que os condicionadores de ar de precisão de freon se parecem em corte transversal. O diagrama mostra o mesmo dispositivo, apenas de ângulos diferentes.

Existem várias opções de configuração: com condensador externo com resfriamento a ar, com condensador de resfriamento a líquido embutido, bem como equipadas com torre de resfriamento seco.

Os condicionadores de ar entre fileiras com expansão direta (categoria codificada como DX) também se distinguem por tipos semelhantes de condensadores.

Dispositivos de precisão líquidos

Os condicionadores de ar de precisão do tipo armário equipados com trocador de calor a líquido são usados em esquemas de resfriamento com chiller como unidades terminais.

Neste caso, a confiabilidade operacional e a temperatura de resfriamento são determinadas pelo esquema principal adotado de fornecimento de resfriamento do local – o esquema inclui a presença de chillers e grupos de bombas.

Os custos de capital iniciais são 30-40% superiores aos custos associados aos condicionadores de ar de freon. Não se pode deixar de notar que, ao otimizar o esquema de fornecimento de resfriamento, é possível reduzir os custos operacionais.

Ar condicionado de precisão com freecooling

O mecanismo de funcionamento deste tipo de condicionador de ar baseia-se no uso de baixas temperaturas externas.

O resfriamento livre (em inglês – free cooling) é fácil e simplesmente implementado em um condicionador de ar de precisão de freon do tipo armário com condensador (a líquido) e torre de resfriamento seco.

Ar condicionado de precisão equipado com freecooling – diagrama do dispositivo com 2 circuitos (vermelho indica o trocador de calor líquido, azul indica o que contém etilenoglicol)

Será necessário um 2º trocador de calor (líquido) e etilenoglicol, que preenche o circuito da torre de resfriamento seco. Quando a temperatura ambiente cair para o nível calculado, o resfriamento ocorrerá devido ao funcionamento do 2º circuito – trocador de calor e torre de resfriamento.

Apesar do aumento dos investimentos iniciais na compra de equipamentos adicionais, o período de retorno dessas unidades será inferior a 2 anos, e um cálculo mais preciso pode ser feito conhecendo o valor das tarifas locais.

Características dos sistemas de redundância

Os condicionadores de ar de precisão, para possibilitar a implementação da redundância de resfriamento, são equipados com trocadores de calor adicionais – líquidos e de refrigerante.

O princípio básico de funcionamento deste sistema não é apenas uma duplicação trivial dos sistemas de resfriamento, mas sim a utilização de sistemas de resfriamento com princípios de operação distintos.

O sistema de redundância permite melhorar significativamente as características funcionais do sistema de ar condicionado, portanto, pode ser instalado em praticamente qualquer ambiente

Em outras palavras, unidades equipadas com diferentes fontes de resfriamento são combinadas em um único dispositivo.

A necessidade de redundância e seu grau são estabelecidos por requisitos normativos de acordo com a classe de tolerância a falhas do objeto – determinada pelo TIER.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo mostra o processo de manutenção de um ar condicionado de precisão por um técnico, com uma análise passo a passo de todas as características de funcionamento deste dispositivo, bem como os requisitos para sua manutenção:

Um ar condicionado de precisão permite manter a temperatura e a umidade do ambiente dentro de uma faixa estreita. Esta função é importante em ambientes onde estão localizados e operam equipamentos sensíveis às mínimas variações das condições climáticas. Por isso, os condicionadores de ar de precisão são utilizados em salas de servidores, data centers e laboratórios de alta tecnologia.

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