1. SISTEMAS DE VENTILAO INDUSTRIAL

A ventilao um processo de renovao do ar em recintos

Pode ser por meios naturais (ventilao natural) ou por meios mecnicos (ventilao forada) Seu objetivo controlar a pureza do ar dando bem estar e segurana das pessoas.A Ventilao Industrial pode ser adotada para: Controle de contaminantes em nveis aceitveis Controle da temperatura e umidade para conforto Preveno ao fogo e a exploses.

1.1 Ventilao Local Exaustora VLE

Realizada com equipamento captor de ar junto fonte poluidora. As fontes de poluio so localizadas e identificadas no interior do ambiente. O contaminante capturado antes de se espalhar pelo recinto. Ambientes indstrias com cabinas de pintura, aparelhos de solda, forjas, foges, tanques de tratamentos qumicos, esmeris, mquinas de beneficiamento de madeira, transporte de materiais pulvurentos, etc.

1.2 Ventilao Geral Diluidora VLE

Ventilao do ambiente de modo geral. No existe fontes de poluio localizadas em pontos perfeitamente identificveis. Para ambiente limpos (auditrios, lojas) pode se adotar o insuflamento Para salas de mquinas e ambientes com p pode ser adotado processo de aspirao. Processos mistos so adotados quando se deseja extrair o contaminante e ao mesmo tempo manter o ambiente estanque ao ar exterior e suprido com ar filtrado (Ex. sala de fumantes).

1.3 Ventilao Geral Diluidora VGD

A ventilao geral diluidora atua de maneira a minimizar a concentrao do contaminante por meio de sua diluio. A ventilao geral diluidora permite dentro de certos limites o controle da temperatura, da umidade e da velocidade do ar.Infliltrao: movimentao do ar no controlado, atravs de aberturas e frestas existentes.Ventilao: deslocamento controlador do ar atravs de aberturas especficas e dispositivos para ventilao.Ventilao Natural: movimentao do ar (infiltrado ou ventilado) pelo diferencial de presso provocado pela ao do vento ou diferena de massa especifica entre o ar externo e o interno.Ventilao Forada ou Mecnica: Diferena de presso provocada pela ao de um ventilador (insuflamento ou por exausto).Componentes de uma Instalao deVentilao Geral Diluidora:(a) Toma de ar externo(b) Filtro(c) Ventilador de insuflamento(d) Dutos(e) Bocas de insuflamentoBocas(f) Exauto(g) Ventilador de exausto

1.4 Tipos de Ventilao Geral Diluidora VGD

1.4.1. VGD - Sistema por Insuflamento:

O ventilador sopra o ar novo para dentro do recinto ventilado. A presso do ar no interior do ambiente (Ps) torna-se maior que a presso do ar da vizinhana(Pe). O ambiente fica pressurizado. O diferencia de presso (Ps - Pe) permite a sada do ar para o entorno pelas aberturas especificas e frestas existentes. Permite o controle da qualidade do ar (filtros).

1.4.2. VGD - Sistema por Exausto.

ventilador aspira o ar contaminado fora do recinto ventilado. A presso do ar no interior do ambiente (Ps) torna-se menor que a presso do ar na vizinhana (Pe). O ambiente torna-se despressurizado ou com presso negativa. O diferencial de presso (Pe - Ps) permite a entrada de ar novo do entorno pelas aberturas. Difcil de controlar a pureza do ar novo em funo das aberturas e frestas. Permite facilmente o controle do ar lanado no ambiente externo.

1.4.3. VGD - Sistema Misto.

Combina os dois tipos anteriores, podendo ser o ambiente interno pressurizado ou despressurizado. Ventilao de sanitrios e cozinhas deve manter o ambiente em presso negativa, evitando que os contaminantes e odores gerados se espalhem pelos ambientes vizinhos.1.5 Ventilao Local Exaustora VLE

O contaminante removido junto ao ponto onde gerado evitando que se espalhe no ar do recinto, requerendo quantidades menores de ar.Componentes:Captor: Ponto de entrada do contaminante a ser aspiradopelo sistema. O sucesso ou falha de um sistema de VLEesta diretamente relacionado com o projeto do captor.Dutos: Utilizados para conduo do ar contaminante,interligando os componentes do sistema.Ventilador: fornece a energia requerida para oescoamento.Coletor: Remoo dos contaminantes do ar.Equipamento de controle da poluio. Evita acontaminao atmosfrica no meio ambiente. Podem ser sistema centralizados ou sistemas unitrios.

2. ENERGIA EM SISTEMAS DE VENTILAO

Curva do Sistema

Os sistemas de ventilao industrial so constitudos pelos dutos com peas e acessrios (filtros, lavadores, registros e outros). O sistema oferece resistncia ao escoamento provocando a denominada perda de carga que a dissipao de energia ocorrida pela resistncia ao escoamento do gs pelo sistema.A figura abaixo mostra um sistema tpico de ventilao exaustora para captao e filtragem ou lavagem do ar que contm impurezas.

Ponto "e": Ponto de captao do gs contaminado na coifa.Ponto "o": Ponto de aspirao do gs contaminado do gs na entrada do ventilador.Ponto "3": Ponto de insuflamento do gs na boca de sada do ventilador.Ponto "4": Ponto de sada do gs j limpo lanado na atmosfera.

Equao de Energia entre "e" e "0"

Considera-se como plano de referncia que passa por "0", sendo Jr a perda de carga entre "e" e "0".Observa-se que pe representa a presso atmosfrica. A relao pe/ representa a altura equivalente da presso atmosfrica (Hatm) que pode ser fornecida por exemplo em mm de coluna de gua. Jr representa a perda de carga na tubulao de aspirao (dutos + acessrios).

Fazendo: substituindo considerando desprezvel o termo he .

A partir desta expresso podemos explicitar a presso total na boca de entrada do ventilador:

Equao de Energia entre "3" e "4"

Considera-se como plano de referncia o que passa por "0".

Observa-se que p4 representa a presso atmosfrica, e a relao p4/y representa a altura equivalente da presso atmosfrica (Hatm) que pode ser fornecida por ex: em mmH20. Fazendo desprezvel a presso equivalente da coluna de gs "i" e h4 a expresso anterior fica simplificada como:

Desta forma se obtm a presso total na sada do ventilador:

Altura til de Elevao:

Tambm podemos escrever:

Substituindo as expresses obtidas anteriormente se obtm:

Considerando como JT a perda de carga total do sistema (soma das perdas de carga de todos os componentes do sistema) obtemos finalmente a equao caracterstica do sistema de ventilao.

Que pode ser representada numa curva caracterstica como:

Curvas do Sistema

A curva do sistema representa a perda de carga total no sistema incluindo a perda de carga dos dutos, equipamentos de controle, dampers e outros componentes do sistema. O ponto de operao do ventilador deve coincidir com o ponto de operao do sistema, tal como representado na Fig.5 A vazo do sistema exatamente igual a capacidade do ventilador. A presso desenvolvida pelo ventilador coincide exatamente com a resistncia do sistema.Dependendo do tipo de perda de carga, o sistema pode apresentar diferentes equacionamentos.

Tabela 1. Curva Caracterstica de diferentes tipos de sistemas

O Boletim Tcnico N 8 da OTAM (Caracterstica dos Sistemas de Ventilao e dos Ventiladores) apresenta uma explicao detalhada de cada um destes sistemas.

3. Perda de Carga em Sistemas de Ventilao

Tal como nos sistemas de bombeamento de gua, nos dutos de ventilao industrial carateriza-se o escoamento em funo do nmero de Reynols.

Re < 2000 escoamento laminar.Re > 2000 e menor que 4000 escoamento de transio (escoamento instvel)Re > 4000 escoamento turbulento.

Onde V a velocidade media no duto, D o dimetro interno do duto e , viscosidade cinemtica do gs.Perda de Carga em tubulaes de seo circular

Em sistemas de bombeamento a perda de carga era dada em m de coluna de fluido. Nos sistemas de ventilao industrial se trabalha diretamente com a presso (Pa) ou em milmetros de coluna de gua (mmH20). Expressa em Pascal dada pela expresso:

Onde a massa especfica do gs e f o fator (ou coeficiente) de atrito da tubulao. Para regime laminar pode ser utilizado f = Re/64 e para regime turbulento e transio pode ser utilizada o diagrama de Moody ou equaes que representam tal diagrama.

Coeficiente de Atrito:

Determina-se em graficamente pelo diagrama de Moody em funo de Re e /D, onde a rugosidade do material da tubulao, ou com equaes que dependem do regime de escoamento. Podemos utilizar por exemplo a seguinte expresso:

A eq. vlida para:

Perda de Carga dos Acessrios

Em anexo apresentam-se diferentes valores do coeficiente de perda de carga K.

Perda de Carga de Carga Unitria

Podemos expressar a perda de carga em milmetros de coluna de gua (mmH20), desta forma:

Desta forma:

Considerando a perda de carga por metro de tubulao denominado Ju=hH20/L

Para uma tubulao com um comprimento L a perda de carga ser

Expressando a Eq. de Ju, em funo da vazo e da rea (Q=vA) onde Q dada em m3/s e A em m2.

Expresso a rea da seo transversal da tubulao em funo do dimetro:

Quando se utiliza o mtodo de igual perda de carga, se fixa o valor de perda unitria Ju. Assim, podemos dimensionar, para outros trechos do sistema com vazes diferentes, o dimetro da tubulao:

Dimetro Equivalente

Se utiliza para determinar o comprimento caracterstico de uma seo no circular. O Deq fundamenta-se na determinao do dimetro de um duto circular, que apresenta uma fora media resistente ao escoamento, igual que apresente o duto de seo qualquer. Isto com perda de carga equivalente.

Dimetro Hidrulico:

Representa um dimetro equivalente, considerando uma mesma velocidade do escoamento.Dimetro Equivalente Industrial:

Representa o dimetro equivalente para uma mesma vazo do escoamento. Utilizado no mbito de ventilao industrial e condicionamento de ar.

Exemplo1. Ar escoa com uma vazo de 100 m3/h. Determinar o dimetro do duto e a perda de carga por unidade de comprimento (metros) no duto. Resposta. J= 0,17mmH20/m D=60cmExemplo2. Determinar a dimenso do duto de ar de seo retangular de lados igual a 1 (seo quadrada) , que equivalente ao duto de seo circular do exemplo anterior. Resposta. Lados: a=55cm b=55cm.

4. Dimensionamento de Dutos

O dimensionamento de dutos realizado em funo da vazo e perda de carga total do sistema. So levados em considerao critrios de espao disponvel (por exemplo, no forro dos vrios andares do edifcio, ou sob o piso falso de um ambiente), economia, gerao de rudos e deposio de particulado slido e p. Um duto de grande dimetro vai provocar perda de carga reduzida (baixo custo operacional, menor custo de investimento no ventilador), baixo nvel de rudo (proporcional velocidade do escoamento), mas poder apresentar deposio de material slido e poeira e, conseqentemente, de ser um meio de cultura de bactrias, alm de ter um custo inicial elevado. Um duto de pequeno dimetro, por outro lado, ter um custo inicial reduzido, a velocidade ser superior mnima para provocar deposio de p, mas ocasionar uma elevada perda de carga e alto nvel de rudo. Como ento estabelecer as dimenses dos dutos de ventilao, levando em conta estes mltiplos critrios? Existem normas que fixam valores mximos para a velocidade do gs em dutos, dependendo da finalidade a que se destina o sistema de ventilao, como a da tabela reproduzida a seguir, que foi obtida da NB-10. A velocidade mnima pode ser ditada pelo critrio de deposio de particulado slido ou p. Mas, entre este valor mnimo e o valor mximo estabelecido por norma, qual o valor adequado? A economicidade do sistema e, principalmente, os requisitos impostos pela distribuio de ar em um sistema de ventilao complexo, que tem dutos principais, dutos secundrios e ramificaes, que ditaro o valor ideal da velocidade do escoamento e, conseqentemente, do tamanho do duto a ser utilizado. O clculo da perda de carga em dutos de sistema de ventilao utiliza os mesmos conceitos e metodologia dos sistemas de bombeamento. Referncias fundamentais : Publicaes (Handbooks) da ASHRAE American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (Hanbook of Fundamentals e o Handbook of Applications).

4.1 Procedimentos para Projeto de Sistemas de Ventilao

Projeto de Sistema de Ventilao Simples (Com um duto somente, sem ramificaes) Fixao das dimenses do duto e o clculo da perda de carga. Seleo do ventilador, nas condies operacionais e em critrios como a gerao de rudo, tipo de acionamento. Correo da curva caracterstica do ventilador para o estado do ar na suco. Determinao do ponto de operao entre a curva do sistema com a curva corrigida do ventilador.Projeto de Sistema de Ventilao Complexo (Com vrias ramificaes) Fixar as dimenses dos dutos, seleo de elementos auxiliares e clculo da perda de carga, a partir do estabelecimento da vazo total e das vazes em derivaes e ramificaes. Seleo do ventilador em funo das condies operacionais (vazo e presso total) considerando critrios como nvel de rudo, tipo de curva caracterstica, tipo de acionamento, tamanho. Correo da curva caracterstica do ventilador para o estado do ar na aspirao. Determinao do ponto de operao do sistema (vazo e presso total do ventilador), e vazo e presses ao longo dos dutos de insuflamento e retorno, principais, secundrios e derivaes. Projeto do sistema de dutos: traado, seleo do material, sustentao e ancoragem, desenhos para construo e montagem. Distribuio de ar no ambiente a ser insuflado e/ou aspirado.

4.2 Dimensionamento de Sistemas de Ventilao Simples

Os sistemas de ventilao simples so formados pelos dutos de aspirao e insuflamento ( montante e jusante, isto , antes e depois do ventilador), e tm poucas ou nenhuma ramificao. Nestes casos se utiliza o procedimento de clculo conhecido como o mtodo da velocidade. O mtodo da velocidade utiliza os limites de velocidade em vrios trechos do sistema de ventilao impostos por normas, como a NB-10.As etapas do dimensionamento sero as seguintes: Pr-seleo do ventilador baseada nas condies operacionais. Correo da curva caracterstica; especificao dos limites de velocidade nos vrios trechos do sistema e os valores-limite para as dimenses dos dutos neste trechos. Determinao do ponto de operao do sistema. Se o escoamento no sistema incompressvelPT < 500 mmH20 ou v < 100 m/sO tratamento do problema exatamente igual quele adotado para bombas e sistemas de ventilao, desde que a curva caracterstica do ventilador tenha sido corrigida para as condies in-situ do ar. Em sntese:1- Pr-seleo de ventilador com caractersticas apropriadas: vazo, presso total, rotao, rudo, acionamento, fluido de trabalho, eficincia, peso, custo.2- Correo da curva caracterstica do ventilador para a condio real de operao, isto , a densidade do fluido na suco do ventilador.3- Especificao dos valores-limite de velocidade do ar nos vrios trechos do sistema e o conseqente estabelecimento dos valores-limite de dimetro hidrulico dos dutos.4- Clculo da curva caracterstica do sistema de ventilao, aplicando a equao da energia aoescoamento entre as extremidades do sistema de ventilao.O procedimento implica em conhecer as caractersticas fsicas do sistema, algumas determinadas nos tens 1 e 3, anteriores: condies de entrada e sada (presses), comprimento e dimetros de dutos, material do duto, singularidades (curvas, dampers, ramificaes e derivaes, etc). Obtm-se, ento, a presso total do sistema de ventilao

4.3 Dimensionamento de Sistemas de Ventilao Complexos

O dimensionamento de sistemas complexos, com muitas ramificaes, vrios dutos secundrios, ramais, e outros elementos envolve a soluo simultnea de um grande nmero de equaes. Fora disto o sistema esta sujeito a restries de normas (velocidade mxima, por exemplo) ou restries fsicas (espao disponvel). O dimensionamento geralmente realizado com programas computacionais apropriados, com algortmos para a soluo simultnea das equaes e esquemas lgicos para contemplar as vrias restries existentes. Nestes casos o mtodo da velocidade pode ser utilizado para o pr-dimensionamento do sistema. Dois outros procedimentos de clculo so utilizados: Mtodo da igual perda de carga Mtodo da recuperao estticaO mtodo da recuperao esttica produz melhores resultados, em termos de balanceamento do sistema, de consumo de energia e gerao de rudo.Mtodo da Igual Perda de Carga Se trabalha com uma perda de carga constante por unidade de comprimento de duto, isto , um gradiente de presso constante ao longo do sistema de ventilao. Utilizado para projetar os chamados sistemas de baixa velocidade e baixa presso (0 50 mmH2O). Sua principal vantagem que a velocidade reduz-se no sentido do escoamento, e assim h uma menor gerao de rudo.No simples obter um gradiente de presso constante ao longo do sistema: pode haver restrio de dimenses para o duto principal e ramais, os comprimentos podem ser longos, a quantidade de singularidades pode variar substancialmente nos vrios ramais. Por mais que o sistema seja favorvel para dimensionamento com este mtodo, quase sempre o ajuste final do sistema ser obtido com atuao nos dampers, embora de forma menos drstica que no pr-dimensionamento com o mtodo da velocidade.Mtodo da Recuperao Esttica O mtodo da recuperao esttica mais utilizado nos sistemas de mdia presso (50 125 mmH2O) e alta presso (125 250 mmH2O). Consiste em desacelerar o escoamento medida em que energia dissipada como perda de carga. A desacelerao do escoamento obtida com o aumento da seo do duto. O duto cresce no sentido do escoamento. A queda de presso provocada pela dissipao viscosa compensada com a reduo da energia cintica do escoamento. A presso no interior do sistema de ventilao uniforme e qualquer desbalanceamento (por exemplo, o damper de um dos ambientes fechado) ajustado igualmente entre todos os outros ambientes (a vazo que no ser mais insuflada no ambiente que teve o damper fechado ser distribuda igualmente entre todos os demais). A principal desvantagem do mtodo que o duto aumenta de seo transversal no sentido doescoamento.4.4 Rudo no Sistema de Ventilao

Se utiliza com um critrio importante da qualidade do projeto j que pode interferir na sade dosusurios dos ambientes ventilados e refrigerados, o nvel de rudo provocado pelo sistema de ventilao ( o ar, escoando em um duto, ao passar por dampers e grelhas, gera rudo, assim como o ventilador. Estes rudos se propagam pelos dutos e atinge o ambiente habitado).Os nveis de presso sonora (isto , os nveis de rudo por banda de freqncia em que ocorrem) dos ambientes habitados so estabelecidos por normas, o que se denomina de padro de conforto acstico. O sistema de ventilao tem que atender estas normas de sade pblica. A tabela mostra como exemplo, os valores-limite, por banda de freqncia, especificados pela norma uma norma especfica, a NC-65.

O fabricante do equipamento deve fornecer a presso sonora gerada por ventiladores. Caso tal informao no esteja disponvel, deve-se utilizar nveis sonoros de referncia, aplicveis a equipamentos similares aos que sero utilizados no sistema de ventilao. Uma referncia so os manuais ASHRAE Applications da American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers USA. Tais manuais indicam uma metodologia de clculo para valores mdios de referncia da presso sonora provocada por ventiladores de vrios tipos, de acordo com a vazo e a presso de operao.Como exemplo, a tabela abaixo ilustra os valores dos nveis de presso sonora, por banda defrequncia, obtidos para um ventilador axial (tipo "vane-axial") de 1,80 metros de dimetro, operando comQ=100 m3/s e uma presso total H =32 mmH2O:

Clculos de acordo com o ASHRAE Applications, 1980Neste caso o rudo provocado pelo ventilador supera os valores mximos da norma NC-65. Se esta for a norma que deve ser aplicada ao ambiente onde sero instalados estes ventiladores (situao hipottica), ser necessrio instalar atenuadores para atender o nvel de conforto acstico.

ANEXO - TABELAS - Dimensionamento de Sistemas

Tabela A-1 Velocidades Recomendadas para Dimensionamento de DutosContaminantesVelocidade (m/s)

Gases e vapores5 a 5

Fumos7 a 10

Poeira fina10 a 13

Poeira mdia18 a 20

Poeira grossa20 a 23

Partculas grandes, materiais midos> 23

Tabela A-2 Velocidade do ar em dutos e Difusores

ElementoEdifciosIndustrias

pblicos(m/min)

(m/min)

Entrada de ar no duto150-270150-360

Filtros90-110110-120

Lavador de ar150 - 210150-210

Aspirao do ventilador250 - 300300-430

Sada do ventilador600 - 660720-840

Ramais horizontais270-390180-540

Ramais verticais210-360240-480

Difusores (bocas) de insuflamento30-12060-300

Tabela 9.2 Macintyre

Tabela A-3 Renovaes de ar para recintos a serem ventilados

Recinto a ser ventiladoDurao em minutosRenovaes de

dear por hora

cada renovao de ar

Auditrios6-310-20

Salas de conferncia2,4-1,725-35

Restaurantes10-36-20

Escritrios10-36-20

Oficinas7,5-58-12

Cozinhas3-220-30

Fundies12-35-20

Casas de caldeira3-220-30

Sanitrios7,5-38-20

Tabela 6.2 Macintyre

1

Tabela A-4 Velocidades em dutos de ar e equipamentos (extrato da NB-10):DesignaoRecomendada (m/s)Mxima (m/s)

ResidnciasEscolas, teatros,ResidnciasEscolas, teatros,

edifcios pblicosedifcios pblicos

Tomada de ar2,502,54,04,5

do exterior

Serpentina2,252,52,252,5

Resfriamento

Aquecimento

Descarga ventilador

Min5,06,5------

Mx8,010,08,511,0

Duto principal

Min3,55,0--------

Mx4,56,56,08,0

Ramal horizontal

Min3,0------

Mx3,04,55,06,5

Ramal vertical

Min3,0------

Mx2,53,54,06,0

Tabela 9.3 Macintyre

Tabela A-4. Bitolas Recomendadas para Chapas de Ao - Bitola (U.S.S.G)Dimetro (cm)ContaminantesContaminanteContaminante

no abrasivo,abrasivo, concentraoabrasivo, concentrao

servio normalfraca,alta,

Servio severoservio muito severo

20242220

20 a 46222018

46 a 76201816

> 76181614

Tabela A-4 Espessuras das Chapas de Ao (U.S.S.G) U.S Standar GaugeBitola (U.S.S.G)Espessura (mm)

240,64

220,79

200,95

181,27

161,59

141,98

INFORMAO SOBRE VENTILADORES

Tabela A-6 Informaes sobre Fabricantes de Ventiladores

EmpresaSite na Internent

Aulas da UNICAMPwww.fem.unicamp.br/~em712

(material de ventiladores e bombas)

Ventiladores OTAMwww.otam.com.br

Ventiladores VentiSilva Ltda.www.ventisilva.com.br/Index.htm

Ventiladores Pfaudlerwww.pfaudler.com.br/torin.htm

Ventiladores e artigos tcnicoswww.howden.com/library/technicalinfo.html

Fabricante Canadencewww.leaderfan.com

Ventiladores Industriaswww.fansandblowers.com

Penn Ventilationwww.pennvent.com

Air Moviment and Control Associationwww.amca.org

Associao com normas de ventiladores

Continental fanwww.continental-fan.com

Indutrial Ventilationswww.indvent.org/articles.html

Artigos, programas

Softwarewww.elitesoft.com/web/hvacr/heavent.htm

Twin City Fan Companies, Ltd.www.tcaxial.com/tcaxial/index.html

Informao tcnica

Calculo de dutos e perda de cargawww.connel.net/freeware/download.shtml

Calculo de dutos e perda de cargawww.aardweb.com/tims-tools/airtools.htm

Ventiladores para computadoreswww.comairrotron.com/ACFans/default.htm

Referncia

Ventilao industrial: Controle da Poluio, A. J. Macintyre. RJ, Ed. Guanabara, S.A, 1990. Ventilao Industrial, C. A. Clezar. A. C.Ribeiro Nogueira., Ed. Da UFSC., 1999

Instalaes de Ar Condicionado, H. Creder. Ed. LTC. S.A., 2 Edio, 1985.

Tecnologia do Condicionamento de Ar, E. Yamae e Heizo Saito. Ed. Edgar Blucher Ltda., 1986. Industrial Ventilation Workbook, D.Jeff Burton. Carr Printing, 1997.

Material SFM Unicamp. Disciplina de Sistemas Fluidomecnicos., 1999

Manual Tcnico da OTAM, 2001.

O Boletim Tcnico No 8 da OTAM (Caracterstica dos Sistemas de Ventilao e dos Ventiladores).