VENTILAÇÃO NATURAL. Tipos de Ventilação 16/05/2013. Ventilação natural: Ventilação Natural. Ventilação Forçada. Forças Naturais Envolvidas:

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1 VENTILAÇÃO NATURAL Tpos d Vntlação Vntlação Natural É o movmnto normal do ar qu pod ocorrr por dfrnças d prssão causadas pla ação do vnto ou d tmpratura ntr dos mos consdrados. Prof. Dr. Iran José Olvra da Slva ESALQ - USP. 013 Vntlação Forçada Produzda por qupamntos spcas como xaustors vntladors. É utlzada smpr qu as condçõs naturas d vntlação não proporconam adquada movmntação do ar ou abaxamnto d tmpratura. Vntlação natural: Dslocamnto controlado ntnconal d ar através d abrturas spcífcas (portas, janlas, lantrnm, dutos, tc.) dspostvos para vntlação. Dpnd: - Dfrnça d prssão ntr o ntror o xtror da strutura; - Rsstênca ao fluxo d ar ofrcda plas abrturas ou frstas Forças Naturas Envolvdas: - Forças dvdo ao vnto; - Dfrnça ntr as tmpraturas ntrna xtrna da strutura (Soznha ou combnação d ambas) Caractrístcas do Vnto: - Magntud drção mudam constantmnt; - Varaçõs d até 100% na méda da magntud num ntrvalo d 5 mnutos; - Varaçõs na drção m,5 o num msmo ntrvalo d tmpo, ocasonalmnt d 45 o a 67,5 o Fgura 1. Varação da magntud drção do vnto m função do tmpo 1

2 Forças Dvdo ao Vnto: O fluxo d ar dvdo ao vnto, m torno sobr as struturas, cra as rgõs nas quas a prssão státca é dfrnt da prssão státca do ar não "prturbado". A vlocdad do vnto, portanto, dtrmna a prssão xrcda no xtror da strutura. Vntlação Natural É o movmnto do ar através d construçõs, spcalmnt abrtas, plo uso d forças naturas produzdas plo vnto /ou por dfrnças d tmpraturas. Rcurso bastant fcaz na clmatzação d galpõs. Obtdo através d adquada concpção arquttônca. Para clmas qunts dv sr amplamnt aprovtada. Para adquada vntlação lva-s m conta: clma, tamanho dnsdad do lot, tpo da nstalação pasagsmos natural. Obdc xgêncas hgêncas ou térmcas. Bnfícos Vntlação Natural Prmt altraçõs control da purza do ar: Provndo o galpão d oxgêno; Elmnando amôna, CO outros gass nocvos; Excsso d umdad odors. Possblta, também, dntro d crtos lmts: Controlar a tmpratura a umdad do ar nos ambnts habtados; Aumntando a prda calorífca por convcção. Tpos d Vntlação Natural Vntlação Dnâmca Ponto d alta prssão baxa prssão Ponto d A taxa m qu a vntlação natural ocorr dpnd: - Vlocdad do vnto d sua drção; - Proxmdad das dmnsõs d obstáculos; - Forma localzação d abrturas d ntrada saída d ar. Para tr vntlação vrdadramnt ftva as abrturas dvm star m pards opostas. vntlação cruzada. Vntlação Natural pod ocorrr d formas: VENTILAÇÃO NATURAL DINÂMICA Vntlação por dfrnça d prssão causada pla ação dnâmca do vnto 0,05mmH O são sufcnts para causar corrnts d ar fcnts (dsd qu haja camnho para las). fators mportants qu favorcm a corrnt d ar: dmnsõs localzaçõs das abrturas orntaçõs das nstalaçõs vlocdad drção do vnto (não ofrc garanta d unformdad) Vntlação com fnaldad hgênca Prmt altraçõs control da purza do ar, lmnando amôna, CO outros gass nocvos, xcsso d umdad do ar odors. Aplcada a rgõs fras (baxas tmpraturas): vntlação rlaconada com a rnovação qualdad do ar ntror. Abrturas dos dspostvos (janlas cortnas) d manra tal qu o fluxo d ar s dsloqu naturalmnt pla zona supror da construção. Evtar o fto drto do vnto sobr os anmas. Quantdads d ar a rnovar é pquna abrturas pqunas.

3 Tpos d Vntlação Natural Vntlação Térmca Dfrnça d tmpratura ntr as massas d ar; Dnsdad; Sntdo vrtcal; Abrturas próxmo ao pso; Abrturas no tlhado; Fluxo constant d ar. Vntlação com fnaldad térmca Prmt, dntro d crtos lmts, controlar a tmpratura a umdad do ar, d tal forma qu o ar xpddo, qunt úmdo, sja substtuído assm aumnt a prda d calor dos frangos por convcção. Aplcada a rgõs qunts (altas tmpraturas): vntlação rlaconada com a xtração do calor lbrado plas avs para qu a tmpratura no ntror do galpão não aumnt. Abrturas dos dspostvos (janlas cortnas) d manra tal qu o fluxo d ar s dsloqu naturalmnt por todo o spaço nfror supror, xrcndo uma nfluênca drta sobr o conforto lmnando part do calor acumulado m pards, pso, tto qupamntos Vntlação Natural pod ocorrr d formas: Vntlação Térmca VENTILAÇÃO NATURAL TÉRMICA Vntlação por dfrnça d tmpratura, qu provocam varaçõs na dnsdad do ar. O fto dnomnado d trmossfão ou fto Chamné ocorr ndpndntmnt da vlocdad do ar xtrno. fators mportants qu favorcm o fto chamné: dfcação com abrturas próxmas ao pso ao tto. ar xtrno mas fro qu o ar ntrno. o ar mas dnso ntra o mnos dnso scapa plas abrturas suprors do abrgo. Corrnts ascndnts: ar m contato com os anmas s aquc. Corrnts d ar ntr as fachadas opostas d um pavlhão = Vntlação státca horzontal S: T 1 > T ntão: P 1 < P Tbs 1 SH NH 3 Ar qunt P 1 h Tbs P Ar frsco P 1 P Crculação d ar Tbs 3 CO P3 Ar fro (qu s aquc rapdamnt) T 1 Crculação d ar T Vlocdad do ar: h ntr os vãos. 3

4 Corrnts d ar ntr as fachadas opostas d um pavlhão = Vntlação státca horzontal T Crculação d ar T S, T < T = corrnts d ar tndnts a qulbrar ambas Fgura. Ação da magntud drção do vnto m uma strutura Fgura 3. Zonas d alta baxa prssão causadas pla força do vnto Fgura 4. Eftos do tpo d abrturas sobr a drção do vnto A prssão pod sr: - postva (sobr a strutura ou para dntro dla); - ngatva ("puxando" ar para fora da strutura); - nutra. A prssão státca sobr uma suprfíc da strutura é aproxmadamnt proporconal à vlocdad do fluxo d ar: p v g p= dfrncal d prssão ou carga cnétca, Pa; v v = vlocdad do vnto, m/s; g = aclração da gravdad, 9,81 m/s ; = pso spcífco ou dnsdad do ar, kg/m 3. 4

5 O pso spcífco ou dnsdad () do ar sofr uma pquna varação com a tmpratura, como é dmonstrado abaxo Tmpratura do Ar Pso Espcífco ( o C) (kg/m 3 ) -5 1, ,93 5 1, , ,0 0 1, , ,19 Em condçõs normas d tmpratura prssão v p,1 05,0, v Fgura 5. Drconamnto do vnto m função do tpo d abrtura Fgura 6. Eftos do tpo d fluxo prssão do vnto m função da localzação das abrturas m struturas agrícolas Fluxo Dvdo ao Vnto Város fators dvm sr consdrados para s dtrmnar o fluxo dvdo ao vnto, a sabr: - Vlocdad méda do vnto; - Drção do vnto prdomnant; -Varaçõs dáras sazonas da magntud drção do vnto; -Intrfrêncas locas: struturas próxmas, árvors, ncostas, tc. 5

6 V EA A v V= fluxo d ar dvdo ao vnto, m 3 /s; A A = ára lvr d abrturas, m ; v v = vlocdad do vnto, m/s; E = fcênca das abrturas, admnsonal O cofcnt d fcênca das abrturas (E) é tomado como: 0,50 a 0,60 para vntos prpndculars 0,5 a 0,35 para vntos dagonas às suprfícs. E = 0,35 é um valor rcomndado por ltratura para struturas agrícolas. Fgura 7. Eftos das abrturas barrras físcas sobr o drconamnto do vnto m struturas agrícolas naturalmnt vntladas. Fgura 8. Eftos das formas físcas das nstalaçõs sobr o drconamnto do vnto m struturas agrícolas naturalmnt vntladas. Fgura 9. Eftos das prssõs sobr a strutura agrícola, com ângulo d tlhado d 45 o, naturalmnt vntlada Fgura10. Eftos das prssõs sobr a strutura agrícola, com ângulo d tlhado d 30 o, naturalmnt vntlada 6

7 Exmplo: Obsrvaçõs: Qual o fluxo d ar numa strutura agrícola naturalmnt vntlada, d 30m d comprmnto, com abrtura d bral d 0,08m ao longo d um lado da strutura, quando a vlocdad do vnto é d 9m/s? Dados: E= 0,35 V EA A v,0 3 V, ,7 56 ms As abrturas d ntrada dvm sr colocadas nas pards voltadas para os vntos prdomnants (barlavnto) não dvm sr obstruídas por outros dfícos, árvors, tc.; nquanto qu as saídas dvm sr colocadas: Nas pards opostas aos vntos prdomnants (sotavnto); No tlhado, na ára d baxa prssão causada pla passagm dos vntos; Fgura 11. Esqumas dos ftos das açõs do vnto dfrnça d tmpratura sobr pards d uma strutura Nas pards adjacnts às das abrturas d ntradas ond ocorrm áras d baxa prssão. Forças Dvdo à Dfrnça d Tmpratura 7

8 E V E G V E VV AH E I EAH G AH Fgura 1. Vsualzação das forças nvolvdas dvdo à dfrnça d tmpratura A = ára, m ; H = Altura, m; E = Força d mpuxo, Pa; G = Força dvdo a gravdad, Pa GE R HA HA P P A A T H T T 1 1 T T T Por outro lado, a dfrnça d prssão provoca um dslocamnto d ar, cuja vlocdad é função do dfrncal d prssão, v g P TT P v PH g T TT PH T TT v gh T No movmnto do ar m struturas, dvdo ao fto chamné, ocorrm prdas (frcção, contração, tc.) a quação antror dv sr corrgda por um fator d rdução TT v gh T v= vlocdad do fluxo d ar, m/s; g= aclração da gravdad = 9,81m/s ; H= dfrnça m altura ntr abrturas d ntrada d saída, m; T = tmpratura absoluta ntrna, K; T = tmpratura absoluta xtrna, K; = fator d rdução = 0,3 a 0,5. Quando s obsrva vlocdads muto baxas as prdas são mnmzadas, os valors d ntr 0,6 0,7 são váldos. A ltratura rcomnda utlzar o valor d 0,5 para o fator d rdução. Fluxo Dvdo à Dfrnça d Tmpratura 8

9 Sndo o fluxo volumétrco gual ao produto da ára pla vlocdad, pod-s xprssar o fluxo dvdo ao dfrncal d tmpratura como V V Av A v V T T v gh A T A A gh T T T V = fluxo dvdo à dfrnça d tmpratura, m 3 /s. Em problmas d rmoção d calor, conhcda a quantdad d calor a sr rmovda do ambnt, tndo sdo slconada ou dtrmnada uma dfrnça d tmpratura ntr o ntror o xtror da strutura, o fluxo d ar rqurdo pod sr dtrmnado pla quação CR V ctt p C R = calor a sr rmovdo, J/s; c p = calor spcífco do ar, 1000 J/kg o C; = dnsdad do ar, 1, kg/m 3 ; R T C 100 V T A maor vazão d ar por undad d ára das abrturas ocorr quando as áras das ntradas das saídas são guas. Efto d Abrturas Dsguas Aumntando-s as áras d saída m rlação às áras d ntrada, ou vc-vrsa, aumntar-s-á a vazão d ar, porém, não na msma proporção da ára aumntada. Na prátca, havndo abrturas dsguas, dvs utlzar a mnor ára, adconar-s o aumnto, conform dtrmnado pla Fgura 13. Fgura 1. Porcntagm d Incrmnto m função da razão ntr áras d abrturas Fgura 13. Tpo d abrtura utlzando o prncípo d dfrnça d tmpratura 9

10 Exmplo: Qual o fluxo d ar numa strutura agrícola naturalmnt vntlada, com ára d ntrada d ar d m d saída d 4m, sabndo-s qu a vlocdad do vnto é d 4m/s? AS 4 R I 5,1% 5 A E Logo a ára ftva é d Fgura 14. Tpos d abrturas, na cumra, utlzando o prncípo d dfrnça d tmpratura A ftva,1 55, m AE v,0 3545, 5,3 sm Q 3 V ftva v O modlo d dfrnças d prssão qu agm numa strutura dpnd da magntud d todas as fonts agnts d prssão da dstrbução das abrturas d ntrada saída da strutura. Eftos Combnados do Vnto da Dfrnça d Tmpratura Dv-s notar qu quando os ftos são combnados, o fluxo ftvo rsultant não é gual à soma dos fluxos calculados sparadamnt. Um método rlatvamnt smpls para dtrmnar o fluxo ftvo consst m: Estmar os fluxos sparadamnt (Q V Q ) Calcular a razão (R) ntr o fluxo dvdo ao dfrncal d tmpratura o fluxo total Dtrmnar o fluxo total pla soma dos fluxos nvolvdos Q Q Q T V Q R Q T 10

11 Utlzando a Fgura 15, dtrmnar o fator multplcatvo (M) para stmar o fluxo ftvo (Q ftvo ) m função do fluxo dvdo à dfrnça d tmpratura R MQ M ftvoq Fgura 15. Fator multplcatvo ao fluxo dvdo à dfrnça d tmpratura, m função da razão ntr o fluxo dvdo à dfrnça d tmpratura total Exmplo: Uma strutura com 30m d comprmnto, 1m d largura,4m d pé-drto é naturalmnt vntlada, tndo 0,0m d abrtura d bral ao longo das pards d 30m ára d abrtura quvalnt na cumra. Sabndo-s qu a vlocdad do vnto é d 3,0m/s, as tmpraturas xtrna ntrna são, rspctvamnt, 15 o C 0 o C, a dfrnça ntr as ntradas saídas é d,0m d altura, dtrmn o fluxo d vntlação a capacdad d rmoção d calor Fluxo dvdo ao vnto AAA 30,0 0 0,6 m v3 sm 3 QEA v,0 35 0,6 0,3 3,6 ms V s ftva ftva v Fluxo Total Fluxo dvdo à dfrnça d tmpratura Hm T 073, 15 93, 15 K T 1573, 88, 15 K A 0,6 m ftva TT Q 93, 15 88, 15 A gh 5,0 0,6,9 810, T 93, 15 3 Q 4, ms 1 1 Q QQ V 3,6 4, 7,8 T 3 Razão (R) Q 4, R 8 % Q T 7,8 Fluxo ftvo (Q ftvo ): sm Fator Multplcatvo (M): R 8 % M 7, QM 7, 4, 5,6 sm Q 3 ftvo 11

12 Calor Rmovdo (Cr): Cr Q ftvo ct p 3 3,1 mj Cr , 40,36 sj 6,36 kj s kw Crsm 5, kg kgk 93, 15 8, 15 K Fgura 16. Rlaçõs d mddas das abrturas m função da largura da strutura Fgura 17. Vsualzação das forças dvdo ao vnto m struturas agrícolas 1