1 TÍTULO DO PROJETO DE TRABALHO Sistema para Observação Didática das Correntes de Fluxo de Ar no Efeito Chaminé

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1 1 RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE TRABALHO Pró-Reitoria de Pesquisa, Pós-Graduação, Extensão e Cultura - ProPPEC Departamento de Pesquisa Programa de Bolsas do Artigo TÍTULO DO PROJETO DE TRABALHO Sistema para Observação Didática das Correntes de Fluxo de Ar no Efeito Chaminé 2 ÁREA DE CONHECIMENTO Ciências Sociais Aplicadas - Arquitetura e Urbanismo 2.1 Sub-Área de Conhecimento: Tecnologia de Arquitetura e Urbanismo - Adequação Ambiental 2.2 Grupo de Pesquisa e respectiva área Projeto e Design da Cidade do Edifício e de Interiores 3. COORDENADOR/ ORIENTADOR João Luiz Pacheco joaopacheco@univali.br 4. BOLSISTA Thais Regina do Nascimento Reibnitz Thais.reibnitz@univali.br 5. CENTRO Ceciesa CTL 6. CURSO Arquitetura e Urbanismo

2 2 SISTEMA PARA OBSERVAÇÃO DIDÁTICA DAS CORRENTES DE FLUXO DE AR NO EFEITO CHAMINÉ João Luiz Pacheco (Orientador); Thais Regina do Nascimento Reibnitz (Bolsista) (Orientador) Departamento de Arquitetura e Urbanismo Ceciesa.com Universidade do Vale do Itajaí Univali, Brasil joaopacheco@univali.br (Bolsista ) Departamento de Arquitetura e Urbanismo Ceciesa.com Universidade do Vale do Itajaí Univali, Brasil Thais.reibnitz@univali.br RESUMO A ventilação dos ambientes construídos através do Efeito Chaminé, bem como a calefação destes ambientes através do uso da energia solar direta, exigem projetos, de arquitetos e engenheiros, adequadamente elaborados para que se consiga obter melhor aproveitamento desta estratégia natural de conforto ambiental. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema que, quando em uso didático, esclareça ao aluno em aula de laboratório através da visualização das correntes do fluxo de ar, os efeitos que as variáveis físicas envolvidas proporcionam sobre a produção de ventilação natural por efeito chaminé nos ambientes projetados. A visualização das corretes convectivas geradas pelo processo de termossifão foram simuladas em maquetes apropriadas. Palavras-chaves: efeito-chaminé; ventilação; termossifão. 1 INTRODUÇÃO 1.1 A ventilação participa das trocas de calor por convecção e das perdas térmicas por transpiração Ao definir a forma, volume e altura de um ambiente construído é necessário avaliar se o efeito da subdivisão do espaço interno foi estudado experimentalmente, concluído-se que a distribuição das repartições internas e a localização das janelas devam ajudar o ar a sopra e também considerar que estas mesmas aberturas quando corretamente projetas não só facilitem a entrada de ar como redistribuam adequadamente a ventilação no ambiente. (DE MASCARÓ, 1991:90). Outro fator importante a ser considerado é o fato que o homem é um ser homeotérmico e que necessita constantemente perder calor gerado internamente em seu corpo pela queima das calorias dos alimentos. Isto significa, por exemplo, que a ventilação torna-se elemento indispensável nas trocas térmicas pelo fato que ela participa tanto do processo das trocas de calor por convecção e como das perdas térmicas por transpiração. (LAMBERTS, 1997: cap.3). Fatores como este, associados ao fato de que toda ventilação geradora de conforto térmico deve ser distribuída adequadamente, e ainda considerar as características climáticas do local, muitas vezes, dificultam a compreensão, análise e tomada de decisões no momento do projeto. 1.2 A simulação para observação do efeito de estratégias conjuntas de ventilação Como destaca Montenegro (1984: cap.12), o sistema de entrada e saída de ar deve ser controlável de modo que a arquitetura projetada tenha sempre integração e harmonia com as variações térmicas do meio ambiente. Deve-se ainda considerar que estratégias conjuntas também podem ser aplicadas a diferentes recintos de um mesmo prédio. Por exemplo, a ventilação cruzada pode ser usada no lado de pressões positivas e nos espaços do pavimento superior, enquanto que a ventilação por efeito chaminé pode ser usada no lado de pressão negativa e nos espaços inferiores que tiverem pouco acesso aos ventos. (BROWN, 2004: cap. 3). O uso das equações matemáticas para soluções analíticas do cálculo do fluxo de ar por efeito chaminé da localização, distribuição e dimensões das aberturas na

3 3 avaliação do desempenho térmico das edificações (FROTA, 1995: cap. 5) é por vezes complexo, o que sugere o uso de soluções gráficas (BROWN, 2004:171) trabalhosas e pouco eficientes, ou, sugere ainda, o uso de sistemas que simulem a ventilação. 2 OBJETIVOS Este artigo tem com objetivo apresentar um trabalho de pesquisa elaborado para estudar, desenvolver e construir um sistema que através do uso de maquetes possibilite a observação, comparação e simulação da ventilação gerada por efeito chaminé em ambientes projetados. 3 METODOLOGIA 3.1 Simulador usando água em substituição ao ar do interior do ambiente A metodologia empregada para a construção do equipamento esta baseada no princípio físico de que todo fluído, ar ou água, mais aquecido que o seu entorno sobe em uma corrente convectiva. O simulador é uma maquete de uma edificação na qual o ar de seus ambientes internos é substituído por água e uma pequena resistência elétrica simula a dissipação de calor do ambiente interno. As diferentes direções e velocidades das linhas de fluxo do ar ascendente geradas pelo efeito chaminé são visualizadas através de injeção de água colorida no ambiente interno da maquete. 3.2 Sistema básico para receber as maquetes usadas nas simulações O equipamento construído foi resultado de um processo de projeto que envolveu o desenvolvimento, com posterior análise, de diversos desenhos propondo um sistema que permita ao aluno construir de forma fácil e rápida as maquetes a serem usadas para simular o efeito-chaminé. Os desenhos e projetos das possíveis formas a serem usadas como sistema básico para receber as maquetes usadas nas simulações evoluiu para a forma mostrada nas imagens abaixo (figura1 e figura 2). O sistema possui um taque de água com vidro transparente no qual são colocadas as maquetes que são construídas entre duas placas de vidro transparentes para permitir a observação do fluxo convectivo que é destacado através de água colorida. Figura 1. Placas de vidro transparentes com maquete.

4 4 Figura 2. Equipamento com tanque e placas de vidro transparentes. 4 ANÁLISE DE RESULTADOS 4.1 O uso de perfil de borracha na construção das maquetes Os primeiros protótipos mostravam as dificuldades de encontrar o material adequado para ser usado na construção das divisórias das maquetes. O material a ser usado deve ser um perfil de borracha com dimensões compatíveis com as maquetes, macio para permitir a vedação da água, encontrado com facilidade no mercado e de fácil manuseio e corte por parte dos alunos que construirão suas maquetes. Figura 3. Montagem de maquete entre duas placas de vidro usando perfil de borracha na construção das divisórias entre os ambientes.

5 5 4.2 Imagens das simulações de efeito-chaminé As imagens a seguir mostram detalhes do fluxo ascendente das correntes termo-convectivas em diferentes momentos de simulações através do uso de maquetes colocadas no sistema desenvolvido. Como pode ser observado o sistema mostra as linhas de fluxo de forma bem evidente e didática permitindo avaliar com muita facilidade se a proposta de projeto será beneficiada ou não com a ventilação por efeito-chaminé. Figura 4. Sistema com maquete mostrando o início do processo das correntes convectivas geradas pelo efeito chaminé. Figura 5. Sistema com maquete mostrando detalhe do início do processo das correntes convectivas geradas pelo efeito chaminé.

6 6 Figura 6. Sistema com maquete mostrando as correntes convectivas geradas pelo efeito chaminé desde sua formação no ambiente analisado até a sua saída do edifício. 5 CONCLUSÕES Como resultados da pesquisa pode-se afirmar que: O equipamento desenvolvido demonstra com clareza as correntes convectivas geradas pelo termossifão podendo ser usado, para demonstrações didáticas, como simulador do efeitochaminé para que os alunos compreendam com maior clareza como ocorrem as distribuições de fluxo de ar na ventilação gerada por este fenômeno físico. Formas adequadas ao manuseio rápido por parte dos alunos necessitam ser desenvolvidas para que o equipamento seja melhor aproveitado como instrumento para o uso didático. Este primeiro equipamento desenvolvido necessita ser mais utilizado pelos alunos em atividades de Conforto Ambiental, para que as questões ligadas a maior praticidade de seu manuseio sejam melhor identificadas. 6 REFERÊNCIAS BROWN, G.Z. Sol, Vento e Luz: Estratégias para o projeto de arquitetura. Porto Alegre: Bookman, DE MASCARÓ, Lucia R. Energia na edificação. São Paulo: Bandeirante, FROTA, Anésia Barros. Manual de conforto térmico. São Paulo: Studio Nobel, MONTENEGRO, Gildo. Ventilação e cobertas. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, 2004.