Climatização. Prof. Ramón Eduardo Pereira Silva Engenharia de Energia Universidade Federal da Grande Dourados Dourados MS 2014

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1 Climatização Prof. Ramón Eduardo Pereira Silva Engenharia de Energia Universidade Federal da Grande Dourados Dourados MS 2014

2 Ventilação Natural Energia Solar Térmica Prof. Ramón Eduardo Pereira Silva Engenharia de Energia Universidade Federal da Grande Dourados Dourados MS 2014

3 Ventilação por Ação dos Ventos A ventilação natural pode ser provocada pela ação dos ventos. Embora ocorra de forma intermitente, o fluxo de ar ocasiona um escalonamento das pressões externas no sentido horizontal. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

4 Ventilação por Ação dos Ventos Diferenças de pressão da ordem de 0,5 N/m² (0,05 mmh 2 O) já são suficientes para obtermos correntes de ar satisfatórias, desde que haja caminho adequado para elas CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

5 Ventilação por Ação dos Ventos A ventilação natural consiste em proporcionar a entrada e a saída do ar de um ambiente de forma intencional e controlada graças a aberturas existente para esse fim. Por exemplo Janelas Portas Lanternins CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

6 Ventilação por Ação dos Ventos A ventilação natural consiste em proporcionar a entrada e a saída do ar de um ambiente de forma intencional e controlada graças a aberturas existente para esse fim. Por exemplo Janelas Portas Lanternins CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

7 Ventilação por Ação dos Ventos O fluxo de ar que penetra ou sai pelas aberturas de um prédio de forma natural depende: da diferença entre as pressões existentes no exterior e no interior do prédio ou recinto; da resistência oferecida à passagem do ar pelas aberturas; CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

8 Ventilação por Ação dos Ventos A diferença de pressão é uma consequência da ação direta do vento sobre as paredes e coberturas e; Da diferença entre as densidades do ar no interior e no exterior do prédio (efeito chaminé) CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

9 Ventilação por Ação dos Ventos CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

10 Ventilação por Ação dos Ventos Para que se possa tirar partido da ação do vento as aberturas de entrada dos ventos devem ser projetadas para o lado dos ventos dominantes (zona de pressão positiva). As saídas de ar devem ser colocadas em região de baixa pressão exterior como por exemplo: Nas paredes laterais à fachada que recebe os ventos dominantes; Na parede oposta àquela que recebe os ventos dominantes. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

11 Ventilação por Ação dos Ventos As saídas podem consistir em lanternins e claraboias ventiladas colocadas em locais dos telhados e coberturas onde a pressão é mais baixa, ou seja, onde a velocidade do ar é maior. As chaminés representam a solução para a saída de gases ou ar em temperatura tal que sua densidade menor permita sua elevação até a atmosfera exterior. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

12 Ventilação por Ação dos Ventos CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

13 Ventilação por Ação dos Ventos Como se sabe, as condições do vento não são sempre as mesmas, variando de intensidade e direção ao longo do ano e mesmo durante o dia. Por essa razão, a ventilação natural por ação do vento não garante a uniformidade. Porém, essa condição não invalida sua adoção em muitos casos, desde que o ar interno não contenha poluentes. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

14 Ventilação por Ação dos Ventos Conhecendo-se a velocidade média sazonal dos ventos locais e adotando-se 50% desse valor como base para o cálculo pode-se determinar a vazão de ar (Q V ) em pés cúbicos por minuto (ft³/min) utilizando a seguinte equação: Q v = φ. A. v Onde: A = área total em pés quadrados (ft²); v = velocidade do vento em pés por segundo (ft/s) φ = fator de correção 0,5 < φ < 0,6 para ventos perpendiculares à parede, e 0,25 < φ < 0,35 para ventos diagonais CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

15 Ventilação por Ação dos Ventos Qual é a vazão de ar que penetra em um recinto perpendicularmente a uma parede onde existem quatro aberturas de 4 x 1,5 m sendo a velocidade média sazonal do vento de 2,0 m/s. (1 m = 3,28 ft,1 min = 60 s). Solução: Área total = 4 x (4 x1,5) = 24 m² 1 m² = 10,76 ft² Área total = 24 x 10,76 = 258 ft² 1 m/s = 3,28 ft/s 2,0 m/s = 3,28 x 6,0 x 20 = 393,6 ft/min Considerando 50% da velocidade média sazonal v= 196,8 ft/min Vento perpendicular - φ = 0,5 Q = φ. A. v = 0,5 x 258 m 2 x196,8 ft min ft3 m3 = = 716 min min CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

16 Ventilação por Ação dos Ventos Q = φ. A. v = 0,5 x 258 m 2 x 196,8 ft min = ft3 min 1 ft³ = 0,03 m³ ft³/min = 762 m³/min = 12,76 m³/s CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

17 Movimento do Ar em Razão da Diferença de Temperatura A menor densidade do ar quente faz com que o mesmo se eleve e tenda a escapar por aberturas colocadas nas partes elevadas. Esse escoamento é conhecido por efeito de chaminé CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

18 Movimento do Ar em Razão da Diferença de Temperatura CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

19 Movimento do Ar em Razão da Diferença de Temperatura A vazão proporcionada pelo efeito de chaminé é dada por: Q c = 9,4. A. h. T i T e Onde: Q c = vazão de ar (ft³/min cfm); A = área livre das entradas ou saídas consideradas iguais (ft²); h = diferença de alturas (ft) T i = temperatura do ar interior à altura das aberturas de saída ( F) T e = temperatura do ar exterior ( F) 9,4 = constante de proporcionalidade, incluindo o valor correspondente a 65% de efetividade das aberturas. Para condições de escoamento entre a entrada e a saída não forem favoráveis, a constante deve ser considerada 7,2. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

20 Movimento do Ar em Razão da Diferença de Temperatura As equações indicadas acima se referem a aberturas de igual tamanho, pois nessa condição a vazão de ar é maior por unidade de área. Quando as áreas não forem iguais deve ser feita uma correção. A correção deve ser feita considerando a menor área de passagem. Um aumento de vazão deve ser obtido no gráfico. Esse valor deve ser adicionado a Q v CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

21 Movimento do Ar em Razão da Diferença de Temperatura Exemplo de correção: para uma relação de 2, o acréscimo de vazão será de 27%. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

22 Combinação entre os Movimentos do Ar em Razão dos Efeitos do Vento e de Chaminé Calculam-se as vazões devidas a ação do vento e devidas à diferença de temperatura. Então somam-se as duas vazões (Q T = Q t + Q v ) Faz-se a relação Q t /Q T Define-se o fator φ para correção de Q t A vazão total real é: Q Tr = φ.q t CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

23 Efeito Combinado - Exercício Uma pequena fábrica medindo 30 x 10 x 5 m existem equipamentos dissipando calor a uma taxa de 3000 BTU/min. A temperatura exterior é de 26,7 C (80 F) e a interior deve ser mantida a 32,8 C (91 F) A área de entrada é de 7m² (75,32 ft²) e a das aberturas de saída 12 m² (129,19 ft²) O vento sopra perpendicularmente à fachada a uma velocidade de 3 km/h (50 m/min = 164 ft/min) CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

24 Efeito Combinado - Exercício PERGUNTA-SE a) Qual é a vazão Q necessária para a remoção do calor gerado no ambiente? b) Quais as vazões correspondentes à ação do vento e ao efeito de chaminé? c) Qual a vazão correspondente à combinação das duas? d) Qual a vazão total real? e) A vazão total real é suficiente para remover a quantidade de calor produzida? CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

25 Efeito Combinado - Exercício a) Qual é a vazão Q necessária para a remoção do calor gerado no ambiente? A quantidade de calor a ser retirada do ambiente é dada por: C r = Q. C p. ρ. 60. (T i T e ) Onde: Q = vazão (ft³/min) Cr = quantidade de calor a ser removida, Cp = calor específico a pressão constante (0,24 BTU/lb. F) ρ = massa específica do ar (0,075 lb/ft³) CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

26 Efeito Combinado - Exercício a) Qual é a vazão Q necessária para a remoção do calor gerado no ambiente? Isolando Q Q = ,24.0, (91 80) = cfm CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

27 Efeito Combinado - Exercício b) Quais as vazões correspondentes à ação do vento e ao efeito de chaminé? Q v = vazão devido ao efeito de vento Q v = φ. A. v Vento perpendicular à parede - φ = 0,55 Menor área A = 7 m² = 75,32 ft² Velocidade do vento v = 3 km/h = 164 ft/min (velocidade definida, não média sazonal) CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

28 Efeito Combinado - Exercício b) Quais as vazões correspondentes à ação do vento e ao efeito de chaminé? Q v = vazão devido ao efeito de vento Q v = 0,55. 75, = cfm CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

29 Efeito Combinado - Exercício b) Quais as vazões correspondentes à ação do vento e ao efeito de chaminé? A razão entre as áreas de saída e entrada é A s = 129,12 A e 75,32 = 1,714 A correção de vazão é de 20% Portanto: Q v = 1, = 8153 cfm CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

30 Efeito Combinado - Exercício b) Quais as vazões correspondentes à ação do vento e ao efeito de chaminé? Q t = vazão devido ao efeito de diferença de densidade Q c = 9,4. A. h. T i T e CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

31 Efeito Combinado - Exercício b) Quais as vazões correspondentes à ação do vento e ao efeito de chaminé? Q t = vazão devido ao efeito de diferença de densidade Q c = 9,4.75,32. 3, = 4.253cfm CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

32 Efeito Combinado - Exercício c) Qual a vazão correspondente à combinação das duas? Q T = Q v + Q t = = cfm CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

33 Efeito Combinado - Exercício d) Qual a vazão total real? Razão entre a vazão devido a diferença de densidade e a vazão total é: Q t Q T = = 0,34 φ = 2,2 Q Tr = 2, = 9357 cfm CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

34 Efeito Combinado - Exercício e) A vazão total real é suficiente para remover a quantidade de calor produzida? A vazão requerida para remover o calor é: Q = cfm A vazão real devido às ações do vento e da temperatura é: Q = 9357 cfm Portanto há necessidade de um acréscimo na vazão de: Q = 5794 cfm Portanto a vazão total real não é suficiente para remover a quantidade de calor gerada no interior do galpão. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA

35 Clezar, C.A., Nogueira, A.C.R.. Ventilação industrial. 2ª ed. Editora da UFSC, 2009 REFERÊNCIAS Macintyre, A.J.. Ventilação industrial e controle de poluição. 2ª ed. LTC editora, 2013 Costa, E.C.. Ventilação, Ed Edgard Blucher, 2005 Centro de Formação Profissional para as Energias Renováveis. CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA