Nova Metodologia de Cálculo de Sistemas de Ventilação de Cozinhas Profissionais

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1 Nova Metodologia de Cálculo de Sistemas de Ventilação de Cozinhas Profissionais Eng.º Victor Monteiro Vogal da CT 178 INS/CATIM (IPQ) Porto, 7 de Novembro de Plano 1. Introdução 2. Metodologias actuais 3. Novas metodologias 4. Vantagens do cálculo pela carga térmica 5. Concepção e Projecto 6. Cálculo dos caudais exaustão e insuflação 7. Cargas de conforto frio e calor 8. Perdas de carga 9. Resultados 10. Conclusões 2 1

2 1 - Introdução Norma: VDI 2052:2006 e ASTM 1704:2004 A motivação: : eficiência energética e eficiência de ventilação. Objectivos: : obter condições de conforto nas cozinhas profissionais com a minimização de custos. Nova metodologia: : carga térmica com base na teoria da pluma térmica. Método experimental: baseado em estudos científicos e testes de campo Metodologias actuais Método universal [valor de caudal f(tipo de equipamento.)] Método da superfície de cocção [300 l/s*m 2 ] Método da taxa de renovação horária [15 Método da velo. aspiração [v = 0,20 a 0,50 m/s] Método do número de refeições: [15-30 vol/h] Atribuição de um caudal/refeição que se situa entre 10 e 25 m 3 /ref. 4 2

3 3 - Novas Metodologias Método da Convecção Térmica: Utiliza Utiliza-se quando se conhecem os dados dos equipamentos (dimensões, alimentação, tipo, etc.) mas se a potência dos equipamentos. desconhece-se Método da Carga Térmica: Utiliza conhecemos todos os dados relativos aos Utiliza-se quando equipamentos, respectivo funcionamento, tipologia do local e a tipologia da hote. NOTA: Neste método estão excluídas as churrasqueira a carvão vegetal etal ou outros equipamentos que trabalhem com combustíveis sólidos. 5 4 Vantagens do cálculo pela carga térmica A METODOLOGIA UTILIZADA 1. Assenta na teoria da pluma térmica. 2. Reproduz na prática experiências de campo. 3. Introduz o conceito de caudal eficiente. 4. Tem como base a potência e a energia de cada alimentação de cada equipamento. 5. Maximiza a eficiência e minimiza os custos. 6. Pressupõe o conhecimento da emissão do calor sensível emitido por cada equipamento. 7. É um processo moroso, mas muito fiável. 8. Já é utilizada pelas maiores empresas instaladoras na EU. Manequim Térmico 6 3

4 5 - Concepção e Projecto Fase 1 Critérios e Layout Tipo de cozinha Tipo de menu Processos de cocção Equipamentos de cocção Tipo de QAI pretendido Cargas Características internas Pré-selecção (distribuição de ar, arrefecimento, etc.) Fase 2 Lista de Equipamentos Equipa. s de cocção: -Cargas -Energia -Horários Cargas externas Cargas dos equipam. Iluminação Colaboradores Fase 3 Requisitos da(s) Hote(s)/Tectos Tipo de hote Tipo de tecto Caudais de ar: - Exaustão - Indução - Compensação Eficiência do sistema Fase 4 Requisitos de Conforto e Segurança Sistema de distribuição: - Mistura - Deslocamento Condições do ar interior Condições de higiene Condições de segurança Eficiência energética Concepção e Projecto 1. Conhecer 1. as Conhecer normas as e normas regras e de regras boa de prática boa da prática arte da arte 2. Cálculo 2. e Cálculo dimensionamento e Método dimensionamento da Método carga da térmica carga térmica 3. Boa 3. estratégia Boa de estratégia difusão de difusão 4. Equipamentos: 4. eficiência Equipamentos: e eficiência rapidez e (robustez) rapidez (robustez) NP VDI 2052 DW(BS) 172 RSECE QAI HACCP Reg.. 852/04 EN 779 EN Parâmetros Principais: Temperaturas limite: limite: 18ºC(I)/27ºC(V) Velocidade do do ar: ar: 0,20 0,20 m/s(i)/0,32m/s(v) Humidade Relativa: a 65% 65% Nível Nível de de ruído ruído máx.: máx.: db db (A) (A) Nível Nível de de iluminação: lux lux Qualidade do do ar: ar: IDA IDA 2 Velocidade de de exaustão < 9,0 9,0 m/s m/s Velocidade de de insuflação < 6,0 6,0 m/s m/s 8 4

5 5 - Concepção e Projecto Traçado esquemático segundo a simbologia da EN 12792:2003 M M M M + - M RESTAURANTE Cozinha Profissional Concepção e Projecto 1. Conhecer 1. as Conhecer normas as e normas regras e de regras boa de prática boa da prática arte da arte 2. Cálculo 2. e Cálculo dimensionamento e Método dimensionamento da Método carga da térmica carga térmica 3. Boa 3. estratégia Boa de estratégia difusão de deslocamento difusão (efeito deslocamento de (efeito lago) de lago) 4. Equipamentos: 4. eficiência Equipamentos: e eficiência rapidez e (robustez) rapidez (robustez) p ( z + a Dh ) Qconv Kr Q = k. Q p Caudal mínimo teórico p/manter a pluma térmica k Coeficiente empirico. Hote genérica; k = 18 z Distância entre a superfície de cocção e a hote a Distância virtual da pluma térmica; a =1,7 D h Diâmetro hidráulico do equipamento [m 3 /h] [adimensional] [m] [m] [m] Q conv Potência convectiva emitida pelos aparelhos [kw] K r Factor de redução da hote (tipo de hote) [adimensional[ adimensional] 10 5

6 5 - Concepção e Projecto 1. Conhecer 1. as Conhecer normas as e normas regras e de regras boa de prática boa da prática arte da arte 2. Cálculo 2. e Cálculo dimensionamento e Método dimensionamento da Método carga da térmica carga térmica 3. Boa 3. estratégia Boa de estratégia difusão de deslocamento difusão - efeito deslocamento - de efeito lago de lago 4. Equipamentos: 4. eficiência Equipamentos: e eficiência rapidez e (robustez) rapidez (robustez) Concepção e Projecto 3 - Boa estratégia de difusão deslocamento - efeito de lago Pos. 1.º 2.º 3.º 4.º 5.º 6.º 7.º 8.º Cortina de ar MELHOR CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS, QUANDO O OBJECTIVO É O CONFORTO Ar Tratado por UTAN Insuflação por Tecto perfurado - deslocamento Face da hote perfurada Insuflação por plenum na hote Insuflação variável por plenum Grelha na hote com registo Difusor de 4 vias Indução (curto-circuito) MELHOR PIOR Pos. 1.º 2.º 3.º 4.º 5.º 6.º 7.º 8.º A ECONOMIA Ar Filtrado por UVC Plenum posterior Insuflação por plenum na hote Tecto perfurado - deslocamento Insuflação variável por plenum Cortina de ar Indução (curto-circuito) Grelha na hote com registo Difusor de 4 vias Insuflação por 12 6

7 6 - Cálculo dos Caudais 1.º Passo Determinação do diâmetro hidráulico da pluma térmica: 2 L W D h = L + W Z L é o comprimento da da superfície de de cocção de de cada equipamento [m] [m] W --é a largura da da superfície de de cocção de de cada equipamento [m] [m] L x W Z altura entre o plano de de cocção e a hote hote [m] [m] Cálculo dos Caudais 2.º Passo Determinar a potência convectiva, Q conv da pluma térmica Q conv = P n x Qs x b x ϕ P - do [kw] n - é a potência nominal do equipamento [kw] QS QS--é o calor sensível (directo) emitido [W/kW] b --é um um factor de de correcção [0,5 [0,5 a 0,7] 0,7] adimems adimems ϕ é o coeficiente de de simultaneidade (Tabelas) 14 7

8 6 - Cálculo dos Caudais 3.º Passo Determinar o caudal mínimo teórico para estabilizar a pluma p ( z + a D ) Q Kr Q = k h. conv NOTAS: 1 Construir uma uma Folha de de Cálculo (Excel) 2 Introduzir dos dos dados fixos, fórmulas e links links 3 Introduzir os os dados relativos a cd cdequipa. 4 Efectuar o somatório dos dos resultados indiv. 5 Efectuar a determinação do do caudal de de QEHA exaustão, pela QEHA corrigido pela fórmula Cálculo dos Caudais 4.º Passo Determinar o caudal de exaustão corrigido, QEHAQ Q = Q Kh K K + Q EHA p ef esp opt TRA Em Em que: que: Qp Qp Caudal mínimo da dapluma convectiva Kh Kh ef de da (1) ef Coeficiente de eficiência da hotes (1) K ef de ef Coeficiente de espalhamento (Tabela) K opt de do (1 opt Coef. de optimização do caudal (1 a 1,20) Q TRA de de ar TRA Caudal de transferência de ar (< (< 15% 15% de de Qp) Qp) ~ 8,5% 16 8

9 6 - Cálculo dos Caudais DADOS DE DE ENTRADA: 1 Equipamentos da da Linha Linha Largura mm mm 3 Hote Hoteparietal em em restaurante 4 Hote Hotecompensada 5 Determinar cargas cargas térmicas 6 Alimentações GN GN e electr. electr. 400V 400V Exempo - Layout 1 Hote Parietal DADOS DE DE SAÍDA: --Método Método da da aspiração 7366 m 3 3 /h /h --Método Método da da convecção m 3 3 /h /h --Método Método da da carga carga térmica.6830 m 3 3 /h /h --Caudal Caudal de de insuflação m 3 3 /h /h Cargas de conforto frio e calor 5.º Passo Determinar a carga térmica para arrefecimento do ambiente q arr =Q SUP x ρ SUP x c p x (T i T SUP ) + Q TRA x ρ TRA x c p x (T TRA T i ) Em que: Q SUP - Caudal de [m 3 /h] SUP - Caudal de insuflação [m 3 /h] ρ SUP - do ar de [kg/m 3 ] SUP - Densidade do ar de insuflação [kg/m 3 ] ρ TRA - do ar de [kg/m 3 ] TRA - Densidade do ar de transferência [kg/m 3 ] C p - Calor do ar p - Calor específico do ar [J/kg.ºC] T i - do ar interior [ºC] i - Temperatura do ar interior [ºC] T SUP - do ar de [ºC] SUP - Temperatura do ar de insuflação [ºC] T TRA - do ar de [ºC] TRA - Temperatura do ar de transferência [ºC] 18 9

10 7 - Cargas de conforto frio e calor 6.º Passo Determinar a carga térmica para aquecimento do ambiente q aquec. = Q SUP x ρ SUP x c p x (T i T o ) + Q TRA x ρ TRA x c p x (T i T TRA ) qarr Em que: Q SUP - Caudal de [m 3 /h] SUP - Caudal de insuflação [m 3 /h] ρ SUP - do ar de [kg/m 3 ] SUP - Densidade do ar de insuflação [kg/m 3 ] ρ TRA - do ar de [kg/m 3 ] TRA - Densidade do ar de transferência [kg/m 3 ] C p - Calor do ar p - Calor específico do ar [J/kg.ºC] T i - do ar interior [ºC] i - Temperatura do ar interior [ºC] T SUP - do ar de [ºC] SUP - Temperatura do ar de insuflação [ºC] T TRA - do ar de [ºC] TRA - Temperatura do ar de transferência [ºC] q arr - de [kw] arr - Potência de arrefecimento [kw] 19 8 Perdas de carga 7.º Passo Obter as perdas de carga no sistema exaustão pe/pt SISTEMA DE DE EXAUSTÃO: --Ventiladores de de pás pás recuadas --Comprimento da da linha linha [m] [m] --Imposição da da velocidade máx. máx. [9 [9 m/s] m/s] --Perdas Perdas localizadas: a) a) equipamentos equipamentos ambientais ambientais UVC UVC c) c) recuperadores recuperadores de de calor, calor, registos, registos, etc. etc. --Curvas Curvas e outros outros obstáculos --Observância da da EN EN : Eficiência eff eff1 ou ou eff2 eff2 --EN EN Separação de de gorduras >63% >63% --ASTM ASTM Ventiladores: elementos não não terminais --Portas Portas de de inspecção: 3 em em 3 metros metros --Variação de de velocidade 20 10

11 8 Perdas de carga 8.º Passo Obter as perdas de carga no sistema de insuflação pe/pt SISTEMA DE DE INSUFLAÇÃO: --Ventiladores de de pás pás avançadas --Comprimento da da linha linha [m] [m] --Imposição da da velocidade máx. máx. [7 [7 m/s] m/s] --Perdas Perdas localizadas: a) a) Dispositivos Dispositivos da da UTAN UTAN (filtros, (filtros, baterias, baterias, etc.) etc.) c) c) Atenuador Atenuador de de som som --Curvas Curvas e outros outros obstáculos --Registo corta-fogo --Eficiência eff eff1 ou ou eff2 eff2 --EN EN Ventiladores tipo tipo plug plugin in transm. transm. directa directa --Portas Portas de de inspecção: 3 em em 3 metros metros --Isolamento das das condutas --Variação de de velocidade 21 8 Perdas de carga Em ambos os passos anteriores (7º e 8.º) pressupõe-se se a utilização das equações: pr 1 = p c Cálculo das resistências em linha [Pa] = ξ ρ v m pr lo 2 2 Cálculo das resistências em localizadas [Pa] pr p e = p d 2 vm = 4,04 t = pr l + pr Cálculo da resistência de entrada [Pa] Cálculo da pressão total e estática [Pa] lo + pr e + pr s pe = pt pd 22 11

12 9 Resultados Folha de Cálculo PARÂMETRO UNI SISTEMAS DE VENTILAÇÃO HOTE PARIETAL TECTO FILTRANTE VALOR PARA SELECÇÃO Bloco de Confecção: Potência [kw] Exaustão: Caudal: PEdisp: V média (escoamento) [m³/h] [Pa] [m/s] ,99 < , ,00 Insuflação: Caudais: Climatizado+filtrado PEdisp: V média (escoamento) Taxa de renovação: [m³/h] [Pa] [m/s] [NR/h] 5605 = ,16 29 < < 7,0 < ,16 48 Potência aquecimento [kw] 15,05-15,05 Potência arrefecimento [kw] 21,56-21, Resultados: CFD e Imagens de Schlieren Caudal Eficiente: O mínimo para captar e conter (C&C) a pluma térmica Caudal Insuficiente Caudal Insuficiente: Parte da carga térmica convectiva (pluma) espalha-se no ambiente 24 12

13 9 Resultados Software 25 9 Comparação dos Resultados Folha de Cálculo: Hote Compensada QEHA = 6695 m3/h Software: Hote Mista (optimizada): (Compensação+Indução) QEHA = 4347 m3/h 26 13

14 10 - Conclusões 1. O método da carga térmica é o mais fiável para determinação do cálculo da exaustão eficiente 2. Deve-se sobredimensionar o QEHAQ só 10% para eventual expansão da unidade hoteleira. 3. A partição de caudais de insuflação ar climatizado até 65% e ar filtrado é uma boa solução de compromisso entre os custos iniciais e os custos de exploração. 4. Existe uma ligeira discrepância entre os resultados obtidos entre a FC Excel e o Software. A FC apresenta valores mais elevados devido à introdução dos factores segurança, de correcção e diferenças de tecnologia construtiva das hotes Conclusões 5. A compensação de ar climatizado é vital para o conforto a QAI e a produtividade da unidade hoteleira. Sem conforto térmico não será possível ao gestor exigir produtividade. 6. A cozinha profissional é uma ZO. Logo, irá possuir requisitos mínimos de conforto (RSECE) que serão indicados na nova NP : A nova NP :2009 irá ser de cumprimento obrigatório. Haverá legislação que a indicará em procedimentos e parâmetros observáveis

15 Bibliografia Regulamento (CE) 852/ HACCP Norma de Referência: prnp (Prop 2009) Prop.. Revisão VDI 2052:2006 Kitchen Ventilation Systems HELP Hood Engineering Layout Program Docs.. Europeus de Referência: DW/172 (BS):2005 Halton Design Guide (2008) Doc.. do CEN / TC 156/WG 14 ASTM F 1704:2004 Monteiro,, V., V LEECOP, Tese de Mestrado, Coimbra 18 Set Obrigado pela Vossa atenção. Agradecimentos: EHTC Escola de Hotelaria e Turismo de Coimbra viktor.monteiro@gmail.com 30 15