Ventilação Aplicada à Engenharia de Segurança do Trabalho

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO ESPECIALIZAÇÃO em ENGENHARIA de SEGURANÇA do TRABALHO Ventilação Aplicada à Engenharia de Segurança do Trabalho (3ª Aula) Prof. Alex Maurício Araújo Recife

2 VGD VENTILAÇÃO GERAL DILUIDORA (obtida mecanicamente / Ventilação forçada) É o método de insuflar e/ou exaurir ar, em um ambiente ocupacional, com a finalidade de reduzir concentração de poluentes. É também usada quando a VGN não tem condição de confiabilidade e eficiência para atender ao (Q, T e UR) desejado. Vantagem Aplicações da VGD -Custo mais baixo que a (VLE) -Locais de trabalho sujeitos a modificação constantes ; -Fontes geradoras de poluentes se encontram muito distribuídas por local de trabalho ; -Quantidade de poluentes e toxicidade são baixas.

3 O controle de Q através da VGD permite: - proteger a saúde ocupacional pela redução da C abaixo do TLV (Valores Limiares de Tolerância da substância); - evitar riscos de explosões e inflamações de certos poluentes, baixando o nível de C dos mesmos; - melhorar a eficiência e conforto do trabalho, pelo controle da T; - proteger equipamentos e materiais contra efeitos corrosivos do ar com certos poluentes.

4 Taxa de Ventilação É a vazão de ar (Q) que o (SVGD) introduz ou retira de um ambiente: (m 3 /min) ; (pé 3 /min; cfm); (m 3 /h). Número de trocas de ar / unidade de tempo Quando em um recinto de volume o SVGD introduz num certo tempo um volume de ar igual a diz-se que ocorreu uma troca de ar: NT(trocas de ar/h) = Q / - volume do ambiente (m 3 ) Q-Taxa de ventilação (m 3 /h) Em (VGD) e ventilação para conforto térmico, os requisitos de Q são em geral dados em NT (trocas de ar/min).

5 Concentração de contaminante Suponha a geração de um poluente no recinto numa vazão G (m 3 /h). A ventilação produz Q (m 3 /h) de ar. O nível de concentração C do poluente será: Q C =? G C = soluto/solvente = G/Q (m 3 /m 3 ) C é em geral expressa - líquidos (ppm) - poeiras e fumos (g/m 3 ) (mg/m 3 ) Na prática não se consegue uma diluição uniforme do contaminante de modo que se adota um fator de segurança k variando de (3-10), função do grau de toxidez e da eficiência desejada na remoção do contaminante. Q = k (G / C) (m 3 /h) para C em (m 3 /m 3 )

6 Exemplo de diluição de partículas sólidas Pb é derretido em contato com o ar. Por diferença de peso observou-se que em 25 dias úteis de 8h, houve uma sublimação de 60g, convertido no ar em fumo de PbO venenoso. Qual deverá ser a Q de ar em VGD, para que não haja danos à saúde naquela operação?. G = 60g / (25d x 8h)h =0,3 g/h C = 0,0002 g/m 3 (Tab. 8.2 pg 106) k = 5 (adotado) Q = k(g / C) = 5 x 0,3 g/h / 0,0002 g/m 3 = 7500 m 3 /h = 125m 3 /min (Ref. 1, pg 106)

7 Cálculo da Taxa de Ventilação para uma Concentração Desejada Q taxa de ventilação (pé 3 /min) Q = G 387 P mol 106 VDC VDC = concentração máxima permitida, para solventes industriais. G taxa de geração da substância que se quer diluir (lb/min) 387 volume de 1lbmol de qualquer gás a 70 F e 1 atm (volume molecular)(cf) P mol peso molecular da substância (lb) VDC Ventilation Design Concentration (ppm) (Ref. 1, Tab. 8.4, pg 108) 1 parte por milhão (1ppm) 1milhão de partículas por pé cúbico (1mppc) 1 ppm = 10-6 m 3 /m 3 1mppc = 10 6 partículas / ft 3

8 Exemplo de diluição de vapores de solventes Num processo libera-se 0,045 lb/min de um solvente (acetona) para o qual o VDC = 150 ppm e cujo P mol = 58,4 lb. Qual a taxa de ventilação necessária para que se obedeça ao valor da VDC? Q = G 387 P mol 106 VDC = 0,045*(387/58,4)*(106 /150) = 1988 cfm (Ref. 1, pg 108)

9 1 Modos de VGD : Insuflação mecânica e exaustão natural Os ventiladores injetam ar exterior para o interior do recinto, logo: (p i > p e ); e o ar insuflado sairá, por diferença de pressão, por outras aberturas existentes resultando em : - Diluição dos contaminantes; - Baixa de temperatura interna; - Arejamento.

10 Critérios para a tomada de ar 1) O local de admissão de ar para o ventilador deve ser livre. Quando for necessário uma tomada de ar afastada, deve ser instalado um duto até o ventilador. 2) A tomada de ar exterior deve ser protegida por meio de telas para evitar a entrada de animais e corpos estranhos e ter platibandas para evitar água de chuva. 3) Pode ser necessário a instalação de filtros escolhidos em função das condições estabelecidas para o recinto.

11 Alternativas para remoção do ar insuflado no recinto A) Janelas na direção do fluxo de ar incidente favorecem a exaustão da camada de ar quente superior B) Não havendo possibilidades de se instalar aberturas nas outras paredes, a saída de ar se fará por abertura em nível inferior ao do ventilador

12 Padrões de movimentação do ar gerados por alternativas de insuflação e temperaturas / criação de zonas mortas Padrão de fluxo transversal de cima c/ saída na parede oposta por baixo Movimento = f ( inércia; temperatura) Quente 8 Q frio 8 Padrão de fluxo transversal de baixo c/ saída na parede oposta por cima Quente 8 Zonas mortas Q frio 8 Padrão de fluxo circulatório da lateral por cima c/ saída por baixo Quente 8 Q frio 8 Padrão de fluxo circulatório da lateral por baixo c/ saída por cima Quente 8 Q frio 8

13 2 Insuflação natural e exaustão mecânica Exaustores retiram o ar do recinto para o exterior, ocorrendo uma queda da pressão interna (p recinto ) em relação à externa (p e ). Este processo gera um fluxo de ar do exterior para dentro do recinto. Se o ventilador exaustor for do tipo axial, deve ser instalado na parede oposta à de admissão do ar e em nível o mais alto possível em relação ao piso. Deve-se prever a instalação de filtros adequados nas tomadas de ar do exterior, escolhidos em função das condições estabelecidas para o ambiente.

14 Este método de ventilação é muito usado em laboratórios, sanitários, cozinhas e em recintos industriais onde não há poluentes em grau de toxidez alto. Exemplo de ventilador de exaustão para cobertura A figura mostra um ventilador de exaustão para cobertura no qual o motor fica isolado do ar removido e é ventilado pelo ar exterior. A faixa de vazões de exaustão destes equipamentos varia de : 20 a 250 m 3 / min.

15 Exemplo de Ventilação por Exaustão Mecânica Na sala de uma indústria trabalham 22 funcionários. A sala tem (20 x 8 x 3,5) m 3. A entrada de ar é feita em janelas amplas de uma parede. A remoção se fará com 2 ventiladores axiais na parede oposta. Calcular a Q necessária à obtenção de um razoável nível de conforto. Admitir que 40% dos funcionários fumam.

16 A) Volume da sala: = 20 x 8 x 3,5 = 560 m 3 B) Renovações de ar recomendadas: 20 C) Volume de ar necessários em cada hora: (Ref.1, pg.81) Q = (560 x 20) m 3 /h = m 3 /h = 187 m 3 /min D) SOLUÇÃO: usar 2 ventiladores com capacidade da ordem de 100 m 3 /min.

17 E) Seção transversal livre para o fluxo de ar na sala, considerando vigas de 30 cm de altura: A = 8 m x (3,5-0,30) m = 25,6 m 2 F) Velocidade média aproximada do fluxo de ar ao longo da sala: V = Q / A = (11200 m 3 /h) / (25,6 m 2 ) = 437,5 m/h ou 7,3 m/min G) Verificação do valor da velocidade do ar no recinto para conforto Segundo a (Ref.1, pg 80) V ar > 1,5 m/min V ar < 10 m/min

18 H) Verificação da sensação de resfriamento Sensação de resfriamento de 0 ºC como se o ar estivesse parado! (Ref.1, pg.29) I) Conclusão O conforto térmico obtido no caso, deve ser pela redução do calor latente. Já que o fluxo de ar não tem velocidade alta para causar sensação de resfriamento na forma de calor sensível.

19 Remoção da umidade do ar A remoção da água contida no ar pode ser feita por meio de aparelhos chamados de desumidificadores. Aplica-se em certos ambientes de trabalho tais como: locais de guarda de documentos, microfilmes, bibliotecas, certas indústrias químicas, farmacêuticas, óticas, fotográficas, de papéis, cigarros, plásticos, gráficas, cervejeiras, etc. que necessitam de ar com baixo teor de umidade, sem exigirem climatização completa por ar condicionado. Consiste em retirar calor latente, sem diminuir a TBS. Lembrando que: Calor sensível se manifesta por um certo nível de T. Calor latente causa mudança de estado físico sem alteração de T e p.

20 Desumidificador de ar Opera pelo princípio da circulação forçada do ar ambiente que atravessa uma serpentina evaporadora de gás de refrigeração, que estando com a T abaixo do ponto de orvalho (*), retém a umidade por condensação. (Ref. 1, pág. 89) O ar vai perdendo umidade até o limite situado entre [60 40]%, função da T e das condições de infiltração de umidade no local. (*) É a T sob a qual o vapor d`água contido no ar condensa. Percebe-se sua atuação quando uma vidraça começa a ficar embaciada.

21 3 Insuflação e exaustão mecânicas É o sistema de VGD em que ventiladores insuflam e exaustores removem o ar do recinto. As máquinas podem ser instaladas diretamente no recinto ou atuando através de sistemas de dutos. -qualidade do ar insuflado Vantagens Desvantagem -ventilação mais controlável -custo mais alto -distribuição do ar no recinto (evita circulação parasita) Exemplo de aplicação:

22 Exemplo de VGD completa ou mista A instalação de insuflação e exaustão mecânicas em sua forma mais completa pode fazer a captação do ar em local não-poluído, filtrar, se necessário, e insuflar em bocas dispostas ao longo de dutos. Vista superior (planta baixa)

23 Determinação da carga térmica O 1 dado a ser buscado num projeto de VGD é a carga térmica originadas das várias fontes de calor identificadas. Conhecida a carga térmica calcula-se a Q de ar necessária para reduzi-la a um nível razoável de conforto ambiental. Irradiação solar (insolação) (sobre vidros, paredes externas e coberturas). Carga térmica (fluxo de calor produzido q ) (sob forma de calor sensível) Condução (paredes, pisos, tetos, vidros etc). Carga de energia elétrica dissipada no recinto nos aparelhos de iluminação e acessórios. Motores elétricos. Infiltração do ar exterior por portas e janelas (calor sensível e latente).

24 A) Insolação / radiação solar Área exposta ao sol (ft 2 ) x fator B = Btu/h (Ref. 1, pág. 94) B) Condução Área (ft 2 ) x fator A = Btu/h (Ref. 1, pág. 94)

25 C) Iluminação N de lâmpadas x P (W) x 3,4 = Btu/h D) Motores elétricos P total (hp) x 2800 = Btu/h E) Carga térmica total (Btu/h) = TR (Toneladas de Refrigeração) F) Fluxo de ar (Q) para remover calor sensível Q (cfm) = q (Btu/h) 1,08 ( Ti Te) F (ver slide 23, 2ª. Aula) Dado:1 m 3 /min = 35,3 cfm

26 Ventilação de salas de máquinas Calor irradiado Desconforto ao operador. Afeta o funcionamento e a durabilidade das instalações e equipamentos. Ar de exaustão para recintos industriais Voltar (Ref. 1, pág. 101)

27 Final da 3a. aula Exemplo: Uma casa de bombas mede (4x8) m em planta. Qual deverá ser a Q de exaustão de ar? Área 13,12 x 26,24 = 344,26 ft 2 (1 ft = 0,305m) Tab cfm/pé 2 área bruta de piso Q = 4 x 344,26 = 1377 cfm = 0,650 m 3 /s = 39 m 3 /min. Ex. de conversão de unidades: 1377 ft 3 / min x 1min / 60s x 0,305 3 m 3 / 1ft 3 = 0,650 m 3 /s