UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

Transcrição

1 1 UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS Curso de Pós Graduação Lato Sensu em Engenharia Industrial RÉGIS LEANDRO BORRÉ SISTEMA DE VENTILAÇÃO EM AMBIENTE INDUSTRIAL Panambi 2013

2 1 RÉGIS LEANDRO BORRÉ SISTEMA DE VENTILAÇÃO EM AMBIENTE INDUSTRIAL Monografia do Curso de Pós Graduação Lato Sensu em Engenharia Industrial apresentado como requisito parcial para obtenção de título de Especialista em Engenharia Industrial Orientadora: Cristina Eliza Pozzobon Panambi/RS 2013

3 2 RÉGIS LEANDRO BORRÉ SISTEMA DE VENTILAÇÃO EM AMBIENTE INDUSTRIAL Monografia defendida e aprovada em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora Banca examinadora Prof. Cristina Eliza Pozzobon, Mestre - Orientador Prof. Roger Schildt Hoffmann, Mestre Panambi, 10 de Abril de 2013

4 3 AGRADECIMENTOS Dedico esse trabalho primeiramente a Deus, no qual sempre confiei e confio para atingir todas as metas na minha vida, sem ele nada seria, nem será possível. Posteriormente dedico aos meus colegas da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda, onde atingi muitos objetivos profissionais, muitos deles seriam impossíveis sem o companheirismo, amizade e apoio destas pessoas. Dedico também a minha família, simplesmente a base de tudo que sou.

5 4 RESUMO A crescente exigência em melhorar as condições do ambiente de trabalho e a necessidade de planejamento na estruturação das empresas justificam o desenvolvimento deste trabalho, que objetiva fornecer uma solução para a ventilação industrial em um dos pavilhões da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda, analisando a tipologia, os trabalhos executados e os equipamentos existentes dentro do ambiente em questão. Realizouse o levantamento das características construtivas, relacionando as aos sistemas e condições de ventilação industrial e conforto térmico a fim de proporcionar um número mínimo de trocas de ar recomendado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas e melhorar os fatores ambientais relevantes. Com os resultados obtidos foi analisado o comportamento térmico do pavilhão e concluído que não existem condições para que ocorra ventilação natural, sendo necessário instalar equipamentos para insuflamento e exaustão de ar, formando um sistema misto. Foi então apresentada uma alternativa para a ventilação do ambiente, na forma de um projeto básico com estimativas de custo para a aquisição dos equipamentos. Relata-se que também existem outras formas para reduzir a transmitância térmica e o coeficiente de absorção da radiação solar no pavilhão, reduzindo o acumulo de calor e a temperatura interna do ambiente. O trabalho fornece subsídios e condicionantes importantes para melhorias no projeto básico do sistema de ventilação industrial, não somente do pavilhão da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda, mas também para outros pavilhões industriais. Palavras-chave: Condições; Troca de ar; Ventilação.

6 5 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Casos típicos de ventilação natural em galpões Figura 2: Fatores influenciadores no fluxo de ar em uma edificação Figura 3: Ação do vento na ventilação de edificações Figura 4: Movimentação do ar pelo efeito chaminé Figura 5: Correção para o caso de entradas/saídas Figura 6: Correção dos efeitos combinados do vento e da diferença de temperatura Figura 7: Ação do vento e da diferença de temperatura em uma edificação Figura 8: Tipos de ventilação geral diluidora Figura 9: Insuflação mecânica e exaustão natural Figura 10: Insuflação natural e exaustão mecânica Figura 11: Esquema de sistema misto de ventilação geral diluidora Figura 12: Esquema de ventilação local exaustora Figura 13: Zonas de bem estar para temperatura e velocidade do ar Figura 14: Fatores geradores de calor em uma edificação Figura 15: Leiaute previsto para o pavilhão para montagem de geradores Figura 16: Foto do pavilhão de montagem de geradores Figura 17: Projeto arquitetônico do pavilhão para montagem de geradores Figura 18: Pontes rolantes de 25 toneladas instaladas no pavilhão de montagem de geradores da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda Figura 19: Imagem ilustrativa de funcionamento de um exaustor eólico Figura 20: Exemplos de aplicações e instalações de exaustores eólicos Figura 21: Desenho esquemático de um exaustor eólico Figura 22: Quantidade de extração de ar, com relação ao tamanho do exaustor e da velocidade do vento Figura 23: Ventilador centrífugo Figura 24: Ventilador axial Figura 25: Velocidade média anual do vento Figura 26: Imagem aérea da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda Figura 27: Padrão de fluxo circulatório da lateral por baixo, com saída por cima Figura 28: Instalação de exaustores eólicos com dutos para elevação do rotor Figura 29: Vista isométrica do pavilhão com os equipamentos instalados... 65

7 6 Figura 30: Posicionamento dos ventiladores axiais no pavilhão Figura 31: Vista superior parcial da instalação dos exaustores eólicos Figura 32: Posicionamento transversal dos exaustores eólicos... 67

8 7 LISTA DE QUADROS Quadro1: Absortividade das cores e materiais Quadro 2: Valores médios da resistência superficial interna e externa Quadro 3: Radiação solar incidente em planos verticais e horizontais para o dia 22 de dezembro na latitude 30 Sul Quadro 4: Fator solar para alguns tipos de superfícies transparentes Quadro 5: Aquecimento devido a lâmpadas acesas Quadro 6: Carga térmica devido a motores elétricos em operação contínua Quadro 7: Calor liberado por uma pessoa em Kcal/h Quadro 8: Superfícies do pavilhão de montagem de geradores sujeitas à radiação Quadro 9: Valores de radiação média para planos verticais e horizontais Quadro 10: Propriedades térmicas de telhas aluzinc Quadro 11: Valores do fator solar para telhas translúcidas Quadro 12: Cargas térmicas de insolação em cada uma das superfícies do pavilhão Quadro 13: Cargas térmicas resultantes da condução de calor em cada uma das superfícies do pavilhão Quadro 14: Trocas de ar/hora para ambientes Quadro15: Custos médios estimados para sistemas de ventilação e redução de calor Quadro 16: Modelos de ventiladores axiais da empresa Venticenter Quadro 17: Modelos de exaustores eólicos fabricados pela empresa FortVent Quadro 18: Relação entre aumento de temperatura e redução na produtividade Quadro 19: Custo dos equipamentos propostos... 69

9 8 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 1: Vazão de ar através de aberturas sob a ação do vento Equação 2: Vazão de ar devido a diferença de temperatura Equação 3: Fluxo de calor devido a insolação Equação 4: Fluxo de calor devido a insolação em planos horizontais Equação 5: Fluxo de calor devido a insolação em planos verticais Equação 6: Fluxo de calor em superfícies transparentes Equação 7: Carga térmica por condução Equação 8: Calor produzido por motores elétricos... 35

10 9 LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas PCH Pequena Central Hidrelétrica FCS Fator de calor solar U - Coeficiente global de transmissão de calor V r Vento incidente na edificação A 1 e A 2 Aberturas voltadas para a ação dos ventos na edificação A 3 e A 4 Aberturas na parede oposta à ação dos ventos na edificação C p1 Coeficiente de pressão na parece voltada para a ação dos ventos C p2 - Coeficiente de pressão na parede oposta à incidência dos ventos na edificação ϴ i Temperatura interna na edificação ϴ e Temperatura externa na edificação H 1 Diferença de altura entre as aberturas inferiores e superiores Qv - Vazão de ar devido à ventilação natural ϕ - Fator adimensional para cálculo da vazão de ar devido à ação do vento v - Velocidade do vento incidente na edificação Q i - Vazão de ar que entra no ambiente Qe - Vazão de ar que sai do ambiente P s e P r - Pressão interna do ambiente P e Pressão no exterior do ambiente Q t - Vazão de ar devido a diferença de temperatura QT - Soma das vazões devido a diferença de temperaturas e a ação dos ventos α Coeficiente de absorção ε Emissividade φ - Carga térmica devido à insolação F S - Fator Solar RS - Radiação solar incidente R SE - Resistência superficial externa T sol-ar Temperatura equivalente Q S : Ganho de calor do motor

11 10 P : Potência do motor Ƞ : Rendimento do motor

12 11 SUMÁRIO INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRAFICA GENERALIDADES DA VENTILAÇÃO INDUSTRIAL TIPOS DE VENTILAÇÃO INDUSTRIAL Ventilação natural Ventilação geral Ventilação local exaustora CONFORTO TÉRMICO Definições Movimento do ar e efeitos sobre o conforto térmico FATORES GERADORES DE CALOR EM UMA EDIFICAÇÃO Insolação sobre os vidros, paredes externas e coberturas Calor sensível devido à condução pelas paredes, pisos, tetos e vidros Calores sensível e latente decorrentes da infiltração do ar exterior pelas portas e janelas Calor sensível correspondente à carga de energia elétrica dissipada no recinto nos aparelhos de iluminação e acessórios Calor sensível devido a motores elétricos Calor liberado por uma pessoa CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO DE CASO PARA O PAVILHÃO DE MONTAGEM DE GERADORES CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS CARGA TÉRMICA E TROCAS DE AR Carga térmica devido à insolação Carga térmica devido à condução Carga térmica devido às pessoas Carga térmica devido aos motores elétricos AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE VENTILAÇÃO ATUAIS PROPOSTA DE SISTEMA DE VENTILAÇÃO POSSIBILIDADES DE SOLUÇÃO Sistema com ventiladores e exaustores... 48

13 Construção de aberturas para entrada e saídas de ar Sistema de insuflamento Revestimento de teto Resfriamento evaporativo por névoas Resfriamento evaporativo LIMITAÇÕES CONCEPÇÃO ADEQUADA AO CASO PROJETO BÁSICO PARA IMPLANTAÇÃO DA SOLUÇÃO Exaustores eólicos Posicionamento e instalação dos equipamentos Taxa de renovação para o pavilhão Especificação dos equipamentos Posicionamento e instalação dos equipamentos ESTUDO DE CUSTO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 72

14 13 INTRODUÇÃO A empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda, localizada em Ijuí/RS, atua na fabricação de máquinas e equipamentos para pequenas centrais hidrelétricas. Esta empresa recentemente instalou um pavilhão para fabricação e montagem de geradores que, aos poucos, está sendo equipado para tal; porém sabe-se que a ventilação dentro deste pavilhão é absolutamente ineficaz, pois não há sistema exaustor, diluidor e nenhuma condição para que ocorra ventilação natural no ambiente em questão. Para que exista ventilação natural nos ambientes é necessário dispor de entradas e saídas de ar devidamente projetadas e construídas para que ocorra movimentação deste ar e consequentemente a renovação dentro do ambiente. A não existência destas condições impede que haja uma taxa de ventilação natural ou troca de calor por efeito chaminé, ocasionando sensação de desconforto devido à geração e acúmulo do calor e de pequenas partículas de poeira. O pavilhão para montagem de geradores na empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda foi projetado e construído sem observar estas condições necessárias à existência de algum tipo de ventilação. Deste modo, ocorrem frequentes reclamações dos trabalhadores que precisam executar suas atividades e isto gera a justificativa para o estudo, seguido de um projeto para implantação do sistema de ventilação neste referido ambiente. Diante disso, a arquitetura e a engenharia revelam-se importantes neste estudo, que se inicia no planejamento e ordenação das necessidades básicas e passa pela preocupação com fatores que envolvem o conforto ambiental e que, consequentemente, se somam ao meio ambiente produtivo. Nesse sentido, as condições ambientais são importantes e influenciam diretamente o desempenho do trabalho que, se realizado sob temperaturas extremas, pode afetar o organismo humano. Para este estudo de caso, objetiva-se comprovar tal ineficiência de ventilação citada e esclarecer os motivos pelos quais os trabalhadores estão insatisfeitos com seu ambiente de trabalho na empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda. Para isso são comparadas as variáveis ambientais e pessoais a padrões determinados pelas normas já existentes, é dimensionado e projetado um sistema de ventilação para o ambiente em questão de modo que a relação entre entrada e saída de ar possibilitem atingir um número mínimo de trocas de ar/hora recomendado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, estabelecida em onze para ambientes com características de oficina.

15 14 Portanto, a análise correta das condições atuais da ventilação existente no ambiente, o dimensionamento, o projeto adequado e a implantação de um sistema de ventilação resultará em um ambiente menos insalubre, aumentando a satisfação dos trabalhadores e consequentemente o rendimento na produção, pois isto propiciará ao ambiente um atendimento a níveis indicados de conforto térmico para os trabalhadores, já que as exigências referentes ao meio ambiente e ao homem como mão de obra essencial à produção vem crescendo consideravelmente e isto não deve ser diferente nesta empresa.

16 15 1 REVISÃO BIBLIOGRAFICA 1.1 GENERALIDADES DA VENTILAÇÃO INDUSTRIAL A ventilação tem um significado muito simples: deslocar o ar. A finalidade deste deslocamento, que pode ser natural ou mecânico, é retirar ou fornecer ar para um ambiente, ocasionando uma renovação no mesmo. A ventilação Industrial é entendida como a operação realizada para controlar a temperatura, a distribuição do ar, a umidade e eliminar agentes poluidores do ambiente, tais como gases, vapores, poeiras, fumos, névoas, microrganismos e odores, designados por contaminantes ou poluentes (MACINTYRE, 1990). Para ser possível um bom sistema de ventilação industrial é necessário identificar técnicas de controle das correntes de ar a serem introduzidas ou retiradas de um recinto afim de mantê-lo salubre, com o mínimo de perdas de energia. Existe uma diferença fundamental entre manter o bem estar em uma repartição pública (somente escritórios) e uma instalação industrial. Numa instalação industrial a ventilação do ambiente, tem por finalidade o controle das concentrações de contaminantes e poluentes das condições térmicas e, na maioria dos casos, ambas. A ventilação neste caso pode consistir em passar simplesmente uma corrente de ar exterior, supostamente não contaminada, ou melhor, não poluída, pelo interior do recinto diminuindo assim a concentração do poluente, ou contaminante, a uma taxa aceitável pelo organismo humano. Importante constar que a ventilação industrial deve atender não apenas o interior das fábricas, mas também dispor de artifícios que impeçam que os contaminantes ou poluentes sejam lançados na atmosfera e venham a contaminar o ar, ameaçando a saúde da população das vizinhanças. 1.2 TIPOS DE VENTILAÇÃO INDUSTRIAL Para classificar os sistemas de ventilação é necessário levar em consideração a finalidade a que se destinam (MACINTYRE,1990). As finalidades da ventilação podem então ser: a) Ventilação para a manutenção do conforto térmico: restabelece as condições atmosféricas num ambiente alterado pela presença do homem, refrigera o ambiente no verão; aquece o ambiente no inverno.

17 16 b) Ventilação para a manutenção da saúde e segurança do homem: reduz concentrações no ar de gases, vapores, partículas em geral, nocivas ao homem, até que baixe a níveis compatíveis com a saúde, mantém concentrações de gases, vapores e poeiras, inflamáveis ou explosivos fora das faixas de inflamabilidade ou explosividade. c) Ventilação para a conservação de materiais e equipamentos: reduz o aquecimento de motores elétricos, máquinas, armazéns ventilados com o fim de evitar deterioração. são: Os tipos de sistemas de ventilação que visam atender as finalidades acima descritas 1 - Ventilação natural; 2 - Ventilação geral; 3 - Ventilação local exaustora Ventilação natural A ventilação natural é o movimento de ar num ambiente provocado pelos agentes físicos, pressão dinâmica e temperatura, podendo ser controlado por meio de aberturas no teto, nas laterais e no piso, conforme pode visualizar na Figura 1. É o método mais antigo e comum de ventilação devido ao baixo custo inicial e nenhum consumo de energia, entretanto enfrenta inúmeras limitações por depender de forças naturais para regular o clima interno de uma edificação por meio de uma troca de ar controlada pelas aberturas. O fluxo de ar que entra ou sai de um edifício por ventilação natural depende dos seguintes fatores, esquematizados na Figura 2: - Movimento de ar devido à ação do vento; - Movimento de ar devido à diferença de temperaturas; - Movimento de ar pela ação combinada do vento e da diferença de temperaturas. Para movimentação de ar a partir da ação do vento devem-se projetar as aberturas de entrada do vento voltadas para o lado dos ventos predominantes (zona de pressão positiva). As saídas de ar devem ser colocadas em regiões de baixa pressão exterior (MACINTYRE, 1990), como por exemplo: - Nas paredes laterais à fachada, que receba ação dos ventos predominantes; - Na parede oposta àquela que recebe a ação dos ventos predominantes.

18 17 As saídas podem consistir em lanternins ventiladas, colocados em locais dos telhados e coberturas onde a pressão é mais baixa, e consequentemente a velocidade do vento é maior. Figura 1: Casos típicos de ventilação natural em galpões Fonte: Macintyre,1990 Figura 2: Fatores influenciadores no fluxo de ar em uma edificação (a) Somente vento; (b) Somente diferença de temperatura; (c) Vento e diferença de temperatura juntos Fonte: pcc261.pcc.usp.br, acesso em 28/02/2012

19 18 As condições do vento não são sempre as mesmas, variando em intensidade e direção ao longo do ano e mesmo durante as 24 horas diárias. Por isso, a ventilação natural pela ação do vento não oferece garantias de uniformidade, o que não invalida sua aplicação em muitos casos, desde que o ar interno não contenha poluentes. Conhecendo-se a velocidade média sazonal dos ventos locais e adotando-se 50% de seu valor como base para cálculo, pode-se determinar a vazão Q v de ar que entra em um recinto através de aberturas de área total A quando a velocidade do vento for igual a v. Para o cálculo de Q v, Macintyre usa a Equação 1 a seguir: Q v = ϕ. A. v (1) Q v é dado em cfm; Área é dada em pé²; A velocidade do vento é dada em pés/min. O fator ϕ é adimensional e considerado entre 0,5 e 0,6 se os ventos forem perpendiculares às aberturas e 0,25 e 0,35 se os ventos forem diagonais às aberturas. Na Figura 3 segue uma exemplificação da movimentação de ar simples ação do vento. Figura 3: Ação do vento na ventilação de edificações Fonte: Macintyre,1990 Se for considerada apenas a diferença de temperaturas para a movimentação do ar, a menor densidade do ar quente faz com que o mesmo se eleve e tenda a escapar por aberturas colocadas nas partes elevadas, em lanternins etc, conforme Figura 4. Esse escoamento se

20 19 realiza pelo chamado efeito de chaminé e proporciona uma vazão dada por (MACINTYRE,1990): Q t =,4. A. H.( θ θ ) (2) 9 1 i e Onde: Qt - Vazão de ar devido à diferença de temperatura (cfm); A - Área livre das saídas de ar (pé²); H 1 - Diferença de altura entre as aberturas de entrada e de saída (pé); 9,4 Constante de proporcionalidade, incluindo o valor correspondente a 65% para levar em conta a efetividade das aberturas. Deve-se reduzir este valor para 50% (a constante passa a ser 7,2) se as condições de escoamento entre a entrada e a saída não forem favoráveis. Figura 4: Movimentação do ar pelo efeito chaminé Fonte: arkideias.com, acesso em 28/02/2012 A Equação 1 trata de uma movimentação onde as áreas de entrada e saída de ar são iguais, e desta forma, onde acontece o maior eficiência do sistema. Se houver uma diferença entre as áreas de entrada e saída de ar, é necessário corrigir o calculo considerando o gráfico da Figura 5. Faz-se o cálculo, considerando-se a menor das áreas de passagem do ar, e acrescenta-se um aumento de vazão.

21 20 Figura 5: Correção para o caso de entradas/saídas Fonte: Macintyre, 1990 No caso da movimentação de ar pelo efeito combinado da ação do vento e pelo efeito chaminé, calculam-se as vazões devidas à ação do vento e devidas à diferença de temperaturas. Somam-se as duas vazões e obtém-se produzida pela diferença de temperatura) e a soma Q T, acha-se a relação entre Q t (vazão Q T. Verificando-se no gráfico da Figura 6 com esse valor da relação, acha-se o fator pelo qual se deve multiplicar a vazão devida ao efeito de temperatura para se obter a vazão real dos dois efeitos combinados. Figura 6: Correção dos efeitos combinados do vento e da diferença de temperatura Fonte: Macintyre, 1990

22 21 É importante ressaltar que qualquer situação de ventilação natural deve ser considerada já na concepção arquitetônica, baseando-se em alguns fatores e exigências de projeto tais como diferença entre pressões existentes no interior e no exterior do prédio, resistência oferecida à passagem do ar pelas aberturas, superfície iluminante natural do ambiente, área de ventilação natural e diferença de elevação entre altura média das tomadas e das saídas de ar. Na Figura 7 a seguir, uma exemplificação do movimento do ar pelo efeito combinado. Figura 7: Ação do vento e da diferença de temperatura em uma edificação Fonte: Bortolaia, 2012 Quando não for possível adotar o sistema de ventilação natural, seja pelas características das atividades, presença de poluentes, exigência de que o ambiente seja fechado, seja por imposição arquitetônica que não aceite lanternins e outras aberturas, deve-se adotar a ventilação mecânica Ventilação geral Um sistema de ventilação geral combina a ventilação natural e a exaustão mecânica, proporcionando uma troca de ar constante, um fluxo laminar suave, um ambiente limpo e uma queda de temperatura considerável. É um dos métodos disponíveis para controle de um ambiente ocupacional. Que consiste em movimentar o ar num ambiente através de ventiladores, também chamada ventilação mecânica. Um ventilador pode insuflar ar num ambiente, tomando ar externo, ou exaurir ar desse mesmo ambiente para o exterior. Quando um ventilador funciona no sentido de exaurir ar de um ambiente e comumente chamado de exaustor. Num ambiente, a pressão atmosférica

23 22 comum, a insuflação e a exaustão provocam uma pequena variação da pressão (considerada desprezível). Dessa forma, a insuflação é chamada de pressão positiva e a exaustão de pressão negativa. A ventilação geral pode ser fornecida pelos seguintes métodos (MACINTYRE,1990): a) Insuflação mecânica e exaustão natural; b) Insuflação natural e exaustão mecânica; c) Insuflação e exaustão mecânica. A Figura 8 ilustra as três possibilidades de ventilação geral. Figura 8: Tipos de ventilação Geral diluidora: (a) Insuflamento; (b) Exaustão; (c) Misto Fonte: Bortolaia, 2012 A insuflação mecânica consiste em um sistema onde ventiladores enviam ar exterior para o interior do ambiente ocasionando um diferencial de pressão (pressão no interior tornase maior do que externamente). Este diferencial de pressão força o ar a sair pelas aberturas existentes no ambiente conforme Figura 9, permitindo um bom controle da incidência de poluentes e um melhor controle da pureza do ar insuflado do que no caso da ventilação natural.

24 23 Nas aberturas para tomada de ar exterior deve-se garantir a impossibilidade de penetração de corpos estranhos e animais, por meio de telas, e de água de chuva, construindo platibandas, marquises etc. Prevê-se, quando necessário, a instalação de filtros adequados para a tomada de ar exterior, escolhidos em função das condições estabelecidas para o ambiente. Figura 9: Insuflação mecânica e exaustão natural Fonte: Macintyre, 1990 Na insuflação natural e exaustão mecânica, um ou mais exaustores removem o ar do recinto para o exterior mecanicamente, consequentemente, a pressão no interior torna-se mais baixa que a exterior devido a essa exaustão e estabelece-se um fluxo de ar do exterior para o interior. Isto evita que o ar contaminado do ambiente em questão passe para recintos vizinhos, mas permite que, eventualmente, ocorra o contrário. Embora em geral tenha menor custo que a insuflação mecânica, esse sistema não permite um controle adequado da qualidade do ar que penetra no recinto, salvo se forem utilizados filtros nas entradas de ar, sendo necessário também garantir a impossibilidade de penetração de corpos estranhos, insetos e água de chuva. No caso de o ventilador exaustor ser do tipo axial, deverá ser localizado na parede oposta à de admissão de ar e em nível o mais alto possível em relação ao piso, conforme Figura 10. Quando não for possível a utilização da parede oposta à da admissão do ar, deve-se considerar a utilização de redes de dutos.

25 24 Figura 10: Insuflação natural e exaustão mecânica Fonte: Macintyre, 1990 No sistema misto, há ventiladores que insuflam o ar e ventiladores que removem o ar do recinto, conforme Figura 11, colocados diretamente, ou atuando através de sistemas de dutos. Consegue-se assim, um maior controle da ventilação tanto em relação à qualidade do ar que entra, quanto à distribuição do mesmo no ambiente. Trata-se, portanto, de uma combinação de ventilação por insuflamento e por exaustão. Figura 11: Esquema de sistema misto de ventilação Geral diluidora Fonte: Macintyre, 1990

26 25 Tratando-se de um sistema mais dispendioso que os anteriores, o sistema misto, evidentemente, só deve ser adotado quando a ventilação não puder ser resolvida satisfatoriamente por um deles isoladamente. Pode-se, escolhendo adequadamente os ventiladores, conseguir que a pressão no recinto seja maior, igual ou menor que a reinante no exterior. A instalação de insuflação e exaustão mecânicas em sua forma mais completa pode permitir a captação do ar em local nãopoluído, realizar a filtragem do mesmo, caso necessário, e realizar o insuflamento em "bocais" dispostas convenientemente ao longo de um ou mais dutos Ventilação local exaustora A ventilação local exaustora tem como objetivo principal captar os poluentes de uma fonte (gases, vapores ou poeiras tóxicas) antes que os mesmos se dispersem no ar do ambiente de trabalho. A ventilação de operações, processos e equipamentos, dos quais emanam poluentes para o ambiente, é uma importante medida de controle de riscos. De forma indireta, a ventilação local exaustora também influi no bem-estar, na eficiência e na segurança do trabalhador, por exemplo, retirando do ambiente uma parcela do calor liberado por fontes quentes que eventualmente existam. Também no que se refere ao controle da poluição do ar da comunidade, a ventilação local exaustora tem papel importante. A fim de que os poluentes emitidos por uma fonte possam ser tratados em um equipamento de controle de poluentes (filtros, lavadores, etc.), eles têm de ser captados e conduzidos a esses equipamentos, e isso, em grande número de casos, é realizado por esse sistema de ventilação. Desta forma parece que a ventilação local é mais eficiente, na prática porém, nem sempre é possível aplicá-la. Um sistema de ventilação local exaustora deve ser projetado dentro dos princípios de engenharia, de maneira a se obter maior eficiência com menor custo possível. Por outro lado, na maioria dos casos, o objetivo desse sistema é a proteção da saúde do homem. Assim, este fator deve ser considerado em primeiro lugar, e todos os demais devem estar condicionados a ele. Muitas vezes, a instalação de um sistema de ventilação local exaustora, embora bem dimensionada, pode apresentar falhas que a torne inoperante, pela não observância de regras básicas na captação de poluentes na fonte. Um esquema comum de instalação de um sistema de ventilação local exaustora pode ser visualizado na Figura 12.

27 26 Figura 12: Esquema de ventilação Local exaustora Fonte: Bortolaia, CONFORTO TÉRMICO Definições O conforto térmico pode ser visto e analisado do ponto de vista pessoal e do ponto de vista ambiental (LAMBERTS, 2002). No primeiro caso, a análise é feita sob a ótica do indivíduo, inserido num ambiente qualquer, verificando-se se ele está confortável com relação à sua sensação térmica. Com relação ao ambiente, os estudos de conforto indicam o estado térmico necessário, com relação às suas variáveis físicas, para que um maior número de pessoas possa estar confortável com relação ao calor gerado pelo recinto. O conforto térmico pode ser considerado como uma condição da mente que expressa satisfação com o ambiente térmico. Este conforto térmico é obtido através de trocas térmicas que dependem de vários fatores, ambientais ou humanos, governados por processos físicos, como convecção, radiação e, eventualmente, condução. O estudo do Conforto Térmico tem como objetivo diagnosticar e analisar as condições de um ambiente, de modo que se possam obter as condições térmicas adequadas à ocupação humana e às atividades desempenhadas. A importância do estudo do conforto térmico está baseada em três aspectos: a) A satisfação do homem ou seu bem estar;

28 27 b) O desempenho humano; c) A conservação da energia; Como o conforto térmico envolve variáveis físicas ou ambientais e também variáveis subjetivas ou pessoais, não é possível que um grupo de pessoas sujeitas ao mesmo ambiente, ao mesmo tempo, esteja totalmente satisfeito com as condições térmicas do mesmo, devido às características individuais de cada um Movimento do ar e efeitos sobre o conforto térmico O movimento do ar tem por efeito: a) acelerar a perda de calor por convecção; b) auxiliar o corpo a dissipar o calor fornecido por condução na camada de ar superficial da pele; c) auxiliar a perda de calor por transpiração, permitindo ao homem suportar temperaturas até certo ponto elevadas. O corpo humano possibilita uma permanente eliminação do excesso de calor formado, o que ocorre através da pele, e esta eliminação faz-se à medida e tão rapidamente quanto o calor vai sendo produzido. É necessário que isto aconteça para que a temperatura do corpo não se eleve a ponto de ameaçar o organismo. Quando a temperatura em um ambiente local é baixa, a taxa de perda de calor do corpo é maior do que se a temperatura ambiente for elevada. Conhecidamente o movimento do ar alivia a sensação de calor, uma vez que o mesmo abaixa a temperatura da pele. O ar em movimento favorece a transferência através da pele, de modo a eliminar o calor produzido pelo corpo ou adquirido pelo mesmo em consequência do calor reinante no ambiente. Para que, em um clima tropical, seja possível trabalhar em condições ambientais necessárias primordialmente à saúde e secundariamente à produtividade, deve-se procurar atender a condições adequadas de ventilação. Deste modo, fica claro que o problema da ventilação industrial não se relaciona apenas com a remoção de substâncias nocivas ao organismo, as quais possam encontrar-se no ar. É preciso atentar para o fato de que condições ambientais adversas de calor, traduzidas por uma temperatura e grau de umidade elevados ou uma baixa umidade do ar e baixa temperatura, podem, em prazo maior ou menor, minar e abalar a resistência do organismo, favorecendo o estabelecimento de uma série de doenças.

29 28 Com a incidência de correntes de ar sobre a pele, a perda de calor por evaporação aumenta. Desde que o ar do ambiente não esteja excessivamente úmida, e, evidentemente, não esteja saturado, um movimento de ar, com certa velocidade, conseguirá evaporar o suor sobre a pele mais rapidamente do que o mesmo está sendo produzido, conduzindo a uma sensação de certo bem-estar. O movimento do ar é necessário não somente para remover o calor por evaporação, mas também para controlar a intensidade da transpiração. Uma transpiração excessiva debilita o organismo humano, principalmente devido à perda de sais minerais. Até mesmo em temperaturas moderadas é conveniente provocar-se um certo movimento de ar para acelerar a perda de calor do corpo por convecção, de modo a reduzir a transpiração. O gráfico da Figura 13 mostra a zona de bem-estar considerando a temperatura do ar local e sua velocidade. Este gráfico não considera porém a umidade relativa do ar no recinto. Figura 13: Zonas de bem estar para temperatura e velocidade do ar Fonte: Macintyre, 1990 A umidade relativa convencionalmente é denotada em porcentagem. Em outras palavras pode se dizer que umidade relativa do ar é a relação entre a quantidade de água existente no ar (umidade absoluta) e a quantidade máxima que poderia haver na mesma temperatura (ponto de saturação). Se o ar se encontrar com elevada umidade, mesmo que se aplique ventilação com velocidade considerável, não será possível conseguir a evaporação nas condições necessárias.

30 29 O conforto ambiental só se tomará possível com a remoção da umidade do ar, e esta remoção constitui um dos objetivos básicos das instalações de ar condicionado, embora em certos casos de ventilação industrial também se aplique. Para uma umidade relativa do ar moderada, pode-se ter uma idéia do bem-estar proporcionado pelo ar em movimento comparando e exprimindo seu efeito em função da diminuição da temperatura do ar (medida com o termõmetro de bulbo seco) que produziria o mesmo efeito refrescante caso este estivesse calmo. Assim, se o ar ambiente se deslocar, por exemplo, a uma velocidade de 2,2 m/s em contato com a pele, produzirá o mesmo efeito que o ar "parado" com uma temperatura de 5 C mais baixa que a do ambiente. Segundo a ABNT NBR 6401 NB 10, para ambientes "normais" a velocidade do ar em determinadas zonas nos recintos deve estar compreendida entre 1,5 e 15 m/minuto. 1.4 FATORES QUE PROPICIAM TRANSFERÊNCIA E LIBERAÇÃO DE CALOR PARA O INTERIOR DE UMA EDIFICAÇÃO Para um cálculo rigoroso de um sistema de ventilação visando conforto térmico, devese conhecer a carga térmica do ambiente em questão. Denomina-se carga térmica ao calor (sensível ou latente) a ser fornecido ou extraído do ar, por unidade de tempo, para manter no recinto as condições desejadas. A carga térmica, normalmente, varia com o tempo, pois os fatores que nela influem: temperatura externa, insolação e número de pessoas variam ao longo do dia. O ganho de calor que é transmitido para o ambiente é devido aos seguintes fatores (MACINTYRE, 1990): Radiação solar através de superfícies transparentes tais como vidros das janelas; Condução de calor através das paredes externas e telhados; Condução de calor através das paredes internas, divisórias, tetos e pisos; Calor gerado dentro do ambiente pelos ocupantes, luzes, equipamentos, desenvolvimento de processos ou qualquer outra fonte geradora de calor; Calor proveniente da ventilação (ar exterior) e infiltração de ar exterior; Calor gerado por outras fontes.

31 30 Na Figura 14, uma imagem simplificada dos fatores que propiciam o aumento da carga térmica em um ambiente. Figura 14: Fatores que propiciam o aumento da carga térmica em uma edificação Fonte: Stoecker, Insolação sobre os vidros, paredes externas e coberturas O sol incidindo sobre uma edificação representa sempre certo ganho de calor (energia), que será função da intensidade da radiação incidente e das características térmicas das superfícies externas desta edificação. A insolação varia conforme os seguintes fatores: Tipo da superfície; Constituição do material da superfície; Área útil; Orientação solar; Sombreamento existente; Estação do ano. De acordo com Frota; Schiffer (2000), os elementos da edificação, quando expostos aos raios solares, diretos ou difusos, ambos com radiação de alta temperatura, podem ser classificados em opacos e transparentes ou translúcidos. Nos materiais dos fechamentos

32 31 opacos, a radiação incidente terá parte absorvida e outra parte refletida. Nesses casos, os valores dependerão da refletividade e da absortividade de cada material utilizado. Os materiais de construção possuem uma capacidade de absorção em função de sua cor, por isso, alguns materiais absorvem mais a radiação solar que outros. A energia radiante absorvida se transforma em energia térmica ou calor; a refletida não sofre modificação alguma. Desta forma, a radiação solar é incluída no cálculo do fluxo de calor através de uma temperatura equivalente ou, como é comumente chamada, temperatura sol-ar. Verificamos através da Equação 3, dada pelas regras da transferência de calor para o cálculo de cargas térmicas, conforme LAMBERTS et all (1997). φ ( θ ) = U A. T SOL AR. (3) i Onde: A : Área de exposição, m² cor. No Quadro 1 a seguir, pode-se observar a absortividade dos materiais em função da Quadro1: Absortividade das cores e materiais Tipo de Superficie α Chapa de alumínio (nova e brilhante) 0,005 Chapa de alumínio (oxidada) 0,15 Chapa de aço galvanizada (nova e brilhante) 0,25 Caiação nova 0,12/0,15 Concreto aparente 0,65/0,80 Telha de barro 0,75/0,80 Tijolo aparente 0,65/0,80 Reboco claro 0,30/0,50 Revestimento asfáltico 0,85/0,98 Vidro comum de janela Transparente Pintura: - branca 0,20 - amarela 0,30 - verde claro 0,40 -"aluminio" 0,40 - verde escuro 0,70 - vermelha 0,74 - preta 0,97 Fonte: Projeto de Norma da ABNT 02: (1998)

33 32 A temperatura sol-ar (Tsol-ar) representa o efeito combinado da radiação solar incidente no fechamento e dos intercâmbios de energia por radiação e convecção entre a superfície e o meio envolvente; nestes processos intervêm o coeficiente de absorção (α) e a emissividade (ε) do material. Para planos horizontais (coberturas), esta carga térmica fica dada pela Equação 4. ( θ + α. RS. θ ) φ = U. A. 4 (4) e R SE i Os valores médios da resistência superficial externa são dados pelo Quadro 2. Quadro 2: Valores médios da resistência superficial interna e externa Fonte: Projeto 02: /2 da Associação Brasileira de Normas técnicas Para planos verticais (paredes), a Equação 5 descreve o fluxo de calor. ( θ + α. RS θ ) φ = U. A.. (5) e R SE i A radiação solar incidente, segundo FROTA & SCHIFFER (1995) é dada pelo Quadro 3. Estes dados podem ser obtidos no programa Radiasol ( Quadro 3: Radiação solar incidente em planos verticais e horizontais para o dia 22 de dezembro na latitude 30 Sul Orientação Radiação Solar (W/m²) 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h Sul Sudeste Leste Nordeste Norte Noroeste Oeste Sudoeste Horizontal Fonte: Frota & Schiffer,1995

34 33 Para as superfícies transparentes, inclui-se um fator denominado fator solar. Este fator representa a razão entre a quantidade de radiação solar que atravessa e a que incide uma superfície. O Quadro 4 apresenta o fator solar para alguns tipos de superfícies transparentes. Deste modo, a Equação do fluxo de calor é dado pela Equação 6. ( T T ) F. ) φ = A.( U int RS (6) ext + S Quadro 4: Fator solar para alguns tipos de superfícies transparentes Supefícies transparentes Fs Vidros Transparente (simples) 3 mm 0,87 Transparente (simples) 6 mm 0,83 Transparente (duplo) 3 mm 0,75 Cinza (fumê) 3 mm 0,72 Cinza (fumê) 6 mm 0,6 Verde 3 mm 0,72 Verde 6 mm 0,6 Refletivo 3 mm 0,26-0,37 Películas Reflexiva 0,25-0,50 Absorvente 0,40-0,50 Acrílico Claro 0,85 Cinza ou bronze 0,64 Reflexivo 0,18 Policarbonato Claro 0,85 Cinza ou Bronze 0,64 Domos Claro 0,7 Translúcido 0,4 Tijolo de vidro 0,56 Fonte: Lamberts et all, Calor sensível devido à condução pelas paredes, pisos, tetos e vidros Esta carga térmica de calor sensível devido à penetração do calor pode ser calculada pela Equação 7: C p = U A.( θ θ ) (7). e i

35 34 Onde: A = área das paredes, piso ou teto (m²); θe θ i = Diferença de temperatura externa interna Calores sensível e latente decorrentes da infiltração do ar exterior pelas portas e janelas O movimento do ar exterior ao recinto possibilita a sua penetração através das frestas nas portas, janelas ou outras aberturas. Tal penetração adiciona carga térmica sensível ou latente. Embora essa carga não possa ser calculada com precisão, há dois métodos que permitem a sua estimativa: o método da troca de ar e o método das frestas. No método da troca de ar se supõe a troca de ar por hora dos recintos, de acordo com o número de janelas. Trocar o ar significa renovar todo o ar contido no ambiente por hora. Geralmente no condicionamento de ar procura-se manter positiva a pressão dentro do recinto. Para a pressão ser positiva na sala faz-se a vazão de ar externo, V E igual a maior das duas parcelas: - ar exterior para renovação; - infiltrações pelas frestas, portas e exaustão se houver. Neste caso, quando no recinto a pressão do ar é superior à exterior, não há penetração do ar de fora e essa parcela pode ser desprezada Calor sensível correspondente à carga de energia elétrica dissipada no recinto nos aparelhos de iluminação e acessórios A carga térmica gerada por aparelhos de iluminação é uma função da potência dissipada pelas lâmpadas e pelos reatores (quando se tratar de iluminação fluorescente). Podese calcular a potência dissipada (w/m²) por unidade de área de piso do recinto, em função do índice de iluminação que deverá ser previsto para o mesmo e a natureza do trabalho a ser executado, cujo grau de precisão influencia o nível de iluminação exigido (MACINTYRE, 1990). Entretanto é comum e simplificado obter o cálculo da energia dissipada pelas lâmpadas, adotando os valores do Quadro 5.

36 35 Quadro 5: Aquecimento devido a lâmpadas acesas Tipo Calor emitido (Kcal/h) Incandescente Potência total em Watts x 0,875 Fluorescente Potência total em Watts x 0,875 x 1,26 Fonte: Macintyre, 1990 Deve-se levar em conta, no cálculo da carga térmica, que nem sempre todas as lâmpadas estão ligadas na hora que se tomou por base para o cálculo; geralmente na hora em que a carga térmica de insolação é máxima, muitas lâmpadas podem estar desligadas Calor sensível devido a motores elétricos Os motores elétricos, quer estejam dentro do recinto, em qualquer ponto do fluxo de ar ou mesmo nos ventiladores, adicionam carga térmica sensível ao sistema devido às perdas nos enrolamentos. É preciso levar em conta se o motor está sempre em funcionamento ou se a sua utilização é apenas esporádica. Este calor produzido pelos motores pode ser calculado conforme Equação 8 (ftp.demec.ufpr.br, acesso em 30/11/2012). P Q S = P.733 (8) η Quando há motores de diversas potências funcionando no recinto, pode-se calcular o calor dissipado multiplicando a potência total expressa em HP por 2800 para se obter o calor em Btu/h (MACINTYRE, 1990). Para um cálculo mais preciso, deve-se adotar os dados contidos no Quadro Calor liberado por uma pessoa Todo ser humano emite calor latente e calor sensível, que variam conforme esteja o indivíduo em repouso ou em atividade, Macyntire (1990), dá os valores do calor liberado pela pessoas em função da temperatura e da atividade, conforme Quadro 7. A quantidade de calor a extrair do recinto corresponde à que foi proporcionada pelo calor sensível liberado.

37 36 Quadro 6: Carga térmica devido a motores elétricos em operação contínua Localização do equipamento com relação ao ambiente Potência (hp) Rendimento do motor a plena Motor e máquina dentro Motor fora e máquina Motor dentro e máquina fora hp carga ɳ (%) (hp x )/ɳ dentro hp x 2545 x 25454(100%ɳ)/ɳ Btu/h (1 Btu/h = 0,252 Kcal/h) 0, , , , , , , , , , Fonte: Macintyre, 1990

38 37 Quadro 7: Calor liberado por uma pessoa em Kcal/h Temperatura de bulbo seco ( C) Local Metabolismo médio S + L (Kcal/h) S L S L S L S L S L Escritório Restaurantes Fábrica (Trabalho leve) Fábrica (Trabalho pesado) Auditórios S = calor sensível L = calor latente (Kcal/h) Fonte: Macintyre, 1990

39 38 2 CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO DE CASO PARA O PAVILHÃO DE MONTAGEM DE GERADORES 2.1 CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS O pavilhão utilizado para montagem de geradores na empresa Hidronergia Engenharia e Automação Ltda foi projetado e construído no ano de 2009, junto às instalações já existentes da empresa, no Distrito Industrial de Ijuí, por uma construtora terceirizada, já visando, na época da construção, uma ampliação lateral e nos fundos, multiplicando por quatro a área útil coberta que atualmente é de 828 m² (18 m x 46 m). O terreno é localizado em um dos pontos mais altos da cidade de Ijuí, em nível, e sem obstáculos relevantes à volta. Desde a sua concepção inicial, a ideia foi realizar a montagem dos geradores neste recinto, com a instalação de duas pontes rolantes com capacidade de 25 toneladas/cada e demais equipamentos e dispositivos que foram se tornando necessários no decorrer dos trabalhos. Na Figura 15, uma imagem do leiaute previsto para este pavilhão. Figura 15: Leiaute previsto para o pavilhão para montagem de geradores

40 39 Com um pé direito de 12 metros, o principal detalhe construtivo observado neste pavilhão é a falta de aberturas no ambiente. Este pavilhão dispõe apenas de uma porta de acesso voltada para o norte com 5,5 mx 5 m, totalizando uma área de 27,5 m², sem mais aberturas inferiores, superiores ou nas laterais, conforme pode verificar pela imagem da Figura 16. Figura 16: Foto do pavilhão de montagem de geradores Ainda, conforme a Figura 16, verifica-se os fechamentos laterais construídos parcialmente de telhas aluzinc e o restante em blocos de concreto pré moldados. O telhado também foi construído com telhas aluzinc, em formato meia água, porém com intervalos de telhas transparentes para aproveitamento da iluminação natural. Estas telhas transparentes de 1,2 metros de largura, estão posicionadas em intervalos de 6 metros em 6 metros. 2.2 CARGA TÉRMICA E TROCAS DE AR Como já visto no capitulo anterior, há vários fatores que geram calor dentro de um ambiente e a somatória de todas as formas de calor presentes num ambiente denomina-se por carga térmica. Para o cálculo da carga térmica considera-se as parcelas de ganhos e perdas por trocas térmicas nas diversas superfícies, como a cobertura do prédio, paredes externas e internas, áreas dos vidros das janelas, o piso e as portas, além do calor trocado pela variação do ar interno. Adicionam-se, também, as parcelas de contribuição emitidas pelas pessoas, lâmpadas e equipamentos.

41 40 Para o pavilhão em estudo, utilizado para montagem de geradores, o cálculo da carga térmica é realizado com as seguintes considerações: 1) A maior carga térmica se dará no horário de maior incidência de radiação sobre o pavilhão; 2) As lâmpadas não são acesas em dias com incidência de sol, pois a iluminação natural se torna suficiente em virtude das telhas translucidas; 3) Considera-se dez pessoas em trabalho de montagem no ambiente; 4) São considerados os quatro motores elétricos de uma das ponte rolantes em atividade, 2 motores de dispositivos de montagem (prensagem de polos e enrolamento de fios de cobre); e uma potência estimada para a linha de estampo. 5) Na inexistência de janelas no ambiente, desconsidera-se a carga térmica por infiltrações de ar; Carga térmica devido à insolação Para o cálculo da carga térmica devido à insolação nas superfícies laterais e superiores, divide-se as áreas do pavilhão sujeitas à radiação conforme material e orientação, baseando-se no projeto arquitetônico, conforme Figura 17. Os dados são posteriormente compilados no Quadro 8. Figura 17: Projeto arquitetônico do pavilhão para montagem de geradores

42 41 Quadro 8: Superfícies do pavilhão de montagem de geradores sujeitas à radiação Superfície Orientação Área sujeita a radiação Telha Aluzinc Norte 446,7 m² Telha Aluzinc Sul 408,9 m² Telha Aluzinc Leste 185,4 m² Telha Aluzinc Oeste 185,4 m² Telha Aluzinc Forro 655,2 m² Telha translucida Forro 172,8 m² Bloco pré moldado Norte 87,5 m² Bloco pré moldado Sul 101,2 m² Bloco pré moldado Leste 39,6 m² Bloco pré moldado Oeste 39,6 m² Para o cálculo da carga térmica devida a insolação, utiliza-se as equações 4; 5 e 6 e consideraremos valores da radiação média obtida através do quadro 3. Através do cálculo da média obtem-se os valores de radiação expostos no Quadro 9. Outras considerações particulares importantes utilizadas para os cálculos são: Temperatura externa de 35 C e temperatura interna de 28 C; Bloco pré moldado considerado como reboco claro; Coeficiente global de transmissão de calor e absortância das telhas aluzinc visualizados no Quadro 10; Coeficiente global de transmissão de calor das telhas translucidas considerado 4,7 W/m².k e absortância visualizada também no Quadro 10. Quadro 9: Valores de radiação média para planos verticais e horizontais Orientação Radiação solar média (W/m²) Sul 110 Leste 273 Norte 85 Oeste 735 Horizontal 692 Com os valores da radiação média, calcula-se as cargas de insolação para cada uma das superfícies do pavilhão em questão, obtendo-se o Quadro 12.

43 42 Quadro 10: Propriedades térmicas de telhas aluzinc Superfície Local Absortância Emissividade U (W/m².k) Ct (KJ/m².k) ϕ (horas) Telha aluzinc na cor natural cobertura 0,25 0, Alvenaria à vista Telha aluzinc trapezoidal azul mureta 0,65/0,80 0,85/0,95 2,6 63,3 2,83 Fechamento lateral 0,7 0,9 5, Fonte: Van Hass, 2005 Quadro 11: Valores do fator solar para telhas translucidas Superfície Local FCS Fechamento Telha lateral pavilhão 2 translúcida de 0,4 e cobertura fibra de vidro pavilhão 1 e 2 Vidro comum pavilhão 1 0,87 Fonte: Lamberts, 1997 Quadro 12: Cargas térmicas de insolação em cada uma das superfícies do pavilhão Superfície/orientação Carga térmica (W) Telha Aluzinc/Forro Telha Translucida/Forro Telha Aluzinc/Norte Telha Aluzinc/Sul Telha Aluzinc/Oeste Telha Aluzinc/Leste Bloco Pré moldado/norte 1825 Bloco Pré moldado/leste 1058 Bloco Pré moldado/oeste 1629 Bloco Pré moldado/sul 2189 A soma destas cargas térmicas é de W.

44 Carga térmica devido à condução Para o cálculo da carga térmica por condução utiliza-se a Equação 7, juntamente com as mesmas considerações e dados para temperatura externa, temperatura interna, áreas das superfícies e coeficiente de transmissão global de calor. Assim, obtém o Quadro 13, conforme a seguir: Quadro 13: Cargas térmicas resultantes da condução de calor em cada uma das superfícies do pavilhão. Superfície/orientação Carga térmica (W) Telha Aluzinc/Forro Telha Translucida/Forro 5685 Telha Aluzinc/Norte Telha Aluzinc/Sul Telha Aluzinc/Oeste 7631 Telha Aluzinc/Leste 7631 Bloco Pré moldado/norte 1592 Bloco Pré moldado/leste 720 Bloco Pré moldado/oeste 720 Bloco Pré moldado/sul 1841 A soma destas cargas térmicas ocasionada por condução é de W Carga térmica devido às pessoas Para este cálculo, utiliza-se por base o Quadro 7, considerando a temperatura de bulbo seco sendo de 28 C, em um trabalho pesado de fábrica. A soma do calor sensível e do calor latente é de 252 Kcal/h - como são consideradas seis pessoas neste trabalho, teremos uma carga térmica de 1758 Watts Carga térmica devido aos motores elétricos seguintes: Os motores principais que encontram-se no pavilhão de montagem de geradores são os

45 44 Motor de elevação das pontes rolantes de 25 toneladas : Motofreio 25 cv 4P 380/ Un/ponte Translação dos carros guincho das pontes rolantes de 25 toneladas: Motoredutor SEW FA57/G DZ80K4/BMG Potência 1,5 CV...01 Un/ponte Translação das pontes rolantes de 25 toneladas: Motoredutor SEW FA67/G DZ90S4/BMG Potência 2,0 CV Un/ponte Motores de dispositivos de montagem: Motor elétrico 0,5 CV Un. Potência instalada na linha de estampo: 50 hp (esta informação é estimada, visto que a linha de estampo não está com seu projeto concluído). Considerando que todos os motores trabalham a plena carga, porém uma das pontes rolantes fica osciosa, é possível retirar os dados do quadro 6, obtendo um valor da carga térmica ocasionada pelos motores de watts. Na Figura 18 uma imagem das duas pontes rolantes instaladas no pavilhão. 2.3 AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE VENTILAÇÃO ATUAIS A situação da ventilação no pavilhão utilizado para montagem de geradores é evidentemente ineficaz, inicialmente identificada pela falta de aberturas no ambiente (ver Figura 16 e Figura 18). Há uma única entrada de ar identificada na edificação e não existem saídas de ar devidamente projetadas. Isto gera um acúmulo considerável de pequenas partículas de poeira e principalmente aquecimento, transformando o ambiente em uma espécie de estufa, sem deslocamento de ar em seu interior.

46 45 Figura 18: Pontes rolantes de 25 toneladas instaladas no pavilhão de montagem de geradores da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda A Associação Brasileira de Normas Técnicas propõe um número mínimo de trocas de ar para ambientes, conforme o Quadro 14. No caso do pavilhão em questão não é possível calcular esta troca de ar pela já citada falta de saídas de ar. O pavilhão para montagem de geradores tem um volume total de ar de 9108 m³. Considerando 11 trocas de ar/hora seria necessária uma vazão de ar de m³/hora. A única área de entrada de ar no ambiente em estudo trata-se do portão com dimensões de 6,00 metros x 6,20 metros, totalizando portando uma área de 37,2 m². A falta de aberturas no ambiente impossibilita o cálculo da taxa de ventilação natural Q v ; dada pela Equação 1 e o fluxo de ar por efeito de chaminé Q t ; dado pela Equação 2. A não existência de ventilação natural tem como principal consequência, neste caso específico, o fato de propiciar o aquecimento interno da edificação proveniente da carga térmica dissipada no ar interior pelo processo produtivo, intensificado pela ação dos raios solares que incidem diretamente nas coberturas e fachadas e são re-irradiados para o interior da edificação, fazendo com que a temperatura no interior da edificação, seja sempre mais elevada do que a temperatura externa ambiente. Esta carga térmica para o pavilhão em questão foi calculada no inicio deste capítulo e pode-se afirmar que tal carga, é relativamente alta, principalmente a parte que cabe a insolação sobre as paredes e cobertura do ambiente.

47 46 Quadro 14: Trocas de ar/hora para ambientes Ambientes N Trocas Ambientes N trocas Auditório 6 Cabine de Pintura 60 Padaria 20 a 30 Sala de Diversões 10 Boliche 12 Funilaria 12 Sala de clube 12 Estaleiros 6 Igreja 6 Loja 10 Restaurante 12 Sanitário 12 a 20 Fábrica 10 Túnel 6 Fundições 20 Assembléia 15 Garagens 12 Sala da caldeira 20 Cozinha de Restaurante 20 a 30 Fábrica de Papel 30 Lavanderia 20 Armazém 5 a 10 Oficina 11 Depósito 3 a 10 Escritório 10 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 6401/ABNT

48 47 3 PROPOSTA DE SISTEMA DE VENTILAÇÃO 3.1 POSSIBILIDADES DE SOLUÇÃO As opções para sistemas de ventilação são muitas, pois o mercado está repleto de produtos a venda, também como objetivo da redução da temperatura: sistema de ventilação e exaustão, sistema de insuflamento, sistema eólicos, revestimento de teto, resfriadores evaporativos, etc. Uma decisão de investir requer uma análise mais profunda do que realmente necessita a empresa e um conhecimento maior sobre calor e como ele atua nas pessoas e como um sistema de ventilação influencia nesta relação. Além do aspecto de melhor condição ambiental deve-se pensar que se a temperatura do ambiente estiver acima do limite de tolerância estabelecido pelo Ministério do Trabalho, o ambiente é considerado insalubre, portanto gerará maior custo à empresa que terá que pagar insalubridade aos funcionários e uma taxa maior para a previdência. Inicialmente considera-se que em edificações com grandes volumes de ar, a instalação de climatização é inviabilizada, pelo alto custo dos equipamentos, e também, em função do custo da energia elétrica que é consumida pelo processo de climatização. Neste caso a solução mais adequada para a questão do aquecimento interno das edificações é o uso de sistemas de ventilação natural, por ter um custo significativamente baixo em relação ao custo da obra, pelo fato de não consumir energia elétrica, e de forma a utilizar os recursos naturais como a força da gravidade em favor do ser humano, ventilando naturalmente, obtendo assim uma melhora na condição do trabalho dos funcionários e na armazenagem de produtos. Conforme visto no capítulo 1, este sistema funciona através do efeito chaminé, e é dimensionado em função do somatório das cargas térmicas geradas no interior da edificação (processo), com as cargas térmicas solares (radiantes) recebidas através da cobertura e de fechamentos laterais. O sistema é calculado para dar vazão a esse ar aquecido admitindo ar novo. Previamente, considera-se algumas hipóteses para resolver o problema da ventilação e do calor no pavilhão de montagem de geradores na empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda, conforme a seguir.

49 Sistema com ventiladores e exaustores Os ventiladores fazem a circulação do ar ambiente, melhorando a sensação térmica, possuindo grande capacidade de deslocamento de ar, em volume e distância. Podem ser afixados em paredes, pedestais ou dependendo do modelo podem até mesmo ficar suspensos pela estrutura do telhado, pois trata-se de uma solução econômica e eficiente em diversas aplicações. Existem diversos modelos e tipos de ventiladores, cada um com uma especificação técnica. Vantagens: Baixo custo; Baixa manutenção; Baixo consumo de energia; Retira odores, pó, fumaça, etc. Desvantagens: Aumento do ruído de fundo; Não diminui a temperatura do ambiente Construção de aberturas para entrada e saídas de ar Esta hipótese considera os princípios básicos da ventilação natural, projetando e construindo sobre a estrutura já existente algumas modificações na quantidade, tipo e posições das aberturas para entradas e saídas de ar a fim de atingir os índices de trocas de ar indicados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas com o auxílio do vento incidente sobre tais aberturas e do efeito chaminé. Vantagens: Baixo custo; Baixa manutenção; Baixo consumo de energia; Desvantagens: Não diminui a temperatura do ambiente; Exige uma análise estrutural do ambiente; Depende da ação dos ventos sobre a estrutura.

50 Sistema de insuflamento A principal indicação de uso dos insufladores mecânicos nas instalações industriais é quando se necessita injetar ar no interior da edificação, em locais onde não há possibilidade do ar ser captado naturalmente através de venezianas. Um sistema de insuflamento realiza a ventilação por pressão positiva através de um conjunto de insufladores axiais de parede, captando ar fresco e limpo a serem insuflados através de sistemas motorizados com dutos e difusores de ar, promovendo renovações do ar, com ventilação sensitiva, ou seja, o ar passa pela pele causando sensação confortável. Daí a necessidade de instalação de insufladores mecânicos, sendo que é utilizado em conjunto com os exaustores naturais, onde a entrada de ar se dá pelos insufladores, e a saída de ar se dá pelos exaustores naturais, obtendo-se assim a renovação do ar especificada para a edificação: Vantagens: Melhora as condições de um ambiente específico; Renovação de 100% do ar. Desvantagens: Alto custo; Não diminue a temperatura do ambiente Revestimento de teto Existem diversos tipos de revestimento de telhados, como por exemplo: Cerâmica; Resina; Aplicação de polipropileno. O objetivo é evitar o aquecimento do ar interno, impedindo que a ação dos raios solares sobre o telhado transfira o calor para dentro do ambiente. Em se tratando de revestimento é possível também considerar a cor do telhado, pois conforme visto no capitulo 3, as cores claras absorvem menos radiação e consequentemente o coeficiente de transmissão global de calor diminui consideravelmente. Vantagens: Não produz ruído;

51 50 Baixo custo de manutenção; Retarda a ação da corrosão em telhados metálicos; Baixo custo (no caso de pintura com cores claras). Desvantagens: Alto custo de aplicação (no caso de revestimento com materiais isolantes); Não renova o ar interno; O polipropileno retém poeira Resfriamento evaporativo por névoas É um sistema novo, que possibilita controle da temperatura e umidade do ar através da evaporação da água. São utilizados bicos micro-aspersores que produzem uma névoa de rápida evaporação que não precipita e não molha, promovendo a troca de calor entre o ar e a água, abaixando a temperatura ambiente. Vantagens: Baixo custo de instalação; Adaptável a quase todo tipo de ambiente; Diminui a temperatura; Possibilita controle sobre a umidade relativa. Desvantagens: Gera custo de manutenção; Possibilidade de entupimento dos bicos; Não renova o ar interno; Consumo de água Resfriamento evaporativo A climatização por resfriamento evaporativo é extremamente recomendável para grandes ambientes industriais ou comerciais, onde geralmente há grande geração de calor e grandes espaços abertos. Estas condições inviabilizam o uso de ar condicionado e favorecem o uso do resfriamento evaporativo, que pode ser usado inclusive para climatizar ambientes completamente abertos.

52 51 No resfriamento evaporativo, a diminuição da temperatura acontece quando, para evaporar, a água retira energia (calor) do que quer que esteja em contato com ela. E no caso desse processo, quem cede calor para a água durante a evaporação é o ar, que torna-se mais frio. O resfriamento do ar é feito de maneira simples e natural, sem utilizar os complexos componentes de refrigeração mecânica, que são grandes consumidores de energia, substituindo os aparelhos de ar condicionado. Vantagens: Baixo custo de manutenção; Ideal para lugares abertos; Consome 75% menos energia que os aparelhos de ar condicionado; Diminui a temperatura; Não possui gases que poluem o meio ambiente. Desvantagens: Custo de instalação maior que os demais sistemas apresentados; Consumo de água. Deve-se ressaltar que o dimensionamento do sistema de ventilação é caracterizado pelo numero de renovações que se deseja obter, sendo que este número de renovações é variável conforme a atividade realizada no interior da edificação. O numero de renovações é adequado a cada situação utilizando-se como parâmetro a norma nacional ABNT e a norma internacional da ASHRAE. 3.2 LIMITAÇÕES No caso do pavilhão para montagem de geradores da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda, deve-se considerar inicialmente o custo de aquisição/implementação de um sistema de ventilação a fim de viabilizar de maneira imediata os recursos que se façam necessários para instalação do mesmo. Avaliando sob este aspecto as possibilidades de sistemas, e levando em conta o objetivo principal de atingir um valor mínimo de trocas de ar no ambiente deve-se desconsiderar as possibilidades de resfriamentos evaporativos em virtude de que estes equipamentos não realizam a renovação do ar, somente propiciam a redução da temperatura.

53 52 Estes equipamentos podem ser instalados posteriormente, para redução da temperatura interna, em conjunto com um sistema de ventilação para renovação do ar. Para referência de custos é possível considerar o Quadro 15. Quadro15: Custos médios estimados para sistemas de ventilação e redução de calor Sistemas Custo por m² em media com Pé direito de 8m (R$) Sistema de Ventilação e exaustão 9,00 Sistema de Insuflamento 24,00 Revestimento de telhado (considerando revestimento 23,00 com isolantes térmicos) Sistema evaporativo por névoa; 12,00 Sistema de resfriamento evaporativo 35,00 Fonte: Roque, sistema de ventilação, resfriamento e redução de calor - conforto térmico Para os outros sistemas possíveis, é necessário realizar uma análise mais aprofundada sobre a aplicação de cada um deles. Entretanto é possível citar algumas limitações ou dificuldades possíveis de serem percebidas inicialmente. A construção ou modificação de aberturas necessitará de uma reavaliação estrutural do pavilhão, isto é, uma reengenharia a fim de garantir que isto não comprometerá a resistência da edificação; Um sistema de ventilação único e exclusivamente natural não garantirá uma vazão de ar uniforme e consequentemente a renovação do ar dentro do pavilhão não pode ser controlada; Um sistema totalmente mecânico, com insuflamento e exaustão também poderá gerar um custo relativamente alto, tanto de instalação, quanto de operação e manutenção; O revestimento externo das paredes e teto, a fim de alterar a cor destes, não poderá auxiliar na renovação do ar, somente no que se refere à diminuição da carga térmica devido à insolação. 3.3 CONCEPÇÃO ADEQUADA AO CASO Dentro das dificuldades e exigências vistas nos capítulos e subcapítulos acima, e das soluções adotadas pelas empresas de mesmo porte e condições estruturais, determina-se que a

54 53 condição inicial ideal é renovar o ar do ambiente em questão e posteriormente verificar quais as possibilidades máximas de redução de calor com esta renovação de ar. Desta forma, será dado andamento no estudo em um sistema com exaustão natural e insuflação mecânica. Acredita-se ser este o método mais viável visto a necessidade de retirada de ar de dentro do ambiente e a falta de aberturas para entradas de ar. Assim será possível dimensionar um sistema para aproximar ou atingir os níveis aceitáveis de trocas de ar pela legislação. Esta concepção inicial considera que não seriam necessárias modificações consideráveis na estrutura do prédio e seria possível obter um deslocamento de ar que tornaria a sensação térmica agradável no ambiente. Um sistema de climatização instalado paralelamente ao sistema de ventilação geraria um custo inicial muito alto para os padrões da Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda. É necessário, portanto, partir para a idéia que se apresenta mais clara e óbvia para os padrões das metalúrgicas da região Noroeste do Rio Grande do Sul. Os ventiladores devem injetar o ar exterior para o interior do recinto, logo, conforme visto na seção 1.2.2, a pressão interna será maior que a externa (pi>pe); e o ar insuflado sairá, por diferença de pressão, por outras aberturas existentes resultando em: Diluição dos contaminantes; Baixa de temperatura interna; Arejamento do ambiente. 3.4 PROJETO BÁSICO PARA IMPLANTAÇÃO DA SOLUÇÃO Para o projeto básico do sistema de ventilação para o ambiente, são necessárias algumas explicações e descrições das ideias principais, com descritivo dos recursos e equipamentos a serem instalados a fim de atingir os objetivos iniciais do estudo. A idéia é criar a possibilidade de exaurir o ar naturalmente e possibilitar um número maior de entradas de ar. Assim surge a possibilidade dos exaustores eólicos a serem instalados na parte superior do pavilhão e o insuflamento de ar através de ventiladores instalados na parte inferior do prédio em posições a serem definidas conforme indicação por cálculos e estudos específicos.

55 Exaustores eólicos Os exaustores eólicos são um tipo de exaustor impulsionado pela força do vento e pela diferença de temperatura, entre o interior e o exterior de um prédio (convecção térmica). Dispensa o uso de motor elétrico. O Exaustor Eólico, teoricamente, renova a massa de ar quente contida em um ambiente, aproximando a temperatura interna da externa. O funcionamento de um exaustor eólico se dá pelo vento que incide sobre as palhetas do rotor, promovendo o giro do mesmo. Em seu interior ocorrerá uma ligeira queda de pressão, ajudando a succionar a massa de ar quente, gases tóxicos, fumaças e partículas em suspensão no ambiente em sua direção, conforme Figura 19. Além de baixar a temperatura, o exaustor eólico melhora a qualidade do ar. Figura 19: Imagem ilustrativa de funcionamento de um exaustor eólico Fonte: acesso em 28/02/2012 Na ausência de vento o equipamento funciona apenas pelo diferencial térmico entre as temperaturas interna e externa: (convecção térmica). A massa de ar quente, por ser mais leve, desloca-se na direção do exaustor, exercendo pressão no rotor, capaz de movimentá-lo. Esse processo enquadra-se em um sistema de Ventilação Natural. Este é um equipamento que pode ser utilizado nos mais diversos tipos de instalações, porém para que o ambiente seja efetivamente favorecido com o exaustor, é importante haver entradas de ar através de janelas, basculantes, portas e/ou elementos vazados, em quantidade proporcional às dimensões da instalação. Quando possível, as tomadas de ar devem estar posicionadas próximas do piso, e distantes dos exaustores.

56 55 Com isso, ganha-se maior vazão de ar (efeito chaminé) e máxima eficiência do sistema, uma vez que o ar exterior, em condições mais frescas, será forçado de encontro aos ocupantes do ambiente, melhorando a qualidade do ar, garantindo maior produtividade dos trabalhadores e menor desgaste dos equipamentos e produtos A utilização do exaustor eólico atendia basicamente as grandes edificações, tipo galpões, que apresentavam elevados volumes de ar, exigindo dessa forma, gastos significativos com energia elétrica e conservação de equipamentos de ventilação mecânica. O sucesso alcançado, fez ampliar sua área de atuação, despertando o interesse de outros segmentos. Atualmente podem ser encontrados, em ginásios, instalações agro-industriais, granjas, currais, cocheiras, centros e feiras de produção agro-pastoril, residências (ventilação do ático), casas de máquinas (geradores, elevadores) e inúmeras outras situações. Além de não consumir energia elétrica, o exaustor eólico oferece outros benefícios e vantagens, destacados abaixo: Amortização imediata; Elimina a condensação no inverno; Eleva o índice de conforto técnico; Funcionamento ininterrupto; Não consome energia - custo operacional zero; Não deposita ou suspende poeira/ pó; Não necessita de instalações especiais; Não necessita de manutenção -custo operacional zero; Não provoca faíscas; Não produz ruído; Promove a renovação do ar; Promove a ventilação reduzindo a umidade; Reduz riscos de incêndio;. Nas Figuras 20 e 21 seguem alguns exemplos de instalação e um desenho esquemático de um exaustor, respectivamente.

57 56 Figura 20: Exemplos de aplicações e instalações de exaustores eólicos Figura 21: Desenho esquemático de um exaustor eólico Fonte: acesso em 28/02/2012

58 57 A capacidade de exaustão de um exaustor eólico depende sempre das condições de vento, posicionamento dos mesmos sobre o recinto e condições gerais, geralmente fornecidas pelos fabricantes, conforme exemplo da Figura 22, fornecida pela fabricante Rotiv. Figura 22: Quantidade de extração de ar, com relação ao tamanho do exaustor e da velocidade do vento Fonte: acesso em 28/02/ Ventiladores para insuflação mecânica Segundo Macintyre 1990, ventiladores são turbomáquimas geratrizes ou operatrizes, também designadas por máquinas turbodinâmicas, que se destinam a produzir o deslocamento dos gases. Analogamente ao que ocorre com as turbobombas, a rotação de um rotor dotado de pás adequadas, acionado por um motor, em geral o elétrico, permite a transformação da energia mecânica do rotor nas formas de energia que o fluído é capaz de assumir. Graças à energia adquirida, os gases tornam-se capazes de escoar em dutos, vencendo as resistências que se oferecem ao seu deslocamento, proporcionando a vazão desejável de ar para a finalidade que se tem em vista. Existem vários critérios segundo os quais se podem classificar os ventiladores. O mais utilizado é segundo a modalidade construtiva: Centrífugos: o ventilador centrífugo foi desenvolvido com características especiais para utilização em sistemas de ventilação/exaustão com redes de dutos conectadas. Em sua maioria, movimentam volumes de ar relativamente pequenos a grandes pressões. Seu principio de funcionamento basea-se na entrada de ar pelo centro do rotor, sendo acelerado

59 58 pelas paletas gerando forte impulsão contra as paredes da carcaça que, devido suas características construtivas, direciona o ar para fora da abertura de descarga. Os ventiladores centrífugos geralmente são utilizados para sistemas de ventilação local exaustora, com objetivo principal captar os poluentes de uma fonte (gases, vapores ou poeiras tóxicas) antes que os mesmos se dispersem no ar do ambiente de trabalho. Na Figura 23 a seguir, uma imagem ilustrativa do ventilador centrífugo. Figura 23: Ventilador centrífugo Fonte: acesso em 05/01/2013 Axiais: o ventilador axial tem por principio o movimento de grandes volumes de ar de um determinado ponto a outro com pressões estáticas relativamente baixas. O tipo de armação e posição da hélice tem influência decisiva no desempenho do ar e eficiência do próprio ventilador. Os ventiladores axiais são utilizados em sistemas de insuflamento/exaustão com pouca perda de carga, ou seja, com sistemas de dutos curtos. Dentre suas diversas características, podem ser utilizados para movimentação de ar dentro de um ambiente. Na Figura 24, uma imagem ilustrativa do ventilador axial. Nesta breve descrição das formas construtivas dos ventiladores, fica evidente a melhor aplicabilidade do ventilador do tipo axial para o caso em questão, do pavilhão para montagem de geradores da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda.

60 59 Figura 24: Ventilador axial Fonte: acesso em 05/01/ Taxa de renovação para o pavilhão Conforme visto na seção 3.3, o pavilhão para montagem de geradores tem um volume total de ar de 9108 m³. Considerando 11 trocas de ar/hora (recomendado pela ABNT) é necessária uma vazão de ar de m³/hora. Desta forma, será necessário especificar os equipamentos necessários para atender a esta taxa de renovação. Geralmente estes dados podem/são informados pelos fabricantes dos equipamentos, com alguns fatores de correção para eventuais situações, como é o caso dos exaustores eólicos, que dependem da ação dos ventos Especificação dos equipamentos São inúmeras as possibilidades de fabricantes e variações de ventiladores axiais e exaustores optados como solução para o sistema de ventilação no pavilhão de montagem de geradores. O interessante nesta etapa é atender a vazão de ar necessário para atingir o número de trocas de calor citado na seção anterior, que equivale a aproximadamente m³/hora. No Quadro 16 a seguir, os modelos de ventiladores axiais disponíveis da fabricante venticenter.

61 60 Quadro 16: Modelos de ventiladores axiais da empresa Ventcenter Fonte: acesso em 05/01/2013 Além de atingir o número de trocas de ar calculado, tem-se o objetivo de conseguir um bom deslocamento de ar no ambiente, gerando uma velocidade que melhore as condições de conforto térmico no ambiente, conforme visto na seção Deste modo, acredita-se que instalar os maiores ventiladores não seja a melhor solução para o sistema de ventilação. Uma maior quantidade de insufladores axiais seria a melhor opção para atender os pontos do pavilhão onde se faz necessária esta circulação de ar, desde que o consumo de energia não torne-se alto. Numa analise preliminar, o melhor relação consumo/vazão é dada pelo modelo VC600M4. Assim consideraremos este equipamento para insuflar ar no ambiente. Sendo objetivada uma vazão de m³/hora, serão necessários 12 ventiladores axiais do modelo citado, o que ocasionará um consumo de 1,92 hp. No Quadro 17, exaustores eólicos ofertados pela fabricante FortVent.

62 61 Quadro 17: Modelos de exaustores eólicos fabricados pela empresa FortVent ESPECIFICAÇÕES MODELOS 20" 24" 30" Diâmetro mm Diâmetro eixo mm N de Aletas Peso (Kg) Vazão (m³/h) Fonte: acesso em 05/01/2013 As especificações dos modelos do Quadro 17, seguem conforme abaixo: a) Especificação: Modelo 20 Exaustor Eólico modelo 20 com 515 mm (51,5 cm) de diâmetro, vazão de 3500m³ de ar/hora com globo giratório com diâmetro de 760 mm composto de disco em chapa galvanizada 0,50 mm, 39 aletas em alumínio naval (liga 5182 dureza H48), eixo central em aço trefilado SAE mm galvanizado, parte principal do sistema de giro em perfis de alumínio 1 x 1/8 (liga 6060 T5) e cruzeta tubo quadrado em alumínio 1, 2 rolamentos 6201zz blindados e clausurados, base de fixação, duto e rufos em chapa galvanizada 0,50 mm com altura 550 mm; b) Especificação: Modelo 24 Exaustor Eólico modelo 24 c/ 610 mm (61 cm) de diâmetro, vazão de 4000m³ de ar/hora com globo giratório com diâmetro de 900 mm composto de disco em chapa galvanizada 0,50 mm, 45 aletas em alumínio naval (liga 5182 dureza H48), eixo central em aço trefilado SAE mm galvanizado, parte principal do sistema de giro em perfis de alumínio 1 x 1/8 (liga 6060 T5) e cruzeta tubo quadrado em alumínio 1, 2 rolamentos 6201zz blindados e clausurados, base de fixação, duto e rufos em chapa galvanizada 0,50 mm, Altura 640 mm; c) Especificação Modelo 30 Exaustor Eólico modelo 30 c/ 762 mm (76,2 cm) de diâmetro, vazão de 6000m³ de ar/hora, globo giratório com diâmetro de 1060 mm composto de disco em chapa galvanizada 0,50 mm, 55 aletas em alumínio naval (liga 5182 dureza H48), eixo central em

63 62 aço trefilado SAE mm galvanizado, parte principal do sistema de giro em perfis de alumínio 1 1/2 x 1/8 (liga 6060 T5) e tubo quadrado em alumínio 1, 2 rolamentos 6201zz blindados e clausurados, base de fixação, duto e rufos em chapa galvanizada 0,50 mm, altura 650 mm. O funcionamento de um exaustor eólico é influenciado diretamente pela ação dos ventos em seu rotor, conforme já citado na seção Segundo o atlas eólico, a velocidade média do vento na região Noroeste do Estado do Rio Grande Do Sul é de 6m/s ou 20 Km/h, conforme pode ser visualizado pela Figura 25. Como o pavilhão para montagem de geradores está localizado em campo aberto, sem obstáculos para ação do vento, não é necessário realizar correções nesta velocidade de vento indicado pelo atlas. A localização deste pavilhão pode ser melhor visualiza na imagem aérea da Figura 26. Figura 25: Velocidade média anual do vento Fonte: Atlas do potencial eólico brasileiro, 2001

64 63 Figura 26: Imagem aérea da empresa Hidroenergia Engenharia e Automação Ltda Assim, torna-se possível utilizar as curvas características da Figura 25, para encontrar o rendimento aproximado do exaustor eólico, e consequentemente determinar o número de equipamentos necessários para atender as trocas de ar objetivadas. Consideraremos os equipamentos de 24, também da empresa Ventcenter, onde, com uma velocidade do vento de 20 km/h, a extração de ar está seria de aproximadamente 4000 m³/hora. Como a necessidade no pavilhão é de aproximadamente m²/hora, teremos a necessidade de instalar 25 exaustores eólicos Posicionamento e instalação dos equipamentos É importante considerar alguns critérios para tomada de ar a ser insuflado no ambiente, a fim de não comprometer o processo de ventilação a ser instalado: 1) O local de admissão de ar para o ventilador deve ser livre. Quando for necessária 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.

65 64 Outro detalhe importante é a distribuição dos ventiladores para insuflação a fim de que estes não criem as chamadas zonas mortas. Considerando a instalação do exaustores eólicos no teto do ambiente, o ideal é a situação indicada na Figura 27. Figura 27: Padrão de fluxo circulatório da lateral por baixo, com saída por cima Fonte: Macintyre, 1990 Em uma avaliação do leiaute do pavilhão, conforme Figura 15, também é necessário considerar alguns outros pontos importantes, como: Em parte da parede localizada ao sul, não é interessante instalar ventiladores, visto que fica instalada uma linha de estampo, consequentemente, os equipamentos pesados desta linha poderão obstruir o fluxo de ar insuflado e/ou transferir calor para estes ar proveniente do exterior do recinto; Nas regiões das pareces localizadas ao norte e Sul, onde estão localizadas os pontos de acabamento é providencial a insuflação de ar visando eliminar alguns resíduos provenientes do acabamento de peças e componentes de geradores. Nos períodos de maior intensidade da radiação solar, à tarde, as paredes ao sul e ao leste formam uma proteção sobre ao ar exterior (sombra) o que faz com que este ar fique com uma temperatura teoricamente menor do que nos outros pontos ao redor do pavilhão de montagem de geradores. Como o formato de telhado do pavilhão de montagem de geradores tem um formato meia agua, na região mais baixa deste telhado será necessário instalar dutos (ver Figura 26) para os exaustores eólicos a fim de que estes não tenham seu funcionamento comprometido visto os obstáculos ao vento incidente no pavilhão;

66 65 Figura 28: Instalação de exaustores eólicos com dutos para elevação do rotor Nas telhas metálicas, deve-se observar o afastamento das estruturas do telhado (terças ou longarinas). É necessário evitar o embarrigamento (flexão) das telhas caso necessário terá que ser feito um reforço de telhado na estrutura do telhado. Com as observações prévias citadas acima, propõe-se o posicionamento dos equipamentos conforme esboço isométrico da Figura 29. Figura 29: Vista isométrica do pavilhão com os equipamentos instalados Os ventiladores axiais utilizados para insuflar ar no ambiente foram previstos para serem instalados a 1,1 metros do nível do piso. Tem-se que esta é uma posição adequada visando deslocar o ar no ambiente, promovendo uma provável melhora no conforto térmico

67 66 em dias quentes. Os outros pontos de instalação dos equipamentos para insulflar o ar no ambiente, podem ser visualizados na Figura 30. Figura 30: Posicionamento dos ventiladores axiais no pavilhão Os exaustores eólicos foram previstos na parte mais alta do telhado, visto que o formato deste propicia o acúmulo não uniforme do ar quente. Como a quantidade necessária de exaustores, foi necessário dividir a instalação em duas fileiras, conforme vista superior parcial da Figura 31. Figura 31: Vista superior parcial da instalação dos exaustores eólicos