Prof.Dr. Wyser José Yamakami

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1 Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho - Campus Ilha Solteira-SP SP Prof.Dr. Wyser José Yamakami

2 9.1 DEFINIÇÃO VENTILAÇÃO INDUSTRIAL É o processo de retirar ou fornecer ar por meios naturais ou mecânicos de ou para um recinto. O fim fundamental da ventilação é controlar a pureza do ar num recinto fechado. A ventilação industrial é uma operação realizada por meios mecânicos que visem a controlar a temperatura, a distribuição do ar, a umidade e a eliminar agentes poluidores do ambiente: gases, vapores, poeiras, fumos, névoas, microorganismos, odores, designados por "contaminantes" ou "poluentes".

3 9.2 - TIPOS DE VENTILAÇÃO Insuflação e Exaustão Naturais O fluxo de ar que sai ou entra de um recinto por infiltração ou ventilação natural depende da diferença de pressão entre as partes interior deste recinto e da resistência ao fluxo exterior de ar oferecida pelas aberturas e frestas do recinto Insuflação Mecânica e Exaustão Natural Ventilador Ar viciado SALA Ps Pe Filtros de Ar Ps > Pe Figura 8 - Sistema de insuflação natural

4 Insuflação Natural e Exaustão Mecânica Ventilador Ar externo SALA Ps Pe Ar viciado Ps <Pe Figura 9 - insuflação natural e exaustão mecânica Insuflação E Exaustão Mecânica Ventilador SALA Ventilador Pe Ar externo Ps Ar viciado Filtros de Ar Figura 10 - insuflação e exaustão mecânica O fluxo de ar mais comum é: Vexaustão = 0,8 Vinsuflação

5 Os contaminantes podem ter origem em processos de manufatura (solda, fundição), nos tratamentos superficiais (limpeza com solventes, pintura, jateamento, polimento, etc), no transporte e transferência de materiais particulados (correias transportadoras, enchimento de recipientes, etc) ELEMENTO Pressão interna Pureza do ar que entra Efeito direcional do ar Custo RESUMO INSUFLAMENTO Mais fácil controle Existe O ar é lançado Geralmente maior EXAUSTÃO Menos fácil controle Não existe O ar é aspirado Geralmente menor

6 9.3 - PROPRIEDADES DO AR Constituintes normais do ar atmosférico: oxigênio, vapor de água, gases inertes, dióxido de carbono e pequenas quantidades de matéria sólida microscópica, as vezes chamada de impurezas atmosféricas permanentes. Ar seco e puro (composição: % em peso): nitrogênio, gases raros, hidrogênio - (76,80%); oxigênio (23,16%); dióxido de carbono (0,04%). Condicionamento de ar: qualquer outra substância no ar pode ser chamada de contaminante. A ventilação para conforto térmico: Restabelecendo-se as condições atmosféricas alteradas pela presença do homem. Refrigerando-se o ar ambiente no verão. Aquecendo-se o ar ambiente no inverno.

7 A ventilação para manutenção da saúde e segurança do homem: Reduzindo-se a concentração de aerodispersóides nocivos, até que baixe a valores permissíveis. Mantendo-se a concentração de gases, vapores e poeiras, inflamáveis e explosivos, fora das faixas de inflamabilidade ou de explosão ALGUNS CONCEITOS DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE Pressão Estática: Para corpos gasosos, o esforço externo de compressão define a proximidade entre as moléculas do gás. Maior esforço de compressão, menor o volume ocupado. Corpo gasoso submetido a um esforço de compressão reage sobre todos os demais corpos que estão em contato com ele em todas as direções. Essa reação: "pressão estática". Pressão estática: força por unidade de área exercida por um gás sobre um corpo qualquer em contato com esse gás.

8 Unidades: mm c.a, pol. H 2 O 1 Kg / m2 = 1 mm ca Pressão de Velocidade: Quando certa massa de um fluido esta em movimento com uma certa velocidade v, ela possui além da energia potencial Epot., referente a uma pressão estática, uma parcela de energia cinética Ecinet. A energia cinética por unidade de massa é dada por: E P c cinet 2 V = 2g 2 V = 2g

9 Ao contrário da pressão estática (manifesta em todos os sentidos) a pressão cinética manifesta-se no sentido do movimento. A pressão total é dada por: Ptotal = PE + PC Equação da Conservação de Energia: Para um fluido real existem perdas de energia, quando o fluido escoa entre duas seções quaisquer: p1 Z1+ Pe 123 P E1 2 2 V p V = Z2+ + { 2g P { 2g e P P P C1 C2 +ΔP Pe = peso específico P = perda de energia decorrente de uma soma de perdas: - Por atrito (fluido - paredes, entre as camadas do fluido) - Devido a singularidade (cotovelos, contrações, expansões, trechos retos, etc). E2

10 Para vencer as resistências num sistema de dutos: necessário fornecer energia de modo a manter uma pressão diferencial entre os pontos inicial e final do sistema. O Ventilador fornece ao ar uma pressão estática suficiente para superar a resistência do sistema. 2 2 f. L. ρ. V 2 f. L. ρ. V ΔP = [ N / m ] ΔP = [ m. c. a] D 2 D 2g H f = fator de atrito adimensional L = comprimento de trecho reto (m) DH = diâmetro hidráulico (m) DH = (4.A/P) P = perímetros A = área da seção e, ρ = densidade do fluido (Kg / m 3 ) V = velocidade do fluido (m/s) g = aceleração da gravidade Δ P = perda de carga (N/m 2 ou m.c.a) H

11 Duto Circular Versus Duto Retangular: Dutos para remoção de partículas: seção circular é mais recomendada. Seção retangular: indicada para ar condicionado. Vantagens do duto circular: VENTILAÇÃO INDUSTRIAL - Menor possibilidade de depósito de partículas, pois não há cantos vivos. - Menor perímetro para uma dada área transversal (menos material, menor custo). - Menor perda de carga devido ao menor fator de atrito, decorrente da menor superfície interna de contato. - Inexistência de transições

12 Exemplo 6.1: Qual devera ser o suprimento de ar para diluição de odores corporais em uma sala onde se encontram 15 pessoas adultas sentadas, trabalhando? A sala mede 5 m x 8,4 m x 3 m. Solução: Usar a Tabela 6.1 Volume da sala: 5 x 8,4 x 3 = 126 m³ Taxa de ocupação: 126 / 15 = 8,4 m³ /pessoa Exigência de suprimento: aproximadamente 0,34 m³/min/pessoa x 15 pessoas = 5,1 m³/min = 180 cfm.

13 Exemplo 6.2: Um recinto mede 5m x12m x 3m e nele trabalham, em regime de atividade moderada, 12 pessoas. Calcular o suprimento de ar para remover odores e eventuais fumaças de cigarro. Solução:Usaremos a curva D do gráfico da Fig. 6.9 Volume do ar no recinto : V = 5x12x3 = 180 m³ = cfm Volume de recinto por pessoa: / 12 = 525 cfm Com este valor, vemos pela curva D da Fig 6.9 que serão necessários 10 cfm / pessoa. Total de 10 x (12 pessoas) = 120 cfm de ar exterior.

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15 Exemplo 6.3: Para o ex. 6.2, admitir trabalho moderado e que o local seja uma oficina. Suponhamos 10 renovações por hora (oficina), portanto com duração de 6 min. Cada (Tab. 6.2): cf x 10 renovações / hora = cf/hora Ou / 60 = cfm = 30 m 3 /min

16 Exemplo 6.4: Instalar ventilação com exaustão mecânica (ventilação induzida) em uma sala de uma indústria onde trabalham 22 funcionários (escritório, sala de contabilidade). Sala: 20 m x 8 m x 3,50 m (pé direito = 3,50 m). Entrada do ar: janelas amplas em uma das extremidades. Remoção do ar: dois ventiladores axiais na parede oposta. Determinar a vazão necessária à obtenção de um razoável nível de conforto. 40% das pessoas fumem. VENTILAÇÃO INDUSTRIAL

17 1º Processo: Baseado no Nº de renovações /hora. Volume do recinto: V = 20 x 8 x 3,50 = 560 m³. Pelas Tab. 6.2 e 6.3: Escritórios - 6 a 20 renovações/ h. Adotou-se 10. O volume de ar necessário por hora: Q = 560 x 10 = m³/h A secção livre de passagem do ar na sala (considerar viga de 30 cm de altura): S = 8 m x 3,20 m = 25,6 m² Velocidade média de escoamento ao longo da sala: V = (Q / S) = 5600 / 25,6 = 218,7 m/h = 3,64 m/min. A velocidade no ambiente está entre 1,5 e 10 m/min: vazão aceitável. A vazão em m³/min será: = 93,3 m³/min.

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19 Usando dois ventiladores: capacidade da ordem de 50 m³/min. Metalúrgica Venti Silva: ventilador axial Mod. E 40 T6P; Q = 55 m³/min; pressão estática de 7 mmh 2 O; diâm. 400 mm; motor trifásico 220/380 V ou monofásico 110/220 V; N = 1/4 HP. 2º Processo: baseado no número de m³/h de ar por pessoa. Pela Tabela 6.5 temos: -Não fumantes: 0,60 x 22 pessoas x 13 m³/h = 171,6 m³/h. - Fumantes: 0,40 x 22 pessoas x 68 m³/h = 598,4 m³/h. Total = 770,0 m³/h. Velocidade de escoamento: V=(Q/S)=770,0 / 25,6 = 30 m/h = 0,5 m/min. Vazão pelo 2º processo: velocidade de ar muito reduzida no recinto. Podemos usar as recomendações da NB-10/1978 da ABNT indicadas na Tabela 6.6, para determinação vazão de ar necessária para a ventilação.

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21 Tabela Vazão de ar necessária. Local Escritórios Escritórios Sala de diretores Restaurantes Salas de reunião Salas de reunião Salas de aula m 3 /pessoa/hora Recomendável Mínima Porcentagem de pessoas fumando Baixa Grande Muito grande Considerável Muito grande Baixa Nenhuma

22 Quando se faz insuflamento de ar diretamente sobre os operários a fim de dissipar calor pelo aumento da evaporação e da convecção, pode-se chegar a temperaturas ambientes relativamente elevadas, como de 35 C e até 36 C, desde que a temperatura do termômetro de bulbo úmido não seja elevada. Recomenda-se, todavia, procurar que a temperatura do termômetro de bulbo seco no ambiente não seja maior que 27 C (80 F), o que entretanto, para determinados processos industriais, é inviável. Haverá portanto necessidade de insuflar ar em temperaturas de 26 C a 28 C para que haja um alívio térmico considerável. A Tabela 6.9 apresenta valores da velocidade de ar aceitável conforme a natureza do trabalho realizado pelo operário.

23 Tabela Movimentação de ar aceitavel sobre o trabalhador.

24 9.5 - VENTILAÇÃO GERAL DILUIDORA Objetivo: diluir uma certa massa de ar contaminado por meio do fornecimento de ar não-contaminado, até que a concentração ambiente seja reduzida a níveis inferiores que passam a causar riscos à saúde e/ou riscos de explosão e inflamabilidade. Desvantagem: Esse método de ventilação não impede a emissão de poluentes para o ambiente para o ambiente de trabalho, mas simplesmente dilui esses poluentes. Proteção da saúde do trabalhador: Concentração dos poluentes deve ser inferior ao TLV (Threshold Limit Value) - Limite Inf. de Concentração. Segurança do trabalhador: Concentração dos poluentes deve ser inferior ao LEL (Lower Explosive Limit) - Limite Inferior de Explosividade.

25 TAXA DE VENTILAÇÃO: Q VENTILAÇÃO INDUSTRIAL = G.. Q = G... k P VDC P TLV mol Q = taxa de ventilação (pés³ / min. = cfm) G = taxa de geração da substância que se quer diluir (lb./min) 387 = volume de 1 lb. mol de qualquer gás a 700 F a 1 atm (cf/lb) Pmol = peso molecular da substância (lb.) VDC = Ventilation Design Concentration = concentração permitida no ambiente em (ppm) (Tabela 8.4). k = fator de segurança compreendido entre 3 e 10 (Tabela 8.5). TLV (Threshold Limit Value) - Limite Inferior de Concentração (Tabela 8.8). mol

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28 Exemplo 8.3: Processo libera 0,045lb/min de um solvente (VDC = 150 ppm e Pmol = 58,4 lb). Qual a taxa de ventilação para que se obedeça ao valor da VDC (Ventilation Design Concentration)? Solução: Pmol = 58,4 lb (acetona) VDC (valor tabelado) =150 ppm G = 0,045 lb/min (taxa de geração da substancia) Aplicando a formula: Q = G x [(387 / Pmol) x (10 6 / VDC)] Vazão de ar a ser insuflado: Q = 0,045 x [(387/58,4) x (10 6 / 250)] = 150 cfm.

29 FATORES IMPORTANTES: VENTILAÇÃO INDUSTRIAL 1) O poluente gerado não dever estar presente em quantidade que exceda a que pode ser diluída com um adequado volume de ar. 2) A distância entre o trabalhador e a fonte emissora do poluente deve garantir que as concentrações médias não sejam superiores ao TLV. 3) A toxidade do poluente deve ser baixa. TLV 100 ppm (substância altamente tóxica), 100 < TLV < 500 ppm (substância moderadamente tóxica), TLV 500 ppm (substância levemente tóxica). (Tabela 8.8). 4) A taxa de geração (emissão) do poluente deve ser uniforme.

30 FATORES LIMITANTES PARA POEIRAS E FUMOS: 1) Altas toxidades geralmente encontradas requerem uma excessiva quantidade de ar de diluição. 2) A velocidade e a taxa de material gerado muito altas. 3) Não há dados seguros sobre a quantidade de fumos e produção de poeiras. OBS.: A ventilação geral diluidora é mais frequentemente usada para controlar vapores de solvente orgânicos moderados ou levemente tóxicos.

31 PROJETO DE VENTILAÇÃO GERAL DILUIDORA: PRÍNCÍPIOS 1) Escolher a saída de exaustão o mais próxima possível das fontes contaminantes, a fim de se obter o benefício da ventilação local. 2) A fim de tornar eficiente a diluição, a saída exaustora e o suprimento de ar devem ser locados de tal modo que o ar empregado na ventilação passe através da zona de contaminação. 3) A movimentação geral do ar no recinto deverá manter a fonte poluente entre o operador e a saída de exaustão. 4) Num sistema contaminado (insuflamento de ar mais exaustão) é preferido com um moderado excesso de exaustão se houver áreas contíguas ocupadas, e com um moderado excesso de insuflamento se não houver tais áreas. 5) Evitar-se a recirculação do ar exaurido. Descarga de ar sempre acima do telhado. Ausência de janelas ou outras entradas próximas à saída de descarga.

32 VENTILAÇÃO GERAL DILUIDORA PARA MISTURA DE SUBSTÂNCIAS Quando duas ou mais substâncias estão presentes, o efeito combinado deve ser considerado. Na ausência de informação contrária, os efeitos de diferentes riscos devem ser considerados aditivos: C1 C2 C3 Cn ,0 TLV TLV TLV TLV Se Σ (C n / TLV n ) 1,0: significa que o TLV da mistura foi excedido. Se for menor que 1,0: significa que o TLV da mistura não foi excedido. n

33 TAXA DE DILUIÇÃO PARA A MISTURA (Q): Q = ( densidade do líquido). (10 ). ( k). (pints / (peso molecular do líquido). (TLV). 60 h) k = fator de segurança (3 a 10) peso molecular = [lb.] TLV = (Threshold Limit Value) - Limite Inferior de Concentração [ppm] 1 pint = 0,473 litros 1 pé³ = 0,02832 m³

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38 TAXA DE ALTERAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA EM UM AMBIENTE VENTILADO Em um ambiente ventilado com uma taxa de ventilação, onde uma substância está à razão de G (lb./min) ou pints/h, a concentração dessa substância no ambiente irá variar com o tempo, tendo em vista a taxa de geração G e a taxa de ventilação. Assim, num certo intervalo de tempo será introduzida no ambiente uma certa massa de ar limpo, fazendo com que a concentração dessa substância mude com o tempo nesse ambiente. Se admitirmos que a substância ao ser gerada é misturada instantaneamente com o volume total de ar do espaço, temos que a variação da concentração com o tempo pode ser dada por:

39 Variação da concentração como o tempo Taxa de Geração dk dt Concentração.. G KQ. G K. Q = = V V V Volume do ambiente Volume de ar de diluição K dk t dt = = t K0 G K Q V [ 0 K e ] t = = G + K0. e Q V. Q Q( t t )/ V Q( t t0 )/ v. G QK. ln. G QK. 0

40 1º Caso: Para o instante inicial t 0 = 0; concentração inicial K 0 = 0. K = G [ e Qt./ V ] Q. 1 t = V Q ln G G.. Q. K 2º Caso: Concentração inicial no ambiente (K 0 0); não existe geração de poluentes (G = 0). K = K0. e Qt V../ V t =. ln Q K K 0

41 3º Caso: Geração da substância poluente ocorre intermitentemente. No primeiro intervalo de tempo G 0; no segundo G = 0; no terceiro G 0, e assim sucessivamente. K max =. 1 e./ G.. Q Qt V e e Qt V../ Qt./ V Para valores de Q.t/V a partir de 4 ou 5, a expressão anterior fica: G K = max. Q Obs.: Em todos esses casos, admiti-se que o ar que entra no ambiente é limpo no que se refere à substância que está sendo gerada, ou seja, K da substância no ar de entrada é zero.

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