UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO ESPECIALIZAÇÃO em ENGENHARIA de SEGURANÇA do TRABALHO Ventilação Aplicada à Engenharia de Segurança do Trabalho (4ª Aula) Prof. Alex Maurício Araújo Recife - 2009
Ventilação Local Exaustora (VLE) Objetiva a proteção da saúde do trabalhador, captando os poluentes (gases, vapores e poeiras tóxicas) na fonte (operações, processos e equipamentos) antes de sua dispersão na zona de respiração e no ambiente. - maior controle de riscos; Benefícios obtidos - bem-estar, eficiência e segurança do trabalhador retirando do ambiente uma parcela do calor liberado por fontes quentes; - controle da poluição do ar da comunidade.
Exemplos de aplicações de SVLE são sistemas bastante especializados dos ambientes industriais Cabines de pintura, jatos de areia, granalha; Aparelhos de solda, forja; Fogões; Tanques p/ tratamento químico; Esmeris; Máquinas de beneficiamento de madeira; Transporte de pó; Misturadores; Ensacadores; Britadores; Peneiras; Silos.
Componentes básicos de um sistema de SVLE B E A C D (Ref. 4, pg 189) A) Captor: dispositivo de captura do ar contaminado, instalado na origem da emissão; B) Sistema de dutos: realizam o transporte dos gases capturados; C) Ventilador: fornece energia necessária ao movimento dos gases; D) Equipamento de CPAr: retém os poluentes impedindo lançamento na atmosfera (coletores de partículas, filtros, lavadores de gases e vapores, precipitadores eletrostáticos são instalados antes ou depois do ventilador); E) Chaminé.
Dimensionamento de um sistema (SVLE) 1) Captor: determinar forma, dimensões, posição relativa à fonte, vazão e energia p/ a captura. 2) Sistema de dutos: arranjo físico, comprimento, dimensões da seção, singularidades e energia para o fluxo. 3) EqCPAr: tipo, forma e dimensões, energia para o fluxo. 4) Ventilador: escolha da máquina mais adequada para fornecer a energia total necessária ao processo.
Diagrama de variação das energias em uma instalação de (VLE) (Ref. 1, pg 200) 1) p D ; 2) p T = h; 3) p E = p T - p D
Funcionamento da instalação (VLE) com lavador de gases 1) Ar com vapores é sugado para a boca de entrada do captor (A); 2) Em (A) atua pressão negativa (inferior à atmosférica = - 40 mmh 2 O) causada pela depressão (-140 mmh2o) da entrada do ventilador (linha verde - pressão estática); 3) A p atm que atua no ambiente fornece a energia para o transporte do (ar + vapores) vencendo as perdas de carga ao longo do duto, curvas e dentro do lavador até (E)-boca de entrada do ventilador; 4) Ao entrar no ventilador por (E) o ar recebe das suas pás a energia cinética e potencial de pressão para sair em (F); 5) Esta energia mecânica vai fazer o ar escoar no duto de recalque (F G) até à saída da chaminé (G), onde volta a atuar a p atm, ainda com uma energia residual de saída devida à velocidade do fluxo no trecho (F G).
Princípios de exaustão Regras básicas na captação de poluentes na fonte: -Enclausuramento de operações ou processos -A direção do fluxo de ar Exemplos: - descarregamento de correias transportadoras; - tanques de lavagem.
CAPTORES (COIFAS) Locais de captura de poluentes dimensionados por fonte poluidora que com um mínimo de energia promove a entrada destes poluentes para o sistema de exaustão. Induzem na zona de emissão de poluentes, correntes de ar em velocidades tais que assegurem que os poluentes sejam carregados pelas mesmas para dentro do captor. As dimensões do processo ou operação determinam as dimensões do captor e sua forma.
CAPTORES Forma e Tipos ENCLAUSURAMENTO COM EXAUSTÃO (Ref. 4, pg 191) CABINES (Ref. 4, pg 191)
CAPTORES EXTERNOS (Ref. 4, pg 191) CAPTOR RECEPTOR (politrizes e esmeris) (Ref. 1, pg 202) (Ref. 4, pg 192) (Ref. 1, pg 202)
Requisitos de Q dos captores obter a Q min de exaustão que permita uma eficiente captura dos poluentes emitidos pela fonte; Q min tal que induza em todos os pontos de geração de poluentes uma velocidade de captura maior que a do ar ambiente, e dirigida para o captor; os valores de V de captura são determinados com base em experiências anteriores, ou seja, valores recomendados.
Velocidade de captura É o valor da velocidade do ar a uma distância do captor que induz as partículas contaminantes a deslocarem-se na sua direção. (Ref. 1, pg 201)
Distribuição das velocidades de captura O ar se dirige para a boca de aspiração vindo de todas as direções; A velocidade de captura decresce com a distância das partículas em relação à boca do captor; As flanges ou abas laterais evita a captura do ar que fica atrás da boca. (Ref. 1, pg 208)
Definição das velocidades de captura Elas são definidas com base em experiências anteriores ou valores recomendados: (Ref. 1, pg 204)
Vazão (Q) de ar necessária à obtenção da velocidade de captura Sejam: V velocidade de captura em M (m/s) S área do tubo (m 2 ) x distância do ponto de captação à boca (m) ( x 1,5D) Q vazão no tubo (m 3 /s) 1) Boca circular sem flange Q = (10x 2 + S)V 2) Boca circular com flange Q = 0,75(10x 2 + S)V 3) Boca retangulares largas (Ref. 1, pg 209) (Ref. 1, pg 217)
ENCLAUSURAMENTO COM EXAUSTÃO CABINES Pretende-se impedir que os poluentes emitidos atinjam o ambiente saindo pelas frestas. Deve-se manter dentro do captor, p c p atm. O ar ambiente vai entrar, não havendo escape de poluentes. Área aberta = áreas das frestas Q = A aberta x V Rec onde V Rec 1 m/s (V Rec - veloc. recomendada) Q = A aberta x V Rec onde V Rec 1 m/s (Ref. 4, p.192-198)
Detalhes da perda de carga num captor
As trajetórias das partículas sofrem mudanças na entrada do captor ( vena contracta - contração da veia); Em (M) atua p atm ; Em (B) há um aumento de velocidade e maior queda de pressão; Em (C) houve a retomada do padrão do fluxo, porém o processo gerou uma perda de carga entre (M C) de p; A perda de carga é estimada com base na altura de velocidade ou altura dinâmica (h v ) por um fator F (coeficiente de perda de carga): h v = v 2 / 16,34 (mmh 2 O) onde v (m/s) p = F v 2 / 16,34 (mmh 2 O) Em face da perda de carga ocorre uma redução na vazão do captor caracterizada pelo coeficiente de entrada (K e ) que representa a razão entre a (Q real / Q teórica ) (valores tabelados); Demonstra-se que : F = (1 K e2 ) / K e 2
Tabelas de coeficiente de entrada (K e ) para captores (Ref. 4, pg 203)
(Ref. 4, pg 204)
(Ref. 4, pg 205)
Captor de coifa clássica (central) Aplicação -produtos não tóxicos - operador não se curva Usos - fogões, mesas quentes, tanques com fervuras, etc. Coifa Aberta Vazão aspirada pelo captor Q 2 = 1,4 P D V (cfm) P perímetro do tanque (pés) V velocidade de captura (pés/min) D abertura (altura) da coifa acima do tanque (pés) (Ref. 1, pg 219)
Coifa com Vedação em 3 lados Usadas quando há corrente de ar laterais Q = W H V ou Q = L H V V velocidade de captura (50 500 pés/min) W, L dimensões da coifa (pés) Perda de carga na entrada - p c = 0,25 v 2 / 2g Velocidade no duto: 1000 3000 (fpm) (Ref. 1, pg 223)
Captor cônico de bancada (bico de pato) Captor portátil para bancada (Ref. 1, pg 217) (Ref. 1, pg 220) Captor de coifa com fenda lateral (gases ou vapores emitidos por tanques) (Ref. 1, pg 224)
Layout de uma instalação de exaustão Captor de coifa com fenda lateral junto à parede Captor de coifa central (ilha) Captor cilíndrico sem flange Lavador Captor cônico de bancada (bico de pato) Coifa de exaustão clássica aberta Ventilador Motor (Ref. 1, pg 259)
Representação isométrica da instalação de exaustão (Ref. 1, pg 260)
Exemplo: Calcular a vazão do captor de coifa central (ilha) e a perda de carga na entrada. A) Dimensões do problema a = 1,20 + 2 x 0,36 = 1,92 m = 6,30 ft b = 2,40 + 2 x 0,36 = 3,12 m = 10,23 ft P = 2(1,20 + 2,40) = 7,2 m = 23,6 ft D = 0,90 m = 3 ft B) Velocidade de captura Adotando-se v = 140 fpm C) Vazão na coifa Q 2 = 1,4 P D V = 1,4 x 23,6 x 3x 140 = 13880 cfm D) Perda de carga p = F v 2 / 16,34 (mmh 2 O) (v m/s) = F v 2 / 4005 2 (polh 2 O) (v ft/min) * Faixa de velocidade recomendada no duto; (1000 4000) fpm; (5 20) m/s. Para esse tipo de captor; F = 0,5 p = 0,5 x (2500 / 4005) 2 = 0,195 polh 2 O. (s-19) (Ref. 1, pg 261)
Ventilador de Telhado Aplicações: Os Ventiladores de Telhado fazem a exaustão do ar em ambientes onde ocorrem problemas de calor, presença de fumaça ou odores indesejáveis. São instalados com facilidade em substituição a uma telha de cobertura de prédios industriais, oficinas, armazéns, depósitos, galpões, etc. Características: - telha e chapéu são fabricados com resina poliéster reforçada com fibra de vidro; - a carcaça do ventilador é feita em chapa de aço; - a hélice é construída em alumínio fundido com rigoroso balanceamento estático e dinâmico; - o motor é especial para exaustão, totalmente blindado, tipo IP 54, trifásico. Acabamento/Pintura: - a carcaça do ventilador recebe duas demãos de primer e duas demãos de acabamento em esmalte sintético azul; - telha e chapéu são fornecidos em fibra de vidro translúcida, permitindo a penetração da claridade natural. A pintura de ambas é opcional. Exemplos Típicos de Instalação:
Exaustores Eólicos São SVGN, que utilizam como força motriz a energia eólica. São utilizados para combater problemas com calor, fumaça, mal cheiro, gazes tóxicos e partículas suspensas (poeiras finas). O calor pode ser gerado de duas maneiras: internamente com irradiações de máquinas ou pessoas e externamente pela incidência do sol no telhado e paredes. O calor tem a tendência natural de subir e sua trajetória é barrada pelo forro ou telhado, a massa de ar quente e a poluição ficam então acumulados poucos metros abaixo do teto aquecendo as camadas subseqüentes. O vento incide sobre as aletas de alumínio provocando o giro do globo móvel, este giro produz um redemoinho na base do Exaustor (logo abaixo do telhado) que succiona a massa de ar quente. A Q ar do Exaustor Eólico varia com a velocidade do vento. Ventos de 10 km/h (2,8 m/s) produz cerca de 4000 m3/h, ou seja, com uma leve brisa serão renovados cerca de 4000 m3 de ar. Aumentando a velocidade do vento, aumentará também a vazão do Exaustor, porém jamais excederá sua capacidade máxima que é de 150 RPM. Escala de Beaufort (1ª. Aula - s22) 1 (< 7 km/h) (<1,9 m/s) fumaça inclina 2 (7 a 12 km/h) (1,9 a 3,3 m/s) folhas agitam
Características Técnicas Globo Giratório 45 Aletas em Alumínio Naval Anéis, Tampa e Base. Confeccionados em Chapa de Aço Galvanizado nº 24 Mancais Alumínio Fundido Eixo Aço Trefilado (protegido com PVC) Protetor de rolamentos Polipropileno sob pressão Rolamentos dupla blindagem (primeira linha) Vantagens do Exaustor Eólico Não consome energia; Totalmente silencioso; Adapta-se a qualquer telhado (Kalhetão, Chads, Lanternins, Telhas de barro, Telhas de amianto...); Elimina odores e gases tóxicos; Ao contrário de outros sistemas estáticos é o único que gira forçando realmente a saída do ar quente; Reduz riscos de incêndios, pois além de não utilizar energia elétrica também não produz fagulhas; Elimina condensações no inverno e retira o calor no verão; Maior aproveitamento da luminosidade natural; Não entra água, totalmente imune a vazamentos; Baixíssimo custo de manutenção e instalação; Sua manutenção consiste em trocar esporadicamente os dois rolamentos que compõem sua parte móvel; Nos Exaustores Eólicos estes rolamentos duram em média 05 anos, em Exaustores Eólicos 100% em alumínio (à prova de corrosão) foi constatado vida útil de 06 anos.
APLICAÇÕES TÍPICAS Locais com geração de calor interna ou externamente (não climatizado). São ambientes que não possuem forro, com máquinas que produzem calor quando acionadas e fluxo relativo de pessoas. A função principal do exaustor neste caso é retirar o calor produzido pelo corpo humano, irradiado pelas máquinas ou por efeito do sol. Exemplos são : igrejas, armazéns, mini-mercados, academias de ginástica, gráficas, siderúrgicas, fundições, recauchutadoras, lavanderias, indústrias de artefatos plásticos, etc... Criação de Animais Os animais são os que mais sofrem com o calor, principalmente estando em confinamento, onde o calor pode ocasionar até mesmo mortandade. O Exaustor Eólico nestes casos ameniza a temperatura e renova o ar, tornando-o mais fresco e saudável, apropriado para granjas, currais e cocheiras. No trato com aves existe ainda o problema com as fezes onde ocorre a liberação de gazes tóxicos provenientes da fermentação. Não é apenas o calor que pode prejudicar os animais, o frio excessivo também é proporcionalmente prejudicial, por isso os exaustores quando instalados nestes ambientes são providos de tampas internas que podem ser fechadas durante a noite ou no inverno. Locais com problemas de condensação Existem locais onde vapores condensam-se no forro ou telhado, este fenômeno é mais freqüente durante o inverno, mas há locais onde sempre que há variação dos níveis de umidade isso ocorre. O Exaustor Eólico retira os vapores evitando a condensação. Indicado principalmente para locais que trabalham com armazenagem de produtos que acumulam umidade como feno e cereais em geral. (Fim da 4a. Aula)