PERDA DE CARGA EM SISTEMAS DE VENTILAÇÃO Tal como nos sistemas de bombeamento de água, nos dutos de ventilação industrial carateriza-se o escoamento em função do número de Reynols. A queda de pressão em um duto de seção circular, causada por efeitos de viscosidade pode ser calculada pela equação de Darcy-Weisbach, com o uso do diâmetro hidráulico como dimensão característica: Nos sistemas de ventilação industrial se trabalha diretamente com a pressão (Pa) ou em milímetros de coluna de água (mmh 2 0).
Coeficiente de Atrito: Determina-se em graficamente pelo diagrama de Moody em função de Re e ε/d, onde ε é a rugosidade do material da tubulação, ou com equações que dependem do regime de escoamento. Podemos utilizar por exemplo a seguinte expressão
Valores de rugosidade relativa podem ser encontrados na literatura. Normalmente eles são função do material, acabamento superficial, método de construção do duto e tipos e espaçamentos das juntas. Alguns valores são mostrados na tabela, reproduzida de 2001 ASHRAE Handbook of Fundamentals
Existem alguns gráficos para indicar perdas por atrito, baseadas em escoamento de ar nas condições padrões, em dutos de seção circular de aço galvanizado limpo.
Quando o duto não possui seção circular, muitas vezes se utiliza o conceito de diâmetro hidráulico, definido por: com A área e P o perímetro da seção transversal Secção retangular Diâmetro Equivalente Industrial: Utilizado no âmbito de ventilação industrial e condicionamento de ar. Para dutos retangulares e ovais. é calculado mantendo-se o mesmo comprimento, resistência e fluxo de massa. Para dutos retangulares, este diâmetro equivalente é calculado por: sendo a e b os valores dos lados do retângulo.
Para dutos ovais tem-se: com AR = (πa 2 / 4) + a (A a), P = π a + 2(A a), A o eixo maior do duto e a o eixo menor. Perda de Carga dos Acessórios
A referência Duct Fitting Database da ASHRAE (1994) traz valores de K ( C ) para cerca de 230 elementos de seção circular, retangular e oval.
Raio interno / Raio externo, Ri / Re Re Ri 1,4 a/b = 1/4 K 0,7 a/b = 4
1 2 1 2 3 β β 3 h sin g 2 2 2 2 2 0,4 V 2 (1 V 3 = ) = = V3 h K V, K K β, sin g 3 2g 2g V1 V 1 K pode variar entre 0,4 e 1,5
PROJETO DE SISTEMAS DE DUTOS Velocidades do escoamento de ar nos dutos No caso de plenums, que são dutos de distribuição que possuem seção transversal constante, independente da existência de ramificações, normalmente se recomenda velocidades de 5 a 5,3 m/s nos dutos de insuflamento e de 0,85 a 1,2 m/s nos dutos de retorno. Em sistemas de ar condicionado, a velocidade terminal do ar ao atingir a recinto onde foi insuflado, a cerca de 1,5 m de altura, costuma ser de 1 m/s para indústrias e 0,75 m/s para residências.
Velocidades Recomendadas e Máximas segundo a Norma NB 10/1978
Dimensionar sistemas de ventilação Método da velocidade constante Método da perda de carga constante Método da recuperação da pressão estática Métodos baseados na otimização de custos de ciclos de vida do sistema (LCC Life-Cycle Cost Optimization Procedure)
Para dimensionar sistemas de ventilação simples, isto é, aqueles que não têm ramificações, constituindo-se somente dos dutos de aspiração e insuflamento (à montante e à jusante, isto é, antes e depois do ventilador), ou aqueles de baixa complexidade, isto é, que têm poucas ramificações, é suficiente utilizar o procedimento de cálculo conhecido como o método da velocidade O método da velocidade utiliza os limites de velocidade em vários trechos do sistema de ventilação impostos por normas, como a NB-10. As etapas do dimensionamento serão as seguintes: 1- pré-seleção de ventilador com características apropriadas (vazão, pressão total, rotação, ruído, acionamento, fluido de trabalho, eficiência, peso, custo, etc, etc); 2- correção da curva característica do ventilador para a condição real de operação, isto é, a massa específica do fluido na sucção do ventilador; 3- especificação dos valores-limite de velocidade do ar nos vários trechos do sistema e o conseqüente estabelecimento dos valores-limite de diâmetro hidráulico dos dutos e, 4- cálculo da curva característica do sistema de ventilação, aplicando a equação da energia ao escoamento entre as extremidades do sistema de ventilação. O procedimento implica em conhecer as características físicas do sistema, algumas determinadas nos ítens 1 e 3, anteriores: condições de entrada e saída (pressões), comprimento e diâmetros de dutos, material do duto, singularidades (curvas, dampers, ramificações e derivações, etc). Obtém-se, então, a pressão total do sistema de ventilação, um valor numérico, ou a equação da curva característica.
Como exemplo, deseja-se pré-dimensionar o sistema de ventilação mostrado esquematicamente na figura. É um sistema com poucas ramificações, que insufla ar (temperatura ambiente, 20 o C) em 4 ambientes, com o intuito genérico de promover a renovação de ar. É bom frisar novamente que o método da velocidade constante não deve ser utilizado para o dimensionamento final de sistemas de ventilação, a menos que o sistema seja simples, com poucas ramificações
Considere que o sistema esteja instalado em um local, que tem uma pressão barométrica média de 950 mbar, o que resulta em uma densidade média do ar de 1,08 kg/m 3 e também, que a vazão que deve ser insuflada em cada ambiente seja um requisito previamente estabelecido.
o ambiente 1 (trecho AB) será prejudicado no processo de balanceamento do sistema, pois a perda de carga imposta na regulagem da vazão será a maior, 72 mmh 2 O: (i) a restrição ao escoamento imposta pelo damper gera ruído, tanto maior quanto maior for a restrição (maior velocidade localizada); (ii) o trecho será o mais sensível à alterações de condições operacionais.
Exemplo 14: O sistema de exaustão de ar de uma capela opera com ar. As perdas de carga nos dutos de aspiração e insuflamento são dadas, respectivamente, por Δpasp = 1,0 Q 2 einsδp = 1,4 Q 2 mmca, para Q m 3 /s, e quando o "damper" está totalmente aberto. Nesta condição, qual é o ponto de operação do sistema? Desejando-se ajustar a vazão para 3,5 m 3 /s, qual é o valor da perda de carga localizada que se deve impor no "damper? Qual a potência do ventilador? A curva do ventilador está representada pelos pontos da tabela abaixo.