Ventilação Aplicada à Engenharia de Segurança do

Trabalho Prof. Alex Maurício Araújo

UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOUNIVERSIDADE DE PERNAMBUCOESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCOESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO

ESPECIALIZAÇÃO em ENGENHARIA de SEGURANÇA do TRABALHOESPECIALIZAÇÃO em ENGENHARIA de SEGURANÇA do TRABALHO

COORDENADORIA de PÓS-GRADUAÇÃO COORDENADORIA de PÓS-GRADUAÇÃO

Recife - 2010

(4ª Aula)

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. Em geral, processa quantidades menores de ar que VGN e VGD.

Benefícios obtidos

- maior controle de riscos;

- 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 SVLEsão 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.

Não se aplica:

• no. de fontes muito grande;

• não se consegue aproximação adequada da fonte.

Componentes básicos de um sistema de SVLE

A) Captor: dispositivo de captura do ar contaminado, instalado na origem da emissão. A qualidade do seu projeto determina o sucesso do SVLE;

B) Sistema de dutos: realizam o transporte dos gases capturados, interliga os componentes;

C) Ventilador: fornece energia necessária ao movimento dos ar;

D) Equipamento de CPAr / Coletor: 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.

(Ref. 4, pg 189)AC D

BE

Sistemas centrais e coletores unitários

Atende a mais de uma fonte (flexibilidade);

Recirculam o ar (atenção com a sua eficiência ! );

Não precisa projeto de engenharia. Escolha em catálogo.

(ref. 9, p. 104)

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) pD ; 2) pT = h; 3) pE = pT – pD (podem ser medidas c/ instrumentos, ver s-19)

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 mmH2O) causada pela depressão (-140 mmH2O) da entrada do ventilador (linha verde - pressão estática);

3) A patm 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 patm, ainda com uma energia residual de saída devida à velocidade do fluxo no trecho (F – G).

 Princípios do SVLE

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

CAPTOR ENCLAUSURANTE (ideal)

CABINE (permite acesso ao processo industrial)

(Ref. 4, pg 191)

(Ref. 4, pg 191)

CAPTORES EXTERNOS

CAPTOR RECEPTOR

(politrizes e esmeris)

(Ref. 4, pg 192)

(Ref. 1, pg 202) (Ref. 4, pg 191)

(Ref. 1, pg 202)

Requisitos de Q dos captores

• obter a Qmin de exaustão (aliviar o ventilador) que permita uma eficiente captura dos poluentes emitidos pela fonte;

• Qmin 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)

Velocidades de captura recomendadas (ref.9, p. 110)

Vazão (Q) de ar necessária à obtenção da velocidade de captura

Sejam: V – velocidade de captura em M (m/s)

S – área do tubo (m2)

x – distância do ponto de captação à boca (m) ( x 1,5D)

Q – vazão no tubo (m3/s)

1) Boca circular sem flange Q = (10x2 + S)V

2) Boca circular com flange Q = 0,75(10x2 + S)V

3) Boca retangulares largas(Ref. 1, pg 209)

(Ref. 1, pg 217)

Verificação experimental da velocidade de captura

A velocidade de captura necessária para uma operação específica pode ser obtida experimentalmente usando um “captor explorador”.

Com a pE e a curva de calibração pode-se obter a Qar induzida pelo captor. Aproximando o captor explorador de geração (G), pode-se medir a distância x para a qual ocorre a captura do contaminante. Com x pode-se verificar a velocidade de captura recomendada para o tipo de captor.

(ref. 9, p. 110)

CAPTOR ENCLAUSURANTE

CABINE

Q = Aaberta x VRec onde VRec 1 m/s

(Ref. 4, p.192-198)

Pretende-se impedir que os poluentes emitidos atinjam o ambiente saindo pelas frestas. Deve-se manter dentro do captor, pc patm. O ar ambiente vai entrar, não havendo escape de poluentes.

Área aberta = áreas das frestas

Q = Aaberta x VRec onde VRec 1 m/s

(VRec - veloc. recomendada)

Perda de carga num captor

A perda de pressão total de um captor é calculada pela expressão da perda de carga em acessórios (localizada):

p = K ρ v2 / 2 (Pa)

K - coeficiente de perda de carga do captor;

ρ v2 / 2 - pressão de velocidade no duto de ligação (Pa)

Em face da perda de carga ocorre uma redução na vazão do captor caracterizada pelo coeficiente de entrada (Ce) que representa a razão entre a (Qreal / Qteórica) ;

Demonstra-se que : K = (1 – Ce2) / Ce

2

Tabelas de coeficiente de entrada (Ke) para captores

(Ref. 9, p.116)

(Ref. 9, p.117)

Exemplo de cálculo de perda de carga em captor:

Calcular a vazão e a perda de carga em um captor tipo abertura circular flangeada com D = 25cm que se destina a exaurir fumos de solda. A distância de montagem é 40cm.

Usando-se a tab. 6.2 p/ vc (veloc. de captura rec.) e a tab. 6.4 p/ K (coef. de entrada) c/ ar padrão:

D = 0,25m; x = 0,40m; ρar = 1,2 kg/m³; Vc = 0,75m/s; K = 0,49.

smAxVQ 32

22 93,0)4

25,04,010(75,075,0)10(75,0

2

2 4

4 D

QV

DVVAQ

PaVKp 10525,0

93,042,1

2

149,0

2

12

22

Captor de coifa clássica (central)

Aplicação-produtos não tóxicos

- operador não se curvaUsos

- fogões, mesas quentes, tanques com fervuras, etc.

Coifa Aberta

• Vazão aspirada pelo captor

Q2 = 1,4 P D V (cfm)

P – perímetro do tanque (pés)

V – velocidade de captura (pés/min)

D – abertura (altura de montagem) da coifa acima do tanque (pés)

(Ref. 1, pg 219)

Coifa baixa D< 90cm Q1=Q2. Coifa alta D>90cm vazão do ar induzido deve ser considerada.

Coifa com Vedação em 3 lados

Usadas quando há corrente de ar laterais

V – velocidade de captura (50 – 500 pés/min)

W, L – dimensões da coifa (pés)

Perda de carga na entrada - pc = 0,25 v2 / 2g

Velocidade no duto: 1000 – 3000 (fpm)

(Ref. 1, pg 223)

Q = W H V ou Q = L H V

(Ref. 1, p. 220)

(Ref. 1, p. 217) (Por o captor próx. da fonte, pois Q varia c/ x2 !)

(Ref. 1, p. 224)

Captor de coifa com fenda lateral(gases ou vapores emitidos por tanques)

Captor cônico de bancada (bico de pato – concordância entre seções) Captor “portátil” para bancada

“Layout” de uma instalação de exaustão

(Ref. 1, pg 259)

Captor de coifa central (ilha) (tanque com vapores tóxicos)

Captores de coifa com fenda lateral junto à parede (tanques de onde saem vapores tóxicos)

Captor cilíndrico sem flange (pequena cuba c/ emissão de gases poluentes)

Captor cônico de bancada (bico de pato) (bancada de trabalho p/ limpeza de peças de fundição)

Coifa de exaustão clássica aberta (banho de chumbo e antimônio)

Lavador

Motor

Ventilador

(Ref. 1, pg 260)

Representação isométrica da instalação de exaustão

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

Q2 = 1,4 P D V = 1,4 x 23,6 x 3x 140 = 13880 cfm

D) Perda de carga

p = K ρ v2 / 2

velocidade recomendada no duto; 2000fpm = 10,2m/s; K=1,04; ρ=1.2kg/m3

p = 64,9 kPa.

E) Diâmetro do duto

d = (4Q / ¶ V)1/2 = 2,97 ft = 0,90m (adotou-se v=2000 fpm)

(Ref. 1, pg 261)

Ventilador de Telhado Aplicações:Os Ventiladores de Telhado fazem a exaustão do ar emambientes onde ocorrem problemas de calor, presença de fumaçaou odores indesejáveis. São instalados com facilidade em substituiçãoa 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 rigorosobalanceamento 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 duasdemãos 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 ambasé opcional.Exemplos Típicos de Instalação:

JATOS PLANOS DE AR

Se originam de saídas tipo frestas c/ importantes aplicações em VI.Aplicações: ventilação sopro-exaustão e cortinas de ar.

Processos quentes evitar deflexão do fluxo ascencional

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 Qar 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.

(Fim da 4a. Aula)

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.

APLICAÇÕES TÍPICAS