PERDA DE CARGA EM SISTEMAS DE VENTILAÇÃO

Tal como nos sistemas de bombeamento de água, nos dutos de ventilação industrialcarateriza-se o escoamento em função do número de Reynols.

A queda de pressão em um duto de seção circular, causada por efeitos de viscosidadepode ser calculada pela equação de Darcy-Weisbach, com o uso do diâmetro hidráulicocomo dimensão característica:

Nos sistemas de ventilação industrial se trabalha diretamente com a pressão (Pa) ou emmilímetros de coluna de água (mmH20).

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

Coeficiente de Atrito:

Valores de rugosidade relativa podem ser encontrados na literatura.Normalmente eles são função do material, acabamento superficial, método de construçãodo 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 escoamentode 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 dediâmetro 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 dutosretangulares e ovais. é calculado mantendo-se o mesmo comprimento, resistência efluxo 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 = (πa2 / 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 FittingDatabase” da ASHRAE (1994)traz valores de K (“C”) paracerca de 230 elementos de seçãocircular, retangular e oval.

Ri

Re

Raio interno / Raio externo, Ri / Re

0,7

1,4

K

a/b = 1/4

a/b = 4

1 2

3

1 2

3β β

)1(1

22

4,0

22

22sin

VVVh gg −⋅= ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⋅= V

V1

3

2

33sin ,K K ,

2β

gK Vh g

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 transversalconstante, independente da existência de ramificações, normalmente se recomendavelocidades de 5 a 5,3 m/s nos dutos de insuflamento e de 0,85 a 1,2 m/s nos dutos deretorno.

Em sistemas de ar condicionado, a velocidade terminal do ar ao atingir a recinto onde foiinsuflado, a cerca de 1,5 m de altura, costuma ser de 1 m/s para indústrias e 0,75 m/s pararesidências.

Velocidades Recomendadas e Máximas segundo a Norma NB 10/1978

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)

Dimensionar sistemas de ventilação

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, istoé, antes e depois do ventilador), ou aqueles de baixa complexidade, isto é, que têm poucasramificações, é suficiente utilizar o procedimento de cálculo conhecido como o método davelocidade

O método da velocidade utiliza os limites de velocidade em vários trechos do sistema deventilação impostos por normas, como a NB-10. As etapas do dimensionamento serão asseguintes:

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 oconseqüente estabelecimento dos valores-limite de diâmetro hidráulico dos dutos e,4- cálculo da curva característica do sistema de ventilação, aplicando a equação daenergia ao escoamento entre as extremidades do sistema de ventilação. O procedimentoimplica em conhecer as características físicas do sistema, algumas determinadas nosítens 1 e 3, anteriores: condições de entrada e saída (pressões), comprimento e diâmetrosde 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 aequação da curva característica.

Como exemplo, deseja-se pré-dimensionar o sistema de ventilação mostradoesquematicamente na figura. É um sistema com poucas ramificações, que insufla ar(temperatura ambiente, 20 oC) em 4 ‘ambientes’, com o intuito genérico de promovera renovação de ar. É bom frisar novamente que o método da velocidade constantenão deve ser utilizado para o dimensionamento final de sistemas de ventilação, amenos que o sistema seja simples, com poucas ramificações

Considere que o sistema esteja instalado em um local, que tem uma pressão barométricamédia de 950 mbar, o que resulta em uma densidade média do ar de 1,08 kg/m3 etambém, que a vazão que deve ser insuflada em cada ambiente seja um requisitopreviamente 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 mmH2O: (i) arestrição ao escoamento imposta pelo ‘damper’ gera ruído, tanto maior quanto maior for arestrição (maior velocidade localizada); (ii) o trecho será o mais sensível à alterações decondições operacionais.

Exemplo 14: O sistema de exaustão de ar de uma capela opera com ar. As perdas decarga nos dutos de aspiração e insuflamento são dadas, respectivamente, porΔpasp = 1,0 Q2 e ins Δp = 1,4 Q2 |mmca|, para Q ≡ |m3/s|, e quando o "damper" estátotalmente aberto. Nesta condição, qual é o ponto de operação do sistema? Desejando-seajustar a vazão para 3,5 m3/s, qual é o valor da perda de carga localizada que se deveimpor no "damper? Qual a potência do ventilador? A curva do ventilador estárepresentada pelos pontos da tabela abaixo.