Ventilação Geral

1 CONCEITUAÇÃO

Ventilação geral consiste na movimentação de quantidades relativamente grandes de ar através de espaços confinados, com a finalidade de melhorar as condições do ambiente graças ao controle da temperatura, da distribuição e da pureza do ar e, em certos casos, também da umidade. Costuma-se classificar a ventilação geral em:

1.1 Ventilação geral para manutenção do conforto e eficiência do homem

Restabelece, para isso, as condições desejáveis para o ar, alteradas pela presença do homem; pelo aquecimento devido a equipamentos ou a condições climatéricas; ou pelo resfriamento do ar devido a certas instalações ou ao clima. É designado também como ventilação geral de ambientes normais.

1.2 Ventilação geral visando à saúde e à segurança do homem

Controla a concentração ambiental de gases, vapores e partículas. É o que se pretende nos ambientes industriais para diluir contaminantes gerados em um recinto quando não é possível capturar o contaminante antes que o mesmo se espalhe, e, por isso, é conhecida como ventilação geral diluidora, ou ventilação por diluição.

Pode-se realizar a ventilação geral por um dos seguintes métodos:

Admissão e exaustão naturais do ar; Insuflação mecânica e exaustão natural; Insuflação natural e exaustão mecânica; Insuflação e exaustão mecânicas. É o sistema misto.

2 ENTRADA DE AR E EXAUSTÃO NATURAIS

A ventilação natural consiste em proporcionar a entrada e a saída do ar de um ambiente sob uma forma controlada e intencional graças a aberturas existentes para esse fim, como é o caso de janelas, portas e lanternins.

A ventilação natural é objeto das considerações que se fazem na elaboração do projeto de arquitetura e se baseia nas constatações de que:

a) O fluxo de ar que penetra ou sai pelas aberturas de um prédio por ventilação natural depende:

da diferença entre as pressões existentes no exterior e no interior do prédio ou recinto;

da resistência oferecida à passagem do ar pelas aberturas.

Fig. 1 Ventilação natural em prédio (ACGIH). Efeito de "tiragem" com chaminé.

b) A diferença de pressão é uma conseqüência da ação direta do vento sobre as paredes e coberturas e da diferença entre as densidades do ar no exterior e no interior do prédio (efeito de chaminé).

As posturas municipais em geral estabelecem algumas exigências mínimas para orientação do projeto arquitetônico, entre as quais citamos:

- "A superfície iluminante natural dos locais de trabalho deve ser no mínimo de um sexto ou um quinto do total da área do piso" (conforme o município).

- "A área de ventilação natural deve corresponder no mínimo a 2/3 da superfície iluminante natural".

Denomina-se ventilação por gravidade o sistema de ventilação natural pelo qual o deslocamento do ar é provocado por aberturas situadas na parte superior do ambiente ou da edificação (lanternins, p. ex.) e pela diferença de densidade do ar. Aplica-se a edifícios industriais, ginásios desportivos, garagens, salas de aula e até mesmo a edifícios públicos e habitações.

Quando não for possível adotar o sistema de ventilação natural, seja pelas características das atividades, presença de poluentes, exigência de que o ambiente seja fechado, seja por imposição arquitetônica, que não aceite lanternins, brise-soleil e outras aberturas, tem-se que adotar a ventilação mecânica.

Observações:

- Qualquer que seja o sistema de ventilação que se aplique, deverá prever a remoção do ar contaminado do recinto, mas de modo a não causar prejuízo à vizinhança.

- A diferença de elevação entre a altura média das tomadas e das saídas de ar (janelas) em relação ao piso do prédio deve ser a máxima possível, para que o resultado obtido seja bom.

Pode-se dividir o estudo da ventilação natural em três partes:

- ventilação devida à ação do vento;

- ventilação devida à diferença de temperaturas;

- ventilação pela ação combinada da ação do vento e da diferença de temperaturas.

Conforme o projeto, a localização e a posição do prédio, dependendo das condições atmosféricas e climáticas, poderá haver predominância da ação do vento ou do movimento do ar decorrente da diferença de temperatura. Sob certas condições, estas ações se somam. O projeto de localização de aberturas como brise-soleils, janelas e lanternins deve ser feito procurando conseguir que os efeitos favoráveis à ventilação devidos à ação do vento e da diferença de temperaturas se somem e não se contraponham.

Vejamos os três casos acima referidos:

1 MOVIMENTO DO AR DEVIDO AO VENTO

Para que se possa tirar partido da ação do vento devem-se projetar as aberturas de entrada do vento voltadas evidentemente, para o lado dos ventos predominantes (zona de pressão positiva).

As saídas de ar devem ser colocadas em regiões de baixa pressão exterior, como por exemplo:

Nas paredes laterais à fachada, que recebe a ação dos ventos predominantes; Na parede oposta àquela que recebe a ação dos ventos predominantes.

As saídas podem consistir em lanternins e clarabóias ventiladas, colocadas em locais dos telhados e coberturas onde a pressão é mais baixa, por ser maior aí a velocidade do vento.

As chaminés representam a solução para a saída de gases ou ar em temperatura tal que sua densidade menor permita sua elevação até a atmosfera exterior.

Como se sabe, as condições do vento não são sempre as mesmas, variando em intensidade e direção ao longo do ano e mesmo no decurso das 24 horas diárias. Por isso, a ventilação natural pela ação do vento não oferece garantia de uniformidade, o que não invalida sua adoção em muitos casos, desde que o ar interno não contenha poluentes. Conhecendo-se a velocidade média sazonal dos ventos locais e adotando-se 50% de seu valor como base para cálculo, pode-se determinar a vazão Q de ar (pés cúbicos por minuto) que entra em um recinto através de aberturas de área total A (pés quadrados), quando a velocidade do vento for igual a v (pés/min). Para o cálculo de Q, usa-se a fórmula abaixo, com as unidades referidas:

Q = α x A x v

A grandeza α é um fator que depende das características das aberturas. Pode-se adotar:

α = 0,5 a 0,6, considerando ventos perpendiculares à parede onde estão as aberturas, e

α = 0,25 a 0,35, quando os ventos forem diagonais em relação à empena.

EXEMPLO

Qual a vazão de ar que penetra em um recinto perpendicularmente a uma parede onde existem quatro aberturas de 4 m x 1,50 m, sendo a velocidade média sazonal do vento de 2,0 m/s?

Solução

A área A é igual a 4 x (4 x 1,50) = 24 m2

ou 24 x 10,7 = 258 pés2

A velocidade v é 0,5 x 2,0 m/s ou 196,8 pés/min.

Adotemos para α o valor 0,5 (ventos perpendiculares à parede).

A vazão de ar que entra no recinto será:

Q = α . A . v 0,5 x 258 x 196,8 = 25.287 pés3/min = 716 m3/min

2 MOVIMENTO DO AR NOS RECINTOS EM VIRTUDE DA DIFERENÇA DE TEMPERA TURAS

A menor densidade do ar quente faz com que o mesmo se eleve e tenda a escapar por aberturas colocadas, nas partes elevadas, em lanternins etc. Esse escoamento se realiza pelo chamado efeito de chaminé e proporciona uma vazão dada por

Qc = 9,4 x A x √h(Ti−Te)

sendo:

Qc = vazão de ar (pés cúbicos/min - cfm)

A = área livre das entradas ou saídas supostas iguais (pe2)

h = distância vertical entre as aberturas de entrada e saída = diferença de alturas (pé)

Ti = Temperatura média do ar interior à altura das aberturas de saída (0F)

Te = Temperatura do ar exterior (0F)

9,4 = constante de proporcionalidade, incluindo o valor correspondente a 65% para levar em conta a efetividade das aberturas. Deve-se reduzir este valor para 50% (a constante passa a ser 7,2) as condições de escoamento entre a entrada e a saída não forem favoráveis.

4.1 Caso de aberturas de tamanhos desiguais

As equações acima indicadas se referem a aberturas de igual tamanho, e é nestas condições que se verifica a maior vazão de ar por unidade de área. Quando as áreas não forem iguais, deve-se fazer uma correção. Faz-se o cálculo, considerando-se a menor das áreas de passagem do ar, e acrescenta-se um aumento de vazão que pode ser obtido com consulta ao gráfico abaixo.

Correção para o caso de aberturas de entrada e saída desigual

Assim, se a relação entre as áreas for 2, vemos que o acréscimo de vazão será de 27%, considerando-se a área menor das janelas.

3 COMBINAÇÃO DOS EFEITOS DA AÇÃO DO VENTO COM O EFEITO DE CHAMINÉ

No livro Fan Engineering, de R. Jorgensen, encontra-se o gráfico da Fig. acima aplicável à correção para efeitos combinados.

Calculam-se as vazões devidas à ação do vento e devidas à diferença de temperaturas. Somam-se as duas vazões e obtém-se QT. Acha-se a relação entre Qt vazão produzida pela diferença de temperatura, e QT vazão total. Entrando-se no gráfico com esse valor da relação, acha-se o fator pelo qual se deve multiplicar a vazão devida ao efeito de temperatura para se obter a vazão real dos dois efeitos combinados.

QT = Qv + Qt

EXERCÍCIO

Em uma pequena fábrica medindo 30 m x 10 m x 5 m existem equipamentos dissipando uma quantidade de calor igual a 3.000 Btu/min, em uma operação industrial. A temperatura exterior é de 26,7°C (80°F) e a interior deve ser mantida igual a 32,8°C (91°F).

A área das aberturas de entrada é de 7 m2 (75,32 sq.ft) e a das aberturas de saída é de 12 m2

(129,12 sq.ft).

O vento sopra perpendicularmente à fachada, com uma velocidade de 3 km/h (ou 50 m/min = 164 ft/min). Pergunta-se:

- Qual a vazão Q necessária para a remoção do calor gerado no ambiente?

- Quais as vazões correspondentes à ação do vento Qv e à diferença de temperaturas Qt?

- Qual a vazão correspondente à ação simultânea do vento e da diferença de temperaturas Qt?

- Qual a vazão total real QTr?

- A ação combinada do vento com a da variação de temperatura será suficiente para remover a quantidade de calor produzida?

Solução

1 A vazão Q (pés3/min) necessária para remover o calor ambiente é dada por

Q = Cr

Cp.α .60(Ti−Te)

sendo

Cr - quantidade de calor a ser removida (Btu/hora)

Cp - calor específico a pressão constante = 0,24 Btu/lb.0F

α - massa específica do ar = 0,075 Ib/pé3

Q = 3.000 x 60

0,24 x 0,075x 60(91−80) = 15.151 cfm

2. Vazão de ar devida à pressão do vento

Consideremos primeiramente os vãos das janelas de entrada e saída do ar como sendo iguais:

Qv = α A . v

α = 0,55 - vento perpendicular à parede

A = 7 m2 = 75,32 sq.ft - é a menor das duas áreas de janelas

V = 164 ft/min

Qv = 0,55 x 75,32 x 164 = 6.794 cfm

3. Vazão de ar devida à diferença de temperaturas pelo efeito chaminé.

Como vimos (fórmula 4.2)

Qt = 9,4 x A x √h(Ti−Te) (h, pés)

Qt = 9,4 x 75,32 x √3,28(91−80) = 4.253cfm

h = é o desnível entre as aberturas de saída e de entrada (em pés). Na Fig. acima vemos que h = 1 m = 3,28 pés.

4. Correção da vazão devida ao vento levando em conta que as aberturas de entrada e saída são desiguais

As (área de saída)Ae (área deentrada)

= 129,1275,32

= 1,714

Entrando com este valor no gráfico da Fig. 4.3, vemos que a percentagem de aumento é de 20%.

Teremos, portanto:

Vazão devida ao vento = 1,2 x Qv = 1,2 x 6.794 = 8,153 cfm = Qv

5. Vazão total (técnica Q,) devida à ação simultânea do vento e da diferença de temperaturas QT = Qt + Qt = 8,153 + 4.253 = 12.406 cfm

6. Relação entre QtQT

QtQT

= 4.25312.406

= 0,34

Vazão real QTr

Temos que fazer a correção levando em conta a simultaneidade dos efeitos da pressão do

vento e das temperaturas. Para isto, entramos no gráfico da Fig. 4.4 com o valor QtQT

= 0,34 e

achamos 2,2 como o fator pelo qual deveremos multiplicar Qt para obtermos a vazão total real QTr

QTr = 2,2 x 4.253 = 9.357 cfm

A quantidade de calor a ser removida é, conforme o item 1, de

Q = 15.151 cfm.

Mas a ação do vento e o efeito chaminé têm condições de remover apenas 9.357 cfm.

Logo, deverá ser estudada ventilação forçada no recinto, para atender à diferença

15.151 - 9.357 = 5.794 cfm