apostila dimensionamento de dutos e ventiladores
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GUILHERME SILVEIRA DOS SANTOS
ESTUDO DE REDES DE DISTRIBUIO DE AR PARA GARANTIA DA QUALIDADE DO AR INTERNO
So Paulo2006
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GUILHERME SILVEIRA DOS SANTOS
ESTUDO DE REDES DE DISTRIBUIO DE AR PARA GARANTIA DA QUALIDADE DO AR INTERNO
Dissertao apresentada EscolaPolitcnica da Universidade de SoPaulo para obteno do ttulo deEngenheiro
rea de Concentrao:Engenharia Mecnica nfaseEnergia e Fluidos
Orientador: Prof. Dr.Antonio Luis de Campos Mariani
So Paulo2006
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FICHA CATALOGRFICA
Santos, Guilherme Silveira dosEstudo de sistemas de distribuio de ar para garantia da
qualidade do ar interno / G.S. dos Santos.-- So Paulo, 2006.79 p.
Trabalho de Formatura - Escola Politcnica da Universidadede So Paulo. Departamento de Engenharia Mecnica.
1.Conforto ambiental 2.Ventilao (Distribuio; Qualidade)I.Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamentode Engenharia Mecnica II.t
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NDICE1 INTRODUO 32 OBJETIVOS 43 METODOLOGIA 54 OS SISTEMAS DE VENTILAO 6
4.1 O porque se faz ventilao em ambientes com ocupao humana 6
4.2 Caractersticas de sistemas de ventilao 84.3 Dutos de ar 114.3.1 Materiais para dutos 144.3.2 Dimenses 164.4 Dimensionamento de redes de dutos 194.4.1 Mtodo de perda unitria constante 224.4.2 Mtodo de recuperao esttica 234.4.3 Mtodo de velocidade constante 234.4.4 Mtodo dos trechos de seo constante 244.4.5 Mtodo da reduo de velocidade 244.4.6 Mtodo Modified Equal Friction e Mtodo T 24
5 ESTUDO DE CASO: ALTENATIVAS PARA SISTEMAS DE DISTRIBUIO DE AR 26
5.1 Definio do conjunto de ambientes 265.2 Mtodo de dimensionamento e balanceamento 295.3 Parmetros importantes 31
5.4 Proposta 01 Sistema tradicional (duto principal rgido e ramificaes em dutos flexveis) 34
5.5 Proposta 02 Sistema tradicional (duto principal e ramificaes tipo rgido) 39
5.6 Proposta 03 Sistema com caixas plenum distribudas (duto principal e ramificaes tipo flexvel) 44
5.7 Proposta 04 Sistema com caixa plenum distribuidora (duto principal e ramificaes tipo flexvel) 49
5.8 Resultados da anlise dos sist . de distribuio de ar 52
6 REVISO EXPERIMENTAL DE PARMETROS PARA CLCULO DE PERDAS DE PRESSO 54
6.1 Estudo da Rugosidade de Dutos Flexveis 556.1.1 Metodologia experimental 556.1.2 Projeto da bancada 56
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6.1.3 Resultados 63
6.2 Estudo dos Coeficientes da Perda Localizada em Curvas de Dutos Flexveis 66
6.2.1 Metodologia experimental 666.2.2 Projeto da bancada 676.2.3 Resultados 69
7 APLICAO E ANLISE DOS NOVOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS NO ESTUDO DE CASO 70
7.1 Estudo proposta 03 Sistema com caixas plenum 707.2 Estudo proposta 04 Sistema caixa plenum distribuidora 748 CONCLUSES 77
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 78
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1 INTRODUO
Neste trabalho pretende-se analisar solues para redes de
distribuio de ar em instalaes de sistemas para ambientes com
ocupao humana. Sabe-se que a qualidade do ar interno depende de
parmetros fsicos, qumicos e biolgicos (SMACNA 2001). Um dos
parmetros fsicos a distribuio de ar, que ser o foco do trabalho.
A norma americana da ASHRAE, Standard 62, apresenta
parmetros de ventilao para a qualidade do ar interno. Traz valores
para a vazo de ar externo, que so revistos continuamente. Os
manuais da Carrier e o texto de Macintyre apresentam tambm
tradicionais valores para taxas de ventilao. Sero apresentadas a
partir de um estudo de caso alternativas para projetar redes de
distribuio de ar.
Comparando-se solues de projeto obtidas atravs da aplicao
de diferentes tipos de dutos e acessrios, pretende-se oferecer critrios
para que futuros projetos sejam realizados. So avaliados os seguintes
elementos que podem ser combinados para definio da rede de
distribuio de ar:
Dutos rgidos de chapa;
Dutos flexveis;
Caixas plenum.
Como critrios para analisar so considerados:
Perdas de presso total em cada alternativa e respectivo
consumo de energia para movimentao do ar;
Facil idade de fabricao;
Custos fixos e variveis (operacionais).
A anlise ser baseada em um estudo de caso que adota um
conjunto de ambientes ocupados para fins comerciais.
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2 OBJETIVOS
O objetivo principal deste trabalho estudar alternativas de
redes de distribuio de ar aplicadas a ambientes ocupados por
pessoas.
Tambm ser possvel estabelecer cri trios para comparao de
alternativas de projeto para redes de distribuio de ar, e reavaliao
dos parmetros para clculo de perdas de presso em dutos flexveis.
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3 METODOLOGIA
A metodologia adotada neste trabalho cumpriu as seguintes
etapas:
Reviso bibliogrfica sobre fundamentos e caracterst icas de
sistemas de distribuio de ar;
Estudo sobre os mtodos de dimensionamento e balanceamento
de sistemas de distribuio de ar propostos;
Aplicao de conceitos de ventilao em um estudo de caso,
para atender a ventilao de um conjunto de ambientes t picos de
um edifcio com utilizao para fins comerciais;
Dimensionamento e balanceamento de alternativas de sistemas
de distribuio de ar. Estabelecimento de 4 propostas uti lizando
dutos rgidos e flexveis;
Anlise comparativa das alternativas, utilizando como
critrios:perdas de presso, custo de material , instalao
facilidade, estanqueidade e manuteno;
Reviso experimental de parmetros atravs de ensaios e
medies. Os parmetros estudados foram: valores de rugosidade
de dutos flexveis e sua influncia nas perdas de presso, valores
para coeficientes de perdas em curvas geradas com dutos
flexveis;
Aplicao e anlise dos novos parmetros nas alternativas
propostas.
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4 REVISO BIBLIOGRFICA
4.1 O PORQUE SE FAZ VENTILAO EM AMBIENTES COM
OCUPAO HUMANA
Segundo a ASHRAE a ventilao o processo de retirar ou
fornecer ar por meios naturais ou mecnicos para um recinto fechado,
sendo esse ar tratado ou no. A ABNT diz que o processo de renovar
o ar de um recinto. Assim, a finalidade da ventilao para conforto
humano o de assegurar condies mnimas de salubridade e sade de
seus ocupantes, de controlar a pureza e caractersticas do ar num
recinto fechado.
O ar atmosfrico composto por um grande nmero de
componentes como vapor de gua, poeira, fumaa, plen, poluentes
gasosos, nitrognio, oxignio, argnio, e dixido de carbono. Dentre
estes compostos muitos so considerados como contaminantes, mas
apenas se existirem na composio do ar com concentrao acima de
certos l imites estabelecidos. Os contaminantes podem ser odores,
poeiras e bactrias.
Odores so gases resultantes de materiais vegetais ou animais,
podendo ser ou no desagradveis ao olfato. Poeiras so partculas
finas de origem mineral, vegetal ou animal em suspenso no ar. Estas
podem ser slidas como fumos, ou lquidas (gotculas produzidas por
atomizao ou neblina vapor condensado). Bactrias, de forma geral,
so organismos vivos microscpicos em quantidades variveis no ar,
podem ser: bactrias (0,2 a 5 mcrons), esporos de fungos (1 a 10
mcrons) ou plen (de 5 a 150 mcrons).
Para se ter um controle destes contaminantes deve-se definir
alguns termos, como:
TLV (Threshold Limit Value): valor limite de concentrao
mg/m 3 ou ppm. o valor limite da concentrao de poluente
txico a ser usado como referncia no controle de risco a
sade. Representa a concentrao ponderada pelo tempo que
um trabalhador pode ser exposto 8 horas por dia, por longos
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perodos sem risco para a sua sade;
TLV-TWA (Threshold Limit Value Time Weighted Average):
valor l imite de concentrao ponderado pelo tempo para
exposio normal de 8 horas por dia, 40 horas por semana,
para um trabalhador ser exposto repetidamente sem efeitos
adversos;
TLV-STEL (Threshold Limit Value Short-Term Exposure
Limit): valor limite de concentrao para um trabalhador ser
exposto de forma contnua por um curto perodo de tempo
sem sofrer os seguintes efeitos: irritao, dano crnico ou
irreversvel, narcose em grau suficiente para aumentar o risco
no trabalho.
Tabela 01 Valores de TLV
SubstnciaTLV TWA TLE - STEL
ppm mg/m3 ppm mg/m3
Acetona 750 1780 1000 2380
Amnia 25 17 35 24
Dixido de Carbono 5000 9000 30000 54000
Cloro 0,5 1,5 1 2,9
Gasolina 300 890 500 1480
Chumbo poeira 0,15
Madeira poeira 5 10
Diversos fatores definem a qualidade do ar interno, mas pode ser
considerado aceitvel quando no contm poluentes em concentraes
consideradas prejudiciais sade, e percebido como satisfatrio por
80% ou mais dos ocupantes do recinto. Esses contaminantes podem ter
diversas origens: ar exterior, fontes no ambiente, o sistema do sistema
de ventilao. Os contaminantes do ar externo podem ser: poeiras,
fuligem em suspenso, fumaas, plen de plantas, esporos de fungos e
bactrias, vapores e gases. As fontes de contaminao presentes no
ambiente, podem ser as pessoas (dixido de carbono, bio-efluentes,
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escamas de pele, fios de cabelo, odores, perfumes, poeiras e poluentes
presentes nas roupas e microorganismos l iberados por espirros e
respirao) e os materiais (poeiras, fibras naturais ou sintticas, mofo,
fungos, p de traas e fezes de caros). O sistema de ventilao, pode
contribuir no processo de contaminao atravs de materiais (fibras de
l de vidro de isolamentos, poluentes externos) e elementos biolgicos
fsicos presentes em dutos (amlgama de poeira, fuligem e matria
orgnica formam um ambiente propcio a proliferao de fungos e
bactrias).
4.2 CARACTERSTICAS DE SISTEMAS DE VENTILAO
Os sistemas de ventilao podem ser:
Ventilao Geral Diluidora : insuflao de ar (ambiente
externo com tratamento ou no) com vazo suficiente para
manter os poluentes a nveis aceitveis. Sistema uti lizado
para controlar os nveis de contaminantes;
Sistemas de Exausto (geral) : uti lizado normalmente para
controle trmico ou remoo de contaminantes gerados no
ambiente com grandes quantidades de ar;
Sistemas de Exausto (Localizada) : remoo dos poluentes
junto a sua origem. composto basicamente pelo captor,
sistema de dutos, purificador do ar e ventilador. Bastante
satisfatrio para remoo de poluentes prejudiciais sade
humana;
Renovao de Ar associada a sistemas de ar condicionado :
acrscimo de ar de boa qualidade ao ar de retorno para manter
os poluentes em nveis aceitveis.
Neste trabalho, o sistema enfocado est relacionado com a
ventilao diluidora.
Quanto sade dos ocupantes, a ventilao diluidora possui
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quatro fatores limitantes:
A quantidade de contaminantes gerados no deve ser muito
grande para que a taxa de fluxo de ar no seja impraticvel;
Trabalhadores devem estar longe o suficiente das fontes de
contaminao, ou a propagao dos contaminantes deve ser
suficientemente baixa para que os trabalhadores no sejam
expostos a nveis excessivos em locais determinados dos
ambientes (estabelecidos TLV);
A toxidade dos contaminantes deve ser baixa;
A taxa de emisso dos contaminantes deve estar
razoavelmente em regime permanente.
A ventilao diluidora mais freqentemente utilizada no
controle de vapores de lquidos orgnicos com um TLV de 100 ppm ou
mais alto.
Outra funo da ventilao diluidora quanto ao fogo e
exploso. Pode-se reduzir a concentrao de vapores enclausurados
para limites inferiores de exploso. Este conceito no deve ser
utilizado quando os trabalhadores so expostos vapores.
A ventilao diludora para controle de temperatura largamente
utilizado em ventilao industrial. A funo primria do sistema de
ventilao prevenir o desconforto agudo, doenas e ferimentos aos
trabalhadores. O excesso da carga trmica do ambiente tambm pode
diminuir a produo. O desenvolvimento do sistema de ventilao pode
incluir o controle do fluxo de ar, velocidade, temperatura, umidade, e
por onde ocorre a movimentao do ar no espao em questo.
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Figura 01 Exemplo de Ventilao Diluidora
Considerando um sistema completo de ventilao, pode-se citar e descrever os seguintes componentes:
A. Sistema de Ventilao: refere-se ao equipamento e sistema de
distribuio de ar util izado para ventilar, umidificar, des-
umidificar, e l impeza do ar para um edifcio ou zona do
edifcio com o propsito de conforto, segurana, e sade dos
ocupantes;
B. Registros: registros so mecanismos de vrios tipos
utilizados para variar a vazo de passagem de ar em sadas,
entradas ou dutos;
C. Plenum Misturador: um plenum misturador uma cmara
acoplada com o sistema de ventilao onde o ar externo
misturado ao ar de retorno. O ar misturado, depois de limpo e
condicionado, destinado ao suprimento de ar para o
edifcio;
D. Sistema de Filtragem: purificadores de ar so equipamentos
para remoo de impurezas do ar atmosfrico, como poeiras,
fuligem em suspenso, fumaas, plen de plantas, esporos de
fungos e bactrias, vapores e fumaa (incluem lavadores,
filtros, precipitadores eletrostticos e fil tros de carvo);
E. Umidificador/Des-Umidificador: so equipamentos para
adicionar/remover o vapor de gua presente no ar do sistema
de ventilao;
F. Ventiladores (Suprimento ou Retorno): ventiladores so
equipamentos para movimentao do ar atravs do sistema de
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ventilao;
G. Zona de Controle: o espao ou grupo de espaos de um
edifcio atendido pelo sistema de ventilao. Dependendo dos
requerimentos do espao, a zona de controle pode ser
designada como a parte central , zona interior e/ou zona de
permetro;
H. Zona Ocupada: a zona ocupada a regio do espao entre
0,0762 m e 1,8288 m acima do cho;
I. Caixa de Controle: so equipamentos que suprem o ar que
enviado ao sistema de ventilao anteriormente ao envio para
o difusor. Estas caixas podem conter controladores de
temperatura ou volume para os difusores ou mltiplos
difusores;
J. Difusores de Suprimento de Ar: so equipamentos que
possuem a funo de enviar o ar para a zona ocupada e prover
uma correta distribuio. Os difusores podem ser circulares,
quadrados, retangulares, fendas l ineares, cobertos, fixos,
ajustveis, ou combinados;
K. Grelhas de Retorno de Ar: podem ser cobertas ou perfuradas
para aberturas localizadas na parede, teto ou piso da zona que
o ar de retorno entra. O ar retornado pelas grelhas pode ser
diretamente conectado ao plenum de retorno de ar ou ao duto
do sistema de retorno do ar;
L. Plenum do Ar de Retorno: o espao usualmente localizado
sobre o teto onde o ar de retorno coletado da zona anterior
entrada do sistema de retorno de ar;
4.3 DUTOS DE AR
Um sistema de duto um conjunto estrutural cuja funo
primria a de conduzir ar entre pontos especficos. Para o
cumprimento dessa funo o conjunto do duto necessita operar
satisfatoriamente em relao determinadas caractersticas
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fundamentais de performance. Os elementos do conjunto so chapas,
reforos, emendas, e junes. Com relao ao conjunto e duto e seus
elementos, os l imites tericos e/ou prticos necessitam, quando
possvel, ser determinados por:
1. Equilbrio dimensional (resistncia e deformao do
formato);
2. Reteno do ar sendo conduzido (controle de vazamento);
3. Vibrao (fadiga e aparncia);
4. Rudo (gerao, transmisso ou atenuao);
5. Exposio (a danos, ao tempo, temperaturas extremas, ciclos
de flexo, vento, ambientes corrosivos, contaminao
biolgica, interrupo ou reverso do fluxo, subterrnea ou
outras condies de embutimento, combusto ou outras
condies de servio);
6. Suporte (alinhamento e reteno na posio);
7. Restrio ssmica;
8. Condutividade trmica (ganho ou perda de calor e controle de
condensao).
Na determinao dos parmetros relacionados ao limites citados,
devem se levados em considerao os efeitos do diferencial de presso
atravs da parede do duto, perda de presso causada no fluxo de ar,
velocidades do ar, infi ltrao ou vazamento, bem como as
caracterst icas de durabilidade inerentes aos componentes do duto.
Necessitam ser determinados e especificados os mtodos de construo
que permitiro uma realizao econmica da performance prevista e
desejada. Para os requisitos funcionais de tamanho para dutos que no
forem identificados por teste ou por cri trio de avaliao, os detalhes
de construo representam uma prtica aceitvel na indstria, exceto
para condies especiais de servio.
Os dutos para conduo de ar podem ser: dutos rgidos, dutos
flexveis, e semi-flexveis .
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Os dutos rgidos podem ter perfis de seo transversal
quadrados, retangulares, redondos e ovalados. Os flexveis so
redondos. Todos os t ipos de dutos podem adquirir propriedades
adicionais, como isolamento trmico e atenuao de rudo.
Uma caracterstica importante de um duto a rugosidade da sua
parede interna, como veremos ao longo do trabalho. Como comparao
entre os tipos de dutos, a tabela a seguir de grande uti lidade na
seleo dos tipos de dutos:
Tabela 02 Fatores de Rugosidade em Dutos
Material do DutoCategoria
da Rugosidade
Rugosidade Absoluta
[mm]Ao Carbono, limpo (Moody 1944) (0,05 mm)PVC (Swin 1982) (0,01 a 0,05 mm)Alumnio (Hutchinson 1953) (0,04 a 0,06 mm)
Liso 0,03
Ao Galvanizado, emendas longitudinais, 1200 mm juntas (Griggs 1987) (0,05 a 0,10 mm)Ao Galvanizado, enrolado continuamente, emendas espirais, 3000 mm juntas (Jones 1979)(0,06 a 0,12 mm)Ao Galvanizado, emendas em espiral com 1, 2 e 3 reforos, 3600 mm juntas (Griggs 1987) (0,09 a 0,12 mm)
Liso Mdio 0,09
Ao Galvanizado, emendas longitudinais, 760 mm de juntas (Wright 1945) Mdio 0,15
Fibra de Vidro, rgidoFibra de Vidro (trecho reto), lado do ar com material faciando (Swin 1978) (1,5 mm)
Rugoso Mdio 0,90
Duto Flexvel, metlico (1,2 a 2,1 mm quando completamente extendido)Duto Flexvel, todos os tipos (1,0 a 4,6 mm quando completamente extendido)Concreto (Moody 1944) (1,3 a 3,0 mm)Fibra de Vidro (trecho reto), revestimento por "spray" (Swin1978) (4,5 mm)
Rugoso 3,00
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4.3.1 MATERIAIS PARA DUTOS
Os materiais uti lizados so os mais diversos:
A. Ao Galvanizado: amplamente uti lizado como material em dutos de
ar. No recomendado para uso com produtos corrosivos ou
temperaturas acima de 200 C. Como vantagens possui alta
resistncia, rigidez e durabilidade, resistente ferrugem, grande
disponibilidade, no - poroso, trabalhvel e soldvel. Como
caracterst icas l imitadoras esto: soldagem, pintura, peso,
resistncia corroso;
B. Ao Carbono (chapa preta): uso considerado simples, podendo ser
utilizado para a construo de chamins, captores, etc., mas requer
pintura. Como vantagens tem-se alta resistncia, rigidez,
durabilidade, disponibilidade, pintura, soldagem e no porosidade.
Como caracterst icas limitantes tem-se o peso e a resistncia
corroso;
C. Alumnio: util izado em sistemas com certa umidade, sistemas
especiais de exausto, ou sistemas de dutos com objetivo
ornamental. freqentemente substi tudo por ao galvanizado em
sistemas de HVAC. Possui como vantagens: peso, resistncia
corroso por umidade (com exceo de sal), grande disponibilidade.
E como desvantagens: baixa resistncia, custo do material,
soldabilidade, expanso trmica;
D. Ao Inoxidvel: aplicado em sistemas de exausto de cozinhas, ar
mido, exausto de fumos. Tem como vantagens: alta resistncia
corroso por umidade e produtos qumicos, podendo ser polido.
Suas desvantagens so: o alto custo de materiais, custo de mo-de-
obra elevado, trabalhabilidade e disponibilidade;
E. Cobre: uso em sistemas com elementos expostos e com umidade do
ar grande, aplicvel para certos tipos de produtos qumicos para
exausto, sistema de dutos ornamental. Como vantagens possui
grande durabilidade, resistncia corroso, no magntico, e
aceita soldas prontamente. Como caractersticas l imitadoras esto o
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custo, eletrlise, expanso trmica, e facilidade de manchar (no
caso ornamental);
F. Fibra de Vidro Reforada com Plstico (FRP): aplicvel
exausto de produtos qumicos, l impadores e dutos subterrneos.
um material resistente corroso, e de fcil modificao. Como
limitao esto custo, peso, gama de propriedades qumicas e
fsicas, fragilidade, e fabricao ( necessrio moldes e percia na
mistura dos materiais);
G. Cloreto de Polivinila (PVC): util izado em sistemas para exausto
de fumos e materiais hospitalares, e em sistemas subterrneos.
Como vantagens apresenta resistncia corroso, peso,
soldabilidade, facil idade de modificao. Suas caractersticas
l imitantes so custo, fabricao, choque trmico, peso;
H. Polyvinyl Steel (PVS): possui uti lizao em sistemas subterrneos,
ar mido, e sistemas de ar corrosivo. Sua vantagens so: resistncia
corroso, peso, facilidade quanto ao trabalho de fabricao,
rididez. E desvantagens: suscetvel danos de revestimento,
l imitaes de temperatura, soldabilidade;
I. Concreto: uso em dutos subterrneos e poos de ventilao. Possui
vantagens quanto foras de compresso e resistncia corroso.
Sua limitao o custo, peso, porosidade, fabricao (requer
processos de moldagem);
J. Fibra de Vidro Rgida: aplicvel no interior de sistemas HVAC de
baixa presso. Vantagens: peso, barra vapores, isolamento trmico,
qualidades acsticas, facil idade de modificao, fabricao de
baixo custo. Limitaes: custo, suscetvel danos, presso do
sistema;
K. Gesso: plenums no teto, tubos de corredor e poos de ventilao.
Vantagens: custo e disponibil idade. Desvantagens: peso,
estanqueidade e deteriorao com a umidade;
L. Os materiais para dutos flexveis esto indicados nas tabelas de
dimenses de dutos, no tpico a seguir. 15
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4.3.2. DIMENSES
As tabelas a seguir exibem dimenses padronizadas, por normas,
para os diversos t ipos de dutos, servem apenas como referncia. Deve-
se observar que dutos com dimenses no padronizadas podem ser
construdos, conforme as necessidade do projetista.
Tabela 03 Seleo de Medidas para Duto Redondo Ao Galvanizado (Norma SMACNA HVAC Duct Construction Standards)
Dimetro do duto (mm)
mximo 500 Pa (positivo esttico)
mximo de 2500 Pa(positivo esttico)
mximo de 500 Pa(negativo esttico)
medida da costura espiral
medida da costura
longitudinal
medida da costura espiral
medida da costura
longitudinal
medida da costura espiral
medida da costura
longitudinal
76 203 28 28 26 24 28 24
229 356 28 26 26 24 26 24
381 660 26 24 24 22 24 22
686 914 24 22 22 20 22 20
940 1270 22 20 20 20 20 18
1295 1524 20 18 18 18 18 16
1549 2134 18 16 18 16 16 14
Tabela 04 Seleo de Medidas para duto redondo Alumnio (Norma SMACNA HVAC Duct Construction Standards)
Dimetro do duto (mm)
mximo 500 Pa (positivo esttico)
mximo de 2500 Pa (positivo esttico)
medida da costura espiral
medida da costura
longitudinal
medida da costura espiral
medida da costura
longitudinal
76 203 28 28 26 24
229 356 28 26 26 24
381 660 26 24 24 22
686 914 24 22 22 20
940 1270 22 20 20 20
1295 1524 20 18 18 18
1549 2134 18 16 18 16
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Tabela 05 Medidas para construo de dutos ovalados (Norma SMACNA HVAC Duct Construction Standards)
Comprimento Principal do Duto (mm)
medida da costura espiral
medida da costura longitudinal
medida de ajuste
0 610 24 20 20
635 914 22 20 20
940 1219 22 18 18
1245 1524 20 18 18
1549 1778 20 16 16
1803 Acima 18 16 16Tabela 06 Exemplo de relaes de aspecto
ACGIH Industrial Ventilation
Dimenses do Duto (mm)
rea do Duto (m2)
Relao de Aspecto
Espessura (mm)
Peso do duto (kg/m)
600 (diam.) 0,28 - 0,55 8,35550 x 550 0,30 1:1 0,55 9,73750 x 400 0,30 1,9:1 0,55 10,711100 x 300 0,33 3,7:1 0,85 19,211500 x 250 0,38 6:1 1,00 28,282000 x 200 0,40 10:1 1,31 46,29
Quanto aos dutos flexveis, informaes obtidas junto a
fabricantes na internet, especializados em HVAC, trazem as
caracterst icas dos dutos flexveis. As principais caractersticas so:
Tabela 07 Duto flexvel
Duto superflexvel confeccionado em laminado de alumnio e polister com espiral de arame de ao bronzeadoEspessura da parede 30 micras 60 micrasTemperatura de uso -30C a +140C -30C a +140CVelocidade mxima do ar 25 m/s 30 m/s
Presso de trabalho Mxima de 250 mm c.a. -30 a 300 mm c.a.Comprimento padro 10 metros 10 metros
Embalagem Saco com 0,5 m de comprimento Saco com 0,5 m de comprimento
Dimetros disponveis (pol)
4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24
Dimetros disponveis (mm)
109, 131, 161, 185, 209, 263, 314, 364, 406, 457, 508
86, 109, 131, 161, 185, 209, 263, 314, 364, 406, 457, 508, 525, 608
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Tabela 08 - Duto semi-flexvel fabricado em alumnio
Dados Tcnicos AlumnioTemperatura de uso -30C +250CVelocidade mxima do ar 20 m/sPresso mxima de trabalho -250 + 200 mm c.a.Comprimento padro 3 metrosDimetros disponveis (mm) de 76 a 203 mm
Tabela 09 Duto flexvel isolado termicamente
Duto interno de alumnio flexvel , isolado termicamente com manta de l de vidro de uma polegada revestida por uma capa de alumnio e polisterTemperatura de uso -30C +140CVelocidade mxima do ar 25 m/sPresso mxima de trabalho 250 mm c.a.Comprimento padro 6 metrosEmbalagem Saco plstico com 0,7 de comprimentoDimetros disponveis (pol.) 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16Dimetros disponveis (mm) 86, 109, 131, 161, 185, 209, 263, 314, 364, 406
Tabela 10 Duto flexvel com isolamento trmico e sonoro
Duto interno , micro perfurado recoberto por uma barreira de polister com isolamento trmico de l de vidro de uma polegada de espessura, revestida por uma capa de alumnio e polisterTemperatura de uso -30C +140CVelocidade mxima do ar 20 m/sPresso mxima de trabalho 200 mm c.a.Atenuao acstica Vide grfico/siteComprimento padro 6 metrosEmbalagem Saco plstico com 0,7 de comprimentoDimetros disponveis (pol.) 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16Dimetros disponveis (mm) 86, 109, 131, 161, 185, 209, 263, 314, 364, 406
18
-
4.4 DIMENSIONAMENTO DE REDES DE DUTOS
Para se dimensionar uma rede de dutos, deve-se estudar a
distribuio de ar em cada ambiente de um mesmo sistema, localizando
os pontos de insuflao e de retorno. Um esquema da rede numerando
os trechos a partir dos ambientes e colocando letras nos pontos
terminais e comuns s bifurcaes e reunies, bem como vazes e
comprimentos.
Figura 02 Exemplo de Sistema de Ventilao
Dimensionar a rede pelo mtodo mais conveniente com ateno
para os critrios:
Economia de material;
Custo operacional (ventilador);
Balanceamento da rede.
19
-
Os mtodos usuais de dimensionamento so:
Perda Unitria Constante;
Recuperao de presso esttica (Static Regain);
Velocidade Constante;
Tronco de Seo Constante (Duct Plenum);
Reduo de Velocidade;
Mtodo T.
Quanto aos trs cri trios referidos, os mtodos normalmente
situam-se em ordem decrescente de adequao:
Economia de Material:
1. Velocidade Constante
2. Reduo da Velocidade
3. Perda Unitria Constante
4. Recuperao de Presso Esttica
5. Tronco de Seo Constante
Custo Operacional:
1. Tronco de Seo Constante
2. Recuperao de Presso Esttica
3. Perda Unitria Constante
4. Reduo de Velocidade
5. Velocidade Constante
Balanceamento (para distribuio a 90 ou 90 com o
tronco/duto principal):
1. Recuperao de Presso Esttica
2. Perda Unitria Constante
3. Reduo de Velocidade
4. Velocidade Constante
5. Tronco de Seo Constante
20
-
Segundo a SMACNA o mtodo da perda unitria constante
modificado (modified equal friction) o que apresenta maiores
vantagens em termos globais em relao aos parmetros referidos para
os sistemas convencionais util izados em HVAC (baixa ou mdia
presso). A modificao indicada no mtodo consiste no
redimensionamento dos ramais de forma a absorver os potenciais de
presso disponveis nas derivaes, necessrias para a obteno das
vazes de projeto.
As velocidades mximas recomendadas pela CARRIER (referidas
condio padro de densidade) para sistemas de baixa velocidade
acham-se evidenciadas com valores em m/s na tabela 11. Estes valores
podero ser util izados segundo um de dois critrios: evitar excesso de
rudo, ou evitar significativa perda de presso.
Exceo feita ao mtodo de velocidade constante, os demais se
fundamentam no princpio da reduo da velocidade no sentido do
fluxo de ar, para fins de gerao de nveis estticos compatveis as
distribuies laterais a 90 com os fluxos.
A utilizao de derivaes com separaes no mesmo sentido
para posterior mudanas de direo com joelhos veiados ou a previso
de extratores (extractors) podero modificar os cri trios de
adequao e de velocidade mximas recomendadas.
21
-
Tabela 11 Valores para velocidade mxima (m/s) em dutos. Velocidades
determinadas em funo da vazo volumtrica na condio padro
Aplicaes
Fator PrincipalVelodades mximas (m/s)
RudoTroncos Ramais
Insuflao Retorno Insuflao RetornoResidncias 3,,0 5,0 4,0 3,0 3,0Hots (quartos)ApartamentosHospitais (quartos)
5,0 7,5 6,5 6,0 5,0
Escritrios ParticularesSalas de diretorBibliotecas
6,0 10,0 7,5 8,0 6,0
EscritriosRestauranantes finosLojas finasBancos
7,5 10,0 7,5 8,0 6,0
LojasCafeterias
9,0 10,0 7,5 8,0 6,0
Indstrias 12,5 15,0 9,0 11,0 7,5
4.4.1 PERDA UNITRIA CONSTANTE
Escolhida a velocidade mxima no trecho da rede prximo ao
ventilador, a vazo de projeto deste mesmo trecho permite determinar
a perda unitria de presso (perda de presso por unidade de
comprimento) o dimensionamento dos demais trechos feito
conservando a mesma perda unitria inicialmente determinada. As
velocidades resultam mais baixas com as redues das respectivas
vazes, consequentemente.
22
-
4.4.2 MTODO DE RECUPERAO ESTTICA
O mtodo prope que a reduo de velocidade (no sentido do ar)
de um trecho para outro cause um ganho de presso esttica no
trecho seguinte igual perda de presso esttica no mesmo trecho, de
modo a manter aproximadamente constante, o nvel esttico em todos
os ns da rede.
4.4.3 MTODO DE VELOCIDADE CONSTANTE
No havendo problemas de rudo pode ser utilizado com
vantagem de economia de chapa, porque com captores especiais ou por
separao antes das mudanas de direo para distribuio a 90 ou
mudanas prvias de direo para posterior reunio com fluxos
paralelos:
Figura 03 Exemplos de junes tipo T
23
-
4.4.4 MTODO DOS TRECHOS DE SEO CONSTANTE
Dimensionado para a vazo mais elevada, quanto maior for a
velocidade correspondente ao trecho, maior a dificuldade de
balanceamento do duto nas vazes de projeto.
4.4.5 MTODO DA REDUO DE VELOCIDADE
A reduo de velocidade, no sentido do fluxo de ar, para
dimensionamento dos trechos no se prende a nenhuma condio
especfica como nos casos anteriores, podendo as velocidades
resultarem de forma aleatria dentro das disponibilidades de espao e
de rudo o que pode resultar em problemas de balanceamento das
vazes de projeto e necessidades de dispositivos especiais que
dispensam gerao de presso esttica para a distribuio a 90 .
4.4.6 MTODO MODIFIED EQUAL FRICTION E MTODO T
Ambos so conseqentes de simulao das vazes de projeto
para redimensionamentos associados s necessidades de balanceamento
e se baseiam nas mesmas leis, correspondendo a sistemas racionais de
dimensionamento, razo pela qual so classificados pela SMACNA e
pela ASHRAE como os mais adequados para dimensionamento dos
dutos componentes dos sistemas de circulao e distribuio de ar.
A simulao, atravs do mtodo T (tree) tem por objetivo
obter o balanceamento dos sistemas de distribuio de ar conforme
previsto nas vazes de projeto. E atravs das intersees das curvas
dos sistemas com a curva do ventilador sugerida pelo programa,
recomenda as condies de operao para a seleo final do mesmo, ou
ainda avalia o balanceamento resultante da utilizao de um ventilador
pr selecionado.
O procedimento da simulao consiste no uso da analogia
eltrica entre o comportamento dos escoamentos na rede de dutos e as
leis de Kirchoff para determinar as vazes resultantes nos trecho da
rede. Para a aplicao do mtodo T est disponvel um programa de
24
-
computador, denominado T-Duct desenvolvido pela empresa NETSAL
& Associates (Prof. Robert Tsal). Este software realiza a simulao do
comportamento de uma rede de distribuio de ar, avaliando sua
interao com um ventilador.
Os resultados so apresentados em termos percentuais dos
valores proposto no projeto possibil itando de que sejam introduzidas
modificaes de dimenses ou de posicionamento de reguladores at
que sejam obtidos valores percentuais praticamente iguais em todos os
trechos da rede (no necessariamente 100% se o ventilador for pr
selecionado).
De qualquer forma o sistema estar balanceado em termos
percentuais em relao as vazes de projeto, bastando, se for o caso,
uma alterao final na curva do ventilador pr selecionado para que
as porcentagens se si tuem em torno de 100%, obtendo-se o
balanceamento geral do conjunto sistema ventilador nas vazes de
projeto.
Se o escoamento pelas resistncias ao fluxo for turbulento,
possibil ita-se o balanceamento nas vazes de projeto de qualquer rede
dimensionada por qualquer mtodo, ou mesmo por adoo de
velocidades aleatrias, sem necessidade obrigatria de relacionamento
entre as velocidades dos trechos no dimensionamento prvio,
resultando o dimensionamento e balanceamento finais como
conseqncia da aplicao das lei de Kirchoff toda a rede.
25
-
5 ESTUDO DE CASO: ALTERNATIVAS PARA SISTEMAS DE
DISTRIBUIO DE AR
5.1 DEFINIO DO CONJUNTO DE AMBIENTES
Adota-se como referncia edifcios para fins comerciais que
possuam pavimentos com reas na faixa entre 50 a 400 m 2 , com taxa de
ocupao de 2 a 10 m 2 por pessoa.
Para realizar a anlise comparativa entre as alternativas foi
definido um caso tpico, no qual um conjunto de 7 ambientes
ocupado por 46 pessoas, com os dados abaixo:
rea 160 m2 (6x20 m 2 e 1x40 m2);
P-direito: 3,5 m2 ;
Sistema de ventilao diluidora;
Ambientes tpicos como escritrios, treinamento, sala de
reunio. A presena de fumantes levada em considerao.
Planta do caso tpico com reas de cada ambiente e
caracterst icas da ocupao, est a seguir.
26
-
(1) E
scrit
rio
(4
- FB
)(2
) Esc
ritr
io
(3 -
FB)
(3) E
scrit
rio
(2
- FB
)(4
) Tre
inam
ento
(1
0 - F
Cons
.)
(5) E
scrit
rio
(3
- FB
)(6
) Esc
ritr
io
(4 -
FG)
(7) S
ala d
e Reu
nio
(2
0 - F
MG)
4m4m
4m4m
5m
2m
5m
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FUM
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NDE,
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RAND
E, C
ONSI
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No. D
E PE
SSOA
S
Figura 04 Planta da instalao
27
-
Quanto ao suprimento de ar, os ambientes so classificados
como normais, com poucas pessoas no recinto. Utilizando a NBR 6401
(1980) que traz tabelas para a vazo de ar para renovao em m 3 /h por
pessoa, pode-se chegar ao suprimento de ar por ambiente, como
descrito na tabela a seguir:
Tabela 12 Taxa de renovao de ar por pessoa
no pessoas
finalidade fumo (m3/h) /pessoa
Vazo(m3/h)
1 4 escritrio baixo 25 1002 3 escritrio baixo 25 753 2 escritrio baixo 25 504 10 treinamento nenhum 50 5005 3 escritrio baixo 25 756 4 escritrio grande 50 2007 20 sala reunio muito grande 85 1700
TOTAL = 2700 m3/hAtravs de valores para taxas de renovao de ar obtidas nas
tabelas apresentadas por CARRIER apud MACINTYRE (1990) nas
quais so fornecidos o nmero de renovaes de ar por hora, tem-se:
Tabela 13 Taxa de renovao de ar por volume do ambiente
volume (m3)
finalidade fumo Renov. ar / h Vazo(m3/h)
1 60 escritrio baixo 10 6002 60 escritrio baixo 10 6003 60 escritrio baixo 10 6004 60 treinamento nenhum 15 9005 60 escritrio baixo 10 6006 60 escritrio grande 13 7807 120 sala reunio muito grande 25 3000
TOTAL = 7080 m3/hOs resultados obtidos pelo segundo mtodo apresentam vazes
volumtricas mais elevadas. Assim, por questes de segurana, o
mtodo escolhido. O inconveniente que com vazes mais elevadas
implica-se num maior consumo de energia para a movimentao do ar
necessrio. Mas, estes resultados esto mais coerentes com os
utilizados na prtica.
28
-
5.2 MTODO DE DIMENSIONAMENTO E BALANCEAMENTO
Para se realizar a movimentao de ar necessrio nos ambientes,
quatro propostas sero estudadas. Neste estudo, deve-se dimensionar a
rede para cada caso e, ento, promover o devido balanceamento. O
mtodo utilizado ser: Perda Unitria Constante.
O procedimento baseia-se na aplicao do algoritmo constitudo
dos seguintes passos:
Determinao das vazes mssicas do ar para cada trecho;
Introduzir a velocidade mxima definida no primeiro trecho e
considerar como variveis de i terao as velocidades dos demais
trechos;
Calcular as velocidades mssicas obtidas pelos produtos das
velocidades volumtricas padres pela massa especfica local do ar;
Obter as reas das seces correspondentes pelo quociente das
vazes mssicas pelas respectivas velocidades mssicas;
Para os dutos de seo retangular determinar o valor do outro lado
dos dutos, dividindo as reas acima pelo lado pr-fixado no
princpio e comum a todos os trechos, por hiptese;
Calcular o dimetro hidrulico correspondente a cada seo;
Calcular o nmero de Reynolds correspondente a cada trecho;
Calcular o friction factor de cada trecho atravs da rugosidade,
dimetro hidrulico e nmero de Reynolds aplicando a equao de
Altshul a cada trecho (no aplicado para dutos flexveis, neste
caso);
Determinar as presses dinmicas correspondentes;
Determinar as perdas unitrias de presso, identificando-as com a
perda unitria correspondente ao primeiro trecho cuja velocidade
admitida a priori, util izando mtodo iterativo para calcular os
dados restantes. No caso de dutos flexveis util izar dados de
manuais de fabricantes.
Calcular as quedas de presso localizadas (curvas, bocais,
29
-
difusores, etc);
Considerar todos os elementos na rede, e realizar o balanceamento
utilizando vlvulas, fazendo com que todos os nveis de presso nas
sees em paralelo sejam os mesmos.
As equaes utilizadas neste mtodo esto listadas a seguir:
( ) sPa+T= 710172,40640,474 (1)
Sm=G
(2)
Q=m (3)
aS=b (4)
( )b+a=Dh2S
(5)
( )4
2hD
=S (6)
GD=Re h (7)
25
h Re+
D=f
0,680,11
(8)
( )2
1,0 2GD
f=ph
unit.
(9)
30
-
5.3 PARMETROS IMPORTANTES
Primeiramente necessita-se definir os parmetros abaixo que
constituem constantes do procedimento:
Rugosidade: o valor da rugosidade da superfcie interna do duto
(em m ou mm) pode ser obtido atravs dos manuais existentes,
considerando o material de que fabricado. A tabela 14.1 do
manual HVAC Systems Duct Design da Smacna apresenta dados
para rugosidade de diversos materiais util izados na construo de
dutos. Para duto de chapa galvanizada, utiliza-se 0,00015 m. Para
dutos flexveis uti liza-se 0,003 m. Especula-se que este valor seja
demasiadamente grande, e ser estudado mais adiante neste
trabalho.
Viscosidade: o valor da viscosidade (dinmica ou cinemtica) pode
ser obtido em manuais ou tabelas de propriedades. A viscosidade
dinmica pode ser calculada atravs da seguinte Eq.(1); T a
temperatura do ar em graus Celsius, admitindo-se 20oC.
Massa especfica: obtida atravs das equaes da psicrometria em
funo da altitude local e das condies termo-higromtricas do ar
que escoa pelos dutos. Neste trabalho, os clculos sero realizados
adotando-se a massa especfica padro, = 1,204 kg/m.
Velocidade do trecho de maior vazo: adotar para o primeiro
trecho a velocidade mxima (a jusante do ventilador).
Rudo sonoro: Para a aplicao desejada, no caso escritrios,
utilizando a norma ABNT 10152 (1987), adota-se os valores: salas
de reunio 30-40 dB(A), salas de gerncia 35 45 dB(A), etc.
Estimando uma atenuao do ambiente de 4 dB(A) (em funo das
dimenses das salas), os difusores uti lizados podero emitir no
mximo 44 dB(A).
A aplicao deste mtodo permite em segunda etapa, determinar
os nveis de presso total em cada n da rede, simulando as vazes
de projeto, explicitando o caminho crtico, definindo o tronco.
31
-
Para isto, deve-se conhecer os acessrios da rede (como
difusores e sees de constrio), que so elementos de perda de
presso localizada. Para determinar a queda de presso leva-se em
considerao as vazes de projeto e as velocidades obtidas pelo
mtodo acima. Quando se uti liza difusores, deve-se ter cuidado com o
nvel de rudo sonoro produzido. Um difusor pequeno com alta vazo
de ar produzir grande rudo. A escolha de um determinado difusor
pode implicar numa alterao da seo do duto (principalmente nos
casos com dutos flexveis).
Finalmente, pode-se redimensionar os ramais de modo a absorver
o excesso de disponibil idade de presso, reduzindo substancialmente o
desbalanceamento resultante, podendo ser complementado com
reguladores.
32
-
(5) E
scrit
orio
(6) E
scrit
orio
(7) S
ala d
e Reu
niao
(3) E
scrit
orio
(2) E
scrit
orio
(1) E
scrit
orio
(4 -
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)(3
- F
B)
(2 -
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s.)
(3 -
FB
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- F
G)
(20 -
FM
G)
(11)
(12)
(8)
(9)
(10)
(7)
(6)
(5)
(4)
(3)
(2)
(1)
2,5m
ML K
JI H
GF E
DC BA
7080
m3/
h
4m7m
1500
m3/
hd8
1500
m3/
hd7
780 m
3/h
d660
0 m3/
hd5
d490
0 m3/
hd3
600 m
3/h
d260
0 m3/
h60
0 m3/
hd1
5m5m
4m4m
4m4m
(4) T
rein
amen
to
Figura 05 Proposta 01 Sistema Tradicional
Duto Principal Rgido (Ao Galvanizado)
Ramificaes em Dutos Flexveis
33
-
5.4 PROPOSTA 01 SISTEMA TRADICIONAL
Utilizando-se o croquis, ver figura 05, pode-se, dimensionar e
balancear a rede de distribuio de ar. No entanto, as dimenses
obtidas devem ser adequadas aos acessrios existentes no mercado
(como no caso dos difusores). O duto principal, como possui seo
retangular, e consti tudo por chapas de ao galvanizado, pode ser
construdo com as dimenses requeridas. Mas, os dutos das
ramificaes (dutos flexveis sem isolamento trmico e acstico)
tero que ser acoplados aos bocais dos difusores (caixas plenuns).
Dessa maneira, os dimetros so pr-selecionados.
Os difusores escolhidos para serem utilizados possuem caixa
plenum para insuflamento, modelo ADLK-S (vide catlogo TROX
TECHNIK KLIMA). A seleo feita com base na vazo volumtrica
e nos limites de rudo gerado, como descrito anteriormente.
Com os difusores determinados, pode-se selecionar os dutos
flexveis adequados para cada trecho. As tabelas a seguir demonstram
o processo de dimensionamento e balanceamento desta rede.
Tabela 14 Seleo de difusores
Difusor Tamanho Veff rudo Dimetro Duto p p[m/s] dB(A) [m] [Pa]
D 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2G 05 3,4 40 0,209 3,80 37,2J 07 3,6 42 0,314 4,40 43,1
M 07 3,6 42 0,314 4,40 43,1C 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2F 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2I 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2L 06 3,5 42 0,263 4,25 41,7
[mmH20]
Obs.: Veff significa velocidade efetiva no difusor; a coluna Difusor indica a posio
do mesmo na planta; os dados so obtidos atravs do catlogo da empresa, logo,
admite-se que as presses se referem condio padro.
34
-
Tabela 15 Detalhamento da rede proposta
Trecho Comprimento Tipo de Rugosidade Vazo[m] Duto [m] [m/h]
01 7,00 rgido 0,00015 708002 2,50 flexvel 0,00300 60003 2,50 flexvel 0,00300 60004 4,00 rgido 0,00015 588005 2,50 flexvel 0,00300 60006 2,50 flexvel 0,00300 78007 4,00 rgido 0,00015 450008 2,50 flexvel 0,00300 60009 2,50 flexvel 0,00300 150010 4,00 rgido 0,00015 240011 2,50 flexvel 0,00300 90012 2,50 flexvel 0,00300 1500
Tabela 16 Clculo da Perda Distribuda
Trecho Veloc. rea a b Re f p p linear[m/s] [m] [m] [m] [m] [Pa] [Pa/m]
01 9,00 0,2185 0,30 0,73 0,425 253179 0,01737 14,0 2,002 6,20 0,0269 - - 0,185 75930 0,03978 12,4 5,003 6,20 0,0269 - - 0,185 75930 0,03978 12,4 5,004 8,72 0,1874 0,30 0,62 0,405 233859 0,01764 8,0 2,005 6,20 0,0269 - - 0,185 75930 0,03978 12,4 5,006 6,32 0,0343 - - 0,209 87374 0,03858 11,1 4,407 8,29 0,1508 0,30 0,5 0,376 206182 0,01807 8,0 2,008 6,20 0,0269 - - 0,185 75930 0,03978 12,4 5,009 5,38 0,0774 - - 0,314 111840 0,03493 4,8 1,910 7,20 0,0925 0,30 0,31 0,304 145053 0,01937 8,0 2,011 4,60 0,0543 - - 0,263 80116 0,03660 4,4 1,812 5,38 0,0774 - - 0,314 111840 0,03493 4,8 1,9
Obs.: significa dimetro hidrulico; Re nmero de Reynolds; f fator de
atrito; a e b correspondem a altura e a largura dos dutos rgidos, respectivamente.
Atravs da tabela acima, v-se que para alguns trechos o mtodo
da perda unitria constante no se aplica. Explica-se este fato devido
necessidade de se adequar estes trechos aos dutos comerciais
existentes. Mas, numa etapa de pr-dimensionamento, faz-se valer o
mtodo.
35
-
Tabela 17 Perdas singulares ao longo da rede
Trechotransio curvas bocal T (main) T (branch) pC p C p C p C p C p total
[Pa] [Pa] [Pa] [Pa] [Pa] [Pa]01 - - - - - - 0,01 0,5 - - 0,502 - - - - - - - - 1,16 56,6 56,603 - - - - - - - - 1,16 56,6 56,604 0,120 5,5 - - - - 0,01 0,5 - - 5,905 - - - - - - - - 1,16 53,1 53,106 - - - - - - - - 1,20 54,9 54,907 0,120 5,0 - - - - 0,04 1,7 - - 6,608 - - - - - - - - 1,20 49,6 49,609 - - - - - - - - 1,12 46,3 46,310 0,120 3,7 - - - - - - - - 3,711 - - - - - - - - 1,10 34,4 34,412 - - 1,20 37,5 0,03 0,5 0,46 14,4 - - 52,4
Obs.:
Juno divergente tipo T (Branch) tabela 14-14T [3]
Juno divergente tipo T (Main) tabela 14-14A [3]
Juno seo retangular para circular (bocal) pgina 122 [9]
Transio de rea (duto rgido), abertura 90 graus tabela 14-12A [3]
Curva na seo final do duto rgido tabela 14-10B [3]
Tabela 18 Perda de presso em cada trecho
Trecho p dist. p difusor p singular p total[Pa] [Pa] [Pa] [Pa]
01 14,0 - 0,5 14,402 12,4 41,2 56,6 110,203 12,4 41,2 56,6 110,204 8,0 - 5,9 13,905 12,4 41,2 53,1 106,706 11,1 37,2 54,9 103,207 8,0 - 6,6 14,608 12,4 41,2 49,6 103,209 4,8 43,1 46,3 94,310 8,0 - 3,7 11,711 4,4 41,7 34,4 80,512 4,8 43,1 52,4 100,4
36
-
Tabela 19 Balanceamento
Trecho Seo Velocidade Coeficiente da Crtica [m/s] Vlvula [graus]
K-12-M 100,4 5,38 - - -K-11-L 80,5 4,60 19,9 1,56 20,96H-10-K 112,1 * 7,20 - - -
H-8-I 103,2 5,38 8,81 0,51 10,51H-9-J 94,3 6,20 17,76 0,77 14,38E-7-H 126,6 * 8,29 - - -E-5-F 106,7 6,32 19,99 0,83 15,13E-6-G 103,2 6,20 23,44 1,01 16,95B-4-E 140,5 * 8,72 - - -B-2-C 110,2 6,20 30,38 1,31 19,35B-3-D 110,2 6,20 30,38 1,31 19,35A-1-B 155,0 * 9,00 - - -
p total p vlvula[Pa] [Pa]
*
Obs.: balanceamento realizado com vlvula t ipo borboleta, referncia
[9] pgina 338.
Assim, a rede de distribuio de ar (proposta 1) est
dimensionada e balanceada.
O ponto de operao do ventilador :
Vazo volumtrica: 7080 m3 /h ;
Presso total: 155,0 Pa.
37
-
(5)
Esc
rito
rio
(6)
Esc
rito
rio
(7)
Sal
a de R
euni
ao
(3)
Esc
rito
rio
(2)
Esc
rito
rio
(1)
Esc
rito
rio
(3 -
FB
)(4
- F
G)
(20 -
FM
G)
(10 -
FC
ons.
) (3
- F
B)
(4 -
FB
)(2
- F
B)
(11)
(12)
(8)
(9)
(10)
(7)
(6)
(5)
(4)
(3)
(2)
(1)
2,5m
ML K
JI H
GF E
DC BA
7080
m3/
h
4m7m
1500
m3/
hd8
1500
m3/
hd7
780 m
3/h
d660
0 m3/
hd5
d490
0 m3/
hd3
600 m
3/h
d260
0 m3/
h60
0 m3/
hd1
5m5m
4m4m
4m4m
(4)
Tre
inam
ento
Figura 06 Proposta 02 Sistema Tradicional
Duto Principal e Ramificaes t ipo Rgido (Ao Galvanizado)
38
-
5.5 PROPOSTA 02 SISTEMA TRADICIONAL
Neste caso, a rede de distribuio de ar possui apenas dutos rgidos (duto
principal e secundrios), com seo retangular. Utilizando o croquis esquematizado
(ver figura 06), pode-se pr-dimensionar a rede, adequ-la aos componentes
existentes e balancear a rede. As tabelas a seguir apresentam os clculos realizados.
Tabela 19 Detalhamento da rede proposta
Trecho Comprimento Tipo de Vazo[m] Duto [m] [m/h]
01 7,00 rgido 0,00015 708002 2,50 rgido 0,00015 60003 2,50 rgido 0,00015 60004 4,00 rgido 0,00015 588005 2,50 rgido 0,00015 60006 2,50 rgido 0,00015 78007 4,00 rgido 0,00015 450008 2,50 rgido 0,00015 60009 2,50 rgido 0,00015 150010 4,00 rgido 0,00015 240011 2,50 rgido 0,00015 90012 2,50 rgido 0,00015 1500
Rugosidade
Tabela 20 Clculo da Perda Distribuda (pr-dimensionamento)
Trecho rea a b f[m/s] [m] [m] [m] [m]
01 9,00 0,2185 0,30 0,73 0,425 253179 0,01737 14,0 1,9902 4,81 0,0346 0,30 0,12 0,167 53119 0,02377 5,0 1,9903 4,81 0,0346 0,30 0,12 0,167 53119 0,02377 5,0 1,9904 8,72 0,1874 0,30 0,62 0,405 233859 0,01764 8,0 1,9905 4,81 0,0346 0,30 0,12 0,167 53119 0,02377 5,0 1,9906 5,24 0,0414 0,30 0,14 0,189 65508 0,02276 5,0 1,9907 8,29 0,1508 0,30 0,50 0,376 206182 0,01807 8,0 1,9908 4,81 0,0346 0,30 0,12 0,167 53119 0,02377 5,0 1,9909 6,37 0,0655 0,30 0,22 0,253 106453 0,02061 5,0 1,9910 7,20 0,0926 0,30 0,31 0,304 145012 0,01937 7,9 1,9911 5,48 0,0456 0,30 0,15 0,202 73203 0,02224 5,0 1,9912 6,37 0,0655 0,30 0,22 0,253 106453 0,02061 5,0 1,99
Veloc. Re p p linear[Pa] [Pa/m]
Obs.: significa dimetro hidrulico; Re nmero de Reynolds; f fator de
atrito; a e b correspondem a altura e a largura dos dutos rgidos,
respectivamente.
39
-
Tabela 21 Seleo de difusores
Difusor Tamanho Dimenso rudo[m/s]
D 03 249 5,6 32 1,90 18,6G 03 249 7,8 40 3,60 35,3J 05 361 6,6 38 2,60 25,5M 05 361 6,6 38 2,60 25,5C 03 249 5,6 32 1,90 18,6F 03 249 5,6 32 1,90 18,6I 03 249 5,6 32 1,90 18,6L 03 249 8,4 42 4,20 41,2
Veff p p[mm] dB(A) [mmH20] [Pa]
Obs.: Veff significa velocidade efetiva no difusor; a coluna Difusor indica a posio
do mesmo na planta; o difusor quadrado, e Dimenso indica a aresta; os dados so
obtidos atravs do catlogo da empresa, logo, admite-se que as presses se referem
condio padro. Catlogo TROX TECHNIK-KLIMA, modelo ADLQ.
Deve-se adequar os dutos (ramificaes) aos difusores
selecionados. Para apreveitar o espao entre os dutos e o teto, mantm-
se todos os dutos com a altura constante. Neste ponto, nos trechos que
no comportam os difusores, o mtodo da perda unitrica constante
no se aplica. O que se faz variar a velocidade para se obter dutos
maiores.
Tabela 22 Clculo da Perda Distribuda
Trecho rea a b f[m/s] [m] [m] [m] [m]
01 9,00 0,2185 0,30 0,73 0,425 253179 0,01737 14,0 1,9902 2,20 0,0758 0,30 0,25 0,274 39935 0,02396 0,6 0,2503 2,20 0,0758 0,30 0,25 0,274 39935 0,02396 0,6 0,2504 8,72 0,1874 0,30 0,62 0,405 233859 0,01764 8,0 1,9905 2,20 0,0758 0,30 0,25 0,274 39935 0,02396 0,6 0,2506 2,90 0,0747 0,30 0,25 0,272 52245 0,02282 1,1 0,4207 8,29 0,1508 0,30 0,50 0,376 206182 0,01807 8,0 1,9908 2,20 0,0758 0,30 0,25 0,274 39935 0,02396 0,6 0,2509 3,80 0,1096 0,30 0,37 0,330 82889 0,02079 1,4 0,5510 7,20 0,0926 0,30 0,31 0,304 145012 0,01937 7,9 1,9911 3,30 0,0758 0,30 0,25 0,274 59902 0,02228 1,3 0,5312 3,80 0,1096 0,30 0,37 0,330 82889 0,02079 1,4 0,55
Veloc. Re p p linear[Pa] [Pa/m]
40
-
Figura 07 Juno divergente tipo T, nodos B,E,H,K
Figura 08 Exemplo de trecho de ramificao (metade da rede)
Tabela 23 Perdas singulares ao longo da rede
Trechocurvas
C C C total
01 - - 0,2 19,5 - - 0,502 1,20 3,5 - - 0,50 24,4 56,603 1,20 3,5 - - 0,50 24,4 56,604 - - 0,02 1,8 - - 5,905 1,20 3,5 - - 0,58 26,5 53,106 1,15 5,8 - - 0,50 22,9 54,907 - - 0,2 16,5 - - 6,608 1,20 3,5 - - 0,58 24,0 49,609 0,90 7,8 - - 0,35 14,5 46,310 - - 0,1 3,1 - - 3,711 1,20 7,9 - - 0,35 10,9 34,412 1,00 39,9 - - - - 52,4
T (main) T (branch) pp p p
[Pa] [Pa] [Pa] [Pa]
Obs.: Juno divergente tipo T (Branch) pgina 269 [9]; juno divergente tipo T
(Main) pgina 270 [9]; curva na seo final do duto rgido/difusor
tabela 14-10B [3].
41
-
Tabela 24 Perda de presso em cada trecho
Trecho
01 14,0 - 19,5 33,502 0,6 18,6 27,9 47,103 0,6 18,6 27,9 47,104 8,0 - 1,8 9,805 0,6 18,6 30,0 49,306 1,1 35,3 28,7 65,007 8,0 - 16,5 24,508 0,6 18,6 27,5 46,709 1,4 25,5 22,3 49,210 7,9 - 3,1 11,111 1,3 41,2 18,8 61,312 1,4 25,5 39,9 66,8
p dist. p difusor p singular p total[Pa] [Pa] [Pa] [Pa]
Tabela 25 Balanceamento
Trecho Seo Velocidade Coeficiente da Crtica [m/s] Vlvula [graus]
K-12-M 66,8 * 3,80 - - -K-11-L 61,3 3,30 5,47 0,83 15,15H-10-K 77,8 * 7,20 - - -
H-8-I 46,7 3,80 31,07 3,57 28,63H-9-J 49,2 2,20 28,67 9,84 38,02E-7-H 102,3 * 8,29 - - -E-5-F 49,3 2,90 53,05 10,48 38,6E-6-G 65,0 2,20 37,3 12,8 40,46B-4-E 112,1 * 8,72 - - -B-2-C 47,1 2,20 64,98 22,3 45,6B-3-D 47,1 2,20 64,98 22,3 45,6A-1-B 145,6 * 9,00 - - -
p total p vlvula[Pa] [Pa]
Obs.: balanceamento realizado com vlvula t ipo borboleta, referncia
[9] pgina 338.
Ponto de operao do ventilador: vazo volumtrica 7080 m3 /h e
presso total 145,6 Pa.
42
-
VU
TQ
PO
NK
JI
HE
DC
B
(5) E
scrit
orio
(6) E
scrit
orio
(7) S
ala d
e Reu
niao
(3) E
scrit
orio
(2) E
scrit
orio
(1) E
scrit
orio
(20 -
FM
G)
(10 -
FC
ons.)
(2
- F
B)
(3 -
FB
)
(4 -
FG
)(3
- F
B)
(4 -
FB
)
ZX
SR
ML
GF
A
(3)
(2)
(5)
(6)
(8)
(9)
(11)
(12)
(10)
(7)
(4)
(1)
2,5m
(4) T
rein
amen
to
4m4m
4m4m
5m 5m
d160
0 m3/
h60
0 m3/
hd2
600 m
3/h
d390
0 m3/
hd4
d560
0 m3/
hd6
780 m
3/h
d715
00 m
3/h
d815
00 m
3/h
7m4m
7080
m3/
h
Figura 09 Proposta 03 Caixas Plenum Distribudas
Duto Principal e Ramificaes tipo Flexvel
43
-
5.6 PROPOSTA 03 SISTEMA COM CAIXAS PLENUM
Tem-se um sistema de distribuio de ar com dutos flexveis e
caixas plenuns (cubos de encaixe). Neste caso, toda rede consti tuda
por dutos flexveis.
O processo de dimensionamento e balanceamento o mesmo
adotado anteriormente, e deve ser baseado no croquis apresentado
pela figura 09.
Tabela 26 Detalhamento da rede proposta
Trecho Comprimento Tipo de Vazo[m] Duto [m] [m/h]
01 7,00 flexvel 0,00300 708002 2,50 flexvel 0,00300 60003 2,50 flexvel 0,00300 60004 4,00 flexvel 0,00300 588005 2,50 flexvel 0,00300 60006 2,50 flexvel 0,00300 78007 4,00 flexvel 0,00300 450008 2,50 flexvel 0,00300 60009 2,50 flexvel 0,00300 150010 4,00 flexvel 0,00300 240011 2,50 flexvel 0,00300 90012 2,50 flexvel 0,00300 1500
Rugosidade
Tabela 27 Clculo da Perda Distribuda (pr-dimensionamento)
Trecho rea f[m/s] [m] [m]
01 9,00 0,2185 0,527 314245 0,03049 19,7 2,8202 4,99 0,0334 0,206 68102 0,03884 7,1 2,8203 4,99 0,0334 0,206 68102 0,03884 7,1 2,8204 8,61 0,1897 0,491 280134 0,03105 11,3 2,8205 4,99 0,0334 0,206 68102 0,03884 7,1 2,8206 5,31 0,0408 0,228 80126 0,03785 7,0 2,8207 8,08 0,1547 0,444 237344 0,03187 11,3 2,8208 5,00 0,0333 0,206 68185 0,03885 7,1 2,8409 6,21 0,0671 0,292 120161 0,03549 7,1 2,8210 6,95 0,0959 0,349 160785 0,03389 11,3 2,8211 5,50 0,0455 0,241 87557 0,03732 7,0 2,8212 6,21 0,0671 0,292 120161 0,03549 7,1 2,82
Veloc. Re p p linear[Pa] [Pa/m]
Obs.: significa dimetro hidrulico; Re nmero de Reynolds; f fator de
atrito;
44
-
Tabela 28 Seleo de difusores
Difusor Tamanho rudo Dimetro Duto[m/s] [m]
G 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2M 05 3,4 40 0,209 3,80 37,2S 07 3,6 42 0,314 4,40 43,1Z 07 3,6 42 0,314 4,40 43,1F 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2L 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2R 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2X 06 3,5 42 0,263 4,25 41,7
Veff p pdB(A) [mmH20] [Pa]
Obs.: Veff significa velocidade efetiva no difusor; a coluna Difusor indica a posio
do mesmo na planta; o difusor quadrado, e Dimenso indica a aresta; os dados so
obtidos atravs do catlogo da empresa, logo, admite-se que as presses se referem
condio padro. Catlogo TROX TECHNIK-KLIMA, modelo ADLK-S.
Tabela 29 Clculo da Perda Distribuda
Trecho rea f[m/s] [m] [m]
01 9,10 9,1000 0,525 315986 0,03053 20,3 2,9002 6,20 6,2000 0,185 75928 0,03978 12,4 4,9803 6,20 6,2000 0,185 75928 0,03978 12,4 4,9804 8,05 8,0500 0,508 270842 0,03081 9,5 2,3605 6,20 6,2000 0,185 75928 0,03978 12,4 4,9806 6,30 6,3000 0,209 87267 0,03857 11,0 4,4007 7,61 7,6100 0,457 230371 0,03165 9,7 2,4108 6,20 6,2000 0,185 75928 0,03978 12,4 4,9809 5,38 5,3800 0,314 111832 0,03492 4,8 1,9410 6,39 6,3900 0,364 154165 0,03357 9,1 2,2611 4,60 4,6000 0,263 80100 0,03660 4,4 1,7712 5,38 5,3800 0,314 111832 0,03492 4,8 1,94
Veloc. Re p p linear[Pa] [Pa/m]
45
-
Tabela 30 Perdas singulares ao longo da rede
Trechobocal expanso
C C total
01 0,8 39,9 - - 39,902 - - 0,5 11,57 11,603 - - 0,5 11,57 11,604 0,8 31,2 0,5 19,51 50,705 - - 0,5 11,57 11,606 - - 0,5 11,95 11,907 0,8 27,9 0,5 17,43 45,308 - - 0,5 11,57 11,609 - - 0,5 8,71 8,710 0,8 19,7 0,5 12,29 32,011 - - 0,5 6,37 6,412 - - 0,5 8,71 8,7
bocal contraao pp p
[Pa] [Pa] [Pa]
Obs.:
Bocal expanso pgina 122 [9]
Bocal contrao tabela 14-15A [3]
Tabela 31 Perda de presso em cada trecho
Trecho
01 20,3 - 39,9 60,202 12,4 41,2 11,6 65,203 12,4 41,2 11,6 65,204 9,5 - 50,7 60,205 12,4 41,2 11,6 65,206 11,0 37,2 11,9 60,207 9,7 - 45,3 55,008 12,4 41,2 11,6 65,209 4,8 43,1 8,7 56,710 9,1 - 32,0 41,011 4,4 41,7 6,4 52,412 4,8 43,1 8,7 56,7
p dist. p difusor p singular p total[Pa] [Pa] [Pa] [Pa]
46
-
Tabela 32 Balanceamento
Trecho Seo Velocidade Coeficiente da Crtica [m/s] Vlvula [graus]
V-12-Z 56,7 * 5,38 - - -U-11-X 52,4 4,60 4,23 0,33 6,61Q-10-T 97,7 * 6,39 - - -P-9-S 56,7 5,38 41,01 2,35 24,76O-8-R 65,2 6,20 32,52 1,41 19,98K-7-N 152,7 * 7,61 - - -J-6-M 60,2 6,30 92,47 3,87 29,37I-5-L 65,2 6,20 87,49 3,78 29,15
E-4-H 212,8 * 8,05 - - -D-3-G 65,2 6,20 147,66 6,38 34,01C-2-F 65,2 6,20 147,66 6,38 34,01A-1-B 273,0 9,10 - - -
p total p vlvula[Pa] [Pa]
Obs.: balanceamento realizado com vlvula t ipo borboleta, referncia
[9] pgina 338.
Ponto de operao do ventilador: vazo volumtrica 7080 m3 /h e
presso total 273,0 Pa.
47
-
(4 -
FB
)
(3 -
FB
)
(3 -
FB
)
(4 -
FG
)
(2 -
FB
)(1
0 - F
Con
s.)
(20 -
FM
G)
(7)
Sal
a de R
euni
ao
K L M N
(5)
Esc
rito
rio
(1)
Esc
rito
rio
(6)
Esc
rito
rio
(2)
Esc
rito
rio
(3)
Esc
rito
rio
(7)
(3)
(2)
(6)
(4)
(8)
(9)
(5)
RQ
JI P
O
GH
FE
DC
BA
(1)
7080
m3/
h
1500
m3/
hd8
1500
m3/
hd7
780 m
3/h
d660
0 m3/
hd5
d490
0 m3/
hd3
600 m
3/h
d260
0 m3/
h60
0 m3/
hd1
5m5m
4m4m
4m4m
(4)
Tre
inam
ento
Figura 10 Proposta 04 Caixa Plenum Distribuidora
Duto Principal e Ramificaes tipo Flexvel
48
-
5.7 PROPOSTA 04 SISTEMA CAIXA PLENUN DISTRIBUIDORA
Esta rede de distribuio de ar (ver figura 10), possui apenas um
grande plenum, de onde saem as ramificaes (tubos flexveis) at
os bocais. Neste caso, com excesso do primeiro duto, todos os outros
j esto dimensionados. Por isso, o mtodo da perda unitria constante
no se aplica.
O grande problema deste caso o dimensionamento da caixa
distribuidora. O objetivo insuflar o ar dentro desta caixa e fazer com
que o mesmo tenha a sua velocidade drasticamente reduzida. Assim,
pode-se considerar que a presso no interior da caixa plenun
constante. Mas, o bocal de expanso gera uma grande queda de
presso, e forma-se um longo jato de ar.
Normalmente, evita-se o uso deste tipo de caixa e, quando
utilizada, dimensiona-se empiricamente. Neste trabalho, o projeto da
caixa no ser abordado, e para os clculos, admite-se que a mesma
tenha uma distribuio de presso uniforme.
Tabela 33 Detalhamento da rede proposta
Trecho Comprimento Tipo de Vazo[m] Duto [m] [m/h]
01 3,00 flexvel 0,00300 708002 5,30 flexvel 0,00300 60003 9,80 flexvel 0,00300 78004 11,90 flexvel 0,00300 150005 16,15 flexvel 0,00300 150006 5,30 flexvel 0,00300 60007 9,80 flexvel 0,00300 60008 11,90 flexvel 0,00300 60009 16,15 flexvel 0,00300 900
Rugosidade
49
-
Tabela 34 Seleo de difusores
Difusor Tamanho Veff rudo Dimetro Duto p p[m/s] dB(A) [m] [Pa]
G 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2F 05 3,4 40 0,209 3,80 37,2D 07 3,6 42 0,314 4,40 43,1B 07 3,6 42 0,314 4,40 43,1H 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2E 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2C 04 3,7 42 0,185 4,20 41,2A 06 3,5 42 0,263 4,25 41,7
[mmH20]
Obs.: Veff significa velocidade efetiva no difusor; a coluna Difusor indica a posio
do mesmo na planta; o difusor quadrado, e Dimenso indica a aresta; os dados so
obtidos atravs do catlogo da empresa, logo, admite-se que as presses se referem
condio padro. Catlogo TROX TECHNIK-KLIMA, modelo ADLK-S.
Tabela 35 Clculo da Perda Distribuda
Trecho rea f[m/s] [m] [m]
01 9,08 0,2165 0,525 315724 0,03052 8,7 2,8902 6,20 0,0269 0,185 75930 0,03978 26,4 4,9803 6,32 0,0343 0,209 87374 0,03858 43,4 4,4304 5,38 0,0774 0,314 111840 0,03493 23,1 1,9405 5,38 0,0774 0,314 111840 0,03493 31,3 1,9406 6,20 0,0269 0,185 75930 0,03978 26,4 4,9807 6,20 0,0269 0,185 75930 0,03978 48,8 4,9808 6,20 0,0269 0,185 75930 0,03978 59,2 4,9809 4,60 0,0543 0,263 80116 0,03660 28,7 1,77
Veloc. Re p p linear[Pa] [Pa/m]
Obs.: significa dimetro hidrulico; Re nmero de Reynolds;
f fator de atrito;
50
-
Tabela 36 Perdas singulares ao longo da rede
Trechobocal expanso curva
C C C total
01 0,86 42,7 - - - - 42,702 - - 0,50 11,57 0,46 10,56 22,103 - - 0,50 12,01 0,92 22,01 34,004 - - 0,50 8,71 0,44 7,69 16,405 - - 0,50 8,71 0,44 7,69 16,406 - - 0,50 11,57 0,46 10,56 22,107 - - 0,50 11,57 0,91 21,12 32,708 - - 0,50 11,57 0,46 10,56 22,109 - - 0,50 6,37 0,43 5,49 11,9
bocal contraao pp p p
[Pa] [Pa] [Pa] [Pa]
Obs.:
Bocal expanso pgina 122 [9]
Bocal contrao tabela 14-15A [3]
Curva , catlogo Multivac pgina 15 queda presso curvas 90o ,
raio de curvatura R/D = 1
Tabela 37 Perda de presso em cada trecho
Trecho p dist. p difusor p singular p total[Pa] [Pa] [Pa] [Pa]
01 8,7 - 42,7 51,402 26,4 41,2 22,1 89,703 43,4 37,2 34,0 114,704 23,1 43,1 16,4 82,605 31,3 43,1 16,4 90,806 26,4 41,2 22,1 89,707 48,8 41,2 32,7 122,608 59,2 41,2 22,1 122,509 28,7 41,7 11,9 82,2
51
-
Tabela 38 Balanceamento
Trecho p total Seo Velocidade p vlvula Coeficiente da [Pa] Crtica [m/s] [Pa] Vlvula [graus]
O-2-G 89,7 6,20 32,95 1,42 20,1P-3-F 114,7 6,32 7,93 0,33 6,56N-4-D 82,6 5,38 40,03 2,3 24,53M-5-B 90,8 5,38 31,79 1,82 22,4J-6-H 89,7 6,20 32,95 1,42 20,1I-7-E 122,6 * 6,20 - - -K-8-C 122,5 6,20 0,11 0,0046 noL-9-A 82,2 4,60 40,46 3,17 27,53R-1-Q 174,0 * 9,08 - - -
Obs.: balanceamento realizado com vlvula t ipo borboleta, referncia
[9] pgina 338.
Ponto de operao do ventilador: vazo volumtrica 7080 m3 /h e
presso total 174,0 Pa.
5.8 RESULTADOS DA ANLISE DOS SISTEMAS DE
DISTRIBUIO DE AR
As alternativas foram analisadas e comparadas a partir de
critrios relacionados na matriz de deciso a seguir:
P1 P2 P3 P4
0,050,0
100,0150,0200,0250,0300,0350,0400,0450,0500,0550,0600,0650,0700,0750,0800,0850,0
Proposta
Pot
nci
a [W
]
Figura 10 Potncia do sistema de ventilao
para cada proposta
52
-
Tabela 39 Matriz de Deciso
Critrio de Avaliao proposta 1 proposta 2 proposta 3 proposta 4Perdas de Presso 7 7 6 9Custo de Material 7 6 8 8Instalao Facilidade 7 6 9 9Estanqueidade 7 7 8 9Manuteno 7 6 8 8Total 35 32 39 43
Obs.: As notas pertencem ao seguinte intervalo: 5 10.
Quanto perdas de presso, as notas foram baseadas nos
clculos realizados anteriormente. O custo de material leva em
considerao: peso dos tubos (dutos rgido ao galvanizado); e para
os dutos flexveis o dimetro. Considerando um duto de seo
retangular (0,55 x 0,55m), de chapa galvanizada (espessura 0,55mm),
um metro pesa aproximadamente 9,73 kg. O preo est em torno de
R$4,40/kg, logo, um metro custa: R$42,81. Para o duto flexvel, sem
isolamento, o custo por metro R$1,00 vezes Dimetro (polegada).
Um tubo de mesma seo (rea igual) ao retangular considerado ter
dimetro de 0,62m (24), custar ento: R$24,00, cerca de 56% do
preo do rgido.
A instalao de dutos flexveis muito mais fcil e rpida em
relao aos dutos rgidos. Isto porque j vem prontos de fbrica, basta
instal-los. Os rgidos devem ser montados no local.
O critrio estanqueidade est relacionado com os possveis
pontos de vazamento nos dutos. Uma rede de tubos rgidos possui
muito mais junes e regies para se vedar do que os tubos flexveis.
A manuteno muito difcil e complicada no caso dos dutos
rgidos (devido s pequenas dimenses e necessidade de desmontar).
Quanto aos tubos flexveis, normalmente se justifica a simples troca (o
que relativamente simples), pois mais custoso tentar limp-los.
Portanto, entre os quatro casos, a proposta 04 a melhor alternativa.
Logo, ser estudada em maiores detalhes.
53
-
6 REVISO EXPERIMENTAL DE PARMETROS PARA
CLCULO DE PERDAS DE PRESSO
Considerando a proposta 04, 33% da presso total deve-se
perda de presso distribuda ao longo dos dutos (para o trecho crt ico).
Como foi dito no tpico 5.3 , deste trabalho, talvez a rugosidade
admitida seja muito elevada (valor referenciado em manuais -
Smacna).
O restante da presso total provm das perdas singulares: em
difusores, bocais de insuflamento, bocais de contrao, e curvas. Como
os coeficientes utilizados para curvas em dutos flexveis foram obtidos
atravs de catlogo de fabricante, seus valores tambm sero
estudados.
A reviso experimental ser feita estudando-se dois parmetros:
Valores de rugosidade de dutos flexveis e sua influncia nas
perdas de presso;
Valores para coeficientes de perdas em curvas geradas com
dutos flexveis.
Para a realizao dos testes, prope-se construir uma bancada de
ensaio. Sua finalidade fornecer dados para determinar os parmetros
descritos acima.
54
-
6.1 ESTUDO DA RUGOSIDADE DE DUTOS FLEXVEIS
6.1.1 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Para determinar a rugosidade de um duto, sero util izadas as
mesmas equaes do processo de dimensionamento e balanceamento
das redes. Util izando a equao de Darcy:
p= fLQ2
2DhS2
Observa-se que medindo-se a queda de presso, o dimetro
hidrulico do duto, seu comprimento (L), e a vazo volumtrica (Q),
pode-se obter um valor para f (fator de atrito). Com a equao de
Altshul (uti lizada pois possui suas variveis isoladas), pode-se
determinar o valor da rugosidade ():
f =0,11 D h 68R e0, 25
Logo, para se realizar o experimento proposto, deve-se medir a
queda de presso num trecho retilneo em um duto flexvel, para
diversas vazes volumtricas. Isso, possvel medindo-se a presso
esttica em dois pontos, distantes o suficiente para se obter valores
mensurveis. A vazo volumtrica, dimetro dos dutos, comprimento e
massa especfica do ar tambm devem ser medidos. O tpico a seguir,
tratar como ser construda a bancada para este projeto, e como sero
feitos os ajustes e medies.
55
-
6.1.2 PROJETO DA BANCADA
Figura 11 Bancada de ensaio
A) Ventilador
B) Retificador de escoamento
C) Flange com tomada de presso esttica (montante)
D) Flange com tomada de presso esttica (jusante)
E) Duto de descarga
F) Duto flexvel
G) Tubo de Pitot
H) Duto condicionador de escoamento
O ventilador escolhido o AXC 315B, distribudo pela prpria
Multivac. Sua escolha foi determinada atravs da faixa de operao
dos dutos a serem ensaiados (ver tabela 40). Os dutos so 161mm (6),
209mm (8), 263mm (10) e 314mm (12).
Tabela 40 Faixa de operao dos dutos flexveis
Dimetro do Vazo Volumtrica PressoDuto m3/h mmca[mm] mn mx mn mx161 40 1200 0,01 5209 90 1800 0,01 5263 150 3400 0,01 5314 250 5000 0,01 5
56
-
Figura 12 Bancada (montante) Figura 13 Bancada (Jusante)
Figura 14 Ventilador e duto condicionador
O ventilador est conectado bancada atravs de um duto feito
de chapa de ao galvanizado. A funo deste duto eliminar o efeito
do sistema na descarga, possuindo um comprimento mnimo de 2,5
dimetros em relao seo de sada do ventilador.
Antes da seo de medio, o ar deve estar devidamente
condicionado. O ideal que neste local o escoamento esteja
plenamente desenvolvido. Para isso, uti liza-se um duto condicionador
de escoamento (ver figuras 12 e 13), localizado entre o duto de chapa e
a seo de ensaio. Seu comprimento de 10 vezes o dimetro do bocal
de entrada.
Este bocal, localizado no flange do duto de chapa, especfico
para cada duto ensaiado, possuindo os dimetros de 6, 8, 10 e 12.
57
-
Por questes de economia, o material uti lizado no duto condicionador
o mesmo da seo de ensaio, duto flexvel.
Aps alguns ensaios iniciais, verificou-se que havia uma
rotocionalidade no escoamento, aps a sada do ventilador. Isto
ocorre em funo do movimento das hlices. Com um escoamento
deste tipo, fica invivel realizar medies de vazo e presso ao longo
da bancada.
Para tentar eliminar este problema, ou pelo menos amortiz-lo,
projetou-se um retificador de escoamento. Este, consiste numa colmia
feita com dutos de PVC, devidamente alinhados e posicionados dentro
do duto retificador. Util izando uma vareta com um barbante na ponta,
pode-se visualizar o escoamento (ver figuras 15 e 16). Pode-se ver
claramente que o escoamento possui uma componente transversal. As
figuras 17 e 18 exibem o que acontece quando colocou-se o retificador.
A componente transversal desapareceu, ficando apenas a longitudinal
ao escoamento.
Figura 15 Compon. transversal Figura 16 Compon. transversal
58
-
Figura 17 Escoamento corrigido Figura 18 Escoamento corrigido
Figura 19 Retificador Figura 20 Posicionamento
Para medir a vazo volumtrica, uti lizou-se um Tubo de Pitot. A
seo de medio foi logo a montante do duto de ensaio (fig. 19). A
tcnica consiste em medir a velocidade pontual em diversos pontos na
seo transversal do duto, em dois eixos perpendiculares entre si (fig.
22). A diferena de presso no tubo de pitot medida atravs de um
transdutor de presso (fig. 21). A vazo volumtrica obtida atravs
da mdia das velocidades medidas:
vmdia=1n
n
i=1
2pi pitot ; sendo n o nmero de pontos medidosQ=Svmdia ; sendo Q a vzo volumtrica e S a rea do duto
59
-
Figura 21 Tubo de Pitot Figura 22 Posicionamento do
Tudo de Pitot
Figura 23 Sistema de aquisio Figura 24 Escala para
leitura em vrios pontos
A perda de presso distribuda ao longo do duto flexvel
devida apenas presso esttica. O duto, na regio de ensaio, no
possui variao na sua seo transversal . Logo, a presso dinmica
constante.
As presses estticas a montante e a jusante so obtidas atravs
das tomadas de presso existentes nos flanges. Em cada um feito um
orifcio, onde um tubo plstico com uma ventosa fixado. Dessa
maneira, este tubo transmite a presso esttica do ar que escoa naquela
seo para um transdutor de presso. Observando a figura 11, as letras
C e D indicam os flanges com tomada de presso esttica.
O nmero, dimetro, e disposio dos orifcios influenciam na
60
-
qualidade da medio da presso esttica. A forma com qual estes
orifcios so interligados tambm.
A presso esttica medida atravs de um orifcio diferente da
presso esttica real , segundo a referncia [12]. A sua dimenso
influencia a medio pois perturba o escoamento prximo a parede.
Idealmente, para se ter uma leitura correta, um orifcio de tamanho
infinitesimal seria o adequado. As figuras 25 e 26 mostram esquemas
da tomada de presso.
Figura 25 Esquema tomada de
presso terico
Figura 26 Esquema tomada de
presso uti lizado
Atravs da referncia [12], pode-se concluir:
Reduo de L/d resulta em incertezas menores;
D = 2d;
Se L/d 1,5 a incerteza de medio apenas influenciada por
L/d.
Na bancada de ensaio, L a espessura de uma chapa de ao
galvanizado (colarinho), com aproximadamente 0,6mm, e d = 1,6mm.
Logo, L/d = 0,375, que est adequado.
Os orifcios podem ser interligados de 2 maneiras: anel
piezoeltrico ou anel triplo-T (segundo referncia [13]). As figuras 27
61
-
e 28 ilustram estes sistemas.
O anel piezoeltrico possui muitas variaes construtivas, e
modificaes no comprimento dos tubos e disposio dos furos afetam
a qualidade da medio.
As menores incertezas de leitura so obtidos util izando anel
triplo-T. Neste caso, h necessidade de se construir o anel to quanto o
ideal. Os orifcios so dispostos simetricamente. O comprimento dos
tubos pouco significativo, mas desejvel simetria.
Figura 27 Anel Piezoeltrico Figura 28 Anel triplo-T
Figura 28 Colarinho com
tomadas de presso
Figura 29 Anel triplo-T
acoplado ao flange
62
-
6.1.3 RESULTADOS
Analisando os dados obtidos atravs do ensaio, os resultados
podem ser observados nas figuras a seguir:
50000 75000 100000 125000 150000 1750000,028
0,030
0,032
0,034
0,036
0,038
0,040
0,042
0,044
Duto 6"
f ensaiof terico( = 3mm)
Re
f
Figura 30 - friction factor para duto de 6
63
-
30000 55000 80000 105000 130000 1550000,028
0,030
0,032
0,034
0,036
0,038
0,040
0,042
0,044
Duto 8"
f ensaiof terico( = 3mm)
Re
f
Figura 31 - friction factor para duto de 8
50000 75000 100000 125000 150000 1750000,028
0,030
0,032
0,034
0,036
0,038
0,040
0,042
0,044
Duto 10"
f ensaiof terico( = 3mm)
Re
f
Figura 32 - friction factor para duto de 10
64
-
Estes grficos foram gerados utilizando-se a equao de Altshul.
Considerando-se uma rugosidade de 3 mm, pode-se calcular os valores
tericos (f terico).
Atravs de uma regresso linear com a equao de Altshul, com
os resultados obtidos, gera-se a curva f ensaio. Com este mtodo,
calcula-se a rugosidade para cada teste.
0,0005 0,0008 0,0010 0,0013 0,0015 0,0018 0,0020 0,00230,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,270,280,29
Rugosidade x Dimetro Tubo
Rugosidade (m)
Di
met
ro (m
)
Figura 33 Variao da rugosidade com o dimetro dos dutos
65
-
6.2 ESTUDO DOS COEFICIENTES DA PERDA LOCALIZADA EM
CURVAS DE DUTOS FLEXVEIS
6.2.1 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Para determinar os coeficientes de perda localizada em curvas, o
modelo utilizado :
C=2pcurva
v2
Onde, atravs dos ensaios, obtm-se: diferencial de presso
gerado pela curva (p c u r v a); massa especfica do ar () e velocidade
mdia a montante da curva (v). Como uma curva caracterizada como
um elemento de perda localizada, ou singular, no possvel medir o
diferencial de presso sobre a mesma. Este fato se deve pois produz
uma grande perturbao no escoamento, o que inviabiliza a medio de
presso esttica a montante e a jusante.
Portanto, para se realizar o experimento proposto, deve-se
existir um trecho reto, com a rugosidade conhecida, a montante e outro
a jusante da curva. Logo:
pcurva=ptotalpdist pvc jusantepdist pvcmontante
O diferencial de presso total deve ser medido entre dois
trechos, englobando a curva e os dutos a montante e a jusante. Com a
velocidade mdia obtida no ensaio, util izando-se as equaes de Darcy
e Altshul (descritas em tpicos anteriores), calcula-se as perdas
distribudas dos trechos retos.
66
-
6.2.2 PROJETO DA BANCADA
A bancada projetada possui os mesmos componentes util izados
na bancada para ensaio da rugosidade. Mas, no lugar dos flanges foram
adicionados dois dutos de pvc, de 150 mm cada, e as tomadas de
presso esttica foram feitas nas paredes dos dutos. As fotos a seguir
mostram a bancada e o equipamento utilizado no ensaio:
Figura 34 Bancada de ensaio Figura 35 Tomadas de presso
Figura 36 Curva (R/D = 1)
67
-
Figura 37 Pitometria Figura 38 Tubo de Pitot
Esttico
Figura 39 Sistema de medio
de presso
Figura 40 Medidor de umidade
relativa e temperatura do ar
Figura 41 Ventilador e duto condicionador
de escoamento a montante
6.2.3 RESULTADOS
68
-
Atravs dos ensaios, para um duto flexvel de 150 mm de
dimetro, os resultados obtidos foram:
0,02,55,07,5
10,012,515,017,520,022,525,027,530,032,535,037,540,042,545,047,550,052,555,057,560,062,565,0
20000 40000 60000 80000 100000
Re
Dp
curv
a [P
a]
Figura 42 Perda de presso em funo
do nmero de Reynolds
0,80000,81000,82000,83000,84000,85000,86000,87000,88000,89000,90000,91000,92000,93000,94000,95000,96000,97000,98000,99001,0000
20000 40000 60000 80000 100000
Re
C c
urva
Figura 43 Coeficiente da perda
localizada em curvas
7 APLICAO E ANLISE DOS NOVOS RESULTADOS 69
-
EXPERIMENTAIS NO ESTUDO DE CASO
Atravs dos resultados obtidos, ser feito um estudo comparativo
analisando-se as propostas 03 e 04, pois estas possuem apenas dutos
flexveis.
7.1 Estudo proposta 03 Sistema com caixas plenum
Adotando-se o sistema de distribuio de ar exemplificado no
i tem 5.6, altera-se apenas a rugosidade dos dutos flexveis.
Tabela 41 Detalhamento da rede proposta
Trecho Comprimento Tipo de Vazo[m] Duto [m] [m/h]
01 7,00 flexvel 0,00300 708002 2,50 flexvel 0,00096 60003 2,50 flexvel 0,00096 60004 4,00 flexvel 0,00300 588005 2,50 flexvel 0,00096 60006 2,50 flexvel 0,00126 78007 4,00 flexvel 0,00300 450008 2,50 flexvel 0,00096 60009 2,50 flexvel 0,00248 150010 4,00 flexvel 0,00300 240011 2,50 flexvel 0,00208 90012 2,50 flexvel 0,00248 1500
Rugosidade
70
-
Tabela 42 Clculo da Perda Distribuda
(pr-dimensionamento)
Trecho rea Re f[m/s] [m] [m]
01 9,10 0,2161 0,525 315986 0,03053 20,3 2,9002 5,56 0,0300 0,195 71907 0,03043 7,3 2,9003 5,56 0,0300 0,195 71907 0,03043 7,3 2,9004 8,70 0,1877 0,489 281619 0,03109 11,6 2,9005 5,56 0,0300 0,195 71907 0,03043 7,3 2,9006 5,79 0,0374 0,218 83667 0,03135 7,3 2,9007 8