Apostila Dimensionamento de Dutos e Ventiladores

GUILHERME SILVEIRA DOS SANTOS

ESTUDO DE REDES DE DISTRIBUIO DE AR PARA GARANTIA DA QUALIDADE DO AR INTERNO

So Paulo2006

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

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

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

1

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

2

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.

3

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.

4

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.

5

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

6

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,

7

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

8

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.

9

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

10

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

11

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 .

12

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

13

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

14

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

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

longitudinal


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

longitudinal


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

16

Tabela 05 Medidas para construo de dutos ovalados (Norma SMACNA HVAC Duct Construction Standards)

Comprimento Principal do Duto (mm)


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

17

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:




4. Reduo de Velocidade


Balanceamento (para distribuio a 90 ou 90 com o

tronco/duto principal):



3. Reduo de Velocidade



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

(x -

Fy)

FUM

O (B

AIXO

, GRA

NDE,

MUI

TO G

RAND

E, C

ONSI

DER

VEL)

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 -

FB

)(3

- F

B)

(2 -

FB

)(1

0 - F

Con

s.)

(3 -

FB

)(4

- 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.


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]


atrito; a e b correspondem a altura e a largura dos dutos rgidos,

respectivamente.

39


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]


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.


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


40

Figura 07 Juno divergente tipo T, nodos B,E,H,K

Figura 08 Exemplo de trecho de ramificao (metade 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


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]



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 - - -



[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.



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



atrito;

44


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]




condio padro. Catlogo TROX TECHNIK-KLIMA, modelo ADLK-S.



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


45


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]


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



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 - - -



[9] pgina 338.



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.



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


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]




condio padro. Catlogo TROX TECHNIK-KLIMA, modelo ADLK-S.



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


Obs.: significa dimetro hidrulico; Re nmero de Reynolds;

f fator de atrito;

50


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


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


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 - - -


[9] pgina 338.



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"


Re

f


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"


Re

f


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.



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


(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

Documents

Apostila Dimensionamento de Dutos e Ventiladores