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Dimensionamento de Dutos
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA
DISCIPLINA: REFRIGERAO E CLIMATIZAO
PROFESSOR: JORGE EMANUEL
DIMENSIOMANENTO DE DUTOS
DISCENTES (TURMA DA TARDE):
RENAN SANTANA 07021002401
LUIZ CARLOS S. FARIAS 06021004001
CARLOS JELSON DA C. SOUSA 07188002101
PEDRO FACUNDO L. JUNIOR 05021004701
VITOR DIAS DO VALE 05021002401
Belm PA
Dezembro de 2011 SUMRIO
INTRODUO ................................................................................................................. 1
CLCULO DA PERDA DE CARGA .............................................................................. 5
SELEO DOS DIFUSORES ......................................................................................... 8
CLCULO DO TRAJETO CRTICO ............................................................................ 10
ANEXO A ....................................................................................................................... 11
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. 15
1. APRESENTAO
O presente projeto contm o memorial de clculo realizado para se dimensionar uma
rede de dutos para a refrigerao da edificao cuja planta baixa mostrada na figura a
seguir:
Figura 1
A carga trmica total utilizada foi a de horrio de pico de calor gerado:
Calor Latente: 6.986 W
Calor Sensvel: 26.380 W
Porm, a carga trmica por compartimento, foi utilizada a carga trmica gerada no
horrio das 17 h, fazendo-se uma correspondncia percentual entre os valores de carga
trmica por compartimento e total, para se determinar o clculo da vazo, com forme
mostrado na tabela a seguir:
Tabela 1 - Percentual de Carga trmica
Compartimento Carga Trmica
Sensvel
Carga Trmica
Latente
Porcentagem de Calor
Sensvel
Sala 1 5725,91 W 630,57 W 13%
Sala 2 4572,04 W 630,57 W 10,38%
Sala 3 5367,59 W 630,57 W 12,18%
Sala 4 3596,43 W 630,57 W 8,16%
Sala 5 4391,58 W 630,57 W 9,97%
Cozinha 5191,76 W 657,57 W 11.78%
Recepo 7074,88 W 876,76 W 16,05%
Sala de Reunio 8141,5 W 2833,15 W 18,48%
2. CLCULO DE VAZO
De posse dos valores determinados na sesso anterior, pode-se ento, passar para o
clculo da vazo por compartimento. A vazo total obtida atravs da equao:
Onde:
Vazo total, em l/s;
Volume especfico do ar = 0,8214 a 14C;
Carga trmica sensvel = 26.380 W;
Calor especfico do ar = 1,017 KJ/KgC;
Temperatura de projeto = 25C;
Temperatura de insuflao = 14C.
Obs.: A determinao dos valores de , , foi feita com auxlio do programa Cool
Pack.
Substituindo-se os valores encontrados na equao da vazo, chega-se ao valor da vazo
total para o horrio de pico:
Determinada a vazo total pode-se ento calcular os valores de vazo para cada
compartimento, utilizando os percentuais obtidos na Tabela 1. O resultado das vazes
por compartimento est exposto na tabela a seguir:
Tabela 2 - Vazo por Compartimento
Compartimento Percentual Vazo Proporcional
Sala 1 13% 251,7996 L/s
Sala 2 10,38% 201,052296 L/s
Sala 3 12,18% 235,916856 L/s
Sala 4 8,16% 158,052672 L/s
Sala 5 9,97% 193,110924 L/s
Recepo 11.78% 228,169176 L/s
Cozinha 16,05% 310,87566 L/s
Sala Reunio 18,48% 357,942816 L/s
Levando em considerao que a rede de dutos ter a seguinte configurao:
Sendo as sesses nomeadas conforme a Figura 2:
Figura 2
Fluxo de ar
Grelha
Por tanto, cada sesso ter uma vazo com forme mostra a tabela 3:
Tabela 3 Vazo por sesso
Sesso Vazo
A 1936,93 L/s
B 1195,25 L/s
C 657,18 L/s
D 430,77 L/s
E 251,79 L/s
F 380,02 L/s
G 201,05 L/s
H 464,07 L/s
I 235,91 L/s
3. DIMENSIONAMENTO DE DUTOS
Determinadas as vazes, pode-se ento efetuar o dimensionamento dos dutos, os quais
foram feitos atravs do mtodo de Reduo da Velocidade. Este mtodo consiste na
anlise dos dados de projeto em cima do grfico exposto na Figura 3. Selecionando-se
uma velocidade desejada e fazendo a correspondncia entre a vazo encontrada chega-
se aos valores de dimetro equivalente e perda de carga. Como os valores no foram
encontrados diretamente, utilizou-se do artifcio de realizar uma equivalncia de valores
atravs de uma rgua milimetrada.
Figura 3
Sendo a vazo inicial igual a 1936,92 L/s, que se encontra na faixa entre 1000
L/s e 2000 L/s, presentes no grfico. A distncia entre os valores 1000 e 2000 foi de 10
mm. O objetivo neste caso apenas encontrar o ponto inicial para o traado da reta de
dimetro do duto, que ser aquele onde a velocidade admitida e a vazo calculada se
encontram.
O clculo do dimetro equivalente do duto para o trecho A (Figura A.8) obtido
atravs de interpolao:
Pela Figura 3, selecionou-se a velocidade de projeto de 8 m/s, que corresponde a
velocidade mxima para dutos principais de carter comercial. Com a velocidade de
8m/s, selecionada entre as velocidades presentes dentro da faixa sombreada na rea do
grfico da Figura 4, e que:
Figura 4
Traando-se uma reta paralela e vertical no local correspondente a posio da
vazo de 1936,92 L/s no grfico at interceptar a reta correspondente a velocidade de 8
m/s, e traando-se outra reta a partir da interseo das duas retas, para o lado esquerdo,
obtm-se o valor da perda de carga. Como no se chega a um valor exato, o mesmo
artifcio que foi utilizado para o clculo da perda de carga para o duto principal, entre os
valores de 1 e 2 Pa/m que possui 15 mm de entre uma reta e outra, pode-se se estimar o
valor da perda de carga:
Sendo a perda de carga igual a
O dimetro do duto que fica entre os dimetro de 500 mm e 630 mm, que possuem 13
mm de distncia entre si e 7 mm entre a reta de 500 mm e o ponto de interseo, ser
encontrado por:
Sendo o dimetro do duto igual a .
Sendo que 570 mm o dimetro para um duto cilndrico, porm a altura do forro
que de 0,5 m, no permite que um duto desse porte seja instalado. Pois a altura
mxima do duto dever ser 0,35 m para que se possa ter espao para a camada de
isolamento. Por tanto se faz necessrio realizar uma equivalncia entre o duto cilndrico
de 570 mm e um retangular com altura de 350 mm, chegando-se a um duto retangular
de 350mm X 496 mm, atravs da Figura 5:
Figura 5
O mesmo procedimento para o dimensionamento do duto principal (sesso A)
foi repetido para os demais trechos, chegando seguinte tabela, com velocidade de 6
m/s para os dutos de D a I. Resultando no dimensionamento final dos dutos, que esta
exposto nas Tabelas 4 e 5:
Tabela 4 Propriedades das tubulaes
Sesso Comprimento
. (m) Vazo (L/s)
Velocid. (m/s)
Diametro (mm)
Largura
Perda de Carga
Perda de
(mm) (Pa/m) carga (Pa)
A 3 1936,93 8 570,00 496 1,16 3,48
B 4 1195,25 8 423,07 433 1,60 6,40
C 4 657,18 6 315,00 383 1,13 4,53
D 7 430,77 6 291,55 354 1,60 11,20
E 7 251,79 6 251,92 339 2,03 14,23
F 7 380,02 6 249,00 322 1,87 13,07
G 7 201,05 6 223,07 305 2,13 14,93
H 8 464,07 6 301,92 354 1,47 11,73
I 4 235,91 6 240,38 322 2,03 8,13
Total 51
84,23
Tabela 5 - Dimenses finais
Duto Perfil (mm)
A 350x496
B 350x 433
C 350x 383
D 350x 354
E 350x 339
F 350x 322
G 350x 305
H 350x 354
I 350x 322
4. CLCULO DA PERDA DE CARGA
A perda de carga total igual soma entre a perda de carga nos dutos e a perda
de carga nos acoplamentos. Para este dimensionamento de dutos, a perda de carga nos
difusores foi desconsiderada para simplificar os clculos.
4.1 Perda de carga nos dutos:
Apenas a ttulo de critrio de projeto, eis o clculo do tamanho do trecho reto
mnimo para a descarga do ventilador. O trecho mnimo dado pela equao:
, para uma velocidade de escoamento menor que 13 m/s;
a rea da seo transversal para o dimetro equivalente de 511 mm. Neste
caso:
Ento:
Como se adotou um comprimento de 2 m para este duto, o escoamento
proveniente da descarga do ventilador ser completamente desenvolvido.
A perda de carga nos dutos dada pelo produto:
Onde:
- a perda de carga devido presso esttica no trecho do duto. O subscrito
denota o trecho do duto considerado;
Os dados e resultados para o clculo da perda de carga nos trechos de dutos
esto na Tabela 1.2.
4.2 Perda de carga nos acoplamentos :
Os acoplamentos esto especificados por nmeros de acordo com a Figura A.8
do anexo A de 1 a 12. Os acoplamentos selecionados para 1, 2 encontram-se na Figura
A.3 do anexo A. Para os acoplamentos 4, 5, 6, 7, 8 e 9, figura A.2 do anexo A. Para 3,
10, 11 e 12, Figura A.4 do anexo A. Os valores de esto na Tabela 1.3.
Onde:
, , - so os dimetros equivalentes na entrada, desvio e sada da
juno, respectivamente;
, , so as reas da seco transversal na entrada, desvio e sada da
juno, respectivamente;
, , so as vazes na entrada, desvio e sada da juno,
respectivamente;
, - so os coeficientes no desvio e sada da juno, respectivamente;
perda de carga devido presso dinmica;
- velocidade mdia na juno em .
Calcula-se , considerando-se o valor padro para a densidade do ar, atravs da
relao:
Onde:
- coeficiente de perda de carga, onde o subscrito indica se o o valor para o
desvio ou para a sada .
- presso dinmica, dada pela equao ; a Tabela 1.4
apresenta os valores de .
- velocidade mdia do fluido no trecho de duto, ou .
Tabela 6
Junes 1,2 e 3 8 4 38,53
4 em diante 6 36 21,67
4.3 Perda de carga total :
A perda de carga total a perda de carga total nos dutos mais a perda de carga
total devido nos acoplamentos.
Onde:
- Perda de carga total;
- perda de carga nos acoplamentos;
- perda de carga total no dutos.
Com os dados das Tabelas 1.2 e 1.3, tem-se:
5. SELEO DOS DIFUSORES
De acordo com a tabela do fabricante, os difusores do catlogo de que dispomos
esto com suas vazes em , e a partir da vazo necessria para o ambiente e do
alcance mnimo necessrio que ser selecionado o difusor. O tipo de acessrio
selecionado foi o difusor linear de forro que ser localizado do centro de cada ambiente
com exceo dos difusores da sala de reunio, que estaro localizados conforme a
Figura A.8.
O comprimento caracterstico (L) para o difusor linear de forro a distncia at
a parede ou plano mdio entre linhas de descarga, neste caso utilizou-se a distncia at a
parede mais distante, para assegurar que todo o ambiente ser atingido pela descarga do
difusor.
5.1 Determinao da relao
:
Aqui, porque este o valor de velocidade terminal para difusores
de forro lineares.
Segundo a Tabela 7.11 da apostila a relao
. A tabela seguinte expe
o alcance para cada ambiente.
Tabela 7
Ambiente
L (m)
Sala 1 0,3 3 0,9
Sala 2 0,3 2,4 0,72
Sala 3 0,3 2,4 0,72
Sala 4 0,3 2,4 0,72
Sala 5 0,3 2,4 0,72
Cozinha 0,3 3 0,9
Recepo 0,3 2,6 0,78
Sala de reunio 0,3 4 1,2
5.2 Determinao do alcance mnimo:
O alcance mnimo para cada ambiente est exposto na Tabela 1.5, e obtido
atravs da relao
.
5.3 Determinao da vazo por ambiente em :
A vazo para necessria para cada ambiente pode ser encontrada na Tabela 1.1,
porm fornecida em L/s. O catlogo apresenta dutos para vazes em . A
converso das unidades facilmente obtida multiplicando-se os valores de vazo por
ambiente na Tabela 1.1 por 3,6. A tabela seguinte apresenta os valores j convertidos.
Tabela 8
Ambiente Fator de converso Vazo/Ambiente (L/s) Vazo/Ambiente
Sala 1 3,6 203,96 734,26
Sala 2 3,6 160,76 578,74
Sala 3 3,6 182,07 655,45
Sala 4 3,6 175,1 630,36
Sala 5 3,6 199,89 719,6
Cozinha 3,6 202,99 1203,52
Recepo 3,6 334,31 730,76
Sala de reunio 3,6 477,84 860,11
Uma observao importante que na sala de reunio sero utilizados dois
difusores, portanto sua vazo est apresentada pela metade, ou seja, utilizar-se-o dois
difusores com vazo mnima de cada.
Com base nos dados das Tabelas 1.5 e 1.6, o difusor foi selecionado a partir de
um catlogo fornecido pela empresa Tropical. Os difusores selecionados esto
especificados nas figuras A.5, A.6 e A.7 do anexo A.
Como critrio para a seleo, alm de ter que atender s vazes e
alcances mnimos para cada ambiente, o nvel de rudo foi um fator importante, primou-
se pelos mnimos. A velocidade de colarinho do difusor tambm foi considerada,
porque o ar de impacto proveniente do sistema, se muito intenso, causa desconforto em
algumas pessoas, e uma vez que os critrios de climatizao j estavam satisfeitos, deu-
se preferncia s menores velocidades de colarinho. A seguir, tm-se os difusores
selecionados para cada ambiente.
6. CLCULO DO TRAJETO CRTICO
O ventilador a ser selecionado deve fornecer uma presso total mnima igual ou
maior do que a soma das perdas de carga no trajeto crtico.
Ambiente Difusor Dimenses (pol)
Sala 1 DI - 42 24 x 9
Sala 2 DI - 42 18 x 9
Sala 3 DI - 42 21 x 9
Sala 4 DI - 42 15 x 12
Sala 5 DI - 42 24 x 9
Recepo DI - 42 24 x 9
Cozinha DI - 33 18 x 15
Sala Reunio DI - 42 21 x 12
Para o layout determinado (Fig.), tm-se trs trajetos crticos, de I para II, de I para III e
de I para IV.
Perda de carga para o trajeto de I para II:
Neste caso tem-se o maior valor de perda de carga para o trajeto de I III,
portanto, este trajeto o trajeto crtico e o ventilador a ser utilizado deve fornecer no
mnimo a presso perdida neste trajeto.
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