Aula Ventilação Industrial 2

7/25/2019 Aula Ventilação Industrial 2

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Julio Rezende - [email protected]



Ventilação Natural





Componente Ar externo(seco)

Ar interno(21° C, U.R. 50%)

Ar expirado(36° C, U.R. 100%)

Gás inertes 79,00 78,00 75,00

Oxigênio 20,97 20,69 16,00

Vapor d'água 0,00 1,25 5,00

Dióxido de carbono 0,03 0,06 4,00

Composição do arA composição aproximada do ar, sob três diferentes condições, é dada na Tabelaabaixo, considerando-se ar limpo e isento de poluentes em geral.

Para o ar seco a massa molecular aparente é: Mol ar= 29,966. A constante para a equaçãodos gases é: R = 29,27 kgm/kgf.




Ventilação NaturalDefinição:É o deslocamento de ar através de uma construção, por suasaberturas, umas funcionando como entrada e outras como saída.

Função:

Renovação do ar ambiente

Conforto térmico

Higiene





A ventilação natural é o movimento de ar num ambienteprovocado pelos agentes físicos pressão dinâmica e/outemperatura, podendo ser controlado por meio de aberturasno teto, nas laterais e no piso.

Ti -Temperatura interna Te -Temperatura externa
















Ventilação Natural - Lanternins

Os Lanternins são aberturas, dispostas na cobertura de edificações, para propiciarventilação e iluminação naturais dos ambientes. O funcionamento dos lanternins é devidoà diferença de densidade do ar ambiental ao ser aquecido. O ar ,ao ser aquecido, ficamenos denso e ascende para a cobertura. Quanto maior a altura da cobertura, maissignificativa será a ascensão do ar. Do ponto de vista da ventilação natural, os lanterninsapresentam ótimo desempenho quando aplicados em galpões altos onde o processo

industrial desprende muito calor e, eventualmente, poluição.

O uso de lanternins para ventilação natural deve levar em consideração os seguintesfatores:-Os dimensionamentos das áreas de lanternins devem ser adequados e compatíveis comas aberturas, para ingresso de ar,no nível inferior da edificação;

-Os ambientes ventilados por lanternins ficam com pressão negativa em relação aoambiente externo. Este fato faz com que uma eventual poluição nas proximidades doprédio migre para o interior do mesmo;-Em locais com inverno rigoroso, devem ser tomadas providências de fechamento parcialdas aberturas para melhorar as condições de conforto ambiental nos dias de muito frio.




Ventilação Natural - Lanternins

Atualmente, a indústria disponibiliza uma série de lanternins padronizados que assegurama passagem do ar sem criar problemas de infiltrações de água. Os lanternins, quandoaplicados de maneira adequada e quando bem dimensionados, passam a integrar uma boaopção para ventilação de ambientes, sem consumir energia.




Ventilação NaturalAberturas laterais e Lanternins





Aberturas laterais e Lanternins





Aberturas laterais e Lanternins







Fatores que afetam a ventilação natural:

As diferenças de pressão exercidas pelo ar, sobre uma construção,podem ser causadas por:

- Ação dos Ventos;

- Diferença de densidade do ar interno e externo (efeito chaminé);

- As duas simultaneamente;









Pela ação dos ventos:- Zonas expostas à sobre-pressão e zonas expostas à sub-pressão ;

- Entradas (aberturas) nas zonas de sobre-pressão e saídas

(aberturas) nas paredes sujeitas a sub-pressão;

- Distribuição das pressões depende da direção e velocidade dosventos e da arquitetura da construção.




Ventos

Os ventos são gerados pelo aquecimento não uniforme da superfícieterrestre. Essa não uniformidade no aquecimento da atmosfera deveser creditada, entre outros fatores, à orientação dos raios solares eaos movimentos da Terra.

As regiões tropicais, que recebem os raios solares quase queperpendicularmente, são mais aquecidas do que as regiões polares.Conseqüentemente, o ar quente que se encontra nas baixasaltitudes das regiões tropicais tende a subir, sendo substituído por

uma massa de ar mais frio que se desloca das regiões polares. Odeslocamento de massas de ar determina a formação dos ventos.




Formação dos ventos devido ao deslocamento das massas de ar. (Fonte: CEPEL, 2001)




VentosExistem locais no globo terrestre nos quais os ventos jamais cessam de“soprar”, pois os mecanismos que os produzem (aquecimento no

equador e resfriamento nos pólos) estão sempre presentes na natureza.São chamados de ventos planetários ou constantes, e podem ser

classificados em:• Alísios: ventos que sopram dos trópicos para o Equador, em baixas

altitudes.• Contra-Alísios: ventos que sopram do Equador para os pólos, em altasaltitudes.

• Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicos para os pólos.• Polares: ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas.




VentosEm função das diferentes capacidades de refletir, absorver e emitir ocalor recebido do Sol, inerentes à cada tipo de superfície (tais comomares e continentes), surgem as brisas que caracterizam-se por seremventos periódicos que sopram do mar para o continente e vice-versa. No

período diurno, devido à maior capacidade da terra de refletir os raiossolares, a temperatura do ar aumenta e, como conseqüência, forma-seuma corrente de ar que sopra do mar para a terra (brisa marítima). Ànoite, a temperatura da terra cai mais rapidamente do que atemperatura da água e, assim, ocorre a brisa terrestre que sopra da

terra para o mar. Normalmente, a intensidade da brisa terrestre émenor do que a da brisa marítima devido à menor diferença detemperatura que ocorre no período noturno.









A velocidade do vento pode ser

classificada por uma escalachamada “Beaufort” , desenvolvida

em 1806 por Sir Francis Beaufort. Éuma escala fenomenológica de 0 a12 conforme observações feitas deefeitos visuais de fenômenos

naturais sobre a paisagem. Naprática, a escala Beaufort refere-seao valor da velocidade do vento emum período de 10 minutos a umaaltura de 10 metros.Em 1835, a escala Beaufort foi

declarada universalmente aplicávelpela Primeira ConferênciaMeteorológica Internacional.





Efeito Chaminé:

- Elevação da temperatura do ar interior – Menor densidade -Ascensão;

- O ar externo entra pelas aberturas mais baixas e o ar interno saipelas aberturas mais altas;

- O fluxo será mais intenso, quanto mais altas forem as aberturasde saída e mais baixas forem as aberturas de entrada.





Correção da velocidade de vento local:

(m/s) .K.Hvv A

10H

vH = Velocidade do vento na altura da abertura (m/s)

v10= Velocidade do vento a 10 m de altura (m/s)H = Altura da abertura de entrada de ar da construção (m)K e A = Coeficientes que dependem da localização da construção





Vazão de ar necessária para a remoção do calor ambiente:

/s)(m )T.(T.C

CQ 3

EIP

r

Cr = Quantidade de calor a ser removida (J/s)CP = Calor específico do ar à pressão constante = 1,0048 kJ/kg.°C = densidade do ar ao nível do mar = 1,201 kg/m3

TI = temperatura do ambiente interno (°C)TE = temperatura do ambiente externo (°C)







Fluxo de ar por efeito chaminé:

/s)(m 4,18

)Th.(T..ACQ 3EIED

C

AE = área equivalente de aberturas de entrada e saída do ar (m²)h = altura entre as aberturas de entrada e saída do ar, medida a partir do ponto médio decada abertura (m)TI = temperatura do ambiente interno (°C)TE = temperatura do ambiente externo (°C)(0,24) = fator de conversão de unidades.

CD = coeficiente de descarga - representa a resistência ao escoamento do fluxo de ar(perdas de carga devido ao atrito)





















TABELA - Critérios para projetos gerais de ventilação de ambientes (ASHRAE – American Society ofHeating and Air Condictioning Engineering, Guide and Data Book









Exaustor EólicoExaustores eólicos, trabalham a partir de correntes de ar, que incidem sobre o globo, fazendo comque ele se movimente. Mesmo na ausência de ventos, as massas de ar quente internas tendem asubir, provocando uma pressão no interior do globo, fazendo com que o exaustor gire. Em seuinterior ocorrerá uma ligeira queda de pressão, ajudando a aspirar a massa de ar quente, gasestóxicos, fumaças e partículas em suspensão no ambiente em sua direção. Além de baixar atemperatura, melhora a qualidade do ar. Na ausência de vento o equipamento funciona apenas pelodiferencial térmico entre as temperaturas interna e externa: (convecção térmica). A massa de arquente, por ser mais leve, desloca-se na direção do exaustor, exercendo pressão no rotor, capaz demovimentá-lo.






Ventilação Geral Diluidora





A Ventilação Geral Diluidora é um método de insuflar ar em umambiente ocupacional, de exaurir ar desse ambiente, ou ambos, afim de promover uma redução na concentração de poluentesnocivos.Essa redução ocorre pelo fato de que, ao introduzirmos ar limpo ounão poluído em um ambiente contendo certa massa dedeterminado poluente, faremos com que essa massa seja dispersaou diluída em um volume maior de ar, reduzindo, portanto, a

concentração desses poluentes.Uma observação a ser feita é a de que esse método de ventilaçãonão impede a emissão dos poluentes.









Principios básicos:• Estudar a viabilidade da diluição;

• Aplicar em contaminantes de baixa toxidade, com poucos

particulados e de rápida diluição;• O fluxo de ar deverá ser das áreas limpas para as áreas

contaminadas, nunca ao contrário;• Evitar regiões de “fluxo de ar parado” ( bolsões );

• Evitar que pessoas fiquem expostas ao fluxo de ar;

• Evitar formação de fluxos de ar com velocidade alta;

• Instalar um sistema mecânico para garantir o fluxo da

diluição;







Insuflação Mecânica e exaustão natural

Fonte: Macintyre, A. Joseph – Ventilação Industrial e controle da Poluição

Insuflação Mecânica e Exaustão Natural









Insuflação e Exaustão MecânicasNeste caso, há ventiladores que insuflam o ar e ventiladores que removem o ar do recinto,instalados diretamente no recinto ou atuando através de sistemas de dutos.A ventilação é mais controlável tanto em relação à qualidade do ar que entra quanto àdistribuição do mesmo no recinto.É um sistema de maior custo que os sistemas anteriores e , portanto deve ser utilizadoquando os sistemas anteriores não atenderem satisfatoriamente as exigências deventilação do recinto.Quando ocorre a passagem direta do ar de uma abertura de admissão para a saída,causando a estagnação do ar em parte do ambiente ventilado, ocorre um curto circuito dear. O sistema precisa bem projetado para evitar que isso ocorra.

extintsaídaent

extintsaídaent

extintsaídaent

PP Q Q

PP Q Q

PP Q Q

saídaent 1,15.Q Q

Na maior parte dos casos, recomenda-se:





Insuflação natural e exaustão Mecânica


Insuflação e Exaustão Mecânicas


il ã l il id







Insuflação e Exaustão MecânicasAlternativas de insuflação de ar em um recinto.





Insuflação e exaustão mecânicas – Tomada de ar, filtragem, insuflamento por bocas, exaustão






Fonte : ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists)













Ventilação para o Conforto ou Ventilação Ambiental

Na ventilação de ambientes normais, ou onde ocorrem a concentração de muitas pessoas(auditórios, salas de reunião, salas de projeto, etc.) devem-se considerar os contaminantesproduzidos pelo homem e as exigências de conforto impostas pelo mesmo. Os contaminantesproduzidos pelo ser humano se reduzem a:- Odores;- Fumaça de cigarros;

- CO2 exalado dos pulmões através da respiração (cerca de 0,02 m3

/h por pessoa) .

Para o metabolismo, o ser humano tem necessidade de consumir pela respiração cerca de0,025 m3 de oxigênio por hora, o qual é fornecido pelo ar que se faz passar pelo recinto. Ográfico mostrado no próximo slide apresenta as demandas de ar de diluição, isto é, o volumedo recinto correspondente a cada pessoa (pés3/pessoa).- curva A indica o volume de ar que cada pessoa necessita para obter o O

2indispensável;

- A curva B mostra o ar necessário para evitar eu a concentração de CO2 não ultrapasse0,06%;- A curva C revela o ar necessário para remover os odores do corpo de adultos sedentários;- A curva D representa os mesmos dados da curva C, aumentados em 50% para preveratividade física moderada.





Ventilação para o Conforto ou Ventilação Ambiental

Na ventilação de ambientes normais, ou onde ocorrem a concentração de muitas pessoas(auditórios, salas de reunião, salas de projeto, etc.) devem-se considerar os contaminantesproduzidos pelo homem e as exigências de conforto impostas pelo mesmo. Os contaminantesproduzidos pelo ser humano se reduzem a:- Odores;- Fumaça de cigarros;

- CO2 exalado dos pulmões através da respiração (cerca de 0,02 m3

/h por pessoa) .

Para o metabolismo, o ser humano tem necessidade de consumir pela respiração cerca de0,025 m3 de oxigênio por hora, o qual é fornecido pelo ar que se faz passar pelo recinto. Ográfico mostrado no próximo slide apresenta as demandas de ar de diluição, isto é, o volumedo recinto correspondente a cada pessoa (pés3/pessoa).- curva A indica o volume de ar que cada pessoa necessita para obter o O

2indispensável;

- A curva B mostra o ar necessário para evitar a concentração de CO2 não ultrapasse 0,06%;- A curva C revela o ar necessário para remover os odores do corpo de adultos sedentários;- A curva D representa os mesmos dados da curva C, aumentados em 50% para preveratividade física moderada.






Ventilação para o Conforto ou Ventilação AmbientalNecessidades humanas de Ventilação






Ventilação Geral DiluidoraVentilação para o Conforto ou Ventilação Ambiental

Volume de espaçom3/pessoa

Suprimento de ar exteriorm3/min/pessoa

Tipo de ocupante

2,8 0,70 Adultos sedentários




Necessidades de ar externo para a diluição de odores corporais


Exemplo:Qual deverá ser o suprimento de ar para a diluição de odores corporais em uma sala ondese encontram 15 pessoas adultas sentadas? A sala mede 5 m x 8,4 m x 3 m.

Volume da sala: 5 x 8,4 x 3 = 126 m3

Taxa de ocupação: 126 15 =8,4 m3/ pessoaExigência de suprimento de ar: 0,34m3/min/pessoa x 15 = 5,1 m3/min






Ventilação de ambientes normais, com poucas pessoas

No caso de ambientes normais, com poucas pessoas no recinto, onde a ventilação visaapenas o conforto das pessoas, podemos, além do emprego do métodos anteriores,adotar os seguintes critérios:

- Usar tabelas que indiquem o número de renovações completas de ar do recinto por hora;- Usar uma tabela que forneça o valor de m3/h por pessoa de modo a remover odores e

fumaça;

Exemplo:Uma oficina mede 5 m x 12 m x 3 m onde trabalham, em regime de atividade moderada,12 pessoas. Calcular o suprimento de ar para remover odores e eventuais fumaças decigarro.Volume de ar do recinto: 5 x 12 x 3 = 180 m3

Volume do recinto por pessoa: 180 12 = 15 m3

Adotaremos 10 renovações de ar por hora, com duração de 6 minutos cada:180 x 10 = 1800 m3/h ou 30 m3/min






Fonte : Macintyre, A. Joseph – Ventilação Industrial e controle da Poluição

Exercício:Deseja-se realizar uma instalação deventilação com exaustão mecânica emuma sala de uma indústria ondetrabalham 22 funcionários. A salameda 20 m x 8 m x 3,5 m (pé-direito).

A entrada de ar de faz por janelasamplas em uma das extremidades. Aremoção do ar se fará com doisventiladores axiais na parede oposta.Determinar a vazão necessária para aobtenção de um razoável conforto.






Volume do recinto:3m 5603,5x8x20V

Escritórios: 6-20 renovações => 10

Volume de ar necessário por hora:

/hm 560010x560Q 3

Seção livre de passagem de ar pelorecinto, descontando as vigas:

2m25,63,2x8S

Velocidade média aproximada deescoamento do ar no recinto:

m/min3,6460x25,6

5600

S

Q V






Vazão de ar em m3

/min:

/minm 93,360

5600Q 3

Utilizar dois ventiladores axiais decapacidade 55 m3/min.







Ventilação de ambientes normais, com elevado número de pessoas

Algumas industrias possuem auditórios, salas de conferências, salas de aulas para os

empregados, etc. E,quando, por motivos de ordem econômica, não for viável umainstalação de ar condicionado, deve-se, pelo menos, instalar um sistema de ventilação, afimde se obter um razoável grau de conforto. Este sistema deverá ser capaz de:a) Eliminar a fumaça de cigarros;b) Eliminar os odores do corpo provenientes do suor, em especial em locais com alta

umidade relativa do ar;c) Eliminar o calor sensível liberado pelas pessoas, que leva a temperatura do ar ambiente;d) Amenizar o calor latente liberado pelas pessoas, com a evaporação do suor e que eleva a

umidade relativa do ar ambiente.Deve-se, então, calcular a vazão de ar necessária para manter a elevação da temperaturaprovocada pelo calor sensível conseqüente do metabolismo do corpo humano, dentro de

limites aceitáveis e para atenuar o efeito do calor latente. O metabolismo pode sercaracterizado pela produção de calor pelo corpo. Para que haja equilíbrio térmico, énecessário que o corpo perca calor à medida com o qual vai produzindo. A quantidade decalor a extrair do ambiente corresponde a que foi proporcionada pelo calor sensívelliberado.






A quantidade de calor a extrair do recinto corresponde àquele que foi proporcionada pelocalor sensível liberado. Se n é o número de pessoas presentes no recinto, a quantidadetotal de calor sensível a extrair será:

s st C nC

Q cs = Vazão de ar necessária (m3/min);Cst = Calor sensível total (kcal/h);

ti = temperatura de bulbo seco do ar no interior do recinto;te = temperatura de bulbo seco do ar exterior ao recinto;

)t t ( 1 ,20

C Q

ei

st cs


A vazão de ar para remover o calor sensível pode ser calculada por:




A “Taxa de ventilação” Q (m3/min) é a vazão de ar que, pela ventilação geral diluidora, éintroduzida ou retirada do ambiente. Quando, em um ambiente ou recinto de volume V(m3), a ventilação geral diluidora introduz em um certo tempo um volume de ar igual aovolume do ambiente, chama-se “troca de ar”. O número de troca de ar por minuto será:

O cálculo da taxa de ventilação requerida para se obter uma concentração desejada deum determinado contaminante k d é:

)(mrecintodoVolume

/min)(mventilaçãodeVazão

3

3

dmol

6

.kP

387.10

G.Q

Q = Taxa de ventilação (ft3/min);G = Taxa de geração do contaminante que se quer diluir (lb/min);

387 = Volume de 01 lb de qualquer gás a 70°F a 1 atm (ft3/lb);Pmol = Peso molecular da substância que se quer diluir (lb);kd = Concentração permitida (que não deve ser ultrapassada) noambiente (ppm);K = Fator de segurançaTLV =Valor do limiar de tolerância (ppm)

K

TLVkd






Valores recomendados para o fator de segurança K





Ventilação para o Conforto ou Ventilação AmbientalNecessidades humanas de Ventilação

Dados publicados sobre as quantidades de ar, normalmente disponíveis pela ventilaçãonatural ou infiltração, indicam que a sufocação por deficiência de oxigênio ou excesso degás carbônico, como resultantes da respiração humana, é potencialmente impossível em

construções não subterrâneas. O consumo normal de ar para um homem adulto com pesode 68,5 Kg, conforme a atividade exercida é o seguinte:

Para a realização do metabolismo, o homem te necessidade de consumir, pela respiraçãocerca de 0,025 m3 de oxigênio por hora, o qual é fornecido pelo ar que se faz passar pelointerior do ambiente.

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