Ventilação Aplicada à Engenharia de Segurança

do Trabalho

Prof. Alex Maurício Araújo

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

ESPECIALIZAÇÃO em ENGENHARIA de SEGURANÇA do TRABALHO

Recife - 2009

(2ª Aula)

Tipos de Ventilação Geral (VG)

Ventilação Geral Natural

• VGN – é a VG com indução da entrada e saída do ar de umrecinto sob “forma controlada” de aberturas (janelas, portase lanternins). Ocorre com admissão e escape natural do ar.

• VGD – é a VG para o controle da concentração ambientalde gases, vapores e partículas. (3ª. aula)

1-Insuflação mecânica e escape natural;

Modos de 2-admissão natural e exaustão mecânica;

VGD 3-insuflação e exaustão mecânicas.

VG – consiste na movimentação de massas de ar atravésde espaços confinados.

LANTERNINS

Os Lanternins são aberturas, dispostas na cobertura de edificações, para propiciarem ventilação eiluminação naturais dos ambientes. O funcionamento dos lanternins é devido à diferença dedensidade do ar ambiental ao ganhar calor. O ar, ao ser aquecido, fica menos denso e ascendepara a cobertura. Quanto maior a altura da cobertura, mais significativa será a ascensão do ar. Doponto de vista da ventilação natural, os lanternins apresentam ótimo desempenho quandoaplicados em pavilhões altos onde o processo industrial desprende muito calor e, eventualmente,poluição.

O uso de lanternins para ventilação natural deve levar em consideração os seguintes fatores:- Os dimensionamentos das áreas de lanternins devem ser adequados e compatíveis com asaberturas, para ingresso de ar, no nível inferior da edificação;- Os ambientes ventilados por lanternins ficam com pressão negativa em relação ao ambienteexterno. Este fato faz com que uma eventual poluição nas proximidades do prédio migre para ointerior do mesmo;- Em locais com inverno rigoroso, devem ser tomadas providências de fechamento parcial dasaberturas para melhorar as condições de conforto ambiental nos dias de muito frio.

Atualmente, a indústria disponibiliza uma série de lanternins padronizados que asseguram apassagem do ar sem criar problemas de infiltrações de água. Os lanternins, quando aplicados demaneira adequada e quando bem dimensionados, passam a integrar uma boa opção paraventilação de ambientes, sem consumir energia.

Ventilação Geral Natural

Infiltração: é o movimento de ar “não controlado” num recinto

por meio de aberturas existentes.

VGN é o deslocamento do ar através do recinto, via aberturas,

umas funcionando como entrada e outras, como saída. As

aberturas devem ser dimensionadas e posicionadas de modo a

gerar um fluxo de ar adequado.

Fluxo de ar depende :

- Δp entre exterior e interior;

- resistência ao fluxo de ar nas

aberturas (perda de carga);

- obstruções internas;

- incidência do vento (localização /

posição) e forma do edifício.

Mecanismos da VGN : - ação direta dos ventos (Δp);

- efeito chaminé (ΔT e Δρ Δp);

- ação combinada dos 2 acima. (*)

VGN por ação dos Ventos

Não oferece garantia de uniformidade, devida às variações dos

ventos, porém deve ser adotada, desde que o ar interno não

contenha poluentes.

• Entrada de ar nas aberturas em paredes com sobrepressões (+).

• Saída de ar nas aberturas em paredes com subpressões (-).

(*)A Δp é resultante da ação do vento sobre as paredes e

coberta e da Δρ do ar exterior e interior do prédio (efeito

chaminé).

Ventilação por ação dos ventos / distribuição das pressões

Ação dinâmica provocada pelo vento que ao contornar uma edificação cria distribuições não

uniformes de pressões com especial importância nas aberturas onde as diferenças de pressões

promovem escoamentos no sentido das altas para as baixas pressões.

As posturas municipais estabelecem exigências mínimas para a

orientação do projeto, por ex. :

1 – superfície iluminante natural dos locais de trabalho deve ser no

mínimo (1/6 ou 1/5) do total da área do piso;

2 – a área de VGN deve ser no mínimo (2/3) da superfície iluminante

natural.

• Projetam-se aberturas de entrada de ar voltadas para o

lado dos ventos predominantes (zona de pressão (+));

• As saídas do ar devem estar nas regiões de baixa

pressão exterior (paredes laterais e oposta aquela que

recebe o vento predominante);

• Projetam-se lanternins e clarabóias ventiladas no telhado

onde a pressão é baixa.

Aproveitamento do Movimento do ar

Clarabóia

Instalada sobre base em fibra de vidro, de perfil especial,

acoplável a qualquer tipo de cobertura de unidades industriais

ou comerciais.

Os sistemas de abertura manual ou elétrica, que se instala,

permitem maior ventilação e iluminação constituindo num

investimento em segurança contra incêndio pela retirada de

fumaça do ambiente.

Fluxos de Ar através dos Recintos

1) Posições e dimensões das aberturas exercem grande

influência na qualidade e quantidade da ventilação

interna.

Espaços internos vazios (em planta)

(Ref. 2, pg. 130) (Ref. 2, pg. 130)

(Ref. 2, pg. 131)

Espaços internos parcialmente divididos (em planta)

2) Influência da disposição das aberturas de E/S do ar em

fachadas opostas (em corte)

(Ref. 2, pg. 132)

3) Influência da vegetação externa na ventilação do recinto.

(Ref. 2, pg. 133)

Casos típicos de Ventilação Natural em galpões.

Efeitos da distância entre obstáculo e edificação com

relação ao sentido da Ventilação Natural interna.

Ventilação natural por diferença de pressão causada pelo vento

Para que a edificação seja ventilada devido à diferença de pressão provocada pelo vento não basta que a mesma seja

simplesmente exposta ao vento. É necessário que os ambientes sejam atravessados transversalmente pelo fluxo de ar,

como mostra a Figura .

Ventilação cruzada

A ventilação cruzada ocorre, essencialmente, devido à existência de zonas com diferentes pressões, ou seja, na face de

incidência do vento existe uma zona de alta pressão e na face oposta, uma zona de baixa pressão.

Torres de ventoSão captadores altos, adequados para as casas de tijolos ou blocos. Funciona também

quando não há brisa, porque a temperatura dentro da torre é diferente da temperatura

externa, e o ar quente da casa sempre circula.

Com o vento entrando por um lado da torre e saindo pelo outro, o ar quente dos quartos é

sugado até a torre, fazendo com que o ar fresco entre pelas janelas. No inverno, se fecha as

aberturas entre a torre e os cômodos.

Corte de uma casa com torre, e como construí-la. O teto e as partes cruzadas são de tijolos,

e as laterais são de tijolos vazados. A circulação de ar fresco é regulada através das portas

entre a torre e os cômodos e das janelas das paredes externas. As paredes cruzadas

começam acima das portas ou da abertura do piso mais elevado.

A Bastakiya, com suas torres de vento e ruelas

apertadas, é a região mais antiga de Dubai

A brisa nas frestas dos badgirs aspira o bafo

morno das casas, substituído pelo ar refrescado

pela evaporação dos lagos próximos (Irã).

Uma casa do estilo árabe com torres do

ventoExemplos

Ventilação unilateral

No caso de ambientes sem abertura para saída do vento, tem-se a ventilação unilateral.

Uma janela que funciona bem cumpre os seguintes requisitos:

Estimativa do Fluxo de Ventilação gerada por

ação direta dos Ventos

O uso dos ventos para produção de ventilação deve

considerar :

• Velocidade média do vento;

• Direção predominante;

• Variações diárias e sazonais;

• Interferências locais por obstruções.

Como base de cálculo, dimensiona-se para uma

velocidade de 50% do valor da velocidade média

sazonal local. Obs.: Dados diários em ( http://www.cptec.inpe.br/ )

Cálculo da Qar (ft3/min) que entra num recinto através de

aberturas

Qv = φ A V A – aberturas de área total (ft2)

V – 50% da velocidade média sazonal

dos ventos locais (ft/min).

φ (coeficiente de eficiência

das aberturas)

0,5 a 0,6 – p/ ventos

perpendiculares à parede.

0,25 a 0,35 – p/ ventos

diagonais

A maior vazão de ar por unidade de área é obtida quando as áreas de

entradas e de saídas são iguais. Quando são diferentes, faz-se o

cálculo, considerando-se a menor das áreas de passagem do ar, e

acrescenta-se um aumento de vazão obtido no gráfico adiante:

Gráfico para obtenção do aumento de vazão causado

pelo excesso de área de uma abertura sobre a outra

Voltar

S15

Voltar

S22

Exemplo.: Qual a vazão de ar que entra num recinto

perpendicular a uma parede onde há 4 aberturas de (4 x 1,50)

m2 sendo a velocidade média sazonal do vento de 2 m/s ?

A = 4 x (4x 1,50) = 24 m2

V = 0,5 x 2 m/s = 1m/s

Φ = 0,5 vento perpendicular à parede

Qv = 0,5 x 24 x 1 = 12m3/s = 720 m3/min 25350 ft3/min

Esta produção potencial de ventilação pode ser comparada

aos “Padrões de Ventilação Geral” atenderia aprox. 500 pessoas

em sala de reuniões.

Aplicação Q (pés3/min/pessoa)

Sala de reuniões 50

Fábricas 10

Laboratórios 20

Fluxo de vento por ΔT (“efeito chaminé” ou por “gravidade”)

É o sistema de VGN pelo qual o deslocamento do ar é

favorecido por aberturas situadas na parte superior do

recinto e causado pela Δρ originadas das ΔT entre ar interno

e externo.

Os ganhos de calor a que o recinto fica submetido

ocasionam a ΔT. O ar aquecido fica mais leve e sobe. Se o

recinto tiver aberturas próxima ao teto, o ar interno, sairá por

cima, enquanto o ar externo entrará pelas aberturas mais

próximas ao piso, estabelecendo o “efeito chaminé”.

Efeito ChaminéEsquema de ventilação com

efeito chaminé no forro do

telhado

A diferença entre as temperaturas do ar interior e exterior provocam

um deslocamento da massa de ar da zona de maior para a de

menor pressão. Quando, nestas condições, existem duas aberturas

em diferentes alturas, se estabelece uma circulação de ar da

abertura inferior para a superior, denominada efeito chaminé.

Ele não é muito eficiente em casas térreas pois depende da

diferença entre as alturas das janelas. Como depende, também,

das diferenças entre a temperatura do ar interior e exterior, para

climas quentes, especialmente no verão, esse mecanismo de

ventilação não deve ser visto como a forma mais eficiente de gerar

situações de conforto térmico e/ou remover o excesso de calor

acumulado no interior da edificação. Neste caso, deve-se dar maior

importância à ventilação dos ambientes pelo efeito do vento.

A – área livre das entradas ou saídas, supostas iguais * (pé2).

h - distância vertical entre as aberturas de entrada e saída, medida a

partir de seus centros (pé).

Ti – temperatura média do ar interior na altura das aberturas de saída

(F).

Te - temperatura média do ar externo (F).

9,4 - cte. para efetividade das aberturas;

7,2 -se as condições do fluxo entre a entrada e saída não forem

favoráveis.

* Havendo distribuição desigual de aberturas, utiliza-se a menor área, ou

de entrada ou de saída, e adiciona-se o aumento de vazão obtido no

gráfico do slide 15 de correção para aberturas desiguais.

A movimentação de ar devida ao efeito de chaminé pode ser

calculada pela equação:

Qt = 9,4 A ( vazão de ar – cfm))( ei TTh

Chads e Lanternins

Propostas da engenharia de jogar o vento para dentro do edifício produzindo a exaustão para combater

problemas com o calor e renovar o ar.

Depende do vento estar vindo de um sentido favorável. Nos dias de chuvas ou ventos fortes ocorre a

entrada de folhas, papéis, gravetos, poeira e água, além de ocorrer a visita de pequenos animais.

Quando a corrente de ar é favorável, no caso dos Lanternins, a maior parte do vento passa direto pela

abertura impedindo que o ar quente continue sua ascensão natural, o pouco vento que consegue entrar

apenas empurra o ar quente para baixo agravando o problema, no caso de fumaça ou gases ele apenas

os espalha ainda mais pelo prédio.

Com o Chad, além dos problemas acima, apenas uma das aberturas é capaz de receber o vento, as outras

o recebem em quantidade muito pequena (esteira).

Exaustores Estáticos

Os exaustores estáticos como o próprio nome diz, não giram, por isso não são capazes decausar o vácuo necessário para a exaustão efetiva do ar quente, apenas aproveitam suatendência natural de subir constituindo assim SAÍDAS PARA O AR, mas não em vazõessatisfatórias. Alguns são providos de hélices muito leves que giram pela força deascensão do ar quente, diminuindo ainda mais a abertura por onde a corrente passaria.

Combinação dos efeitos da ação direta dos ventos com diferença

de temperatura

A combinação dos efeitos é

efetuada pelo uso do gráfico.

Após o cálculo separado de

Qv e Qt somam-se e obtém-se

QT = vazão total. Calcula-se a

relação (Qt/QT), abscissa do

gráfico, e encontra-se o fator

multiplicador de Qt para se

obter a vazão combinada real

QT= Qv + Qt = Qt .

Voltar

Fluxo de ar por VGN para remoção de calor sensível

Q – vazão de ar (pés 3/min) (cfm)

q – calor removido (Btu/h)

Cp – calor específico à p = cte. (0,24 Btu/lb x F)

- massa específica do ar padrão (0,075 lb/pés 3)

(Ti – Te) – diferença de temperatura (F)

QM – vazão mássica de ar (lb/min)

(Te)(Ti)Q (pés3/min)

q – calor removido (Btu/h)

q = m cp ΔT q = m cp ΔT = QM cp ΔT = ( Q) cp ΔT, então:

Q = q / cp ΔT = q / 1,08 (Ti – Te)

Conhecida a quantidade de calor a ser removida ( q ), e especificando-

se uma ΔT = Ti – Te , pode-se estimar a vazão de ar (Q) que deve

atravessar o edifício.

lembrete: 1.08 = 60 cp

para ter Q em cfm.

EXEMPLO : Um galpão industrial apresenta as dimensões de (30m x

10m x 5m) e os equipamentos dissipam uma quantidade de calor de

3000 Btu/min na sua operação industrial. A temperatura exterior é de 26

C (80 F) e a interior deve ser mantida igual a 32,8 C (91 F). A área

das aberturas de entradas é de 7 m2 e das de saída é de 12 m2. O

vento sopra perpendicularmente à fachada, com uma velocidade média

de 3km/h (164 ft/min).

Analisar as condições

de ventilação natural

da fábrica.

A. Cálculo da vazão de ar necessária para a remoção do calor gerado no ambiente

Q – vazão de ar (pés 3/min) (cfm)

q – calor removido (Btu/h)

(Ti – Te) – diferença de temperatura (F)

B. Cálculo da vazão de ar devida à pressão do vento

Qv = φ A V = 0,55 * 7m2 * 164 ft/min = 6794 cfm;

75,32 ft2

Q = q / 1,08 (Ti – Te)

Q = (3000Btu / min*60 min/h) / (1,08*(91-80)F) = 15151 cfm

A = menor área

C. Cálculo da vazão de ar pela diferença de temperaturas (efeito chaminé)

Qt = 9,4 * A * = 9,4 * 75, 32 * = 4253 cfm)(* ei TTh )8091(*28,3

D. Correção da Qv e Qt devido à diferença de áreas de abertura de entrada e saída

E. Qv = 6794 * 1,20 = 8153 cfm

F. Cálculo da vazão total devida à ação simultânea do vento e T

QT = Qv + Qt = 8153 + 5104 = 13257 cfm

G. Relação entre (Qt / QT)

714,132,75

12,129

e

s

A

AGráfico slide 15 20%

h = 1 m = 3,28 ft (da figura)

Qt = 4253 * 1,20 = 5104 cfm

5104/13527 = 0,38

H. Estimativa da vazão real de ar

T

t

Q

QGráfico slide 22 = 1,9

QT = 1,9 * 5104 = 9698 cfm

I. Análise comparativa

A vazão de ar necessária para remoção do calor no processo é de

15151 cfm e a obtida por ventilação natural só remove 9698

cfm. Portanto, para atender à diferença: 15151 – 9698 = 5453

cfm, deve-se estudar as seguintes alternativas:

a) Aumentar a ventilação natural por meio de aumento das áreas

de entrada e saída e aumento da altura do galpão.

b) Fazer ventilação forçada ou mecânica

= 0,38

Regras gerais para o projeto da VGN

1) Edifícios e equipamentos de ventilação não devem ser

orientados para uma dada direção de vento. Devem ser projetados

para ventilação efetiva com todas as direções de vento.

2) Aberturas de entrada não devem ser obstruídas por edifícios,

árvores, etc.

3) Uma vazão de ar por unidade de área maior é obtida usando-

se áreas iguais das aberturas de entrada e de saída.

4) Deve haver uma distância vertical máxima possível entre as

aberturas de entrada e de saída, de modo que a ΔT possa

produzir um deslocamento de ar adequado.

Limites da climatização natural

Para se obter o valor da T interna máxima, soma-se ao valor da T externa

média parcelas positivas de ganho de calor, relativas à transmissão pelos

materiais.

Locais onde esse valor da T externa média já é superior ao limite do

conforto humano, ou seja, 28 C, não é possível garantir, nas construções,

temperaturas dentro da faixa de conforto apenas usando recursos naturais.

No entanto, deve-se tentar garantir à edificação um ganho de calor solar

mínimo. Assim, a potência do equipamento necessário à climatização

artificial e o seu consumo de energia serão tão menores quanto menor for a

diferença das temperaturas interna e externa.

Para locais onde a T externa média varia entre (18 – 28) C, há condições

teóricas de se obter nas edificações temperaturas dentro do limite do

conforto humano, usando-se apenas climatização natural.

Previsão da direção e velocidade dos ventos

• Dados de previsão diários em ( http://www.cptec.inpe.br/ ) seguir a seqüência: (ondas/região/estado/cidade) (ondas-altura e direção; e ventos-magnitude e direção, para D, 1D, 2D, 3D e 4D)

• O "01Z, 04Z, 07Z, etc" que consta no mapa de altura e direção das ondas significa 01h Zulu.

• Por exemplo:01Z =22h de Brasília, ou seja, 3 horas a menos em horário normal e 2 horas a menos no horário de verão.

Zulu - Coordenadas do Tempo: um dos vários nomes para às 24 horas do dia, usado pelas comunidades científicas e militares.

• Outros nomes para esta medida de tempo são Coordenadas Universais do Tempo (UTC) e Tempo Médio de Greenwich (GMT).

• (http://sonda.cptec.inpe.br) Projeto SONDA- SISTEMA DE ORGANIZAÇÃO NACIONAL DE DADOS AMBIENTAIS

Variação anual de T para a região do Porto de Recife, observa-se o maior aquecimento entre o

verão e o outono, com valores médios mensais superiores a 26ºC entre os meses de fevereiro e

maio, resfriamento entre os meses de julho a outubro, com valores entre 23,5ºC e 24ºC.

TEMPERATURA

NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research),

1996. Global Atmospheric Analyses.

É definida como a massa de vapor d'água contida numa coluna de ar (ar seco + vapor d'água).

Os maiores valores ocorrem no outono, e os menores no inverno,acompanhando o mesmo

padrão observado para a variável temperatura.

UMIDADE ESPECÍFICA

Os ventos predominantes na região vêem de leste, c/ maior intensidade no período de junho-agosto.

U e V referem-se às componentes zonal (leste-oeste) e meridional (norte-sul) dos ventos.

V

E

N

T

O

S

VENTOS

Intensidade e direção dos ventos na região de estudo (médias mensais) Fonte: NCEP, 2004.

Em Meteorologia o termo evaporação é usado para designar a transferência

de água para a atmosfera, sob a forma de vapor.

Série climatológica de evaporação ( 1961-1990 ).

A evaporação é mais intensa no mês de

abril e menos intensa nos meses de maio e junho.

EVAPORAÇÃO

Avaliação da T interna máxima resultante

-Cálculo da T interna máxima para as diversas alternativas

de projeto

-Comparação da T interna máxima obtida com os índices

de conforto

Há alternativa possível dentro dos limites de

climatização natural ?

(Fim da 2a. Aula)