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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINACENTRO TECNOLGICO

CURSO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL

CONTROLE DA POLUIO ATMOSFRICAVentilao Industrial

VENTILAO LOCAL EXAUSTORAA ventilao local efetuada em pontosespecficos e no noambiente todo como ageral. realizada porexausto do ar junto afonte de produo deum poluente nocivo sade, antes de suadisperso naatmosfera.

constitudo basicamente de :

captor : ponto de entrada do material a ser extrado do sistema;sistema de dutos : responsveis pelo transporte dos gases;ventilador : responsvel por fornecer a energia necessria ao sistema;equipamento de controle : retm os poluentes , impedindo seu lanamento na

atmosfera; utilizado quando necessriochamin - a chamin parte integrante do sistema de transporte dos poluentes e

a parte final do sistema, cuja finalidade o lanamento do gs transportadormais emisso residual na atmosfera

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CAPTORESO captor o ponto de entrada do material no sistema de ventilao localexaustora. O dimensionamento de um captor inclue determinar:

forma e dimenses do captor; sua posio relativa fonte de material particulado; vazo a ser exaurida; energia necessria para movimentar o material

Quanto forma e posiorelativa, um captor pode serclassificado de quatro formas:

Captores Enclausurantes -So os captores que

envolvem a fonte depoluio, ou seja, aemisso dos poluentesacontece dentro docaptor. Neste tipo decaptor existem aberturas

pequenas (frestas) paraentrada do ar de exausto

FONTE

FRESTAS FRESTAS

EXAUSTO

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CAPTORESCaptores Tipo Cabine - So captores

similares aos enclausurantes mas,

que se diferenciam pela maior reaaberta para entrada ar de exausto.Exemplo tpico so as cabines comexausto utilizadas em operaes depintura a revlver

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CAPTORESCaptores Externos - So os

captores posicionadosexternamente fonte.Esses captores deveminduzir, na zona deemisso dos poluentes,correntes de ar emvelocidade sufucientepara a captao econduo dos poluentespara dentro do captor.Podem ser do tipo lateral,superior ou inferior. Ocaptor tipo coifa um

exemplo tpico de captorexterno superior

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CAPTORESCaptores Receptores - So

os captores colocadosestrategicamente nosentido de movimentaodos poluentes, de forma areceber naturalmente ofluxo de poluentesinduzido pela prpriaoperao poluidora, comopor exemplo os gasesquentes de fornos e aspartculas geradas naoperao deesmerilhamento

A seleo do tipo de captor ideal para uma

determinada fonte de poluidora dependerdo tipo de fonte, toxicidade do poluenteemitido, restries de espao, condiesoperacionais, etc. Deve-se ter como regrageral que o melhor captor aquele quecapta com a eficincia desejada, no

ocasione problemas para a operao dafonte e para a movimentao de pessoas,materiais e equipamentos na rea, queapresente a menor perda de carga e quenecessite menor vazo de captao, sendoos dois ltimos fatores importantes sob o

ponto de vista de custo do sistema e custooperacional

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O enclausuramento da fonte um fatorimportante tanto para reduzir a vazo deexausto como tambm para melhorar aeficincia de captao. Quanto mais aberta area entre o captor e a fonte maior apossibilidade de ao de correntes de ar(vento) que arrastaro os poluentes paralonge do captor impedindo a sua captao.

O enclausuramento age de duas formas nareduo da vazo de captao: uma naexigncia de menores velocidades de capturae a outra na diminuio da rea aberta.

Como a vazo necessria proporcional

velocidade de captura e rea aberta,verifica-se a importncia de adotar oprocedimento da limitao de reas abertas.

A colocao de anteparos para diminuir ouimpedir a ao dos ventos uma medidabarata e que muitas vezes pode ser adotada

quando no for possvel enclausurar a fonte.

Alguns Aspectos Importantes no Projeto e Localizao do Captor

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A crena existente de que os gases mais densos que o ar sempre sedirigem para o solo no verdadeira no caso de concentraes usuaisem ambientes de trabalho. Os gases e vapores emitidos no ambiente detrabalho se misturam com o ar e essa mistura passa a se comportarcomo um todo, devendo ento ser considerada a densidade da misturapara os projetos de ventilao. Somente nos casos de altas emisses degases ou vapores mais densos que o ar que consideraramos alocalizao dos captores mais prximos ao solo para evitar incndio ouexploso. Essa condio em geral s ocorre em casos de vazamentosacidentais.

Exemplo:- Densidade do Ar - 1,0- Densidade do Vapor de

Amilacetato 100 - 4,49- Densidade do Limite

Inferior da Explosividade - 1,038- Densidade da Mistura ao

nvel do TLV - 1,0003.

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O captor deve ser colocado o mais

prximo possvel da fonte poluidora. Issopromove melhor captao a uma vazomenor (menor custo operacional). Nafigura III-7 est mostrada a diferena devazo para o caso de captores localizadosa distncia x e 2x em relao fonte. A

vazo em geral varia com o quadrado dadistncia portanto, no caso da distncia 2xa vazo requerida ser o qudruplo emrelao distncia x. Ressalte-se aindaque, quanto maior for a distncia do captor fonte maior ser a possibilidade de ao

de correntes transversais de ar (vento)existentes no ambiente que agiro nosentido de prejudicar o encaminhamentodos poluentes para o captor, necessitando,portanto, de velocidade de captura maisalta, aumentando em consequncia vazo necessria a uma boa captao

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Velocidade de Captura (ou de controle)

A velocidade de captura a velocidade que deve ter o ar na regio estabelecida

de forma a captar os poluentes conduzindo-os para dentro do captor. Se opoluente emitido no ponto mais desfavorvel for captado, ento todos os demaissero captados.

A velocidade de captura requerida paraum determinado caso depende do tipo

de captor, da velocidade de emisso, datoxicidade do poluente, do grau demovimentao do ar no ambiente(correntes transversais), do tamanho docaptor e da quantidade emitida

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Velocidade de Captura (ou de controle)

A tabela abaixo mostra valores usuais de velocidades de captura para vrias

condies de disperso e de correntes transversais do ar no ambiente,mostrando tambm alguns exemplos tpicos.

CONDIES DEDISPERSO DO

POLUENTE

EXEMPLOS VELOCIDADE DECONTROLE

(M/S)

Emitindo praticamente semvelocidade em ar parado Evaporao de tanques,desengraxe, etc. 0,25 - 0,5

Emitido a baixa velocidadeem ar com velocidademoderada

Cabines de pintura,enchimento de tanques dearmazenagem(intermitente), pontos detransferncia de

transportadores de baixavelocidade, solda, deposioeletroltica, decapagem.

0,5 - 1,0

Grande gerao em zona dear com velocidade alta

Enchimento de barris, cargade transportador

1,0 - 2,5

Emitido com alta velocidade

inicial em zona de ar comvelocidade alta.

Esmeris, jateamento com

abrasivos

2,5 - 10,0

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NOTA: Em cada categoria a escolha dos valores na faixa mostrada

depende de diversos fatores, a saber:

LIMITE INFERIOR DA FAIXA1. Ambiente sem corrente de ar ou favorvel captura2. Poluente de baixa toxidade3. Intermitente, baixa emisso4. Captor grande - grande vazo de ar.

LIMITE SUPERIOR DA FAIXA1. Existncia de corrente de ar2. Poluente de alta toxidade3. Alta emisso4. Captor pequeno - somente controle local

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Vazo de Exausto

A vazo de exausto representa o volume de ar que deve ser movimentado para

captar uma determinada massa ou volume de poluentes emitidos por uma fontepoluidora. Cada conjunto fonte-captador exige uma determinada vazo de

exausto. A vazo total a ser movimentada ser a somatria das vazes exigidasem cada captor.

A frmula geral para o clculoda vazo dada por:

Q = Ac.Vc

Q : a vazo necessria num determinado captor

Ac : a rea da superfcie de controle

Vc : a velocidade do ar na superfcie decontrole necessria para captar os poluentes econduzi-los ao sistema de exausto

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Vazo de Exausto

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Os seguintes requisitos devem ser atendidos pelavazo de exausto:

a) Deve captar praticamente a totalidade dospoluentes emitidos;

b) No deve interferir com processos e operaes,como por exemplo o arraste de matrias-primase produtos, diminuio da temperatura dosequipamentos e processos etc.;

c) Deve ser uma vazo econmica ou seja, deve ser

a mnima necessria para atender os requisitosacima.

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No caso de captores enclausurantes a superfciede controle a rea das aberturas (frestas).

No captor tipo cabine a superfcie de controle area da face da cabine mais qualquer rea abertaque possa existir nas laterais da mesma.

Nesses casos fcil visualizar a superfcie decontrole atravs da qual se impe umadeterminada velocidade de controle e determina-sea vazo

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A vazo para captores externos baseada emdados experimentais de determinao da reada superfcie de controle, como por exemplo osestudos desenvolvidos por Dalla Valle; em

estudos tericos como os de Hemeon; eprincipalmente os dados prticos existentespara vrios processos, operaes eequipamentos em especial aqueles dapublicao INDUSTRIAL VENTILATION, daACGIH - American Conference of Governmental

Industrial Hygienists.

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Requisitos de Energia do CaptorPara que o ar se movimente e penetre no captor

necessrio fornecer energia para essa finalidade. Essaenergia fornecida na forma de presso esttica, a qualdenominamos presso esttica do captor.

. Presso esttica :

a presso exercida por um fluido em repouso em um corpo imerso no mesmo.A presso esttica em um ponto de um fludo a mesma em todas as direes, mesmo se o fludo estiverem movimento.

OBS: a presso esttica pode ser positiva ou negativa em relao a presso atmosfrica local, se formaior ou menor que a presso do local.

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A presso esttica do captor a somatria da pressocintica necessria movimentao do fluido at atingira velocidade que o fluido deve ter no duto logo aps ocaptor, mais as perdas de carga desde a face do captorat o incio do duto, incluindo a regio da venacontracta, conforme mostrado na figura abaixo.

A configurao da vena contracta formada quando o

ar flui para dentro de um captor. Ela implica em perdasde energia.

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. Presso cintica ou de velocidade :

a presso devido a energia cintica do fludo. A

presso cintica no age na direo perpendicular direo de escoamento do fludo. Ela semprepositiva.

. Presso total :

A presso total a soma algbrica da presso esttica e pressocintica, ou seja:

PT = Pe + Pc

OBS: PT pode ser positiva, negativa ou nula em relao PATM local.

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Medida da presso esttica e presso cintica:

Condio antes do ventilador

OBS:

antes do ventilador a Pe negativa, a Pc positiva e a PT negativa

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Medida da presso esttica e presso cintica:

Condio depois do ventilador

OBS:

aps o ventilador todas aspresses so positivas

Ver transparncia

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A rea do fluxo de ar na seo da VENA CONTRACTA vaivariar de acordo com a forma do CAPTOR ou abertura deentrada. Esta perda de energia resulta em uma diminuio davazo. Esta queda de vazo dada pelo coeficiente de

entrada (Ke) ou (f) que representa a relao entre a vazoreal, obtida com uma dada presso esttica, e a vazo ideal(que seria obtida se o rendimento fosse 100%).

Coeficiente de entrada :

A presso esttica do captor (Pec) um bom indicador davazo exaurida pelo mesmo, se for conhecido o coeficientede entrada (Ke) do captor.

O coeficiente de entrada representa a relao entre o captor

ideal (sem perdas) e o captor real (com perdas), sendo queesse coeficiente varia entre os valores 0 e 1. O valor 1representa o captor ideal que no apresentaria perdas, o queno existe na prtica

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A vazo ideal pode ser dada, para o ar nas condies padro (70Fe 1 ATM):

onde, A - rea da seo transversal do duto, em ps2;Pe - presso esttica do captor (em pol. H2O)

Q A Pei 4005. .

A vazo real dada pela expresso:

onde, Pc - presso cintica velocidade do duto (pol H2O)

Q A Pcr 4005. .

Portanto: Ke = Qr / QiKe

Pc

Pe

o coeficientede entrada

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Conhecido o coeficiente de entrada, o qual depende somente dageometria do captor e determinada a presso esttica pode-se determinara vazo real de gases que est entrando no captor pela frmula abaixo,vlida para ar padro ou seja, com densidade 1,2 Kg/m3 (ar a 21C e 1atmosfera de presso):

Sendo

Q a vazo em m3/s;Ad a rea da seco transversal do duto em m2;Ke o coeficiente de entrada

Pec a presso esttica do captor em milmetros de altura de coluna degua (mmCA).

Q = 4.043 . Ad . Ke. Pec

)(.).(.043,4)/( 23 mmCAPeKemAsmQ captordutor

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Exerccio n7 (5/62):

Determinar a vazo, velocidade no duto e fator deperda de carga de um captor tipo coifa, no qual foimedida uma presso esttica de 0,69"CA.

O dimetro da tubulao aps o captor de 12polegadas e o coeficiente de entrada de 0,894.

FATOR DE PERDA DE CARGA NA ENTRADA DO CAPTOR (Kc):

APOSTILA

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Dimensionamento de captores:depende - da experincia

- bom senso do projetista

Regra geral:

. Utilizar, para os vrios tipos de operaes poluidoras, as

formas- padro de captores provenientes de experinciasanteriores com essas operaes (Ver Industrial Ventilation)

Seleo do tipo de captor: - toxidade do poluente;- espao fsico disponvel;- condies operacionais

Posio relativa: - mais prximo possvel;- menor vazo (menor custo);- reduzida influncia de correntes cruzadas;- enclausuramento maior possvel;- uso de flanges, anteparos (evita correntes cruz.);

- direo do fluxo do ar induzido e contaminado;

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Neg.!

OKCaptor tipo coifa

No deve ser usadoquando o material muitotxico e o operrio

precisa curvar-se sobre otanque


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DIMENSIONAMENTO DE DUTOS:O transporte dos poluentes atravs dos dutos do sistema

depende da velocidade do ar na tubulao.Para poluentes gasosos a velocidade tem pouca importnciauma vez que no ocorre sedimentao na tubulao mesmopara velocidades baixas.

Neste caso so utilizadas velocidades na faixa econmica,

usualmente entre 5 e 10 m/s.

No caso de poluentes na forma de partculas importantemanter a velocidade mnima de transporte para que noocorra sedimentao nos dutos.

Essa velocidade varia de acordo com a densidade egranulometria das partculas.

Os valores usuais esto mostrados na tabela a seguir.

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Tipo de partcula VelocidadeMnima

(m/s)1. Partculas de densidade baixa

ex: fumaa, fumos de xidos de zinco, fumos dexidos de alumnio, p de algodo.

2. Partculas de densidade mdiaex: cereais, ps de madeira, p de plstico, p de

borracha.

3. Partculas de densidade mdia/altaex: fumos metlicos, poeira de jateamento de areia e

de esmerilhamento

4. Partculas de densidade altaex: fumos de chumbo, poeiras de fundio de ferro.

10

15

20

25

Portas de inspeo so necessrias nas tubulaes emintervalos de pelo menos 3 metros e junto s singularidades

de maior probabilidade de deposio de p

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Singularidades

Singularidade qualquer elemento do sistema que causa distrbio no fluxodo ar, como por exemplo os cotovelos, junes, contraes, expanses etc.

As singularidades representam pontos de perda de carga localizada.

Todos esses elementos devem ser projetados, de preferncia, na geometria

que ocasione a menor perda de carga possvel, como regra geral.

Por exemplo,

- os cotovelos deveriam ser de raio de curvatura igual a 2,5 d;- as junes deveriam ter ngulo de entrada mximo de 30 graus;

- as contraes e expanses deveriam ser suaves etc.

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Singularidades

. perda de cargaem curvas

(cotovelos)

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Singularidades

. perda de cargaem junes

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Singularidades

. perda de cargaem expanses econtraes

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. perda de carga emoutras singularidades:

chapus; equipamentosde coleta de partculas,gases e vapores; etc.

Singularidades

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. perda de cargaem canalizaes(trechos retos)

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Dimensionamento de dutos para umainstalao de ventilao local exaustoraBalanceamento de Tramos :O termo balanceamento de tramos significa o procedimento

para atingir o equilbrio de presses estticas em pontos dejuno de tubulaes, de forma a conseguir em cada um dostramos as vazes de exausto requeridas.

Considere os dois tramos mostrados na figura abaixo

A presso esttica na seco AA a somatria da pressocintica de acelerao do fluidoem cada um dos captores, mais

as perdas de carga em cada umdos tramos. Num sistemabalanceado tem-se:

PEAA = PC1 + P1-A = PC2 + P2-A

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Balancear um sistema significa dimensionar ouplanejar, adequadamente a canalizao para queno ponto de juno de dois ramais a presso sejaaproximadamente a mesma. Os mtodos debalanceamento frequentemente adotados so :

Balanceamento com registros Balanceamento com plenum Balanceamento esttico

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Sistema de Ventilao Local Exaustora para 3 EsmerisRef. Apostila do Curso de Ventilao Industrial CETESB, 1989

CONVERSO DE UNIDADES01 C i t

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01. Comprimento1 ft (p) = 12 = 0,3048 m = 30,48 cm1 = 2,54 cm (1 = 1 in = 1 polegada)1 m = 39,37 = 3,28083 ft (ou 3,28 ft)1 micrmetro = 10-3 mm = 10-4 cm = 10-6 m02- rea

1 m2 = 10,76 ft2 = 1550 in2 = 104 cm21 ft2 = 144 in2 = 0,0929 m203- Volume1 ft3 = 28,321 = 1728 in3 = 7,48 gal = 0,02832 m31 m3 = 35,31 ft31 in3 = 16,39 cm31 gal (galo americano) = 3,7851 = 0,1337 ft3 = 231 in31 bbl (barril ou U.S. barrel) = 42 gal = 158,97 l04- Massa1 lb (libra, pound) = 453,59 g = 0,45359 kg1 kg = 2,205 lb1 t mtrica = 1000 kg = 1,102 t curta = 0,9842 t longa = 2205 lb05- Massa Especfica1 g/cm3 = 62,4 lb/ft3 = 8,33 lb/gal06- Velocidade

1 fpm (p/min) = 0,00508 m/s = 0,3048 m/min1 m/s = 196,85 fpm07- Presso1 atm* = 760 mm Hg = 10,33 m H2O = 29,92 Hg = 33,93 ft H2O = 14,691 psi1 psi = 0,0703 kg/cm2 = 2,309 ft H2O1 atm tcnica = 1 kg/cm2 = 0,9678 atm fsica1 H2O a 600F = 0,0361 psi(ata = atmosfera absoluta, psia = lb/in2 absoluta, psig = lb/in2 manomtrica)

(*) atmosfera fsica = 1,033 kg/cm2

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ESMERIL

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1. Clculo da vazo necessria para Esmeril 1

- dreb = 12

- bom enclausuramento

- recomendado por Ind. Vent.

smxcfmQ /60

0283,0300300 31

Q1 = 0,14 m3/s

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2. Dimensionamento do duto 1-A

V1 = 4.500 fpm (recomendado por Industrial Ventilation - I.V.) = 4.500 x 0,3048Em tramo 4500; em duto princ. 3500 60

V1= 22,86 m/s

23

1

1

1 1012,686,22

14,0mx

V

QA

2112

1 1083,886,22/14,0444

xxxADDiA

D1 = 88,3 mm

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3. Clculo da presso esttica em A vindo de 1

3.1 Perda de carga na entrada do captor

pc1= 0,4 PC1 mmCA

pc = Kc PC1

Portanto:

Kc = 0,40 - para entrada suavizada- recomendado por Industrial Ventilation

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3.2. Presso Esttica do captor 1

PEc1 = - (pc1 + 1 PC1) OBS: p = PE - PCPEc1 = - (0,4 + 1) PC1 Assim: PEc1 = - 1,4 x PC1

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3.3. Perda de carga no duto reto de 1-A

L1-A = 0,5 + 2 + 1,5 = 4,0 m

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3.3. Perda de carga noduto reto de 1-A

D1 = 88,3 mmQ1 = 0,14 m3/sV1 = 22,86 m/s

11

1

1 0,426,0

1

26,0PCxxL

m

PCP AL

PL1 = 1,04 PC1 mmCA

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3.4. Perda de carga nos 2 cotovelos

ngulo = 90

R = 2D

para 1 cotovelo Pcot = 0,27 PC1

para 2 cotovelos

Pcot2 = 2 x 0,27 PC1

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3.5. Presso Esttica no ponto A vindo de 1

PEA-1

= - ( PEc1

+ PL1

+ Pcot

.)

PEA-1 = - ( 1,40 + 1,04 + 0,54) PC1 = - 2,98 PC1

Sendo V1 = 22,86 m/s PC1 = 32 mmCA

11 043,4 PCV - para ar = 1,2 kg/m3V1 em m/sPC1 em mmCA

Portanto:

22

1

1043,4

86,22

043,4

VPC

PC1 = 32 mmCADe modo que : PEA-1 = - 2,98 x 32

PEA-1 = - 95,36 mmCA

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4. Clculo da vazo necessria para Esmeril 2

- dreb = 12

- Enclausuramento pobre- recomendado por Ind. Vent.

Q2 = 0,236 m3/s

60

02832,05005002

xcfmQ

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5. Dimensionamento do duto 2-A

V1 = 4.500 fpm (recomendado por Industrial Ventilation - I.V.) = 4.500 x 0,3048Em tramo 4500; em duto princ. 3500 60

V1= 22,86 m/s

D1 = 115 mm

2

2

2

286,22

236,0m

V

QA

)86,22/236,0(44 22

A

D

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6. Clculo da presso esttica em A vindo de 2

6.1 Perda de carga na entrada do captor

pc1= 0,4 PC2 mmCA

pc = Kc PC2

Portanto:

Kc = 0,40 - para entrada suavizada- recomendado por Industrial Ventilation

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6.2. Presso Esttica do captor 2

PEc2 = - (pc2 + 1 PC2) OBS: p = PE - PC

PEc2 = - (0,4 + 1) PC2 Assim: PEc2 = - 1,4 x PC2

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