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Climatização

Prof. Ramón Eduardo Pereira SilvaEngenharia de EnergiaUniversidade Federal da Grande DouradosDourados – MS 2014

Ventilação NaturalEnergia Solar Térmica - 2014

Prof. Ramón Eduardo Pereira SilvaEngenharia de EnergiaUniversidade Federal da Grande DouradosDourados – MS 2014

Ventilação por Ação dos Ventos

› A ventilação natural pode ser provocada pela ação dos ventos.

› Embora ocorra de forma intermitente, o fluxo de ar ocasiona um escalonamento das pressões externas no sentido horizontal.

CLIMATIZAÇÃO - PROF. RAMÓN SILVA - 2014 3



Diferenças de pressão da ordem de 0,5 N/m² (0,05 mmH2O) já são suficientes para obtermos correntes de ar satisfatórias, desde que haja caminho adequado para elas



A ventilação natural consiste em proporcionar a entrada e a saída do ar de um ambiente de forma intencional e controlada graças a aberturas existente para esse fim.

Por exemplo

Janelas

Portas

Lanternins



O fluxo de ar que penetra ou sai pelas aberturas de um prédio de forma natural depende:

• da diferença entre as pressões existentes no exterior e no interior do prédio ou recinto;

• da resistência oferecida à passagem do ar pelas aberturas;



• A diferença de pressão é uma consequência da ação direta do vento sobre as paredes e coberturas e;

• Da diferença entre as densidades do ar no interior e no exterior do prédio (efeito chaminé)



• Para que se possa tirar partido da ação do vento as aberturas de entrada dos ventos devem ser projetadas para o lado dos ventos dominantes (zona de pressão positiva).

• As saídas de ar devem ser colocadas em região de baixa pressão exterior como por exemplo:

• Nas paredes laterais à fachada que recebe os ventos dominantes;

• Na parede oposta àquela que recebe os ventos dominantes.



• As saídas podem consistir em lanternins e claraboias ventiladas colocadas em locais dos telhados e coberturas onde a pressão é mais baixa, ou seja, onde a velocidade do ar é maior.

• As chaminés representam a solução para a saída de gases ou ar em temperatura tal que sua densidade menor permita sua elevação até a atmosfera exterior.



• Como se sabe, as condições do vento não são sempre as mesmas, variando de intensidade e direção ao longo do ano e mesmo durante o dia.

• Por essa razão, a ventilação natural por ação do vento não garante a uniformidade.

• Porém, essa condição não invalida sua adoção em muitos casos, desde que o ar interno não contenha poluentes.



• Conhecendo-se a velocidade média sazonal dos ventos locais e adotando-se 50% desse valor como base para o cálculo pode-se determinar a vazão de ar (QV) em pés cúbicos por minuto (ft³/min) utilizando a seguinte equação:

• 𝑄𝑣 = 𝜑 . 𝐴. 𝑣• Onde:

• A = área total em pés quadrados (ft²);• v = velocidade do vento em pés por segundo (ft/s)• φ = fator de correção

• 0,5 < φ < 0,6 para ventos perpendiculares à parede, e• 0,25 < φ < 0,35 para ventos diagonais



• Qual é a vazão de ar que penetra em um recinto perpendicularmente a uma parede onde existem quatro aberturas de 4 x 1,5 m sendo a velocidade média sazonal do vento de 2,0 m/s. (1 m = 3,28 ft,1 min = 60 s).

Solução:Área total = 4 x (4 x1,5) = 24 m²1 m² = 10,76 ft²Área total = 24 x 10,76 = 258 ft²

1 m/s = 3,28 ft/s 2,0 m/s = 3,28 x 6,0 x 20 = 393,6 ft/minConsiderando 50% da velocidade média sazonal v= 196,8 ft/min

Vento perpendicular - φ = 0,5

𝑄 = 𝜑 . 𝐴. 𝑣 = 0,5 x 258 m2𝑥196,8𝑓𝑡

𝑚𝑖𝑛= 25.410

𝑓𝑡3

𝑚𝑖𝑛= 716

𝑚3

𝑚𝑖𝑛



𝑄 = 𝜑 . 𝐴. 𝑣 = 0,5 x 258 m2𝑥 196,8𝑓𝑡

𝑚𝑖𝑛= 25.410

𝑓𝑡3

𝑚𝑖𝑛

1 ft³ = 0,03 m³

25.410 ft³/min = 762 m³/min = 12,76 m³/s

Movimento do Ar em Razão da Diferença de Temperatura


• A menor densidade do ar quente faz com que o mesmo se eleve e tenda a escapar por aberturas colocadas nas partes elevadas.

• Esse escoamento é conhecido por efeito de chaminé



• A vazão proporcionada pelo efeito de chaminé é dada por:

• 𝑄𝑐 = 9,4. 𝐴. ℎ. 𝑇𝑖 − 𝑇𝑒• Onde:

• Qc = vazão de ar (ft³/min – cfm);• A = área livre das entradas ou saídas – consideradas iguais (ft²);• h = diferença de alturas (ft)• Ti = temperatura do ar interior à altura das aberturas de saída (°F)• Te= temperatura do ar exterior (°F)• 9,4 = constante de proporcionalidade, incluindo o valor

correspondente a 65% de efetividade das aberturas. • Para condições de escoamento entre a entrada e a saída não forem

favoráveis, a constante deve ser considerada 7,2.



• As equações indicadas acima se referem a aberturas de igual tamanho, pois nessa condição a vazão de ar é maior por unidade de área.

• Quando as áreas não forem iguais deve ser feita uma correção.

• A correção deve ser feita considerando a menor área de passagem.

• Um aumento de vazão deve ser obtido no gráfico.

• Esse valor deve ser adicionado a Qv



• Exemplo de correção: para uma relação de 2, o acréscimo de vazão será de 27%.

Combinação entre os Movimentos do Ar em Razão dos Efeitos do Vento e de Chaminé


• Calculam-se as vazões devidas a ação do vento e devidas à diferença de temperatura.

• Então somam-se as duas vazões (QT= Qt + Qv )

• Faz-se a relação Qt /QT

• Define-se o fator φ para correção de Qt

• A vazão total real é: QTr= φ.Qt

Efeito Combinado - Exercício


• Uma pequena fábrica medindo 30 x 10 x 5 m existem equipamentos dissipando calor a uma taxa de 3000 BTU/min.

• A temperatura exterior é de 26,7 °C (80°F) e a interior deve ser mantida a 32,8 °C (91°F)

• A área de entrada é de 7m² (75,32 ft²) e a das aberturas de saída 12 m² (129,19 ft²)

• O vento sopra perpendicularmente à fachada a uma velocidade de 3 km/h (50 m/min = 164 ft/min)



• PERGUNTA-SE

a) Qual é a vazão Q necessária para a remoção do calor gerado no ambiente?

b) Quais as vazões correspondentes à ação do vento e ao efeito de chaminé?

c) Qual a vazão correspondente à combinação das duas?d) Qual a vazão total real?e) A vazão total real é suficiente para remover a quantidade de calor

produzida?




A quantidade de calor a ser retirada do ambiente é dada por:

𝐶𝑟 = 𝑄. 𝐶𝑝. 𝜌. 60. (𝑇𝑖 − 𝑇𝑒)

Onde:Q = vazão (ft³/min) Cr = quantidade de calor a ser removida,Cp = calor específico a pressão constante (0,24 BTU/lb.°F)ρ = massa específica do ar (0,075 lb/ft³)




Isolando Q

𝑄 =3000.60

0,24.0,075.60. (91 − 80)= 15151 𝑐𝑓𝑚




Qv = vazão devido ao efeito de vento

Vento perpendicular à parede - φ = 0,55

Menor área – A = 7 m² = 75,32 ft²

Velocidade do vento – v = 3 km/h = 164 ft/min (velocidade

definida, não média sazonal)

𝑄𝑣 = 𝜑 . 𝐴. 𝑣




Qv = vazão devido ao efeito de vento

𝑄𝑣 = 0,55 . 75,32.164 = 6.794 cfm




A razão entre as áreas de saída e entrada é

𝐴𝑠

𝐴𝑒=

129,12

75,32= 1,714

A correção de vazão é de 20%Portanto:

𝑄𝑣 = 1,20.6794 = 8153 cfm




Qt = vazão devido ao efeito de diferença de densidade

𝑄𝑐 = 9,4. 𝐴. ℎ. 𝑇𝑖 − 𝑇𝑒




Qt = vazão devido ao efeito de diferença de densidade

𝑄𝑐 = 9,4.75,32. 3,28. 91 − 80 = 4.253𝑐𝑓𝑚



c) Qual a vazão correspondente à combinação das duas?

QT = Qv + Qt = 8153 + 4253 = 12406 cfm



d) Qual a vazão total real?

Razão entre a vazão devido a diferença de densidade e a vazão total é:

φ = 2,2

𝑄𝑇𝑟 = 2,2.4253 = 9357 𝑐𝑓𝑚

𝑄𝑡

𝑄𝑇=

4523

12406= 0,34



e) A vazão total real é suficiente para remover a quantidade de calor produzida?

A vazão requerida para remover o calor é: Q = 15151 cfm

A vazão real devido às ações do vento e da temperatura é: Q = 9357 cfm

Portanto há necessidade de um acréscimo na vazão de: Q = 5794 cfm

Portanto a vazão total real não é suficiente para remover a quantidade de calor gerada no interior do galpão.

REFERÊNCIAS

› Clezar, C.A., Nogueira, A.C.R.. Ventilação industrial. 2ª ed. Editora da UFSC, 2009

› Macintyre, A.J.. Ventilação industrial e controle de poluição. 2ª ed. LTC editora, 2013

› Costa, E.C.. Ventilação, Ed Edgard Blucher, 2005

› Centro de Formação Profissional para as Energias Renováveis. http://www.nla.pt/cfp/eficiencia.html#.U2mA7_ldWSp)

› http://www.colegiodearquitetos.com.br/


http://www.nla.pt/cfp/eficiencia.html#.U2mA7_ldWSp

http://www.colegiodearquitetos.com.br/

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