UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
ESPECIALIZAÇÃO em ENGENHARIA de SEGURANÇA do TRABALHO
Ventilação Aplicada à
Engenharia de Segurança
do Trabalho
(2ª Aula)
Prof. Alex Maurício Araújo
Recife - 2009
Ventilação Geral Natural
Tipos de Ventilação Geral (VG)
VG – consiste na movimentação de massas de ar através
de espaços confinados.
• VGN – é a VG com indução da entrada e saída do ar de um
recinto sob “forma controlada” de aberturas (janelas, portas
e lanternins). Ocorre com admissão e escape natural do ar.
• VGD – é a VG para o controle da concentração ambiental
de gases, vapores e partículas. (3ª. aula)
Modos de
VGD
1-Insuflação mecânica e escape natural;
2-admissão natural e exaustão mecânica;
3-insuflação e exaustão mecânicas.
LANTERNINS
Os Lanternins são aberturas, dispostas na cobertura de edificações, para propiciarem ventilação e
iluminação naturais dos ambientes. O funcionamento dos lanternins é devido à diferença de
densidade do ar ambiental ao ganhar calor. O ar, ao ser aquecido, fica menos denso e ascende
para a cobertura. Quanto maior a altura da cobertura, mais significativa será a ascensão do ar. Do
ponto de vista da ventilação natural, os lanternins apresentam ótimo desempenho quando
aplicados 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 as
aberturas, para ingresso de ar, no nível inferior da edificação;
- Os ambientes ventilados por lanternins ficam com pressão negativa em relação ao ambiente
externo. Este fato faz com que uma eventual poluição nas proximidades do prédio migre para o
interior do mesmo;
- Em locais com inverno rigoroso, devem ser tomadas providências de fechamento parcial das
aberturas para melhorar as condições de conforto ambiental nos dias de muito frio.
Atualmente, a indústria disponibiliza uma série de lanternins padronizados que asseguram a
passagem do ar sem criar problemas de infiltrações de água. Os lanternins, quando aplicados de
maneira adequada e quando bem dimensionados, passam a integrar uma boa opção para
ventilação 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.
- Δp entre exterior e interior;
- resistência ao fluxo de ar nas
aberturas (perda de carga);
Fluxo de ar depende :
- obstruções internas;
- incidência do vento (localização /
posição) e forma do edifício.
- ação direta dos ventos (Δp);
Mecanismos da VGN :
- efeito chaminé (ΔT e Δρ Δp);
- ação combinada dos 2 acima. (*)
(*)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).
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 (-).
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.
Aproveitamento do Movimento do ar
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.
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)
Espaços internos parcialmente divididos (em planta)
(Ref. 2, pg. 131)
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 vento
São 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.
Exemplos
Uma casa do estilo árabe com torres do
vento
A Bastakiya, com suas torres de vento e ruelas
A brisa nas frestas dos badgirs aspira o bafo
morno das casas, substituído pelo ar refrescado
apertadas, é a região mais antiga de Dubai
pela evaporação dos lagos próximos (Irã)
.
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 Chaminé
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.
Esquema de ventilação com
efeito chaminé no forro do
telhado
A movimentação de ar devida ao efeito de chaminé pode ser
calculada pela equação:
Qt = 9,4 A
h(Ti  Te )
( vazão de ar – cfm)
9,4 - cte. para efetividade das aberturas;
7,2 -se as condições do fluxo entre a entrada e saída não forem
favoráveis.
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).
* 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.
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 de
causar o vácuo necessário para a exaustão efetiva do ar quente, apenas aproveitam sua
tendência natural de subir constituindo assim SAÍDAS PARA O AR, mas não em vazões
satisfatórias. Alguns são providos de hélices muito leves que giram pela força de
ascensão 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 = m cp ΔT  q = m cp ΔT = QM cp ΔT = ( Q) cp ΔT, então:
Q = q /  cp ΔT = q / 1,08 (Ti – Te)
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)
lembrete: 1.08 = 60  cp
para ter Q em cfm.
QM – vazão mássica de ar (lb/min)
Conhecida a quantidade de calor a ser removida ( q ), e especificandose uma ΔT = Ti – Te , pode-se estimar a vazão de ar (Q) que deve
atravessar o edifício.
q – calor removido (Btu/h)
Q (pés3/min)
(Ti)
(Te)
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 = q / 1,08 (Ti – Te)
q – calor removido (Btu/h)
(Ti – Te) – diferença de temperatura (F)
Q = (3000Btu / min*60 min/h) / (1,08*(91-80)F) = 15151 cfm
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
A = menor área
C. Cálculo da vazão de ar pela diferença de temperaturas (efeito chaminé)
Qt = 9,4 * A * h * (Ti  Te ) = 9,4 * 75, 32 * 3,28 * (91  80) = 4253 cfm
h = 1 m = 3,28 ft (da figura)
D. Correção da Qv e Qt devido à diferença de áreas de abertura de entrada e saída
As 129,12

 1,714
Ae
75,32
E.
Gráfico slide 15
20%
Qv = 6794 * 1,20 = 8153 cfm
Qt = 4253 * 1,20 = 5104 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)
5104/13527 = 0,38
H. Estimativa da vazão real de ar
Qt
QT
= 0,38
Gráfico 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
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 usandose 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
TEMPERATURA
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.
NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research),
1996. Global Atmospheric Analyses.
UMIDADE ESPECÍFICA
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.
VENTOSV
E
Os ventos predominantes na região vêem de leste, c/ maior
N intensidade no período de junho-agosto.
T e meridional (norte-sul) dos ventos.
U e V referem-se às componentes zonal (leste-oeste)
O
S(médias mensais) Fonte: NCEP, 2004.
Intensidade e direção dos ventos na região de estudo
EVAPORAÇÃO
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.
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
climatização natural ?
dentro
dos
limites
de
(Fim da 2a. Aula)