Cálculo da área de dutos de ar e peças moldadas: regras para executar cálculos + exemplos de cálculos usando fórmulas

A garantia de um funcionamento impecável e eficiente da ventilação é um cálculo competente da área dos dutos de ar e acessórios, do qual depende a seleção tanto dos elementos individuais quanto dos equipamentos. O objetivo do cálculo é garantir a taxa de renovação do ar ideal nos ambientes de acordo com sua finalidade.

No artigo, detalhamos cada uma das etapas obrigatórias dos cálculos: determinação da seção transversal e da área real dos dutos de ar, cálculo da velocidade do ar e seleção dos parâmetros dos acessórios. Além disso, destacamos os principais requisitos para o tamanho dos dutos de ventilação e fornecemos um exemplo de cálculo de dutos para uma casa particular.

Objetivo da realização dos cálculos

As particularidades do cálculo e seleção de dutos de ar dependem do seu tipo e do material do qual são fabricados. Esta última característica determina as nuances que surgem durante o movimento do ar e as peculiaridades da interação da corrente de ar com as paredes.

Os dutos de ar podem ser:

• metálicos – podem ser de aço preto, galvanizado, inoxidável;
• alumínio flexível corrugado;
• dutos de ventilação de plástico – flexíveis e rígidos;
• de tecido.

Quanto à geometria da seção, os dutos de ar são fabricados redondos, retangulares, ovais. Estes últimos não são tão populares quanto os dois primeiros.

Mesmo que exista o projeto mais correto do sistema de ventilação, um erro na seleção das seções dos dutos pode levar a uma perturbação na circulação do ar.

A consequência de erros nos cálculos será o aumento da umidade, e depois mofo e fungos no ambiente. Sem o cálculo correto da área de todas as peças, é impossível selecionar os elementos adequados do sistema de ventilação.

Deste parâmetro depende:

• a velocidade do fluxo de ar e seu volume;
• o grau de vedação das conexões;
• o ruído do sistema de ventilação;
• o consumo de eletricidade.

Os cálculos realizados corretamente permitirão economizar recursos, pois a quantidade de material será determinada com precisão. Mas além das questões econômicas, os parâmetros de ventilação que garantem condições confortáveis para a vida das pessoas ainda são os principais.

Informações gerais para o cálculo da área da seção transversal

A área dos tubos para o duto de ar é calculada com base em diferentes valores:

1. De acordo com os parâmetros sanitário-higiênicos (SanPiN).
2. Pelo número de moradores.
3. Pela área dos cômodos.

O resultado pode ser obtido tanto para um cômodo individual quanto para a casa inteira. Existem programas especiais com algoritmos incorporados para o cálculo. Outra opção de cálculo é o uso de fórmulas.

A área da seção transversal dos dutos de ar é selecionada durante o projeto de modo que o ar se mova com velocidade aproximadamente uniforme ao longo de todo o comprimento. Ao longo de toda a extensão do sistema, a quantidade de ar é diferente, portanto a área da seção transversal do duto deve aumentar conforme o volume de massa de ar cresce.

Se considerarmos a ventilação de exaustão, a área da seção transversal aumenta à medida que se aproxima do ventilador. Somente assim é possível garantir uma velocidade mais ou menos uniforme da massa de ar ao longo de todo o duto.

Com o aumento da seção circular, a velocidade do fluxo de ar diminui. O ruído aerodinâmico também diminuirá. A desvantagem desses dutos é a construção volumosa, o que impossibilita sua instalação no espaço entre o teto bruto e o teto suspenso, além do custo elevado.

Se não houver essa possibilidade, pode-se dar preferência à geometria retangular, pois a altura da seção retangular é menor. Por outro lado, os dutos circulares são mais fáceis de instalar e também possuem suas vantagens operacionais.

Como os dutos circulares nem sempre podem ser integrados ao interior, e os retangulares, mais estéticos, são caros, como alternativa vale a pena considerar os dutos ovais. Eles são ergonômicos e eficientes.

A escolha de uma ou outra opção depende das prioridades do usuário. Se a economia de energia, o ruído mínimo e todas as possibilidades de instalação de uma rede de grande porte são prioridades, a melhor escolha é o duto de formato circular.

Etapas da realização do cálculo

Os trabalhos de cálculo consistem em várias etapas:

1. Elaboração do esquema geral do sistema de ventilação. Aqui devem ser indicados os comprimentos dos trechos retos, as partes de curva e seu tipo, e os locais de mudança de seção.
2. Seleção da taxa de renovação do ar, idêntica aos requisitos sanitário-higiênicos.
3. Cálculo da velocidade do movimento das massas de ar no duto. Este parâmetro depende do tipo de ventilação, que pode ser natural ou forçada.
4. Cálculo da área dos dutos de ar e outros parâmetros.

Existem muitos programas para realizar esses cálculos.

Calcular um sistema complexo usando fórmulas não é uma tarefa fácil. Para uma casa de pequenas dimensões, calcular a área de elementos individuais e a seção dos dutos é bem possível.

Cálculo da seção transversal do duto

A expressão usada para calcular a quadratura das peças moldadas e dos dutos é a seguinte:

Sc = (L × 2.778) : V,

onde:

• Sc — área em corte transversal;
• L — vazão do fluxo de ar que circula no sistema;
• 2.778 — coeficiente que harmoniza diferentes dimensões;
• V — velocidade da corrente de ar em um local específico, medida em metros por segundo.

O resultado do cálculo será um valor medido em cm².

Existe também uma fórmula alternativa:

S = L : k × V,

O coeficiente K neste caso é igual a 3600.

Determinação da área real do duto

A área regular de ventilação para dutos de ventilação redondos é calculada pela fórmula:

S = (π × D2) : 400,

onde:

• S — área real;
• D — diâmetro.

Para dutos de seção retangular:

S = (A × B) : 100,

onde:

• S — área real;
• D — diâmetro;
• A — altura do duto;
• B — largura da estrutura.

A área da seção para um tubo de seção oval é calculada pela fórmula:

S = π × A × B : 4,

onde:

• A — diâmetro maior da oval;
• B — diâmetro menor, respectivamente.

Existem outras fórmulas para calcular a área do duto.

Utilizando um documento normativo como o SNiP, é possível comparar as dimensões das seções dos dutos com os valores exigidos. Dessa forma, o tamanho adequado do duto de ar é determinado ainda mais facilmente.

Alguns fabricantes fornecem nomogramas na descrição dos dutos. Eles também estão presentes na literatura normativa.

Nomograma para duto metálico com seção circular. Os valores dele são inseridos na fórmula. Todos os dutos flexíveis são complementados com esses esquemas (+).

Dos nomogramas é possível obter o valor da área da seção. É aproximado, mas para criar um sistema com nível mínimo de ruído, é adequado.

Para encontrar as dimensões do duto para um determinado ramal da tubulação, pelo qual um volume de ar especificado é transportado, é necessário realizar os seguintes passos:

1. Determinar no nomograma o ponto de interseção do volume de ar movimentado em 1 hora e a linha de velocidade máxima para o trecho calculado.
2. Próximo a esse ponto, encontrar o valor do diâmetro mais adequado.

Além disso, com o nomograma, é possível não apenas facilitar o cálculo da seção dos dutos e peças moldadas, mas também especificar as perdas de pressão em um trecho da linha de ar em uma velocidade estabelecida.

Não é obrigatório usar o nomograma; é possível determinar a área da seção necessária dependendo da velocidade da massa de ar.

Cálculo da velocidade do ar

Usando fórmulas ou tabelas especiais, calcula-se a velocidade do duto de ar. O parâmetro chave aqui é a taxa de renovação, que determina o volume de ar para uma ventilação completa de um ambiente de 1 m³ durante 1 hora.

Os especialistas recomendam, para determinar a taxa de renovação, investigar as condições específicas em instalações industriais ativas, para as quais existam dados reais sobre a emissão de gases, vapores tóxicos, etc. O melhor é fazer um cálculo independente usando fórmulas.

Para simplificar os cálculos, existem tabelas especiais de onde se pode obter o valor pronto da taxa de renovação, mas é preciso ter em mente que elas apresentam parâmetros arredondados.

A fórmula para calcular a taxa de renovação é a seguinte:

N = V : W,

onde:

• N — taxa de renovação desejada;
• V — volume de massa de ar fresco que entra no ambiente durante uma hora;
• W — volume do cômodo.

A unidade da taxa de renovação é número de vezes/hora, V é medido em m³/h, volume em m³.

Vejamos um exemplo concreto de determinação da quantidade de ar necessária pela taxa de renovação.

Há uma sala de estar com volume de 22 m³. Para ela, será necessário ar: L = 22 x 6 = 132 m³, onde 6 é a taxa de renovação de ar, retirada da tabela.

A velocidade de deslocamento da massa (V) é medida em m/s e determinada pela fórmula:

V = L : 3600 x S,

onde:

• L — ar utilizado (m³/h);
• S — área da seção transversal do duto (m³).

Além disso, mais 2 parâmetros influenciam a velocidade de deslocamento do ar: nível de ruído, coeficiente de vibração. Ao projetar o sistema, eles devem ser necessariamente considerados.

Exemplo de cálculo para uma pequena casa

Para o cálculo, foi considerada uma casa de campo com área interna de 108,8 m² e altura do piso ao teto de 3 m. Internamente, há uma sala de estar, quarto, quarto infantil, cozinha, banheiro. O índice de renovação é considerado igual a 1.

O sistema de ventilação permite eliminar do ambiente as impurezas prejudiciais à saúde — potencialmente perigosas e que provocam reações alérgicas, pioram o bem-estar.

Primeiro, calcula-se a quantidade de ar extraído e fornecido no total para o edifício.

Para isso, aplica-se a metodologia do SNiP:

1. Como o quarto e a sala de estar têm a mesma área, a quantidade de ar extraído deles é 21 x 3 x 1 = 63 m³/h.
2. Para o quarto infantil — 24 x 3 x 1 = 72 m³/h.
3. Para a cozinha — 22 x 3 x 1 + 100 = 166 m³/h.
4. Para o banheiro — 10 x 3 x 1 = 30 m³/h.
5. No total: 63 x 2 + 48 + 166 + 30 = 394 m³/h.

O corredor e o hall de entrada não foram considerados no cálculo. 100 m³ é o volume que sai pelo exaustor da cozinha.

A distribuição correta dos fluxos de ar na casa também é um ponto muito importante. Em construções deste tipo, geralmente é instalado um sistema de ventilação natural. O elemento forçado ainda está presente — coifa de cozinha.

Em seguida, determinam-se os diâmetros dos dutos de ventilação. Como a coifa remove 100 m³ forçadamente, resta distribuir os 294 m³ restantes. Eles sairão naturalmente através de 2 poços. Para cada um caberá: 294 : 2 = 147 m³.

Como nos poços de ventilação natural a velocidade do ar varia entre 0,5 e 1,5 m/s, geralmente nos cálculos se adota o valor médio — 1 m/s. Substituindo as grandezas conhecidas na fórmula S = L : k × V, obtém-se: S = 147 : 3600 x 1 = 0,0408 m².

Agora surge a possibilidade de determinar o diâmetro do duto de seção circular pela fórmula: S = (π x D²) : 400 ou 0,0408 = (3,14 x D²) : 400.

Resolvendo esta equação com uma incógnita, através de cálculos simples, descobre-se que o diâmetro do duto é igual a 2,28 mm. Para este valor, escolhe-se o tamanho padrão imediatamente superior do tubo.

Com a ajuda desta tabela de conversão, é possível selecionar o diâmetro equivalente do duto com seção circular. Isso simplifica significativamente o cálculo.

Quando se instala um duto de seção retangular, escolhe-se seu tamanho pela tabela, baseando-se na área. O valor imediatamente superior é 200 x 250 mm.

Pelo mesmo esquema determina-se a área da seção do duto para a coifa de cozinha, com a diferença de que a velocidade do ar aqui é de 3 m/s. S = 100 : 3600 x 3 = 0,083 m² ou diâmetro de 107 mm.

A tabela de conversão é necessária quando é preciso realizar o cálculo de dutos com seção retangular e aplicar a tabela para dutos circulares. Aqui são apresentados os diâmetros dos dutos de seção circular, nos quais a perda de pressão por atrito é igual ao valor correspondente em uma construção retangular.

Existem três maneiras de determinar o valor equivalente:

• pela velocidade;
• pela seção transversal;
• pelo fluxo.

Essas grandezas estão relacionadas a diferentes parâmetros do duto. Para cada um deles, há uma metodologia individual de uso das tabelas. O principal é que, independentemente da metodologia aplicada, o valor da perda de pressão por atrito seja o mesmo.

Para concluir, realiza-se a verificação da velocidade: V = 147 : (3600 x 0,0408) = 1,0 m/s. Isso corresponde ao limite permitido.

Acessórios e seu cálculo

Ao instalar dutos de ventilação, os trechos retos de diferentes tamanhos são conectados por meio de peças moldadas.

Na produção tanto de dutos quanto de peças moldadas, é necessário o cálculo de sua área. Sem isso, não é possível determinar corretamente a quantidade necessária de material para fabricar as peças.

As peças moldadas incluem:

1. Curvas. Elas são usadas para mudar a direção do duto de ar em vários ângulos. Podem ser redondas, retangulares ou ovais.
2. Transições. Elas são usadas para conectar dutos de ar de diferentes seções transversais. A geometria pode ser qualquer — desde circular até combinada.
3. Acoplamentos, niples. Eles conectam trechos retos da tubulação.
4. Tês. Eles articulam ramificações ou dois ramos do duto de ar.
5. Tampões. Eles bloqueiam o fluxo de ar.
6. Cruzetas. Elas separam ou conectam os fluxos de ar.
7. Desvios. Eles proporcionam uma transição de diferentes níveis do duto de ar.

Para calcular os parâmetros necessários das peças de conexão, são necessárias habilidades matemáticas.

Cada peça de conexão tem um papel específico no sistema de ventilação. Os fabricantes projetam cada uma delas separadamente. Elas são fornecidas juntamente com os elementos principais.

Um erro cometido em um parâmetro acarretará a deterioração das características operacionais do sistema. Não existem fórmulas prontas para tais cálculos.

A tabela apresenta os tamanhos padrão dos dutos de ar. Até mesmo os profissionais, em vez de cálculos complexos, utilizam essas e outras tabelas especiais semelhantes.

Muitos projetistas utilizam programas especiais, calculadoras online. Basta inserir os valores iniciais e obter os parâmetros prontos na saída.

Os programas permitem não apenas determinar os valores necessários de todas as peças, mas também fazer seu desenvolvimento. Esse desenvolvimento, impresso em uma impressora 3D, permite um ajuste perfeito dos dutos de ventilação.

Principais requisitos para o cálculo

Ao determinar os parâmetros finais dos dutos de ar, é necessário considerar que a determinação da área dos dutos deve garantir que:

1. Garanta o regime de temperatura no ambiente. Onde há excesso de calor, está prevista sua remoção, e onde há deficiência, as perdas são minimizadas.
2. A velocidade do movimento do ar não reduz de forma alguma o nível de conforto das pessoas no ambiente. Nas áreas das zonas de trabalho, a purificação do ar é obrigatória.
3. Os compostos químicos nocivos e partículas em suspensão presentes no ar estão em volume de acordo com a GOST 12.1.005-88.

Para determinados ambientes, uma condição obrigatória para a seleção da área dos dutos de ar é a manutenção constante da pressão e a exclusão da entrada de ar externo.

Ao calcular a resistência da tubulação principal, são consideradas as perdas de pressão. Para que o fluxo de ar possa superar a resistência durante o movimento, é necessária uma pressão adequada.

À categoria de ambientes onde é necessária a pressurização, incluem-se porões, bem como ambientes onde podem se acumular substâncias nocivas.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Programa online para auxiliar o engenheiro projetista:

Vídeo sobre a organização da ventilação de uma casa particular em geral:

A área da seção transversal, a forma e o comprimento do duto de ar são alguns dos parâmetros que determinam o desempenho do sistema de ventilação. O cálculo correto é extremamente importante, pois dele depende a capacidade de passagem de ar, bem como a velocidade do fluxo e o funcionamento eficiente de toda a estrutura.

Ao usar uma calculadora online, o grau de precisão do cálculo será maior do que no cálculo manual. Esse resultado se explica pelo fato de o programa arredondar automaticamente os valores para valores mais precisos.

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