Cálculo de dutos de ar por velocidade e vazão + métodos de medição de vazão de ar em ambientes

A troca de ar equilibrada é a base para o bem-estar e a produtividade das pessoas. Não é verdade? No entanto, para criar condições confortáveis em ambientes residenciais e industriais, é importante realizar corretamente o cálculo dos dutos de ar por velocidade e vazão e garantir um regime eficaz de movimentação dos fluxos de ar.

A seguir, explicaremos o que é necessário para o cálculo dos dutos de ar, quais métodos e instrumentos são usados para medir a velocidade do fluxo de ar.

O que é um duto de ar?

Duto de ar – elemento principal do sistema de distribuição de ar. Consiste em um conjunto de tubos metálicos ou plásticos, dispostos para garantir o equilíbrio do ar. O princípio de funcionamento do duto de ar consiste na insuflação e exaustão do ar por meio de ventiladores especiais.

Características básicas do duto de ar:

• forma (redonda ou retangular);
• área da seção transversal;
• rigidez (flexíveis, semirrígidos e rígidos).

O desempenho do sistema de ventilação e sua funcionalidade geral dependem dessas características.

Escolha um duto de ar com seção retangular se for importante torná-lo discreto. Esse duto de ar pode ser facilmente escondido na parte superior dos armários.

A seleção correta dos parâmetros do duto de ar, levando em conta todas as características do ambiente, garantirá seu funcionamento duradouro e eficiente.

Algoritmo para realização dos cálculos

Ao projetar, ajustar ou modificar um sistema de ventilação já existente, os cálculos do duto de ar são obrigatoriamente realizados. Isso é necessário para determinar corretamente seus parâmetros, considerando as características ideais de desempenho e ruído nas condições atuais.

Ao realizar os cálculos, os resultados das medições de vazão e velocidade do ar no canal de ar têm grande importância.

Vazão de ar – volume de massa de ar que entra no sistema de ventilação por unidade de tempo. Geralmente, esse indicador é medido em m³/h.

Velocidade do movimento – grandeza que indica quão rapidamente o ar se move no sistema de ventilação. Esse indicador é medido em m/s.

Se esses dois indicadores forem conhecidos, é possível calcular a área de seções circulares e retangulares, bem como a pressão necessária para superar a resistência local ou o atrito.

Ao elaborar o esquema, é necessário escolher o ângulo de visão a partir da fachada do edifício que está localizada na parte inferior do layout. Os dutos de ar são representados por linhas grossas e contínuas.

Na maioria das vezes, utiliza-se o seguinte algoritmo para realizar os cálculos:

1. Elaboração de um esquema axonométrico, no qual todos os elementos são listados.
2. Com base nesse esquema, calcula-se o comprimento de cada canal.
3. Mede-se a vazão de ar.
4. Determina-se a velocidade do fluxo e a pressão em cada trecho do sistema.
5. Realiza-se o cálculo das perdas por atrito.
6. Utilizando o coeficiente adequado, realiza-se o cálculo das perdas de pressão ao superar a resistência local.

Ao realizar os cálculos em cada trecho da rede de distribuição de ar, obtêm-se resultados diferentes. Todos os dados devem ser equalizados por meio de diafragmas com o ramo de maior resistência.

Cálculo da área da seção transversal e do diâmetro

O cálculo correto da área de seções circulares e retangulares é muito importante. Um tamanho inadequado da seção não permitirá garantir o equilíbrio de ar necessário.

Um duto de ar muito grande ocupará muito espaço e reduzirá a área útil do ambiente. Se forem escolhidos canais muito pequenos, surgirão correntes de ar, pois a pressão do fluxo aumentará.

Para calcular a área da seção transversal necessária (S), é necessário conhecer os valores da vazão e da velocidade do ar.

Para os cálculos, utiliza-se a seguinte fórmula:

S = L/3600*V,

sendo que L é a vazão de ar (m³/h), e V é sua velocidade (m/s);

Utilizando a seguinte fórmula, é possível calcular o diâmetro do duto de ar (D):

D = 1000*√(4*S/π), onde

S – área da seção transversal (m²);

π – 3,14.

Se for planejada a instalação de dutos retangulares, em vez de circulares, determina-se o comprimento/largura necessário do canal de ar em vez do diâmetro.

Todos os valores obtidos são comparados com as normas GOST e são escolhidos os produtos mais próximos em diâmetro ou área da seção transversal.

Ao escolher esse tipo de duto, considera-se a seção transversal aproximada. Utiliza-se o princípio a*b ≈ S, onde a é o comprimento, b é a largura e S é a área da seção transversal.

De acordo com as normas, a proporção entre largura e comprimento não deve ser superior a 1:3. Também é recomendável utilizar a tabela de tamanhos padrão fornecida pelo fabricante.

Os tamanhos mais comuns de dutos retangulares são: dimensões mínimas – 0,1 m x 0,15 m, máximas – 2 m x 2 m. A vantagem dos dutos circulares é que eles apresentam menor resistência e, consequentemente, geram menos ruído durante a operação.

Cálculo da perda de pressão por resistência

À medida que o ar se move pelo duto, é gerada resistência. Para superá-la, o ventilador da unidade de insuflação cria uma pressão, medida em Pascal (Pa).

A perda de pressão pode ser reduzida aumentando a seção transversal do duto. Com isso, pode-se garantir aproximadamente a mesma velocidade de fluxo na rede.

Para selecionar uma adequada unidade de insuflação com um ventilador da capacidade necessária, é necessário calcular a perda de pressão para superar a resistência local.

Utiliza-se esta fórmula:

P=R*L+Ei*V2*Y/2, onde

R – perda de pressão específica por atrito em um determinado trecho do duto;

L – comprimento do trecho (m);

Ei – coeficiente total de perda local;

V – velocidade do ar (m/s);

Y – densidade do ar (kg/m³).

Os valores de R são determinados por normas. Este indicador também pode ser calculado.

Se a seção transversal do duto for circular, a perda de pressão por atrito (R) é calculada da seguinte forma:

R = (X*D/B) * (V*V*Y)/2g, onde

X – coeficiente de resistência ao atrito;

L – comprimento (m);

D – diâmetro (m);

V – velocidade do ar (m/s), e Y – sua densidade (kg/m³);

g – 9,8 m/s².

Se a seção não for circular, mas retangular, na fórmula é necessário inserir um diâmetro alternativo, igual a D = 2AB/(A + B), onde A e B são os lados.

Software para realização dos cálculos

Todos os cálculos podem ser feitos manualmente, mas é mais conveniente e rápido utilizar programas especializados.

Com esses programas, é possível não apenas realizar os cálculos necessários com precisão, mas também preparar desenhos.

Se necessário, para realizar os cálculos, pode-se utilizar software especializado. Isso eliminará possíveis erros que podem ter um papel fatal durante a operação. Os valores iniciais são inseridos no programa e, em poucos segundos, é possível obter resultados precisos dos cálculos.

Vent–Calc – aplicativo funcional para cálculo de dutos de ar. Para os cálculos, são utilizados valores de vazão e velocidade do ar, bem como temperatura.

MagiCAD – realiza todos os tipos de cálculos para redes de engenharia, com imagens apresentadas em formatos 2D e 3D.

GIDRV – programa para cálculos de todos os parâmetros de dutos de ar. É prevista a possibilidade de selecionar quaisquer combinações de parâmetros para alcançar os melhores indicadores de desempenho.

Ducter 2.5 – utilitário que calcula com precisão os diâmetros das seções dos dutos de ar. Ideal para selecionar seus tipos.

Os desenhos elaborados nestes programas permitem visualizar com mais precisão o esquema de localização de todos os componentes do sistema e garantir seu funcionamento mais eficiente.

Medição da velocidade e vazão do ar

Ao realizar medições, é importante selecionar corretamente os instrumentos e métodos, além de seguir os procedimentos de medição.

Instrumentos usados para medições

Os seguintes tipos de instrumentos de controle e medição são mais frequentemente utilizados:

• anemômetro ultrassônico 3D – realiza medições com base na variação da frequência sonora entre pontos determinados;
• tubo de Pitot – registra a diferença entre a pressão estática e a pressão total;
• termoanemômetro – determina a velocidade do fluxo com base na taxa de redução da temperatura do sensor.
• anemômetro de hélice – realiza medições com base na variação da velocidade de rotação da hélice.
• bolômetro – determina a vazão de ar através da concentração do fluxo no ponto de medição, sendo a seção previamente ajustada.

Muitos instrumentos nesta lista são bastante caros e raros. Eles podem ser alugados e as medições feitas por conta própria, mas é melhor chamar um engenheiro de ajuste experiente, que conhece todas as nuances dos trabalhos de medição.

O tubo de Pitot é usado em conjunto com sensores. É um instrumento simples de usar. O tubo é posicionado com a extremidade aberta voltada para o fluxo de ar, e a outra extremidade é conectada a um manômetro.

A medição da velocidade é necessária não apenas para realizar cálculos, mas também para controlar os parâmetros higiênicos do ar no ambiente. Com o tempo, inevitavelmente ocorre contaminação dos dutos de ventilação e condutas de ar.

Nesses casos, as conexões podem perder a vedação, e o desempenho do equipamento diminui. Além disso, as medições são necessárias durante a manutenção programada, limpeza e reparo do sistema de ventilação.

Ao realizar medições, é necessário seguir uma série de regras. Primeiramente, a velocidade do ar é regulamentada por normas e padrões de construção. É necessário basear-se nesses valores.

São permitidos pequenos desvios destes parâmetros na presença de circunstâncias técnicas especiais. Por exemplo, ao instalar equipamentos, realizar trabalhos de reparo, etc.

Em segundo lugar, ao realizar medições, também é necessário considerar as normas dos fatores associados – níveis de ruído e vibração, que estão indicados nos documentos regulamentadores.

A ultrapassagem dessas normas indica deficiências no sistema de ventilação. A velocidade do ar não deve ter qualquer influência sobre esses indicadores.

Métodos de realização de medições de vazão de ar

Na etapa de comissionamento, é obrigatório realizar medições do fluxo de ar volumétrico no sistema de ventilação e ar condicionado. Isso garantirá a possibilidade de uma configuração de qualidade do sistema e seu funcionamento ininterrupto.

Essas medições são realizadas diretamente no duto de ar ou na grade de entrada. Existem várias metodologias simples.

Medições em difusores de teto

Na maioria das vezes, para medições segundo esta metodologia, utiliza-se um bolômetro. É necessário fechar o difusor e encostar o confusor superior ao teto. É preciso medir tanto o volume total de exaustão de ar do ambiente, quanto o fluxo de insuflamento.

O bolômetro se destaca pela alta precisão devido ao fato de que o retificador de fluxo embutido reduz a probabilidade de erro. Apesar de o instrumento parecer volumoso, ele é bastante leve – seu peso não excede 3 kg.

Em algumas fontes, para medições, recomenda-se usar uma sonda, inserindo-a no espaço entre as lâminas do difusor para obter um resultado médio.

Esta abordagem é ineficaz por dois motivos:

1. A turbulência dos fluxos é muito alta, portanto não é possível ver o fluxo real.
2. É impossível alinhar a sonda diretamente com o fluxo. Os resultados das medições serão distorcidos de qualquer forma.

Portanto, não vale a pena perder tempo com manipulações desnecessárias com a sonda. Existem maneiras muito mais simples e precisas de fazer medições.

Existe ainda outra forma de realizar medições segundo esta metodologia. Ela prevê a existência de um trecho reto e fluxo uniforme. As medições são feitas através de orifícios previamente abertos.

Este método se destaca pela alta precisão, mas nem sempre há condições para sua implementação. Nem sempre existem trechos retos, às vezes é impossível preparar dois furos para as medições. Além disso, para implementar este método são necessárias várias pessoas: uma deve fazer as medições, a outra segurar a escada e assim por diante.

Considerando tudo o que foi dito acima, se precisar de um resultado rápido e preciso sem esforço excessivo – use um bolômetro.

Medições na grade de ventilação

Para realizar operações de controle e medição segundo esta metodologia, utiliza-se um termoanemômetro com hélice de 60 a 100 mm de diâmetro. A hélice deve ser compatível com as dimensões da grade.

Termoanemômetro – um dispositivo multifuncional que pode ser usado não apenas para medir a velocidade do ar, mas também para medir outros parâmetros. Esse dispositivo será muito útil em casa. Ao adquirir um termoanemômetro, é melhor optar por um aparelho que tenha função de análise e documentação de dados.

Este método garante alta precisão nos resultados, com um número mínimo de medições. Para acessar locais de difícil acesso, pode-se usar um extensor especial ou uma sonda telescópica.

Medições no duto de ar

Para realizar as medições, utiliza-se um orifício de trabalho feito especialmente na parede do canal do duto de ar.

É importante observar as seguintes condições:

• o tamanho da seção transversal desse orifício deve corresponder exatamente ao diâmetro da sonda;
• o local para as medições deve ser escolhido cuidadosamente. O orifício é perfurado apenas em um trecho reto, cujo comprimento deve ser de pelo menos 5 diâmetros do duto de ar. O orifício deve ser posicionado de modo que a distância até ele seja de 3 diâmetros, e após ele, 2 diâmetros do tubo.

No caso de medições dentro do duto de ar, deve-se usar um instrumento com rotor de diâmetro entre 16 e 25 mm. Se o duto de ar estiver em altura, uma sonda telescópica ou extensor pode ajudar.

Regras de uso dos dispositivos de medição

Ao medir a velocidade do fluxo de ar e sua vazão no sistema de ventilação e ar condicionado, é necessária a seleção correta dos instrumentos e a observância das seguintes regras de operação.

Isso permitirá obter resultados precisos do cálculo do duto de ar, bem como formar um quadro objetivo do sistema de ventilação.

Para registrar os valores médios de vazão, é necessário realizar várias medições. O número delas depende do diâmetro do tubo ou do tamanho dos lados, se o canal for retangular.

Respeite a faixa de temperatura indicada no manual do instrumento. Além disso, observe a posição do sensor da sonda. Ele deve estar sempre orientado exatamente contra o fluxo de ar.

Se essa regra não for seguida, os resultados das medições serão distorcidos. Quanto maior for o desvio do sensor em relação à posição ideal, maior será o erro.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Instalação da ventilação residencial:

Portanto, é muito importante seguir as regras de medição, pois o menor erro pode afetar os resultados dos cálculos.

Cálculos corretos do duto de ar permitirão selecionar sua configuração ideal e os componentes necessários, garantindo assim o funcionamento ininterrupto e produtivo da ventilação.

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