Cálculo do exaustor para cozinha: como calcular a potência do dispositivo de exaustão

A atmosfera da casa está mais ou menos protegida da rua empoeirada e poluída, mas está indefesa contra os poluentes atmosféricos gerados pela cozinha. Concorde que apenas abrir a janela ao cozinhar é extremamente insuficiente.

É necessário um exaustor sobre o fogão e um duto de ventilação com saída 'para fora', mas primeiro – o cálculo do exaustor para a cozinha para selecionar o equipamento com a potência adequada. Mas como fazer isso sem chamar especialistas?

Tentaremos orientá-lo – neste material, a ordem de execução do cálculo é detalhada, com fórmulas e exemplos específicos de cálculos. Também foram selecionadas fotos ilustrativas e dicas de vídeo úteis sobre a escolha e instalação de exaustores.

Seguindo as recomendações, você pode calcular por conta própria a potência necessária do dispositivo de exaustão, que removerá o ar viciado de forma oportuna e completa.

Como o exaustor difere da ventilação?

Em apartamentos modernos, sobre o fogão da cozinha está instalado um exaustor, mais conhecido como coifa. Muitos proprietários acreditam que este coletor de ar é responsável pela ventilação da cozinha.

Por isso, eles com a consciência tranquila conectam o duto de ventilação do exaustor à abertura de ventilação projetada e construída pelos projetistas do edifício de vários andares.

O que acontecerá se a ventilação padrão da cozinha for bloqueada pelo duto de ar do exaustor? A intensidade da troca de ar no apartamento cairá drasticamente.

Os instaladores de exaustores de cozinha e vendedores de coifas geralmente afirmam o contrário. Eles dirão: este equipamento melhorará significativamente a qualidade do fornecimento de ar da casa, pois possui uma potente unidade de ventilação.

No entanto, a potência do exaustor do fogão não tem relação com a ventilação. A razão é que a troca de ar nos apartamentos da maioria dos edifícios residenciais de vários andares, especialmente os construídos antes do ano 2000, foi projetada com base em ventilação de insuflação e exaustão.

O princípio da troca de ar em um edifício de vários andares é baseado em fontes de ar de insuflação (janelas, aberturas etc.) e dutos de exaustão (fig. à esquerda). Estes últimos são conduzidos verticalmente por todos os andares do edifício. O exaustor da cozinha pode estar conectado ao duto (fig. à direita) ou não.

O ar externo entrava pelas frestas das molduras das janelas e da porta de entrada. E os dutos de ventilação na cozinha, no banheiro e no lavabo eram usados para remover o ar 'viciado'. Parece que não há problema?

O exaustor na cozinha serve para extrair o ar. Então por que não se pode 'encaixar' o duto de ar de um exaustor? A questão é a capacidade de fluxo de ar.

Um exaustor de cozinha não conectado ao sistema de ventilação do prédio descarrega o ar poluído através de uma abertura de ventilação separada ou funciona como um recuperador sem a função de exaustão de massas de ar

Os dutos de ar em edifícios residenciais multifamiliares são projetados para uma certa carga. Em geral, as capacidades de fluxo de qualquer comunicação são cuidadosamente calculadas na fase de projeto.

E em condições ideais (paredes limpas do duto de ventilação, ausência de obstruções na entrada-saída, etc.), a capacidade da ventilação natural em um apartamento de edifício alto será de 160-180 m³/h.

Você também pode se interessar pelas informações sobre a velocidade normativa do ar em dutos de ar, abordadas neste artigo.

Característica do exaustor de cozinha

Nos modelos de exaustores, a potência é significativamente maior – 200-1100 m³/h. Essa potência é necessária para aspirar para o duto de ar os poluentes voláteis gerados durante o cozimento dos alimentos.

No entanto, os vendedores de exaustores afirmam outra razão para escolher a potência do dispositivo de exaustão – a necessidade de troca de ar frequente na cozinha.

A caixa do exaustor instalada sobre o fogão não é responsável pela troca de ar no ambiente da cozinha. Este aparelho apenas remove os produtos voláteis do cozimento dos alimentos. Legenda: A – saída dos produtos de combustão do fogão, B e C – direção do movimento do ar no processo de troca de ar.

As normas de ventilação mecânica realmente estabelecem uma troca de ar de 10 a 12 vezes o volume do ambiente atendido (SNiP 41-01-2003).

Mas o exaustor localizado sobre o fogão da cozinha não realiza a função de 'ventilação do ambiente', pois não é capaz.

O ar que precisa ser renovado (substituído) acumula-se perto do teto. O exaustor não consegue sugá-lo para o duto de ventilação – seu bocal está posicionado muito baixo. Além disso, o fluxo de ar na exaustão e na injeção se comporta de forma diferente.

A instalação eletromecânica atrai o ar de uma distância que não excede o diâmetro do bocal de sucção. Ou seja, com uma largura de 400 mm do exaustor, o ar será aspirado a uma distância de no máximo 400 mm do bocal.

Enquanto isso, a emissão do fluxo de ar ocorre a uma distância superior a 15 diâmetros da abertura de exaustão.

Um simples exemplo 'doméstico': um ventilador doméstico ligado. Do lado oposto, o movimento do ar é quase imperceptível, mas na frente, há um fluxo de ar potente. A propósito, o aspirador de pó suga poeira apenas a uma distância mínima do tapete.

A única forma eficaz de eliminar os produtos voláteis do cozimento – é um duto de ventilação independente. Caso contrário, os odores permanecerão na casa

O exaustor sobre o fogão da cozinha tem uma única tarefa – remover o ar que chega até ele da superfície do fogão.

Naturalmente, em substituição ao ar aspirado, outra porção de ar chegará ao fogão através da janela, porta aberta para o cômodo adjacente, etc. Mas não ocorrerá uma troca completa do volume de ar no ambiente da cozinha.

Se os odores dos alimentos em preparação subirem até o teto – eles não participarão da mistura e serão difíceis de remover.

Por esta razão, o manual dos exaustores contém as seguintes condições de instalação do exaustor e funcionamento: 600 mm do fogão elétrico; 750 mm do fogão a gás; evitar correntes de ar (ventilação cruzada) durante o funcionamento do exaustor, caso contrário os odores se espalharão pelo ambiente.

O exaustor de fogão não proporciona a troca de ar na cozinha. Ao escolher o modelo, o volume de ar do ambiente não é relevante. A relação entre o tamanho da cozinha e a potência do exaustor foi inventada pelos vendedores de lojas de eletrodomésticos de cozinha.

Como calcular a potência necessária do exaustor? Naturalmente, com base no desempenho do fogão da cozinha.

Ao realizar os cálculos para selecionar o exaustor de cozinha, considere os seguintes fatores:

Ordem de cálculo do exaustor

Para calcular o desempenho necessário do exaustor, é necessário conhecer os parâmetros do fogão de cozinha.

No cálculo apresentado abaixo como exemplo, foram utilizadas as características do fogão a gás do fabricante esloveno Gorenje (modelo GI633E35WKB). Observe que a marca e o modelo do fogão foram escolhidos arbitrariamente.

Também pode ser útil para você a informação sobre como instalar o exaustor sobre o fogão a gás, discutida em nosso outro artigo.

Nenhum exaustor é capaz de realizar uma troca de ar 10 vezes na cozinha. Para calcular sua potência, é necessário conhecer a capacidade térmica e as dimensões do fogão de cozinha.

Os cálculos realizados abaixo foram feitos de acordo com o método R NP «ABOK» 7.3-2007. Apesar da finalidade 'industrial' deste método (ventilação de cozinhas industriais de alimentação coletiva), suas fórmulas podem ser aplicadas para calcular os parâmetros de um exaustor doméstico de cozinha.

Ao cozinhar, o fogão emite calor que precisa ser removido (exaustão). A emissão de calor do fogão forma correntes de convecção de ar acima dele, o que simplifica o trabalho do exaustor. Mas é impossível eliminar completamente as contaminações do ar que surgem acima do fogão, confiando apenas na convecção.

Etapa #1 — cálculo da potência térmica total

As partículas voláteis formadas durante o cozimento são transportadas para o exaustor ou painel pelo fluxo de ar de convecção. É o calor gerado pelos queimadores que fornece os volumes de ar para eliminação. Portanto, é necessário calcular sua potência térmica total.

Para sua determinação, utiliza-se a fórmula:

Q_T=q₁+q₂+q₃+q₄,

Aqui, q é a potência térmica nominal de um queimador, em kW.

O modelo de fogão de cozinha em questão possui quatro queimadores a gás na superfície, sendo necessário somar suas potências térmicas.

Calculamos: Q_T=1,9+1,9+1,0+3,5=8,3 kW. O valor obtido de potência térmica é válido para o cozimento simultâneo em todos os queimadores, o que raramente acontece.

A potência do exaustor de cozinha depende diretamente dos parâmetros térmicos do fogão. São os queimadores que formam o fluxo de convecção que requer exaustão. Legenda: Lo – vazão de ar, A/B – largura e profundidade do fogão, h – altura do fogão, Z – altura do fogão ao exaustor, Qk – potência térmica total do fluxo convectivo.

Em princípio, pode-se considerar a emissão de calor apenas dos três queimadores com maior capacidade térmica. Mas vamos deixar assim – por precaução.

Para calcular a potência do exaustor, é necessário determinar o fluxo de ar (L_o) com base nos parâmetros do fogão da cozinha. No entanto, a fórmula do fluxo de ar exige o cálculo de parâmetros intermediários – o diâmetro hidráulico da superfície do fogão (D), o fluxo de ar na corrente convectiva (L_ki) e o fluxo volumétrico dos produtos de combustão (L_ri).

Também no processo de cálculo são utilizados coeficientes desenvolvidos por especialistas da NP «ABOK». Os valores dos coeficientes foram selecionados de acordo com parâmetros adequados para fogões domésticos.

Etapa #2 — cálculo do diâmetro hidráulico e da vazão

Vamos realizar os cálculos do diâmetro hidráulico e do fluxo de ar convectivo. O primeiro parâmetro é determinado pela fórmula:

D=2*A*B/(A+B),

Onde:

• A – largura do fogão da cozinha, m;
• B – comprimento do fogão da cozinha, m.

Substituímos os valores de largura e comprimento do modelo de fogão a gás selecionado para o cálculo de exemplo: D=2*0,6*0,6/(0,6+0,6)=0,6 m.

Além disso, a escolha da potência do exaustor está relacionada à localização futura do dispositivo. Quanto mais espaço livre ao redor do exaustor, mais potente ele deve ser. Para um dispositivo localizado em um canto, aplica-se um fator de correção de 0,8, para um sistema “de ilha” 1,1.

Para determinar os volumes do fluxo convectivo, é necessário primeiro descobrir a parcela de liberação de calor convectivo do nosso fogão. Ela é calculada usando a fórmula:

Q_k=Q_T*K_S*K_K,

Onde:

• Q_T – potência do fogão determinada acima, kW;
• K_S – fração de liberação de calor sensível da potência térmica do equipamento da cozinha. Para fogões de uso doméstico, adota-se o valor de 250 W/kW;
• K_K – fração de liberação de calor convectivo em relação à liberação de calor sensível do equipamento da cozinha. Adota-se o valor de 0,5.

Substituímos os dados numéricos na fórmula, calculamos: Q_k=8,3*250*0,5=1037,5 W. Seguimos em frente e começamos o cálculo do fluxo de ar convectivo.

A fórmula é a seguinte:

L_ki=k*Q_k^1/3*(z+1,7*D)^5/3*r,

Onde:

• k – coeficiente obtido experimentalmente pelos especialistas da NP «ABOK». Ele é adotado como 5·10^-3;
• Q_k – fração de liberação de calor convectivo do fogão calculada acima, W;
• z – distância da superfície do fogão até o exaustor, m. A distância mínima de instalação vertical do exaustor em relação ao fogão a gás é de 0,75 m;
• D – diâmetro hidráulico da superfície do fogão, m. A fórmula de cálculo e o exemplo de cálculo são apresentados acima;
• r – fator de correção, cujo valor depende das condições de instalação do exaustor (veja a imagem da tabela acima). No nosso exemplo, será selecionada a posição do exaustor "na parede", com valor do fator 0,75 (devido à 'proximidade' condicional de móveis adjacentes, o que é comum em cozinhas).

Determinamos o fluxo convectivo, inserindo os dados numéricos na fórmula:

L_ki=5·10^-3*1037,5^1/3*(0,75+1,7*0,6)^5/3*0,75= 0,061 m³/s

Como evidenciam os resultados dos cálculos, o fluxo de ar resultante da convecção sobre o fogão da cozinha é bastante intenso. Considerando esses dados, será possível escolher a potência adequada do exaustor.

Etapa #3 — cálculo da potência do exaustor

O fogão elétrico durante o cozimento não emite produtos de combustão, pois o aquecimento dos queimadores ocorre sem chama aberta – graças às resistências. Já os queimadores a gás produzem produtos de combustão e o exaustor terá que removê-los.

Fórmula para cálculo do fluxo volumétrico dos produtos de combustão do metano:

L_ri=3,75*10^-7*Q_T,

Aqui Q_T – a potência instalada do fogão da cozinha, kW. Este parâmetro foi encontrado anteriormente por nós.

Inserimos seus dados na fórmula e obtemos: L_ri=3,75*10^-7*8,3= 3,1125*10^-6.

A partir do exemplo, fica claro que o valor do fluxo volumétrico dos produtos de combustão de um fogão a gás doméstico é pequeno. Portanto, ao determinar os parâmetros do exaustor da cozinha, é permitido desprezá-lo.

As bordas do exaustor devem ultrapassar ligeiramente os limites do fogão. A – largura do exaustor, B – profundidade do exaustor. Uma saliência de 100 mm é suficiente para evitar a mistura do fluxo convectivo do fogão com a atmosfera da casa.

Assim, chega a vez de calcular o fluxo de ar para o nosso fogão. Este é o parâmetro determinante na escolha do exaustor.

Fórmula para seu cálculo:

L_o=L_ki+ L_ri,

Onde:

• L_ki – valor do fluxo de ar do fluxo convectivo que sobe sobre o fogão, m³/s;
• L_ri – dados do fluxo volumétrico dos produtos de combustão do gás natural nos queimadores do fogão, m³/s.

Resta inserir os dados e calcular o fluxo de ar necessário, arredondando o resultado para três casas decimais: L_o=0,061+3,1125*10^-6=0,061 m³/s. Encontramos o fluxo de ar em metros cúbicos por segundo, mas para a seleção do modelo do exaustor são necessários metros cúbicos por hora (L).

Para converter m³/s em m³/h, deve-se multiplicar o fluxo de ar obtido (L_o) pelo número de segundos em uma hora e pelo diâmetro hidráulico do fogão (D)/L=0,061*3600*0,6=131,76 m³/h.

Assim, a potência máxima suficiente do exaustor para o modelo de fogão a gás Gorenje apresentado no exemplo, com arredondamento 'para garantir', será de 150 m³/h. Uma potência maior simplesmente não é necessária – desperdício de eletricidade.

Por que um exaustor potente 'não puxa'?

Primeiro, deve-se verificar o estado do duto de ventilação no próprio exaustor, remover e lavar (ou substituir) os filtros – de gordura e possivelmente de carvão, o que depende do modelo do exaustor. Os melhores métodos de limpeza da coifa de cozinha contra gordura são discutidos neste artigo.

Também é necessário verificar se o sistema de ventilação está funcionando corretamente e se há alimentação elétrica para ele.

Correntes de ar também podem atrapalhar o funcionamento do exaustor, impedindo o movimento vertical do fluxo de ar por convecção do fogão. Se o problema do exaustor 'fraco' não for identificado – sua fonte está fora da cozinha.

A capacidade do exaustor depende da seção transversal do duto de ventilação para onde vão os vapores do fogão. E os proprietários muitas vezes instalam um exaustor excessivamente potente ou configuram um modo de operação exagerado.

Os proprietários de imóveis residenciais seguem uma lógica simples – quanto mais forte o ventilador puxa, melhor a remoção dos poluentes voláteis do fogão.

Isso está incorreto. A capacidade e o desempenho do sistema de exaustão da cozinha dependem diretamente das características de vazão do duto de ventilação.

A saída do duto de ventilação para o exaustor da cozinha na fachada do edifício garantirá a preservação da tiragem no duto. É obrigatória a instalação de uma válvula de retenção e uma tampa gradeada.

Por exemplo, o duto de ventilação de troca de ar de insuflação e exaustão existente na parede da casa – não é capaz de remover mais de 150 m³/h de ar.

Em primeiro lugar, a seção transversal de tais dutos de ventilação não excede 130-140 mm, o que é insuficiente para ventilação mecânica. Em segundo lugar, a ventilação padrão por dutos em edifícios de vários andares é longa e contém múltiplas irregularidades.

No manual do sistema de ventilação geralmente há um diagrama mostrando a relação entre a pressão no duto e a capacidade. O aumento da pressão causa uma queda na capacidade do exaustor.

Os dutos de ventilação nas casas são montados grosseiramente: paredes irregulares; respingos de argamassa; estreitamentos devido a blocos deslocados; muitas curvas. Ou até mesmo – o poço de ventilação pode estar entupido. Nessa situação, não há como evitar a limpeza.

As tentativas de definir uma capacidade maior para o exaustor conectado ao duto de ventilação da casa produzem o efeito oposto.

Quanto mais forte o fluxo de ar, mais intensamente os defeitos na seção transversal do duto o obstruem. E se o ar ativamente impulsionado não pode avançar, ele se move para trás.

Um exemplo simples – uma bola de futebol. Quanto mais ar você coloca na bola, mais difícil é operar a bomba. A pressão se torna um obstáculo – há muito ar, ele tende a sair de volta pelo tubo, empurrando o cabo da bomba.

Situação semelhante com um exaustor de alta potência – quanto mais intenso o fluxo de ar, mais seu funcionamento é bloqueado.

Além de selecionar corretamente o exaustor da cozinha pela potência, é importante escolher o local ideal para sua instalação.

O duto de ventilação ideal para o exaustor da cozinha é curto, com o mínimo de curvas. Portanto, o ar deve ser removido do fogão não através do duto de alimentação e exaustão, mas através de um duto feito especialmente para o exaustor.

Um orifício na parede frontal, duto de ar rígido ou flexível (de preferência de seção circular), válvula de retenção e uma grade de entrada de ar na saída do canal. É assim que se deve equipar o exaustor da cozinha.

Mais detalhes sobre a instalação de uma válvula de exaustão através da parede para o exterior, discutimos em outro artigo nosso.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Potência, marca, design e princípio de posicionamento do exaustor – tudo isso é contado de forma colorida pelos vendedores das lojas de eletrodomésticos de cozinha.

No vídeo apresentado abaixo, você conhecerá os nuances de escolha que não são mencionados pelos vendedores. Os modelos de exaustores se diferenciam não pela construção, mas pela qualidade de montagem e componentes:

No próximo vídeo, os técnicos realizam a perfuração da parede em um prédio de apartamentos para o duto de ar do exaustor. O trabalho é feito com ferramenta profissional de forma rápida e precisa.

No vão preparado, é instalado o duto de ventilação, que será conectado ao exaustor após o acabamento da cozinha:

A maioria dos vídeos sobre exaustores domésticos contém informações promocionais ou simplificadas sobre sua escolha. Além disso, a ordem de cálculo da potência não é apresentada em nenhum lugar – apenas 'volume da cozinha' e 'renovações de ar 10 vezes'.

Nós, porém, estamos certos de que o equilíbrio da atmosfera doméstica pode ser alcançado de uma única maneira – com o cálculo correto do equipamento de purificação de ar.

O seu exaustor de cozinha lida bem com a remoção do ar viciado? Compartilhe sua experiência de cálculo de potência. Ou talvez você tenha usado um método mais simples em vez de fórmulas e cálculos complexos? Conte-nos sobre ele – deixe seus comentários no bloco abaixo.