Qual deve ser a velocidade do ar no duto de ventilação de acordo com as normas técnicas

O microclima proporcionado pelos sistemas de ventilação em uma residência ou ambiente industrial afeta o bem-estar e a produtividade das pessoas. Para criar condições confortáveis de vida, foram desenvolvidas normas que determinam a composição do ar. Concorde, a troca de ar regular é essencial.

Vamos explicar qual deve ser a velocidade do ar no duto. Aconselharemos o que fazer para que o fluxo de ar permaneça sempre fresco e atenda às normas higiênicas. Aqui você encontrará uma descrição detalhada dos métodos de cálculo e uma lista de regras para a seleção do duto ideal.

As informações apresentadas para consulta baseiam-se em dados de manuais normativos. Para a aprendizagem prática dos métodos de cálculo, são fornecidos exemplos. O material textual é complementado com ilustrações claras e vídeos que facilitam a compreensão deste tópico complexo.

Importância da troca de ar para o ser humano

De acordo com as normas de construção e higiene, cada edificação residencial ou industrial deve ser equipada com sistema de ventilação.

Sua principal finalidade é manter o equilíbrio do ar, criando um microclima favorável para o trabalho e o descanso. Isso significa que na atmosfera que as pessoas respiram, não deve haver excesso de calor, umidade ou poluentes de vários tipos.

Falhas na organização do sistema de ventilação levam ao desenvolvimento de doenças infecciosas e doenças do sistema respiratório, à redução da imunidade e à deterioração prematura dos alimentos.

Em um ambiente excessivamente úmido e quente, microrganismos patogênicos se desenvolvem rapidamente, aparecendo focos de mofo e fungos nas paredes, tetos e até nos móveis.

Esquema de ventilação em uma casa particular de dois andares. O sistema de ventilação é equipado com uma unidade de ventilação de insuflação e exaustão economizadora de energia com recuperador de calor, que permite reutilizar o calor do ar extraído do edifício.

Uma das condições para manter um equilíbrio saudável do ar é o projeto correto do sistema de ventilação. Cada parte da rede de troca de ar deve ser selecionada com base no volume do ambiente e nas características do ar nele.

Suponhamos que em um pequeno apartamento seja suficiente uma ventilação de insuflação e exaustão bem ajustada, enquanto em oficinas industriais é obrigatória a instalação de equipamentos para troca de ar forçada.

Na construção de casas, instituições públicas e oficinas de empresas, são seguidos os seguintes princípios:

• cada ambiente precisa ser equipado com sistema de ventilação;
• é necessário observar os parâmetros higiênicos do ar;
• nas empresas, devem ser instalados dispositivos que aumentem e regulem a velocidade da troca de ar; nas residências, condicionadores de ar ou ventiladores, caso a ventilação seja insuficiente;
• em ambientes de diferentes finalidades (por exemplo, em enfermarias e salas de cirurgia, ou em escritórios e salas de fumo) é necessário equipar sistemas diferentes.

Para que a ventilação atenda às condições listadas, é necessário fazer cálculos e selecionar equipamentos – dispositivos de fornecimento de ar e dutos de ar.

Além disso, ao instalar o sistema de ventilação é necessário escolher corretamente os locais de captação de ar para evitar que fluxos contaminados retornem aos ambientes.

No processo de elaboração do projeto de ventilação para uma casa particular, edifício residencial de vários andares ou ambiente industrial, calcula-se o volume de ar e definem-se os locais de montagem dos equipamentos de ventilação: unidades de troca de ar, condicionadores de ar e dutos de ar.

A eficiência da troca de ar depende das dimensões dos dutos de ar (incluindo os dutos de edifícios). Vejamos quais são as normas de velocidade do fluxo de ar na ventilação, indicadas na documentação sanitária.

Regras para determinar a velocidade do ar

A velocidade do movimento do ar está intimamente relacionada a conceitos como nível de ruído e nível de vibração no sistema de ventilação. O ar que passa pelos dutos gera certo ruído e pressão, que aumentam com o aumento do número de curvas e dobras.

Quanto maior a resistência nos tubos, menor a velocidade do ar e maior a potência do ventilador. Consideremos as normas dos fatores associados.

Nº 1 — normas sanitárias de nível de ruído

As normas indicadas no SNiP referem-se a ambientes residenciais (casas particulares e edifícios de apartamentos), públicos e industriais.

Na tabela apresentada abaixo, você pode comparar as normas para ambientes de diferentes tipos, bem como para áreas adjacentes aos edifícios.

Parte da tabela do nº 1 do SNiP-2-77 do parágrafo 'Proteção contra ruído'. As normas máximas permitidas para o período noturno são inferiores aos valores diurnos, e as normas para áreas adjacentes são superiores às para residências.

Uma das razões para o aumento das normas adotadas pode ser justamente um sistema de dutos mal projetado.

Os níveis de pressão sonora são apresentados em outra tabela:

Ao colocar em operação equipamentos de ventilação ou outros relacionados à garantia de um microclima favorável e saudável no ambiente, apenas é permitida uma ultrapassagem temporária dos parâmetros de ruído indicados.

Nº 2 — nível de vibração

A potência de funcionamento dos ventiladores está diretamente relacionada ao nível de vibração.

O limite máximo de vibração depende de vários fatores:

• dimensões do duto;
• qualidade das juntas que reduzem o nível de vibração;
• material de fabricação dos tubos;
• velocidade do fluxo de ar que passa pelos canais.

As normas a serem seguidas ao escolher dispositivos de ventilação e ao fazer cálculos relativos a dutos são apresentadas na tabela a seguir:

Valores máximos permitidos de vibração local. Se durante a verificação os valores reais estiverem acima das normas, significa que o sistema de dutos foi projetado com falhas técnicas que precisam ser corrigidas, ou a potência do ventilador é muito alta.

A velocidade do ar nos dutos e canais não deve influenciar o aumento dos índices de vibração, nem os parâmetros de oscilações sonoras a eles relacionados.

Nº 3 — taxa de renovação do ar

A purificação do ar ocorre através do processo de troca de ar, que se divide em natural ou forçada.

No primeiro caso, ocorre ao abrir portas, bandeiras, basculantes, janelas (e é chamado de aeração) ou simplesmente por infiltração através de frestas nas juntas de paredes, portas e janelas; no segundo, com o uso de condicionadores de ar e equipamentos de ventilação.

A troca de ar em um cômodo, depósito ou oficina deve ocorrer várias vezes por hora, para que o grau de poluição das massas de ar seja aceitável. A quantidade de trocas é a taxa de renovação, um valor também necessário para determinar a velocidade do ar nos dutos de ventilação.

A taxa de renovação é calculada pela seguinte fórmula:

N=V/W,

onde:

• N – taxa de renovação do ar, vezes por hora;
• V – volume de ar limpo que enche o ambiente em 1 h, m³/h;
• W – volume do ambiente, m³.

Para evitar cálculos adicionais, os valores médios da taxa de renovação estão reunidos em tabelas.

Por exemplo, para ambientes residenciais, a seguinte tabela de taxa de renovação do ar é adequada:

De acordo com a tabela, a troca frequente de massas de ar no ambiente é necessária se este apresentar alta umidade ou temperatura do ar – por exemplo, na cozinha ou no banheiro. Consequentemente, quando a ventilação natural é insuficiente nestes ambientes, são instalados dispositivos de circulação forçada.

O que acontecerá se as normas de taxa de renovação do ar não forem cumpridas ou forem, mas de forma insuficiente?

Ocorrerá uma de duas situações:

• Taxa abaixo da norma. O ar fresco deixa de substituir o ar poluído, resultando no aumento da concentração de substâncias nocivas no ambiente: bactérias, microrganismos patogênicos, gases perigosos. A quantidade de oxigênio, essencial para o sistema respiratório humano, diminui, enquanto a de dióxido de carbono aumenta. A umidade sobe ao máximo, o que pode levar ao aparecimento de mofo.
• Taxa acima da norma. Ocorre se a velocidade do movimento do ar nos canais exceder a norma. Isso afeta negativamente o regime de temperatura: o ambiente simplesmente não tem tempo de aquecer. O ar excessivamente seco provoca doenças de pele e do aparelho respiratório.

Para que a taxa de renovação do ar esteja de acordo com as normas sanitárias, deve-se instalar, remover ou ajustar os dispositivos de ventilação e, se necessário, substituir os dutos de ar.

Algoritmo para cálculo da velocidade do ar

Considerando as condições acima e os parâmetros técnicos de um determinado ambiente, é possível determinar as características do sistema de ventilação, bem como calcular a velocidade do ar nos dutos.

Deve-se basear na taxa de renovação do ar, que é o valor determinante para esses cálculos.

Para esclarecer os parâmetros de fluxo, será útil a tabela:

A tabela apresenta as dimensões dos dutos de seção retangular, ou seja, seu comprimento e largura. Por exemplo, ao usar canais de 200 mm x 200 mm a uma velocidade de 5 m/s, o fluxo de ar será de 720 m³/h

Para realizar os cálculos por conta própria, é necessário saber o volume do ambiente e a norma de taxa de renovação do ar para o cômodo ou salão de um determinado tipo.

Por exemplo, é necessário conhecer os parâmetros para um estúdio com cozinha de volume total 20 m³. Vamos considerar o valor mínimo da taxa para cozinha – 6. Então, em 1 hora os canais de ar devem mover cerca de L = 20 m³ * 6 = 120 m³.

Também é necessário conhecer a área da seção transversal dos dutos instalados no sistema de ventilação. Ela é calculada pela seguinte fórmula:

S = πr² = π/4*D²,

onde:

• S — área da seção transversal do duto;
• π — número 'pi', constante matemática igual a 3,14;
• r — raio da seção transversal do duto;
• D — diâmetro da seção transversal do duto.

Suponhamos que o diâmetro do duto de ar de formato circular seja 400 mm, substituímos na fórmula e obtemos:

S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 m²

Conhecendo a área da seção transversal e a vazão, podemos calcular a velocidade. A fórmula para calcular a velocidade do fluxo de ar:

V = L/3600*S,

onde:

• V — velocidade do fluxo de ar, (m/s);
• L — vazão de ar, (m³/h);
• S  — área da seção transversal dos canais de ar (dutos de ar), (m²).

Substituindo os valores conhecidos, obtemos: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 m/s

Portanto, para garantir a taxa de renovação de ar necessária (120 m³/h) ao usar um duto de ar circular com diâmetro de 400 mm, será necessário instalar equipamento que permita aumentar a velocidade do fluxo de ar para 0,265 m/s.

Deve-se lembrar que os fatores descritos anteriormente – parâmetros de nível de vibração e nível de ruído – dependem diretamente da velocidade do movimento do ar.

Se o ruído exceder os valores normativos, será necessário reduzir a velocidade e, consequentemente, aumentar a seção transversal dos dutos de ar. Em alguns casos, basta instalar tubos de outro material ou substituir um trecho curvo do canal por um reto.

Normas recomendadas de velocidade de troca de ar

Durante a elaboração do projeto do edifício, é realizado o cálculo de cada trecho individual. Na produção, são as oficinas; em casas residenciais, os apartamentos; em uma casa particular, os blocos por andar ou cômodos individuais.

Antes da instalação do sistema de ventilação, sabe-se quais são as rotas e dimensões das principais condutas, qual geometria é necessária para os canais de ventilação, qual tamanho de tubo é o ideal.

Não se surpreenda com as dimensões dos dutos de ar em estabelecimentos de alimentação pública ou outras instituições – eles são projetados para extrair grandes quantidades de ar utilizado

Os cálculos relacionados ao movimento dos fluxos de ar dentro de edifícios residenciais e industriais são considerados entre os mais complexos, portanto, devem ser realizados por especialistas experientes e qualificados.

A velocidade recomendada do ar nos dutos de ar está indicada no SNiP — documentação normativa estatal, e é nela que se baseiam durante o projeto ou a entrega dos objetos.

Na tabela estão indicados os parâmetros que devem ser seguidos na instalação do sistema de ventilação. Os números indicam a velocidade de deslocamento das massas de ar nos locais de instalação dos canais e grelhas nas unidades convencionais – m/s

Considera-se que, dentro dos ambientes, a velocidade do ar não deve exceder o valor de 0,3 m/s.

Exceções são circunstâncias técnicas temporárias (por exemplo, trabalhos de reparo, instalação de equipamentos de construção, etc.), durante as quais os parâmetros podem exceder os valores normativos em no máximo 30%.

Em grandes espaços (garagens, oficinas de produção, armazéns, hangares), muitas vezes, em vez de um sistema de ventilação, existem dois.

A carga é dividida ao meio, portanto, a velocidade do ar é ajustada para fornecer 50% do volume total calculado de deslocamento de ar (remoção de poluído ou fornecimento de limpo).

Em caso de circunstâncias de força maior, surge a necessidade de uma mudança brusca na velocidade do ar ou da paralisação total do sistema de ventilação.

Por exemplo, de acordo com os requisitos de segurança contra incêndio, a velocidade do ar é reduzida ao mínimo para evitar a propagação de fogo e fumaça para salas adjacentes durante um incêndio.

Para isso, são instalados cortadores e válvulas nos dutos de ar e nas seções de transição.

Detalhes na escolha do duto

Conhecendo os resultados dos cálculos aerodinâmicos, é possível selecionar corretamente os parâmetros dos dutos de ar, mais especificamente, o diâmetro dos dutos redondos e as dimensões das seções retangulares. Além disso, paralelamente, pode-se selecionar um dispositivo de fornecimento forçado de ar (ventilador) e determinar as perdas de pressão durante o movimento do ar pelo canal.

Conhecendo a vazão de ar e o valor da velocidade de seu movimento, é possível determinar qual seção transversal dos dutos será necessária.

Para isso, utiliza-se a fórmula inversa à fórmula para calcular a vazão de ar:

S = L/3600*V.

Usando o resultado, pode-se calcular o diâmetro:

D = 1000*√(4*S/π),

onde:

• D — diâmetro da seção do duto de ar;
• S — área da seção transversal dos canais de ar (dutos de ar), (m²);
• π — número "pi", constante matemática igual a 3,14.

O número obtido é comparado com os padrões de fábrica aprovados pelo GOST, e são selecionados os produtos com diâmetros mais próximos.

Se for necessário escolher dutos retangulares em vez de redondos, deve-se determinar o comprimento/largura dos produtos em vez do diâmetro.

Ao escolher, orienta-se pela seção aproximada, usando o princípio a*b ≈ S e as tabelas de tamanhos padrão fornecidas pelos fabricantes. Lembramos que, de acordo com as normas, a relação entre largura (b) e comprimento (a) não deve exceder 1 para 3.

Dutos de ar com seção retangular ou quadrada têm formato ergonômico, o que permite instalá-los rentes às paredes. Isso é usado ao organizar exaustores domésticos e mascarar tubos acima de estruturas suspensas de teto ou acima de armários de cozinha (prateleiras superiores).

Padrões amplamente aceitos para dutos retangulares: dimensões mínimas – 100 mm x 150 mm, máximas – 2000 mm x 2000 mm. Dutos de ar redondos são bons porque possuem menor resistência e, consequentemente, apresentam níveis mínimos de ruído.

Últimamente, para uso dentro de apartamentos, são produzidas caixas plásticas convenientes, seguras e leves.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeos úteis ensinarão você a trabalhar com grandezas físicas e ajudarão a entender melhor como funciona o sistema de ventilação.

Vídeo #1. Cálculo dos parâmetros da ventilação natural com o auxílio de um programa de computador:

Vídeo #2. Informações úteis sobre a instalação de um sistema de ventilação em uma casa particular em construção:

As informações do artigo podem ser usadas para fins de conhecimento e para entender melhor o funcionamento do sistema de ventilação.

Para cálculos mais precisos da velocidade do ar no projeto de redes domésticas, recomendamos consultar engenheiros que conhecem os detalhes da instalação de ventilação e podem ajudar a escolher corretamente as dimensões dos dutos de ar.

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