Cálculo de Sistema de Exaustão e Ventilação

Método de cálculo do sistema de exaustão e ventilação

Esta calculadora realiza o cálculo aerodinâmico de trechos de uma rede de dutos de ventilação. Ela seleciona o tamanho do duto a partir da vazão de ar e de uma velocidade escolhida e, em seguida, calcula as perdas de pressão por atrito e por resistências locais. O resultado ajuda a estimar as perdas totais por trecho e a comparar dimensões alternativas.

Referências e recomendações

Normas e base de referência

EN 16798-3 é comumente usada como base para o projeto de sistemas de ventilação em edifícios, a seleção das vazões de cálculo e os princípios gerais de cálculo de redes.

EN 12237 e EN 1507 são usadas para requisitos de dutos circulares e retangulares, incluindo tolerâncias e classes de estanqueidade ao ar. Isso é importante ao interpretar os resultados porque vazamentos e qualidade de instalação afetam a vazão real e as perdas de pressão.

ISO 5801 é usada para ensaios de desempenho de ventiladores e para comparar a pressão disponível do ventilador com as perdas calculadas do sistema.

Velocidade do ar e como a velocidade selecionada é definida

Faixas típicas de velocidade são referências práticas. Para ventilação natural, costuma-se usar 1-2 m/s. Para ventilação mecânica, faixas comuns são: residencial 2-4 m/s, escritórios 3-6 m/s, ambientes industriais 6-12 m/s.

Velocidade selecionada v é tomada como o valor médio da faixa escolhida quando a velocidade não é informada manualmente. Esse valor é então usado para calcular a área de seção necessária e o tamanho inicial do duto.

Área requerida e geometria do duto

Área de seção A é calculada a partir da vazão Q e da velocidade selecionada v.

A = (Q / 3600) / v

Aqui Q está em m³/h, v em m/s e A em m². A divisão por 3600 converte m³/h em m³/s.

Duto circular obtém o diâmetro a partir da área.

d = sqrt(4A / π)

Duto retangular é selecionado a partir da área e da relação entre lados escolhida. Uma relação comum é h/b na faixa 1-4. Com a condição h·b = A, os lados são obtidos a partir da relação e da área requerida.

Duto quadrado obtém o lado como sqrt(A).

Diâmetro equivalente e velocidade real

Diâmetro equivalente d_eq é usado para calcular perdas por atrito em dutos não circulares. Em um duto circular, d_eq é igual ao diâmetro real. Em um retângulo ou quadrado, usa-se o diâmetro hidráulico.

deq = 2ab / (a + b)

Aqui a e b estão em mm. Nos cálculos, d_eq é então convertido para metros.

Velocidade real v_a é calculada usando o tamanho nominal selecionado porque a área real após o arredondamento difere da área requerida.

va = (Q / 3600) / Aa

Perdas por atrito

Propriedades do ar são assumidas como constantes: densidade ρ = 1.2041 kg/m³, viscosidade cinemática ν = 0.000015 m²/s.

Número de Reynolds Re define o regime de escoamento e afeta o fator de atrito.

Re = va · deq / ν

Fator de atrito λ é calculado por uma aproximação que considera a rugosidade ε e Re.

λ = 0.1 · ( (ε / deq) + (100 / Re) )0.25

Aqui ε está em mm e d_eq em mm, portanto ε/d_eq é adimensional.

Perda por atrito por metro R′ é calculada a partir da equação de Darcy-Weisbach na forma de pressão.

R′ = (λ / deq) · (ρ · va2 / 2)

Aqui d_eq está em metros e R′ em Pa/m. A perda por atrito em um trecho de comprimento L é R = R′ · L em Pa.

Correção de rugosidade b nesta calculadora é tipicamente 1.0 para os valores ε comuns da lista de materiais. A perda total por atrito do trecho é considerada como R = R′ · L · b.

Resistências locais e como a perda final é determinada

Pressão dinâmica P_d é calculada a partir da velocidade real.

Pd = ρ · va2 / 2

Coeficiente total de perdas locais Σζ é a soma de ζ para todos os elementos locais do trecho, incluindo a quantidade de cada elemento.

Σζ = ζ1·n1 + ζ2·n2 + …

Perda local de pressão Z é calculada assim.

Z = Pd · Σζ

Perda total de pressão ΔP do trecho é a soma das perdas por atrito e das perdas locais.

ΔP = R + Z

Critério de seleção é direto. Se o tamanho nominal escolhido resultar em maior velocidade real, aumentam tanto R quanto Z. Ao comparar opções, é comum verificar como a mudança de tamanho afeta v_a, depois ΔP por trecho e, por fim, somar as perdas de toda a rede.

FAQs

Por que as perdas de pressão caem bastante quando o tamanho do duto aumenta

Com uma seção maior, a velocidade real v_a diminui. Tanto as perdas por atrito quanto as perdas locais dependem de v_a², então até uma pequena redução de velocidade pode gerar uma redução perceptível na perda de pressão.

O que importa mais, perdas por atrito ou resistências locais

Depende do traçado. Em trechos longos e retos, as perdas por atrito costumam dominar. Em redes com muitos cotovelos, tês, grelhas e dampers, a contribuição de Σζ pode ser comparável ou até dominante, especialmente em trechos curtos.

O que significa Σζ e de onde vêm os coeficientes ζ

Σζ é a soma dos coeficientes de perdas locais de todos os elementos do trecho. Os valores de ζ são obtidos em tabelas de resistências locais e em dados de fabricantes. É importante usar ζ para a geometria correta e para a condição de operação, porque em alguns dispositivos ζ muda bastante com a posição e a vazão.

Por que a vazão está em m³/h e a perda de pressão em Pa

m³/h é uma unidade prática para dimensionamento de ventilação e para o trabalho de projeto. A perda de pressão em pascal é a unidade padrão para a demanda de pressão da rede e para comparação com a curva do ventilador. No cálculo, a vazão é convertida para m³/s dividindo por 3600.

Posso selecionar um ventilador diretamente a partir destes resultados

O cálculo mostra as perdas de pressão por trecho e ajuda a estimar a perda total do sistema. Para selecionar o ventilador, também se consideram perdas em equipamentos, filtros, silenciadores e uma margem para sujeira. O ponto de operação é então determinado pela perda total e pela vazão requerida e comparado com a curva do ventilador conforme a ISO 5801.