MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE DUTOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CONDICIONAMENTO DE AR, VENTILAÇÃO E REFRIGERAÇÃO
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE DUTOS
PAULO ROBERTO OLIVEIRA DE CARVALHO JUNIOR - 11011241
João Pessoa, 6 de fevereiro de 2015
Introdução
Um sistema de dutos é um conjunto estrutural cuja função primária é a de conduzir ar entre pontos específicos. Para o cumprimento dessa função, o conjunto de dutos necessita operar satisfatoriamente em relação às determinadas características fundamentais de performance. Os elementos do conjunto são chapas, reforços, emendas, e junções. 
Em uma instalação de ar condicionado, a rede de dutos é responsável por cerca de 25% de seu custo total. Por desempenhar importante função no sistema é necessária a correta definição de seu projeto que envolve as seguintes etapas: 
Estudar as plantas da edificação; 
Decidir sobre o tipo de sistema;
Fazer o zoneamento da edificação;
Localizar as saídas de insuflamento e retorno;
Fazer um esboço de estudo da rede de dutos;
Distribuir a quantidade de ar para cada saída;
Dimensionar as saídas; 
Dimensionar o sistema de dutos;
Calcular a resistência total do sistema; 
Selecionar o ventilador e respectivo motor.
Também é importante frisar que além das etapas descritas acima, o dimensionamento e projeto de um sistema de dutos envolve um processo sofisticado, uma vez que uma série de decisões devem ser tomadas. As principais exigências para os dutos são:
Que conduzam vazões especificadas de ar a locais apropriados;
Que sejam econômicos em termos de custo inicial, custo de operação do ventilador e custo do espaço do edifício por eles ocupado;
Que não transmitam nem gerem ruído exagerado.
Este trabalho busca abordar os métodos de dimensionamento de dutos mais utilizados. 
Métodos de Dimensionamentos de Dutos
Existem três métodos de dimensionamento de dutos que são mais utilizados nos dias atuais, são eles:
Método de Velocidade;
Método de Iguais Perdas de Carga;
Método da Recuperação Estática;
1 – Método de Velocidade
Se trata de um método empírico que consiste em estabelecermos velocidades arbitrárias para cada seção do duto, com isso podemos calcular a perda de carga. As velocidades são selecionadas, tornando-se valores altos para os trechos próximos ao ventilador, sendo progressivamente reduzidas, de modo que as velocidades mais baixas estão nas extremidades do sistema. Uma vez que as vazões de ar para as secções são conhecidas as áreas são facilmente calculadas.
Não há valores de velocidade recomendáveis, uma vez que esta dependerá de aspectos econômicos, limitações de espaço e tipo de condicionamento acústico. Velocidades elevadas provocam grandes perdas de carga e, portanto, alto custo operacional do ventilador, se essas velocidades ocorrerem no circuito de perda de carga máxima. Velocidades elevadas também podem acarretar problemas de ruído, por outro lado, resultam em dutos pequenos, que não só apresentam um custo inicial mais baixo como exigem menor espaço físico.
Em instalações convencionais ou de baixa velocidade, o método da velocidade deixa algo a desejar, pois consiste em escolher uma seção do sistema de duto provavelmente crítica (isso significa usualmente barulhenta, assim a seção escolhida é frequentemente a da saída do ventilador), e o projetista a partir da sua experiência profissional, escolhe uma velocidade apropriada para a seção do duto. 
 	Este método deve ser usado para pequenos sistemas ou em grandes sistemas com poucos dutos e no máximo cinco ou seis bocas.
2 – Métodos de Iguais Perdas de Carga
	
Este método consiste em dimensionar o sistema de dutos de modo que cada trecho ou ramal tenha a mesma perda de carga. Nesse método a versão que produz melhores resultados consiste em escolher a perda de carga total no sistema e dimensionar os dutos de tal modo que essa perda de carga seja dissipada. 
O método de iguais perdas de carga produz melhores resultados que o método da velocidade, uma vez que grande parte da perda de carga no primeiro método é dissipada nos dutos e nas conexões, ao contrário do segundo onde uma parcela significativa da perda de carga é dissipada nos registros para balanceamento do sistema. Levando a um sistema de dimensões reduzidas e, com isso, de menor custo.
 	
Os passos para a aplicação deste método são os seguintes:
Estipular a perda de carga disponível no sistema.
Determinar o comprimento equivalente de todos os circuitos ( a soma dos comprimentos de dutos retos e do comprimento equivalente das conexões).
Dividir a perda de carga pelo maior comprimento equivalente dos circuitos do sistema.
Com o gradiente de pressão obtido no passo 3 e a vazão em cada trecho do circuito de maior comprimento equivalente, escolher as dimensões desses trechos, utilizando a Fig. 1.
Selecionar as dimensões dos demais circuitos de modo que a perda de carga total seja dissipada, tomando a precaução de manter as velocidade dentro da faixa apropriada, para evitar problemas de ruído.
3 – Método da Recuperação Estática
Este método permite estabelecer em cada ponto da rede de dutos pressões estáticas, prefixadas, obtendo-se um bom equilíbrio da rede de dutos, dispensando a regulagem boca a boca, mesmo em redes complexas. Baseia-se no fato de ser possível mediante variações de velocidade converter pressão estática em pressão dinâmica e vice-versa.	
O método propõe que a redução de velocidade (no sentido do ar) de um trecho para outro cause um “ganho” de pressão estática no trecho seguinte igual à perda de pressão estática no mesmo trecho, de modo a manter aproximadamente constante, o nível estático em todos os “nós” da rede. Esse método é mais utilizado nos sistemas de média e alta pressão, com a ideia básica de desacelerar o escoamento à medida que a energia é dissipada como perda de carga. E a desaceleração do escoamento é obtida com o aumento da seção transversal do duto, isto é, o duto cresce no sentido do escoamento. 
A queda de pressão provocada pela dissipação viscosa é compensada com a redução da energia cinética do escoamento. Assim, a pressão no interior do sistema de ventilação é uniforme (idealmente) e qualquer desbalanceamento é ajustado igualmente entre todos os outros ambientes. A principal desvantagem é que o duto aumenta de seção transversal no sentido do escoamento (áte o limite físico ditado pelo espaço de colocação), ou mesmo dois dutos em paralelo deverão conduzir o ar.
Referências Bibliográficas
[1] STOECKER, W, F. JONES, W, J. Refrigeração e ar condicionado. Editora McGraw-Hill do Brasil. Edição de 1985.
[2] Apostila sobre Distribuição de Ar. http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM182/CLIMATIZACAO/apostila/6_DISTRIBUICAO%20DE%20AR.pdf. Acesso em 6 de fevereiro de 2015. 
[3] DOS SANTOS, S. GUILHERME. Estudo de Redes de Distribuição de Ar para Garantia da Qualidade do Ar Interno. http://www.mecanica-poliusp.org.br/wp-content/uploads/2014/02/TCC_023_2006.pdf. Acesso em 6 de fevereiro de 2015.
[4] Dutos de Ar: Parte 2. http://www.refrigeracao.net/Topicos/dutos_2.htm. Acesso em 6 de fevereiro de 2015.