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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DISCIPLINA: VENTILAÇÃO INDUSTRIAL

PROFESSOR: JOÃO CÍCERO DA SILVA

Projeto de um sistema de Ventilação Geral Diluidora

Aluno:

Bruno Alexandre Roque

Frederico Cerchi

Guilherme Augusto de Oliveira

Uberlândia, 07 de Dezembro de 2011

Conteúdo

  1. Introdução

A ventilação pode ser definida como a movimentação intencional de ar de forma planejada, a fim de atingir um determinado objetivo. Essa movimentação pode ser feita por meios naturais ou mecânicos. O ar sempre se movimenta da zona de maior pressão para a zona de menor pressão. Portanto, o projeto correto de diferenciais de pressão no sistema é de fundamental importância para um bom funcionamento.

  1. Conceitos

Os sistemas de ventilação se classificam como: ventilação geral, natural ou mecânica, que é aquela que ventila o ambiente como um todo, também conhecida como Ventilação Geral Diluidora (VGD) e Ventilação Local Exaustora (VLE), que retira as substâncias emitidas diretamente do local de geração, conduzindo-os para a atmosfera externa.

Figura 1 – Sistemas de Ventilação Geral Diluidora e Local Exaustora

Modernamente o conceito de ventilação está mais abrangente, com vistas a um controle efetivo dos poluentizadores também em ambiente aberto ou não confinado. No campo da higiene do trabalho, a ventilação tem finalidade de prover o conforto térmico, evitar a dispersão, diluir a concentração e purificar o ar, de modo a minimizar o efeito dos compartimentos aéreos. Assim sendo, a ventilação é um método de evitar doenças profissionais oriundas da poluição aérea, mantendo os aerodispersóides nocivos em concentrações baixas compatíveis com a saúde. Permite a manutenção da concentração dos gases, vapores e poeiras explosivas ou inflamáveis fora das faixas de inflamabilidade e explosividade.

    1. Contaminação do ar

A ventilação permite controlar, rigorosamente, a pureza, a velocidade e a distribuição do ar, e, aproximadamente, a temperatura, umidade e as irradiações. Além de remover ou atenuar os efeitos do elemento contaminante, o controle da poluição por meio de ventilação requer o contaminante, muitas vezes, depois de captados, sejam coletados dando o destino devido de modo a não contaminar a atmosfera, rios ou lagos. Torna-se necessário insistir que a ventilação industrial não visa tão somente o controle de confinados ou no limite dos mesmos. Objetiva também impedir o lançamento na atmosfera de fumaças, poeiras, gases, material particulado sólido os quais podem contaminar o ar das adjacências e até mesmo locais relativamente afastados. A composição aproximada do ar, sob três diferentes condições, é dada na tabela a seguir, considerando-se ar limpo e isento de poluentes em geral.

Tabela 1 – Composição média do ar atmosférico

Geralmente o ar ambiente não tem a mesma composição do ar puro, podendo tornar-se inadequados à respiração. Existem limites admissíveis do ar ambiente:

  • Para pressões muito baixas (altitude de 3.300m) a respiração torna-se difícil.

  • Devido ao desprendimento de calor e vapor de água efetuado pelo corpo humano e outros equipamentos, aumento rapidamente e temperatura e umidade do ambiente, dificultando o metabolismo humano.

  • O índice de oxigênio recomendado para a respiração é de 14%, pois para 10% de oxigênio verifica-se asfixia e com 7% a morte.

Existem várias causas da contaminação do ar:

  • Pessoas e animais reduzem O2 e exalam microorganismo;

  • Combustão e iluminação consomem O2 e produzem gases;

  • Automóveis consomem O2 e produzem gases;

  • Fumantes;

  • Indústrias.

    1. Necessidades humanas de ventilação

A ventilação de residências, espaços comerciais e escritórios e necessária para controlar odores corporais, fumaça de cigarro, odores da cozinha e outras impurezas odoríficas e não para manter a quantidade necessária de oxigênio ou remover o Dióxido de carbono produzido pela respiração. Isso é verdadeiro, pois a construção padrão de edifícios para ocupação humana não pode prevenir a infiltração ou a saída de quantidades de ar, mesmo quando todas as janelas, portas e aberturas no forro estiverem fechadas. O consumo normal de ar para um homem adulto com peso de 68,5 Kg é o seguinte:

Tabela 2 – Consumo de ar por humano/atividade

Um adulto, executando trabalhos pesados, respira até cerca de 40 litros de ar por minuto, consumindo 02 litros de oxigênio e exalando 1,7 litros de Dióxido de carbono, aproximadamente. Mackey ofereceu uma interessante análise sobre as alterações físicas e químicas que ocorrem em ambiente interno como resultado da ocupação humana, qual seja: Um adulto consome em um minuto 5,6 m³ de oxigênio e produz cerca de 0,5 m³ de dióxido de carbono. A 21°C perde em uma hora cerca de 75 kcal de calor sensível e cerca de 0,045 kg de vapor de d’água. Assumindo, para simplificação que essas taxas permaneçam constantes, pode-se imaginar o seguinte caso: Um adulto confinado em um ambiente completamente vedado e isolado termicamente com aproximadamente 30 m³, uma temperatura de 21°C, está em situação de repouso; em menos de duas horas, modificará o ambiente de tal modo que a temperatura aumentará para 37°C. Na mesma situação serão necessárias 75 horas para reduzir o oxigênio à 16% e aumentar o Dióxido de carbono para 5%, e, para o caso, a alteração física devido a temperatura é mais perigosa que a alteração química.” Uma redução de oxigênio para valores entre 16 e 20% ocasiona dificuldade de respirar; entre 11 e 16% produz dores de cabeça, e entre 8 a 10 %, ânsia de vômitos e perda de consciência. O ar atmosférico contém, além de oxigênio, azoto, gases raros hidrogênio, Dióxido de carbono e vapor d’água, materiais em suspensão. Os materiais em suspensão que se encontram normalmente no ar é formado por pequena quantidade de poeira de origem mineral, vegetal ou animal, além de bactérias e os chamados de odores, desagradáveis ou não ao olfato. Acima de certa concentração, essas substâncias, passam a constituir os poluentes ou contaminantes ocasionando prejuízos à saúde humana e danos ecológicos. As conseqüências de uma poluição do ar em larga escala, dependendo evidentemente dos poluentizadores, podem manifestar-se em forma de doenças graves entre as quais podemos mencionar:

  • Enfisema pulmonar e outras afecções bronco-pulmonares

  • Hipertensão arterial

  • Doenças do fígado

  • Doença dos olhos e irritação de mucosas

  • Doença do sistema nervoso central

  • Dermatites

  • Anomalias congênitas

  • Alteração de fertilidade no homem e na mulher

Os conhecimentos da Medicina estabelecem níveis de conforto, de poluição e dos limites de tolerância do organismo para um grande número de substâncias, cabe a Engenharia encontrar e explicar a solução adequada para que os limites de segurança sejam respeitados.

    1. Principais contaminantes

Fumos

Os fumos são partículas sólidas, em geral com diâmetros inferiores a 10, chegando mesmo a 01 (01 mícron = 0,001mm). Resultam da condensação de partículas em estado gasoso, geralmente após volatilização de metais fundidos, e quase sempre acompanhada de oxidação. Os fumos tendem a flocularem no ar. É o caso dos fumos metálicos, como o cloreto de amônio, por exemplo. Quando o chumbo é derretido, o vapor de chumbo sublimado em contato com o ar se transforma em óxido de chumbo, PbO, constituindo partículas sólidas extremamente pequenas em suspensão no ar, isto é, aerossóis. Esses fumos de PbO são tóxicos, venenos acumulativos, razão por que, nos linotipos, onde são fundidas ligas de chumbo antimônio, deve-se executar uma instalação de ventilação adequada. Os fumos de óxidos metálicos produzem a chamada “febre dos fundidores” ou “febre dos latoeiros” que se manifesta acompanhada de tremores, algumas horas após a exposição ao “fumo”.

Poeiras

Os aerossóis no caso são formados por partículas sólidas, predominante maiores que as coloidais, com diâmetros compreendidos entre 1 e 100 (Segundo o Manual da Connor, variam de 1 a 10) Resultam da desintegração mecânica de substâncias inorgânicas ou orgânicas, seja pelo simples manuseio (embalagem), seja em conseqüência de operações de britagem, moagem, trituração, esmerilhamento, peneiramento, usinagem mecânica, fundição, demolição etc. Exemplo: poeiras de carvão, sílica, asbestos, algodão, papel, fibras e outras. As poeiras de dimensões maiores são às vezes designadas por particulados ou areias finas, ou ainda, material fragmentado. As poeiras não tendem a flocularem, exceto se submetidas a forças eletrostáticas. Não se difundem; ao contrário, precipitam pela ação da gravidade.

Fumaça

As fumaças são aerossóis constituídos por produtos resultantes da combustão incompleta de materiais orgânicos (lenha, óleo combustível, carvão, papel, cigarro etc.). As partículas possuem diâmetros inferiores a 01 (ou a 0,1, segundo o Manual de Connor).

Névoas

As névoas são aerossóis constituídos por gotículas liquidas com diâmetro entre 0,1 (ou mesmo 0,01) e 100, resultantes da condensação de vapores sobre certos núcleos, ou da dispersão mecânica de líquidos em conseqüência de operações de pulverização, nebulização, respingos etc. Exemplos: névoa de ácido sulfúrico, de ácido crômico, de tinta pulverizada, de “spray” etc. As neblinas se acham compreendidas entre 1 e 50 e se classificam em mist e em flog, sendo as partículas de fog (cerração, orvalho, dispersões de água ou gelo) menores que as de um mist (pulverizados, atomizações, espirro de uma pessoa etc.). No mist ocorre uma baixa concentração de partículas liquidas de tamanho “grande”. Em meteorologia, mist indica uma leve concentração de partículas de água de tamanho suficientemente grande pra que caim. O smong resulta de reações na atmosfera entre certos hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e o ozônio, sob a ação da luz solar. Provocam irritação nos olhos, dificuldades respiratórias e reduz a visibilidade.

Organismos vivos

Os organismos vivos mais comuns são os pólens das flores (5 a 10), os esporos de fungos (01 a 10) e as bactérias (0,2 a 5 ou mesmo até 20). Em circunstâncias especiais e em geral em locais confinados, pode ocorrer a presença de vírus (0,002 a 0,05).

Gases e Vapores

Além dos aerossóis, deve-se levar em consideração os gases e vapores, que podem ocorrer em certos ambientes ou processos industriais, como é o caso do NH3, SO2, CO, CH4, Cl e CO2 (em excesso). São considerados por alguns autores como sendo também aerodispersóides.

  • Gás: É um dos estados de agregação da matéria. Não possui forma e volume próprios e tende a expandir-se indefinidamente. À temperatura ordinária, mesmo sujeita a pressões fortes, não podem ser totais ou parcialmente reduzidos ao estado líquido.

  • Vapor: E a forma gasosa da matéria, a qual, à temperatura ordinária, pode ser reduzida total ou parcialmente ao estado líquido.

“Fly ash” (fuligem)

A fuligem é composta de partículas finamente divididas de produtos de queima de carvão e óleo combustível e que são carregadas nos gases de combustão em geral de fornalhas e queimadores de caldeiras.

    1. Valores limiares da tolerância

Valor limiar da tolerância (V L T) corresponde a uma concentração média de substâncias dispersas no ar de um certo ambiente de trabalho, em um determinado intervalo de tempo, e que representam certas condições para as quais se pode presumir com certa segurança que quase todos os trabalhadores possam estar expostos a esse ar sem que ocorram reações adversas aos seus organismos.

T L V – TWA (Thershold Limit Value – Time Weighted Average)

Corresponde a concentração ponderadas pelo tempo, para uma jornada de trabalho de 8 horas e uma semana de trabalho de 40 horas para quais todos os trabalhadores podem ser expostos repentinamente, dia após dia, sem efeito adverso.

T L V – STEL (Thershold Limit Value – Short Term Exposure Limit)

É a concentração para qual os trabalhadores podem ser expostos por um curto espaço de tempo sem sofrerem:

  • Irritação das mucosas e da pele

  • Dano crônico ou irreversível de qualquer tecido

  • Narcose que impossibilite ou reduza a autodefesa

STEL se define como a concentração num intervalo de tempo de 15 minutos que não pode ser ultrapassada em nenhum tempo durante um dia. As exposições correspondentes ao STEL não devem exceder 15 minutos no máximo quatro vezes ao dia; deve haver no mínimo um intervalo de 60 minutos entre STEL.

Tabela 3 – Valores de TLV para diferentes agentes químicos

  1. Sistema de Ventilação para uma Lavanderia Hospitalar

Neste trabalho, será apresentado o projeto de ventilação de uma lvanderia hospitalar, para um hospital de 1250 leitos. A referida lavanderia contará com 08 lavadoras, 06 secadoras e 04 calandras, todas estas máquinas utilizam vapor para seu funcionamento. Para o projeto da lavanderia hospitalar, é de suma importância considerar-se um sistema de ventilação industrial, respeitando as características de cada ambiente, de forma a aumentar a eficiência do pessoal (conforto térmico) e impedir a disseminação de microrganismos. Serão seguidas as recomendações citadas pelo Ministério da Saúde, no Manual de Lavanderia Hospitalar, Brasil, 1986. É importante a criação de uma diferença de pressão barométrica, com pressão mais baixa na zona contaminada. O ar deve fluir sempre do lado limpo para o lado sujo. O sistema de exaustão da área contaminada e da área limpa devem ser independentes um do outro. A tomada de ar fresco para a área limpa deve ser localizada o mais distante possível da exaustão de incineradores e caldeiras e da exaustão da área contaminada da própria lavanderia. A saída de ar deve ser de modo a não contaminar os serviços adjacentes. O mais adequado é que o ar, antes de ser lançado na atmosfera, passe através de uma cortina de água com produtos especiais para a purificação, evitando que se torne fonte de contaminação. Para captar calor e umidade nos locais de origem, é conveniente a previsão de uma coifa sobre a calandra, com altura máxima de 60 cm acima da mesma e outros exaustores próximos às lavadoras, secadoras e prensas. A exaustão das secadoras deve ser feita por tubos amplos e possuir uma ou mais portas para inspeção e limpeza periódica. No caso de saída do ar para fora do prédio, deve-se construir uma caixa com porta de tela fina, para reter as felpas que se desprendem das roupas durante a secagem. Com base nestas informações, será dimensionado um sistema completo de ventilação, levando em consideração a localização de cada equipamento dentro do layout proposto.

    1. Ventilação na Área Suja

Para este local, que conta com 08 lavadoras e 16 operadores, será considerado um sistema de ventilação geral diluidora, para remoção dos vapores gerados pela água quente utilizada no processo e insuflamento de ar oriundo do ambiente externo. A ventilação geral diluidora é o método de insuflar ar em um ambiente ocupacional, de exaurir ar desse ambiente, ou ambos, a fim de promover uma redução na concentração de poluentes nocivos. Essa redução ocorre pelo fato de que, ao introduzir-se ar limpo ou não poluído em um ambiente contendo certa massa de determinado poluente, faz-se com que essa massa seja dispersa ou diluída em um volume maior de ar, reduzindo, portanto, a concentração desses poluentes. A primeira observação a ser feita é a de que esse método de ventilação não impede a emissão dos poluentes para o ambiente de trabalho, mas simplesmente os dilui. Conforme traz Pimenta, será utilizado um sistema semelhante ao de ventilação geral diluidora mostrado abaixo:

Figura 3 – Desenho esquemático do sistema VGD a ser dimensionado (Pimenta, UNB, 2009)

O ambiente em questão é grande e possui várias entradas de ar exterior. Portanto, não há necessidade de se utilizar um sistema mecânico de insuflamento de ar, a ventilação natural poderá suprir a demanda do sistema (27 m³/h/pessoa segundo a ANVISA). Como se trata de uma lavanderia deve haver certo controle sanitário, a pressão do ambiente será levemente negativa, para garantir que os odores, contaminantes e vapores não se espalhem pelos ambientes vizinhos. Será utilizado o número de 30 trocas/hora, de acordo com recomendações da ANVISA para ventilação em lavanderias em geral. Calculando o volume do ambiente, tem-se um total de 4480 m³ (35 m x 16 m x 8 m). Com isso, será aplicada uma vazão de exaustão de 135.000 m³/h, divididas em 04 bocas de exaustão. A figura a seguir traz a planta baixa do local onde estão alocadas as 08 máquinas lavadoras, 04 bocas de exaustão:

Figura 4– Planta baixa da área suja da lavanderia

      1. Captores

A seguir, será feito o dimensionamento dos captores, que serão localizados acima das máquinas lavadoras. Captor é uma peça ou dispositivo projetado para enclausurar os contaminantes ou vapores, conduzindo os mesmos até a rede de dutos. Para determinar a pressão estática depressão a jusante do captor, aplica-se a equação da energia:

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Trabalhando como pressão relativa e considerando o ar em repouso na aspiração, obtém-se a pressão estática (PE) na entrada do duto:

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