Dimensionamento de Dutos de Ventilação

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DIMENSIONAMENTO DE DUTOS DE VENTILAÇÃO 
 
 
1-Introdução 
Antes de apresentar o dimensionamento dos dutos de ventilação vamos ver 
como é dimensionada a vazão que vai ser transportada por esse duto. 
A vazão é determinada pelas condições termodinâmicas desejadas do ar no 
recinto que vai ser alimentado por esse duto. Para tanto vamos aplicar a fórmula 
que relaciona as características que definem a condição do ar no recinto: 
Vazão do ar insuflado = 
hihc
qlqs
titccp
qs



 )(.
 
 
 ti 
 hi 
 
Onde 
qs=taxa de calor sensível na sala (kW) 
ql=taxa de calor latente na sala (kw) 
tc=temperatura do ar no ambiente condicionado (°C) 
ti=temperatura do ar insuflado(°C) 
Øc=umidade relativa do ambiente condicionado 
Cp= calor específico do ar à pressão constante=1,0 
° 	
 
hc=entalpia específica do ar no ambiente condicionado (kJ/kg de ar seco) 
hi=entalpia específica do ar insuflado (kJ/kg de ar seco) 
 
Podemos utilizar também a equação da reta relação entre cargas (taxa de calor 
sensível e taxa de calor latente) para auxiliar na determinação de propriedades 
do ar no ambiente condicionado graficamente com auxílio da carta psicrométrica: 
Equação da reta relação entre cargas: 
qlqs
qs
hihc
titccp



 )(.
 
tc qs 
hc 
Øc ql 
 
Ambiente condicionado 
onde 
qs=taxa de calor sensível na sala 
ql=taxa de calor latente na sala 
tc=temperatura do ar no ambiente condicionado (°C) 
ti=temperatura do ar insuflado (°C) 
hc=entalpia específica do ar no ambiente condicionado (kJ/kg de ar seco) 
hi=entalpia específica do ar insuflado (kJ/kg de ar seco) 
Cp= calor específico do ar à pressão constante=1,0 
° 	
 
A variação das propriedades termodinâmicas como entalpia específica, 
temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo úmido, e umidade absoluta, 
para uma região onde é conhecida a pressão barométrica pode ser obtida 
através da consulta de uma carta psicromética como mostrado abaixo. Esta carta 
foi obtida para uma região onde a pressão é de 101,325 kPa. 
Seguindo o exemplo mostrado abaixo podemos determinar pela carta que para 
uma temperatura de bulbo seco de 42 °C e umidade absoluta de 0,013 kg de 
vapor/kg de ar seco, a entalpia específica é 75kJ/kg de ar seco. 
Assim conhecendo duas propriedades podemos determinar uma terceira. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2-Traçado da Linha de Relação entre cargas na Carta Psicrométrica 
Vamos tomar como exemplo um recinto condicionado onde a taxa de calor 
sensível é igual 65 kW, a taxa de calor latente é igual a 8 kW, a umidade relativa 
é igual a 50%, e a temperatura tc=24 °C. Supondo que o ar seja insuflado com 
uma temperatura de 14 °C. 
Com Øc = 50% e tc=24 °C na carta psicrométrica encontramos hc=47,5kJ/kg 
Aplicando a equação da linha de relação entre cargas temos podemos 
encontrar : 
qlqs
qs
hihc
titccp



 )(.
Substituindo os valores 
865
65
5,47
1424




hi
 resolvendo hi=36,3 kJ/kg
hc 
Podemos verificar esse valor na carta psicrométrica: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A linha de cor laranja é a linha relação entre cargas 
A vazão em massa do ar insuflado pode ser calculada aplicando-se a fórmula 
 = 
)(. titccp
qs

 
Substituindo-se os valores 
 = skg /5,6
1424
65


 
ou 
 = 
hihc
qlqs


 
Substituindo-se os valores 
 = 
3,365,47
865


 = 6,5 kg/s 
 
EXEMPLO – APLICAÇÃO DE LINHA DE RELAÇÃO ENTRE CARGAS 
 
Uma sala de um laboratório apresenta uma carga térmica sensível de 60 kW e 
uma carga latente de 32 kW para uma temperatura interna de 25C e umidade 
relativa de 50 %. O ar deixa a serpentina de resfriamento com uma temperatura 
de 10C e 90 % de umidade relativa, sendo insuflado diretamente na sala do 
laboratório que deverá ser mantida nas condições acima citadas. As condições 
externas de projeto são : temperatura de bulbo seco igual a 35C e temperatura 
de bulbo úmido igual a 25C. O ar externo deve ser admitido na proporção de 1 
para 4 com o ar recirculado. Determinar: 
a) A vazão de ar insuflado. 
b) A potência térmica desenvolvida na serpentina de resfriamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SOLUÇÃO: 
Cálculo das condições do ar na entrada da serpentina: 
Da carta psicrométrica para o ar recirculado entrando com tc=25C e =50% 
podemos ler a entalpia hc=50,5 kJ/kg 
Da carta psicrométrica para o ar externo entrando com tbs=35C e tbu=25C 
podemos ler a entalpia he=76 kJ/kg 
Como a proporção de massas é igual a 1:4 podemos escrever: 
0,8 X50,5 + 0,2 X 76 = 55,6 kJ/kg que é a entalpia de entrada do ar na serpentina. 
Com os dados de saida do ar da serpentina t = 10C e =90% podemos ler na 
carta psicrométrica hs=27,5 kJ/kg 
Portanto a variação de entalpia do ar na serpentina é he - hs= 55,6 – 27,5 = 28,1 
kJ/kg 
qs=60W 
ql=32W 
tc=25°C 
Ø = 50% 
Serp. 
Resfr. 
T=10°C 
Ø=90%
AR EXT 
TBU=25°C 
TBS=35°C 
1
4 
Determinação da vazão do ar insuflado: 
Aplicando-se a equação para cálculo da vazão de ar insuflado temos 
.
m=
)( titccp
qs

= 
1025
60

= 4 kg/s 
 
Assim a potência desenvolvida na serpentina é igual a: 
Ps= (he-hs). m =28,1 X 4 = 114,4 kW. 
Resumindo os resultados: 
a) vazão do ar insuflado m=4,0 kg/s 
b) Potência na serpentina de refrigeração = 114,4 kW. 
 
 
3-Determinação da perda de carga em dutos de ventilação 
A determinação da perda de carga em dutos de ventilação pode ser feita com 
auxílio de um ábaco que mostra em função da velocidade em m/s, diâmetro de 
duto (para dutos de seção circular) em mm, e da vazão em m3/s, obtendo-se a 
perda de carga no eixo horizontal inferior em Pa . Esta perda é avaliada para 
um duto com um comprimento de 30m. Para comprimentos maiores deve-se 
aplicar uma regra de 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1
2 
 
Na figura mostrada na página anterior temos dois exemplos de determinação: 
Ponto 1 – Entramos com um duto de 550mm de diâmetro onde o ar flui a uma 
velocidade de 6,2 m/s – a perda de carga encontrada para um duto com 
comprimento de 30m lida no eixo inferior é igual a 23 Pa. 
Ponto 2 – Entramos com um duto de 200mm de diâmetro onde o ar flui a uma 
vazão de 0,78 m3/s – a perda de carga encontrada para um duto com 
comprimento de 30m lida no eixo inferior é igual a 900 Pa. 
 
Aplicação de dutos de seção retangular 
Quando o duto for de seção retangular, devemos converter a seção retangular 
em seção circular com aplicação da seguinte fórmula 
Equivalente Circular de um Duto Retangular: 8
2
5
)(
).(
.3,1
ba
ba
dc 
 
Onde dc é o diâmetro circular equivalente, a=altura da seção, e b=largura da 
seção. 
Exemplo a=300mm e b=500mm substituindo na fórmula dc=420mm 
 
Aplicação de curvas de 90°: 
Quando em um duto de seção retangular temos um cotovelo de 90° devemos 
calcular o comprimento equivalente através da fórmula: 
126,0)(13,2
].33,0[. W
H
W
R
WL

 
Onde 
L = comprimento equivalente em mm 
W= largura da seção 
H= altura da seção 
W e H devem ser considerados conforme 
mostrado na figura ao lado. 
R=raio da curva na linha de centro 
R=raio interno + 
Após determinado L podemos entrar no ábaco de perda de carga com o 
diâmetro equivalente 
 
A perda de carga nas reduções de seção pode ser determinada pela fórmula 
que avalia a Perda de Pressão dinâmica devido à variação de área (em função 
da velocidade na nova seção) : 
2
2
2 29,1
. 






V
cHd 
onde 
Hd= perda de carga dinâmica em pascal 
V2= velocidade após a redução de seção 
C2 = coeficiente em função da geometria 
 
 
 Tabela do coeficiente C2 em função da geometria 
 
 
 
 
 
1
V2 
 
 
 
1,5 m3/s