UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

DISCIPLINA: REFRIGERAO E CLIMATIZAO

PROFESSOR: JORGE EMANUEL

DIMENSIOMANENTO DE DUTOS

DISCENTES (TURMA DA TARDE):

RENAN SANTANA 07021002401

LUIZ CARLOS S. FARIAS 06021004001

CARLOS JELSON DA C. SOUSA 07188002101

PEDRO FACUNDO L. JUNIOR 05021004701

VITOR DIAS DO VALE 05021002401

Belm PA

Dezembro de 2011 SUMRIO

INTRODUO ................................................................................................................. 1

CLCULO DA PERDA DE CARGA .............................................................................. 5

SELEO DOS DIFUSORES ......................................................................................... 8

CLCULO DO TRAJETO CRTICO ............................................................................ 10

ANEXO A ....................................................................................................................... 11

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. 15

1. APRESENTAO

O presente projeto contm o memorial de clculo realizado para se dimensionar uma

rede de dutos para a refrigerao da edificao cuja planta baixa mostrada na figura a

seguir:

Figura 1

A carga trmica total utilizada foi a de horrio de pico de calor gerado:

Calor Latente: 6.986 W

Calor Sensvel: 26.380 W

Porm, a carga trmica por compartimento, foi utilizada a carga trmica gerada no

horrio das 17 h, fazendo-se uma correspondncia percentual entre os valores de carga

trmica por compartimento e total, para se determinar o clculo da vazo, com forme

mostrado na tabela a seguir:

Tabela 1 - Percentual de Carga trmica

Compartimento Carga Trmica

Sensvel

Carga Trmica

Latente

Porcentagem de Calor

Sensvel

Sala 1 5725,91 W 630,57 W 13%

Sala 2 4572,04 W 630,57 W 10,38%

Sala 3 5367,59 W 630,57 W 12,18%

Sala 4 3596,43 W 630,57 W 8,16%

Sala 5 4391,58 W 630,57 W 9,97%

Cozinha 5191,76 W 657,57 W 11.78%

Recepo 7074,88 W 876,76 W 16,05%

Sala de Reunio 8141,5 W 2833,15 W 18,48%

2. CLCULO DE VAZO

De posse dos valores determinados na sesso anterior, pode-se ento, passar para o

clculo da vazo por compartimento. A vazo total obtida atravs da equao:

Onde:

Vazo total, em l/s;

Volume especfico do ar = 0,8214 a 14C;

Carga trmica sensvel = 26.380 W;

Calor especfico do ar = 1,017 KJ/KgC;

Temperatura de projeto = 25C;

Temperatura de insuflao = 14C.

Obs.: A determinao dos valores de , , foi feita com auxlio do programa Cool

Pack.

Substituindo-se os valores encontrados na equao da vazo, chega-se ao valor da vazo

total para o horrio de pico:

Determinada a vazo total pode-se ento calcular os valores de vazo para cada

compartimento, utilizando os percentuais obtidos na Tabela 1. O resultado das vazes

por compartimento est exposto na tabela a seguir:

Tabela 2 - Vazo por Compartimento

Compartimento Percentual Vazo Proporcional

Sala 1 13% 251,7996 L/s

Sala 2 10,38% 201,052296 L/s

Sala 3 12,18% 235,916856 L/s

Sala 4 8,16% 158,052672 L/s

Sala 5 9,97% 193,110924 L/s

Recepo 11.78% 228,169176 L/s

Cozinha 16,05% 310,87566 L/s

Sala Reunio 18,48% 357,942816 L/s

Levando em considerao que a rede de dutos ter a seguinte configurao:

Sendo as sesses nomeadas conforme a Figura 2:

Figura 2

Fluxo de ar

Grelha

Por tanto, cada sesso ter uma vazo com forme mostra a tabela 3:

Tabela 3 Vazo por sesso

Sesso Vazo

A 1936,93 L/s

B 1195,25 L/s

C 657,18 L/s

D 430,77 L/s

E 251,79 L/s

F 380,02 L/s

G 201,05 L/s

H 464,07 L/s

I 235,91 L/s

3. DIMENSIONAMENTO DE DUTOS

Determinadas as vazes, pode-se ento efetuar o dimensionamento dos dutos, os quais

foram feitos atravs do mtodo de Reduo da Velocidade. Este mtodo consiste na

anlise dos dados de projeto em cima do grfico exposto na Figura 3. Selecionando-se

uma velocidade desejada e fazendo a correspondncia entre a vazo encontrada chega-

se aos valores de dimetro equivalente e perda de carga. Como os valores no foram

encontrados diretamente, utilizou-se do artifcio de realizar uma equivalncia de valores

atravs de uma rgua milimetrada.

Figura 3

Sendo a vazo inicial igual a 1936,92 L/s, que se encontra na faixa entre 1000

L/s e 2000 L/s, presentes no grfico. A distncia entre os valores 1000 e 2000 foi de 10

mm. O objetivo neste caso apenas encontrar o ponto inicial para o traado da reta de

dimetro do duto, que ser aquele onde a velocidade admitida e a vazo calculada se

encontram.

O clculo do dimetro equivalente do duto para o trecho A (Figura A.8) obtido

atravs de interpolao:

Pela Figura 3, selecionou-se a velocidade de projeto de 8 m/s, que corresponde a

velocidade mxima para dutos principais de carter comercial. Com a velocidade de

8m/s, selecionada entre as velocidades presentes dentro da faixa sombreada na rea do

grfico da Figura 4, e que:

Figura 4

Traando-se uma reta paralela e vertical no local correspondente a posio da

vazo de 1936,92 L/s no grfico at interceptar a reta correspondente a velocidade de 8

m/s, e traando-se outra reta a partir da interseo das duas retas, para o lado esquerdo,

obtm-se o valor da perda de carga. Como no se chega a um valor exato, o mesmo

artifcio que foi utilizado para o clculo da perda de carga para o duto principal, entre os

valores de 1 e 2 Pa/m que possui 15 mm de entre uma reta e outra, pode-se se estimar o

valor da perda de carga:

Sendo a perda de carga igual a

O dimetro do duto que fica entre os dimetro de 500 mm e 630 mm, que possuem 13

mm de distncia entre si e 7 mm entre a reta de 500 mm e o ponto de interseo, ser

encontrado por:

Sendo o dimetro do duto igual a .

Sendo que 570 mm o dimetro para um duto cilndrico, porm a altura do forro

que de 0,5 m, no permite que um duto desse porte seja instalado. Pois a altura

mxima do duto dever ser 0,35 m para que se possa ter espao para a camada de

isolamento. Por tanto se faz necessrio realizar uma equivalncia entre o duto cilndrico

de 570 mm e um retangular com altura de 350 mm, chegando-se a um duto retangular

de 350mm X 496 mm, atravs da Figura 5:

Figura 5

O mesmo procedimento para o dimensionamento do duto principal (sesso A)

foi repetido para os demais trechos, chegando seguinte tabela, com velocidade de 6

m/s para os dutos de D a I. Resultando no dimensionamento final dos dutos, que esta

exposto nas Tabelas 4 e 5:

Tabela 4 Propriedades das tubulaes

Sesso Comprimento

. (m) Vazo (L/s)

Velocid. (m/s)

Diametro (mm)

Largura

Perda de Carga

Perda de

(mm) (Pa/m) carga (Pa)

A 3 1936,93 8 570,00 496 1,16 3,48

B 4 1195,25 8 423,07 433 1,60 6,40

C 4 657,18 6 315,00 383 1,13 4,53

D 7 430,77 6 291,55 354 1,60 11,20

E 7 251,79 6 251,92 339 2,03 14,23

F 7 380,02 6 249,00 322 1,87 13,07

G 7 201,05 6 223,07 305 2,13 14,93

H 8 464,07 6 301,92 354 1,47 11,73

I 4 235,91 6 240,38 322 2,03 8,13

Total 51

84,23

Tabela 5 - Dimenses finais

Duto Perfil (mm)

A 350x496

B 350x 433

C 350x 383

D 350x 354

E 350x 339

F 350x 322

G 350x 305

H 350x 354

I 350x 322

4. CLCULO DA PERDA DE CARGA

A perda de carga total igual soma entre a perda de carga nos dutos e a perda

de carga nos acoplamentos. Para este dimensionamento de dutos, a perda de carga nos

difusores foi desconsiderada para simplificar os clculos.

4.1 Perda de carga nos dutos:

Apenas a ttulo de critrio de projeto, eis o clculo do tamanho do trecho reto

mnimo para a descarga do ventilador. O trecho mnimo dado pela equao:

, para uma velocidade de escoamento menor que 13 m/s;

a rea da seo transversal para o dimetro equivalente de 511 mm. Neste

caso:

Ento:

Como se adotou um comprimento de 2 m para este duto, o escoamento

proveniente da descarga do ventilador ser completamente desenvolvido.

A perda de carga nos dutos dada pelo produto:

Onde:

- a perda de carga devido presso esttica no trecho do duto. O subscrito

denota o trecho do duto considerado;

Os dados e resultados para o clculo da perda de carga nos trechos de dutos

esto na Tabela 1.2.

4.2 Perda de carga nos acoplamentos :

Os acoplamentos esto especificados por nmeros de acordo com a Figura A.8

do anexo A de 1 a 12. Os acoplamentos selecionados para 1, 2 encontram-se na Figura

A.3 do anexo A. Para os acoplamentos 4, 5, 6, 7, 8 e 9, figura A.2 do anexo A. Para 3,

10, 11 e 12, Figura A.4 do anexo A. Os valores de esto na Tabela 1.3.

Onde:

, , - so os dimetros equivalentes na entrada, desvio e sada da

juno, respectivamente;

, , so as reas da seco transversal na entrada, desvio e sada da

juno, respectivamente;

, , so as vazes na entrada, desvio e sada da juno,

respectivamente;

, - so os coeficientes no desvio e sada da juno, respectivamente;

perda de carga devido presso dinmica;

- velocidade mdia na juno em .

Calcula-se , considerando-se o valor padro para a densidade do ar, atravs da

relao:

Onde:

- coeficiente de perda de carga, onde o subscrito indica se o o valor para o

desvio ou para a sada .

- presso dinmica, dada pela equao ; a Tabela 1.4

apresenta os valores de .

- velocidade mdia do fluido no trecho de duto, ou .

Tabela 6

Junes 1,2 e 3 8 4 38,53

4 em diante 6 36 21,67

4.3 Perda de carga total :

A perda de carga total a perda de carga total nos dutos mais a perda de carga

total devido nos acoplamentos.

Onde:

- Perda de carga total;

- perda de carga nos acoplamentos;

- perda de carga total no dutos.

Com os dados das Tabelas 1.2 e 1.3, tem-se:

5. SELEO DOS DIFUSORES

De acordo com a tabela do fabricante, os difusores do catlogo de que dispomos

esto com suas vazes em , e a partir da vazo necessria para o ambiente e do

alcance mnimo necessrio que ser selecionado o difusor. O tipo de acessrio

selecionado foi o difusor linear de forro que ser localizado do centro de cada ambiente

com exceo dos difusores da sala de reunio, que estaro localizados conforme a

Figura A.8.

O comprimento caracterstico (L) para o difusor linear de forro a distncia at

a parede ou plano mdio entre linhas de descarga, neste caso utilizou-se a distncia at a

parede mais distante, para assegurar que todo o ambiente ser atingido pela descarga do

difusor.

5.1 Determinao da relao

:

Aqui, porque este o valor de velocidade terminal para difusores

de forro lineares.

Segundo a Tabela 7.11 da apostila a relao

. A tabela seguinte expe

o alcance para cada ambiente.

Tabela 7

Ambiente

L (m)

Sala 1 0,3 3 0,9

Sala 2 0,3 2,4 0,72

Sala 3 0,3 2,4 0,72

Sala 4 0,3 2,4 0,72

Sala 5 0,3 2,4 0,72

Cozinha 0,3 3 0,9

Recepo 0,3 2,6 0,78

Sala de reunio 0,3 4 1,2

5.2 Determinao do alcance mnimo:

O alcance mnimo para cada ambiente est exposto na Tabela 1.5, e obtido

atravs da relao

.

5.3 Determinao da vazo por ambiente em :

A vazo para necessria para cada ambiente pode ser encontrada na Tabela 1.1,

porm fornecida em L/s. O catlogo apresenta dutos para vazes em . A

converso das unidades facilmente obtida multiplicando-se os valores de vazo por

ambiente na Tabela 1.1 por 3,6. A tabela seguinte apresenta os valores j convertidos.

Tabela 8

Ambiente Fator de converso Vazo/Ambiente (L/s) Vazo/Ambiente

Sala 1 3,6 203,96 734,26

Sala 2 3,6 160,76 578,74

Sala 3 3,6 182,07 655,45

Sala 4 3,6 175,1 630,36

Sala 5 3,6 199,89 719,6

Cozinha 3,6 202,99 1203,52

Recepo 3,6 334,31 730,76

Sala de reunio 3,6 477,84 860,11

Uma observao importante que na sala de reunio sero utilizados dois

difusores, portanto sua vazo est apresentada pela metade, ou seja, utilizar-se-o dois

difusores com vazo mnima de cada.

Com base nos dados das Tabelas 1.5 e 1.6, o difusor foi selecionado a partir de

um catlogo fornecido pela empresa Tropical. Os difusores selecionados esto

especificados nas figuras A.5, A.6 e A.7 do anexo A.

Como critrio para a seleo, alm de ter que atender s vazes e

alcances mnimos para cada ambiente, o nvel de rudo foi um fator importante, primou-

se pelos mnimos. A velocidade de colarinho do difusor tambm foi considerada,

porque o ar de impacto proveniente do sistema, se muito intenso, causa desconforto em

algumas pessoas, e uma vez que os critrios de climatizao j estavam satisfeitos, deu-

se preferncia s menores velocidades de colarinho. A seguir, tm-se os difusores

selecionados para cada ambiente.

6. CLCULO DO TRAJETO CRTICO

O ventilador a ser selecionado deve fornecer uma presso total mnima igual ou

maior do que a soma das perdas de carga no trajeto crtico.

Ambiente Difusor Dimenses (pol)

Sala 1 DI - 42 24 x 9

Sala 2 DI - 42 18 x 9

Sala 3 DI - 42 21 x 9

Sala 4 DI - 42 15 x 12

Sala 5 DI - 42 24 x 9

Recepo DI - 42 24 x 9

Cozinha DI - 33 18 x 15

Sala Reunio DI - 42 21 x 12

Para o layout determinado (Fig.), tm-se trs trajetos crticos, de I para II, de I para III e

de I para IV.

Perda de carga para o trajeto de I para II:

Neste caso tem-se o maior valor de perda de carga para o trajeto de I III,

portanto, este trajeto o trajeto crtico e o ventilador a ser utilizado deve fornecer no

mnimo a presso perdida neste trajeto.