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  • MSc. Tania Marie Arispe Angulo

Como obter sistemas de ventilação mais eficientes através de ferramentas de CFD?

Os sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar-Condicionado - HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) são amplamente utilizados em diversos processos industriais e em processos de climatização de ambientes residenciais, comerciais e industriais. Estes conjuntos de sistemas trazem diversos benefícios que vão muito além do conforto térmico.

Neste artigo falaremos especificamente dos sistemas de ventilação forçada, que consistem em um conjunto de componentes (ventiladores, dutos de insuflamento ou exaustão, dampers, filtros, coletores de contaminantes e abafadores de ruídos, entre outros) que permitem a movimentação do ar dentro de um ambiente determinado. Todos estes componentes devem ser projetados ou modificados de forma adequada e analisados como um todo, garantindo assim, o conforto térmico e atendendo os padrões de qualidade de ar exigidos para cada aplicação.

Os sistemas de ventilação em ambientes industriais, comerciais e residenciais são extremadamente necessários, já que possibilitam a circulação do ar e a oxigenação do ambiente. Isso, além de deixar o ambiente mais agradável e com os padrões adequados para os diferentes processos industriais e o conforto térmico das pessoas, evitam a concentração de partículas de poeira, odores e agentes contaminantes, como o dióxido de carbono, gases nocivos, substancias inflamáveis ou explosivas, solventes e poluentes presentes no ar. Todo este conjunto de contaminantes e poluentes, representam um risco para a segurança nos ambientes de trabalho e saúde das pessoas (que podem ocasionar doenças respiratórias e alérgicas ou outros danos sérios e permanentes à saúde). Já em ambientes industriais, estes agentes poluentes, podem contaminar produtos ou até mesmo comprometer a qualidade dos produtos de um processo industrial determinado.

Sendo assim, as aplicações dos sistemas de ventilação vão desde usos para o conforto térmico e redução de agentes poluentes/contaminantes e ou nocivos em determinados ambientes, até diversas aplicações na indústria, tais como: arrefecimento de motores elétricos ou máquinas sujeitas a altas temperaturas, ventilação de ambientes com a finalidade de evitar deterioração de produtos, criação de salas climatizadas com ar tratado e controlado para equipamentos eletrônicos sensíveis, entre outras.

E é por isso que um bom projeto de um sistema de ventilação ou otimização de um sistema já existente é tão importante. Porque é justamente nesta fase de projeto ou reengenharia que é possível considerar os diferentes fatores que afetam no comportamento do sistema e sua performance no ambiente para o qual foi projetado. Assim, é possível obter sistemas de ventilação que além de consumir menos energia promovam a remoção de substâncias contaminantes de forma eficiente e permitam controlar as condições de determinados processos. Isto faz com que seja possível minimizar os riscos para a saúde, evitar a contaminação dos produtos que são manipulados e garantir o conforto térmico e a eficiência do sistema.


Como as ferramentas computacionais ajudam no projeto de sistemas de ventilação mais eficientes?

Uma forma de projetar, otimizar e garantir sistemas de ventilação eficientes é a incorporação de ferramentas computacionais, tais como a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), nas técnicas tradicionais de projeto (cálculos analíticos, aproximações etc.).

Tradicionalmente, a abordagem analítica para o dimensionamento de sistemas de ventilação depende de margens de segurança e considerações para garantir a conformidade com os requisitos. Porém, em alguns casos, o resultado dessa abordagem é a especificação de equipamentos sobre dimensionados que consequentemente aumentam os custos iniciais e o consumo de energia.

Desta forma, uma metodologia que combine a abordagem analítica e técnicas de CFD, aplicada a projetos de sistemas de ventilação ou melhoria da performance de sistemas já existentes, constitui uma ferramenta muito poderosa.

Esta metodologia hibrida permite, além de garantir um projeto eficiente, prever de forma precisa o desempenho de um sistema de ventilação, avaliar e melhorar a sua performance através da modelagem dos fenômenos físicos, das condições ambientais e da geometria detalhada.

O uso das ferramentas de CFD em projetos de ventilação, permite que o sistema seja testado virtualmente, inclusive antes mesmo que o espaço físico exista, através de simulações do escoamento do fluido.

As simulações possibilitam avaliar praticamente qualquer característica geométrica e visualizar o comportamento da velocidade de corrente de ar, distribuição de temperatura, entre outros. Estas análises, por sua vez, permitem que sejam implementadas melhorias já na fase do projeto com o intuito de garantir sistemas mais eficientes. As análises também podem ser ampliadas a sistemas já existentes, permitindo otimizá-los.

Como as análises e testes são executados virtualmente, os custos e recursos usados são muito mais baixos do que a realização de análises físicas.


Alguns usos da simulação CFD em projetos de ventilação

  • Uma aplicação muito importante da simulação CFD em projetos de ventilação é o uso desta ferramenta no projeto de alguns componentes, como ventiladores e/ou sopradores, já que permitem obter as curvas de desempenho e avaliar seu comportamento aerodinâmico através das distribuições de pressão, velocidade e linhas de corrente. Estas análises permitem projetar ventiladores mais eficientes.

  • Projeto ou otimização de sistemas de admissão de ar. Estes sistemas desempenham uma função importante na melhoria da qualidade do ar para vários componentes de engenharia, como turbinas a gás e compressores, motores a diesel, entre outros. A análise de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) ajuda a compreender e otimizar o comportamento do escoamento através do sistema de admissão completo, incluindo todos os componentes (filtro de ar, dutos etc.). Na fase de projeto inicial uma análise de CFD pode ajudar, testando várias mudanças geométricas, para melhorar as características do escoamento.

  • Otimização de ambientes climatizados. No projeto de ambientes climatizados, as simulações CFD permitem prever o comportamento do escoamento de ar num determinado ambiente, em termos de distribuições de pressão, velocidade, temperatura etc. Também permitem realizar comparações de diferentes configurações ou posicionamento de locais de entrada e saída do ar, com a finalidade de garantir o conforto térmico e as condições adequadas para a saúde das pessoas.

  • Mapeamento de dispersão de gases ou poluentes em ambientes fechados. As simulações de CFD permitem fazer estudos de caracterização de contaminantes, poluentes e gases nocivos, como fumaça, dióxido de carbono e partículas de aerossóis em ambientes. Estas análises permitem identificar as regiões onde existe maior concentração destes contaminantes e tomar decisões para melhorar a ventilação.

  • Avaliação de diversas estratégias de ventilação em ambientes fechados. Com o intuito de reduzir os níveis de contaminação ou eliminar zonas de alta concentração de agentes nocivos, é importante que os sistemas de ventilação sejam projetados de forma a garantir a qualidade do ar e a eliminação dos agentes poluentes que podem ocasionar problemas à saúde. No contexto atual, esta aplicação é especialmente importante já que o risco de contrair COVID-19 é maior em ambientes com aglomerações e com ventilação inadequada. Nestes ambientes o vírus parece se disseminar com maior eficiência, por gotículas respiratórias ou aerossóis. Sendo assim, é indispensável o controle da ventilação dos ambientes para melhorar a qualidade do ar, evitar a concentração de agentes contaminantes e reduzir o risco de problemas de saúde.


Desse modo, podemos ver que existem diversas aplicações de sistemas de ventilação na indústria e na climatização de ambientes que podem ser aprimoradas através de ferramentas de CFD.



E você, tem em mente algum sistema de ventilação que possa ser melhorado na sua empresa ou no seu ambiente de trabalho?

A Aleph sempre está em busca de melhorias para desenvolver soluções eficientes e de baixo custo.

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