The Basic Principles of Duct Design, Part 1

Quando se trata de aquecimento e arrefecimento de casas, a distribuição forçada de ar é rei. Sim, o meu amigo canadiano Robert Bean de Aquecimento Saudável empurra radiante tanto para aquecimento como para arrefecimento, e o meu amigo texano Kristof Irwin bebeu aquele koolaid e instalou o que pode ser o primeiro sistema de arrefecimento radiante no Texas. Mesmo que os sistemas de distribuição radiante assumam completamente o controlo, ainda assim, vamos precisar de sistemas de condutas de ar forçado. Porquê? Porque ainda precisamos de movimentar ar para ventilação e, em climas húmidos como o sudeste dos EUA, desumidificação.

Então, se vamos movimentar ar através de condutas, precisamos de compreender a física do ar e como o fazemos cumprir a nossa vontade. Nesta série de artigos, vou levar-vos através destas coisas. Hoje vou começar com o que fazem no processo de concepção do HVAC antes de chegarem à fase de concepção das condutas (Manual D), bem como a física do fluxo de ar quando este é limitado por condutas. Vou acompanhar isso com artigos sobre o processo que usamos na concepção de sistemas de condutas, incluindo pressão estática disponível, comprimento equivalente, e escolha de acessórios.

Pronto?

Antes da concepção de condutas

Desenhar um sistema de condutas é importante, mas há algumas etapas críticas que vêm primeiro. O primeiro é o cálculo da carga de aquecimento e arrefecimento utilizando um protocolo como o Manual J* da ACCA ou o Manual de Fundamentos ASHRAE.* É preciso saber quanto aquecimento e arrefecimento é necessário para cada divisão (em BTU/hr). Depois, os requisitos de BTU por hora traduzem-se imediatamente em requisitos de fluxo de ar quarto a quarto em pés cúbicos por minuto (cfm). É feito automaticamente no software que usamos (RightSuite Universal da WrightSoft).

Após saber os números BTU/hr e cfm para o edifício, é necessário seleccionar o equipamento certo para aquecimento e arrefecimento. O protocolo S do Manual S da ACCA* ajuda-o a fazer isso. Há mais do que apenas encontrar um equipamento que satisfaça as cargas totais de aquecimento e arrefecimento para a casa. Tem de se certificar de que se ajusta às condições de design interior e exterior da casa. Idealmente, tem as tabelas de dados de desempenho do fabricante para o ajudar a acertar.

Então está pronto para começar a desenhar o sistema de condutas.

O peso do ar

A primeira coisa que precisa de saber é que o ar tem peso. David Hill fez algumas grandes apresentações sobre o desenho de condutas no Campo de Verão de Building Science e este é o seu ponto de partida. (Ver o excelente resumo de Michael Chandler sobre a palestra do Acampamento de Verão de 2011 de Hill no Green Building Advisor). Na foto abaixo, Hill tem um bloco de 1 pé cúbico, que ele diz que pesaria quase 0,1 libras se fosse ar. O número real é 0,0807 lb à temperatura e pressão padrão.

Se tiver um ar condicionado de 2,5 toneladas, o fluxo nominal de ar seria de 1.000 cfm. (A regra aqui é 400 cfm por tonelada.) Isso significa que o ventilador tem de empurrar cerca de 81 libras de ar através do sistema a cada minuto. É preciso trabalho para mover o peso.

Bem, na verdade, se se lembrar da sua aula de física introdutória, sabe que isso não é bem verdade. Pode mover o peso gratuitamente se o mover horizontalmente e sem qualquer tipo de resistência. É necessário trabalho para o mover para cima contra a gravidade ou para o empurrar em qualquer direcção contra a fricção. E isso leva-nos a…

A física do fluxo de ar

Se levar um ventilador para o seu quintal num dia calmo e o ligar, obterá o seu fluxo de ar máximo. Se pegar nesse mesmo ventilador e soprar o ar para um tubo de cartão, ele tem de trabalhar contra a pressão que se acumula nesse espaço. Quanto mais se reduz o tamanho desse tubo ou se o torna mais comprido ou se vira o ar com ele, mais a pressão estática se acumula. E quanto mais o fluxo de ar é reduzido.

Esse é o princípio básico com que se tem de trabalhar na concepção de condutas. Já escrevi anteriormente sobre os dois factores envolvidos na redução do fluxo de ar nas condutas. Um é o atrito. À medida que o ar se move através de uma conduta, interage com as superfícies. Quanto mais suave for essa superfície interior, melhor é para o fluxo de ar. Quanto mais áspera for a superfície, mais abranda o ar.

O segundo factor é a turbulência. Isto geralmente surge quando se move o ar através de acessórios, ou quando se vira o ar. Com conduta rígida, gira-se o ar com acessórios, mas infelizmente nem sempre é esse o caso com conduta flexível.

Quando o ar sai do condutor de ar, várias coisas lhe acontecem. É enviado para as várias divisões da casa. À medida que viaja através de um sistema de condutas de tronco e ramificação, a quantidade continua a diminuir porque algumas delas são desviadas por cada ramificação no caminho para o fim.

Cada secção de conduta, cada encaixe, cada volta do ar acrescenta resistência a esse fluxo de ar devido à fricção e turbulência. Grelhas e registos, filtros, e amortecedores de equilíbrio também acrescentam resistência. Essa resistência resulta em diminuições da pressão estática, ou quedas de pressão.

Então, começamos na ventoinha com uma pressão elevada. Quando o ar sai das condutas de ventilação, essa pressão já caiu para zero (relativamente à pressão ambiente).

O próximo passo no processo de concepção das condutas

No próximo artigo, falarei mais sobre essas quedas de pressão e como elas determinam a pressão estática disponível, o que depois conduz ao comprimento total efectivo do nosso sistema de condutas. Pode chegar aos outros artigos da série com os links abaixo.

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Outros artigos da série Duct Design:

Concepção da Conduta 2 – Pressão Estática Disponível

Concepção da Conduta 3 – Comprimento Eficaz Total

Concepção da Conduta 4 – Cálculo da Taxa de Atrito

Concepção da Conduta 5 – Dimensionamento dos Dutos

As 2 Causas Principais da Redução do Fluxo de Ar nos Dutos

Não mate o seu fluxo de ar com esta doença do tubo flexível

A ciência da flacidez – tubo flexível e fluxo de ar

O segredo para mover o ar eficientemente através do seu sistema de tubos – o meu artigo sobre a apresentação do acampamento de verão de 2015 de David Hill em tubos ovais