Porque é que as condutas redondas são frequentemente preferidas às rectangulares nos sistemas AVAC? Apesar da utilização tradicional de condutas rectangulares, a engenharia moderna revela que as condutas redondas oferecem vantagens significativas. O seu fabrico é mais económico, são mais fáceis de instalar e minimizam melhor as fugas de ar e as perdas de pressão. Este artigo explora esses benefícios, comparando o investimento inicial, os custos operacionais e a eficiência geral. No final, compreenderá porque é que a mudança para condutas redondas pode levar a poupanças substanciais e a um melhor desempenho nos seus projectos AVAC.
O sistema de condutas de ar é um componente crucial na engenharia de ar condicionado e ventilação. O seu objetivo é transportar eficientemente o ar ajustado para o equipamento final com base no fluxo concebido.
Normalmente, as condutas de ar têm três formas de secção transversal: retangular, circular e oblonga. As condutas rectangulares são normalmente produzidas através da rebitagem de quatro chapas de aço, enquanto as condutas redondas são criadas através do enrolamento de uma chapa de 137 mm de largura chapa de aço numa máquina de moldagem em espiral. As condutas oblongas são relativamente pouco comuns e são normalmente formadas por compressão de condutas circulares.
Antes de 1960, as condutas rectangulares eram as mais utilizadas devido ao seu processo de fabrico simples e aos requisitos de espaço de instalação reduzidos. No entanto, com o desenvolvimento de grandes máquinas de formação de condutas circulares em espiral, muitos projectos de engenharia demonstraram que as condutas circulares são mais económicas e têm um melhor desempenho noutros parâmetros de engenharia em comparação com as condutas rectangulares.
Muitas condutas de ar em tecido de fibra atualmente disponíveis no mercado são sistemas de distribuição de ar que combinam características como saídas de ar, condutas de fornecimento de ar, caixas de pressão estática, materiais de isolamento térmico e registos. Ganharam popularidade entre os utilizadores devido às suas vantagens, tais como fornecimento de ar preciso e uniforme, bloco de instalação leve, aspeto atraente e resistência a bactérias e bolor.
As condutas em tecido de fibra têm várias formas, incluindo redonda, semi-circular, quarto de círculo, oval e semi-oval, para se adaptarem aos requisitos de diferentes estruturas de edifícios.
Conduta redonda em tecido de fibra
Quadro 1: A quota de mercado das condutas circulares em cada ano:
| País | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1990 | 2000 |
| Nórdico | 5 | 15 | 40 | 60 | 70 | 80 | 85 | 90 |
| Alemanha | 5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 25 | 50 |
| França | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 50 | 65 |
| Inglaterra | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 35 | 55 |
Do ponto de vista da análise económica, o custo total de um sistema de condutas de ar num edifício ao longo da sua vida útil pode ser dividido em
A investigação estrangeira demonstrou que, em muitos parâmetros, os sistemas de condutas circulares superam os sistemas de condutas rectangulares.
Este artigo resume os resultados destes estudos e concentra-se na comparação dos aspectos económicos dos sistemas de condutas de ar.
É de notar que, em circunstâncias normais, o custo de renovação constitui uma pequena parte do custo total, pelo que não será considerado nesta discussão.
As razões pelas quais o investimento inicial necessário para um sistema de condutas circulares é inferior ao de um sistema de condutas rectangulares são as seguintes
Concebemos dois sistema de ventilação para uma grande sala utilizando condutas circulares e rectangulares, e comparou a perda de carga do sistema e os parâmetros económicos relacionados. Os resultados, baseados nos preços do mercado nórdico do ano, são apresentados na Figura 1.
Os cálculos mostraram que, nas mesmas condições do equipamento final, o custo global de instalação do sistema de condutas circulares era apenas metade do custo do sistema de condutas rectangulares e o custo do material do sistema de condutas circulares era 80% do custo do sistema de condutas rectangulares.
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| Perda de pressão total (Pa): 150.0 Custo total da instalação: 0,51R Custo total do material: 0,8M （A） | Perda de pressão total (Pa): 165.4 Custo total da instalação: R Custo total do material: M （B） |
Figura 1: Comparação dos esquemas de conceção de condutas
(A) Conduta circular (B) Conduta retangular
A análise económica do espaço ocupado pelo sistema de condutas é um desafio devido à sua dependência da estrutura e da finalidade do edifício.
Pensa-se geralmente que as condutas rectangulares poupam espaço, mas, na realidade, para as condutas rectangulares com uma relação de aspeto próxima, a área real que ocupam é maior do que a das condutas circulares. Isto deve-se principalmente ao facto de as condutas rectangulares necessitarem de flanges para a ligação e de a altura dos bordos dos flanges ser normalmente superior a 20 mm, como mostra a Figura 2 (A).
No entanto, as modernas condutas de ar em espiral podem ser ligadas com flexibilidade normalizada, como mostra a Figura 2 (B), o que não só poupa espaço como também é mais fácil de instalar. Assim, para condutas de ar rectangulares com uma relação de aspeto próxima de 1, as vantagens das condutas circulares não podem ser ignoradas.
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| (A) | (B) |
Figura 2: Comparação das ligação da conduta regime
(A) Conduta retangular (B) Conduta circular
No caso de condutas rectangulares com grandes relações de aspeto, estas podem ser substituídas por várias condutas circulares, como se mostra na Figura 3. Esta alternativa pode tornar o controlo do volume de ar muito mais fácil e também reduzir os custos de instalação. Embora o custo dos materiais possa aumentar, um estudo mostrou que, com este esquema, o investimento inicial é quase o mesmo que o da conduta retangular.
Figura 3: Um plano alternativo que prevê a substituição da conduta retangular de 550 mm × 150 mm por duas condutas circulares D = 200 mm
Em circunstâncias normais, a maior parte dos custos de funcionamento dos sistemas de ar condicionado é o consumo de energia. Isto inclui a energia necessária para aquecer ou arrefecer o ar e também para o transportar para o equipamento final. Se todo o sistema de condutas estiver bem isolado, a quantidade de fugas de ar das condutas torna-se uma fonte significativa de consumo excessivo de energia.
Para o sistema de condutas, o ventilador fornece energia de circulação e a pressão do vento do ventilador normalmente não excede 650Pa. Excluindo a perda de pressão no equipamento final da unidade de tratamento de ar, a cabeça de pressão disponível de todo o sistema de condutas é de cerca de 200-300Pa.
Por isso, é crucial minimizar a perda de carga para o sistema de condutas de ar. Ao mesmo tempo, o nível de fuga de ar também afecta diretamente a seleção da potência do ventilador. De acordo com o teorema do ventilador, a potência do ventilador é proporcional ao cubo do volume de ar. Ou seja, se a taxa de fuga da conduta de ar for 6%, a potência da ventoinha aumentará em 20%. A taxa de fuga das condutas de ar circulares é muito menor em comparação com as condutas de ar rectangulares.
A taxa de fuga da conduta de ar pode ser calculada pela seguinte fórmula:
Na Europa, a estanquidade das condutas de ar divide-se em quatro níveis (A, B, C, D) de acordo com a constante de fuga de ar.
O quadro 2 apresenta as constantes de fuga de ar máximas admissíveis para os respectivos graus.
| Classe A | KA= | 0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Classe B | KB= | 0.009×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Classe C | KC= | 0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Classe D | KD = | 0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
Quadro 2: Classificação da estanquidade ao ar nos sistemas de condutas europeus
A comparação com condutas circulares mostra que as condutas rectangulares requerem um número significativamente maior de parafusos e rebites para a ligação, o que leva a fugas de ar muito mais elevadas.
A figura 4 apresenta dados medidos na Bélgica, que mostram que a taxa média de fuga das condutas rectangulares é sete vezes superior à das condutas circulares.
O "Código para a Construção e Aceitação de Trabalhos de Ventilação e Ar Condicionado" GB50243-2002 também afirma que a fuga de ar permitida para condutas circulares é 50% da fuga de ar permitida para condutas rectangulares.
Figura 4: Medições das taxas de fugas de ar em 21 edifícios belgas (Carrié et al, 1999)
O equivalente hidráulico é utilizado para estimar a perda de pressão do sistema de condutas rectangulares com o mesmo diâmetro equivalente hidráulico. Apesar das suas diferentes formas de secção transversal, têm a mesma perda de pressão ao longo do percurso.
A Figura 5 compara a perda de pressão de uma conduta circular (D = 0,5m, U = 5m/s, Σ = 0,15mm) e de uma conduta retangular com a mesma área e caudal. É evidente que, neste caso, a perda de pressão da conduta retangular é muito superior à da conduta circular e, à medida que a relação de aspeto da conduta aumenta, a perda de pressão aumenta. Isto implica que é necessária uma maior potência do ventilador.
Figura 5: Comparação da perda de pressão entre uma conduta retangular e uma conduta circular com caudal e velocidade constantes (caudal = 1m³/s, v = 5m/s)
O conceito de "diâmetro hidráulico equivalente" pressupõe que a tensão de corte média ao longo do limite de uma conduta retangular deve ser consistente. Por outras palavras, a linha isocinética deve ser paralela ao limite da conduta de ar. No entanto, os resultados reais das medições mostram que, numa conduta de ar retangular, o gradiente de velocidade ao longo da linha diagonal decai mais lentamente e o gradiente de velocidade ao longo da linha central decai mais lentamente.
Por conseguinte, teoricamente, o diâmetro hidráulico equivalente deve ser utilizado com precaução nos dois casos seguintes:
Os dados experimentais também põem em causa a universalidade do diâmetro equivalente hidráulico. JONES realizou uma série de experiências sobre a perda de pressão em condutas rectangulares lisas. A reanálise dos seus dados experimentais é apresentada na Figura 6.
Apesar da falta de dados para 10 < razão de aspeto <25, os dados da Figura 6 ainda sugerem fortemente o efeito monotonicamente crescente da razão comprimento-largura na perda de pressão do diâmetro equivalente hidráulico.
As experiências de Griggsetal com condutas rectangulares rugosas têm resultados semelhantes.
Figura 6: Comparação da perda de pressão entre uma conduta retangular lisa e uma conduta circular com diferentes rácios comprimento-largura
Para evitar a síndrome do edifício doente, é necessário limpar regularmente as condutas de ar. Os métodos de limpeza incluem o método seco (utilizando um aspirador e uma escova) ou o método húmido (utilizando uma esfregona comprida). Em qualquer dos casos, a limpeza de condutas circulares é mais fácil do que a de condutas rectangulares.
A análise económica dos sistemas de condutas de ar é uma tarefa difícil. Deve considerar uma série de factores, uma vez que a vida útil de um sistema de condutas pode frequentemente exceder dez anos. Neste caso, uma pequena melhoria na conceção e na qualidade pode aumentar consideravelmente a rentabilidade do investimento.
Assim, a utilização de condutas circulares é uma solução mais económica. No entanto, é importante notar que, por razões como o silêncio e o espaço, as condutas rectangulares continuam a ser recomendadas para alguns componentes de grande caudal e de grandes dimensões do sistema de condutas de ar, como as aberturas de entrada de ar fresco e as saídas dos dispositivos de tratamento de ar.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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