Karakatsanis, Bahadori e Vickery (1986) simularam no túnel de vento da Universidade de Ontario, Canadá, uma torre de vento com maquetes em acrílico, escala 1:70, para a determinação dos coeficientes de pressão nas aberturas de entrada e saída de ar, por meio de três diferentes configurações (figura 2.52). Durante as simulações, as maquetes foram variando suas posições, e após a análise dos resultados concluíram que a taxa de fluxo de ar depende da presença de barreiras nas aberturas (caso 3), diminuindo a velocidade do ar, fazendo com que os valores dos coeficientes de pressão sejam baixos ao contrário de edificações livres de barreiras (caso 2). Dependendo do ângulo formado entre a direção do vento e da edificação, a torre atuará como um dispositivo de sucção (ar fluirá da casa para a torre), além disso, quando a abertura de saída de ar estiver obstruída, a taxa de fluxo de ar da torre para a casa será maior.
Caso 1: Torre isolada Caso 2: Torre com edificação
Caso 3: Torre com edificação e pátio Figura 2.52: Configurações testadas no túnel de vento
Fonte: KARAKATSANIS; BAHADORI; VICKERY, 1986
Battle, Zanchetta e Heath (2000) analisaram um estudo feito no túnel de vento do Imperial College, Londres, onde foram testadas maquetes de cinco tipos de captadores de vento em uma mesma edificação, na escala 1:50, e sua relação com o meio urbano (figura 2.53).
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Realizaram-se os ensaios enfatizando diversas variáveis, cujos resultados estão resumidos na tabela 2.8.
Al-Shaali (2002) realizou uma pesquisa para projetar uma torre de vento adequada ao clima das cidades de Abu Dhabi e Al-Ain, situadas nos Emirados Árabes Unidos, caracterizado por temperaturas e umidade relativa altas. Para esse estudo foram construídas maquetes de acrílico, escala 1:48, com diferentes tipologias, testadas em uma mesa com um ventilador e sensores de velocidade do ar, simulando um túnel de vento (figuras 2.54, 2.55 e 2.56).
Após a montagem dos equipamentos foram realizadas as simulações, combinando cada abertura de entrada com cada abertura de saída de ar, sendo 1,5, 2,3 e 3,1m/s as velocidades de vento testadas. Os resultados indicaram que a abertura de saída com barreira posicionada na base da abertura proporcionou um melhor desempenho em relação às outras para todos os casos de abertura de entrada, pois pode ser adaptada para ser usada como uma entrada de ar quando o vento está soprando em outra direção. Outra observação importante é que o menor captador de vento deve localizar- se na fachada oeste da edificação para reduzir o calor gerado a partir do sol da tarde sobre essa fachada, diminuindo a temperatura da superfície dessa parede.
Figura 2.53: Maquetes testadas no túnel de vento (esquerda) e o arranjo no túnel de vento (direita)
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Tabela 2.8: Variáveis testadas nos captadores e os resultados
Variáveis Resultados
Altura Quanto maior a altura do captador, maior o
desempenho da ventilação.
Aberturas Não há variação entre a pressão e as
dimensões das aberturas dos captadores.
Posição
Os captadores são mais eficazes quando colocados na borda do edifício onde há entrada de ar, o qual deve estar a 45° em
relação ao vento.
Forma da cobertura da edificação
A edificação com cobertura piramidal aumentou o desempenho dos captadores, mas como no item anterior, deve estar a 45°
em relação ao vento.
Ângulo do dispositivo
Os captadores de um lado têm um bom desempenho quando posicionados até 30°
em relação ao vento, e, a partir de 90° perdem sua eficiência, ao contrário dos captadores de dois lados que são mais
eficazes a 90°.
Entrada e saída de ar
A edificação e o captador posicionados a 0° em relação ao vento provoca maior pressão na entrada e menor na saída, e a 45° ocorre
o oposto.
Fonte: BATTLE; ZANCHETTA; HEATH, 2000
Abertura de entrada ocupa 1/3 da fachada frontal Abertura de entrada ocupa 1/2 da fachada frontal Abertura de entrada ocupa toda fachada frontal Abertura de entrada reduzida em 60% A abertura de entrada que ocupa 1/3 da fachada frontal é posicionada no centro Figura 2.54: Tipologias de torres analisadas
68 Abertura de saída sem barreira Abertura de saída com barreira posicionada no centro da abertura Abertura de saída com barreira posicionada na base da abertura Abertura de saída com barreira posicionada no topo da abertura Figura 2.55: Tipologias das aberturas de saída de ar
Fonte: AL-SHAALI, 2002
Planta Corte
Figura 2.56: Esquema da montagem para verificação da ventilação nas maquetes Fonte: Adaptado de AL-SHAALI, 2002
Montazeri e Azizian (2008) investigaram o desempenho hidrodinâmico de uma torre de vento unidirecional, acoplada a uma edificação, utilizando ensaio em uma maquete de madeira, escala 1:40, no túnel de vento, com visualização de fumaça, da Escola de Engenharia Mecânica da Universidade de Yazd, Irã (figura 2.57). Após a realização do experimento com velocidade do ar a 7m/s e variação da posição da torre em diferentes ângulos, concluíram que a taxa de fluxo de ar da torre depende dos coeficientes de pressão na abertura da torre, os quais variam consideravelmente com o ângulo de incidência do ar, e quanto maior o ângulo menor será a eficiência da ventilação natural na edificação. Assim, a ventilação atingirá sua eficiência máxima com a torre a 0°,
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desde que não haja barreiras que impeçam ou desviem o fluxo de ar da abertura de entrada da torre.
Figura 2.57: Maquete em madeira da torre com a edificação no interior do túnel de vento (esquerda) e Teste de fumaça (adaptado) com a torre a 0° em relação ao
vento (direita)
Fonte: MONTAZERI; AZIZIAN, 2008
Attia e Herde (2009) realizaram uma simulação de malqaf (espécie de captador de vento utilizado na antiguidade), por meio de uma maquete de acrílico na escala 1:20, no túnel de vento da Unidade de Termodinâmica da Escola de Engenharia da Universidade Católica de Louvain na Bélgica (figura 2.58). Foram analisados os fluxos de ar no malqaf em edificação simples com visualizações de fumaça no túnel de vento, simulando-os com baixo valor de velocidade do ar (2m/s).
As simulações desenvolvidas consideraram vários parâmetros de projeto, como a posição da edificação em relação à direção do vento, o tamanho e tipo das aberturas de entrada e saída de ar, sendo que os resultados mais significativos encontram-se na tabela 2.9.
Percebe-se que a melhor situação é a S3, a qual oferece a maior taxa de renovação de ar (5,6 ren/h), sendo isso o resultado da melhor configuração, pois a edificação possui dois malqafs, um como barlavento e outro como sota-vento, orientados com posições contrárias, mostrando que essa alternativa sustentável de ventilação de interiores pode ser adotada em locais de clima quente.
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Figura 2.58: Maquete em acrílico da edificação com o malqaf (esquerda) e Túnel de Vento da Universidade de Louvain (direita)
Fonte: ATTIA; HERDE, 2009
Tabela 2.9: Resumo das simulações realizadas
Situação Esquema Abertura de Saída em Relação à Parede Velocidade medida (m/s) Renovação de Ar (/h) S1a 0,4 1,7 S1b 0,6 2,0 S2a 0,6 4,0 S2b 1 3,4 S2c 0,4 2,4 S3 - 5,6 S4 - 4,8
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Montazeri (2011) investigou o desempenho de ventilação natural em edificações com captadores de vento, utilizando simulação computacional (software Fluent®) e testes de visualização de fumaça no túnel de vento do Laboratório da Escola de Engenharia Mecânica da Universidade de Yazd, Irã. Para atingir esse objetivo, cinco modelos cilíndricos com áreas de mesma seção transversal e altura foram empregados e divididos internamente em diversos segmentos para obter captadores de dois, três, quatro, seis e doze lados (figura 2.59), e medidos em diferentes ângulos de incidência de ar. Os resultados indicaram que a taxa de ar diminui quanto maior o número de aberturas, sendo o captador de dois lados mais eficiente quando posicionado em um ângulo de 0° em relação ao vento. Observou-se também uma redução no fluxo de ar (quatro vezes menor) para o interior da edificação quando comparado com captadores de seção retangular, o qual possui eficiência 13% maior que os circulares. Quanto à simulação computacional houve boa concordância com o túnel, que apresentou alguns erros de medição devido à sensibilidade direcional das sondas em diferentes direções do vento.
Figura 2.59: Captadores de vento de seção circular (esquerda) e esquema da ligação na edificação (direita)
Fonte: MONTAZERI, 2011
2.4. Simulações em CFD: Software CFX®