PESQUISA EXPERIMENTAL

A pesquisa experimental realizou-se no período de agosto a dezembro de 2004. Utilizou-se o equipamento mesa d’água do Laboratório de Conforto Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina, o método do traçador e a técnica de injeção direta do indicador, com maquetes em três diferentes escalas dos quatro edifícios selecionados.

2.7.1 O Equipamento Mesa d’água do LabCon/UFSC

A mesa d’água do LabCon é do tipo canal aberto e paralelo e funciona em ciclo fechado. Compõe-se de uma placa horizontal de vidro transparente (mesa) sobre a qual a água escoa em velocidade uniforme, e que constitui o campo de observação e ensaio (medindo 1,20 x 0,715 m, comprimento e largura, respectivamente) (fig. 2.13).

Essa placa está montada em uma estrutura de perfis metálicos, o gabinete (medindo 1,70 x 0,755 x 1,175 m, largura, profundidade e altura, respectivamente). Nas laterais da estrutura, também fechados com vidros transparentes, situam-se os dois reservatórios: o reservatório montante, de onde a água provém, e o reservatório jusante, para onde a água escoa; com capacidade para 90 litros cada.

Complementam o equipamento um sistema hidráulico e outro elétrico. O sistema hidráulico compõe-se de uma tubulação principal de 1” que interliga os reservatórios pela parte inferior. A tubulação inicia com uma boca de entrada (flange de 1”), protegida por tela, no reservatório jusante e termina em um tubo transversal com vários furos, direcionados para o fundo do reservatório montante. Há dois registros de passagem no sistema: um para a água (1”), situado na tubulação principal; e outro para entrada de ar (3/4”), situado numa derivação da tubulação principal — sendo que ambos estão localizados antes do motor.

O sistema elétrico compõe-se de um motor de 0.75 HP de potência e 60 Hz de freqüência máxima, que equivale a uma vazão máxima de 9,60 m3/h, e por um inversor de 200- 240 VAC de potência e 50/60 Hz de freqüência máxima — que serve para controlar a vazão. O motor e o inversor impulsionam a água do reservatório jusante para o montante, passando pelo tubo transversal.

O equipamento trabalha com 120 litros de água, que devem ser assim distribuídos: 90 litros (capacidade total), no reservatório jusante, e 30 litros (1/3 da capacidade), no reservatório montante — aos quais deve ser acrescido o indicador, para visualização das linhas de fluxo.

2.7.2 Os Modelos Reduzidos

Construíram-se maquetes de dois tipos e três diferentes escalas. O primeiro tipo foi compacto, sem divisões internas, representando apenas o perímetro externo dos edifícios, na escala 1/200. O segundo tipo foi vazado (seção horizontal), com todas as aberturas (portas, janelas e passagens) representadas até a base — com exceção para as portas social e de serviço, as quais se consideraram sempre fechadas, e para os guarda-corpos das varandas, os quais se consideraram totalmente abertos —, em escala vertical alterada 1/100 (horizontal) e 1/50 (vertical) e totalmente na escala 1/50 (fig. 2.14).

Confeccionaram-se as maquetes compactas em compensado de madeira de 20 mm, pintadas na cor vermelho e impermeabilizadas com verniz incolor. A altura das maquetes

correspondeu à espessura do compensado (20 mm) e a maior dimensão linear horizontal foi de 12,50 cm, o que permitiu um afastamento mínimo de 29,5 cm das paredes laterais do canal.

Figura 2.14: Maquetes do Edifício 2 em Três Escalas

Confeccionaram-se as maquetes vazadas em escala vertical alterada (1/100 e 1/50) em placas de PET, na cor azul (paredes), e acrílico transparente (vergas das portas), ambos na espessura de 1,5 mm. Cortaram-se as peças por processo a lazer e colaram-nas em placas de vidro transparente de 3 mm de espessura, medindo 30x30cm, equivalente ao tamanho do terreno. A altura das maquetes foi de 5,2 cm e das aberturas de 4,2 cm, que equivalem, respectivamente, ao pé-direito de 2,60 m e altura das vergas de 2,10 m na escala 1/50. A maior dimensão linear horizontal foi de 25 cm, permitindo um afastamento mínimo de 14,75 cm das paredes laterais do canal.

Confeccionaram-se as maquetes vazadas totalmente na escala 1/50 em placas de MDF de 3 mm. Cortaram-se as peças com serra de fita, colaram-nas sobre base também em MDF de 3 mm, com o recorte do perímetro externo dos edifícios, e totalmente impermeabilizadas com verniz incolor. A altura das maquetes foi de 3 cm. A maior dimensão linear horizontal foi de 50 cm, permitindo um afastamento mínimo de 7,375 cm das paredes laterais do canal.

2.7.3 Os Ensaios de Visualização

Consideraram-se os edifícios isolados e desimpedidos de barreiras externas e com as aberturas totalmente desimpedidas, exceto as aberturas de acesso aos apartamentos (portas social e de serviço), as quais se consideraram sempre fechadas. Adotou-se essa opção a fim de simplificar a análise conjunta dos dados; entretanto, cabe destacar que tanto o equipamento

quanto o método de visualização utilizados permitem a modelagem de barreiras externas e variação das áreas das aberturas, num único plano bidimensional.

Não se consideraram, entretanto, dois importantes fatores intervenientes na ventilação natural dos edifícios pela ação do vento, a saber: a configuração do entorno natural e construído, por modificar significativamente o perfil, a direção e a velocidade dos ventos — representado pelos coeficientes de pressão — e o tipo de esquadrias, por produzirem, segundo o esquema de funcionamento e características de permeabilidade de suas folhas, reduções bastante diferenciadas das áreas das aberturas — representadas pelos coeficientes de descarga. Também porque a consideração desses dois fatores implicaria modelagem preponderantemente tridimensional, que é uma das limitações do equipamento e método de visualização de escoamento utilizados.

Considerou-se o regime de escoamento laminar e com direção permanente, com freqüência do inversor entre 25 e 30 Hz — variação necessária para adequada formação da espuma. O indicador de linhas de fluxo utilizado foi o detergente lava-louça, na proporção de 150 ml diluídos em 100 litros de água.

Adotou-se um plano horizontal teórico que passa a 1,70 m de altura do piso, para caracterizar um fluxo direcional horizontal e permitir a passagem do escoamento pelas portas, janelas normais e janelas altas (banheiros). Não se considerou o alargamento do escoamento provocado pela dimensão vertical — simplificação essa comumente adotada em experimentos aerodinâmicos clássicos, realizados em câmaras de fumaça.

Verificaram-se os escoamentos para quatro direções: Nordeste, Leste, Sudeste e Sul, as quais correspondem às direções anuais de vento mais freqüentes em Maceió. Para a experimentação dos ventos Leste e Sul (normais), dispuseram-se as respectivas faces das maquetes paralelas (0º) ao reservatório montante e, dos ventos Nordeste e Sudeste (oblíquos), dispuseram-nas obliquamente (45º). Em todos os casos, as maquetes foram dispostas no centro da mesa.

Obteve-se o registro fotográfico dos ensaios por intermédio de câmara digital NIKON Colorpix 4500, apoiada sobre suporte situado a 80 cm de altura do plano da mesa (fig. 2.15).

Realizaram-se 48 ensaios ao todo, distribuídos em 16 ensaios para cada uma das 3 escalas de maquetes. Inicialmente, utilizaram-se as maquetes compactas na escala 1/200, para identificar as zonas externas dos edifícios a barlavento, sotavento e laterais, bem como as áreas

de formação de vórtices e de abrangência da esteira, para cada uma das quatro direções de vento estabelecidas.

Figura 2.15: Suporte para Registro Fotográfico

A seguir, utilizaram-se as maquetes vazadas de escala vertical alterada (1/100 e 1/50), com a finalidade de identificar as aberturas de entrada e saída, bem como os percursos do escoamento, pelo interior dos apartamentos. O objetivo da escala alterada foi evitar o efeito de barramento do escoamento. Entretanto, a escala horizontal utilizada e a altura adotada para as maquetes de duas escalas dificultaram o registro fotográfico,

Por último, utilizaram-se as maquetes vazadas totalmente na escala 1/50, as quais permitiram melhores condições de observação e registro dos ensaios e não apresentaram efeito significativo de barramento do escoamento, quando comparadas com as maquetes de duas escalas. Apenas para essas maquetes realizaram-se observações com os apartamentos situados a barlavento fechados, a fim de verificar o impacto nos apartamentos situados a sotavento, para cada direção de vento.

Transformaram-se as imagens fotográficas, auxiliadas pelos filmes dos ensaios, em desenhos de escoamento, com auxílio de ferramenta CAD. Nesses desenhos, marcaram-se todas as aberturas de entrada e todas as aberturas de saída; utilizaram-se diferentes cores para cada uma das direções: alaranjado, para a direção Nordeste; amarelo, para Leste; verde, para Sudeste, e azul, para a direção Sul. Essas cores que correspondem às utilizadas no fundo da mesa, nos ensaios, para identificar visualmente cada uma das direções do escoamento.