TIPOS DE VENTILAÇÃO NATURAL

A ventilação natural se faz, basicamente, por meio de dois mecanismos: - Ventilação térmica, por efeito chaminé;

- Ventilação dinâmica, por ação dos ventos.

A ventilação natural térmica se baseia na diferença entre as temperaturas do ar interior e do exterior, que origina pressões distintas, provocando um deslocamento da massa de ar da zona de maior para a de menor pressão. Quando nessas condições existem duas aberturas em diferentes alturas, se estabelece a circulação do ar de uma até a outra, denominada efeito “chaminé”, por ser este precisamente o princípio que rege seu funcionamento. A velocidade do ar, neste caso, depende da diferença dos níveis entre os vãos de entrada e saída do ar (RIVERO, 1985).

Figura 2 – Diagrama da distribuição das pressões na ventilação natural por ação dos ventos – Fonte: Frota, 2001. A ventilação natural dinâmica é causada pelas pressões e depressões que são geradas nos volumes de ar como consequência da ação mecânica do vento. O vento é definido como o ar que se desloca paralelamente ao solo em regime lamelar, que ao encontrar um obstáculo sofre um desvio de seus filetes que, ultrapassando o obstáculo, tende a retomar o regime lamelar (FROTA,2001).

Conforme pode ser visto na Figura 2, as paredes expostas ao vento estarão sujeitas a pressões positivas (sobrepressões), enquanto que as paredes não expostas ao vento e a superfície horizontal superior estarão sujeitas a pressões negativas (subpressões). Essa situação proporciona condições de ventilação do ambiente pela abertura de vãos em paredes sujeitas a pressões positivas (sobrepressões) para a entrada de ar, e em paredes sujeitas a pressões negativas (subpressões), para a saída de ar, segundo esquematizado na Figura 3 (FROTA, 2001).

Figura 3 – Diagrama esquemático da ventilação natural por ação dos ventos – Fonte: Frota, 2001.

A distribuição das pressões sobre o edifício depende da direção dos ventos em relação a ele e também das condições do entorno, se existe obstrução às correntes de ar. A pressão exercida no ponto do edifício depende da velocidade do vento e do seu ângulo de incidência. O fluxo da ventilação natural devido à ação dos ventos pode ser calculado por meio da equação 2:

__________

ϕv = ca . A0 . v.√ ( ce – cs ) (2) onde:

- ϕv = fluxo ou vazão de ar pela ação dos ventos (m3/s) ; - ca = coeficiente de perda de carga por ação dos ventos (0,6); - A0 = área equivalente das aberturas (m2);

- v = velocidade do vento externo resultante na abertura (m/s); - ce = coeficiente de pressão da abertura de entrada de ar;

Os coeficientes de pressão (Cp) de um edifício são um dos principais parâmetros no estudo da ventilação natural pela ação dos ventos, sendo definido como o quociente adimensional entre a pressão dinâmica medida em um ponto x na fachada do edifício (Px) e a pressão dinâmica do fluxo de ar (vento) não perturbado a barlavento (Pd), conforme expressona equação 3:

Cp = Px / Pd ( 3 )

Onde : Pd = ( ρ . Vref 2 _{) / 2 ( 4 )}

A pressão dinâmica do fluxo não perturbado (Pd na equação 4) é a força por unidade de área exercida pelo vento em um plano ortogonal ao sentido do escoamento, na qual: Pd é a pressão

dinâmica do fluxo (Pa); Vref é a velocidade do vento tomada na mesma altura do topo do edifício (m/s); e ρ é a massa específica do ar (kg/m3). O coeficiente de pressão (Cp) varia em

função do ponto de interesse na fachada, da forma do edifício, da geometria do entorno e da direção do vento (CÓSTOLA , 2011).

Na prática, valores de Cp são tradicionalmente obtidos em experimentos em túnel de vento de camada limite, entretanto, estes experimentos raramente são realizados em projetos de ventilação natural para um edifício específico, em razão dos custos elevados e do alto know-how envolvidos no processo. Uma prática comum, na ausência de dados de Cp para um edifício que se deseja estudar, consiste no uso de valores de Cp obtidos para outro edifício de formato semelhante. Livros e manuais fornecem um número limitado de dados de Cp e alguns bancos de dados e modelos preditivos oferecem conjuntos de dados de Cp médio para as faces de edifícios com formas simples, como cubos, cilindros, paralelepípedos de diferentes proporções e afins, sendo incomumencontrar dados para edifícios de formatos mais complexos ou com entornos de geometria variada. Além disso, o uso do Cp médio aumenta a probabilidade de erros no cálculo de vazão, apresentando diferenças de até 400% no fluxo de ar calculado. Programas de simulação conhecidos pela sigla em inglês CFD (Computational Fluid Dynamics) oferecem uma alternativa para a simulação do escoamento ao redor dos edifícios e a obtenção de Cp. Numa simulação CFD, o volume de ar ao redor do edifício é dividido em uma malha composta de pequenos volumes, para os quais são realizados os cálculos de conservação de massa e momento. De forma geral, quanto mais fina a malha, mais precisos são os resultados e maior o tempo e capacidade de processamento necessários para realizar a simulação. As simulações de CFD são realizadas por meio da solução interativa das equações de conservação de massa e momento em cada célula da malha. Essas interações devem ser repetidas até que se obtenham resultados que respeitem, da melhor forma possível, o princípio de conservação em todas as células. Uma vez simulado o escoamento ao redor do edifício, o cálculo de

Cp é feito de maneira similar ao realizado com dados de túnel de vento (CÓSTOLA, 2011).

A adequação da arquitetura ao clima ganhou maior importância nos últimos anos e a ventilação natural destaca-se como o principal meio de obtenção do conforto térmico no clima quente e úmido, contribuindo também para diminuir a necessidade de condicionamento artificial. Nesse sentido, o uso da simulação computacional como ferramenta de auxílio ao projeto vem se consolidando como uma alternativa viável. Entretanto, estas ferramentas de simulação da ventilação estão entre os programas mais complexos de operação, uma vez que exigem conhecimentos de mecânica de fluidos e de solução numérica de equações diferenciais (TRINDADE,2010).