3.4.1 Enquadramento e caracterização geral
A ventilação de impulso constitui um método de controlo de fumo relativamente recente, no caso de Portugal apontando-se a sua utilização a partir do final dos anos 90 [20]. Enquanto que os sistemas convencionais captam o fumo localmente e o transportam por condutas, por ação dos ventiladores de extração, na ventilação por impulso o fumo é encaminhado pelo parque, com o auxílio da ação dos ventiladores de impulso, até às tomas (grelhas) de extração associadas a ventiladores de extração.
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A ventilação por impulso assenta na seguinte estratégia [20]: escoamento do fumo tanto quanto possível para o ponto de exaustão mais próximo; evacuação dos ocupantes de jusante para montante ou perpendicularmente ao escoamento; intervenção dos bombeiros, que deve ser feita de montante para jusante.
Ao nível dos equipamentos, os sistemas convencionais obrigam à colocação de grandes extensões de condutas ao longo dos parques de estacionamento, o que traz desvantagens em vários aspetos como custos de investimento, acréscimo de perdas de carga e maiores necessidades ao nível dos ventiladores de extração, bem como inconvenientes ao nível da instalação, dado que reduz o espaço útil para coordenação com outras instalações técnicas (redes de extinção automática, esgotos, etc.). A utilização de sistemas de ventilação por impulso permite substituir estes componentes simplesmente por ventiladores suspensos nos tetos dos parques de estacionamento.
Figura 3.3 – Extração de fumo com ventilação de impulso em parque de estacionamento
Um ventilador de impulso é um equipamento que faz a toma de ar a montante e promove a aceleração do mesmo, por via da ação de um ventilador axial instalado no seu eixo. A direção de saída do ar pode ser ajustada verticalmente quando equipados com alhetas. Quanto ao sentido do escoamento, os ventiladores de impulso podem ser categorizados em unidirecionais ou reversíveis.
Refiram-se também neste domínio de aplicação os ventiladores de indução, que surgiram mais recentemente. O princípio de funcionamento é diferente, com ventiladores centrífugos, sendo a aspiração feita por baixo, na vertical, perpendicularmente à saída. A forma de projeção do ar serve os mesmos propósitos da ventilação de impulso e, como tal, os ventiladores de impulso e os de indução são tipicamente associados no contexto da desenfumagem de parques de estacionamento.
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Figura 3.4 – Ventilador de impulso e ventilador de indução [24]
Os ventiladores de indução têm como principal vantagem as velocidades de saída de ar superiores, o que em princípio permite reduzir o número de ventiladores numa instalação de desenfumagem. A sua menor altura permite ainda maior flexibilidade na instalação. Têm como desvantagem a limitação da ventilação a um sentido, sendo que os ventiladores de impulso reversíveis permitem assim instalações mais versáteis.
A implantação dos ventiladores numa instalação de ventilação de impulso prende-se com vários fatores, entre os quais:
Localização da(s) entrada(s) de ar; Localização da(s) saída(s) de fumo; Propriedades dos ventiladores de impulso;
Critérios de funcionamento (para controlo de poluição e desenfumagem).
Ilustra-se na Figura 3.5 uma instalação tipo de ventiladores de impulso: a admissão de ar e a extração de fumo encontram-se em lados opostos do parque, criando condições para o seu varrimento com o auxílio dos ventiladores de impulso; os ventiladores instalados nas vias centrais são unidirecionais, funcionando no sentido admissão de ar – extração de fumo. Complementarmente, existe uma linha de ventiladores bidirecionais cujo modo de funcionamento será adequado à situação de desenfumagem que venha a ocorrer.
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Relativamente às propriedades dos ventiladores de impulso, no que se refere à especificações de fabrico indicativas da sua performance, as mais importantes são o diâmetro, o caudal (ou caudais) de funcionamento e o impulso gerado.
3.4.2 Jatos gerados pelos ventiladores
O jato produzido por um ventilador de impulso pode, com algumas simplificações, ser descrito como um jato livre axissimétrico, composto por três regiões sucessivas, ilustradas na Figura 3.6: a região inicial (initial length), a região de transição (transition) e a região de jato desenvolvido (fully developed jet), sendo o jato separado do fluido circundante por uma camada-limite na qual o escoamento é turbulento e rotacional [20].
Figura 3.6 – Jato turbulento submerso (Blevins, 1984, citado por [20])
A região inicial compreende uma zona em que a velocidade se mantém igual à velocidade inicial, denominada de cone potencial (core). Este cone vai estreitando até terminar no início da região de transição, a partir da qual toda a secção transversal do jato apresenta uma velocidade inferior à de saída. Com o aumento da distância à origem, o raio do jato aumenta e a velocidade diminui, com o perfil tipo apresentado na figura.
A norma NP 4540 [12] refere a seguinte expressão para o cálculo do campo de velocidade longitudinal gerado por um jato axissimétrico, em que os parâmetros k0 e k devem ser
específicos para um determinado equipamento.
𝑢(𝑥, 𝑟) =𝑘0 𝑢0 2 𝑟0
𝑥 𝑒
−12(𝑘 𝑥𝑟)2
(3.1)
𝑢(𝑥, 𝑟) – Velocidade nas coordenadas x, r (m/s) 𝑢0 – Velocidade na origem (m/s)
23 𝑟 – Distância transversal ao eixo do jato (m)
𝑟0 – Raio do jato na origem (m)
𝑘0 – Grandeza característica do decaimento da velocidade no eixo (adimensional) 𝑘 – Grandeza característica da expansão do jato (adimensional)
A utilização dos ventiladores de impulso nas condições de instalação dos parques de estacionamento levam a que o movimento de ar seja diferente de um jato livre, devido às limitações impostas pelas paredes (principalmente o teto) e outros obstáculos, designando-se nestas condições o jato como confinado. Nestas circunstâncias as forças de atrito reduzem o impulso gerado pelo ventilador e por conseguinte a sua eficácia.
O jato confinado pode ser dividido em três regiões principais [20]: uma primeira região em que o jato é livre (não confinado), seguida de uma região em que se dá a interferência com a superfície sólida, e finalmente uma região em que se trata de um jato parietal. Estas regiões podem ser designadas, respetivamente, de região de jato livre, região de efeito de Coanda e região de jato de parede.
O caudal do jato confinado de um ventilador de impulso pode ser estimado de forma simplificada através da expressão seguinte, em que os parâmetros a e b poderão ser obtidos por ajustamento à curva de caudal do ventilador obtida por via experimental ou por métodos de cálculo mais robustos [12].
𝑄 = { 0,16𝑥 𝑟0𝑄0 se x < 𝑎 0,16√𝑎 𝑥𝑄0 𝑟0 se x ≥ a ⋀ 𝑄 ≤ 𝑏 (3.2)
𝑄 – Caudal do jato confinado (m³/s) 𝑄0 – Caudal do jato na origem (m³/s)
𝑥 – abcissa de cálculo do caudal do jato confinado (m) 𝑟0 – raio do jato na origem (m)
𝑎 – abcissa a partir da qual o jato passa de livre para confinado (m) 𝑏 – caudal máximo do jato (m³/s)
A aplicação dos caudais calculados para um ventilador na determinação do caudal total movimentado deverá ter em conta a disposição dos ventiladores, uma vez que a colocação de ventiladores em série não deverá produzir um aumento expressivo do caudal. Para além desta metodologia simplificada poderá efetuar-se um cálculo mais preciso, por exemplo pelo
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método de integração do campo vetorial de velocidades, considerando nesse campo vetorial a contribuição de todos os ventiladores [12].