Quanto custa o vazamento de ar em dutos
O vazamento de ar é o ar que escapa pelas juntas, costuras e passagens de um duto em vez de chegar ao terminal para o qual foi dimensionado. Ele nunca é zero. Um sistema de insuflamento com vazamento obriga o ventilador a movimentar mais ar do que o projeto previa, o que aparece como maior consumo de energia do ventilador a cada hora de funcionamento, ambientes que nunca atingem o setpoint no fim de trechos longos e relatórios de balanceamento que não fecham. Em um retorno em pressão negativa ou em um sistema de exaustão de fumos, o vazamento puxa ar não tratado ou contaminado para dentro do duto, em vez de empurrá-lo para fora, e isso é uma questão de segurança, não de energia.
O vazamento é definido na oficina, não na obra. Depois que o duto está instalado, vedar uma junta que você não alcança mais é lento e pouco confiável. Por isso a especificação fixa o vazamento admissível antes da fabricação, e por isso vale entender o número que ela usa, a classe de vazamento, antes de cortar o aço.
A classe de vazamento SMACNA
A SMACNA (Sheet Metal and Air Conditioning Contractors' National Association) expressa o vazamento admissível como uma classe de vazamento, escrita CL. A classe é a taxa de vazamento em pés cúbicos por minuto por 100 pés quadrados de área de superfície do duto, medida a uma pressão estática de referência de 1 in. w.g. Quanto menor o número CL, mais estanque é o duto.
Como o duto raramente opera exatamente a 1 in. w.g., a classe é escalonada para a pressão real por uma lei de potência:
F = CL × P0.65
Aqui F é o vazamento em cfm por 100 sq ft de superfície do duto, CL é a classe de vazamento e P é a pressão estática em polegadas de coluna d'água. O expoente 0,65 é o valor que a SMACNA usa para classificar dutos. O expoente real de um caminho de vazamento específico pode ficar entre cerca de 0,5 e 0,9, mas 0,65 é o número sobre o qual o sistema de classes é construído. As classes que você verá citadas formam um conjunto discreto:
| Classe de vazamento (CL) |
Estanqueidade relativa |
Onde normalmente se aplica |
| CL 3 | A mais estanque comumente publicada | Duto redondo e oval plano vedado em alta pressão, Classe de Vedação A |
| CL 6 | Estanque | Duto retangular vedado em alta pressão, Classe de Vedação A |
| CL 12 | Moderada | Duto redondo vedado em baixa pressão, ou retangular na Classe de Vedação B |
| CL 24 | Folgada | Duto retangular vedado em baixa pressão, Classe de Vedação C |
| CL 48 | A mais permeável | Duto metálico retangular sem vedação |
O erro mais comum é citar uma única classe de vazamento para um tipo de duto sem informar a pressão e a classe de vedação a que ela pertence. Duto retangular vedado não é um número único. É CL 24, 12 ou 6, dependendo do rigor da vedação, que é o assunto da próxima seção.
A classe de vedação determina a classe de vazamento
A classe de vazamento é um resultado. O que a oficina realmente controla é a classe de vedação, que define quais partes do duto são vedadas: a Classe de Vedação C veda as juntas transversais, a Classe de Vedação B acrescenta as costuras longitudinais e a Classe de Vedação A acrescenta também todas as passagens pela parede do duto. Uma vedação mais rigorosa resulta em uma classe de vazamento esperada menor. A SMACNA correlaciona as duas assim:
| Construção |
Classe de Vedação C |
Classe de Vedação B |
Classe de Vedação A |
| Duto metálico retangular | CL 24 | CL 12 | CL 6 |
| Duto metálico redondo e oval plano | CL 12 | CL 6 | CL 3 |
Duas coisas decorrem dessa tabela. Primeiro, o duto redondo e oval plano fica cerca de uma classe de vazamento mais estanque que o retangular com a mesma classe de vedação, porque uma costura de travamento espiral conformada por rolos tem muito menos comprimento de junta por onde vazar do que uma seção retangular de quatro cantos. Segundo, a classe de vedação está ligada à classe de pressão. As HVAC Duct Construction Standards da SMACNA de 2005 atribuem a Classe de Vedação C a 1/2, 1 e 2 in. w.g., a Classe de Vedação B a 3 in. w.g. e a Classe de Vedação A a 4, 6 e 10 in. w.g., embora em algumas apresentações o limite de 2 in. w.g. caia na Classe de Vedação B, e a ASHRAE 90.1 agora exija a Classe de Vedação A independentemente da classe de pressão. Em qualquer caso, uma especificação de alta pressão leva você à classe de vazamento mais estanque por meio da classe de vedação, sem que isso precise ser escrito explicitamente.
Uma observação sobre edições. Os valores acima são os números tradicionais da SMACNA, presentes nas HVAC Duct Construction Standards. Uma revisão posterior do manual de ensaio de vazamento da SMACNA tornou as classes esperadas mais rigorosas; portanto, se a sua especificação citar uma edição específica do manual, leia a tabela de classes dessa edição em vez de presumir estes números.
Como o vazamento de dutos é ensaiado
Um ensaio de vazamento é simples em princípio. Um trecho do sistema acabado é isolado e vedado nas duas extremidades. Um soprador o pressuriza até a pressão de ensaio, e a vazão que o soprador precisa continuar fornecendo para manter essa pressão é medida em uma placa de orifício calibrada. Essa vazão de reposição é o vazamento do trecho. Divida-a pela área de superfície ensaiada e você tem o vazamento nas mesmas unidades de cfm por 100 sq ft da classe.
As especificações raramente pedem o ensaio do sistema inteiro. Elas indicam uma fração representativa, uma pressão de ensaio igual à pressão de projeto do trecho e um critério de aprovação. Esse critério costuma ser escrito de duas formas ao mesmo tempo: uma classe de vazamento que o trecho deve cumprir e um limite do vazamento total como porcentagem da vazão do sistema. O ASHRAE Handbook situa o vazamento aceitável do sistema inteiro na faixa de aproximadamente 1 a 5 por cento da vazão de projeto na pressão de operação, e as especificações de projeto normalmente ficam dentro dessa faixa. O projetista responsável define o valor exato.
O que isso exige no chão de fábrica
Uma classe de vazamento rigorosa se ganha ou se perde em três pontos da fabricação. A junta transversal é o maior caminho de vazamento isolado; por isso, um flange TDF conformado em esquadro na ponta do duto, fechado com uma gaxeta aplicada de fábrica e travado com grampos, faz a maior parte do trabalho em um serviço retangular de Classe de Vedação A. A costura longitudinal é o segundo: um travamento Pittsburgh precisa estar totalmente conformado e, acima das classes de vedação mais baixas, vedado em todo o comprimento. O terceiro é simplesmente o esquadro. Uma ponta de duto fora de esquadro não fecha uniformemente um flange com gaxeta, por mais selante que se aplique; portanto, uma linha que mantém comprimento e largura dentro de tolerâncias estreitas está, discretamente, comprando desempenho de vazamento.
É também aqui que o formato do duto se justifica na decisão. Como o duto redondo e espiral vaza cerca de metade do que o retangular vaza com a mesma classe de vedação, passar para espiral um trecho muito sensível a vazamento pode atingir uma classe rigorosa com menos mão de obra de vedação do que forçar o duto retangular até o mesmo número. Combinar as máquinas com as classes que você fabrica, trabalho retangular de flange e costura, travamento espiral ou ambos, é uma decisão de especificação que vale tomar deliberadamente, em vez de descobri-la no dia do ensaio.
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Equivalentes EN, DW/144 e AS 4254.2
Fora da América do Norte, a mesma física aparece com outros nomes.
- EN 1507 (retangular) e EN 12237 (circular) definem as classes de estanqueidade A, B, C e D, sendo a Classe A a mais permeável e a Classe D a mais estanque. O fator máximo de vazamento é fmax = C × p0.65, e a constante passa por 0,027, 0,009, 0,003 e 0,001 para A, B, C e D. Cada classe é exatamente três vezes mais estanque que a anterior.
- DW/144, a especificação britânica BESA para dutos de chapa metálica, usa os mesmos quatro limites de vazamento da EN, vinculados às classes de baixa, média e alta pressão, e torna o ensaio de vazamento obrigatório somente para as classes de alta pressão C e D.
- AS 4254.2 na Austrália não usa classe por área de superfície. Ela limita o vazamento a 5 por cento da quantidade de ar de projeto, exige que sistemas de 3000 L/s ou mais sejam ensaiados a no mínimo 1,25 vez a pressão de operação, pede que pelo menos 10 por cento do sistema seja ensaiado e remete ao método de ensaio britânico para o procedimento.
- As especificações de mecânica do CCG e do Oriente Médio costumam citar diretamente as classes de vazamento SMACNA ou a DW/144, em vez das letras de classe da EN.
Para uma comparação mais completa das normas de construção em que essas classes de vazamento se inserem, veja Comparação de normas internacionais de dutos.
A linguagem de especificação que você vai encontrar
Uma especificação de mecânica normalmente define o vazamento de um de dois modos. Uma especificação baseada na SMACNA diz algo como: "Os dutos de insuflamento devem ser vedados na Classe de Vedação A e não devem exceder a Classe de Vazamento 6. No mínimo 25 por cento do sistema deve ser ensaiado quanto a vazamentos a 2 in. w.g." Uma especificação europeia ou australiana, por sua vez, se expressa em porcentagens: "Os dutos devem atingir a Classe de estanqueidade C conforme a EN 1507" ou "o vazamento não deve exceder 5 por cento da quantidade de ar de projeto quando ensaiado conforme a AS 4254.2." Ambas dizem a mesma coisa em unidades diferentes: quão estanque, em que pressão e comprovado por qual ensaio.
Perguntas frequentes
O que é uma classe de vazamento de duto?
Uma classe de vazamento de duto, CL, é o vazamento admissível em cfm por 100 sq ft de superfície do duto a uma pressão de referência de 1 in. w.g. Quanto menor a CL, mais estanque. As classes comuns são CL 3, 6, 12, 24 e 48, e o vazamento em outras pressões segue F = CL x P elevado à potência 0,65.
Qual é a fórmula de vazamento de duto?
F = CL x P0.65, em que F é o vazamento em cfm por 100 sq ft de superfície do duto, CL é a classe de vazamento e P é a pressão estática em in. w.g. A SMACNA usa o expoente 0,65 para a classificação; os caminhos de vazamento reais podem variar de cerca de 0,5 a 0,9.
Como a classe de vedação afeta a classe de vazamento?
Uma vedação mais rigorosa resulta em uma classe de vazamento menor. Para duto metálico retangular, as Classes de Vedação C, B e A correspondem a cerca de CL 24, 12 e 6. O duto redondo e oval plano é cerca de uma classe mais estanque, perto de CL 12, 6 e 3. Duto retangular sem vedação fica em cerca de CL 48.
Como o vazamento de um duto é ensaiado?
Um trecho do duto é isolado e vedado, um soprador o pressuriza até a pressão de ensaio, e a vazão de reposição necessária para manter essa pressão é medida em uma placa de orifício calibrada. Essa vazão é o vazamento, que é então comparado com a classe especificada ou com o limite em porcentagem.
Quais são as classes de estanqueidade da EN e da DW/144?
A EN 1507 e a EN 12237 definem as classes de A a D, sendo a Classe A a mais permeável e a Classe D a mais estanque, com f_max = C x p^0.65 e a constante passando por 0,027, 0,009, 0,003 e 0,001. Cada classe é três vezes mais estanque que a anterior. A DW/144 usa os mesmos quatro limites.
Qual é a porcentagem aceitável de vazamento em dutos?
O ASHRAE Handbook indica um vazamento máximo de ar do sistema de aproximadamente 1 a 5 por cento da vazão total de projeto do sistema na pressão de operação, com os sistemas mais estanques no extremo inferior. As especificações de projeto costumam limitar o vazamento admissível a poucos por cento da vazão de projeto, ensaiado na pressão de projeto do duto. O valor exato é definido pelo projetista responsável.
Quais são as classes de estanqueidade de dutos da EN e da DW/144?
A EN 1507 (retangular) e a EN 12237 (circular) definem as classes de estanqueidade A, B, C e D, sendo a Classe A a mais permeável e a Classe D a mais estanque. O fator máximo de vazamento é f_max = C x p^0.65, com a constante passando por 0,027, 0,009, 0,003 e 0,001 para A, B, C e D, de modo que cada classe é três vezes mais estanque que a anterior. A DW/144 do Reino Unido usa os mesmos quatro limites.
