Tabela de Dimensionamento de Duto Retangular

O método da perda de carga constante em um parágrafo

Escolha uma perda por atrito de projeto por 100 pés de duto (0,10 in. w.g. é o padrão do setor). Para cada trecho, dimensione o duto de modo que o atrito na vazão daquele trecho seja igual a esse valor. O resultado é um sistema de dutos em que todos os trechos contribuem com o mesmo atrito por unidade de comprimento, a pressão estática do ventilador é a soma de todas as perdas por atrito mais as perdas nas conexões, e você não precisa de dampers de balanceamento pesados para ajustar o sistema à curva do ventilador. É por isso que 90% dos dutos de HVAC comerciais são dimensionados por perda de carga constante.

Procedimento passo a passo

1. Leia a planilha de projeto de climatização para obter o CFM de cada trecho dos ramais e dos troncos.
2. Comece na descarga do ventilador com o CFM total do sistema. Escolha uma velocidade inicial no tronco: 1.200 FPM é o valor típico. Use a tabela abaixo para encontrar o diâmetro de duto que entrega o CFM total a 1.200 FPM.
3. Leia a taxa de atrito correspondente a esse diâmetro/CFM no gráfico de atrito. Essa passa a ser a sua taxa de atrito de projeto, normalmente de 0,08–0,12 in. w.g. por 100 pés. Use essa mesma taxa em todos os outros trechos.
4. Em cada trecho a jusante, encontre o diâmetro redondo que entrega o CFM do trecho com a mesma taxa de atrito. A velocidade cai naturalmente à medida que o CFM diminui.
5. Converta cada tamanho redondo em retangular com a equação do diâmetro equivalente: De = 1,30 × (ab)^0,625 / (a+b)^0,25. Procure relações de aspecto de 2:1 ou menos; trate 4:1 como o limite prático superior.
6. Some as perdas por atrito ao longo do trecho mais longo para obter a pressão estática total do sistema. Acrescente as perdas nas conexões (curvas, tês, transições). Confira com a curva do ventilador, com margem de segurança de 25%.

Diâmetro do duto redondo x CFM a 0,10 in. w.g. por 100 pés

Use esta tabela para encontrar o diâmetro redondo para um determinado CFM com o atrito de projeto padrão. Converta para dimensões retangulares com a tabela de diâmetro equivalente abaixo.

Valores calculados com a equação de Darcy-Weisbach a 0,10 in. w.g./100 pés e rugosidade do aço galvanizado (ε = 0,0003 pé). O atrito real varia com o estado do duto e a densidade de conexões.

Diâmetro equivalente redondo para retangular: consulta rápida

Com o diâmetro redondo definido, use esta tabela para encontrar as dimensões retangulares com relação de aspecto de 2:1 (a relação que a maioria dos projetistas prefere para uma instalação equilibrada).

Os tamanhos retangulares produzem a mesma perda por atrito por unidade de comprimento que o redondo equivalente. Dimensões arredondadas para incrementos padrão de 1" ou 25 mm. Relações de aspecto acima de 2:1 aumentam a quantidade de chapa metálica por CFM e elevam a queda de pressão por turbulência nos cantos internos.

Por que a relação de aspecto importa mais do que você pensa

O duto redondo tem o menor perímetro por área de seção transversal. Ao achatar um duto retangular, você aumenta o perímetro (mais custo de chapa metálica) e aumenta a contribuição do atrito das paredes em relação ao escoamento principal. Com relação de aspecto de 4:1, a quantidade de chapa metálica por CFM é cerca de 35% maior que a 1:1. Com 8:1, é quase o dobro, além dos problemas extras de efeito de tambor, menor eficácia dos reforços e instalação difícil em espaços de forro.

Regra prática: use 1:1 onde a folga permitir, 2:1 onde precisar passar acima do forro de um corredor, 3:1 onde o duto ficar espremido entre vigas e 4:1 somente quando uma restrição de espaço não deixar nenhuma alternativa.

Velocidades de projeto por trecho

• Tronco principal de insuflamento: 1.000–1.500 FPM (5–7,5 m/s). Acima disso o ruído aumenta; abaixo, desperdiça-se chapa metálica.
• Ramal de insuflamento: 600–900 FPM (3–4,5 m/s). Equilibra ruído e tamanho do duto.
• Tronco principal de retorno: 800–1.200 FPM (4–6 m/s). Um pouco abaixo do insuflamento, para compensar as perdas no plenum de retorno.
• Ramal de retorno: 400–600 FPM (2–3 m/s). Baixa o bastante para ser silencioso nos difusores.
• Tomada de ar externo: 500–700 FPM (2,5–3,5 m/s). Limita a entrada de chuva e detritos.
• Descarga de exaustão: 2.000–3.000 FPM (10–15 m/s). Alta o suficiente para lançar a pluma limpa acima do telhado.

Regras práticas de pressão estática

• Um projeto típico por perda de carga constante a 0,10 in. w.g./100 pés soma 0,3–0,6 in. w.g. de atrito no trecho mais longo de um escritório de pequeno a médio porte. Acrescente as perdas da serpentina, do filtro e dos terminais para obter a pressão estática externa total.
• Cada curva de 90° soma o equivalente a 10–15 diâmetros de duto reto. Cerca de 10 para uma curva de raio suave e cerca de 15 para uma curva em gomos de 5 peças; uma curva em esquadro com cantos vivos e sem palhetas direcionais é muito pior. Curvas de raio longo (R/D = 1,5) são o ponto ideal.
• Uma derivação de ramal com conexão cônica soma cerca de 0,10–0,15 in. w.g.. Uma derivação de corte reto pode dobrar esse valor: especifique cônica.
• Arredonde para cima em 25% a pressão estática calculada do ventilador antes de selecioná-lo. As instalações em obra nunca coincidem com os cálculos no papel, por causa de reduções, alterações em campo e filtros sujos.

Compatibilizando o dimensionamento com as máquinas do chão de fábrica

Com os tamanhos definidos, a pergunta é qual máquina do chão de fábrica vai formar cada trecho. A linha de dutos totalmente automática SBAL-V da Taokron trabalha com larguras de chapa de 800 a 1.500 mm, o que cobre a grande maioria dos dutos de HVAC comerciais (duto retangular de até cerca de 1.250 × 1.250 mm). Para seções industriais maiores, a linha pode ser reconfigurada com ferramental mais largo. A linha semiautomática SBAL-III cobre a mesma faixa com menor produtividade, o que é típico de fabricantes que produzem menos de 1.000 m por dia. Especificações com relação de aspecto acima de 2:1 são mais bem atendidas pela linha automática de dutos, porque ela controla automaticamente o comprimento de corte e a posição da junta; o duto dobrado manualmente acima de 2:1 tende a ficar torcido e com cantos fora de esquadro.

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Estimador de peso de chapa metálica de duto

Estime o peso da chapa metálica nua e a área superficial de um trecho reto de duto, útil para orçar material e planejar o frete. Pura geometria: área superficial × espessura × densidade do material. Some a sua própria margem para juntas, sobreposições e conexões (geralmente +10–20%).

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Perguntas frequentes

O que é o método da perda de carga constante para dimensionar dutos?

O método da perda de carga constante dimensiona cada trecho do sistema de dutos de modo que a perda por atrito por unidade de comprimento seja constante, normalmente de 0,08 a 0,12 polegadas de coluna d'água por 100 pés de duto. É o método padrão para dutos de HVAC de baixa e média pressão porque é rápido, gera sistemas equilibrados que não exigem muito ajuste de dampers em campo e combina com a forma como as curvas dos ventiladores são traçadas.

Qual é a relação de aspecto máxima para duto retangular?

A maioria dos guias de projeto trata 4:1 como a relação de aspecto máxima prática para duto retangular; 2:1 ou menos é preferível para uma instalação eficiente e menor queda de pressão. Acima de 4:1, a quantidade de chapa metálica por CFM aumenta bruscamente, o duto fica mais difícil de reforçar e a vibração e o efeito de tambor (drumming) se tornam mais prováveis nos pontos de operação típicos do ventilador.

Que velocidade devo adotar em duto retangular de HVAC?

Em HVAC comercial: troncos principais de insuflamento de 1.000–1.500 FPM, ramais de insuflamento de 600–900 FPM, troncos principais de retorno de 800–1.200 FPM, ramais de retorno de 400–600 FPM. Acima de 1.500 FPM, o ruído e a perda de pressão aumentam bruscamente; ficar bem abaixo dessas faixas gera duto superdimensionado e desperdício de chapa metálica.

Como converto o diâmetro de duto redondo em dimensões retangulares?

Use a equação do diâmetro equivalente De = 1,30 × (a×b)^0,625 / (a+b)^0,25, em que a e b são as dimensões internas do duto retangular. Resolva para os valores de a e b retangulares que resultem no mesmo De do diâmetro redondo desejado. A maioria dos projetistas usa uma tabela pré-calculada em vez de resolver a equação diretamente.

Que classe de pressão devo especificar para duto retangular?

Baixa pressão (até 2 in. w.g.): classe de pressão SMACNA 1 ou 2. Média pressão (2–4 in. w.g.): classe 3 ou 4. Alta pressão (4–10 in. w.g.): classe 6 e 10. Escolha com base na pressão estática total que o ventilador precisa fornecer, mais uma margem de segurança de cerca de 25%. Especifique a classe de pressão nos desenhos, porque ela define a bitola, o tipo de junta, o espaçamento dos reforços e a classe de vedação.