Resonnering og bevis

A ventilação natural de uma edificação pode ser estimada, basicamente, por cinco maneiras. São elas: os modelos algébricos, os modelos empíricos, os experimentos, as medições e as simulações em CFD. O modelo algébrico é tido como o método mais tradicional para predição do desempenho da ventilação. Este método ainda é amplamente utilizado em virtude do embasamento teórico do fenômeno físico e da baixa necessidade de recursos computacionais. Porém, tais modelos tendem a apresentar um grau de incerteza considerável, principalmente quando aplicados em situações complexas. Desta maneira, são mais indicados para os casos de baixa complexidade e com o objetivo de estimar a ordem de grandeza das variáveis.

Os modelos empíricos baseiam-se em medições ou em simulações para estimar os coeficientes presentes nas equações dos modelos algébricos, simplificando-as. Desta maneira, os modelos empíricos não diferem muito dos algébricos: funcionam bem para os casos específicos dos quais são resultantes, porém, apresentam aplicabilidade reduzida. Mesmo com as limitações pertinentes, os modelos empíricos são comumente adotados por manuais técnicos, pois representam economia de tempo e de custo, com razoável grau de precisão.

Os experimentos em túneis de vento com modelos em escala reduzida permitem verificar o comportamento da ventilação em condições reais quando as forças ascensionais não são de grande intensidade. Porém, experimentos em escala reduzida dificilmente apresentam os mesmos parâmetros adimensionais pertinentes aos casos reais, tais como os números de Reynolds, de Grashof5 e de Prandtl6. Isto pode reduzir a representatividade dos resultados, principalmente quando há fenômenos térmicos envolvidos. Há maneiras de simular os efeitos da confecção, mas isto implica, geralmente, na adoção de fluidos de densidade diferente da do ar. Os resultados obtidos em estudos experimentais são utilizados na calibração e validação de modelos matemáticos que compõem os códigos de CFD. Contudo, a utilização de túneis de vento apresenta questões de custo e de tempo a serem consideradas (CHEN, 2004).

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O Número de Grashof - Gr é um número adimensional da mecânica dos fluidos, que fornece a relação entre a sustentação de um fluido em relação à viscosidade, definido algebricamente por:

Onde:

g é aceleração da gravidade (m/s²)

β é o coeficiente de dilatação térmica (K-1

) Ts é a temperatura da superfície (K) T_∞ é a temperatura de referência (K) L é o comprimento característico (m) v é a viscosidade (m²/s). 6

O número de Prandtl - Pr é um número adimensional da mecânica dos fluidos, que fornece a relação entre a viscosidade e difusividade térmica, definido algebricamente por:

Onde:

v é a viscosidade (m²/s)

As medições in loco ou em laboratório com modelos em escala real são utilizadas na aferição do desempenho da ventilação, com a vantagem de apresentar resultados mais precisos em relação aos obtidos com modelos em escala reduzida. Tais medições tornam-se necessárias quando a variação da ventilação externa precisa ser considerada. Nas medições in loco, o controle das características do fluido é praticamente impossível, por isso se faz necessário a realização de medições em dias e horários distintos, para que os dados não resultem de condições climáticas adversas. A confecção de modelos em escala real implica em um custo elevando e a confiabilidade os dados medidos é função da qualidade do equipamento de medição utilizado, da manutenção e da experiência do operador.

Os modelos multi-zona de estimativa da taxa de renovação são aplicáveis para as edificações condicionadas naturalmente ou artificialmente. Estes modelos baseiam-se nas equações de balanço de massa, de energia e do momento desenvolvidas pela termodinâmica. A complexidade destas equações exige a adoção de considerações sobre as variáveis envolvidas, visando tornar a solução exequível. Contudo, a adoção de considerações equivocadas sobre as variáveis pode implicar em erros significativos no resultado final. Os modelos multi-zona são capazes de estimar com maior facilidade o desempenho geral da ventilação em edificações compostas por vários ambientes. O resultado desta avaliação geral pode ser utilizado na pré- configuração da simulação em CFD de cada zona. A integração de diversos métodos de estimativa da ventilação tende a reduzir as incertezas resultantes das deficiências de cada método. Além disto, a comparação com os resultados obtidos por um método consolidado é frequentemente utilizada para validar um método proposto.

Os modelos multi-zona tendem a não apresentar resultados satisfatórios para ambientes de grande dimensão, onde normalmente há considerável gradiente de temperatura ou de velocidade do ar. Nestes casos, a simulação computacional é mais adequada, pois trabalha a partir da divisão do ambiente em pequenos volumes, denominados células, nas quais são desenvolvidas as equações de termodinâmica. O cálculo em cada célula permite a análise da distribuição das

variáveis em ambientes não uniformes. A simulação em CFD trata da solução de um conjunto de equações diferenciais parciais, tais como: conservação da massa, do momento e da energia, a concentração de componentes químicos e a turbulência. A simulação de CFD aplicada ao ambiente construído vem sendo utilizada em estudos de qualidade do ar, de conforto térmico, de prevenção à incêndio e de desempenho de sistemas de climatização. O interesse pelo CFD cresceu bastante nos últimos anos em razão da redução dos custos, tanto dos computadores de alto desempenho quanto dos programas de simulação. A constante melhoria na interface dos softwares de CFD, tornando-os mais amigáveis ao usuário, tende a reduzir o tempo de processamento e a exigência de conhecimentos avançados de mecânica dos fluidos. A vantagem do CFD, frente aos demais modelos, é a determinação dos campos de velocidade, de pressão, de temperatura e de concentração de poluentes em todo o ambiente. O grau de incerteza das predições depende da qualidade dos dados de entrada e das considerações adotadas pelo operador. A união da simulação de CFD e de desempenho termo-energético incrementa substancialmente a representação do fenômeno real (CHEN, 2008).