Quando os poluentes gerados em um canteiro de obras devem ser controlados pela ventilação de todo o local, falamos de ventilação geral. A utilização de ventilação geral implica aceitar o fato de que o poluente se distribuirá em algum grau por todo o espaço do canteiro de obras, podendo, portanto, afetar os trabalhadores que estão distantes da fonte de contaminação. A ventilação geral é, portanto, uma estratégia oposta à extração localizada. A extração localizada busca eliminar o poluente interceptando-o o mais próximo possível da fonte (ver “Ar interno: métodos de controle e limpeza”, adiante neste capítulo).

Um dos objetivos básicos de qualquer sistema de ventilação geral é o controle dos odores corporais. Isso pode ser alcançado fornecendo não menos que 0.45 metros cúbicos por minuto, m³/min, de ar novo por ocupante. Quando o fumo é frequente ou o trabalho é fisicamente extenuante, a taxa de ventilação necessária é maior, podendo ultrapassar 0.9 m³/min por pessoa.

Se os únicos problemas ambientais que o sistema de ventilação deve superar são os que acabamos de descrever, é bom ter em mente que cada espaço tem um certo nível de renovação de ar “natural” por meio da chamada “infiltração”, que ocorre através de portas e janelas, mesmo quando fechadas, e através de outros locais de penetração na parede. Os manuais de ar condicionado costumam fornecer ampla informação a esse respeito, mas pode-se dizer que, no mínimo, o nível de ventilação por infiltração fica entre 0.25 e 0.5 renovações por hora. Um local industrial geralmente experimenta entre 0.5 e 3 renovações de ar por hora.

Quando usada para controlar poluentes químicos, a ventilação geral deve ser limitada apenas àquelas situações em que as quantidades de poluentes gerados não são muito altas, onde sua toxicidade é relativamente moderada e onde os trabalhadores não realizam suas tarefas nas imediações da fonte de contaminação. Se essas injunções não forem respeitadas, será difícil obter aceitação para um controle adequado do ambiente de trabalho porque taxas de renovação tão altas devem ser usadas que as altas velocidades do ar provavelmente criarão desconforto e porque altas taxas de renovação são caras de manter. Portanto, é incomum recomendar o uso de ventilação geral para o controle de substâncias químicas, exceto no caso de solventes que tenham concentrações admissíveis de mais de 100 partes por milhão.

Quando, por outro lado, o objetivo da ventilação geral é manter as características térmicas do ambiente de trabalho dentro dos limites legalmente aceitáveis ​​ou recomendações técnicas como as diretrizes da International Organization for Standardization (ISO), esse método apresenta menos limitações. A ventilação geral é, portanto, usada com mais frequência para controlar o ambiente térmico do que para limitar a contaminação química, mas sua utilidade como complemento das técnicas de extração localizada deve ser claramente reconhecida.

Enquanto por muitos anos as frases ventilação geral e ventilação por diluição eram considerados sinônimos, hoje isso não é mais devido a uma nova estratégia de ventilação geral: ventilação por deslocamento. Embora a ventilação por diluição e a ventilação por deslocamento se encaixem na definição de ventilação geral que descrevemos acima, ambas diferem amplamente na estratégia que empregam para controlar a contaminação.

Ventilação por diluição tem o objetivo de misturar o ar que é introduzido mecanicamente o mais completamente possível com todo o ar que já está dentro do espaço, para que a concentração de um determinado poluente seja a mais uniforme possível em todo o espaço (ou para que a temperatura seja a mais uniforme possível, se o controle térmico for o objetivo desejado). Para conseguir essa mistura uniforme, o ar é injetado do teto como jatos a uma velocidade relativamente alta, e esses jatos geram uma forte circulação de ar. O resultado é um alto grau de mistura do ar novo com o ar já presente no ambiente.

Ventilação por deslocamento, em sua conceituação ideal, consiste em injetar ar em um espaço de tal forma que o novo ar desloque o ar anteriormente ali existente sem se misturar com ele. A ventilação por deslocamento é conseguida através da injecção de ar novo num espaço a baixa velocidade e junto ao chão, e extracção de ar junto ao tecto. O uso da ventilação por deslocamento para controlar o ambiente térmico tem a vantagem de aproveitar o movimento natural do ar gerado pelas variações de densidade que são devidas a diferenças de temperatura. Embora a ventilação por deslocamento já seja amplamente utilizada em situações industriais, a literatura científica sobre o assunto ainda é bastante limitada, sendo, portanto, difícil a avaliação de sua eficácia.

Ventilação por Diluição

O dimensionamento de um sistema de ventilação por diluição parte da hipótese de que a concentração do poluente é a mesma em todo o espaço em questão. Este é o modelo que os engenheiros químicos costumam chamar de tanque agitado.

Se você assumir que o ar que é injetado no ambiente está livre do poluente e que no momento inicial a concentração dentro do ambiente é zero, você precisará conhecer dois fatos para calcular a taxa de ventilação necessária: a quantidade do poluente que se gera no espaço e o nível de concentração ambiental que se pretende (que hipoteticamente seria o mesmo em todo o espaço).

Nessas condições, os cálculos correspondentes fornecem a seguinte equação:

onde

c (t) = a concentração do contaminante no espaço no tempo t

a = a quantidade de poluente gerada (massa por unidade de tempo)

Q = a taxa na qual o ar novo é fornecido (volume por unidade de tempo)

V = o volume do espaço em questão.

A equação acima mostra que a concentração tenderá a um estado estacionário no valor a/q, e que o fará mais rápido quanto menor for o valor de Q/V, frequentemente referido como “o número de renovações por unidade de tempo”. Embora ocasionalmente o índice de qualidade da ventilação seja considerado como praticamente equivalente a esse valor, a equação acima mostra claramente que sua influência se limita ao controle da velocidade de estabilização das condições ambientais, mas não o nível de concentração em que tal estado estacionário ocorrerá. isso vai depender só da quantidade de poluente gerada (a) e na taxa de ventilação (Q).

Quando o ar de um determinado espaço está contaminado, mas não são geradas novas quantidades do poluente, a velocidade de diminuição da concentração ao longo de um período de tempo é dada pela seguinte expressão:

onde Q e V têm o significado descrito acima, t₁ e t₂ são, respectivamente, os tempos inicial e final e c₁ e c₂ são as concentrações inicial e final.

Expressões podem ser encontradas para cálculos em instâncias onde a concentração inicial não é zero (Constance 1983; ACGIH 1992), onde o ar injetado no ambiente não é totalmente desprovido do poluente (porque para reduzir os custos de aquecimento no inverno parte do ar é reciclado, por exemplo), ou onde as quantidades do poluente gerado variam em função do tempo.

Se desconsiderarmos o estágio de transição e assumirmos que o estado estacionário foi alcançado, a equação indica que a taxa de ventilação é equivalente a a / c_lim, Onde c_lim é o valor da concentração que deve ser mantida no espaço dado. Esse valor será estabelecido por regulamentos ou, como norma auxiliar, por recomendações técnicas como os valores limite de limiar (TLV) da Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH), que recomenda que a taxa de ventilação seja calculada pela fórmula

onde a e c_lim têm o significado já descrito e K é um fator de segurança. Um valor de K entre 1 e 10 deve ser escolhido em função da eficácia da mistura de ar no espaço dado, da toxicidade do solvente (quanto menor c_lim é, quanto maior o valor de K será), e de qualquer outra circunstância considerada relevante pelo higienista industrial. A ACGIH, entre outros, cita a duração do processo, o ciclo de operações e a localização habitual dos trabalhadores em relação às fontes de emissão do poluente, o número dessas fontes e sua localização no espaço determinado, a sazonalidade mudanças na quantidade de ventilação natural e a redução antecipada na eficácia funcional do equipamento de ventilação como outros critérios determinantes.

Em qualquer caso, o uso da fórmula acima requer um conhecimento razoavelmente exato dos valores de a e K que deve ser usado e, portanto, fornecemos algumas sugestões a esse respeito.

A quantidade de poluente gerada pode, com bastante frequência, ser estimada pela quantidade de determinados materiais consumidos no processo que gera o poluente. Assim, no caso de um solvente, a quantidade utilizada será um bom indicativo da quantidade máxima que pode ser encontrada no ambiente.

Como indicado acima, o valor de K deve ser determinada em função da eficácia da mistura de ar no espaço dado. Esse valor será, portanto, menor na proporção direta de quão boa é a estimativa de encontrar a mesma concentração do poluente em qualquer ponto do espaço dado. Isso, por sua vez, dependerá de como o ar é distribuído dentro do ambiente que está sendo ventilado.

De acordo com esses critérios, valores mínimos de K deve ser usado quando o ar é injetado no ambiente de forma distribuída (usando um plenum, por exemplo), e quando a injeção e a extração de ar são em extremos opostos do determinado espaço. Por outro lado, valores mais altos para K deve ser usado quando o ar é fornecido de forma intermitente e o ar é extraído em pontos próximos à entrada de ar novo (figura 1).

Figura 1. Esquema da circulação de ar em sala com duas aberturas de abastecimento

Deve-se notar que quando o ar é injetado em um determinado espaço - especialmente se for feito em alta velocidade - o fluxo de ar criado exercerá uma atração considerável sobre o ar ao seu redor. Esse ar então se mistura com o fluxo e o desacelera, criando também uma turbulência mensurável. Como consequência, esse processo resulta em intensa mistura do ar já existente no ambiente com o novo ar que é injetado, gerando correntes de ar internas. Prever essas correntes, mesmo em geral, requer uma grande dose de experiência (figura 2).

Figura 2. Fatores K sugeridos para locais de entrada e exaustão

Para evitar problemas resultantes da sujeição dos trabalhadores a correntes de ar a velocidades relativamente elevadas, a injecção de ar é comum através de grelhas difusoras concebidas de modo a facilitar a mistura rápida do ar novo com o ar já existente na o espaço. Desta forma, as áreas onde o ar se move em alta velocidade são mantidas tão pequenas quanto possível.

O efeito de fluxo que acabamos de descrever não é produzido perto de pontos onde o ar escapa ou é extraído através de portas, janelas, respiradouros ou outras aberturas. O ar atinge as grelhas de extração de todas as direções, portanto, mesmo a uma distância relativamente curta delas, o movimento do ar não é facilmente percebido como uma corrente de ar.

Em todo o caso, tratando-se da distribuição do ar, é importante ter presente a comodidade de colocar os postos de trabalho, na medida do possível, de forma a que o ar novo chegue aos trabalhadores antes de chegar às fontes de contaminação.

Quando num determinado espaço existem importantes fontes de calor, o movimento do ar será em grande parte condicionado pelas correntes de convecção que se devem às diferenças de densidade entre o ar mais denso e frio e o ar mais leve e quente. Em espaços deste tipo, o projectista da distribuição do ar não deve deixar de ter presente a existência destas fontes de calor, sob pena de o movimento do ar se revelar muito diferente do previsto.

A presença de contaminação química, por outro lado, não altera de forma mensurável a densidade do ar. Enquanto no estado puro os poluentes podem ter uma densidade muito diferente da do ar (geralmente muito maior), dadas as concentrações reais existentes no local de trabalho, a mistura de ar e poluente não tem uma densidade significativamente diferente da densidade densidade do ar puro.

Além disso, cabe destacar que um dos erros mais comuns cometidos na aplicação desse tipo de ventilação é abastecer o ambiente apenas com extratores de ar, sem se preocupar com entradas de ar adequadas. Nesses casos, a eficácia dos ventiladores de extração é diminuída e, portanto, as taxas reais de extração de ar são muito menores do que o planejado. O resultado são concentrações ambientais do poluente em determinado espaço maiores do que as inicialmente calculadas.

Para evitar este problema, deve-se pensar em como o ar será introduzido no espaço. O curso de ação recomendado é usar ventiladores de immissão, bem como ventiladores de extração. Normalmente, a taxa de extração deve ser maior que a taxa de immissão para permitir a infiltração por janelas e outras aberturas. Além disso, é aconselhável manter o espaço sob pressão ligeiramente negativa para evitar que a contaminação gerada se desloque para áreas não contaminadas.

Ventilação por Deslocamento

Conforme mencionado acima, com a ventilação por deslocamento busca-se minimizar a mistura do ar novo com o ar previamente encontrado no determinado espaço, e tenta-se adequar o sistema ao modelo conhecido como plug flow. Isso geralmente é feito introduzindo ar em baixas velocidades e em baixas elevações no espaço determinado e extraindo-o próximo ao teto; isso tem duas vantagens sobre a ventilação por diluição.

Em primeiro lugar, possibilita menores taxas de renovação do ar, pois a poluição se concentra próximo ao teto do espaço, onde não há trabalhadores para respirá-la. o média concentração no espaço dado será então maior do que o c_lim valor a que nos referimos anteriormente, mas que não implica um maior risco para os trabalhadores, pois na zona ocupada de determinado espaço a concentração do poluente será igual ou inferior a um c_lim.

Além disso, quando o objetivo da ventilação é o controle do ambiente térmico, a ventilação por deslocamento permite introduzir no ambiente um ar mais quente do que seria requerido por um sistema de ventilação por diluição. Isso ocorre porque o ar quente que é extraído está a uma temperatura vários graus superior à temperatura na zona ocupada do espaço.

Os princípios fundamentais da ventilação por deslocamento foram desenvolvidos por Sandberg, que no início dos anos 1980 desenvolveu uma teoria geral para a análise de situações onde havia concentrações não uniformes de poluentes em espaços fechados. Isso permitiu superar as limitações teóricas da ventilação por diluição (que pressupõe uma concentração uniforme em todo o espaço dado) e abriu caminho para aplicações práticas (Sandberg 1981).

Embora a ventilação por deslocamento seja amplamente utilizada em alguns países, principalmente na Escandinávia, poucos estudos foram publicados comparando a eficácia de diferentes métodos em instalações reais. Isso se deve, sem dúvida, às dificuldades práticas de instalar dois sistemas de ventilação diferentes em uma fábrica real e porque a análise experimental desses tipos de sistemas requer o uso de rastreadores. O rastreamento é feito adicionando um gás traçador à corrente de ventilação do ar e, em seguida, medindo as concentrações do gás em diferentes pontos dentro do espaço e no ar extraído. Este tipo de exame permite inferir como o ar está distribuído no espaço e, então, comparar a eficácia de diferentes sistemas de ventilação.

Os poucos estudos disponíveis e realizados em instalações reais existentes não são conclusivos, exceto no que diz respeito ao fato de que sistemas que empregam ventilação por deslocamento proporcionam melhor renovação do ar. Nesses estudos, no entanto, muitas vezes são expressas reservas sobre os resultados, na medida em que não foram confirmados por medições do nível de contaminação ambiental nos locais de trabalho.

Voltar