UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CÂMPUS CORNÉLIO PROCÓPIO
DIRETORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DE SEGURANÇA DO TRABALHO
GUILHERME ROSSI ZANGARINI
ANÁLISE DOS RISCOS DE SOLDAGEM E CRITÉRIOS DE
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE VENTILAÇÃO LOCAL
EXAUSTORA PARA FUMOS METÁLICOS DE SOLDA EM EMPRESA
METALÚRGICA DE MÉDIO PORTE
MONOGRAFIA
CORNÉLIO PROCÓPIO
ANO 2017
GUILHERME ROSSI ZANGARINI
ANÁLISE DOS RISCOS DE SOLDAGEM E CRITÉRIOS DE
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE VENTILAÇÃO LOCAL
EXAUSTORA PARA FUMOS METÁLICOS DE SOLDA EM EMPRESA
METALÚRGICA DE MÉDIO PORTE
Monografia
apresentada
ao
Curso
de
Especialização em Engenharia de Segurança do
Trabalho da Universidade Tecnológica Federal do
Paraná – UTFPR, como requisito parcial para a
obtenção do título de Especialista em Engenharia
de Segurança do Trabalho.
Orientador: Prof. Dr. Henrique Cotait Razuk
CORNÉLIO PROCÓPIO
ANO 2017
GUILHERME ROSSI ZANGARINI
ANÁLISE DOS RISCOS DE SOLDAGEM E CRITÉRIOS DE
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE VENTILAÇÃO LOCAL
EXAUSTORA PARA FUMOS METÁLICOS DE SOLDA EM EMPRESA
METALÚRGICA DE MÉDIO PORTE
COMISSÃO EXAMINADORA
_______________________________________
Orientador: Prof. Dr. Henrique Cotait Razuk
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
_______________________________________
Prof. Me. Jancer Frank Zanini Destro
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
_______________________________________
Prof. Me. Marco Antonio Ferreira Finocchio
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornélio Procópio, 02 de dezembro de 2017.
AGRADECIMENTOS
À minha esposa que incentivou minha dedicação aos estudos para que a
conclusão deste trabalho se realizasse.
Aos amigos, encontrados durante a minha participação na especialização,
com quem, ao longo da jornada, compartilhamos experiências e crescemos em
nossos conhecimentos.
Aos professores da especialização, que me ensinaram muito mais do que
as teorias existentes nas literaturas; o conhecimento adquirido só faz sentido, quando
é colocado em prática, pois, mais importante do que se conhecer o caminho, é
percorrê-lo.
“Somente duas coisas são infinitas: o
universo e a estupidez humana. E eu não
estou certo a respeito da primeira”.
(Albert Einstein)
RESUMO
ZANGARINI, Guilherme R. Análise dos Riscos de Soldagem e Critérios de
Dimensionamento de um Sistema de Ventilação Local Exaustora para Fumos
Metálicos de Solda em Empresa Metalúrgica de Médio Porte. 2017. 74 folhas.
Monografia do Curso de Especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus de Cornélio Procópio, Paraná.
Este estudo visa avaliar os riscos químicos, físicos e de acidentes existentes no
processo de soldagem a arco elétrico em empresas metalúrgicas de pequeno e médio
porte e as respectivas medidas protetivas disponíveis. Além disso, há um estudo de
caso para analisar qualitativamente o ambiente existente na área de soldagem de uma
indústria de metalúrgica de médio porte, localizada no estado de São Paulo, com o
intuito de identificar oportunidades de melhoria no processo analisado e recomendar
medidas corretivas no ambiente de trabalho.
Palavras-chave: Soldagem. Riscos Químicos. Riscos Físicos. Fumos. Segurança do
Trabalho.
ABSTRACT
ZANGARINI, Guilherme R. Welding Hazard Analysis and Design Criteria to
Welding Fume Local Exhaust Ventilation in Medium-sized Metallurgical
Company. 2017. 74 pages. Specialization Course in Safety Engineering Monography.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio Campus, Paraná.
This study aims to evaluate the existing chemical, physical and accident hazards in the
electric arc welding process in small and medium-sized metallurgical companies and
their respective protective measures available. Furthermore, there is a case study to
qualitatively analyze the existing environment in the welding area of medium-sized
metallurgical company located in the state of São Paulo, with the purpose of identifying
opportunities for improvement in the analyzed process and recommend corrective
measures in the work environment.
Keywords: Welding. Chemical Hazards. Physical Hazards. Fumes. Work Safety.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Diagrama dos Tipos de Processos de Soldagem .................................... 18
Figura 2 – Ilustração de Soldagem por Arco Elétrico ................................................ 19
Figura 3 – Soldagem por Eletrodo Revestido ............................................................ 20
Figura 4 – Soldagem TIG .......................................................................................... 21
Figura 5 – Soldagem MIG/MAG ................................................................................ 22
Figura 6 – Triângulo do Fogo .................................................................................... 26
Figura 7 – Exemplo de Máscara Convencional ......................................................... 32
Figura 8 – Exemplo de Máscara de Escurecimento Automático ............................... 32
Figura 9 – Exemplo de Barreira de Proteção em PVC .............................................. 33
Figura 10 – Exemplo de Captor instalado junto com a Tocha ................................... 36
Figura 11 – Exemplo de Exaustão de Fumos com Braços Extratores ...................... 36
Figura 12 – Exemplo de Bancada com Captação de Fumos .................................... 37
Figura 13 – Exemplo de Instalação com Braços Extratores ...................................... 38
Figura 14 – Captores Móveis de Exaustão de Solda ................................................ 39
Figura 15 – Balanceamento de Tramos .................................................................... 40
Figura 16 – Visão Geral da Área de Soldagem ......................................................... 43
Figura 17 – Vista de Planta da Área de Soldagem .................................................... 44
Figura 18 – Vista de Perfis dos Galpões ................................................................... 45
Figura 19 – Vista de uma Baia .................................................................................. 45
Figura 20 – Exemplo Similar ao Sistema de VLE Proposto....................................... 47
Figura 21 – Representação Isométrica dos Dutos do Sistema de VLE Proposto...... 48
Figura 22 – Curva de Pressão Estática do Braço Extrator ........................................ 55
Figura 23 – Valores de K para Cálculo de Perda de Carga em Curvas .................... 56
Figura 24 – Valores de K para Cálculo de Perda de Carga em Derivações .............. 57
Figura 25 – Valores de K para Cálculo de Perda de Carga em Chapéu ................... 57
Figura 26 – Perdas de Carga de Entrada e Saída do FilterMax 80 DFO .................. 67
Figura 27 – Curvas dos Ventiladores NCF ................................................................ 71
Figura 28 – Gráfico 1 para perda de carga por atrito em mmH2O/m ........................ 73
Figura 29 – Gráfico 2 para perda de carga por atrito em mmH2O/m ........................ 74
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Tipos de Agentes de Riscos Ambientais ................................................. 23
Tabela 2 – Efeitos dos Choques conforme a Intensidade de Corrente ..................... 25
Tabela 3 – Vestimentas Recomendadas para Soldador ........................................... 31
Tabela 4 – Dados para Dutos de Bancada de Soldagem ......................................... 39
Tabela 5 – Resultados do Dimensionamento do Sistema de VLE ............................ 48
Tabela 6 – Equipamentos Selecionados ................................................................... 49
Tabela 7 – Correção do Fator K para Ângulos Diferente de 90° ............................... 56
Tabela 8 – Pressões Entrada e Saída do Ventilador................................................. 70
Tabela 9 – Dados do Ventilador ................................................................................ 72
LISTA DE SIGLAS
ACGIH
American Conference of Governmental Industrial Hygienists
ANSI
American National Standard
AWS
American Welding Society
EPC
Equipamento de Proteção Coletiva
EPI
Equipamento de Proteção Individual
GMAW
Gas Metal Welding
GTAW
Gas Tungsten Arc Welding
IV
Radiação Infravermelha
MAG
Metal Active Gas
MIG
Metal Inerte Gas
MTB
Ministério do Trabalho
NIOSH
National Institute for Occupational Safety and Health
NR
Norma Regulamentadora
NSC
National Safety Council
TIG
Tungsten Inerte Gas
TLV
Threshold Limit Value (Limite de Exposição Ocupacional)
UV
Radiação Ultravioleta
VGD
Ventilação Geral Diluidora
VLE
Ventilação Local Exaustora
LISTA DE ACRÔNIMOS
DIEESE
Departamento Intersindical
Socioeconômicos
de
Estatística
e
Estudos
FUNDACENTRO Fundação Jorge Duprat Figueiredo de Segurança e Medicina do
Trabalho
SENAI
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
LISTA DE SÍMBOLOS
Q
Vazão do sistema
D
Diâmetro do duto
cfm
Pés cúbicos por minuto, unidade de medida de vazão
CO2
Dióxido de carbono, conhecido também como gás carbônico
fpm
Pés por minuto, unidade de medida de velocidade
g
Aceleração da gravidade
L
Comprimento duto reto
m
Metros, unidade de medida
m/s
Metros por segundo, unidade de medida de velocidade
mm
Milímetros, unidade de medida
mmCA
Milímetros de coluna de água, unidade de medida de pressão
Nrv
Potência requerida do ventilador
O2
Gás oxigênio
Pa
Pascal, unidade de medida de pressão
PC
Pressão cinética ou dinâmica
PCsv
Pressão cinética na saída do ventilador
PCsv
Pressão cinética na entrada do ventilador
PE
Pressão estática
PEc
Perda de carga no captor
PEev
Pressão estática na entrada do ventilador
PEsv
Pressão estática na saída do ventilador
PL
Perda de carga adotada do duto reto
PTv
Pressão total do ventilador
vd
Velocidade no duto
vo
Velocidade de entrada no captor
ΔPd
Perda de carga no duto
ΔPs
Perda de carga nas singularidades
η
Rendimento mecânica total do ventilador
μm
Micrometro, unidade de medida
ρ
Densidade
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14
1.1 INTRODUÇÃO E MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO ...................................... 14
1.2 OBJETIVOS DO PRESENTE TRABALHO ....................................................... 15
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 17
2.1 SOLDAGEM ..................................................................................................... 17
2.1.1
Principais Tipos de Soldagem a Arco ........................................................... 18
2.1.1.1
Soldagem com Eletrodo Revestido .......................................................... 19
2.1.1.2
Soldagem TIG .......................................................................................... 20
2.1.1.3
Soldagem MIG/MAG ................................................................................ 21
2.2 SEGURANÇA E HIGIENE NA SOLDAGEM...................................................... 22
2.2.1
Riscos Ambientais ........................................................................................ 23
2.2.2
Riscos inerentes à Soldagem ....................................................................... 23
2.2.2.1
Radiação do Arco Elétrico ........................................................................ 24
2.2.2.2
Choque Elétrico ........................................................................................ 24
2.2.2.3
Incêndios e Explosões ............................................................................. 25
2.2.2.4
Fumos e Gases ........................................................................................ 27
2.2.2.5
Acidentes Devido a Riscos Diversos ........................................................ 28
2.2.3
Medidas Protetivas ....................................................................................... 28
2.2.3.1
EPIs.......................................................................................................... 30
2.2.3.2
Barreiras de Proteção .............................................................................. 33
2.2.3.3
Sistema de Ventilação .............................................................................. 34
2.3 DIMENSIONAMENTO DE VENTILAÇÃO LOCAL EXAUSTORA...................... 37
3
METODOLOGIA ................................................................................................. 43
3.1 DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ............................................................... 43
4
RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 47
5
CONCLUSÃO ..................................................................................................... 50
6
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 52
ANEXO A – PROJETO DO SISTEMA DE VLE PROPOSTO .................................. 55
ANEXO B – PERDA DE CARGA EM DUTOS CIRCULARES RETOS .................... 73
14
1 INTRODUÇÃO
1.1
INTRODUÇÃO E MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO
As atividades de soldagem são um desafio constante aos profissionais de
saúde e segurança do trabalho, já que os soldadores são potencialmente expostos a
uma grande quantidade de agentes químicos e físicos, tais como: partículas, gases,
radiações e ruídos oriundos dos processos de soldagem atualmente em uso.
O potencial de risco desta exposição dependerá principalmente da
composição e quantidade dos fumos e gases gerados e do espectro e intensidade da
radiação emitida, o que, por sua vez, depende do processo de soldagem e do metal a
ser soldado. Também depende do tempo gasto neste tipo de ambiente e da eficácia
de medidas de controle, como ventilação e equipamentos de proteção pessoal
(AMERICAN WELDING SOCIETY, 1979).
Além dos agentes supracitados, o profissional está susceptível a riscos de
acidentes como choques elétricos, quedas, batidas, respingos e fagulhas de solda.
Há diversos estudos sobre os problemas de saúde a longo prazo
associados à profissão de soldador. Entretanto, como seus efeitos são imperceptíveis
a curto prazo tendem a ser ignorados, até que os soldadores envelheçam e o impacto
desse desprezo não possa mais ser ignorado.
De acordo com estatísticas do Ministério do Trabalho e Previdência Social,
os metalúrgicos estão entre as categorias mais afetadas pelos acidentes de trabalho
e os números da ocupação de soldador corroboram para isto. No ano de 2014, a
ocupação de soldador foi a 15ª com mais desligamentos por falecimento decorrente
de acidente típico no Brasil (16 mortes de um total de 1.363) e a 17ª ocupação com
maior número de afastamentos por acidente de trabalho típico (3.666 afastamentos
de um total 328.207): esses números equivalem a 1,17% e 1,12% respectivamente
(DIEESE, 2016).
São números alarmantes, já que nesse mesmo período havia no Brasil
cerca de 200.000 soldadores numa população economicamente ativa ocupada de
99.448.000, ou seja, os soldadores representavam uma fatia de apenas 0,20% dos
15
ocupados. Esses valores indicam que a proporção de acidentes com soldadores é
seis vezes maior que a proporção da quantidade de soldadores com relação ao total
de ocupados: é uma ocupação com alto índice de acidentes e requer medidas para
reduzi-los.
Esse trabalho foi proposto devido aos altos índices de acidente com
soldadores e a diferença de medidas protetivas adotadas entre empresas grandes e
pequena. Visto que indústrias de grande porte são sempre mais visadas a fiscalização
por parte das autoridades responsáveis. Logo, espera-se que estas possuem políticas
de segurança mais rígidas e destinam maiores investimentos em prol a saúde do
trabalhador. O mesmo não pode ser dito para tantas outras indústrias pequenas e
médias existentes em todo o Brasil.
Além disso, muitas empresas metalúrgicas no Brasil negligenciam os
problemas causados pelos fumos e gases oriundos das soldas: a ausência de
equipamentos de exaustão contribui para criar um ambiente de trabalho
extremamente pernicioso à saúde dos trabalhadores. As empresas grandes
costumam ter cabines bem projetadas e sistemas de exaustão no setor de soldadores
enquanto que empresas menores basicamente ficam restritas ao uso de EPIs.
1.2
OBJETIVOS DO PRESENTE TRABALHO
O presente trabalho está preocupado em realizar um levantamento dos
riscos existentes devido a atividade de soldagem em indústrias metalúrgicas de
pequeno a médio porte, visando:
➢ Realizar levantamento dos riscos químicos e físicos presente nos
processos de soldagem.
➢ Demonstrar as medidas de controle e proteção disponíveis para
eliminar ou reduzir a intensidade do risco com especial atenção a
questão de exaustão dos fumos e gases.
➢ Analisar e estabelecer critérios de dimensionamento de um sistema de
ventilação local exaustora para fumos metálicos de solda em uma
indústria de médio porte situada no interior do estado de São Paulo.
16
➢ Propor melhorias priorizando medidas de proteção coletiva, buscando
melhorar as condições dos locais de trabalho.
O presente trabalho foi dividido em duas partes: a primeira trata-se da
revisão bibliográfica que descreve o princípio básico da soldagem, seus principais
riscos e suas respectivas medidas protetivas; e a segunda parte trata-se do estudo de
caso em si, no qual procurou caracterizar o ambiente de trabalho e sugerir alterações
para melhorar o ambiente de trabalho dos soldadores na indústria em questão.
17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1
SOLDAGEM
Conforme MARQUES, MODENESI e BRACARENSE (2009), há duas
categorias mestras em união dos metais: as que se baseiam na ação de forças
macroscópicas entre as partes a serem unidas e as que se baseiam na ação de forças
microscópicas. Exemplos do primeiro caso seriam as uniões parafusadas e as
rebitadas, cuja resistência da junta é a resistência de cisalhamento do parafuso/rebite
em conjunto com as forças de atrito entre as superfícies unidas. E no segundo caso,
a união ocorre pela aproximação de moléculas das superfícies a serem unidas, ou
pela adição de um material intermediário, ou pela aproximação a distancias tão
pequenas que permitam a formação de ligações químicas; os principais exemplos são
a soldagem, a brasagem e a colagem.
A soldagem é definida de diversos modos por muitos autores, embora
sejam
definições
semelhantes.
Conforme
cita
MARQUES,
MODENESI
e
BRACARENSE (2009, p. 18) a definição adotada pela Associação Americana de
Soldagem (American Welding Society – AWS) é: “processo de união de materiais
usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não-metais, produzida
por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão
e/ou material de adição”.
De acordo com OKUMURA e TANIGUCHI (1982, p. 1), a soldagem é muito
empregada na união de componentes de estruturas metálicas e de equipamentos para
diversas finalidades. Suas principais vantagens com relação a outros processos de
união “[...] consistem em sua simplicidade e economia, uma vez que a execução das
juntas soldadas requer quantidades relativamente pequenas de material”. Além disso,
a soldagem possui grande aplicação em serviços de reparo e manutenção.
A Sociedade Americana de Soldagem (AWS) catalogou dezenas de
processos de soldagem e outros tipos de união utilizados na indústria divididos em
oito grandes áreas. A Figura 1 demonstra essas áreas e seus respectivos processos.
18
Figura 1 – Diagrama dos Tipos de Processos de Soldagem
Fonte: (MARQUES, MODENESI e BRACARENSE, 2009, p. 23)
2.1.1 Principais Tipos de Soldagem a Arco
De forma genérica, os processos de soldagem a arco utilizam o arco
elétrico como fonte de calor para a fusão localizada, ou seja, o arco é uma descarga
elétrica num meio gasoso parcialmente ionizado. As dimensões e o formato do cordão
de solda são relacionados com a quantidade de calor fornecida a junta, ou seja,
dependem da corrente e tensão elétricas fornecidas ao arco e da velocidade de
soldagem (MODENESI e MARQUES, 2011).
Dentre os diversos tipos de soldagem por arco elétrico, há três principais
utilizados na indústria: soldagem com eletrodo revestido, soldagem TIG e soldagem
MIG/MAG que serão sucintamente explanados nos tópicos a seguir. A Figura 2
exemplifica os equipamentos para soldagem com eletrodos revestidos.
19
Figura 2 – Ilustração de Soldagem por Arco Elétrico
Fonte: Adaptado de AMERICAN WELDING SOCIETY (2009)
2.1.1.1 Soldagem com Eletrodo Revestido
O processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (SMAW –
Shielded Metal Arc Welding, conforme nomenclatura da AWS), ou simplesmente
conhecido como soldagem com eletrodo revestido ou soldagem a arco elétrico (arc
welding) é o processo mais simples e fácil de dominar.
Segundo OKUMURA e TANIGUCHI (1982), o eletrodo consiste numa
vareta (alma) de material adequado, recoberto com um revestimento fundente, e a
partir do arco gerado entre sua extremidade livre e o metal a ser soldado é consumido,
conforme mostra a Figura 3. O eletrodo fundido é transformado em gotas e são
depositadas na poça de fusão. Já o revestimento transforma-se em escória após a
fusão; sua principal função é recobrir e proteger a poça de fusão da contaminação
atmosférica, e outras funções seriam estabilizar o arco e adicionar elementos de liga
ao metal depositado.
20
Figura 3 – Soldagem por Eletrodo Revestido
Fonte: Adaptado de MANITOBA LABOUR BOARD (2000)
2.1.1.2 Soldagem TIG
Conforme MARQUES, MODENESI e BRACARENSE (2009), a soldagem a
arco com proteção por gás e eletrodo não consumível (GTAW – Gas Tungsten Arc
Welding, conforme nomenclatura da AWS), também conhecida como TIG (Tungsten
Inert Gas) estabelece um arco elétrico entre o eletro não consumível de tungstênio e
as peças a serem unidas que aquecem e se fundem. Uma nuvem de gás inerte ou
uma mistura deles protegem a poça de fusão e o arco contra a contaminação pela
atmosfera.
Caso seja necessário metal de adição, ele é adicionado no limite da poça
de fusão. A solda resultante desse processo é limpa e de alta qualidade. Além disso,
como não gera escória, elimina-se a chance de inclusão no metal de solda, e não
necessita de limpeza no final da soldagem (ESAB INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA.,
2014).
21
Figura 4 – Soldagem TIG
Fonte: Adaptado de MANITOBA LABOUR BOARD (2000)
Sua operação normalmente é manual, porém possibilita-se a mecanização
do processo. Esse processo é aplicável a maioria dos metais e suas ligas. Porém
devido a seu custo elevado, geralmente é aplicável em metais não ferrosos (alumínio,
por exemplo) e aços inoxidáveis, além de peças de pequenas espessuras (menores
que 2 mm) e no passe de raiz na soldagem de tubulações e vasos de pressão
(MARQUES, MODENESI e BRACARENSE, 2009). A Figura 4 demonstra esse
processo.
2.1.1.3 Soldagem MIG/MAG
Segundo FORTES (2005), a soldagem a arco com proteção por gás e
eletrodo consumível (GMAW – Gas Metal Arc Welding, conforme nomenclatura da
AWS), amplamente conhecida no Brasil como soldagem MIG/MAG (MIG – Metal Inert
Gas e MAG – Metal Active Gas), estabelece um arco elétrico entre a peça (metal de
base) e o eletrodo metálico nu (consumível na forma de arame). O calor gerado pelo
arco funde continuamente o arame à medida que este é alimentado à poça de fusão.
O metal de solda é protegido da atmosfera pelo fluxo de uma mistura de gases inertes
(MIG) ou ativos (MAG).
22
Figura 5 – Soldagem MIG/MAG
Fonte: Adaptado de MANITOBA LABOUR BOARD (2000)
O processo MIG utiliza gases inertes, como argônio e hélio enquanto que
o processo MAG utiliza gases ativos, como CO2, ou misturas de Ar / CO2 / O2. A
operação normalmente é semiautomática, mas pode ser automatizada. Esse processo
trabalha com alto fator de ocupação já que o arame (eletrodo) é contínuo e com
elevadas densidades de corrente no eletrodo (elevada taxa de deposição), fatos que
resultam numa elevada produtividade (MODENESI e MARQUES, 2011).
A Figura 5 ilustra o processo de maneira esquemática.
2.2
SEGURANÇA E HIGIENE NA SOLDAGEM
Segundo MARQUES, MODENESI e BRACARENSE (2009), os riscos nas
atividades relacionadas à soldagem são numerosos e “podem provocar sérios danos
ao pessoal, equipamentos e instalações”. É de extrema importância para a segurança
em soldagem o apoio, orientação e envolvimento direto das chefias e gerências; estas
devem estabelecer os objetivos e o Plano de Segurança da empresa claramente. O
Plano deve estabelecer a seleção das áreas de soldagem, requisitos de compra de
equipamentos de soldagem e de segurança, estabelecimento de normas de
23
segurança internas e sua fiscalização, treinamentos, utilização de sinais de
advertência e a inspeção e manutenção periódica dos equipamentos e instalações.
A soldagem apresenta uma série de riscos para as pessoas envolvidas,
entre os quais incluem a possibilidade de choque elétrico, de incêndios e explosões,
de exposição a fumos e gases prejudiciais à saúde, e de exposição à radiação gerada
pelo arco elétrico (MARQUES, MODENESI e BRACARENSE, 2009).
2.2.1 Riscos Ambientais
A Norma Regulamentadora (BRASIL. MINISTÉRIO DO TRABALHO) Nº 9
considera como “riscos ambientais os agentes físicos, químicos e biológicos
existentes nos ambientes de trabalho que, em função de sua natureza, concentração
ou intensidade e tempo de exposição, são capazes de causar danos à saúde do
trabalhador”. A Tabela 1 resume esses agentes apontados pela NR 9.
Tabela 1 – Tipos de Agentes de Riscos Ambientais
AGENTE
DESCRIÇÃO
Agentes físicos
Diferentes formas de energia a que os trabalhadores possam estar
expostos, tais como: ruído, vibrações, pressões anormais, temperaturas
extremas, radiações ionizantes, radiações não ionizantes, bem como o
infrassom e o ultrassom.
Agentes químicos
Substâncias, compostos ou produtos que possam penetrar no organismo
pela via respiratória, nas formas de poeiras, fumos, névoas, neblinas,
gases ou vapores, ou que, pela natureza da atividade de exposição,
possam ter contato ou ser absorvidos pelo organismo através da pele ou
por ingestão.
Agentes biológicos
Bactérias, fungos, bacilos, parasitas, protozoários, vírus, entre outros.
2.2.2 Riscos inerentes à Soldagem
A atividade de soldagem possui riscos físicos, tais como choque elétrico,
radiação, incêndio e riscos químicos devido aos fumos e gases.
24
2.2.2.1 Radiação do Arco Elétrico
Segundo DE SOUSA e BARRA (2012), o processo de soldagem gera
radiações não ionizante: radiação de espectro visível da luz, raios ultravioleta e raios
infravermelhos. Os raios ultravioletas são potenciais causadores de danos à saúde do
soldador, como queimaduras na pele e nos olhos, enquanto que a radiação
infravermelha possui um pequeno espectro associado à soldagem a arco que muitas
vezes não é detectada.
Os raios ultravioletas são responsáveis pelo conhecido "flash do soldador":
uma pequena exposição à radiação UV pode causar grande desconforto, inchaço dos
olhos, secreção de fluidos e até cegueira temporária. O flash do soldador é temporário,
mas exposições prolongadas ou repetidas podem levar a lesões permanentes nos
olhos (MARQUES, MODENESI e BRACARENSE, 2009).
Seu efeito não é imediato, ocorre após um tempo de incubação que varia
conforme o tempo e condições de exposição: o aparecimento dos sintomas ocorre
entre 30 minutos a 24 horas após a exposição, normalmente ocorre entre 6 e 12 horas.
Quando maior for a exposição à radiação, mais rápido aparecerão os sintomas
agudos; estes persistem aproximadamente por um período de 6 a 24 horas, e toda a
sensação de dor desaparece dentro de 48 horas (OKUMURA e TANIGUCHI, 1982).
Conforme MARQUES, MODENESI e BRACARENSE (2009), é necessário
proteger os olhos da radiação do arco, pois esta pode causar queima da retina e
catarata. Além disso, a radiação a arco pode causar queimaduras na pele,
ofuscamento, fadiga visual e dor de cabeça. A proteção deve evitar a exposição do
soldador e de terceiros com relação à radiação direta e indireta (resultante da reflexão
da radiação).
2.2.2.2 Choque Elétrico
O risco de acidente por choque elétrico é sério e constante nas operações
de soldagem a arco, já que se baseia no uso da energia elétrica. O choque pode
ocasionar lesões ou até morte. Mesmo choques “mais fracos” podem acarretar em
25
outros acidentes como uma queda ou devido à reação da vítima ao choque
(OKUMURA e TANIGUCHI, 1982).
A intensidade da corrente que passa pela vítima, o percurso pelo corpo e o
tempo de exposição determinam a severidade do choque elétrico. A Tabela 2
apresenta as reações causadas.
MARQUES, MODENESI e BRACARENSE (2009) recomendam tomar as
seguintes precauções para se evitar o choque elétrico: trabalhar em ambiente seco,
aterrar todo o equipamento elétrico, manter as conexões elétricas limpas e bem
ajustadas, usar cabos de dimensões corretas, evitar trabalhar sobre circuitos
energizados e usar roupas, luvas e calçados apropriados e secos.
Tabela 2 – Efeitos dos Choques conforme a Intensidade de Corrente
FAIXA DE CORRENTE
REAÇÕES FISIOLÓGICAS HABITUAIS
0,1 a 0,5 mA
Leve percepção superficial; habitualmente nenhum efeito.
0,5 a 10 mA
Ligeira paralisia nos músculos do braço, com início de tetanização;
habitualmente nenhum efeito perigoso.
10 a 30 mA
Nenhum efeito perigoso se houver interrupção em, no máximo, 200 ms.
30 a 500 mA
Paralisia estendida aos músculos do tórax, com sensação de falta de ar
e tontura; possibilidade de fibrilação ventricular se a descarga elétrica se
manifestar na fase crítica do ciclo cardíaco e por tempo superior a 200
ms.
Acima de 500 mA
Traumas cardíacos persistentes; nesse caso o efeito é letal, salvo
intervenção imediata de pessoal especializado com equipamento
adequado.
Fonte: (SENAI. DEPARTAMENTO NACIONAL, 2005, p. 18)
Caso ocorra um acidente de choque elétrico, imediatamente o circuito deve
ser interrompido. Se não for possível, deve-se afastar a vítima do contato com uso de
material isolante. Após interrupção do contato, se a vítima sofreu uma parada
respiratória, será necessário fazer massagem cardíaca e respiração boca-a-boca até
a chegada do socorro médico.
2.2.2.3 Incêndios e Explosões
A área de soldagem deve dispor de sistema adequado de combate a
incêndio e pessoal treinado para isso, visto que o calor produzido pelo arco elétrico e
26
as suas irradiações, por escórias quentes e por faíscas podem ser causas de
incêndios ou explosões (ESAB WELDING & CUTTING PRODUCTS, 2009).
Para que haja um incêndio deve haver três elementos agindo em conjunto:
fonte de calor, combustível e comburente (ver Figura 6 – Triângulo do Fogo).
Inerente ao processo de soldagem, já há fonte de calor e comburente que
pode o oxigênio contido no ar que circunda a solda e/ou no gás de proteção. Por isso
é necessário controlar e, se possível, evitar a presença de materiais combustíveis
próximo a área de soldagem para evitar incêndios. Há diversos materiais combustíveis
no ambiente industrial, por exemplo: tintas, solventes, graxas, óleos, estopas, panos
e papéis embebidos em solventes e outros líquidos inflamáveis que devem ser
retirados da área antes de iniciar a soldagem (MARQUES, MODENESI e
BRACARENSE, 2009).
Figura 6 – Triângulo do Fogo
Fonte: Próprio Autor
Além disso, deve-se precaver ao efetuar soldas de reparo em tanques e
recipientes que armazenavam combustíveis ou materiais inflamáveis, já que pode
formar vapores explosivos. Antes de soldar, deve-se remover todo o resíduo do
produto inflamável, extrair todos os gases combustíveis e confirmar a inexistência de
perigo de explosão. A existência de gás combustível pode ser verificada por meio de
aparelhos detectores (OKUMURA e TANIGUCHI, 1982).
27
2.2.2.4 Fumos e Gases
Os processos de soldagem podem gerar fumos e gases e o soldador
sempre deve manter a cabeça fora da névoa formada para não os respirar, já que
podem ser prejudiciais à saúde por diversos motivos. Substâncias potencialmente
nocivas podem ser liberadas durante a soldagem ou existir em certos fluxos,
revestimentos e metais de adição (ESAB WELDING & CUTTING PRODUCTS, 2009).
O fumo é gerado pela volatilização de substâncias derretidas com a
subsequente condensação de partículas sólidas a partir do estado gasoso; cuja
composição química no ar geralmente reflete a composição elementar dos metais de
base, de adição e do fluxo, mas os componentes da fumaça podem ter diferentes
formas químicas. Assim, as concentrações dos vários componentes do fumo podem
variar para cada tipo de trabalho e processo e são melhores determinadas caso a
caso. A partícula de fumo geralmente possui um diâmetro inferior a 1μm (NIOSH,
1988).
Outros fumos tóxicos, tais como os gerados em soldagens de estruturas
pintadas com tintas à base de chumbo ou em soldagens de metal galvanizado, podem
produzir sintomas de toxicidade severos rapidamente, a menos que os fumos sejam
controlados com ventilação local efetiva ou o soldador esteja protegido por
equipamento de proteção respiratória (PLOG e QUINLAN, 2002).
Além disso, os fumos não são as únicas fontes de partículas transportadas
pelo ar. Fluxos e metais de adição utilizados em forma de pó (soldagem de arco
submerso, por exemplo) podem entrar no ar como poeiras fugitivas. Poeiras minerais
e metálicas também podem ser produzidas durante a limpeza de soldas por
escovação e/ou esmerilhamento da superfície (NIOSH, 1988).
Também há desprendimento de gases durante a soldagem, tais como
ozônio, óxidos de nitrogênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e gases
formados pela decomposição de hidrocarbonetos clorados. A origem depende do
processo utilizado e deve ser levado em conta os seguintes fatores: gás protetor
usado, composição do revestimento ou da alma dos eletrodos, ação do arco elétrico
formado, ou da radiação ultravioleta sobre os elementos constituintes do ar
atmosférico e da decomposição de óleos e graxas que usualmente recobrem as
chapas para evitar oxidação (GOMES, 1985).
28
As principais consequências da exposição aos fumos de solda: câncer de
pulmão, asma, ulcerações do septo nasal, ulcerações de pele, dermatite de contato
alérgica, siderose e infarto (GOMES, 1985).
2.2.2.5 Acidentes Devido a Riscos Diversos
Salpicos durante o processo de soldagem podem danificar EPIs
inadequadas e acarretar em queimaduras na pele e ferir os olhos. Além disso, ações
de esmerilhamento e limpeza em áreas de soldagem podem lançar fagulhas e
fragmentos de escória e causar essas lesões também (OKUMURA e TANIGUCHI,
1982).
O uso de cilindros de gás requer muito cuidado:
“Estes podem conter gases a pressão muito elevada (de até cerca de 200
atm), podendo se tornar projéteis pesados caso o gás escape de forma
descontrolada (no caso da ruptura de sua válvula, por exemplo). Apenas
cilindros contendo o gás de proteção adequado para o processo de soldagem
em uso e reguladores de pressão próprios para este gás e sua pressão
devem ser usados. As mangueiras e suas conexões devem ser adequadas
para a aplicação e estar em boas condições de uso. Os cilindros devem ser
mantidos em pé e presos a um suporte de forma que não possam cair. O seu
transporte deve ser sempre feito com a proteção da válvula.” (MARQUES,
MODENESI e BRACARENSE, 2009, p. 49).
Há riscos que envolvem trabalho em altura: quando a soldagem ocorre
acima do nível do solo há riscos de queda de objetos e ferramentas e queda de
trabalhador a partir de andaimes, plataformas e locais altos. Além disso, hás os riscos
inerentes da movimentação de carga no nível do solo e/ou elevada.
2.2.3 Medidas Protetivas
As operações de soldagem expõem o soldador a uma série de riscos que
poderão levar a acidentes do trabalho, fato que a torna uma atividade perigosa caso
não adote medidas de segurança.
29
Deve-se disseminar a todos os trabalhadores envolvidos informações
sobre os perigos através de um programa de treinamento que oriente como as tarefas
devem ser executadas, como práticas de trabalho específicas reduzem a exposição
ou minimizam o risco de lesão e como o cumprimento desses procedimentos
beneficiará os trabalhadores. É essencial que haja treinamentos de reciclagem sobre
segurança frequentes e o monitoramento da rotina de trabalho (NIOSH, 1988).
Segundo a norma ANSI/AWS Z49.1 (AMERICAN NATIONAL STANDARD,
2012) os seguintes cuidados básicos de segurança devem ser tomados nas áreas de
soldagens:
➢ Equipamentos de solda, cabos e outros aparelhos devem estar
dispostos de modo que não represente perigo. Organização e limpeza
deve ser uma prática adotada, sempre deve haver uma rota
desobstruída para fluxo de pessoas.
➢ Deve haver placas demarcando o setor de solda e indicações de quais
EPIs devem ser utilizados.
➢ Os trabalhadores e outras pessoas próximas do setor de solda devem
estar protegidas da energia radiante e dos respingos de solda. Podese adotar biombos, cortinas de materiais não inflamáveis ou deve-se
obrigatoriamente utilizar óculos de proteção, protetor facial e roupas
apropriadas.
➢ Se regularmente houver soldagem a arco, recomenda-se que as
paredes adjacentes e outras superfícies devem ter baixa refletividade
à radiação ultravioleta.
Com objetivo de amenizar ou eliminar os efeitos dos fumos a saúde dos
colaboradores, medidas ambientais podem ser adotadas no processo de trabalho e
de proteção individual:
➢ Ventilação diretamente relacionado a concentração de fumos no local
de trabalho, influenciada por diversas variáveis, devendo ser projetado
seu sistema para manter o ambiente mesmo nos pontos de pico dentro
dos teores permitidos.
30
➢ Posicionamento no desenvolvimento das atividades, sendo necessário
treinamento e capacitação dos trabalhadores, se colocando na direção
contrária aos fumos provenientes da solda.
➢ Aplicação do Equipamento de Proteção Individual mirando reduzir ou
eliminar os riscos do processo atentando-se as características das
atividades para uma melhor aplicação, como concentração, tempo de
exposição, composição química dos componentes.
2.2.3.1 EPIs
A função dos equipamentos individuais de proteção (EPIs) é minimizar os
efeitos dos agentes agressivos e, em muitos casos, evitar o dano à saúde do
trabalhador. “Como as medidas de proteção coletiva não são adequadamente
utilizadas ou não são eficientes para assegurar integral proteção à saúde do soldador,
este tem necessidade de usar um grande número de EPIs.” (GOMES, 1985, p. 18).
Conforme a NR 6, que dispõe sobre o uso de EPIs, estes devem ser
fornecidos gratuitamente aos trabalhadores, quando estes estão sujeitos ao risco de
acidentes de trabalho ou de doenças profissionais.
Segundo FORTES (2005), as roupas de proteção como jaquetas, aventais
e perneiras devem ser resistentes ao calor, já que a exposição prolongada à intensa
radiação do arco pode causar danos. Roupas finas de algodão não se constituem
numa proteção adequada, porque se deteriora sob esse tipo de radiação.
As vestimentas do soldador normalmente são feitas de raspa de couro por
causa da durabilidade e resistência ao fogo. Elas sempre devem estar isentas de
graxa e óleo, porque essas substâncias podem pegar fogo e queimar com o seu
aquecimento excessivo. Deve-se evitar dobras em luvas e calça, já que podem reter
fagulhas ou metal quente e ocasionar queimaduras. As pernas das calças sempre
devem sobrepor às botas para evitar que partículas quentes caiam dentro das botas.
E as botas devem ser de couro, cano alto e com biqueira de aço (MARQUES,
MODENESI e BRACARENSE, 2009).
A Tabela 3 lista os principais EPIs que o soldador deve utilizar para sua
proteção:
31
Tabela 3 – Vestimentas Recomendadas para Soldador
EPI
FOTO ILUSTRATIVA
DESCRIÇÃO
Avental de
raspa
Protege o tronco frontalmente e parte dos membros
inferiores contra queimaduras, calor, radiante,
perfurações, projeção de materiais particulados, ambos
permitindo uma boa mobilidade ao usuário.
Perneira de
raspa
Protegem a perna contra projeções de aparas,
fagulhas, limalhas, etc., principalmente de materiais
quentes.
Mangote de
raspa
Protegem o braço, inclusive o punho, contra impactos
cortantes e perfurantes, queimaduras, choque elétrico,
abrasão e radiações ionizantes e não ionizantes.
Luva de raspa
Protegem os dedos e as mãos de ferimentos cortantes
e perfurantes, de calor, choques elétricos, abrasão e
radiações ionizantes.
Capuz de raspa
para soldador
Protege as laterais, a parte posterior da cabeça (nuca)
e o pescoço de projeção de fagulhas, poeiras e
similares.
Botas com
solado isolante
Protege os pés contra impactos de objetos que caem
ou são projetados, impactos contra objetos imóveis e
contra perfurações. Além disso, minimizam o risco de
choque elétrico.
Protetor
auricular
Diminui a intensidade da pressão sonora exercida pelo
ruído contra o aparelho auditivo. O protetor auricular
não anula o som, mas reduz o ruído (que é o som
indesejável) a níveis compatíveis com a saúde auditiva.
É necessário analisar o ambiente para oferecer o
protetor adequado.
Óculos de
segurança
Protegem os olhos de impacto de materiais projetados
e de impacto contra objetos imóveis.
Fonte: (SENAI. DEPARTAMENTO REGIONAL DO ESPÍRITO SANTO, 1996)
Outro EPI de extrema valia é a máscara de solda: além de proteger os
olhos, a máscara protege o rosto das faíscas de metal quente e salpicos da solda e
dos danos causados pela radiação geradas pelo arco. Qualquer máscara deve ser
32
feito de material isolante térmico e elétrico, não comburente e ou auto-extinguivel, e
opaco a radiação visível, IV e UV (AMERICAN NATIONAL STANDARD, 2012).
As máscaras de solda convencionais (Figura 7), possuem proteção
passiva, seus filtros de luz, de vidro, oferecem proteção contra as radiações da
soldagem durante a operação, mas para isso chegam a bloquear a luz visível incidente
quando fora da operação. O soldador precisa levantar e abaixar a máscara de
soldagem inúmeras vezes durante o dia fato que aumenta sua exposição aos riscos.
Há também a máscara com lentes de escurecimento automático (Figura 8):
esse tipo de máscara permite ao soldador enxergar através do filtro de luz sob
condições normais de luminosidade, o que tende a reduzir consideravelmente a
freqüência de movimentos que o soldador faz com a máscara de solda. Ou seja, reduz
a probabilidade de exposição as radiações nociva UV e IV causadas por um arco
gerado acidentalmente e por arcos gerados de soldadores próximos, além de reduz o
potencial de lesões nos olhos devido a faíscas e salpicos de solda (3M UNITED
STATES. PERSONAL SAFETY DIVISION, 2016).
Figura 7 – Exemplo de Máscara
Convencional
Figura 8 – Exemplo de Máscara de
Escurecimento Automático
Fonte: (Internet, Autor Desconhecido)
Fonte: (3M UNITED STATES. PERSONAL
SAFETY DIVISION, 2016)
Independentemente do tipo de máscara utilizada, recomenda-se utilizar
óculos de proteção sob a máscara, porque faíscas podem entrar na máscara, saltar e
penetrar nos olhos. Lentes de contato não devem ser utilizadas durante a soldagem
(ESAB WELDING & CUTTING PRODUCTS, 2009).
33
2.2.3.2 Barreiras de Proteção
O uso de barreiras de proteção é fundamental, pois o risco de queimaduras
nos olhos e no corpo não existe apenas para o soldador, mas para todos os que
compartilham o mesmo local com ele. As fagulhas podem ser lançadas a uma
distância considerável. É imprescindível que todos próximos da exposição à radiação
do arco estejam protegidos. Se o local não puder ser protegido, todos num raio de
aproximadamente 25m devem usar proteção para os olhos quando houver atividade
de soldagem ou de corte (FORTES, 2005).
As cabines de soldagem devem ser construídas de material resistente e
pintadas de cor escura para absorver o máximo possível de energia luminosa. Para
operações temporárias, usar anteparos móveis que poderão ser de lona (GOMES,
1985).
Existe no mercado cortinas de PVC flexível semitransparentes (vide Figura
9) com as seguintes características: retardante de chama, amortecedor de ruído
propriedade de inibição dos raios UV decorrentes do arco elétrico, além da função de
proteger o ambiente externo dos respingos de solda. Sua grande vantagem é permitir
a visualização do soldador por todos que transitam pela área e proporcionar um
ambiente melhor e mais seguro para o próprio soldador já que este não fica
completamente isolado.
Figura 9 – Exemplo de Barreira de Proteção em PVC
Fonte: (DECAFLEXPVC, 2017)
34
2.2.3.3 Sistema de Ventilação
Segundo AMERICAN WELDING SOCIETY (2009), deve-se utilizar a
ventilação para controlar os fumos e os gases produzidos pela soldagem. Uma
ventilação adequada mantém as exposições aos contaminantes aéreos abaixo dos
limites permitidos. Uma pessoa tecnicamente qualificada deve avaliar a exposição
para determinar se a ventilação é adequada. Caso a ventilação não seja adequada,
deve-se utilizar um respirador adequado.
Logo, para atingir os parâmetros seguros em termos de contaminação do
ar do ambiente de trabalho, por conseguinte, preservar a saúde dos trabalhadores, é
de extrema importância que o sistema de exaustão seja bem projetado, construído,
instalado, operado e mantido dentro dos melhores preceitos de Engenharia, de modo
a prevenir a liberação de agentes indesejáveis ao ambiente de trabalho e atender às
necessidades específicas de cada processo (SOBRINHO, 1996).
A ventilação industrial é a principal medida de controle efetiva para
ambientes de trabalho prejudiciais ao ser humano. A ventilação tem sido
tradicionalmente utilizada no campo da higiene do trabalho, com a finalidade de evitar
a dispersão de contaminantes no ambiente industrial, bem como diluir concentrações
de gases, vapores e promover conforto térmico ao homem (MESQUITA, GUIMARÃES
e NEFUSSI, 1988). Assim sendo, a ventilação é um método para se evitarem doenças
profissionais oriundas da concentração de pó em suspensão no ar, gases tóxicos ou
venenosos, vapores etc.
Os sistemas de ventilação de dividem em dois grupos: Ventilação Geral
(que pode ser natural ou mecânica), conhecida também como Ventilação Geral
Diluidora (VGD) que é aquela que ventila todo o ambiente; e Ventilação Local
Exaustora (VLE) que retira as substâncias emitidas diretamente do local de geração,
conduzindo-os para a atmosfera externa. Muitas vezes essas substâncias passam por
algum tratamento antes de ser liberado para a atmosfera.
“As medidas de controle podem ser classificadas de caráter coletivo e de
engenharia, se projetadas e aplicadas nos ambientes e nas fontes de geração
da poeira nos processos, como os sistemas de ventilação local exaustora
(VLE), de caráter administrativo, como aquelas inseridas nos programas de
gestão de risco, de caráter individual, como a utilização de equipamentos de
proteção respiratória (EPR) e de vestimentas adequadas, e, também, como
35
de ordem geral, por meio da limpeza e da sinalização dos locais de trabalho.”
(FUNDACENTRO, 2010, p. 25).
A VGD natural renova o ar de uma determinada área através de aberturas
do telhado, portas abertas e janelas; esse ar novo pode diminuir a concentração de
um contaminante no ar e eventualmente removê-lo. Este tipo de ventilação geralmente
é considerado o menos efetivo porque não há controle direto de como os
contaminantes aéreos se moverão através da área de trabalho. E a VGD mecânica
utiliza ventiladores de parede, ventiladores de telhado ou outros meios mecânicos
para impedir que contaminantes aéreos entre na zona de respiração do trabalhador
(AMERICAN NATIONAL STANDARD, 2012).
A VLE é um dos recursos mais eficazes disponíveis para o controle do
ambiente de trabalho e sua eficácia pode ser incrementada quando aplicada em
conjunto com outras medidas protetivas para a redução ou mesmo a eliminação da
exposição dos trabalhadores a contaminantes químicos presentes ou liberados na
forma de névoas, gases, vapores e poeiras (SOBRINHO, 1996).
Os sistemas VLE em geral dispõem de dispositivos de captura, dutos e um
ventilador. Os dispositivos de captura removem fumos e gases na fonte. Estes podem
ser do tipo de captura fixo ou móveis, e são colocados perto ou ao redor do trabalho.
Esses sistema permitem que os contaminantes ficam abaixo dos limites permitidos
(AMERICAN WELDING SOCIETY, 2009).
Os tipos de captores mais comuns são:
➢ Captação direta na tocha de solda;
➢ Exaustão de fumos com braços extratores;
➢ Captores fixos a bancada.
36
Figura 10 – Exemplo de Captor instalado junto com a Tocha
Fonte: (NEDERMAN, 2017)
Figura 11 – Exemplo de Exaustão de Fumos com Braços Extratores
Fonte: (NEDERMAN, 2017)
37
Figura 12 – Exemplo de Bancada com Captação de Fumos
Fonte: (MACINTYRE, 1990)
Sistema de ventilação geral e/ou natural são soluções inadequadas a
operações de soldagem, já que não impede a emissão dos poluentes para o ambiente
de trabalho, mas simplesmente os dilui, ou seja, a zona de respiração do soldador
continua sujeita à contaminação. Logo é necessário que haja um sistema de
ventilação local exaustora próprio para coletar fumos e gases tóxicos gerados no
processo antes que sejam emitidos ao ambiente ocupacional, ou neste caso, que
atinjam a zona de respiração dos trabalhadores. A VLE é sempre preferível à VGD,
especialmente quando o objetivo do sistema de ventilação é a proteção da saúde do
trabalhador.
2.3
DIMENSIONAMENTO DE VENTILAÇÃO LOCAL EXAUSTORA
Um sistema de VLE possui basicamente as seguintes partes (MACINTYRE,
1990):
➢ Captor, dispositivo de captação do ar contaminado na sua origem;
➢ Ventilador, capaz de produzir um depressão para que o ar se desloque
do captor até sua entrada e uma pressão positiva para enviar esse ar
a um filtro;
38
➢ Rede de dutos, que interligam os captores, ventilador e filtro para
conduzir o ar com o contaminante a ser tratado;
➢ Coletores de partículas, filtros, lavadores de gases e vapores,
precipitadores eletrostáticos ou outros dispositivos que retenham as
partículas ou dissolvam os gases, impedindo que sejam lançados
livremente na atmosfera.
O dimensionamento se inicia pela definição do tipo do captor a ser utilizado
e sua especificação. Como as baias são relativamente grandes e há variação
(tamanho, forma e posição) quanto as peças a ser soldadas, o tipo de captor mais
indicado é o braço extrator por ser flexível, autoportante e não obstruir o trabalho. A
Figura 13 exemplifica uma instalação com braços extratores.
Figura 13 – Exemplo de Instalação com Braços Extratores
Fonte: (ROBOVENT, 2016)
As partículas contaminantes deverão ser induzidas a deslocarem-se para
o captor com uma certa velocidade 𝑉, denominada velocidade de captura, a partir de
sua fonte (a cota X ilustrada na Figura 14 indica a distância entre o ponto de origem
39
dos contaminantes e o captor). Esta velocidade V irá depender das velocidades 𝑉𝑜 e
𝑣𝑑 (MACINTYRE, 1990).
Tabela 4 – Dados para Dutos de Bancada de Soldagem
Distância X
[polegadas]
Duto Simples
Q [cfm]
Duto Cônico
Q [cfm]
6
335
250
6a9
755
560
9 a 12
1335
1000
Fonte: (MACINTYRE, 1990, p. 236)
A velocidade de captura na entrada do captor, volume de ar por captor e a
perda de pressão na entrada do captor são indicados por ACGIH (1998) e
MACINTYRE (1990). A velocidade de entrada no captor 𝑉𝑜 recomendada para
exaustão móvel de fumos de solda é de 1500fpm (equivalente a 7,62m/s), a Tabela 4
indica o volume de ar no captor e a Equação 1 calcula a perda de carga na entrada
do captor.
Figura 14 – Captores Móveis de Exaustão de Solda
Fonte: Adaptado de ACGIH (1998)
A perda de carga na entrada do captor é indicada pela fórmula:
40
∆𝑃𝐸𝑐 = 0,25 ×
𝑣𝑑 2
×𝜌
2×𝑔
(Eq. 1)
Além dos dados obtidos na literatura dos captores, há empresas
especialistas em fornecimento de sistema de exaustão e captação de gases, com
linhas de captores dedicados para exaustão de fumos de soldagem e fornecem curvas
de vazão e pressão estática destes.
Depois de definido o tipo do captor, quantos serão utilizados e suas
posições, inicia-se o dimensionamento dos dutos. A velocidade do ar dentro da
tubulação é a responsável pelo transporte dos poluentes através dos dutos do sistema
depende; em casos de poluentes particulados é importante manter uma velocidade
mínima de transporte para não ocorrer sedimentação nos dutos (LISBOA, 2007).
A velocidade mínima nos dutos varia conforme aplicação, densidade e
granulometria das partículas. ACGIH (1998) e MACINTYRE (1990) recomendam que
a velocidade no duto 𝑣𝑑 mínima seja de 3000fpm (15,24m/s) para essa aplicação.
A perda de carga nos trechos retos da tubulação é obtida através de um
ábaco que relaciona a perda de carga em pressão cinética por metro, a velocidade
(m/s), a vazão (m³/s) e o diâmetro do duto (mm). Vide o ANEXO B – PERDA DE
CARGA EM DUTOS CIRCULARES RETOS para visualizar o ábaco (MACINTYRE,
1990).
Nos demais trechos, tais como cotovelos, derivações e bifurcações, o
escoamento gera perdas de carga adicionais, chamadas de perdas de carga
singulares. Essas perdas variam conforme a peça e há fatores adimensionais 𝐾𝑠
tabelados; em geral, a perda de carga de uma peça especial é dada pela equação a
seguir:
∆𝑃𝑠 = 𝐾𝑠 ×
𝑣𝑑 2
×𝜌
2×𝑔
(Eq. 2)
Os fatores 𝐾𝑠 podem ser obtidos em tabelas disponíveis em MACINTYRE
(1990, p. 139-145) e MESQUITA, GUIMARÃES e NEFUSSI (1988, p. 215-220).
Balancear um sistema consiste em dimensionar adequadamente a rede de
dutos para resultar em pressões próximas no ponto de junção de dois ramais.
Conforme mostra a Figura 15, a pressão estática na seção AA é a somatória da
41
pressão cinética de aceleração do fluido em cada um dos captores, mais as perdas
de carga em cada um dos tramos (LISBOA, 2007).
Figura 15 – Balanceamento de Tramos
Fonte: (LISBOA, 2007)
A equação 3 mostra que num sistema balanceado os ramais 1 e 2 da Figura
15 são iguais. Observe:
𝑃𝐸𝐴𝐴 = 𝑃𝐸𝑐1 + ∆𝑃1𝐴 = 𝑃𝐸𝑐2 + ∆𝑃2𝐴
(Eq. 3)
Vale ressaltar que as técnicas empregadas para o dimensionamento do
sistema de VLE baseiam-se no método do Balanceamento Estático, descrito por
Lisboa (2007).
De posse da vazão total requerida pelo sistema, determina-se o filtro mais
adequado para aplicação e sua perda de carga.
E para encerrar o dimensionamento do sistema, calcula-se pressão e
potência requeridas para o ventilador a ser instalado.
𝑃𝑇𝑣 = (𝑃𝐸𝑠𝑣+ 𝑃𝐶𝑠𝑣 ) − (𝑃𝐸𝑒𝑣+ 𝑃𝐶𝑒𝑣 )
𝑁𝑟𝑣 =
𝑄 × 𝑃𝑇𝑣
75 × 𝜂
Onde:
𝑃𝑇𝑣 = Pressão total do ventilador
𝑃𝐸𝑠𝑣 = Pressão estática na saída do ventilador
(Eq. 4)
(Eq. 5)
42
𝑃𝐶𝑠𝑣 = Pressão cinética na saída do ventilador
𝑃𝐸𝑒𝑣 = Pressão estática na entrada do ventilador
𝑃𝐶𝑒𝑣 = Pressão cinética na entrada do ventilador
𝑁𝑟𝑣 = Potência Requerida do ventilador
𝑄 = Vazão do sistema
𝜂 = Rendimento mecânica total do ventilador
43
3 METODOLOGIA
Um estudo de caso foi proposto para a realização deste trabalho a fim de
se levantar os riscos aos quais estão expostos os soldadores numa indústria
metalúrgica.
Uma visita técnica foi realizada a essa empresa afim de levantar os riscos
aos quais estão expostos esses trabalhadores, identificar os perigos existentes e
potenciais através de uma avaliação qualitativa.
3.1
DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
O estudo de caso será baseado nas instalações de uma indústria
metalúrgica de médio porte situada no interior do estado de São Paulo. Dentro de dois
galpões germinados que totalizam 1200m², situa-se a área destinada a operações de
soldagem dividida em duas alas com cinco baias cada.
Figura 16 – Visão Geral da Área de Soldagem
Fonte: Próprio Autor
44
Há barreiras metálicas (biombos) que dividem todas as baias entre si e
isolam a área com relação ao restante dos galpões, como mostra a Figura 16. A
barreiras possuem 2m de altura.
Figura 17 – Vista de Planta da Área de Soldagem
Fonte: Próprio Autor
A Figura 17 mostra a planta dos galpões com as duas alas, aqui
denominadas de Ala A e Ala B. Este estudo analisará apenas a Ala A, já que a Ala B
será transferida de local.
45
Os galpões possuem pé direito alto (7,5m) e lanternim (vide Figura 18) que
possibilitam uma boa ventilação geral diluidora e não há nenhum sistema de VLE.
Dentro das baias, devido à alta geração de fumos e existência das barreiras de
proteção, é visível a quantidade de fumos que se concentra e sua difícil diluição: isso
representa um sério risco a saúde dos soldadores a longo prazo, além de dificultar a
visão durante a realização do serviço.
Figura 18 – Vista de Perfis dos Galpões
Fonte: Próprio Autor
Figura 19 – Vista de uma Baia
Fonte: Próprio Autor
46
Dentro de cada baia, há uma bancada, um armário, uma ou duas máquinas
de solda, cilindro de gás, carrinho com alimentador de arame. As máquinas de solda
são do tipo MIG/MAG e algumas soldam TIG também. A bancada é posicionada na
baia conforme a peça a ser soldada. A Figura 19 ilustra uma baia padrão.
Com relação aos EPIs utilizados pelos soldadores, todos utilizam avental,
mangotes, perneiras e luvas de raspas, botas com solado isolante e biqueira de aço,
touca (capuz) em brim, óculos de segurança, protetor auricular e máscara de solda
convencional.
47
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
O sistema de Ventilação Local Exaustora (VLE) proposto é semelhante ao
da Figura 20: há braços extratores que fazem a função de captores móveis dos fumos
gerados na soldagem e são facilmente posicionados conforme a peça a ser soldada
e posição de soldagem; filtro para tratamento do ar contaminado pelos fumos e
pequenas partículas; e o ventilador.
Figura 20 – Exemplo Similar ao Sistema de VLE Proposto
Fonte: Adaptado de NEDERMAN (2016)
Os cálculos detalhados do sistema de VLE proposto estão descritos no
ANEXO A – PROJETO DO SISTEMA DE VLE PROPOSTO. E a rede de dutos
considerada para o dimensionamento pode ser observada na Figura 21.
Após a aplicação dos cálculos descritos no Item 2.3, pode-se obter o
resultado do dimensionamento do sistema proposto, conforme descrito na Tabela 5.
48
Figura 21 – Representação Isométrica dos Dutos do Sistema de VLE Proposto
Fonte: Próprio Autor
Tabela 5 – Resultados do Dimensionamento do Sistema de VLE
RAMAL 1
Equipamento
Q
[m³/h]
Trecho
Comp.
[m]
D
[mm]
ΔPd
[mmCA]
ΔPs
[mmCA]
PEc
[mmCA]
PE
[mmCA]
Captor 1
0,266
1-A
7,034
160
10,55
3,21
101,97
115,73
Captor 2
0,266
2-A
2,668
160
4,00
4,59
101,97
110,56
Duto Principal
0,532
A-B
3,800
200
6,84
---
---
122,57
Captor 3
0,283
3-B
2,668
160
4,53
5,20
112,17
121,90
Duto Principal
0,815
B-D
0,900
240
1,44
5,95
---
129,96
RAMAL 2
Equipamento
Q
[m³/h]
Trecho
Comp.
[m]
D
[mm]
ΔPd
[mmCA]
ΔPs
[mmCA]
PEc
[mmCA]
PE
[mmCA]
Captor 4
0,266
5-C
2,668
160
4,00
4,59
101,97
110,56
Captor 5
0,266
4-C
7,034
160
10,55
3,21
101,97
115,73
Duto Principal
0,532
C-D
0,574
180
1,72
11,48
---
128,93
49
RAMAL FINAL
Equipamento
Q
[m³/h]
Trecho
Comp.
[m]
D
[mm]
ΔPd
[mmCA]
ΔPs
[mmCA]
PEc
[mmCA]
PE
[mmCA]
Filtro
1,347
D-E
2
315
2,00
10,96
---
295,88
Ventilador
1,347
E-F
2
400
0,60
4,21
---
300,69
Duto Principal
1,347
F-G
4
400
1,20
0,70
---
302,59
Onde:
𝑄 = Vazão do sistema
𝐷 = Diâmetro do duto
∆𝑃𝑑 = Perda de carga no duto
∆𝑃𝑠 = Perda de carga nas singularidades
𝑃𝐸𝑐 = Perda de carga no captor
𝑃𝐸 = Pressão estática até o duto principal
A partir das Equações 4 e 5, calcula-se a pressão total do ventilador e a
potência requerida do ventilador.
𝑃𝑇𝑣 = (𝑃𝐸𝑠𝑣+ 𝑃𝐶𝑠𝑣 ) − (𝑃𝐸𝑒𝑣+ 𝑃𝐶𝑒𝑣 ) = 302,59𝑚𝑚𝐶𝐴
𝑁𝑟𝑣 =
𝑄 × 𝑃𝑇𝑣 1,347 × 302,59
=
≅ 7,77𝑐𝑣
75 × 𝜂
75 × 0,7
A Tabela 6 aponta os equipamentos selecionados e no ANEXO A –
PROJETO DO SISTEMA DE VLE PROPOSTO há os detalhes de seleção dos
mesmos. Há vários fabricantes de equipamentos para captura de fumos de soldagem;
entretanto nesse estudo adotaram-se equipamentos da empresa sueca Nederman,
devido sua ampla linha de produtos para tratamento de ar e por ter filial no Brasil.
Tabela 6 – Equipamentos Selecionados
Equipamento
Modelo
Captor
Braço Extrator Nederman mod. NEX MD 5m
Filtro
Nederman mod. FilterMax 80 DFO
Ventilador
Nederman mod. NCF80/20
50
5 CONCLUSÃO
A soldagem é uma atividade que apresenta diversos riscos aos soldadores.
Este estudo através de uma intensa revisão bibliográfica elencou os riscos físicos,
químicos e de acidentes dessa atividade. Dentre os riscos físicos, há a radiação do
arco elétrico, choque elétrico, incêndio e explosões. Os riscos químicos são devido
aos fumos e gases gerados pelos processos de soldagem. E os riscos de acidentes
ficam a cargo principalmente de faíscas causadas pela soldagem, fagulhas e carepas
(fragmentos de escória) lançadas em ações de esmerilhamento e limpeza, explosões
dos cilindros de gases devido a mau uso e/ou más condições de conservação, além
dos riscos que envolvem trabalho em altura.
A partir da análise dos riscos discutidos, estudo de normas de segurança
do trabalho, tais como NRs - MTB, AWS, ANSI, NIOSH, além de dados obtidos na
literatura, apontou-se medidas de controle e proteção para eliminar e/ou reduzir os
riscos da atividade de soldagem. Essas medidas são: sistema de ventilação local
exaustora para exaustão dos fumos e gases, barreiras que isolam a área de soldagem
e inúmeros EPIs.
Devido a custos, é usual que empresas metalúrgicas de pequeno e médio
porte apenas o uso de EPIs e barreiras de proteção, e relegam o sistema de VLE. A
ausência desse sistema é grave, pois a inalação dos fumos gerados representa um
sério risco a saúde dos soldadores a longo prazo.
O estudo de caso possibilitou o dimensionamento de um sistema de VLE a
partir dos critérios estabelecidos na revisão bibliográfica e análise do ambiente da
empresa em questão.
Além da instalação do sistema de VLE proposto, recomenda-se algumas
melhorias: substituição das barreiras metálicas existentes, por outras de PVC
translucido com 3m de altura e até ao chão para diminuir o risco de faíscas e fagulhas
serem lançadas para fora da baia, aumentar a absorção de ruídos e criar um ambiente
mais amigável ao soldador já que não ficará totalmente isolado. Quanto aos EPIs
utilizados, deve-se manter o uso de todos; recomenda-se a substituição da máscara
convencional por uma de escurecimento automático para diminuir a exposição de
51
radiações UV e IV, além de reduzir o risco de lesões nos olhos devido a faíscas e
salpicos.
Deve-se estabelecer exigências de compra de equipamentos de soldagem
e equipamentos de segurança; execução de programas de treinamento no uso do
equipamento de trabalho e de segurança; procedimentos em caso de emergências ou
acidentes; utilização de sinais de advertência para os perigos de cada área específica;
e a inspeção e manutenção periódica dos equipamentos e instalações.
Uma sugestão de trabalho futuro seria uma análise quantitativa do ar
inalado pelos soldadores através da coleta de amostras e comparação dos resultados
obtidos com os limites de exposição ocupacional indicados na NR-15 e/ou com os
TLVs descritos pela ACGIH. Outra sugestão seria, caso o sistema de VLE seja
instalado, a análise do ar inalado antes e depois do sistema para avaliar sua eficácia.
52
6 BIBLIOGRAFIA
3M UNITED STATES. PERSONAL SAFETY DIVISION. 3M Welding Safety Catalog
2016. 1ª. ed. St. Paul: 3M United States, 2016.
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Cincinnati: ACGIH, 1998.
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Cutting, and Allied Processes. Miami: American Welding Society, 2012.
AMERICAN WELDING SOCIETY. Effects of Welding on Health. Miami: AWS, v. I,
1979.
AMERICAN WELDING SOCIETY. AWS A3.0M/A3.0 2010: Standard Weldign Terms
and Definitions. 12ª. ed. Miami: AWS, 2009.
AMERICAN WELDING SOCIETY. Safety and Health Fact Sheet No. 36: Ventilation
for Welding and Cutting. Miami: AWS, 2009.
BRASIL. MINISTÉRIO DO TRABALHO. Portaria nº 3.214, de 8 de junho de 1978. NR
9 - PROGRAMA DE PREVENÇÃO DE RISCOS AMBIENTAIS. Diário Oficial da
República Federativa do Brasil, Brasília.
DE SOUSA, J. A. L.; BARRA, S. R. Exposição à radiação em processos a arco elétrico:
consequências à saúde e formas de controle. Corte & Conformação de Metais, n.
87, p. 108-123, Julho 2012.
DECAFLEXPVC.
Cortina
de
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Solda,
2017.
Disponivel
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<http://www.decaflexpvc.com.br/cortina-de-pvc/cortina-de-pvc-solda/>. Acesso em:
24 Setembro 2017.
DIEESE. ESCRITÓRIO NACIONAL. Anuário da saúde do trabalhador. São Paulo:
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ESAB INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA. Processo de Soldagem - TIG (GTAW).
CENTRO DE CONHECIMENTO ESAB, 19 Maio 2014. Disponivel em:
<http://www.esab.com.br/br/pt/education/blog/processo_soldagem_tig_gtaw.cfm>.
Acesso em: 8 Setembro 2017.
ESAB WELDING & CUTTING PRODUCTS. Precautions and Safe Practices for
GAS WELDING, CUTTING, and HEATING. Florence: ESAB Welding & Cutting
Products, 2009. F-2035 (17982).
FORTES, C. Apostila Soldagem MIG/MAG. Contagem: ESAB, 2005. 68 p.
FUNDACENTRO. Manual de Controle da Poeira no Setor de Revestimentos
Cerâmicos. São Paulo: FUNDACENTRO, Aspacer, 2010. 60 p.
53
GOMES, J. D. R. Saúde do Trabalhador em Operações de Soldagem. Revista
Brasileira de Saúde Ocupacional, São Paulo, v. 13, n. 49, p. 7-50, Janeiro,
Fevereiro, Março 1985.
LISBOA, H. M. Controle da Poluição Atmosférica: Capítulo VI – Ventilação
Industrial. 1ª. ed. Montreal: [s.n.], 2007. 63 p.
MACINTYRE, A. J. Ventilação Industrial e Controle da Poluição. 2ª. ed. Rio de
Janeiro: Ed. LTC, 1990. 416 p.
MANITOBA LABOUR BOARD. Welding Guideline. Winnipeg: Labour Board, 2000.
MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q. Soldagem: Fundamentos
e Tecnologia. 3ª. ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2009. 363 p.
MESQUITA, A. L. S.; GUIMARÃES, F. A.; NEFUSSI, N. Engenharia de Ventilação
Industrial. 1ª. ed. São Paulo: Ed. CETESB, 1988. 442 p.
MODENESI, P. J.; MARQUES, P. V. Soldagem I: Introdução aos Processos de
Soldagem. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de
Engenharia Metalúrgica e de Materiais, 2011. 52 p.
NEDERMAN. Instruction manual Extraction Arms NEX MD. Helsingborg:
Nederman, 2014. 92 p.
NEDERMAN. Instruction manual FilterMax DF. Helsingborg: Nederman, 2016. 42 p.
NEDERMAN.
Braços
Extratores
NEX
MD,
2017.
Disponivel
em:
<http://www.nederman.com/pt-br/products/product?product=89257>. Acesso em: 02
Novembro 2017.
NEDERMAN.
Solda
e
Corte
Térmico,
2017.
Disponivel
em:
<http://www.nederman.com/pt-br/industry_solutions/welding_and_cutting>. Acesso
em: 02 Novembro 2017.
NEDERMAN. Exaustores Centrífugos NCF. Helsingborg: Nederman, 2017. 7 p.
NEDERMAN. FilterMax DF: Modular dust multi purpose collector. Helsingborg:
Nederman, 2017. 7 p.
NIOSH. DHHS (NIOSH) 88-110: Criteria for a Recommended Standard: Welding,
Brazing, and Thermal Cutting. 1ª. ed. Washington: NIOSH, 1988.
OKUMURA, T.; TANIGUCHI, C. Engenharia de Soldagem e Aplicações. 1ª. ed. Rio
de Janeiro: LTC, 1982. 461 p.
PLOG, B. A.; QUINLAN, P. J. Fundamentals of Industrial Hygiene. 5ª. ed. Itasca:
NSC Press, 2002.
ROBOVENT. FumeArms & Extension Booms, 2016. Disponivel em:
<https://www.robovent.com/products/fumearms-extension-booms/>. Acesso em: 3
Novembro 2017.
54
SENAI. DEPARTAMENTO NACIONAL. Curso básico de segurança em instalações
e serviços em eletricidade: riscos elétricos. 1ª. ed. Brasília: SENAI, 2005.
SENAI. DEPARTAMENTO REGIONAL DO ESPÍRITO SANTO. Procedimento de
Segurança e Higiene do Trabalho. 1ª. ed. Vitória: SENAI - ES, 1996.
SOBRINHO, F. V. Ventilação Local Exaustira em Galvanoplastia. São Paulo:
FUNDACENTRO, 1996. 50 p.
55
ANEXO A – PROJETO DO SISTEMA DE VLE PROPOSTO
No mercado existe diversos fabricantes de equipamentos para captura de
fumos de soldagem. Optou-se por utilizar nesse trabalho equipamentos da empresa
sueca Nederman, devido sua ampla linha de produtos para tratamento de ar e por ter
filial no Brasil.
Devido ao tamanho da baia, diversidade das peças a serem soldadas e
trabalho contínuo, foi escolhido o Braço Extrator modelo NEX MD 5m. Na Figura 22,
a curva A representa o modelo NEX MD 5m, o eixo Y a Pressão Estática do Captor
𝑃𝐸𝑐 em Pa e o eixo X a Vazão em m³/h.
Figura 22 – Curva de Pressão Estática do Braço Extrator
Fonte: (NEDERMAN, 2017)
O Sistema de Ventilação Local Exaustora será projetado para a disposição
dos dutos conforme apresentado na Figura 21. São dois ramais principais: o primeiro
agrupa os captores 1, 2 e 3; e o segundo agrupa os captores 4 e 5. O ar capturado
pelos 5 captores se deslocam pela rede de dutos desses dois ramais principais que
se unificam, depois o ar segue para um filtro do tipo cartucho, passa pelo ventilador e
por fim é liberado para a atmosfera do lado externo aos galpões germinados.
56
Os cálculos são baseados nos descritos no Tópico 2.3. Além disso, adotouse as seguintes considerações:
➢ Dutos com seções circulares;
➢ Cotovelos em ângulo de 90° e 45°, são curvas de gomos e com relação
entre o raio interno de curvatura e o diâmetro do duto igual a 1;
➢ Derivações possuem conexões em ângulo de 45° com o duto principal;
➢ Chapéu com altura H = D;
➢ Densidade do ar capturado com os fumos de 1,20 kgf/m³.
A Figura 23 e a Tabela 7 indicam respectivamente os fatores K para cálculo
da perda de carga em curvas de gomos em ângulo de 90° e os fatores de multiplicação
para corrigir os fatores K em curvas com outra angulação.
Figura 23 – Valores de K para Cálculo de Perda de Carga em Curvas
Fonte: (MACINTYRE, 1990, p. 140)
Tabela 7 – Correção do Fator K para Ângulos Diferente de 90°
Ângulo da Curva
Multiplicador
120°
1,22
60°
0,67
45°
0,50
30°
0,33
Fonte: (MESQUITA, GUIMARÃES e NEFUSSI, 1988, p. 217)
57
A Figura 24 indica os fatores K para cálculo da perda de carga em
derivações para diversos ângulos de junção e a Figura 25 para cálculo da perda de
carga em chaminé com chapéu.
Figura 24 – Valores de K para Cálculo de Perda de Carga em Derivações
Fonte: (MACINTYRE, 1990, p. 141)
Figura 25 – Valores de K para Cálculo de Perda de Carga em Chapéu
Fonte: (MACINTYRE, 1990, p. 142)
BALANCEAMENTO ESTÁTICO DO RAMAL PRINCIPAL 1
Cálculo Trecho 1-A
Vazão estabelecida no captor
𝑄1 = 960𝑚3 /ℎ = 0,266𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷1𝐴 = 160𝑚𝑚 = 0,160𝑚
58
𝐷1𝐴 2
0,160 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,020𝑚²
2
2
Área da seção do duto
𝐴1𝐴
Velocidade do ar no trecho
𝑣1𝐴 =
Pressão estática do captor,
conforme Figura 22
𝑃𝐸𝑐1 = 1000𝑃𝑎 = 101,97𝑚𝑚𝐶𝐴
𝑄1
0,266
=
= 13,229𝑚/𝑠
𝐴1𝐴 0,020
𝑣1𝐴 2
13,2292
=
×𝜌=
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 10,70𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶1𝐴
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿1𝐴 = 1,50𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿1𝐴 = 3,034 + 4,000 = 7,034𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿1𝐴 = 𝑃𝐿1𝐴 × 𝐿1𝐴 = 1,50 × 7,034
= 10,55𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 90°
𝑁𝑐𝑜𝑡90 = 1
Fator de perda de carga do cotovelo 90°,
conforme Figura 23
𝐾𝑐𝑜𝑡90 = 0,30
Perda de carga nos cotovelos 90°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−1𝐴 = 𝑁𝑐𝑜𝑡90 × 𝐾𝑐𝑜𝑡 × 𝑃𝐶1𝐴
= 1 × 0,30 × 10,70
= 3,21𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠1𝐴 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−1𝐴 = 3,21𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho 1-A
𝑷𝑬𝟏𝑨 = 𝑷𝑬𝒄𝟏 + ∆𝑷𝑳𝟏𝑨 + ∆𝑷𝒔𝟏𝑨
= 𝟏𝟎𝟏, 𝟗𝟕 + 𝟏𝟎, 𝟓𝟓 + 𝟑, 𝟐𝟏
= 𝟏𝟏𝟓, 𝟕𝟑𝒎𝒎𝑪𝑨
Cálculo Trecho 2-A
Vazão estabelecida no captor
𝑄2 = 960𝑚3 /ℎ = 0,266𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷2𝐴 = 160𝑚𝑚 = 0,160𝑚
Área da seção do duto
𝐴2𝐴
𝐷2𝐴 2
0,160 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,020𝑚²
2
2
59
𝑄2
0,266
=
= 13,229𝑚/𝑠
𝐴2𝐴 0,020
Velocidade do ar no trecho
𝑣2𝐴 =
Pressão estática do captor,
conforme Figura 22
𝑃𝐸𝑐2 = 1000𝑃𝑎 = 101,97𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶2𝐴 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿2𝐴 = 1,50𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿2𝐴 = 2,668𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿2𝐴 = 𝑃𝐿2𝐴 × 𝐿2𝐴 = 1,50 × 2,668
= 4,00𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 45°
𝑁𝑐𝑜𝑡45 = 1
Fator de perda de carga do cotovelo 45°,
conforme Figura 23 e Tabela 7
𝐾𝑐𝑜𝑡45 = 𝐾𝑐𝑜𝑡90 × 0,50 = 0,30 × 0,50
= 0,15
Perda de carga nos cotovelos 45°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−2𝐴 = 𝑁𝑐𝑜𝑡45 × 𝐾𝑐𝑜𝑡45 × 𝑃𝐶2𝐴
= 1 × 0,15 × 10,70
= 1,60𝑚𝑚𝐶𝐴
𝑣2𝐴 2
13,2292
×𝜌=
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 10,70𝑚𝑚𝐶𝐴
Fator de perda de carga de derivação em
𝐾𝑑𝑒𝑣45 = 0,28
45°, conforme Figura 24
Perda de carga na derivação em 45°
∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−2𝐴 = 𝐾𝑑𝑒𝑣45 × 𝑃𝐶2𝐴
= 0,28 × 10,70
= 2,99𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠2𝐴 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−2𝐴 + ∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−2𝐴
= 1,60 + 2,99
= 4,59𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho 2-A
𝑷𝑬𝟐𝑨 = 𝑷𝑬𝒄𝟐 + ∆𝑷𝑳𝟐𝑨 + ∆𝑷𝒔𝟐𝑨
= 𝟏𝟎𝟏, 𝟗𝟕 + 𝟒, 𝟎𝟎 + 𝟒, 𝟓𝟗
= 𝟏𝟏𝟎, 𝟓𝟔𝒎𝒎𝑪𝑨
Verificação do Balanceamento entre 1-A e 2-A
|PEmaior | − |PEmenor |
× 100 < 5% ∴ Si𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑎𝑑𝑜
|PEmenor |
60
|𝑃𝐸1𝐴 | − |𝑃𝐸2𝐴 |
|115,73| − |110,56|
× 100 =
× 100 = 4,68% < 5% ∴ 𝑂𝐾!
|𝑃𝐸2𝐴 |
|110,56|
Cálculo Trecho A-B
Vazão no trecho
𝑄𝐴𝐵 = 𝑄1 + 𝑄2 = 0,266 + 0,266
= 0,532𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷𝐴𝐵 = 200𝑚𝑚 = 0,200𝑚
Área da seção do duto
𝐷𝐴𝐵 2
0,200 2
𝐴𝐴𝐵 = 𝜋 (
) = 𝜋(
) = 0,031𝑚²
2
2
Velocidade do ar no trecho
𝑣𝐴𝐵 =
Perda de carga adotada do duto reto
(conforme Figura 28 e Figura 29)
𝑃𝐿𝐴𝐵 = 1,80𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿𝐴𝐵 = 3,800𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿𝐴𝐵 = 𝑃𝐿𝐴𝐵 × 𝐿𝐴𝐵 = 1,80 × 3,800
= 6,84𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho A-B
𝑷𝑬𝑨𝑩 = 𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓(𝑷𝑬𝟏𝑨|𝑷𝑬𝟐𝑨 ) + ∆𝑷𝑳𝑨𝑩
= 𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓(𝟏𝟏𝟓, 𝟕𝟑|𝟏𝟏𝟎, 𝟓𝟔)
+ 𝟔, 𝟖𝟒 = 𝟏𝟐𝟐, 𝟓𝟕𝒎𝒎𝑪𝑨
𝑄𝐴𝐵 0,532
=
= 16,934𝑚/𝑠
𝐴𝐴𝐵 0,031
Cálculo Trecho 3-B
Vazão estabelecida no captor
𝑄3 = 1020𝑚3 /ℎ = 0,283𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷3𝐵 = 160𝑚𝑚 = 0,160𝑚
Área da seção do duto
𝐷3𝐵 2
0,160 2
𝐴3𝐵 = 𝜋 (
) = 𝜋(
) = 0,020𝑚²
2
2
Velocidade do ar no trecho
𝑣3𝐵 =
Pressão estática do captor,
conforme Figura 22
𝑃𝐸𝑐3 = 1100𝑃𝑎 = 112,17𝑚𝑚𝐶𝐴
𝑄3
0,283
=
= 14,075𝑚/𝑠
𝐴3𝐵 0,020
61
𝑣3𝐵 2
14,0752
×𝜌 =
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 12,11𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶3𝐵 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿3𝐵 = 1,70𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿3𝐵 = 2,668𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿3𝐵 = 𝑃𝐿3𝐵 × 𝐿3𝐵 = 1,70 × 2,668
= 4,53𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 45°
𝑁𝑐𝑜𝑡45 = 1
Fator de perda de carga do cotovelo 45°,
conforme Figura 23 e Tabela 7
𝐾𝑐𝑜𝑡45 = 𝐾𝑐𝑜𝑡90 × 0,50 = 0,30 × 0,50
= 0,15
Perda de carga nos cotovelos 45°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−3𝐵 = 𝑁𝑐𝑜𝑡45 × 𝐾𝑐𝑜𝑡45 × 𝑃𝐶3𝐵
= 1 × 0,15 × 12,11
= 1,81𝑚𝑚𝐶𝐴
Fator de perda de carga de derivação em
𝐾𝑑𝑒𝑣45 = 0,28
45°, conforme Figura 24
Perda de carga na derivação em 45°
∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−3𝐵 = 𝐾𝑑𝑒𝑣45 × 𝑃𝐶3𝐵
= 0,28 × 12,11
= 3,39𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠3𝐵 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−3𝐵 + ∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−3𝐵
= 1,81 + 3,39
= 5,20𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho 3-B
𝑷𝑬𝟑𝑩 = 𝑷𝑬𝒄𝟑 + ∆𝑷𝑳𝟑𝑩 + ∆𝑷𝒔𝟑𝑩
= 𝟏𝟏𝟐, 𝟏𝟕 + 𝟒, 𝟓𝟑 + 𝟓, 𝟐𝟎
= 𝟏𝟐𝟏, 𝟗𝟎𝒎𝒎𝑪𝑨
Verificação do Balanceamento entre A-B e 3-B
|𝑃𝐸𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 | − |𝑃𝐸𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 |
× 100 < 5% ∴ 𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑎𝑑𝑜
|𝑃𝐸𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 |
|𝑃𝐸𝐴𝐵 | − |𝑃𝐸3𝐵 |
|122,57| − |121,90|
× 100 =
× 100 = 0,55% < 5% ∴ 𝑂𝐾!
|𝑃𝐸3𝐵 |
|121,90|
62
Cálculo Trecho B-D
Vazão no trecho
𝑄𝐵𝐷 = 𝑄𝐴𝐵 + 𝑄3 = 0,532 + 0,283
= 0,815𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷𝐵𝐷 = 240𝑚𝑚 = 0,240𝑚
𝐷𝐵𝐷 2
0,240 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,045𝑚²
2
2
Área da seção do duto
𝐴𝐵𝐷
Velocidade do ar no trecho
𝑣𝐵𝐷 =
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶𝐵𝐷 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿𝐵𝐷 = 1,60𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿𝐵𝐷 = 0,400 + 0,500 = 0,900𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿𝐵𝐷 = 𝑃𝐿𝐵𝐷 × 𝐿𝐵𝐷 = 1,60 × 0,900
= 1,44𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 90°
𝑁𝑐𝑜𝑡90 = 1
Fator de perda de carga do cotovelo 90°,
conforme Figura 23
𝐾𝑐𝑜𝑡90 = 0,30
Perda de carga nos cotovelos 90°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−𝐵𝐷 = 𝑁𝑐𝑜𝑡90 × 𝐾𝑐𝑜𝑡 × 𝑃𝐶𝐵𝐷
= 1 × 0,30 × 19,84
= 5,95𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠𝐵𝐷 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−𝐵𝐷 = 5,95𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho B-D
𝑷𝑬𝑩𝑫 = 𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓(𝑷𝑬𝑨𝑩|𝑷𝑬𝟑𝑩 ) + ∆𝑷𝑳𝑩𝑫
+ ∆𝑷𝒔𝑩𝑫
= 𝟏𝟐𝟐, 𝟓𝟕 + 𝟏, 𝟒𝟒 + 𝟓, 𝟗𝟓
= 𝟏𝟐𝟗, 𝟗𝟔𝒎𝒎𝑪𝑨
𝑄𝐵𝐷 0,815
=
= 18,015𝑚/𝑠
𝐴𝐵𝐷 0,045
𝑣𝐵𝐷 2
18,0152
×𝜌=
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 19,84𝑚𝑚𝐶𝐴
63
BALANCEAMENTO ESTÁTICO DO RAMAL PRINCIPAL 2
Cálculo Trecho 5-C
Vazão estabelecida no captor
𝑄5 = 960𝑚3 /ℎ = 0,266𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷5𝐶 = 160𝑚𝑚 = 0,160𝑚
Área da seção do duto
𝐷5𝐶 2
0,160 2
𝐴5𝐶 = 𝜋 (
) = 𝜋(
) = 0,020𝑚²
2
2
Velocidade do ar no trecho
𝑣5𝐶 =
Pressão estática do captor,
conforme Figura 22
𝑃𝐸𝑐5 = 1000𝑃𝑎 = 101,97𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶5𝐶 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿5𝐶 = 1,50𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿5𝐶 = 3,034 + 4,000 = 7,034𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿5𝐶 = 𝑃𝐿5𝐶 × 𝐿5𝐶 = 1,50 × 7,034
= 10,55𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 90°
𝑁𝑐𝑜𝑡90 = 1
Fator de perda de carga do cotovelo 90°,
conforme Figura 23
𝐾𝑐𝑜𝑡90 = 0,30
Perda de carga nos cotovelos 90°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−5𝐶 = 𝑁𝑐𝑜𝑡90 × 𝐾𝑐𝑜𝑡 × 𝑃𝐶5𝐶
= 1 × 0,30 × 10,70
= 3,21𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠5𝐶 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−5𝐶 = 3,21𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho 5-C
𝑷𝑬𝟓𝑪 = 𝑷𝑬𝟓𝑪 + ∆𝑷𝑳𝟓𝑪 + ∆𝑷𝒔𝟓𝑪
= 𝟏𝟎𝟏, 𝟗𝟕 + 𝟏𝟎, 𝟓𝟓 + 𝟑, 𝟐𝟏
= 𝟏𝟏𝟓, 𝟕𝟑𝒎𝒎𝑪𝑨
𝑄5
0,266
=
= 13,229𝑚/𝑠
𝐴5𝐶 0,020
𝑣5𝐶 2
13,2292
×𝜌 =
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 10,70𝑚𝑚𝐶𝐴
64
Cálculo Trecho 4-C
Vazão estabelecida no captor
𝑄4 = 960𝑚3 /ℎ = 0,266𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷4𝐶 = 160𝑚𝑚 = 0,160𝑚
𝐷4𝐶 2
0,160 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,020𝑚²
2
2
Área da seção do duto
𝐴4𝐶
Velocidade do ar no trecho
𝑣4𝐶 =
Pressão estática do captor,
conforme Figura 22
𝑃𝐸𝑐4 = 1000𝑃𝑎 = 101,97𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶4𝐶 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿4𝐶 = 1,50𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿4𝐶 = 2,668𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿4𝐶 = 𝑃𝐿4𝐶 × 𝐿4𝐶 = 1,50 × 2,668
= 4,00𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 45°
𝑁𝑐𝑜𝑡45 = 1
Fator de perda de carga do cotovelo 45°,
conforme Figura 23 e Tabela 7
𝐾𝑐𝑜𝑡45 = 𝐾𝑐𝑜𝑡90 × 0,50 = 0,30 × 0,50
= 0,15
Perda de carga nos cotovelos 45°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−4𝐶 = 𝑁𝑐𝑜𝑡45 × 𝐾𝑐𝑜𝑡45 × 𝑃𝐶4𝐶
= 1 × 0,15 × 10,70
= 1,60𝑚𝑚𝐶𝐴
𝑄4
0,266
=
= 13,229𝑚/𝑠
𝐴4𝐶 0,020
𝑣4𝐶 2
13,2292
×𝜌 =
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 10,70𝑚𝑚𝐶𝐴
Fator de perda de carga de derivação em
𝐾𝑑𝑒𝑣45 = 0,28
45°, conforme Figura 24
Perda de carga na derivação em 45°
∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−4𝐶 = 𝐾𝑑𝑒𝑣45 × 𝑃𝐶4𝐶
= 0,28 × 10,70
= 2,99𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠4𝐶 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−4𝐶 + ∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−4𝐶
= 1,60 + 2,99
= 4,59𝑚𝑚𝐶𝐴
65
Pressão Estática Trecho 4-C
𝑷𝑬𝟒𝑪 = 𝑷𝑬𝒄𝟒 + ∆𝑷𝑳𝟒𝑪 + ∆𝑷𝒔𝟒𝑪
= 𝟏𝟎𝟏, 𝟗𝟕 + 𝟒, 𝟎𝟎 + 𝟒, 𝟓𝟗
= 𝟏𝟏𝟎, 𝟓𝟔𝒎𝒎𝑪𝑨
Verificação do Balanceamento entre 5-C e 4-C
|𝑃𝐸𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 | − |𝑃𝐸𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 |
× 100 < 5% ∴ 𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑎𝑑𝑜
|𝑃𝐸𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 |
|𝑃𝐸5𝐶 | − |𝑃𝐸4𝐶 |
|115,73| − |110,56|
× 100 =
× 100 = 4,68% < 5% ∴ 𝑂𝐾!
|𝑃𝐸4𝐶 |
|110,56|
Cálculo Trecho C-D
Vazão no trecho
𝑄𝐶𝐷 = 𝑄4 + 𝑄5 = 0,266 + 0,266
= 0,532𝑚³/𝑠
Diâmetro do duto
𝐷𝐶𝐷 = 180𝑚𝑚 = 0,180𝑚
𝐷𝐶𝐷 2
0,180 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,025𝑚²
2
2
Área da seção do duto
𝐴𝐶𝐷
Velocidade do ar no trecho
𝑣𝐶𝐷 =
𝑄𝐶𝐷 0,532
=
= 20,906𝑚/𝑠
𝐴𝐶𝐷 0,025
𝑣𝐶𝐷 2
20,9062
=
×𝜌=
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 26,73𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶𝐶𝐷
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿𝐶𝐷 = 3,00𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿𝐶𝐷 = 0,574𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿𝐶𝐷 = 𝑃𝐿𝐶𝐷 × 𝐿𝐶𝐷 = 3,00 × 0,574
= 1,72𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 45°
𝑁𝑐𝑜𝑡45 = 1
Fator de perda de carga do cotovelo 45°,
conforme Figura 23 e Tabela 7
𝐾𝑐𝑜𝑡45 = 𝐾𝑐𝑜𝑡90 × 0,50 = 0,30 × 0,50
= 0,15
66
Perda de carga nos cotovelos 45°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−𝐶𝐷 = 𝑁𝑐𝑜𝑡45 × 𝐾𝑐𝑜𝑡45 × 𝑃𝐶𝐶𝐷
= 1 × 0,15 × 26,73
= 4,00𝑚𝑚𝐶𝐴
Fator de perda de carga de derivação em
𝐾𝑑𝑒𝑣45 = 0,28
45°, conforme Figura 24
Perda de carga na derivação em 45°
∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−𝐶𝐷 = 𝐾𝑑𝑒𝑣45 × 𝑃𝐶𝐶𝐷
= 0,28 × 26,73
= 7,48𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠𝐶𝐷 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡45−𝐶𝐷 + ∆𝑃𝑑𝑒𝑣45−𝐶𝐷
= 4,00 + 7,48
= 11,48𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho C-D
𝑷𝑬𝑪𝑫 = 𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓(𝑷𝑬𝟒𝑪 |𝑷𝑬𝟓𝑪 ) + ∆𝑷𝑳𝑪𝑫
+ ∆𝑷𝒔𝑪𝑫
= 𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓(𝟏𝟏𝟓, 𝟕𝟑|𝟏𝟏𝟎, 𝟓𝟔)
+ 𝟏, 𝟕𝟐 + 𝟏𝟏, 𝟒𝟖
= 𝟏𝟐𝟖, 𝟗𝟑𝒎𝒎𝑪𝑨
Verificação do Balanceamento entre B-D e C-D
|𝑃𝐸𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 | − |𝑃𝐸𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 |
× 100 < 5% ∴ 𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑎𝑑𝑜
|𝑃𝐸𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 |
|𝑃𝐸𝐵𝐷 | − |𝑃𝐸𝐶𝐷 |
|129,96| − |128,93|
× 100 =
× 100 = 0,80% < 5% ∴ 𝑂𝐾!
|𝑃𝐸𝐶𝐷 |
|128,93|
DIMENSIONAMENTO DO RAMAL FINAL
Cálculo Trecho D-E1
Vazão no trecho
1
𝑄𝐷𝐸 = 𝑄𝐵𝐷 + 𝑄𝐶𝐷 = 0,815 + 0,532
= 1,347𝑚³/𝑠 = 4860𝑚3 /ℎ
O ponto E é o filtro em si, logo no dimensionamento do trecho D-E será incluso a perda de carga
interna e a dos bocais do filtro.
67
Baseado na vazão calculada e na aplicação, o filtro escolhido para o
tratamento dos fumos de soldagem é o FilterMax 80 DFO e suas principais
características são (NEDERMAN, 2016):
➢ Capacidade de operação de 4300 a 8600m³/h;
➢ Área de filtragem de 144m²;
➢ Adequado para trabalhar em ambientes externos;
➢ Diâmetro duto de entrada 315 ou 400mm, escolhido Ø315mm;
➢ Diâmetro duto de saída 400 ou 500mm, escolhido Ø400mm;
➢ Perda de carga do filtro é de 1200Pa
➢ Método de limpeza do filtro é jato pulsante de ar;
➢ Peso aproximado de 890kg.
Além da perda de carga do filtro, há as perdas da transição de entrada e
de saída. Estas devem ser obtidas na Figura 26.
Figura 26 – Perdas de Carga de Entrada e Saída do FilterMax 80 DFO
Fonte: (NEDERMAN, 2017, p. 6)
De posse dos dados do filtro, retoma-se o cálculo do trecho.
68
Diâmetro do duto
𝐷𝐷𝐸 = 315𝑚𝑚 = 17,284𝑚
𝐷𝐷𝐸 2
0,315 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,078𝑚²
2
2
Área da seção do duto
𝐴𝐷𝐸
Velocidade do ar no trecho
𝑣𝐷𝐸 =
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶𝐷𝐸 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿𝐷𝐸 = 1,00𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿𝐷𝐸 = 1,000 + 1,000 = 2,000𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿𝐷𝐸 = 𝑃𝐿𝐷𝐸 × 𝐿𝐷𝐸 = 1,00 × 2,000
= 2,00𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 90°
𝑁𝑐𝑜𝑡90 = 2
Fator de perda de carga do cotovelo 90°,
conforme Figura 23
𝐾𝑐𝑜𝑡90 = 0,30
Perda de carga nos cotovelos 90°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−𝐷𝐸 = 𝑁𝑐𝑜𝑡90 × 𝐾𝑐𝑜𝑡 × 𝑃𝐶𝐷𝐸
= 2 × 0,30 × 18,27
= 10,96𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠𝐷𝐸 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−𝐷𝐸 = 10,96𝑚𝑚𝐶𝐴
𝑄𝐷𝐸 1,347
=
= 17,284𝑚/𝑠
𝐴𝐷𝐸 0,078
𝑣𝐷𝐸 2
17,2842
×𝜌=
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 18,27𝑚𝑚𝐶𝐴
Perda de carga no bocal de entrada do
∆𝑃𝑏𝑒𝑛𝑡 = 200𝑃𝑎 = 20,39𝑚𝑚𝐶𝐴
filtro, conforme Figura 26
Pressão Estática do filtro
𝑃𝐸𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = 1200𝑃𝑎 = 122,37𝑚𝑚𝐶𝐴
Perda de carga no bocal de saída do filtro,
∆𝑃𝑏𝑠𝑎í𝑑𝑎 = 100𝑃𝑎 = 10,20𝑚𝑚𝐶𝐴
conforme Figura 26
Pressão Estática Trecho D-E
𝑷𝑬𝑫𝑬 = 𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓(𝑷𝑬𝑩𝑫 |𝑷𝑬𝑪𝑫 ) + ∆𝑷𝑳𝑫𝑬
+ ∆𝑷𝒔𝑫𝑬 + ∆𝑷𝒃𝒆𝒏𝒕
+ 𝑷𝑬𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒐 + ∆𝑷𝒃𝒔𝒂í𝒅𝒂
= 𝟏𝟐𝟗, 𝟗𝟔 + 𝟐, 𝟎𝟎 + 𝟏𝟎, 𝟗𝟔
+ 𝟐𝟎, 𝟑𝟗 + 𝟏𝟐𝟐, 𝟑𝟕 + 𝟏𝟎, 𝟐𝟎
= 𝟐𝟗𝟓, 𝟖𝟖𝒎𝒎𝑪𝑨
69
Cálculo Trecho E-F2
Vazão no trecho
𝑄𝐸𝐹 = 𝑄𝐷𝐸 = 1,347𝑚3 /𝑠 = 4860𝑚3 /ℎ
Diâmetro do duto
𝐷𝐸𝐹 = 400𝑚𝑚 = 0,400𝑚
𝐷𝐸𝐹 2
0,400 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,126𝑚²
2
2
Área da seção do duto
𝐴𝐸𝐹
Velocidade do ar no trecho
𝑣𝐸𝐹 =
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶𝐸𝐹 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿𝐸𝐹 = 0,30𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿𝐸𝐹 = 2,000𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿𝐸𝐹 = 𝑃𝐿𝐸𝐹 × 𝐿𝐸𝐹 = 0,30 × 2,000
= 0,60𝑚𝑚𝐶𝐴
Quantidade de cotovelos 90°
𝑁𝑐𝑜𝑡90 = 2
Fator de perda de carga do cotovelo 90°,
conforme Figura 23
𝐾𝑐𝑜𝑡90 = 0,30
Perda de carga nos cotovelos 90°
∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−𝐸𝐹 = 𝑁𝑐𝑜𝑡90 × 𝐾𝑐𝑜𝑡 × 𝑃𝐶𝐸𝐹
= 2 × 0,30 × 7,02
= 4,21𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠𝐸𝐹 = ∆𝑃𝑐𝑜𝑡90−𝐸𝐹 = 4,21𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho E-F
𝑷𝑬𝑬𝑭 = 𝑷𝑬𝑫𝑬 + ∆𝑷𝑳𝑬𝑭 + ∆𝑷𝒔𝑬𝑭
= 𝟐𝟗𝟓, 𝟖𝟖 + 𝟎, 𝟔𝟎 + 𝟒, 𝟐𝟏
= 𝟑𝟎𝟎, 𝟔𝟗𝒎𝒎𝑪𝑨
𝑄𝐸𝐹 1,347
=
= 10,719𝑚/𝑠
𝐴𝐸𝐹 0,126
𝑣𝐸𝐹 2
10,7192
×𝜌 =
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 7,02𝑚𝑚𝐶𝐴
Cálculo Trecho F-G3
Vazão no trecho
2
3
𝑄𝐹𝐺 = 𝑄𝐸𝐹 = 1,347𝑚3 /𝑠 = 4860𝑚3 /ℎ
O ponto F é o ventilador.
Esse trecho é a descarga do ventilador e o ponto F é a saída atmosférica do duto com chapéu.
70
𝐷𝐹𝐺 = 400𝑚𝑚 = 0,400𝑚
Diâmetro do duto
𝐷𝐸𝐹 2
0,400 2
= 𝜋(
) = 𝜋(
) = 0,126𝑚²
2
2
Área da seção do duto
𝐴𝐹𝐺
Velocidade do ar no trecho
𝑣𝐹𝐺 =
Pressão cinética do trecho
𝑃𝐶𝐹𝐺 =
Perda de carga adotada do duto reto,
conforme Figura 28 e Figura 29
𝑃𝐿𝐹𝐺 = 0,30𝑚𝑚𝐶𝐴/𝑚
Comprimento conhecido do duto reto
𝐿𝐹𝐺 = 4,000𝑚
Perda de carga no duto reto
∆𝑃𝐿𝐹𝐺 = 𝑃𝐿𝐹𝐺 × 𝐿𝐹𝐺 = 0,30 × 4,000
= 1,20𝑚𝑚𝐶𝐴
Fator de perda de carga do chapéu,
Conforme Figura 25
𝐾𝑐ℎ𝑎𝑝𝑒𝑢 = 0,10
Perda de carga no chapéu
∆𝑃𝑐ℎ𝑎𝑝𝑒𝑢 = 𝐾𝑐ℎ𝑎𝑝𝑒𝑢 × 𝑃𝐶𝐹𝐺 = 0,10 × 7,02
= 0,70𝑚𝑚𝐶𝐴
Soma das perdas por similaridade
∆𝑃𝑠𝐹𝐺 = ∆𝑃𝑐ℎ𝑎𝑝𝑒𝑢 = 0,70𝑚𝑚𝐶𝐴
Pressão Estática Trecho F-G
𝑷𝑬𝑭𝑮 = 𝑷𝑬𝑬𝑭 + ∆𝑷𝑳𝑭𝑮 + ∆𝑷𝒔𝑭𝑮
= 𝟑𝟎𝟎, 𝟔𝟗 + 𝟏, 𝟐𝟎 + 𝟎, 𝟕𝟎
= 𝟑𝟎𝟐, 𝟓𝟗𝒎𝒎𝑪𝑨
𝑄𝐹𝐺 1,347
=
= 10,719𝑚/𝑠
𝐴𝐹𝐺 0,126
𝑣𝐹𝐺 2
10,7192
×𝜌=
× 1,20
2×𝑔
2 × 9,81
= 7,02𝑚𝑚𝐶𝐴
A Tabela 8 apresenta um resumo das pressões de entrada e saída do
ventilador:
Tabela 8 – Pressões Entrada e Saída do Ventilador
Pressão
Entrada
Saída
Estática
-300,69mmCA
1,90mmCA
Cinética
7,02mmCA
7,02mmCA
A partir da Equação 4 e dos dados apresentados na tabela acima, calculase a pressão total do ventilador.
71
𝑃𝑇𝑣 = (𝑃𝐸𝑠𝑣+ 𝑃𝐶𝑠𝑣 ) − (𝑃𝐸𝑒𝑣+ 𝑃𝐶𝑒𝑣 )
= (1,90 + 7,02) − (−300,69 + 7,02)
= 302,59𝑚𝑚𝐶𝐴 = 2967,39𝑃𝑎
Após a obtenção da pressão total, estima-se a potência requerida do
ventilador com o uso da Equação 5. Considera-se o rendimento médio do ventilador
igual a 70%.
𝑁𝑟𝑣 =
𝑄 × 𝑃𝑇𝑣 1,347 × 302,59
=
≅ 7,77𝑐𝑣
75 × 𝜂
75 × 0,7
Por fim, inicia-se o processo de seleção. A Figura 27 aponta as faixas de
operação dos ventiladores Nederman da linha NCF: as curvas de linhas tracejadas
representam a pressão estática e a curvas de linhas contínuas a pressão total, o eixo
Y indica a pressão em Pa e o eixo X a vazão em m³/h.
Figura 27 – Curvas dos Ventiladores NCF
Fonte: (NEDERMAN, 2017, p. 3)
Devido a vazão e pressão optou-se pelo ventilador NCF 80/20. A Tabela 9
mostra suas principais características.
72
Tabela 9 – Dados do Ventilador
Vazão
5000 m³/h
Pressão
3000 Pa = 305,9mmCA
Motor
10cv / VI pólos / 3550rpm
73
ANEXO B – PERDA DE CARGA EM DUTOS CIRCULARES RETOS
Figura 28 – Gráfico 1 para perda de carga por atrito em mmH2O/m
74
Figura 29 – Gráfico 2 para perda de carga por atrito em mmH2O/m
Gráficos baseados ar standard com 1,201 kgf/m³, escoando em duto limpo
circular tendo cerca de 1 junta por metro. Válido para temperaturas entre 10 a 32°C.
(MACINTYRE, 1990, p. 127-128).