A INFLUÊNCIA DA TOPOGRAFIA DO TERRENO NA VENTILAÇÃO NATURAL. ESTUDO NUMÉRICO SOBRE CONJUNTOS HABITACIONAIS

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Neste estudo, avalia-se como a distância entre edificações simples do mesmo tipo e a inclinação do terreno afetam o escoamento e a ventilação natural. Foram analisadas três edificações de formato retangular com duas aberturas, uma a sotavento e outra a barlavento, dispostas em sequencia sendo avaliadas três inclinações diferentes do terreno (0, 1/10 e 1/20). Para cada inclinação foi adotada uma distância entre edificações de 1d e 2d, sendo a largura de uma edificação. [pic 2]

Nos problemas aqui abordados foram consideradas malhas de elementos finitos do tipo estruturada em todo o domínio computacional. Todos os exemplos foram modelados como problemas bidimensionais. Em todos os casos, considera-se como condição de contorno na entrada do domínio um perfil exponencial de velocidade típico de Camada Limite Atmosférica com um ângulo de incidência igual a 0º.

As edificações tem formato retangular com largura “d”=1 [m] e altura “H” = 0.8 [m]. A espessura da parede utilizada foi de 0.02[m]. O escoamento é caracterizado por um número de Reynolds de 557.60 e uma velocidade de entrada equivalente a V0= 6.97 [m/s], aplicada na face de entrada do domínio computacional, com um expoente n = 0,11 para o perfil da camada limite. Considera-se um escoamento Laminar.

RESULTADOS

Para facilitar a analise e comparação dos resultados, os mesmos são apresentados nas figuras 1, 2 e 3 em função da inclinação do terreno, ou seja, para cada ângulo de inclinação (0, 1/10, e 1/20) mostram-se as duas separações (1d e 2d) consideradas entre as edificações.

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Figura 1 – Linhas de Corrente com inclinação 0, distância 1d e 2d respectivamente

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Figura 2 – Linhas de Corrente com inclinação 1/10, distância 1d e 2d respectivamente

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Figura 3 – Linhas de Corrente com inclinação 1/20, distância 1d e 2d respectivamente

DISCUSSÃO

Pode-se observar que o vórtice de topo na primeira edificação diminui à medida que se aumenta inclinação, o que indica uma diminuição na turbulência.

Quanto à distribuição de velocidades observam-se uma grande variação devido à mudança da distância entre as edificações e inclinação do terreno, em todos os casos sendo marcante a assimetria do fluxo.

Nota-se uma grande variação nas linhas de corrente. Observa-se que a primeira edificação bloqueia praticamente todo o fluxo para as seguintes, porém, há uma tendência de à medida que se aumentar a inclinação do terreno esse bloqueio diminuir.

Quando se aumenta a distância passa a haver o desprendimento de vórtices entre as edificações, com maior intensidade após a primeira edificação. Entretanto, a intensidade e forma desses vórtices variam muito com o aclive do terreno. Fenômenos desse tipo podem gerar cargas acentuadas nas edificações posteriores e devem ser analisados com atenção na fase de projeto.

A forma e intensidade com que o jato de ar atravessa as aberturas de cada edificação mostraram-se mais influenciadas pela inclinação do terreno do que pela distância entre as edificações.

CONCLUSÕES

A análise do impacto do vento sobre edificações é hoje um aspecto fundamental na área da Engenharia do Vento, uma vez que se busca cada vez mais um melhor aproveitamento dos materiais e recursos disponíveis para a construção, projetando as estruturas de forma que sejam cada vez mais seguras, econômicas e confortáveis. Torna-se assim necessário um estudo detalhado do impacto do vento na fase de projeto, analisando-se o impacto das cargas de vento nas estruturas e a influência dos arredores no escoamento natural sobre a edificação em estudo. Além disso, em regiões de clima quente como é o Agreste Pernambucano, torna-se conveniente adotar disposições construtivas que possibilitem o uso do vento para o alívio térmico através da ventilação cruzada dentro da residência.

A Mecânica dos Fluidos Computacional possibilita uma análise precisa do escoamento de forma relativamente simples e barata, sendo, portanto, fundamental na fase de projeto. Nesse contexto, o estudo e desenvolvimento de programas como o HEXAFEM_3D_IFF é importante na formação de um Engenheiro Civil.

A partir dos resultados obtidos, pode-se obsevar quanto o escoamento pode ser bloqueado por edificações vizinhas, diminuindo significativamente a ventilação cruzada no interior das residências, sendo esse escoamento profundamente afetado pela inclinação do terreno e a distância entre as edificações, dificultando uma caracterização genérica, e, portanto, enaltecendo a importância do estudo detalhado de cada caso visando à busca de soluções em nível de projeto de modo a se obter uma maior eficiência no uso da ventilação natural.

Devem-se ressaltar as limitações do estudo devido a serem analisados apenas casos bidimensionais. Porém, isso não inválida a importância da análise visto que ela busca apenas uma visão qualitativa dos fenômenos analisados.

AGRADECIMENTOS

Agradecimentos ao professor Gustavo Bono, orientador do projeto, a toda a equipe do Laboratório de Engenharia Computacional (LECOM) e ao PIBIC/UFPE/CNPq pelo auxilio financeiro concedido.

REFERÊNCIAS

Bono, G., Lyra, P.R.M., Bono, G.F.F. Simulação em escoamentos incompressíveis através do MEF, Anais Congresso Ibero-Americano em Eng.Mec., pp: 721-733, 2011.

Bono, G., Lyra, P.R.M., Bono, G.F.F. Simulação numérica de escoamentos incompressíveis com Simulação de Grandes Escalas, Mecânica