A conformidade dos filtros de ar para a ventilação

Em consequência dos problemas de energia e da necessidade de reduzir o consumo de energia dos edifícios, agora é necessário um controle mais rígido do ar. Nesse contexto, é necessário um melhor controle da ventilação do edifício e o mercado de sistemas de ventilação balanceados com recuperação de calor para residências está crescendo. Dessa forma, deve-se entender o sistema de classificação de eficiência dos filtros de ar para a ventilação geral baseado no material particulado (PM).

ventilação2Da Redação –

Os sistemas de ventilação incluem filtros de ar para proteger o trocador de calor (nos lados do ar fresco e do ar de exaustão) e para melhorar a qualidade do ar fornecido. A avaliação do desempenho térmico, acústico e do fluxo de ar de sistemas de ventilação equilibrada para residências se baseia em normas técnicas.

Todos os ensaios para rotulagem são operados em novos sistemas e um dos problemas é a necessidade de garantir esse nível de desempenho durante o uso real dos sistemas. Apesar do desenvolvimento de sistemas de ventilação balanceados, quase nenhuma informação está disponível sobre as características dos filtros e as mudanças de desempenho ao longo do tempo quando usadas nos sistemas.

Para controlar o consumo de energia dos ventiladores dentro de um sistema de ventilação equilibrada, é necessário definir uma queda máxima de pressão para os filtros – acima dos quais os filtros devem ser substituídos. Um sistema de ventilação balanceado para residências é tipicamente composto por um duto (incluindo um ventilador) para fornecer ar de fora para dentro de casa e outro duto (também incluindo um ventilador) para a exaustão do ar interno.

Um trocador de calor é usado no cruzamento das duas tubulações entre o ar externo e o ar de exaustão, permitindo que o ar fornecido seja aquecido durante a estação fria e resfriado durante a estação quente. O trocador de calor é protegido por dois filtros instalados a montante, um no ar externo e outro no ar de exaustão.

Existe uma grande variedade de filtros no mercado, incluindo diferentes tamanhos, formatos, configuração do meio, meio do filtro e eficiência da classe. Um tipo de filtro muito popular para sistemas de ventilação balanceada para residências é o filtro miniplissado em painel.

A NBR ISO 16890-1 de 10/2018 – Filtros de ar para ventilação em geral – Parte 1: Especificações técnicas, requisitos e sistema de classificação baseado na eficiência do material particulado (ePM) estabelece um sistema de classificação de eficiência dos filtros de ar para a ventilação geral baseado no material particulado (PM). Também fornece uma visão geral dos procedimentos de ensaios e especifica os requisitos gerais para avaliação e identificação dos filtros, bem como para documentar os resultados dos ensaios. É destinada ao uso em conjunto com as ISO 16890-2, ISO 16890-3 e ISO16890-4. O método de ensaio descrito nesta Parte é aplicável às vazões de ar entre 0,25 m³/s (900 m³/h, 530 ft³/min) e 1,5 m³/s (5 400 m³/h, 3178 ft³/min), referindo-se a um equipamento de ensaio com uma área de face nominal de 610 mm x 610 mm (24 polegadas x 24 polegadas).

A ISO 16890 (todas as partes) refere-se aos filtros de ar para partículas para ventilação geral com uma eficiência de ePM1 inferior ou igual a 99 %, quando ensaiados de acordo com os procedimentos estabelecidos nas Partes 1 a 4 da ISO 16890. Elementos de filtro de ar com maior eficiência inicial são avaliados por outros métodos de ensaio aplicáveis (ver NBR ISO 29463-1, ISO 29463-2, ISO 29463-3, ISO 29463-4 e ABNT NBR ISO 29463- 5). Os filtros utilizados em aparelhos portáteis de limpeza de ambientes estão excluídos do escopo desta Parte. Os resultados de desempenho obtidos de acordo com esta série de normas não podem, por si só, ser quantitativamente aplicados para prever o desempenho em serviço em termos de eficiência e de tempo de vida. Outros fatores a serem levados em conta que influenciam o desempenho são descritos no Anexo A.

Os efeitos do material particulado (PM) na saúde humana têm sido extensivamente estudados nas últimas décadas. Os resultados mostram que partículas finas podem causar sérios danos à saúde, contribuindo para, ou mesmo causando, doenças respiratórias e/ou cardiovasculares. Diferentes classes de material particulado podem ser estabelecidas de acordo com a faixa de tamanho das partículas. As mais importantes são PM10, PM2,5 e PM1. A U.S. Environmental Protection Agency (EPA), a World Health Organization (WHO) e a European Union estabelecem o PM10 como um material particulado que atravessa uma entrada seletiva de tamanho com corte de eficiência de 50 %, com diâmetro aerodinâmico de 10 μm.

Os PM2,5 e PM1 são definidos de forma similar. No entanto, esta definição não é acurada o suficiente até que o método de amostragem e a curva do dispositivo de separação sejam claramente definidos. Na Europa, o método de referência para amostragem e medição de PM10 é o descrito na EN 12341. O princípio de medição baseia-se na coleta da fração PM10 do material particulado dos ambientes, em um filtro, e na sua determinação por método gravimétrico; ver EU Council Directive 1999/30/EC of 22 April 1999.

Como a definição precisa de PM10, PM2,5 e PM1 é um tanto complexa e de medição não tão simples, as autoridades públicas, como US EPA ou German Federal Environmental Agency (Umweltbundesamt), têm usado cada vez mais em suas publicações a denotação mais simples de PM10 como sendo a fração de tamanho de partícula menor ou igual a 10 μm. Uma vez que o desvio entre a definição “oficial” complexa e a denotação acima mencionada não tem um impacto significativo na eficiência de remoção de partículas de elementos filtrantes, a série ISO 16890 refere-se a esta definição simplificada de PM10, PM2,5 e PM1.

O material particulado no contexto desta norma descreve uma fração de tamanho do aerossol natural (partículas líquidas e sólidas) suspenso no ar ambiente. O símbolo ePMx descreve a eficiência de um dispositivo de limpeza de ar para partículas com um diâmetro óptico entre 0,3 μm e x μm. As faixas de tamanho de partícula são apresentadas na tabela, são usadas na série ISO 16890 para os valores de eficiência listados.

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Os filtros de ar usados para ventilação geral são amplamente utilizados em aplicações de aquecimento, ventilação e ar-condicionado de edificações. Nesta aplicação os filtros de ar influenciam significativamente na qualidade do ar interno e, consequentemente, na saúde das pessoas, pela redução da concentração de material particulado. Para possibilitar que os engenheiros, projetistas e profissionais de manutenção escolham os tipos de filtros corretos, há um interesse do comércio internacional e dos fabricantes por um método bem definido e comum de ensaio e classificação de filtros de ar, de acordo com a eficiência na remoção de material particulado.

As normas regionais atuais aplicam métodos de ensaio e classificação totalmente diferentes, que não permitem quaisquer comparações entre elas, dificultando o comércio global com produtos semelhantes. Além disso, os padrões atuais da indústria conhecem limitações, gerando resultados que muitas vezes estão longe do desempenho do filtro no serviço, ou seja, exagerando a eficiência de remoção de partículas de muitos produtos. Com esta nova série ISO 16890, uma abordagem completamente nova para um sistema de classificação é adotada, o que fornece resultados melhores e mais significativos em comparação com os padrões existentes.

A ISO 16890 (todas as partes) descreve o equipamento, os materiais, as especificações técnicas, os requisitos, as qualificações e os procedimentos para produzir dados de desempenho de laboratório e classificação de eficiência com base na eficiência fracionada medida, convertida em um sistema de relatório de eficiência de material particulado (ePM). Os elementos filtrantes de ar de acordo com a série ISO 16890 são avaliados em laboratório por sua capacidade de remover partículas de aerossol expressas como os valores de eficiência para ePM1, ePM2,5 e ePM10 e, em seguida, os elementos filtrantes de ar podem ser classificados de acordo com os procedimentos estabelecidos nesta Parte.

A eficiência para a remoção de partículas do elemento filtrante é medida em função do tamanho de partícula, na faixa de 0,3 μm a 10 μm do elemento filtrante sem carga de pó e não condicionado (antes da descarga eletrostática), de acordo com os procedimentos estabelecidos na ISO 16890-2. Após o ensaio inicial de eficiência de remoção de partículas, o elemento filtrante de ar é condicionado (descarregado eletrostaticamente) pelos procedimentos estabelecidos na ISO 16890-4 e a eficiência de remoção de partículas é repetida no elemento filtrante condicionado (descarregado eletrostaticamente). Isso é feito para fornecer informações sobre a intensidade de qualquer mecanismo de remoção eletrostática que possa ou não estar presente com o elemento filtrante para ensaio.

A eficiência média do filtro é determinada pelo cálculo da média entre a eficiência inicial e a eficiência condicionada para cada escala de tamanho. A eficiência média é usada para calcular as eficiências de ePMx, ponderando estes valores para a distribuição de tamanho de partícula padronizada e normalizada da fração de aerossol ambiente relacionada. Ao comparar os filtros ensaiados de acordo com a série ISO 16890, os valores de eficiência fracionada devem sempre ser comparados entre a mesma classe ePMx (por exemplo, ePM1 do filtro A com ePM1 do filtro B).

O ensaio da capacidade de retenção do pó e a arrestância inicial de um elemento filtrante são determinados de acordo com os procedimentos de ensaio estabelecidos na ISO 16890-3. O filtro deve ser projetado com identificação do sentido do fluxo de ar, de forma a evitar uma montagem incorreta. O filtro deve ser projetado de modo que não ocorram vazamentos ao longo do perímetro de vedação, quando corretamente montado no túnel de ensaio.

Se, por qualquer razão, as dimensões não permitirem o ensaio de um filtro em condições de ensaio padrão, é permitida a montagem de dois ou mais filtros do mesmo tipo ou modelo, desde que não haja vazamentos na configuração do filtro resultante. O filtro deve ser fabricado com material adequado para suportar o uso normal e exposições a estas temperaturas, umidades e ambientes corrosivos que são suscetíveis de serem encontrados. O filtro deve ser projetado para suportar esforços mecânicos que possam ocorrer durante o uso normal.

O filtro deve ser ensaiado na vazão nominal de ar para o qual foi projetado pelo fabricante. No entanto, muitos organismos e associações nacionais usam 0,944 m³/s (2 000 ft³/min ou 3.400 m³/h) como vazão nominal de ar para classificação ou avaliação de filtros de ar com área de face de 610 mm x 610 mm (24 polegadas x 24 polegadas). Portanto, se o fabricante não especificar uma vazão nominal de ar, o filtro deve ser ensaiado a 0,944 m³/s. A velocidade de fluxo de ar associada a esta vazão de ar é de 2,54 m/s (500 ft/min).

A curva de eficiência fracionária inicial Ei do filtro não carregado e não condicionado (antes da descarga eletrostática), em função do tamanho de partícula, é traçada na vazão de ar do ensaio, de acordo com a ISO 16890-2. A curva de eficiência fracionária ED,i do filtro, após uma etapa de condicionamento artificial estabelecida na ISO 16890-4, é traçada em função do tamanho de partícula, de acordo com a ISO 16890-2.

A arrestância inicial, a resistência ao fluxo de ar versus a massa de pó de ensaio captada e a capacidade do pó de ensaio são determinadas de acordo com a ISO 16890-3, utilizando o pó de ensaio L2, como especificado na ISO 15957. As especificações técnicas do (s) dispositivo (s) de ensaio, as respectivas condições de ensaio, aerossóis e pós de ensaio utilizados para esta Parte da são descritos em detalhes nas ISO 16890-2, ISO 16890-3 e ISO 16890-4.

O ensaio completo, de acordo com esta Parte, consiste nos seguintes passos, que devem ser realizados com a mesma amostra do filtro de ensaio, nas mesmas condições de ensaio e com a mesma vazão de ar: medir a perda de pressão em função da vazão de ar, de acordo com a ISO 16890-2; medir a eficiência fracionária inicial, Ei, e traçar a curva de eficiência em função do tamanho de partícula, do filtro sem carga de pó e não condicionado, de acordo com a ISO 16890-2; executar uma etapa de condicionamento artificial (descarregado eletrostaticamente) da amostra, conforme a ISO 16890-4; medir a eficiência fracionária, ED,i, e traçar a curva de eficiência em função do tamanho de partícula, do filtro condicionado (descarregado eletrostaticamente), de acordo com a ISO 16890-2, que é igual à eficiência fracionária mínima do ensaio; calcular as eficiências ePM conforme estabelecido na Seção 7; carregar o filtro com pó de ensaio sintético L2, especificado na ISO 15957, de acordo com os procedimentos descritos na ISO 16890-3, para determinar à arrestância inicial a perda de pressão em função da massa do pó retido e a capacidade de retenção de pó (este passo é opcional para os filtros do grupo ePM10, ePM2,5 ou ePM1).

A NBR ISO 16890-3 de 09/2019 – Filtros de ar para ventilação em geral – Parte 3: Determinação da arrestância inicial e da resistência ao fluxo de ar versus a massa de pó de ensaio acumulada especifica o equipamento e os métodos de ensaio utilizados para mensurar a arrestância inicial e a resistência ao fluxo de ar de filtros de ar para ventilação em geral. É destinada ao uso em conjunto com a NBR ISO 16890-1, ISO 16890-2 e ISO 16890-4. O método de ensaio descrito nesta parte é aplicável às vazões de ar entre 0,25 m³/s (900 m³/h, 530 ft³/min) e 1,5 m³/s (5 400 m³/h, 3.178 ft³/min), referindo-se a um equipamento de ensaio com uma área de face nominal de 610 mm × 610 mm (24 pol × 24 pol). A ISO 16890 (todas as partes) refere-se a filtros de ar para partículas para a ventilação em geral, com uma eficiência de ePM1 inferior ou igual a 99 % e ePM10 superior a 20 %, quando ensaiados de acordo com os procedimentos estabelecidos na ISO 16890 (todas as partes).

Os filtros de ar fora desta fração de aerossóis são avaliados por outros métodos de ensaio aplicáveis. Ver ISO 29463 (todas as partes). Os filtros utilizados em aparelhos portáteis de limpeza de ambientes estão excluídos do escopo desta parte. Os resultados de desempenho obtidos de acordo com a ISO 16890 (todas as partes) não podem por si só ser quantitativamente aplicados para prever o desempenho em condições reais em termos de eficiência e de tempo de vida.

O dispositivo de ensaio deve ser projetado ou conter marcações que evitem uma montagem incorreta. O dispositivo de ensaio deve ser projetado de modo que, quando montado corretamente no duto de ventilação, não ocorram vazamentos de ar/pó ao redor da estrutura exterior do filtro e das superfícies de vedação do duto. O dispositivo completo de ensaio (dispositivo de ensaio e quadro) deve ser feito de material adequado para suportar o uso em condições normais e a exposição à faixa de temperatura, umidade e ambientes corrosivos suscetíveis de serem encontrados no serviço.

O dispositivo completo de ensaio deve ser projetado para resistir às restrições mecânicas que provavelmente serão encontradas durante o uso em condições normais. O pó ou fibra liberados pelo meio filtrante não podem constituir um perigo ou incômodo para as pessoas (ou dispositivos), quando expostos ao ar filtrado. O dispositivo de ensaio deve ser montado de acordo com as recomendações do fabricante e, após a estabilização do ar, deve ter sua massa arredondada para o valor mais próximo.

Os dispositivos que necessitem de acessórios externos devem ser operados durante o ensaio com acessórios com características semelhantes às dos utilizados no procedimento atual. O dispositivo de ensaio, incluindo qualquer quadro de montagem normal, deve ser selado no equipamento de ensaio, de forma a evitar vazamentos.

A vedação deve ser verificada por inspeção visual e nenhuma folga visível é aceitável. Se, por qualquer razão, as dimensões não permitirem o ensaio do dispositivo de ensaio em condições de ensaio padrão, a montagem de dois ou mais dispositivos do mesmo tipo ou modelo é permitida, desde que não ocorram vazamentos na montagem resultante. As condições de funcionamento de tais equipamentos acessórios devem ser registradas.

O pó sintético de carga, L2, especificado na ISO 15957, deve ser utilizado como pó de ensaio para relato dos resultados. Este procedimento é aplicável para carregar um dispositivo de filtração com outros tipos de pó mencionados na ISO 15957, porém não para relatar resultados em conformidade com esta parte.

O objetivo do alimentador de pó é dispersar o pó sintético no filtro sendo ensaiado a uma taxa constante durante a realização do ensaio. Uma certa massa de pó, previamente pesada, é carregada na bandeja móvel do alimentador de pó. A bandeja se move a uma velocidade uniforme e o pó é conduzido por uma roda transportadora dentada até a entrada do tubo de coleta de pó do alimentador. O alimentador dispersa o pó utilizando ar comprimido e o direciona para dentro do dispositivo de ensaio, passando pelo tubo de alimentação de pó. O bico de injeção de pó deve ser posicionado na entrada da seção B do duto indicado na figura abaixo, conforme a ISO 16890-2:2016, e deve ainda estar alinhado ao centro do duto.

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O fornecimento de ar comprimido deve ser equipado com um sistema de filtragem e secagem para proporcionar ar limpo, sem óleo e com um ponto de orvalho que não ultrapasse 1,7 °C (35 °F). A versão do tubo vertical de carregamento do alimentador de pó está mostrada na figura acima para exemplificar. Deve-se evitar contrafluxo de ar proveniente do tubo de coleta, devido à pressão positiva no duto quando o alimentador não estiver em uso.

O grau de dispersão de pó pelo alimentador depende das características do ar comprimido, da geometria do conjunto de aspiração e da vazão de ar passando pelo aspirador. Para garantir a consistência dos resultados, o alimentador de ensaio deve proporcionar (140 ± 14) mg/m³ (4,0 ± 0,4 g/1 000 ft³). A pressão no manômetro posicionado na linha de ar do Venturi, correspondente a uma vazão de (6,8 ± 0,2) dm³/s (14,4 cfm ± 0,4 cfm) no tubo do alimentador de pó, deve ser medida periodicamente, para diferentes pressões estáticas no duto.



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