Zen of filter classes

Por Dr. Marco Adolph

Em conjunto com o Dr. Vijay da Aerfil, desenvolvi uma discussão com o intuito de questionar as diferentes classificações de filtros. O objetivo não é destruir classes de filtros ou ainda metodologias de ensaios, porém alimentar o debate de o que é realmente importante para os usuários do sistema de ar condicionado.

De diversas conversas com especialistas do mercado e de laboratórios, percebemos que há muita dúvida sobre resultados de ensaios. Há ainda, também por parte dos usuários, muitas dúvidas sobre como interpretar as fichas técnicas apresentadas pelos fabricantes, quando são.

De nossas primeiras discussões surgiu o artigo “Zen of Filter Classes”, o argumento inicial é de que há uma incerteza de medição nos ensaios, e trabalhando a sobreposição de classes dos filtros, estas poderiam ser reduzidas. Por outro lado, assumindo-se que os testes estejam apresentando resultados corretos e com adequada repetibilidade, o que importa para o usuário? A quantidade de ar limpo fornecida, existe nos EUA e Canadá o conceito de Clean Air Delivery Rate (CADR).

A idéia é relativamente simples, CADR = Vazão de ar x eficiência do filtro. A argumentação do artigo se baseia na substituição de filtros por outros de classe diferente, mas mantendo a perda de carga inicial. Na análise inicial, apresentada no artigo do CONBRAVA, mostramos que poderiam ser aumentados os volumes totais de ar, mantendo a perda de carga inicial e obtendo valores maiores para o CADR. Como apresentamos na tabela a seguir

Filter class	Flow	dP [Pa]	CADR	Replacement Filter class	Replaced CADR	Increase in CADR
F9	3400	140	3307	F8	3774	468
F9	3400	140	3307	F7	3757	451
F8	3400	120	3145	F7	3468	323
F7	3400	100	2890	F8	2359	(21)
F5	3400	50	1700	F6	1785	85
F6	3400	70	2380	F5	2125	(255)

Table 2: Filter class replacement for commercial fiberglass pocket filter

Esta tabela é apenas uma primeira analise, com filtros de uma família particular de modelos de filtros, trata-se, portanto de uma análise preliminar e que deve, naturalmente, ser complementada por analises de consumo de energia, capacidade das instalações, custos iniciais, entre outros.

Continuaremos as discussões e pretendemos apresentar novos artigos sobre o assunto, contribuições e questionamentos são mais do que bem vindos para que possamos enriquecer os próximos artigos e eventualmente colaborar para novas idéias nos projetos de tratamento de ar.

Marco Adolph

NOTA DO BLOG: para acessar o artigo completo (em inglês) apresentado no CONBRAVA-2011, clique aqui ou acesse o link abaixo:

http://issuu.com/forumqualidadedoar/docs/zen_of_filter_classes_blog

Consulta NBR 16401-urgente e importante

Texto encaminhado ao Blog pelo Eng. Wili Hoffmann:

Caros,
 
Antes de ontem estive em uma reunião que aconteceu na Abrava convocada a partir da mesa redonda do DN projetistas para criar um plano de ação conjunto com outras entidades e profissionais, junto a ANVISA e outros órgãos oficiais sugerindo a alteração da RE 09 e portaria 3523 sobre a qualidade do ar, incluindo a NBR 16401 como sendo a referência para filtragem, taxa de ar externo entre outras que contribuem para a qualidade do  ar interno.

Mas, durante a reunião foi colocado pelos projetistas, principalmente pela Sandra Botrel de BH que inúmeras vezes é impossível atender à exigência da filtragem para aplicação daquela tabela da NBR 16401. Isto tem sido uma tônica desde quando a norma foi publicada.

 

Em princípio descordei, mas depois tive que concordar pois não existe uma justificativa para tal exigência de eficiência de filtragem para partículas de 0,4 micron ou gravimétrica e a quantidade de partículas máxima interna por faixa de tamanho prejudicial á saúde (PM 10 e PM 2,5).

Este único ponto (filtragem) tem gerado problemas de “credibilidade” da norma levando ao seu descumprimento também de outros pontos que está bastante adequada. De antemão declaro que eu não sou a favor da adaptação das exigências da norma ao que o mercado deseja cumprir e este não é o objetivo deste email.

O programa do procel estabelece que se alguma parte da norma não for cumprida a risca, a nota é rebaixada e não são raros os casos em que projetos muito bons tem pontuação no quesito ar condicionado somente porque não tem a filtragem indicada na tabela da norma.

Pois bem, a questão é:

Precisamos descriminar o que é a filtragem do ar externo (que é influenciado pela qualidade do ar externo e depende da região) e a filtragem na recirculação (que é influenciado pelo tipo de ocupação)? A NBR 16401 não trata desta diferença.

Será que em algumas aplicações é preciso de filtros na recirculação com eficiência indicada na tabela, enquanto que dependendo da região pode ser que seja necessário outra eficiência devido a qualidade do ar externo?

De onde veio a tabela da NBR 16401? Será que “não pesamos a mão” quando aprovamos esta tabela e isto está atrapalhando a aplicação plena da norma?

Não se trata adaptarmos a norma aos fabricantes de equipamentos (como foi o argumento na ocasião do atendimento da norma), o que estamos questionando é que não temos uma justificativa plausível (com base em pesquisas nem no Brasil nem no resto do mundo) para sustentar a exigência da tabela (ou será que temos?). Pode ser que estas exigências estejam adequado e se assim for devemos sim exigir que seja cumprida como está!

Conclusão da reunião, precisamos fazer a lição de casa em paralelo com a ação de levar para os órgãos oficiais (Teremos hoje uma reunião na OAB de São Paulo para tratar deste avanço para a cidade de São Paulo capitaneada pelo Dr. Sidney de Oliveira) está a sugestão de adotar a norma pois corremos o risco de darmos exigências para o mercado que não estará preparado para atender sem termos certeza de que este seja de fato necessário.

 

O exemplo que dou é o caso das vigas frias que tem a circulação por convecção natural ou induzida pelo ar externo e “recirculam” o ar sem nenhum tipo de filtragem e não me parece que isto seja uma situação não aceitável. Se assim for, podemos estabelecer filtragem mínima para o ar externo dependendo da região e uma filtragem diferente internamente dependendo da ocupação, assim ficaria mais transparente e fácil de atender e não perderíamos o efeito de assegurar a qualidade do ar interno.

 

Finalizando, precisamos nos pronunciar como sociedade técnica nos próximos dias com os argumentos ou referências internacionais que comprovem que as eficiências da tabela são realmente necessárias. Não basta dizer que outras normas internacionais adotam então serve para nós já que eles mesmo podem estar “pesando a mão” devido à suas próprias capacidades.

Ficamos todos no aguardo de suas opiniões e de concentrarmos esforços  em uma mesma direção como participantes da sociedade técnica brasileira pelas diversas entidades Anprac, Abrava, DN projetistas, sindicatos e profissionais para se necessário for

Wili Hoffmann

Eficiência de filtragem x Consumo Energético

A preocupação com o aumento do consumo energético em função do acréscimo da perda de pressão pelo uso de filtros de maior eficiência não deve pautar a discussão, pelos vários aspectos que seguem:

1) Existem disponíveis no mercado, filtros de eficiência superior, com perda de pressão inicial mais baixa.  Ocorre que, o usuário brasileiro está acostumado a comprar produtos baratos e de procedência duvidosa e, senhores, não há mágica, maior área de filtragem significa menor perda de pressão inicial (e, normalmente, maior preço unitário do filtro por peça).
  1.a) Ocorre que, diversos estudos vem comprovar que, o uso de filtros de ar de melhor qualidade e com curva de acréscimo de perda de carga mais favorável, apesar de mais caros, são capazes de promover melhor qualidade do ar e menor consumo de energia, se pagando fácilmente. Para se ter uma idéia, já existem estudos de meios filtrantes para filtros HEPA que apresentam perda de pressão inicial inferior a 120Pa (50% da perda de pressão inicial de um filtro HEPA tradicional)...

  1.b) Estes dados estão disponíveis nos certificados de teste dos filtros. No entanto, INFELIZMENTE, poucos projetistas, consultores e ainda menos usuários, solicitam estas informações dos fabricantes e, por isso, acabam por utilizar produtos inadequados.

2) Ainda no que diz respeito ao consumo energético: - se existe a real preocupação com o aumento da perda de pressão do sistema em função do aumento de eficiência dos filtros, porque ainda é pouquíssimo utilizada a tecnologia de emissores UV-C nos trocadores de calor? Estes sistemas eliminam o biofilme e são capazes de aumentar o rendimento térmico dos equipamentos de maneira significativa.  E, ainda, de modo geral, seus custos de instalação se pagam em menos de 1 ano de operação (através da redução do consumo energético)...

3) O que vemos por aí, INFELIZMENTE, são sistemas com caixilhos inadequados, filtros de qualidade duvidosa ou com curvas de acréscimo de pressão desfavoráveis, reduzida área de filtragem, serpentinas totalmente obstruídas por biofilme, entre outras práticas condenáveis.

4) Outro aspecto que acho fundamental abordar é o seguinte: - o uso de sistemas de condicionamento de ar acarreta uma enorme responsabilidade aos proprietários e mantenedores, uma vez que, os usuários estão "submetidos" a eles durante várias horas do dia, sem qualquer opção. Por isso, "condená-los" à exposição ao ar inadequado é agir de maneira pouco recomendável.

5) No que diz respeito às partículas viáveis, estudos realizados nos EUA pelo EPA, demonstram que os filtros G-3 não têm eficiência alguma para microrganismos e, o uso de agentes microbianos evita que o meio filtrante fique obstruído por colônias, ocasionando a obstrução precoce do filtro e o consequente acréscimo de perda de pressão do sistema.  Mas, de outro modo, estes agentes colaboram muito pouco para a "filtragem" de microrganismos, uma vez que seu diâmetro (particulado) é bastante inferior à eficiência nominal do filtro G-3.

6) A discussão acerca da eficiência dos filtros a serem utilizados (G-3, F-5, F-7, etc) deve passar, no meu entender, por outros aspectos:

  6.a) A compreensão do que se trata a eficiência e os ensaios de classificação dos filtros.  Poucos sabem, por exemplo, que a eficiência de classificação é dada pela média entre as eficiências verificadas durante o ensaio até a completa saturação do filtro (no caso dos filtros grossos até 250Pa e dos filtros finos até 450Pa). Ocorre que, a eficiência inicial (que hoje não é utilizada para efeito de classificação) é fundamental para garantir a qualidade do ar.
Para exemplificar o que digo: - um filtro F-5 que tem eficiência média de 50% @0,4micronmetros, pode iniciar com eficiência de 0,5%@0,4micronmetros e, somente após 1/4 de sua vida útil, atingir a eficiência de 50%@0,4micronmetros. Nestes termos, se o usuário trocá-lo antes desse período, jamais o filtro terá tido a eficiência "prometida" na venda.  ISSO SIM É UM PROBLEMA.

  6.b) Neste sentido, a norma ASHRAE 52.2 é melhor, pois classifica pela eficiência mínima. Ocorre que, ela também tem outros problemas, principalmente quanto à repetibilidade dos resultados...

  6.c) Sendo assim, quando o fabricante coloca na etiqueta a classificação do filtro, ela "nem sempre" será atingida.  Principalmente porque existem projetistas ou fabricantes de equipamentos que consideram a perda de pressão para a troca dos filtros, inferior àquela necessária para a obtenção da eficiência nominal do filtro.  Mais uma vez, estes dados estão nos relatórios de ensaio dos filtros que, quase ninguém solicita aos fabricantes ou sabe analisá-los.

7) Outro aspecto que julgo importante abordar é o seguinte:

  7.a) Os "tão difundidos" filtros G-3 / G-4 que povoam nossas máquinas são ensaiados através do critério de retenção em massa de pó (ensaio gravimétrico / recém batizado de arrestância).  Esta retenção considera a massa retida em gr no filtro pela massa emitida durante o ensaio - tudo em relação ao pó Ashrae.  Ocorre que, a distribuição em massa do pó Ashrae é bem diferente daquela encontrada no ar ambiente das grandes cidades (com grande quantidade de partículas P 2.5) e, além disso, as partículas de menores diâmetros são mais leves, consequentemente, sendo menos valorizadas neste ensaio.

Fonte: flanderscorp.com
  7.b) Neste sentido, a evolução para o uso dos filtros F-5 já contempla a discriminação de eficiência para as partículas em quantidade e não em massa, promovendo uma EFETIVA melhora na qualidade do ar fornecido ao ambiente.

8) Acredito, por fim que, a utilização do critério de eficiência para 0,4m pode ser discutida futuramente pois não promove uma relação direta com as partículas críticas para efeitos à saúde (PM10, PM2.5 - Respiráveis e inaláveis), mas creio também que, o maior conhecimento dos produtos atualmente utilizados e as evoluções tecnológicas disponíveis (para aumento da eficiência de filtragem sem aumentar o consumo energético) deve ser o primeiro passo a ser dado.  A ISO já está discutindo uma relação entre a eficiência como conhecida atualmente - 0,4m e a eficiência para PM10 e PM2.5.  É só uma questão de tempo.

Pretendo postar em breve os resultados recentes de ensaios comparativos entre a eficiência conforme normas atuais (EN 779 e ashrae 52.2) e sua relação com as eficiências para PM10 e PM2.5.

Saudações.

Eng. José A. S. Senatore

Ar condicionado: vilão ou solução?

O objetivo deste post é promover o debate sobre alguns aspectos relativos aos ambientes com ar condicionado.
É muito comum encontrarmos na mídia questionamentos e recomendações negativas quanto ao uso do ar condicionado em ambientes, considerando os "malefícios" que sistemas de ar em ambientes fechados podem causar a saúde de seus ocupantes.  Além disso, outro argumento muito utilizado é o aspecto de consumo energético deste tipo de sistema.
Não é raro também, médicos e especialistas afirmar que os sistemas de ar condicionado são depósitos de microrganismos e, os ocupantes de ambientes fechados, estão vulneráveis à eles.
Procurarei aqui discutir os seguintes aspectos:

1) Feliz ou infelizmente a ocupação de ambientes fechados é uma tendência nas grandes cidades, por diversos aspectos, entre eles: conforto térmico (aquecimento global), segurança, nível de ruído, outros.

2) A engenharia disponível para sistemas de condicionamento de ar evoluiu muito e, é cada vez mais possível o uso de sistemas econômicos (com ciclos economizadores de energia, emissores UV e drivers), sistemas com controles adequados de umidade e temperatura, sistemas com dispositivos capazes de eliminar microrganismos - partículas viáveis (por emissores UV ou outras técnicas), sistemas de filtragem de gases orgânicos (muitas vezes gerados dentro do próprio ambiente condicionado) e sistemas de filtragem de particulado não viável.

3) Outro aspecto que favorece a ocupação de ambientes internos condicionados é, sem dúvida nenhuma a própria poluição ambiental das grandes cidades. A seguir considero alguns aspectos importantes:

- O perfil de partículado não viável em áreas urbanas e rurais é bastante diferenciado.  Nas áreas rurais, encontra-se em suspensão um número maior de partículas grossas (isto é, de grandes diâmetros).  Podemos chamar estas partículas de "partículas naturais", isto é, proveniente de fenômenos climáticos e decorrentes da própria natureza do local. A maioria destas partículas tem o diâmetro maior do que 2,5 micronmetros.  Já as áreas urbanas, pela influência do homem, queima de combustíveis fósseis, industrialização e etc, têm um perfil de particulado diferente. Neste caso podemos considerar que as "partículas geradas pelo homem" são, na sua maioria de diâmetro inferiores a 2,5 micronmetros.

- Para efeitos de risco à saúde, considera-se as partículas inaláveis (com diâmetro entre 2,5 micronmetros e 10 micronmetros) e as partículas respiráveis (com diâmetro inferior a 2,5 micronmetros). As partículas inaláveis (entre 2,5 e 10 micronmetros) são geralmente depositadas na região superior do aparelho respiratório (nasal) já as partículas respiráveis se depositam nos pulmões (região alveolar), pois são dificilmente expelidas por tosse ou espirro.

- No Brasil, apenas nos grandes centros, estão disponíveis os dados de qualidade do ar PM10 (partículas inferiores a 10 micronmetros). No entanto, a unidade de medição considerada é em micrograma/m³ (50mg/m³ é considerada boa).

- Ocorre que, é válido considerar que, a unidade de medida realizada pelas autoridades não é discriminatória e, certamente as partículas PM 2,5 tem seu peso próprio muito inferior.  Sendo assim, pode-se encontrar um local com a medição de 50mg/m³ com, por exemplo: 50milhões de partículas inferiores a 2,5 micronmetros e outro com 1 partícula inteferior a 2,5 micronmetros + 10 partículas inferiores a 10 micronmetros. Neste caso, a primeira situação seria bem mais prejudicial aos ocupantes.

Discuto:
- Cada vez mais, nas grandes cidades, os ambientes condicionados serão utilizados em virtude das condições externas hostis;
- Existem alternativas de engenharia capazes de permitir sistemas de condicionamento de ar seguros, de baixo consumo e com controle de contaminantes viáveis ou não viáveis;
- A qualidade do ar interno deve considerar sistemas de filtragem de gases (voláteis), eliminação de microrganismos e filtragem de particulado não viável (PM10 e PM2,5);
- O sistema de filtragem a ser projetado para um ambiente interno DEVE considerar as condições do ar externo disponível e manter a qualidade do ar interno em níveis favoráveis à ocupação humana;
- O monitoramento disponível da qualidade do ar externo PM10 deve ser discriminatório em função do diâmetro e distribuição das partículas e não considerado em peso.

Reflexão: "Os sistemas de ar condicionado também podem ser uma fonte de risco aos ocupantes, mas isso em caso de projeto deficiente ou manutenção inadequada. - Condenar o sistema de ar condicionado é como condenar um fabricante de veículo pela imprudência do condutor..."

Por: Engº José A. S. Senatore

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