São Paulo, 21 de novembro de 2011 Posicionamento técnico da ANPRAC com respeito à eficiência de filtros utilizados para os sistemas de climatização cobertos pela NBR 16 401-2008. Depois de diversas trocas de informações com os membros da ANPRAC e outros profissionais gabaritados e de uma avaliação mais profunda sobre este assunto, que decorreu da mesa redonda do DN Projetistas que aconteceu na Febrava em setembro e reunião em seguida, é que estamos apresentando nossa opinião e sugestão para avançarmos no que diz respeito a melhorar a qualidade do ar interior, mas também estabelecer condições técnicas que proporcionem o menor uso de energia possível, mas com bases em estudos científicos de forma a assegurar ao usuário condições saudáveis nos ambiente internos. Esta avaliação está focada somente no controle de contaminantes particulados sólidos. Não entramos neste momento na diferenciação de serem viáveis ou não viáveis, nem no eventual impacto que estes microorganismos possam causar à saúde dos ocupantes por sua natureza. Tão somente está em discussão neste documento a concentração de partículas em suspensão do ar. Existe uma relação direta entre a quantidade de partículas e a carga microbiana (viáveis) em um ambiente, ou seja, quanto menor for a concentração de partículas, menor poderá ser a incidência de partículas viáveis. A norma NBR 16401-parte 3 estabelece na tabela 5 uma eficiência de filtragem para cada aplicação.
Não indica se esta filtragem deve ser feita no ar externo, no ar de retorno ou no ar insuflado de uma forma clara. Dá entender que se trata da filtragem na recirculação. Para algumas aplicações indica duas eficiências como se tivesse sugerindo uma pré filtragem e para outras não. (ex. G3 + F8) Também, estabelece que quando o equipamento de climatização não tiver pressão suficiente para atender ao estabelecido na tabela 5, somente o ar externo deveria ser filtrado com a eficiência indicada na tabela e para o climatizador deveria ser filtro G3.
Entendemos que a simples indicação de uma eficiência para uma determinada aplicação típica, como está na tabela 5, não é suficiente para assegurar uma concentração de partículas segura e saudável para o ocupante do ambiente, uma vez que esta concentração sequer é indicada ou conhecida. Isto será novamente abordado mais adiante neste documento. Conforme estabelece a norma, o ar admitido do exterior deve ter uma pré filtragem, dependendo da configuração da instalação conforme item 6.3 abaixo.
Isto sugere o seguinte fluxograma ilustrativo:
ara o caso de aplicação em sistemas de pequeno porte (ver item 6.2.2 – a) acima), o Já para ar externo deverá ser filtrado com a eficiência da tabela 5 para a aplicação e inserido no ambiente próximo do retorno conforme item 6.3.4 abaixo.
O que teríamos a seguinte configuração:
As concentrações de partículas por faixa de tamanho do ar externo variam de região para região (urbano x rural) de estação do ano (seca x úmida) e é muito diferente da concentração de partículas interna do ambiente que é praticamente a mesma da recirculação e depende da característica de geração interna à sala, exigindo portanto diferentes eficiências de filtragem. A concentração de partículas nos ambientes internos será um resultado sim da eficiência nominal dos filtros do ar insuflado, mas também de outros fatores como: Filtragem do ar externo dependendo da configuração, eficiência específica para cada faixa de tamanho de partículas, vazão de ar insuflado (recirculado + externo), geração de partículas internas à sala o que depende do tipo de aplicação desta. O conjunto destas variáveis é que determinarão a concentração de partículas por faixa de tamanho que vai se estabelecer nos ambientes. Isto também está citado no trabalho “ Factors Affecting the concentration of Outdoor Particles Indoors (COPI): Identification of Data Needs and Existing Data T. L. Thatcher, T. E. McKone, W. J. Fisk, M.!D. Sohn, W. W. Delp, W. J. Riley, and R.!G. Sextro December 2001 Research Supported by: 1Environmental Energy Technologies Division Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley, CA 94720 2School of Public Health University of California Berkeley, CA 94720 3Earth Sciences Division Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley, CA 94720” “Concentrations of particles indoors depend upon the fraction of outdoor particles that penetrate through the building shell or are transported via the air handling (HVAC) system, the generation of particles by indoor sources, and the loss mechanisms that occur indoors, such as deposition. To address these issues, we (i)!identify and assemble relevant information including the behavior of particles during air leakage, HVAC operations, and particle filtration; (ii) review and evaluate the assembled information to distinguish data that are directly relevant to specific estimates of particle transport from those that are only indirectly useful and (iii) provide a synthesis of the currently available information on building air-leakage parameters and their effect on indoor particle matter concentrations.”
Também, no Ashrae Handbook System and Equipment no capítulo 28 AIR CLEANERS FOR PARTICULATE CONTAMINANTS, pg. 28.8, reforça este conceito quando indica vários fatores que devem ser considerados para a seleção da eficiência da filtragem de um sistema para uma determinada aplicação.
Ou seja, a concentração de partículas no ambiente poderia ser calculado com os seguintes algoritmos: •
Csala = (Vins x Cins + Gi)/ Vins
•
Csala = Concentração de partículas na sala (µg/m3) para um determinado PMx .
•
Vins = Vazão de insuflamento filtrado m3/h.
•
Cins = Concentração de partículas no ar filtrado (µg/m3) para um determinado PMx (depende da eficiência do filtro a ser adotado)
•
Gi = geração de partículas internamente a sala ( µg/h) para um determinado PMx. (depende da utilização da sala, móveis, revestimentos etc.)
Assim sendo, se compararmos um sistema de climatização normal para aplicação em conforto, com vazão de ar de insuflamento calculada com uma difusão adequada em estudos psicrométricos o que daria por volta de 680 m3/h por TR, e um sistema split esta vazão não passa de 580 m3/h, logo 17% inferior. Podemos então admitir que para sistema em que vai ser aplicado o split, não só pode não ter pressão suficiente no ventilador para atender a eficiência de filtragem, mas também a vazão menor vai fazer com que haja um aumento da concentração de partículas nos ambientes, tornando esta concessão da norma (item 6.2.2 a) no mínimo temerosa. Também, no mesmo Ashrae Handbook System and Equipment no capítulo 28 AIR CLEANERS FOR PARTICULATE CONTAMINANTS, pg. 28.11 tabela 3, transcrita abaixo, sugere que por exemplo, prédios comerciais (commercial buildings) existem níveis aceitáveis como normal, melhor (better) e superior, indo de filtros MERV 5 até MERV 16.
Será que podemos concluir com isto que existe uma grande tolerância nas concentrações de partículas para uma determinada aplicação, o que reforça a idéia de que pode haver mais do que uma eficiência de filtragem possível para uma determinada aplicação.
Logo podemos concluir que estamos certos de que a fixação apenas de uma eficiência de filtragem, não será suficiente para assegurar um ambiente saudável, nem que este esteja sendo excessivamente filtrado.
METODOLOGIA PARA MEDIÇÃO DAS CONCENTRAÇÕES DE PARTÍCULAS. Para ambientes externos o PM10 é mais comumente encontrado e uma aproximação pode ser feita conforme documento da CETESB - REVISÃO DOS PADRÕES DE QUALIDADE DO AR E APRIMORAMENTO DA GESTÃO INTEGRADA DA QUALIDADE DO AR NO ESTADO DE SÃO PAULO. Pg07. http://www.cetesb.sp.gov.br/institucional/tecnologia-ambiental/86- relatório final
“Segundo a Organização Mundial da Saúde, embora o MP10 seja o parâmetro mais amplamente divulgado, e também o indicador de maior relevância para a maioria dos estudos epidemiológicos, os valores orientadores da OMS são baseados em estudos que utilizaram MP2,5 como indicador. Os valores para MP2,5 foram convertidos para valores orientadores para MP10 pela aplicação de uma razão MP2,5/MP10 igual a 0,5. Essa relação é típica de áreas urbanas de países em desenvolvimento e está na base da faixa de valores encontrados em áreas urbanas de países desenvolvidos (0,5 - 0,8).” Metodologia para medição da concentração de massa de material particulado por volume de ar (expresso em µg/m3) PM10 (considerando a massa partículas menores que 10 micrometros) e PM2,5 (considerando a massa das partículas menores que 2,5 micrometros). Não foi feita uma pesquisa em profundidade para conhecer todos os métodos para medição de partículas por PMx. Mas a CETESB utiliza um método utilizado internacionalmente no qual utiliza um ciclone impactados para separar as partículas PM10 de uma amostra sendo aspirada por um instrumento em taxa permanente fazendo este ar passar por um filtro de teflon e a análise da concentração é estabelecida por transparência de radiação “gama???” do filtro limpo e depois de amostrado um determinado volume. Com isto é possível fazer a avaliação da concentração em massa. Para o caso do PM2,5 o procedimento é o mesmo mas o ciclone impactador é próprio para esta faixa de tamanho de particulado. Outro método bastante empregado em monitoração da Qualidade do Ar de interiores, por ser um método mais rápido, é a utilização de um contador discreto de partículas, fazendo a aproximação da massa correspondente ao material particulado por PMx. O próprio instrumento já apresenta esta concentração em µg/m3 por PM. A publicação: “ Measurement of Particle Mass Concentrations and Size Distributions in an Underground Station Yu-Hsiang Cheng Yi-Lun Lin Department of Safety, Health and Environmental Engineering, Ming Chi University of Technology, 84 Gungjuan Rd, Taishan, Taipei 24301, Taiwan “ Explica este método na pag 23
Este parece ser também o método já consagrado para medições em campo pois é possível uma excelente medição com uma amostra relativamente pequena do ar por instrumento portátil (existem diversos fornecedores que dispõem de contadores de partículas para este fim). Embora pareça uma boa idéia utilizar a mesma técnica aplicada em salas limpas para estabelecer concentrações máximas de partículas por tamanho (NBR ISO 14644-1), criando classes por exemplo 18; 19; 20... existem alguns inconvenientes importantes para se adota-la: a- Todos os órgãos que cuidam da poluição do ar externo adotam a técnica de estabelecer os PM10 e PM2,5 por serem partículas respiráveis, representando dois duas faixas importantes para a saúde das pessoas. Esta adoção poderia causar confusão com o que já está sendo aplicado nacional e internacionalmente. b- A própria Resolução 09 da ANVISA estabelece a concentração de material particulado 80 µg/m3, apesar de não especificar a faixa de tamanho. “RE 09 ANVISA item IV 2 – Os Valores Máximos Recomendáveis para contaminação química são: 2.1 - £ 1000 ppm de dióxido de carbono – ( CO2 ) , como indicador de renovação de ar externo, recomendado para conforto e bem-estar 2.2.2 - £ 80 µg/m3 de aerodispersóides totais no ar, como indicador do grau de pureza do ar e limpeza do ambiente climatizado.” c- As medições feitas de forma discreta contam partículas maiores ou iguais à um determinado tamanho e no caso presente, deve ser considerado tamanhos iguais ou inferiores à um determinado tamanho ( 10 µm por exemplo).
O QUE SERIA NECESSÁRIO? 1. DEFINIR AS NECESSIDADES E LIMITES DE CONCENTRAÇÃO EM AMBIENTES INTERNOS PARA CONTAMINANTE PARTÍCULA PARTÍCULA POR TAMANHO DE PARTÍCULAS (PM10 e PM2,5). Diversos são os documentos médicos que dividem as partículas em suspensão em duas faixas de tamanho PM 10 e PM 2,5 e seus efeitos na saúde humana.
Atingem a parte Nasofaringeal as partículas maiores do que 10 micrometros. Atingem a parte Traqueobronqueal as partículas entre 10 e 2,5 micrometros. Atingem a parte alveolar as partículas menores do que 2,5 micrometros. O efeito destas partículas sendo inaladas inaladas pelos usuários dos ambientes causam, segundo os médicos, efeitos prejudiciais à saúde podendo lavar a problemas cardíacos e respiratórios. Por ser um assunto da área médica, os engenheiros não tem a competência em estabelecer estes limites o que entendemos entendemos que seja necessário ser feito pelos profissionais médicos. Mas como um início orientativo podemos po utilizar a própria NBR 16401-3 no anexo B tabela B.1 que indica de forma orientativa:
Poderíamos então assumir por aproximação que a concentração de PM2,5 teria que ser menor do que 25 µg/m3, se utilizarmos a mesma aproximação feita pelo 2. CONTAMINAÇÃO EXTERNA. A CETESB mantém no seu site http://www.cetesb.sp.gov.br/ar/qualidade-do-ar/32-qualar todos os resultados das medições de particulado PM10 do estado de São Paulo desde 1998 e está disponível para quem quiser baixar estas informações com medições horárias, diárias, mensais e anuais de forma que apresenta uma fantástica fonte de dados. Para PM2,5 somente algumas estações estão já implementadas pois estão sendo atualizadas para atender aos organismos similares internacionais que estabelece limites para esta faixa de tamanhos. Contudo, não podemos esquecer que poderá ser feita aquela aproximação válida indicada anteriormente neste documento. Apesar das estações estarem em áreas urbanas e em apenas algumas cidades do estado (existe uma concentração de estações de medição na grande São Paulo), já seria um bom começo para começarmos a fazer avaliações. Estas informações são importantes para a seleção da eficiência de filtragem do ar externo adequada para cada região.
3. GERAÇÃO DE PARTÍCULAS NAS DIVERSAS ATIVIDADES EXERCIDAS NORMALMENTE EM AMBIENTES CLIMATIZADOS. Uma vez que o resultado da concentração de partículas internas este fator é fundamental para o cálculo e deveriam ser incentivadas pesquisas para este fim, ou caso já existam, poderia ser utilizada.
4. UTILIZAÇÃO DE SISTEMA DE FILTRAGEM ADICIONAL. Para os casos em que a vazão de ar de recirculação do condicionador em conjunto com a filtragem cabível, e/ou no caso de um sistema de tratamento de ar externo sendo insuflado na sala próximo ao retorno (situação do item 6.2.2 a), não serem suficientes para manter a concentração abaixo da especificada, um sistema adicional de recirculação e filtragem poderia ser empregado de forma que ficasse este responsável pela manutenção das condições de concentração de partículas da sala. Neste caso, o filtro de ar do condicionador seria apenas o suficiente para proteger a serpentina de resfriamento e desumidificação , não contribuindo para a limpeza da sala. O sistema de recirculação poderia ser integrado ou não com o sistema de captação e filtragem do ar externo.
Esquema:
Neste caso o cálculo da concentração resultante resultan na sala seria: •
Csala = (Vae x Caef + Vrec x Crecf + Gi)/ Vae + Vrec
•
Csala = Concentração de partículas na sala (µg/m3) para um determinado PMx .
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Vae = Vazão de ar externo (m ( 3/h).
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Caef = Concentração de partículas no ar externo após ser filtrado (µg/m3) para um determinado PMx (depende da eficiência do filtro de ar externo a ser adotado)
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Vrec = Vazão de ar de recirculação pelo sistema auxiliar (m ( 3/h).
•
Crecf = Concentração de partículas no ar de recirculação após ser filtrado (µg/m3) para um determinado PMx (depende da eficiência do filtro de recirculação a ser adotado)
•
Gi = geração de partículas internamente a sala ( µg/h) para um determinado PMx. (depende da utilização da sala, móveis, revestimentos etc.)
CONCLUSÃO: Na falta de dados confiáveis para o cálculo sugerido acima, sugerimos que as indicações especificadas pela norma sejam atendidas. Porém, que sejam aceitos filtros com eficiências menores, desde que seja demonstrado por cálculos que a eficiência empregada no projeto são são suficientes para atender aos requisitos de concentração de partículas nos ambientes. Wili Hoffmann Emissão de 21/11/2011
Simulação de uma sala de escritório em BAURÚ E CUBATÃO .