Como planejar a ventilação e o fluxo de ar em uma estufa comercial?
A ventilação influencia diretamente a temperatura, a umidade, a qualidade do ar e a área de cultivo em uma estufa. Para uma estufa comercial, elabore um plano de ventilação que leve em consideração a estrutura da estufa, a população de plantas, o clima e a eficiência operacional.
Não se trata apenas de aumentar a circulação de ar. Em termos de engenharia, um plano de ventilação precisa fornecer uma taxa de renovação de ar definida em dois pontos de operação muito diferentes: aproximadamente 40 a 60 renovações de ar por hora (ACH) quando o resfriamento máximo do verão é necessário, e apenas 1 ACH no inverno, quando a única função restante é o controle da umidade. Quase todas as falhas de ventilação encontradas em estufas comerciais consolidadas remontam a um projeto dimensionado para um desses pontos e que nunca foi verificado em relação ao outro.
Um bom projeto de um fabricante de estufas comerciais permite a entrada controlada de ar fresco, a circulação por toda a plantação e a saída sem formar áreas estagnadas, ventos fortes ou uso desnecessário de energia.
Planeje o fluxo de ar ao redor da estrutura da estufa.
Antes de selecionar os equipamentos de refrigeração, ventiladores ou aberturas de ventilação, a estratégia básica de fluxo de ar deve ser definida pela estrutura. Mesmo com ventilação adequada, uma estufa comercial com posicionamento inadequado das aberturas pode apresentar desequilíbrio entre temperatura e umidade.
Mapeie a área em crescimento
Mapeie as fileiras de cultivo, bancadas, passarelas, divisórias, equipamentos e outros elementos que possam afetar a circulação do ar. Considere o tamanho esperado da cultura quando estiver em pleno crescimento, e não apenas o tamanho da estufa vazia.
Identifique áreas onde a densidade de cultivos ou equipamentos possa restringir o fluxo de ar. Isso ajuda a determinar onde as aberturas de ventilação e os ventiladores devem ser instalados. Uma prática útil nesta etapa é marcar a área livre do piso e a seção transversal aberta que permanece com a cobertura vegetal completa, pois a circulação interna é regida pelo volume de ar livre acima da cultura, e não pelo volume total da estufa.
Estabelecer rotas de entrada e saída de ar
Todas as operações de ventilação requerem um caminho estabelecido para o ar (entrada e saída). Há oportunidades para a entrada de ar externo por aberturas laterais, e o ar quente pode subir por aberturas no telhado.
Esses elementos devem estar interligados, e não isolados. Se localizados corretamente, os pontos de entrada e saída permitem que o ar circule por uma área maior da estufa. A meta mensurável do projeto é a área total de abertura: para que a ventilação natural funcione por si só, a área combinada de aberturas no teto e nas laterais deve ser de, no mínimo, 15% a 20% da área do piso da estufa. Proporcionando essa proporção para um vão de 1.000 m², obtém-se uma área de abertura efetiva de 150 a 200 m², medida como abertura livre após a instalação de estruturas e telas, e não como o tamanho nominal da abertura.
Considere a altura da estufa.
Considere a estrutura como um todo, e não apenas a planta baixa. A altura do telhado e das calhas controlam o efeito chaminé que impulsiona a ventilação natural, pois a diferença de pressão entre uma entrada baixa e uma saída alta aumenta com a distância vertical entre elas.
As configurações comerciais típicas do sistema Venlo utilizam calhas com alturas de 4 a 6 m, e a altura dos postes em estruturas de grande vão pode ultrapassar 10 m. Elevar a calha faz mais do que simplesmente aumentar o espaço livre para a cultura: aumenta a altura de flutuação disponível para o ar quente escapar pela crista e amplia o volume de amortecimento que atenua as oscilações de temperatura de curto prazo.
Culturas densas podem restringir o fluxo de ar e criar áreas com maior umidade. Equipamentos, plantas suspensas, telas e outras estruturas podem ter um efeito semelhante.
Identifique áreas onde o fluxo de ar possa ficar fraco e mantenha as vias de circulação de ar planejadas desobstruídas. Isso ajuda a determinar onde as aberturas de ventilação e os ventiladores devem ser posicionados e mantém o sistema eficaz à medida que a cultura se desenvolve.
Selecionar e coordenar equipamentos de ventilação
Após determinar o fluxo de ar, escolha os componentes do sistema de ventilação com base no ambiente e nas necessidades das culturas cultivadas na estufa. Ventilação natural, ventiladores mecânicos e/ou equipamentos de refrigeração podem ser utilizados em uma estufa comercial, mas esses sistemas devem ser projetados como uma estratégia de ventilação abrangente.
Utilize as aberturas do telhado de forma eficaz
O ar que sobe naturalmente até o telhado pode ser liberado por meio de ventilação no telhado. Sua eficácia dependerá da posição da abertura, da quantidade de ar que entra, da configuração do telhado e das condições externas.
As aberturas no telhado precisam ser projetadas para garantir que o ar que entra possa passar pela área de cultivo e para serem coordenadas com quaisquer entradas de ar em níveis inferiores. As aberturas no telhado não garantem a uniformidade da circulação. Estudos de campo sobre combinações de aberturas mostram uma clara classificação: uma ventilação lateral combinada com aberturas no telhado voltadas para o vento produz a maior taxa de fluxo natural, atingindo cerca de 12,3 renovações de ar por hora com uma velocidade do vento de apenas 0,5 m/s. Configurações que dependem apenas de aberturas no telhado, ou apenas de aberturas voltadas para o sotavento, apresentam taxas significativamente menores.
Utilize a ventilação lateral para entrada de ar.
Aberturas laterais podem permitir a entrada de ar externo em um nível mais baixo, ajudando a promover a circulação cruzada dentro da área de cultivo. Elas devem ser planejadas levando em consideração as fileiras de plantas, telas de proteção, equipamentos e outras construções.
Se forem utilizadas aberturas de ventilação lateral e no telhado, o ar pode entrar no edifício ao nível da cultura ou próximo a ele e subir à medida que aquece. Isso pode levar a uma circulação natural mais viável em condições externas favoráveis. A combinação das aberturas também é importante em baixas velocidades de vento: uma entrada lateral com uma saída no telhado voltada para o vento proporciona a melhor combinação de vazão e uniformidade espacial, enquanto aberturas opostas podem puxar o ar diretamente através da cumeeira sem nunca atingir a cultura.
Leve em consideração as telas contra insetos e a resistência ao fluxo de ar.
As telas contra insetos são úteis em estufas comerciais, mas também podem restringir o fluxo de ar pelas aberturas de ventilação. Isso precisa ser levado em consideração no planejamento da ventilação.
Verifique a área aberta da tela
O tipo e a área aberta da tela podem afetar a facilidade com que o ar externo entra na estufa. Uma tela muito restritiva pode reduzir o fluxo de ar natural e aumentar a necessidade de ventilação mecânica.
Estudos publicados em túnel de vento sobre telas à prova de insetos com porosidade variando de 25% a 53% mostram que a taxa de ventilação diminui conforme a porosidade diminui, pois a tela reduz o coeficiente de descarga da abertura em vez de simplesmente estreitá-la. Na prática, uma tela mosquiteira padrão representa aproximadamente 10% a 20% do fluxo de ar através de uma abertura desprotegida; a troca de uma tela com malha 40 por uma com malha 75 pode reduzir a ventilação natural em mais 25%. Um exemplo prático: uma tela com malha 50 e uma taxa de área aberta de 55%, instalada em uma abertura de 100 m², permite a passagem de ar equivalente a apenas cerca de 55 a 60 m² de abertura desobstruída.
Portanto, a tela deve ser considerada ao dimensionar e posicionar as aberturas de ventilação no teto e nas laterais. Mantenha a tela limpa, pois poeira e vegetação podem reduzir ainda mais a área de ventilação.
Adeque a ventilação à estrutura protegida.
Se telas mosquiteiras forem instaladas nas aberturas de ventilação, o fabricante deve levar em consideração o efeito delas ao projetar o sistema de fluxo de ar. A capacidade do ventilador e a área de ventilação não devem ser selecionadas sem considerar a resistência criada pela tela. A sequência correta é estabelecer a taxa de renovação de ar necessária, convertê-la em uma vazão necessária e, em seguida, calcular a área de ventilação e a capacidade do ventilador considerando a resistência da tela e a perda de pressão da própria tela.
Isso é especialmente importante em climas quentes, onde a estufa pode depender muito da ventilação natural. O projeto final deve proporcionar troca de ar suficiente para a cultura nas condições externas esperadas.
Adicione ventiladores onde o fluxo de ar natural for limitado.
Quando a ventilação natural não consegue oferecer circulação de ar adequada, utilizam-se ventiladores mecânicos. Eles podem auxiliar no acesso a áreas que não recebem circulação suficiente devido à configuração da estufa ou às mudanças no clima externo.
Para circulação de ar ao nível da cultura, a abordagem de fluxo de ar horizontal (HAF, na sigla em inglês) possui uma regra prática de dimensionamento consagrada: cerca de 2 CFM de capacidade do ventilador por pé quadrado de área do piso, o que equivale a aproximadamente 0,6 m³/min por metro quadrado. Os ventiladores HAF não são o mesmo que ventiladores de refrigeração. Os ventiladores de refrigeração expelem o ar pela parede e operam nas altas taxas de troca necessárias para a remoção máxima de calor; os ventiladores HAF funcionam continuamente e simplesmente mantêm a copa em movimento, equalizando a temperatura, a umidade e o CO2 entre as zonas.
Um plano prático de ventilador de um fabricante de estufas comerciais Parece-se com:
Direção do ar: Posicione os ventiladores de forma a favorecer a circulação do ar na área de cultivo.
Cobertura: Verifique zonas de cultivo distantes em vez de avaliar o fluxo de ar apenas perto do equipamento.
Controle: Permita que os níveis de fluxo de ar mudem conforme as condições e as necessidades da cultura se alterem.
Manutenção: Mantenha os ventiladores e controles acessíveis para inspeção e manutenção.
Ventilação coordenada com resfriamento
Ventilação e resfriamento devem ser feitos em conjunto. Se as temperaturas externas ficarem muito altas para serem resfriadas apenas com ventilação natural, o resfriamento mecânico pode auxiliar no controle da temperatura. No entanto, equipamentos de resfriamento não devem substituir o planejamento básico do fluxo de ar. O caminho percorrido pelo ar fresco deve garantir uma boa circulação de ar e evitar áreas com fluxo de ar insuficiente na cultura.
Dimensionar os dois em conjunto significa trabalhar com uma eficiência especificada. Os sistemas de painéis evaporativos são normalmente projetados para uma eficiência de umedecimento de 70% a 80% da depressão do bulbo úmido; com uma eficiência geral do sistema de cerca de 80%, a queda de temperatura prática em uma parede de painel bem construída é de aproximadamente 5 °C (9 °F), e a depressão total do ar de suprimento em relação à temperatura ambiente geralmente fica na faixa de 5 a 11 °C (10 a 20 °F). Um painel que não consegue atingir sua eficiência de projeto quase sempre apresenta um problema de umedecimento, distribuição do fluxo de ar ou velocidade frontal, e não um problema com o meio filtrante do painel.
Teste e faça a manutenção do sistema de fluxo de ar.
O sistema de ventilação deve ser testado após a instalação e verificado durante a produção. O fluxo de ar pode mudar conforme as culturas crescem, telas são utilizadas ou equipamentos são adicionados. As configurações de ventilação podem precisar de ajustes conforme a densidade da cultura, as condições climáticas ou as condições de produção mudam.
Verifique o fluxo de ar na área de cultivo.
Verifique se o ar está chegando a diferentes partes da área de cultivo. Procure por zonas com fluxo de ar fraco ou excessivo. Culturas densas, equipamentos e telas podem alterar o fluxo de ar à medida que a cultura se desenvolve. O teste de fumaça ou um levantamento com anemômetro portátil na altura da copa é a maneira mais rápida de converter a sensação de "estar parado aqui" em um mapa de fluxo de ar mensurável.
Monitorar temperatura e umidade
As leituras de temperatura e umidade podem ajudar a identificar áreas onde a ventilação não está funcionando como esperado. As leituras devem ser verificadas em diferentes partes da estufa, em vez de se basear em um único local.
Em uma casa grande com múltiplos vãos, um único sensor não consegue representar o edifício como um todo. Compare as leituras das zonas — perto da calha, ao nível da cobertura, nas empenas e no centro — tanto para temperatura quanto para umidade relativa, e considere um gradiente vertical ou horizontal persistente como evidência de um problema de fluxo de ar, e não de um problema de controle.
Manter ventiladores e aberturas de ventilação em bom estado.
Ventiladores, aberturas de ventilação no teto, aberturas laterais e telas contra insetos devem ser inspecionados regularmente. Remova poeira, vegetação ou outras obstruções que possam reduzir o fluxo de ar. As peças móveis também devem ser verificadas e revisadas de acordo com as especificações do equipamento.
Mantenha as vias de fluxo de ar desobstruídas.
Quando as vias de ventilação existentes são obstruídas por equipamentos, materiais armazenados, telas, plantas suspensas ou cultivos, o desempenho do sistema de ventilação pode ser reduzido. Essas alterações podem ser graduais e podem passar despercebidas durante as atividades diárias da empresa.
Refaça o layout da estufa comercial sempre que houver uma grande mudança na produção. Manter os caminhos de fluxo planejados desobstruídos garante o funcionamento adequado do sistema de ventilação.
Ajuste o sistema conforme as mudanças na produção.
O padrão ideal de fluxo de ar pode variar de acordo com a altura da cultura, a densidade de plantio, o posicionamento dos equipamentos e as condições climáticas sazonais. Portanto, um plano de ventilação deve ser tratado como um sistema operacional que pode ser ajustado, e não como uma instalação fixa. Como regra geral, um cronograma de ventilação que foi balanceado para uma estufa vazia precisará ser rebalanceado assim que a cobertura se fechar, pois o volume de ar livre e a resistência ao fluxo horizontal mudam substancialmente.
Mantenha registros de problemas recorrentes de temperatura, umidade ou fluxo de ar. Esses registros, fornecidos pelo fabricante da estufa comercial, podem ajudar os operadores a identificar se são necessárias alterações no funcionamento dos ventiladores, nas posições de abertura ou na distribuição do fluxo de ar. Algumas verificações de manutenção úteis incluem:
Aberturas de ventilação: Verifique se as aberturas de ventilação abrem, fecham e permanecem desobstruídas.
Ventiladores: Inspecione as pás, os motores, as proteções e os controles para verificar se estão funcionando normalmente.
Rotas do fluxo de ar: Procure por novos obstáculos causados por equipamentos ou pelo crescimento da cultura.
Leituras ambientais: Compare a temperatura e a umidade entre diferentes zonas.
Controles operacionais: Confirme se os ajustes manuais ou automáticos funcionam corretamente.
Perguntas frequentes
Dois valores importam, não apenas um. Projete um sistema para aproximadamente 40 a 60 trocas de ar por hora nas condições de pico de resfriamento do verão e forneça um mínimo controlável de cerca de 1 troca de ar por hora no inverno para o controle da umidade e do CO2. Um sistema que atende apenas ao valor necessário para o verão geralmente superestima o aquecimento no meio do dia e não consegue manter a temperatura desejada no inverno sem um aporte excessivo de calor.
Como ponto de partida, a área combinada de ventilação do telhado e das laterais deve ser de pelo menos 15% a 20% da área do piso para que a ventilação natural seja eficaz. Essa medida é feita considerando a abertura livre efetiva após a instalação de treliças, mecanismos de ventilação e telas contra insetos, e não a dimensão nominal da abertura. Em uma área de 1.000 m², isso corresponde a uma abertura efetiva de 150 a 200 m².
Uma tela mosquiteira padrão normalmente custa entre 10% e 20% do fluxo de ar de uma abertura equivalente sem obstruções. Malhas finas custam mais: a transição de uma malha 40 para uma malha 75 reduz a ventilação natural em mais 25%, e testes em túnel de vento publicados, realizados com telas com porosidade entre 25% e 53%, confirmam a mesma tendência. Quando uma tela de malha 50 com uma taxa de área aberta de 55% cobre uma abertura de 100 m², considere a área útil da abertura como sendo de aproximadamente 55 a 60 m².
Utilize a regra prática de fluxo de ar horizontal de cerca de 2 CFM por pé quadrado de área do piso, equivalente a aproximadamente 0,6 m³/min por metro quadrado, distribuído pela casa de forma que o ar circule em um circuito contínuo. Os ventiladores de circulação são dimensionados para a mistura e uniformidade do ar na copa das árvores, enquanto os ventiladores de parede para resfriamento são dimensionados para a taxa de renovação do ar — os dois cálculos devem ser feitos separadamente.
Aberturas de ventilação não são sinônimo de ventilação adequada. Se a área total de ventilação for inferior a aproximadamente 15% da área do piso, se as aberturas estiverem protegidas por telas e não houver compensação adequada, ou se o edifício não possuir uma entrada de ar voltada para o vento que seja compatível com a saída pelo telhado, a taxa de renovação de ar medida pode ficar muito abaixo dos 40 a 60 ACH necessários em um dia de pico de verão. Compare a diferença de temperatura interna-externa medida com o valor de projeto antes de adicionar capacidade de refrigeração.
Os painéis evaporativos são normalmente projetados para uma eficiência de umedecimento de 70% a 80% da depressão do bulbo úmido. Com uma eficiência geral do sistema em torno de 80%, a queda prática de temperatura é de aproximadamente 5 °C (9 °F); um sistema que atinge apenas metade disso geralmente apresenta problemas como umedecimento inadequado do painel, velocidade excessiva na face do fluido ou ar contornando a face do painel, e não um painel subdimensionado.
A eficiência do fluxo de ar começa com o planejamento estrutural, não com a seleção de equipamentos. Uma estufa comercial bem planejada deve proporcionar vias de ar desobstruídas, aberturas de ventilação coordenadas, suporte mecânico adequado e flexibilidade suficiente para se adaptar às mudanças nas culturas e nas condições climáticas.
Também é útil definir os números antes da compra do equipamento: uma taxa de área de ventilação de 15% a 20% da área do piso, um projeto de pico de 40 a 60 trocas de ar por hora, resistência da tela de 10% a 20% (mais para malha fina), um circuito de circulação dimensionado para cerca de 2 CFM por pé quadrado e um sistema de resfriamento com eficiência de 70% a 80%. Esses cinco valores definem se o plano de ventilação é viável e são muito mais baratos de alterar em um projeto do que em uma estrutura concluída.
Para projetos comerciais, o projeto de ventilação deve ser pensado em conjunto com a estrutura e os requisitos de controle ambiental. Trabalhar com um fabricante competente de estufas comerciais pode ajudar a alinhar o layout da estufa, as aberturas de ventilação, os equipamentos de fluxo de ar e os requisitos operacionais antes do início da instalação.
