Autor departamento técnico da Mycond
O projeto de sistemas de controlo da humidade do ar continua a ser uma das áreas mais complexas e controversas da engenharia AVAC. O principal problema de engenharia abordado por este artigo é a falta de uma abordagem sistemática para diferenciar os requisitos de humidade para diferentes tipos de edifícios e processos tecnológicos, o que conduz a projetos ineficientes, problemas operacionais e utilização não otimizada de recursos energéticos.
A humidade do ar é um parâmetro crítico do microclima que influencia o conforto das pessoas, a preservação de materiais e equipamentos, a qualidade dos processos tecnológicos e a eficiência energética dos edifícios. A humidade absoluta e a humidade relativa estão inter-relacionadas, mas desempenham funções distintas nos cálculos de engenharia.
A humidade relativa (HR) é a relação entre o teor real de vapor de água no ar e o teor máximo possível à temperatura dada, expressa em percentagem. A humidade absoluta é o teor real de vapor de água no ar, expresso em gramas por metro cúbico (g/m³). Quando a temperatura do ar varia, altera-se a sua capacidade de reter vapor: ao aumentar a temperatura em 10°C, a capacidade do ar de reter humidade aproximadamente duplica.
Para ilustrar a metodologia de cálculo do ponto de orvalho, consideremos um exemplo: ar a 25°C e 60% de HR tem um ponto de orvalho de aproximadamente 16,7°C. Isto significa que, ao arrefecer o ar até 16,7°C, começa a condensação. Estes parâmetros são apresentados para compreender o processo físico — num projeto real utilizam‑se dados de projeto efetivos.
O controlo da humidade é especialmente importante para materiais higroscópicos, como madeira, papel e têxteis, que absorvem humidade do ar e alteram as suas dimensões e propriedades. Segundo a prática de engenharia, uma variação de 20% na humidade relativa pode provocar uma alteração dimensional de elementos de madeira de 1–2%, dependendo do tipo de madeira e das condições de exploração.
A humidade também afeta os metais, provocando corrosão; a eletrónica, criando risco de condensação e de eletricidade estática. As consequências económicas de um controlo inadequado da humidade podem ser significativas, e não existe solução universal — cada tipo de edifício e processo tecnológico exige uma abordagem individual.
Base normativa
As normas modernas classificam os requisitos do microclima interior, incluindo a humidade, em diferentes categorias. De acordo com a EN 16798-1:2019, estabelecem-se quatro categorias de qualidade do ambiente interior (IEQ): categoria I para expectativas elevadas (por exemplo, para pessoas com necessidades especiais), categoria II para expectativas normais (para edifícios novos e reabilitados), categoria III para expectativas moderadas (para edifícios existentes) e categoria IV para expectativas baixas (períodos limitados do ano).
Para a categoria II, segundo a EN 16798-1:2019 Tabela B.2, recomenda-se, para conforto, um intervalo de humidade relativa de 25–60% durante a época de aquecimento. A norma ISO 7730:2005 também indica que, para alcançar conforto térmico, a humidade relativa deve ser mantida dentro de limites específicos, dependendo da estação e da utilização do espaço.
O conceito de conforto adaptativo prevê parâmetros de humidade distintos para os modos de verão e inverno. Para ilustrar a influência da temperatura na humidade absoluta: ar com 50% de HR a 20°C contém aproximadamente 8,7 g/m³ de vapor de água, enquanto o mesmo ar, ao ser aquecido para 25°C, terá humidade relativa de apenas cerca de 37%, embora o teor absoluto de humidade permaneça inalterado. Isto demonstra a importância de compreender a humidade absoluta no projeto de sistemas de ventilação e ar condicionado.
A metodologia para os parâmetros de dimensionamento de sistemas de controlo de humidade baseia-se em abordagens estatísticas. Por exemplo, os parâmetros do ar exterior são escolhidos pelo princípio do percentil de excedência — segundo o ASHRAE Handbook—Fundamentals, as condições de projeto são definidas como as condições excedidas apenas 1%, 2,5% ou 5% do tempo ao longo do ano. A escolha do nível de conservadorismo depende da criticidade do processo e de considerações económicas.
Edifícios comerciais
Na prática de projeto para espaços de escritórios, consideram-se frequentemente intervalos de humidade relativa de 30–60% no verão e 30–50% no inverno, sendo os limites concretos definidos pelo projetista em função das normas, do tipo de equipamento e das condições de exploração. Com baixa humidade (inferior a 30%), observa-se desconforto nos escritórios, aumento da eletricidade estática e secura das mucosas, o que pode levar a problemas respiratórios. Com humidade elevada (superior a 60%), aumenta o risco de desenvolvimento de bolores e microrganismos.
Para ilustrar a metodologia de cálculo da carga de humidade, consideremos um escritório hipotético de 100 m² com 10 colaboradores. Com uma emissão média de vapor por pessoa de 50–70 g/h (atividade ligeira de escritório), a emissão total de humidade pelas pessoas será de 500–700 g/h. Se o sistema de ventilação fornecer 500 m³/h de ar exterior com humidade absoluta de 10 g/m³ e extrair ar com humidade absoluta de 12 g/m³, então o sistema remove 1000 g/h de humidade (500 m³/h × 2 g/m³). Este exemplo demonstra a abordagem de cálculo aplicada com dados reais de projeto.
É característico dos escritórios que a principal carga de humidade provenha frequentemente do ar exterior, especialmente no período quente e húmido, quando a humidade absoluta do ar exterior é elevada.
Os centros comerciais representam um desafio particular devido aos diferentes requisitos por zona. As secções de produtos alimentares requerem humidade mais baixa para evitar o embaciamento das vitrinas frigoríficas (a física da condensação exige que a temperatura da superfície do vidro seja superior ao ponto de orvalho do ar envolvente). Nos hotéis, as zonas-chave com maior emissão de humidade são as cozinhas (devido aos processos tecnológicos) e as salas de conferências (devido à elevada densidade de ocupação).
Erros típicos no projeto de edifícios comerciais incluem abordagens universais para todas as zonas, subestimação das cargas de humidade e ausência de zonamento adequado. Isto manifesta-se especialmente em edifícios multifuncionais, onde um único sistema de climatização não consegue satisfazer requisitos contraditórios de humidade em diferentes zonas.
Instalações industriais
O controlo da humidade na produção farmacêutica é um elemento crítico para garantir a qualidade do produto. Para salas limpas de classe ISO 5, de acordo com a ISO 14644-1:2015, e conforme o GMP Anexo 1:2020, é necessário manter parâmetros de humidade estáveis. Na prática farmacêutica, observam-se tolerâncias de variação de humidade relativa de ±5%, sendo o valor concreto definido pelo projetista de acordo com os requisitos do processo.
O controlo da humidade é crítico na indústria farmacêutica devido à higroscopicidade de muitos pós farmacêuticos, que podem alterar as suas propriedades ao absorver humidade do ar. Para ilustrar, consideremos uma sala de classe ISO 7 com 50 m² para envase de antibióticos em pó. A 50% de HR e 22°C, a humidade absoluta é cerca de 9,6 g/m³. Se os requisitos tecnológicos limitarem a HR a 40%, a humidade absoluta não deve exceder 7,7 g/m³. Com uma carga de ventilação de 1500 m³/h, o sistema de desumidificação deve remover aproximadamente 2,85 kg/h de água (1500 m³/h × (9,6–7,7) g/m³). Este cálculo demonstra a metodologia de avaliação da carga de humidade; no projeto, todos os dados provêm do caderno de encargos.
Na indústria alimentar, os requisitos de humidade dependem significativamente do processo. As secções de secagem requerem humidade baixa para remoção eficiente de água dos produtos (a física do processo baseia-se na diferença de pressões parciais do vapor de água). As padarias têm requisitos específicos de humidade para garantir a qualidade dos produtos.
Os armazéns requerem controlo de humidade para evitar a deterioração dos produtos. As câmaras frigoríficas são particularmente sensíveis à humidade, pois a baixas temperaturas mesmo pequenas quantidades de vapor no ar podem condensar-se sobre os produtos e equipamentos, se a temperatura da superfície for inferior ao ponto de orvalho.
Na indústria eletrónica, especialmente na fabricação de semicondutores e em processos de fotolitografia, a humidade é um parâmetro crítico. Desvios dos parâmetros estabelecidos podem ter consequências económicas devido a refugos. A eletricidade estática, que surge com humidade baixa, pode danificar componentes eletrónicos sensíveis.
Na indústria têxtil, observa-se a dependência da taxa de ruturas do fio em relação à humidade do ar — ar demasiado seco torna as fibras quebradiças. A indústria de madeiras requer a manutenção de humidade de equilíbrio para evitar deformações dos produtos.
Para armazéns com materiais suscetíveis à evaporação de humidade (por exemplo, madeira recém-cortada), é necessário considerar esta fonte adicional de humidade nos cálculos do sistema de ventilação e desumidificação.
Instalações institucionais
Os hospitais, especialmente as salas de operações, têm requisitos específicos de humidade. Segundo as FGI Guidelines for Design and Construction of Hospital and Health Care Facilities (2018), a humidade relativa em salas operatórias deve manter-se entre 20–60%. Na prática de projeto hospitalar, observa-se um intervalo mais estreito de 40–55%, sendo o valor concreto definido pelo projetista de acordo com as normas do país e o tipo de operações.
O controlo da humidade em hospitais exige um equilíbrio entre prevenir eletricidade estática (que ocorre com humidade baixa) e limitar o desenvolvimento de microrganismos (que acelera com humidade elevada). Os sistemas de ventilação devem assegurar estabilidade dos parâmetros perante condições exteriores variáveis e cargas internas flutuantes.
Para ilustrar, consideremos uma sala operatória de 40 m² com uma taxa de renovação de ar requerida de 20 h⁻¹. Com um volume de 120 m³, o caudal de ar é 2400 m³/h. Se o ar exterior tiver humidade absoluta de 12 g/m³ e a humidade absoluta necessária na sala for 8 g/m³, o sistema de desumidificação deverá remover 9,6 kg/h de água (2400 m³/h × (12–8) g/m³).
Nos estabelecimentos de ensino, a humidade afeta o conforto de alunos e professores e a capacidade de concentração. Deve-se prestar especial atenção a espaços com elevada densidade de ocupação, como auditórios, onde a emissão de humidade pelas pessoas pode ser significativa.
Museus e arquivos constituem um caso particular, pois requerem humidade estável para a preservação de exposições e documentos. Segundo a conservação museológica, para a maioria dos documentos em papel e pinturas recomenda-se manter a HR de 45–55% com variações diárias mínimas (até ±5%). Diferentes peças podem ter requisitos distintos, o que complica o projeto dos sistemas de climatização.
Os mecanismos físicos de degradação das peças incluem tensões cíclicas devido a variações dimensionais de materiais higroscópicos e o desenvolvimento de bolor com humidade elevada. Para o crescimento de bolor, é necessária HR acima de 65–70% por períodos prolongados, especialmente a temperaturas de 20–30°C.
Instalações desportivas
Na prática de projeto de piscinas interiores, consideram-se intervalos de HR de 50–60%, sendo o valor concreto dependente do tipo de equipamento, das normas do país e da intensidade de utilização. O principal problema é a evaporação intensa da superfície da água da piscina.
Para ilustrar a metodologia de cálculo da evaporação, consideremos uma piscina de 25×12 m (área de superfície de água de 300 m²). Com temperatura da água de 28°C, temperatura do ar de 30°C e HR de 60%, pela fórmula da ASHRAE a evaporação aproximada é de cerca de 40–45 kg/h na ausência de nadadores. Com utilização ativa, a evaporação pode aumentar para 80–90 kg/h. Esta metodologia aplica-se com dados reais do projeto específico.
Deve-se prestar especial atenção à prevenção de condensação em superfícies frias, como janelas e estruturas metálicas. Para isso, a temperatura de todas as superfícies deve ser superior ao ponto de orvalho do ar interior. A exposição prolongada a humidade elevada em estruturas metálicas conduz à corrosão e à redução da sua vida útil.
Os pavilhões desportivos requerem controlo eficiente de humidade para garantir o conforto dos utilizadores e evitar danos nos revestimentos de piso. Nas zonas de SPA, são frequentemente necessários parâmetros de humidade diferentes para zonas distintas: saunas, banhos de vapor, áreas de descanso.
As pistas de gelo representam um desafio particular, pois exigem manter simultaneamente baixa temperatura do gelo e evitar a condensação de humidade do ar sobre a superfície do gelo e as estruturas.
Centros de dados
De acordo com o ASHRAE TC 9.9 “Thermal Guidelines for Data Processing Environments” (2021), os intervalos recomendados de humidade relativa para centros de dados são de 20–80% para equipamentos de classe A1 e de 8–80% para equipamentos de classe A2. Na prática de projeto de centros de dados, observam-se intervalos mais estreitos, sendo o valor concreto dependente dos requisitos dos fabricantes e das características de exploração.
Os principais problemas relacionados com a humidade em centros de dados incluem eletricidade estática quando a humidade é demasiado baixa (inferior a 30%), que pode danificar componentes eletrónicos, e o risco de condensação com humidade elevada, especialmente em superfícies frias do equipamento de servidores.
A fiabilidade do funcionamento do equipamento do centro de dados depende diretamente da manutenção de parâmetros de microclima estáveis, incluindo a humidade. Ao mesmo tempo, o controlo preciso da humidade exige consumos energéticos significativos, pelo que as abordagens modernas de projeto procuram um equilíbrio entre fiabilidade e economia de energia.
Edifícios residenciais
Para edifícios residenciais, na prática de projeto consideram-se intervalos de HR de 40–60% no verão e 30–50% no inverno, sendo o valor concreto dependente das normas do país, da zona climática e das preferências dos moradores.
As diferenças sazonais dos requisitos de humidade estão relacionadas com a variação da temperatura do ar exterior e, consequentemente, com o risco distinto de condensação nas construções. O impacto da humidade na saúde manifesta-se no aumento do risco de doenças respiratórias com ar demasiado seco e no desenvolvimento de microrganismos (bactérias, fungos) com humidade elevada.
As causas físicas dos problemas de humidade nas habitações incluem ventilação insuficiente, isolamento térmico insuficiente (que conduz a superfícies frias e condensação) e fontes domésticas significativas de humidade (cozinha, duches, secagem de roupa, plantas de interior).
Metodologia de cálculo
No dimensionamento de sistemas de controlo de humidade, é necessário respeitar uma hierarquia de requisitos: requisitos tecnológicos (os mais prioritários, pois afetam a qualidade do produto ou do processo), requisitos normativos (estabelecidos por legislação e normas) e requisitos de conforto (para assegurar o conforto das pessoas).
O cálculo das cargas de humidade inclui identificar todas as fontes de vapor no espaço: ar exterior (através do sistema de ventilação e da infiltração), pessoas, processos tecnológicos, evaporação de superfícies de água abertas, materiais húmidos. Para cada fonte determina-se a intensidade de emissão de humidade em g/h ou kg/h.
O cálculo da potência dos sistemas de desumidificação deve ter em conta as cargas máximas e a necessária margem de capacidade. Os coeficientes de margem dependem do nível de incerteza dos dados de base, da criticidade do processo e de possíveis alterações no uso futuro do espaço.
Para calcular a potência teoricamente necessária de desumidificação (Wdehum, kg/h) pode usar-se a fórmula:
Wdehum = Vvent × (dout - din) + Σ Wevap
onde Vvent é o caudal de ar de ventilação, m³/h; dout é o teor de humidade do ar exterior, g/kg; din é o teor de humidade requerido do ar interior, g/kg; Σ Wevap é a emissão interna total de humidade, kg/h.
Zonamento
O princípio do zonamento no projeto de sistemas de controlo de humidade consiste em agrupar espaços com requisitos e modos de operação semelhantes. Isto permite otimizar os sistemas AVAC e reduzir o consumo de energia.
As soluções técnicas para zonamento incluem: sistemas de ventilação e climatização separados para diferentes zonas, desumidificadores locais para espaços com requisitos específicos, cortinas de ar e antecâmaras entre zonas com parâmetros de humidade distintos, sistemas de recuperação para reduzir o consumo energético.
O zonamento adequado é especialmente importante em edifícios multifuncionais, onde diferentes espaços podem ter requisitos de humidade contraditórios.
Erros típicos e consequências operacionais
Abordagens universais ao controlo de humidade sem considerar a especificidade do objeto são um dos erros mais comuns. Cada tipo de edifício e processo tecnológico tem particularidades que devem ser consideradas no projeto.
A subestimação das cargas de humidade leva ao funcionamento ineficiente dos sistemas de desumidificação e à incapacidade de manter os parâmetros definidos. São frequentemente subestimadas fontes como a infiltração de ar exterior através de fugas nas construções, a evaporação de materiais húmidos e os processos tecnológicos.
Os erros de exploração incluem configuração incorreta dos sistemas de automação, manutenção insuficiente, desajuste entre os modos de operação do sistema e as cargas reais. Problemas na medição da humidade podem ocorrer devido à má localização dos sensores ou à sua precisão insuficiente.
Humidade excessiva conduz à condensação em superfícies frias, o que pode causar corrosão de estruturas metálicas, desenvolvimento de microrganismos (bactérias, fungos, bolores), danos a materiais de construção e acabamentos interiores.
Humidade insuficiente causa desconforto às pessoas (secura da pele e das mucosas), eletricidade estática que pode danificar equipamentos eletrónicos, e danos mecânicos aos materiais devido à retração (fendilhamento de produtos de madeira, delaminação de materiais colados).
As consequências económicas de um controlo inadequado da humidade podem ser significativas: perda de produto por defeitos, danos em estruturas e equipamentos, redução da produtividade do pessoal devido ao desconforto, e aumento do consumo de energia para manter os parâmetros do microclima.
Sistemas de controlo
Para um controlo eficaz da humidade são necessários sensores fiáveis com precisão adequada. Para a maioria das aplicações de conforto, é suficiente uma precisão de ±5% HR, mas para processos tecnológicos críticos pode ser exigida precisão de ±2% HR ou melhor.
A calibração regular dos sensores de humidade é condição necessária para garantir a sua precisão. A frequência de calibração depende do tipo de sensor, das condições de operação e dos requisitos de precisão.
Os sistemas de controlo automático devem assegurar estabilidade dos parâmetros perante condições exteriores variáveis e cargas internas. Estratégias possíveis incluem controlo proporcional‑integral‑derivativo (PID), controlo em cascata e controlo preditivo baseado em modelos.
Eficiência energética
As abordagens para aumentar a eficiência energética de sistemas de controlo de humidade incluem: utilização de recuperação de calor e de humidade do ar extraído, aplicação de desumidificadores de elevada eficiência com bombas de calor ou tecnologia de adsorção, zonamento adequado dos espaços, algoritmos de controlo adaptativos que considerem as necessidades reais e as condições exteriores.
Para reduzir o consumo de energia, é importante evitar requisitos excessivamente restritivos de humidade que não sejam justificados por necessidades do processo ou por requisitos normativos. Cada estreitamento do intervalo admissível de humidade conduz a um aumento do consumo energético para manter os parâmetros.
Conclusões
A diferenciação dos requisitos de humidade para diferentes tipos de edifícios e processos tecnológicos é condição necessária para o projeto eficaz de sistemas AVAC. Não existe solução universal — cada projeto requer uma abordagem individual que considere as especificidades do objeto.
A hierarquia de requisitos de humidade deve considerar: requisitos tecnológicos (a mais alta prioridade), requisitos normativos (estabelecidos por normas e legislação), requisitos de conforto (para assegurar o conforto das pessoas).
As recomendações práticas para engenheiros incluem: análise cuidada de todas as fontes de humidade e fatores que influenciam o balanço hídrico do espaço; zonamento adequado do edifício com agrupamento de espaços com requisitos semelhantes; escolha da estratégia ótima de controlo de humidade tendo em conta a eficiência energética; manutenção regular e calibração dos sistemas de controlo.
As prioridades no projeto de sistemas de controlo de humidade devem ser: garantir os parâmetros necessários para processos tecnológicos e preservação de materiais; prevenir condensação e desenvolvimento de microrganismos; assegurar o conforto das pessoas; otimizar o consumo de energia.
