Como calcular a área projetada para cargas de vento

O poder do vento não pode ser subestimado. Como uma força, o vento varia de uma leve brisa levantando uma pipa até o furacão arrancando um telhado. Mesmo postes de luz e estruturas comuns semelhantes, devem ser projetados para resistir à força do vento. Calcular a área projetada impactada por cargas de vento não é difícil, no entanto.

A fórmula para calcular a carga do vento, em sua forma mais simples, é a força da carga do vento igual à pressão do vento vezes a área projetada vezes o coeficiente de arrasto. Matematicamente, a fórmula é escrita como

Fatores adicionais que afetam as cargas de vento incluem rajadas de vento, alturas de estruturas e terrenos ao redor das estruturas. Além disso, os detalhes estruturais podem pegar o vento.

Área projetada significa a área da superfície perpendicular ao vento. Os engenheiros podem escolher usar a área máxima projetada para calcular a força do vento.

Calcular a área projetada de uma superfície plana voltada para o vento requer pensar na forma tridimensional como uma superfície bidimensional. A superfície plana de uma parede padrão voltada diretamente para o vento apresentará uma superfície quadrada ou retangular. A área projetada de um cone pode se apresentar como um triângulo ou como um círculo. A área projetada de uma esfera sempre se apresentará como um círculo.

​Área Projetada de um Quadrado​

A área que o vento atinge em uma estrutura quadrada ou retangular depende da orientação da estrutura ao vento. Se o vento sopra perpendicularmente a uma superfície quadrada ou retangular, o cálculo da área é a área igual ao comprimento vezes a largura (A = LH). Para uma parede de 20 pés de comprimento por 10 pés de altura, a área projetada é igual a 20 × 10 ou 200 pés quadrados.

No entanto, a maior largura de uma estrutura retangular será a distância de um canto ao canto oposto, não a distância entre os cantos adjacentes. Por exemplo, considere um edifício com 3 metros de largura por 3,6 metros de comprimento por 3 metros de altura. Se o vento bater perpendicularmente a um lado, a área projetada de uma parede será de 10 × 10 ou 100 pés quadrados, enquanto a área projetada da outra parede será de 12 × 10 ou 120 pés quadrados.

Se o vento bater perpendicularmente a um canto, no entanto, o comprimento da área projetada pode ser calculado de acordo com o Teorema de Pitágoras

A distância entre os cantos opostos (L) torna-se

A área projetada então se torna L × H, 15,6 × 10 = 156 pés quadrados.

​Área Projetada de uma Esfera​

Olhando diretamente para uma esfera, a vista bidimensional ou área frontal projetada de uma esfera é um círculo. O diâmetro projetado do círculo é igual ao diâmetro da esfera.

O cálculo da área projetada, portanto, usa a fórmula da área para um círculo: área é igual a pi vezes raio vezes raio, ou A = πr². Se o diâmetro da esfera for de 20 pés, o raio será 20 ÷ 2 = 10 e a área projetada será A = π × 10²≈3,14 × 100 = 314 pés quadrados.

​Área Projetada de um Cone​

A carga do vento em um cone depende da orientação do cone. Se o cone ficar em sua base, a área projetada do cone será um triângulo. A fórmula da área para um triângulo, base vezes altura vezes metade (B × H ÷ 2), requer o conhecimento do comprimento da base e da altura até a ponta do cone. Se a estrutura tiver 10 pés na base e 15 pés de altura, o cálculo da área projetada torna-se 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ ​​2 = 75 pés quadrados.

Se, no entanto, o cone estiver equilibrado de forma que a base ou a ponta aponte diretamente para o vento, a área projetada será um círculo com diâmetro igual à distância da base. A área para uma fórmula de círculo seria então aplicada.

Se o cone estiver posicionado de forma que o vento bata perpendicularmente ao lado (paralelo à base), a área projetada do cone terá a mesma forma triangular de quando o cone se senta em sua base. A área de uma fórmula de triângulo seria então usada para calcular a área projetada.