CURSO BÁSICO DE VENTILAÇÃO

Por Eng. Carlos Ieyassu Nakamura Ano 2004

Rua Silva Jardim, nº 374 – 2º andar – Vianelo – Jundiaí / SP – CEP 13.207-210 Homepage: www.fantecnic.com.br e-mail : [email protected]

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SUM ÁRIO 1. CONDIÇÃO DE SELEÇÃO

2. EFEITO DA TEMPERATURA

3. EFEITO DA ALTITUDE

4. DENSIDADE DE CÁLCULO

5. PRESSÃO DE SELEÇÃO

6. TIPOS DE VENTILADORES

6.1. Ventiladores Centrífugos

6.2. Ventiladores Axiais.

7. ARRANJOS CONFORME AMCA

7.1. Ventiladores sem Caixa de Entrada

7.2. Ventiladores com Caixa de Entrada

8. CONTROLES DE VAZÃO E PRESSÃO

8.1. Usando Registros Venezianas na saída do Ventilador

8.2. Usando Registros Venezianas ou Radiais na entrada do Ventilador

8.3. Variando a Rotação

9. EFEITO DA DENSIDADE NO SISTEMA DE VENTILAÇÃO

10. ANÁLISE DE SISTEMAS DE VENTILAÇÃO

10.1. Perda de Carga calculada é maior do que a perda de carga do sistema

10.2. Perda de Carga calculada menor do que a perda de carga do sistema

11. VENTILADORES EM SÉRIE

12. VENTILADORES EM PARALELO

13. BOMBEAMENTO – OPERAÇÃO INSTÁVEL

14. EIXOS

15. CÁLCULO POR ELEMENTOS FINITOS NA DEFINIÇÃO DA CHAPARIA DOS ROTORES, ONDE É VERIFICADA A RESISTÊNCIA, CG, GD2 E AS FREQUÊNCIAS NATURAIS.


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1. CONDIÇÃO DE SELEÇÃO

A condição de seleção toma como referência a condição de altitude igual a 0 (zero) metros e temperatura Standard, isto é, 20° C. Isto quer dizer que todos os dados de desempenho do ventilador são catalogados nesta condição de referência que nos leva a densidade Standard de 1,2048 Kg/m³.

No processo de seleção de um ventilador os dados iniciais necessários são obrigatoriamente: a altitude do local da instalação, temperatura de operação e em casos específicos umidade relativa ou absoluta. Estes dados são necessários para a definição da densidade de trabalho que é usado para se chegar na pressão de seleção do ventilador.

Com a pressão de seleção e a vazão desejada, temos a condição de se definir o ventilador.

2. EFEITO DA TEMPERATURA

Em ventilação industrial considera-se o Ar e os Gases como gases perfeitos, portanto usa-se a fórmula PV = mRT.

Tomemos como exemplo o Ar:

R = 8314,34 [ J / Kmol * K ] (constante universal dos gases) Rar = 287,035 [ J / Kg * K ] (constante para o Ar) Condição Standard (20° C e 0 m nível do mar) para o ar: � ��

ar * T ) � 101325 / ( 287,035 * ( 273,15 + 20 )) � �� !

Condição: 313° C e 0 m nível do mar: " ��#��$% ar * T ) " � 101325 / ( 287,035 * ( 273,15 + 313 )) " &('�)+*�'�,�-�.�/�0�1�2�3


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Obs.: O Ventilador é um máquina que manipula sempre o mesmo volume independentemente da densidade e portanto o Ventilador-1 é diferente do Ventilador-2, mas se os ventiladores tiverem a mesma eficiência, a potência consumida será a mesma.

3. EFEITO DA ALTITUDE

Sabemos que ao nível do mar, a pressão barométrica é de 760 mmHg e que com a altitude esse valor vai diminuindo.

Usando-se a fórmula abaixo calculamos a barométrica local:

h = altitude [ Km ] Pb = 760 * ( 1 – 6,5 * h / 288 )5,255 [ mmHg ] 4. DENSIDADE DE CÁLCULO

Usa-se normalmente a densidade de entrada do ventilador ( DE ). No caso do Ar usa-se: T = Temperatura [ ° C ] Std = 1,204 [ Kg / m³ ] Pentr = Pressão na entrada do ventilador [ mmCA ] DE = Std * 293,15 / ( 273,15 + T ) * ( 13,595 * Pb + Pentr / ( 13,595 * 760))

Ventilador-1 Soprador

Processo Qualquer

Ventilador-2 Exaustor

Q = 100 [ m³ / min ] T = 20 [° C ] h = 0 [ m ] 4�5 6�798�:�;=<�>�?A@�B�CED

Q = 200 [ m³ / min ] T = 313 [° C ] h = 0 [ m ] 4�5(:�7GF�:�8�<H>�?A@�B�CED


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5. PRESSÃO DE SELEÇÃO ( PS )

A pressão de seleção usa como parâmetros de correção somente a densidade. Usa-se a densidade de entrada, calculada no item 4 e corrige-se para D = 1,204 [ Kg / m³ ].

Pentr = Pressão na entrada do ventilador [ mmCA ] Psai = Pressão na saída do ventilador [ mmCA ] Perdas = Perdas localizadas [ mmCA ]

PS = ( Psai – Pentr ) * 1,204 / DE + Perdas [ mmCA ]

6. TIPOS DE VENTILADORES 6.1. VENTILADORES CENTRÍFUGOS

6.1.1. Pás radiais abertas

• Eficiência baixa: 60%; • Transporte pneumático; • Modelo: XO;


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6.1.2. Pás radiais abertas

• Eficiência baixa: 65%; • Ar extremamente sujo; • Modelos: MHS e PXS;

6.1.3. Pás radiais

• Eficiência baixa: 65%; • Ar sujo; • Resiste a altas periféricas; • Pressões elevadas; • Modelos: N, PH, PHB E MHB;

6.1.4. Pás Radiais Tip

• Eficiência baixa: 75%; • Carga moderada de pó; • Evolução da radial reta; • Modelos: XB e XBL;


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6.1.5. Pás inclinadas para trás

• Eficiência : 80%; • Ar limpo / pouco sujo; • Tiragem Forçada em Caldeira ( FDF ); • Periférica baixa / média; • Limit-load; • Modelos: BI;

6.1.6. Pás curvadas para trás

• Eficiência : 83%; • Ar limpo / pouco sujo; • Tiragem Forçada em Caldeira ( FDF ); • Periférica média / alta; • Limit-load; • Construção mais robusta; • Modelos: BCL;

6.1.7. Pás Airfoil

• Eficiência : 87%; • Ar limpo; • Periférica média / alta; • Limit-load; • Extrema robustez; • Baixo nível de ruído; • Modelos: A e ULF;


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6.1.7. Pás curvadas para frente ( SIRROCCO )

• Eficiência baixa: 55-65%; • Ar limpo; • Diâmetro menor para dada pressão; • Alta vazão; • Freqüentemente usado para altas

temperaturas; • Região de instabilidade significativa;

Obs.: Pás curvadas para frente ou em pás curvadas para trás não são recomendadas para ar sujo por apresentarem regiões de acumulo de pó, o que poderá provocar vibração.


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6.2. VENTILADORES AXIAIS

• Eficiência baixa: 35-50%; • Ar limpo; • Fluxo paralelo ao eixo; • Baixa pressão; • Reversível; • Modelos: AXS e AXF;


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7. ARRANJOS CONFORME AMCA 7.1. VENTILADORES SEM CAIXA DE ENTRADA


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7.2. VENTILADORES COM CAIXA DE ENTRADA


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8. CONTROLES DE VAZÃO E PRESSÃO

Em casos onde é necessário operar em algum ponto diferente do ponto projetado, faz-se o uso de Registros Venezianas de lâminas paralelas ou opostas, ou Registros Radiais.


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8.1. USANDO REGISTROS VENEZIANAS NA SAÍDA DO VENTILADOR O Registro Veneziana na saída é utilizado para diminuir a performance do ventilador,

embutindo-se uma perda de carga adicional com o fechamento e a obtenção do ponto de operação desejado.


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8.2. USANDO REGISTROS: VENEZINAS DE LAMINAS PARALELAS OU RADIAIS NA ENTRADA DO VENTILADOR


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Esta configuração é mais vantajosa, pois o ar é forçado a um pré-giro na mesma direção angular do rotor que faz com que seu modo de operação se torne mais suave e ao invés de embutir uma perda, ela força o ventilador a operar numa nova curva de pressão e consumo.


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8.3. VARIANDO A ROTAÇÃO

A maneira mais eficiente de se obter o ponto de operação desejado é variando-se a rotação do ventilador por intermédio de inversores de freqüência, motores de corrente contínua, turbina a vapor, etc.


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9. EFEITOS DA DENSIDADE DO SISTEMA VENTILADOR

• A Vazão independe da Densidade; • A Pressão é diretamente proporcional a densidade; • A Potência consumida é diretamente proporcional a densidade.


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10. ANÁLISE DE SISTEMAS DE VENTILAÇÃO 10.1. PERDA DE CARGA CALCULADA É MAIOR DO QUE A PERDA DE CARGA DO

SISTEMA

Seja: • ponto 1, o desejado ( real ); • ponto 2, o calculado ( errado ); • ponto 3, o ponto de operação.


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Duas soluções possíveis: a) Buscar o ponto desejado com o uso de registro;


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b) Alteração na rotação do ventilador;

Procedimento de Cálculo do ponto de pressão em 1 ( P1 ) Tendo os valores de P3 e Q3 ache K. P3 = K * ( Q3 )² => K = P3 / ( Q3 )² Calcule P1: P1 = K * ( Q2 )²

Exemplo: Para: P3 = 90 [ mmCA ], Q3 = 100 [ m³ / min ], P2 = 100 [ mmCA ], Q2 = 80 [ m³ / min],

n2 = 1750 [ rpm ] K = 90 / 100² = 0,009 P1 = 0,009 * 80² = 57,6 [ mmCA ] P1 / P2 = ( n1 / n2 )² => (n1)² = 1750² * 57,6 / 100 => n1 = 1328 [ rpm ]


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10.2. PERDA DE CARGA CALCULADA MENOR DO QUE A PERDA DE CARGA DO SISTEMA

Ponto 1 – Valor de Pressão correto; Ponto 2 – Valor de Pressão errado;

Solução: Alterar a rotação do Ventilador. Procedimento de Cálculo do ponto de pressão em 1 ( P1 ) Tendo os valores de P3 e Q3 ache K. P3 = K * ( Q3 )² => K = P3 / ( Q3 )² Calcule P1: P1 = K * ( Q2 )²


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Exemplo: Para: P3 = 90 [ mmCA ], Q3 = 80 [ m³ / min ], P2 = 80 [ mmCA ], Q2 = 100 [ m³ / min],

n2 = 1750 [ rpm ]; n3 = n2. K = 90 / 80² = 0,014 P1 = 0,014 * 100² = 140 [ mmCA ] P1 / P3 = ( n1 / n3 )² => (n1)² = 1750² * 140 / 100 => n1 = 2071 [ rpm ] 11. VENTILADORES EM SÉRIE

É necessário, as vezes, instalar dois ou mais ventiladores em série no sistema. Teoricamente soma-se a pressão dos ventiladores, mas na prática com o aumento da

densidade haverá correções a serem feitas. Temos na FANTECNIC, a possibil idade de se projetar ventiladores com até 6 estágios se necessário.


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12. VENTILADORES EM PARALELO

São instalados Ventiladores em paralelo quando há necessidade de se deslocar grandes volumes de ar.


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13. BOMBEAMENTO – OPERAÇÃO INSTÁVEL

Quando o Ventilador está operando á direita do ponto de pressão máximo e o sistema

sofre um aumento de perda de carga mas mesmo assim com o ponto de operação a direita do ponto crítico.


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Quando o Ventilador está operando à direita mas próximo do ponto de pressão máxima e o sistema sofre um aumento de perda de carga, o ponto P2 tenderá a ficar com pressão maior, pois P1 estará diminuindo.

14. EIXOS

Os eixos são dimensionados normalmente à uma rotação na relação entre 0,65 à 0,7 em

relação a crítica.


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15. CÁLCULO DE RESISTÊNCIA E DIMENSIONAMENTO DE ROTORES USANDO-SE O MÉTODO COMPUTACIONAL

a) Vista Rotor Completo


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b) Vista Setorial do Rotor;


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c) Vista Setorial do Rotor;

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