P1-Segundo Relatório-Ventilador Centrífugo com n=cte

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB INSTITUTO DE ENGENHARIA MECNICA

EME803: MQUINAS DE FLUXO II 4.o ANO DE ENGENHARIA MECNICA

2. RELATRIO DE ENSAIO DIDTICO

Assunto: Ensaio de um ventilador centrfugo de nqA=150 com rotao constante Origem: Ensaio realizado no Laboratrio de Ventiladores (LabVent) do Instituto de Engenharia Mecnica (IEM) da Universidade Federal de Itajub (UNIFEI) Aluno(a): ___________________________________________________ Matrcula: __________ Turma: P1 1 INTRODUO Este relatrio se refere ao ensaio de um ventilador centrfugo de nqA=150 com voluta em formato de uma espiral logartmica. A largura da voluta constante e o seu flange de sada tem seo quadrada. O rotor do ven-tilador centrfugo ensaiado tem 10 ps de espessura constante. As ps tm formato de um arco de crculo. As arestas de entrada das ps so curvadas e seus bordos so arredondados. As arestas de sada das ps so parale-las ao eixo do rotor e seus bordos chanfrados, seguindo a periferia externa do rotor. Algumas caractersticas geomtricas desse ventilador esto indicadas neste relatrio. O ensaio foi realizado no banco de testes do Laboratrio de Ventiladores LabVent do IEM da UNIFEI. O ventilador a ser ensaiado aspira o ar diretamente do ambiente para o interior de uma cmara de equalizao de presses sem qualquer tubulao na entrada desse ventilador. Por meio de uma tubulao localizada entre essa cmara e um ventilador centrfugo auxiliar, o ar retorna ao ambiente, passando pelo ventilador auxiliar, inicialmente desligado, e pela vlvula controladora de vazo localizada logo aps a sada do ventilador auxiliar. Esse banco de testes padronizado devidamente instrumentado. Quando o ventilador auxiliar est ligado, uma maior faixa de vazes pode ser obtida, possibilitando obter as diversas caractersticas de funcionamento do ven-tilador a ser ensaiado inclusive para presses totais negativas. O principal objetivo do ensaio foi obter as caractersticas de funcionamento do ventilador centrfugo de nqA=150 para uma rotao constante de 3000 rpm. Atravs dessas caractersticas de funcionamento, foi possvel obter as condies timas de funcionamento do ventilador centrfugo ensaiado. 2 OBJETIVOS Os principais objetivos do relatrio so: 2.1 Obteno das curvas caractersticas de funcionamento do ventilador centrfugo de nqA=150 para uma rota-

o constante de 3000 rpm (Grfico 1 pgina 13). 2.2 Obteno das condies timas de funcionamento do ventilador centrfugo de nqA=150 para uma rotao

constante de 3000 rpm (Tabela 3 pgina 12). OBSERVAES: 1) Neste relatrio, todas as caractersticas de funcionamento do ventilador centrfugo de nqA=150 foram obtidas para a condio-padro de massa especfica do ar. 2) No presente relatrio, a massa especfica do ar de 1,2 kg/m3 foi estabelecida como condio-padro. Esse valor se refere, aproximadamente, temperatura do ar de 20 oC e presso baromtrica de 760 mmHg. 3 DESENVOLVIMENTO 3.1 Descrio do Banco de Testes Para efeito de descrio, o banco de testes foi dividido em cinco partes principais, conforme o esquema da Figura 1: (1) Ventilador centrfugo a ser ensaiado, (2) Conjunto de acionamento do ventilador centrfugo, (3) Cmara de equalizao de presses, (4) Unidade auxiliar e (5) Instrumentao de medidas.

UNIFEI EME803: Mquinas de Fluxo II 2. Relatrio de Ensaio Didtico: VENTILADOR CENTRFUGO DE nqA = 150

2

Figura 1 Esquema geral do banco de testes do Laboratrio de Ventiladores LabVent do IEM da UNIFEI

(1) (2) (3) (4) (5)

Unidade: mm

230 6380

5590

7440

8620150

Ar do ambiente

(3.1)

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(5.7)

(4.1)

(4.2) (4.3)

(4.4)

Banco de Testes (1) Ventilador centrfugo a ser ensaiado (2) Conjunto de acionamento do ventilador centrfugo (3) Cmara de equalizao de presses (4) Unidade auxiliar (5) Instrumentao de medidas

Cmara de Equalizao de Presses (3.1) Janela de entrada (3.2) Cmara de seo 5590 m x 6380 m (3.3) Porta de inspeo (3.4) Tomada de presso esttica

Unidade Auxiliar (4.1) Tubulao de aspirao (4.2) Ventilador centrfugo auxiliar (4.3) Vlvula controladora de vazo (4.4) Quadro de comando do ME do VC


3

(1) Ventilador centrfugo a ser ensaiado O ventilador centrfugo a ser ensaiado tem como componentes principais um bocal de entrada, um rotor centrfugo e uma voluta. O bocal de entrada padronizado do tipo ASME. O rotor centrfugo tem 10 ps em formato de um arco de crculo e fixado ao eixo do ventilador por meio de um cubo e uma ogiva. As principais dimenses desse rotor esto indicadas no Anexo I. A voluta tem um formato de uma espiral logartmica e de largura constante. (2) Conjunto de acionamento do ventilador centrfugo Esse conjunto composto pelo mancal, acoplamento flexvel, motor eltrico de corrente contnua e quadro de comando e controle do motor eltrico de corrente contnua. Para se obter as caractersticas de funcionamento do ventilador centrfugo atravs da potncia de eixo do motor eltrico de corrente contnua, MEPe , deve-se descontar dessa potncia a chamada potncia mecnica per-dida por atrito (mecnico e viscoso), mPp , no mancal e no acoplamento flexvel. Essa potncia mecnica perdi-da obtida girando a vazio (sem o rotor centrfugo montado na extremidade do eixo do mancal) o conjunto formado pelo motor eltrico de corrente contnua, mancal, eixo e acoplamento flexvel, para diversos valores discretos de rotao do motor eltrico. Os valores da potncia mecnica perdida, mPp , esto indicados na Tabe-la 1 para diversos valores de rotao fixados do motor eltrico. O quadro de comando e controle do motor eltrico de corrente contnua permite regular a rotao desse motor (e, em consequncia, do rotor do ventilador a ser ensaiado) atravs do acionamento do boto de regula-gem da rotao.

Tabela 1 Valores de potncia mecnica perdida

n rpm 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500

mPp W 18 19 22 24 26 27 28 29 30 32 33 34 (3) Cmara de equalizao de presses O ar, que sai do ventilador a ser ensaiado, entra na cmara de equalizao de presses pela janela de entra-da e sai pela tubulao de aspirao do ventilador centrfugo auxiliar. Na parte frontal dessa cmara, esto dis-ponveis duas tomadas de presso esttica. Na lateral da cmara, existe uma porta de inspeo, com seo livre de 1000 mm x 1500 mm, que d acesso ao seu interior. A janela de entrada tem uma seo livre de 675 mm x 675 mm e est em contato com o flange de sada do ventilador centrfugo a ser ensaiado. (4) Unidade auxiliar O ar, que sai da cmara de equalizao de presses, passa pela tubulao de aspirao do ventilador centr-fugo auxiliar, pelo medidor de vazo do tipo placa de orifcio localizado nessa tubulao, pelo ventilador centr-fugo auxiliar, pela vlvula controladora de vazo e retorna ao ambiente. Quando se deseja obter as caractersti-cas aerodinmicas do ventilador centrfugo numa maior faixa de vazes e, em conseqncia, de presses, liga-se, atravs do quadro de comando, o ventilador centrfugo auxiliar que acionado por um motor eltrico de in-duo trifsico de 50 CV de potncia de eixo com inversor de freqncia, que permite alterar sua rotao. (5) Instrumentao de medidas A rotao do motor eltrico (e, portanto, do rotor do ventilador a ser ensaiado), n, obtida atravs de um tacmetro tico digital (preciso: 1 rpm). A presso esttica na cmara de equalizao de presses, CEPh , ob-tida atravs de um manmetro tipo Betz (preciso: 20,1 mmH O ) que pode indicar uma presso de at

2300 mmH O . A diferena de presses estticas na placa de orifcio, POh , obtida atravs de um outro ma-nmetro tipo Betz (preciso: 20,1 mmH O ) que pode indicar uma presso de at 2600 mmH O . Um esquema simplificado desse tipo de manmetro est no Anexo II. A tenso, PEV , que responsvel pela massa que atua na clula de carga, que por sua vez responsvel pela potncia de eixo do motor eltrico, obtida atravs de uma ponte extensiomtrica (preciso: 1 ). A temperatura ambiente, at , obtida atravs de um termmetro analgico (preciso: o0,1 C ). A presso baromtrica, bh , obtida atravs de um barmetro aneride (preciso: 0,1 mmHg ). A umidade relativa do ar, , obtida atravs de um higrmetro analgico (preciso: 0,5 % ).


4

3.2 Descrio do funcionamento do banco de testes Aps constatar que todas as partes fundamentais do banco de testes (inclusive a sua instrumentao de me-didas) estejam em condies de realizar os ensaios, procede-se da seguinte maneira:

1) Atravs da chave geral do quadro de comando e controle, liga-se o motor eltrico de corrente contnua. Por meio do boto de ajuste da rotao desse quadro, coloca-se, lentamente, a rotao do motor eltrico de zero at um valor prximo de 3000 rpm, com o auxlio do tacmetro tico digital, no intervalo de 3n 3000 = rpm.

2) Com o giro do rotor centrfugo, acoplado ao motor eltrico de corrente contnua via mancal intermedi-rio entre o motor e o rotor, o ar do ambiente aspirado pelo rotor. Esse ar, ao passar pelo ventilador centrfugo, insuflado para o interior da cmara de equalizao de presses. O ar sai dessa cmara passa pelo interior da tubulao de aspirao do ventilador centrfugo auxiliar, pelo medidor de vazo do tipo placa de orifcio, pelo ventilador centrfugo auxiliar e pela vlvula controladora de vazo, retornando ao ambiente.

3) Para uma rotao fixa no intervalo 3n 3000 = rpm, o ventilador centrfugo a ser ensaiado no consegue fornecer vazes maiores e, em conseqncia, presses menores que determinados valores, em virtude das suas prprias caractersticas e, tambm, das caractersticas do sistema (cmara de equalizao de presso, tubulao de aspirao do ventilador centrfugo auxiliar, placa de orifcio, ventilador auxiliar e vlvula controladora de vazo). Quando se deseja obter vazes maiores e, em conseqncia, presses menores (at mesmo presses ne-gativas), liga-se o ventilador centrfugo auxiliar (Item 4.2 na Figura 1) para promover mais facilmente a tiragem do ar do interior da cmara de equalizao de presses. O trajeto do ar, da cmara de equalizao de presses at seu retorno ao ambiente, idntico ao descrito no item anterior.

4) Com a rotao mantida no intervalo estabelecido ( 3n 3000 = rpm), e para uma vazo fixa obtida com o auxlio da vlvula controladora de vazo (por exemplo, com a vlvula controladora de vazo totalmente fecha-da), l-se, (1) a rotao, n, no tacmetro tico digital; (2) a presso na cmara de equalizao de presses, CEPh , no manmetro tipo Betz de 2300 mmH O ; (3) a diferena de presses estticas na placa de orifcio, POh , no manmetro tipo Betz de 2600 mmH O ; (4) a tenso, PEV , na ponte extensiomtrica; (5) a temperatura ambien-te, at , no termmetro analgico; (6) a presso baromtrica, bh , no barmetro aneride; (7) a umidade relativa do ar, , no higrmetro analgico.

5) Com a rotao mantida no intervalo estabelecido no item anterior ( 3n 3000 = rpm), altera-se a vazo atravs da vlvula controladora de vazo (abrindo a vlvula), e fazendo, novamente, as 7 leituras dos instru-mentos de medidas descritos acima, aps a estabilizao dessas leituras. Esse item repetido para diversas va-zes, at que a vlvula controladora de vazo esteja totalmente aberta.

6) Para vazes maiores, liga-se o ventilador centrfugo auxiliar e fecha-se a vlvula controladora de vazo at atingir uma vazo um pouco maior que a vazo estabelecida com a vlvula controladora de vazo totalmen-te aberta, porm, com o ventilador centrfugo auxiliar desligado para uma determinada rotao, com o auxlio do inversor de freqncia.

7) Com a rotao mantida no intervalo estabelecido ( 3n 3000 = rpm), altera-se a vazo atravs da vlvula controladora de vazo (abrindo a vlvula), fazendo, novamente, as 7 leituras dos instrumentos de medidas, aps a estabilizao dessas leituras. Esse item repetido para diversas vazes, at atingir o valor de vazo desejado.

8) De, por exemplo, 5 em 5 leituras, deve-se efetuar a zeragem dos dois manmetros tipo Betz, e do bar-metro aneride, e manter o valor, por exemplo, de 14000 (correspondente a zero grama, ou seja, sem carga (sem massa) na clula de carga) referente ao chamado fator de medida do indicador digital de massa na ponte extensiomtrica, se o mesmo no foi eventualmente alterado. Se os valores zerados nos manmetros e no bar-metro estiverem, respectivamente, fora dos intervalos de 0,5 mmH2O e de 0,3 mmHg, ou se o fator de medi-da for diferente de 14000, deve-se anular as referidas leituras e repetir os passos dos itens 4, 5, 6 e 7. Recomen-da-se, tambm, verificar todos os instrumentos e as suas conexes, alm de possveis vazamentos.

9) Antes de desligar o motor eltrico de corrente contnua, deve-se diminuir lentamente a sua rotao, atu-ando no boto de ajuste da rotao at a rotao nula (motor eltrico parado). Recomenda-se, tambm, verificar todas as condies do banco de testes, inclusive a lubrificao do mancal.


5

3.3 Grandezas medidas Para o ventilador centrfugo ensaiado, foi estabelecido um total de aproximadamente 20 valores de vazo volumtrica, V , para a rotao 3n 3000 = . Para cada valor de vazo, foram medidos os valores das seguintes grandezas: n, CEPh , POh , PEV , at , bh e , que esto na Tabela 2. 3.4 Grandezas calculadas (a) Potncia de eixo do ventilador centrfugo, Pe ME mPe Pe Pp= , (1) onde ME ME ME MEb local b ePe Te Fe L 2 g L m n= = = , (2) sendo METe e MEFe , respectivamente, o torque e a fora correspondentes potncia de eixo do motor eltrico de corrente contnua ( MEPe ), mPp a potncia mecnica perdida por atrito (mecnico e viscoso), bL a distncia da linha de centro do motor eltrico de corrente contnua ao ponto de atuao do brao de alavanca na clula de carga ( bL 237 mm= ), a rotao angular do motor eltrico de corrente contnua (igual a do rotor do ventila-dor), 2localg 9,785 m / s= (Itajub MG). O valor de mPp obtido da Tabela 1 para o valor de rotao, n, cor-respondente; no caso deste relatrio 3n 3000 = . O valor da massa, MEem (em grama), que atua na clula de carga dado pela seguinte expresso, 1 2MEe PEm k V k= , (3) sendo PEV o valor indicado pela ponte extensiomtrica, em , e 1 2k e k so obtidos por calibrao da clula de carga (Veja os valores de 1 2k e k na Tabela 2). (b) Massa especfica do ar no ventilador, ar Por definio (conforme a norma citada nas Referncias Bibliogrficas), a massa especfica (ou densidade) do ar calculada em funo da presso total e da temperatura total, ETT , na entrada do ventilador. A presso total do ar na entrada do ventilador ( ETp ) E ET E dp p p 0= + , sendo Ep e Edp , respectivamente, a presso esttica e a presso dinmica do ar na entrada do ventilador, uma vez que Ep 0= (presso efetiva) e Edp 0 . A temperatura total do ar na entrada do ventilador ( ETT ) ET E arT T T , sendo ET a temperatura esttica do ar na entrada do ventilador que considerada aproximadamente igual temperatura do ar ambiente ( arT ), uma vez que o ar na entrada do ventilador considerado praticamente parado ( Edp 0 ). Portanto,

E EabsE E

T T b b bar

ar T ar T ar E ar ar

p p p p pR T R T R T R T

+ = = , (4)

onde

b Hg local bp g h= , (5) arR 287 (m N / kg K)= , (6)

oar aT (K) t ( C) 273,15= + (7)

e Hg 13600 2,4 t = (t, em o C , sendo t considerada, como aproximao, igual a at ). (8)


6

3.3 Descrio do funcionamento do banco de testes Aps constatar que todas as partes fundamentais do banco de testes (inclusive a sua instrumentao de me-didas) estejam em condies de realizar os ensaios, procede-se da seguinte maneira:

1) Atravs da chave geral do quadro de comando e controle, liga-se o motor eltrico de corrente contnua. Por meio do boto de ajuste da rotao desse quadro, coloca-se, lentamente, a rotao do motor eltrico de zero at um valor prximo de 3000 rpm, com o auxlio do tacmetro tico digital, no intervalo de 3n 3000 = rpm.

2) Com o giro do rotor centrfugo, acoplado ao motor eltrico de corrente contnua via mancal intermedi-rio entre o motor e o rotor, o ar do ambiente aspirado pelo rotor. Esse ar, ao passar pelo ventilador centrfugo, insuflado para o interior da cmara de equalizao de presses. O ar sai dessa cmara passa pelo interior da tubulao de aspirao do ventilador centrfugo auxiliar, pelo medidor de vazo do tipo placa de orifcio, pelo ventilador centrfugo auxiliar e pela vlvula controladora de vazo, retornando ao ambiente.

3) Para uma rotao fixa no intervalo 3n 3000 = rpm, o ventilador centrfugo a ser ensaiado no consegue fornecer vazes maiores e, em conseqncia, presses menores que determinados valores, em virtude das suas prprias caractersticas e, tambm, das caractersticas do sistema (cmara de equalizao de presso, tubulao de aspirao do ventilador centrfugo auxiliar, placa de orifcio, ventilador auxiliar e vlvula controladora de vazo). Quando se deseja obter vazes maiores e, em conseqncia, presses menores (at mesmo presses ne-gativas), liga-se o ventilador centrfugo auxiliar (Item 4.2 na Figura 1) para promover mais facilmente a tiragem do ar do interior da cmara de equalizao de presses. O trajeto do ar, da cmara de equalizao de presses at seu retorno ao ambiente, idntico ao descrito no item anterior.

4) Com a rotao mantida no intervalo estabelecido ( 3n 3000 = rpm), e para uma vazo fixa obtida com o auxlio da vlvula controladora de vazo (por exemplo, com a vlvula controladora de vazo totalmente fecha-da), l-se, (1) a rotao, n, no tacmetro tico digital; (2) a presso na cmara de equalizao de presses, CEPh , no manmetro tipo Betz de 2300 mmH O ; (3) a diferena de presses estticas na placa de orifcio, POh , no manmetro tipo Betz de 2600 mmH O ; (4) a tenso, PEV , na ponte extensiomtrica; (5) a temperatura ambien-te, at , no termmetro analgico; (6) a presso baromtrica, bh , no barmetro aneride; (7) a umidade relativa do ar, , no higrmetro analgico.

5) Com a rotao mantida no intervalo estabelecido no item anterior ( 3n 3000 = rpm), altera-se a vazo atravs da vlvula controladora de vazo (abrindo a vlvula), e fazendo, novamente, as 7 leituras dos instru-mentos de medidas descritos acima, aps a estabilizao dessas leituras. Esse item repetido para diversas va-zes, at que a vlvula controladora de vazo esteja totalmente aberta.

6) Para vazes maiores, liga-se o ventilador centrfugo auxiliar e fecha-se a vlvula controladora de vazo at atingir uma vazo um pouco maior que a vazo estabelecida com a vlvula controladora de vazo totalmen-te aberta, porm, com o ventilador centrfugo auxiliar desligado para uma determinada rotao, com o auxlio do inversor de freqncia.

7) Com a rotao mantida no intervalo estabelecido ( 3n 3000 = rpm), altera-se a vazo atravs da vlvula controladora de vazo (abrindo a vlvula), fazendo, novamente, as 7 leituras dos instrumentos de medidas, aps a estabilizao dessas leituras. Esse item repetido para diversas vazes, at atingir o valor de vazo desejado.

8) De, por exemplo, 5 em 5 leituras, deve-se efetuar a zeragem dos dois manmetros tipo Betz, e do bar-metro aneride, e manter o valor, por exemplo, de 14000 (correspondente a zero grama) referente ao chamado fator de medida do indicador digital de massa na ponte extensiomtrica, se o mesmo no foi eventualmente al-terado. Se os valores zerados nos manmetros e no barmetro estiverem, respectivamente, fora dos intervalos de 0,5 mmH2O e de 0,3 mmHg, ou se o fator de medida for diferente de 14000, deve-se anular as referidas leituras e repetir os passos dos itens 4, 5, 6 e 7. Recomenda-se, tambm, verificar todos os instrumentos e as suas conexes, alm de possveis vazamentos.

9) Antes de desligar o motor eltrico de corrente contnua, deve-se diminuir lentamente a sua rotao, atu-ando no boto de ajuste da rotao at a rotao nula (motor eltrico parado). Recomenda-se, tambm, verificar todas as condies do banco de testes, inclusive a lubrificao do mancal.


7

3.3 Valores medidos Para o ventilador centrfugo ensaiado, foi estabelecido um total de aproximadamente 20 valores de vazo volumtrica, V , para a rotao 3n 3000 = . Para cada valor de vazo fixado, foram medidos os valores das seguintes grandezas: n, CEPh , POh , PEV , at , bh e , que esto na Tabela 2. 3.4 Valores calculados (c) Potncia de eixo do ventilador centrfugo, Pe ME mPe Pe Pp= , (1) onde ME ME ME MEb local b ePe Te Fe L 2 g L m n= = = , (2) sendo METe e MEFe , respectivamente, o torque e a fora correspondentes potncia de eixo do motor eltrico de corrente contnua ( MEPe ), mPp a potncia mecnica perdida por atrito (mecnico e viscoso), bL a distncia da linha de centro do motor eltrico de corrente contnua ao ponto de atuao do brao de alavanca na clula de carga ( bL 237 mm= ), a rotao angular do motor eltrico de corrente contnua (igual a do rotor do ventila-dor), 2localg 9,785 m / s= (Itajub MG). O valor de mPp obtido da Tabela 1 para o valor de rotao, n, cor-respondente; no caso deste relatrio 3n 3000 = . O valor da massa, MEem (em grama), que atua na clula de carga dado pela seguinte expresso, 1 2MEe PEm k V k= , (3) sendo PEV o valor indicado pela ponte extensiomtrica, em , e 1 2k e k so obtidos por calibrao da clula de carga (veja os valores de 1 2k e k na Tabela 2). (d) Massa especfica do ar no ventilador, ar Por definio (conforme a norma citada nas Referncias Bibliogrficas), a massa especfica (ou densidade) do ar calculada em funo da presso total e da temperatura total, ETT , na entrada do ventilador. A presso total do ar na entrada do ventilador ( ETp ) E ET E dp p p 0= + , sendo Ep e Edp , respectivamente, a presso esttica e a presso dinmica do ar na entrada do ventilador, uma vez que Ep 0= (presso efetiva) e Edp 0 . A temperatura total do ar na entrada do ventilador ( ETT ) ET E arT T T , sendo ET a temperatura esttica do ar na entrada do ventilador que considerada aproximadamente igual temperatura do ar ambiente ( arT ), uma vez que o ar na entrada do ventilador considerado praticamente parado ( Edp 0 ). Portanto,

E EabsE E

T T b b bar

ar T ar T ar E ar ar

p p p p pR T R T R T R T

+ = = , (4)

onde

b Hg local bp g h= , (5) arR 287 (m N / kg K)= , (6)

oar aT (K) t ( C) 273,15= + (7)

e Hg 13600 2,4 t = (t, em o C , sendo t considerada, como aproximao, igual a at ). (8)

Tabela 2 Valores medidos para 3n 3000 = rpm: Incio: 07:55 h; Trmino: 09:45 h (Data: 23/10/2014) Turma P1 Grandeza Unidade 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

n rpm 3000 3003 3001 2998 3000 3002 3001 3002 2998 2997 3001 3001 2998 2997 3000 3003 3002 2998 2997 2998

ceph mmH2O 240,2 240,0 239,6 238,2 237,6 235,0 233,4 230,0 226,2 223,4 210,2 199,3 185,5 174,6 168,2 158,0 137,8 114,6 61,2 4,4

poh mmH2O 25,1 28,6 32,4 37,4 42,4 50,8 56,8 64,2 74,3 81,4 111,6 133,8 159,6 179,2 191,5 209,4 243,4 282,0 367,0 458,4 PEV 2336 2337 2338 2339 2340 2342 2343 2344 2346 2347 2351 2353 2355 2356 2357 2358 2359 2360 2362 2362 at oC 18,5 18,5 18,5 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,5 19,5 20,0 20,0

bh mmHg 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 692,5 693,0 693,0 693,0 693,0

% 86,0 85,5 85,5 85,5 85,0 84,5 84,5 84,5 84,5 84,5 85,0 84,0 84,0 84,5 85,5 83,0 83,0 82,0 80,0 80,0

Observaes: (1) Os valores das constantes 1k e 2k na Eq. (3) so: 1k 56,946427= e 2k 130992,877004= , portanto, MEe PEm 56,946427V 130992,877004= (para MEem em gramas). (3) (2) O ventilador centrfugo auxiliar esteve ligado a partir da 16. leitura de vazo.


9

(e) Vazo de ar atravs do ventilador, V POV 0,066642 h /= . (9) OBSERVAES: 1) A vazo de ar atravs do ventilador centrfugo a ser ensaiado considerada igual vazo atravs da placa de orifcio (Item 5.7 na Figura 1), portanto, deve-se ter o devido cuidado para que no haja vazamentos no trajeto do ventilador centrfugo a ser ensaiado at a placa de orifcio. 2) O valor de , em (9), deveria ser calculado em funo das presses e temperaturas totais imediatamente antes e aps a placa de orifcio. Como aproximao, as presses so consideradas iguais s presses estticas que podem ser obtidas diretamente do manmetro tipo Betz. Para essa finalidade, basta desconectar do manmetro tipo Betz a tomada de presso esttica localizada aps a placa de orifcio para ler somente a presso esttica antes. Da mesma forma, basta desconectar do manmetro tipo Betz a tomada de presso esttica localizada an-tes da placa de orifcio para ler somente a presso esttica aps a placa. Note que a diferena entre essas pres-ses , evidentemente, a presso POh (medida em 2mmH O ), quando as duas tomadas de presso esto conec-tadas ao manmetro tipo Betz, como foi feito no ensaio do ventilador centrfugo. No Banco de Testes de Venti-ladores da UNIFEI no foi previsto nenhum sensor de temperatura antes e aps a placa de orifcio. Dessa for-ma, como aproximao, o valor de ser considerado igual ao valor de ar , conforme a Eq. (4). Portanto, a Eq. (9) torna-se PO arV 0,066642 h / . (10) OBSERVAO: Em (10), o valor numrico de POh deve estar em 2mmH O (e no em 2mmH O ) por causa do fator de calibra-o 0,066642, e o de ar em 3kg / m . Para o clculo da presso, em Pa, conhecida a mesma presso, em 2mmH O , deve-se calcular a massa es-pecfica da gua. A massa especfica da gua, 2H O , em funo da sua temperatura em grau Celsius, o C , se-gundo Potter & Wiggert (1997), dada por

22 6 3 9 4

H O 3999,84 18,22 t 0,0079 t 55,45 10 t 149,76 10 t

1 18,16 10 t

+ + = + , (11) ou, como uma expresso alternativa,

22

H O(t 4)1000

180 = . (12)

(f) Presso dinmica do ventilador, dp Por definio (conforme a norma citada nas Referncias Bibliogrficas), a presso dinmica do ventilador a presso correspondente velocidade mdia do ar na sada do ventilador, Sd dp p= , ou seja,

S2 2

ar S ard d 2

S

c Vp p2 2 A

= = = , (13) onde Sc a velocidade mdia na sada do ventilador, e SA a rea de sada do ventilador (rea interna do flange de sada).

2SA 0,181 0,183 m= . (14)


10

(g) Presso total do ventilador, Tp Por definio (conforme a norma citada nas Referncias Bibliogrficas), a presso total do ventilador,

Tp , a diferena entre a presso total na sada, STp , e a presso total na entrada, ETp , do ventilador, ou seja, S E S E ST T T S d E d S d S dp p p (p p ) (p p ) p p p p = = + + = + = + (15) onde 2 2 CEPS H O local S H O localp g h g h= = . (16) OBSERVAES: 1) A presso esttica na sada do ventilador, Sh , igual presso esttica na cmara de equalizao de pres-ses, CEPh (presso mdia na cmara). 2) A presso total, quando se trata de ventiladores e de sistemas de ventilao, dada por 2Tp p c / 2= + , ex-cluindo-se, portanto, o termo g z . (h) Presso esttica do ventilador, p Por definio (conforme a norma citada nas Referncias Bibliogrficas), a presso esttica do ventilador, p, a diferena entre a presso total, Tp , e a presso dinmica, dp , do ventilador. Portanto, a presso esttica do ventilador a diferena entre a presso esttica na sada, Sp , e a presso total na entrada, ETp , do ventilador. Em conseqncia (para a configurao de banco de testes com cmara na sada do ventilador a ser ensaiado), a presso esttica do ventilador, p, a presso esttica na sua sada (presso esttica na cmara de equalizao de presses). Dessa forma, a presso esttica do ventilador (presso esttica na sua sada) calculada de acordo com a Eq. (16). (i) Potncia til (hidrulica) do fluido, Ph A potncia til, quando se trata de escoamentos puramente incompressveis, TPh V p= . No caso de escoamentos de gases atravs de ventiladores centrfugos, deve-se considerar o efeito de compressibilidade. T pPh V p K= , (17) onde pK o coeficiente (fator) de compressibilidade dado por

pln(1 x) zK

x ln(1 z) + = + , (18)

sendo

E

T T

T b

p pxp p = = (19)

e

E

V V

T b

k 1 C Pe k 1 C Pezk V p k V p

= = , VC 1= (no SI de unidades). (20)

OBSERVAO: O valor do expoente isentrpico, k, para o ar pode ser tomado igual a 1,4.


11

(j) Rendimento (total) do ventilador,

PhPe

= . (21) (k) Rendimento esttico do ventilador, est

estT

pp

= . (22) (l) Valores das diversas grandezas de funcionamento para a condio-padro do ar Para I II = e I II(ponto de operao) =(ponto de operao) , tem-se, de acordo com a Lei 1 para Ventila-dor, Jorgensen (1982), o seguinte: OBSERVAO: O ndice I para a condio-padro e o ndice II para a condio de teste.

13

pI I II II

II II pII

KD nV VD n K

= (23)

112 2

pI I I IT TI II

II II II pII

KD np pD n K

= (24)

115 3

pI I I II II

II II II pII

KD nPe PeD n K

= (25)

2 2

I I Id dI II

II II II

D np pD n

= (26) A relao de coeficientes de compressibilidade dada por Jorgensen (1982), ou seja,

p II I I IIIp I II I IIII

K x z k k 1K x z k 1 k

= (27)

O coeficiente de elevao de presso IIx dado por

III

TII

T

pxp

= (28) O coeficiente de elevao de temperatura IIz dado por

EII

II V IIII

II II T

k 1 C Pezk V p

= , VC 1= (no SI de unidades) (29)

O coeficiente de elevao de temperatura Iz (utilizando a Lei 1 para Ventilador, Jorgensen (1982)) dado por

EIEII

12 2I I I T II I

I IIII II II T II I

D n p k k 1z zD n p k 1 k

= (30) O coeficiente de elevao de presso Ix (utilizando a Lei 1 para Ventilador, Jorgensen (1982)) dado por


12

I I III IIII I II

ln(1 z ) k k 1ln(1 x ) ln(1 x )ln(1 z ) k 1 k

+ + = + + (31)

e

Iln (1 x )Ix e 1+= (32) Os expoentes isentrpicos Ik e IIk podem ser calculados da informao sobre os dois gases envolvidos. Se os dois gases so os mesmos, as duas relaes que contm tais coeficientes naturalmente se cancelam. OBSERVAO: Os valores das diversas grandezas calculadas esto na Tabela A.1 do Apndice A (pgina 19). (m) Obteno das condies timas de funcionamento As condies timas de funcionamento (Tabela 3) foram obtidas para o ponto de rendimento total mximo atravs do Grfico 1. (n) Obteno das curvas caractersticas de funcionamento para tn n 3000 rpm= = As curvas caractersticas de funcionamento foram obtidas para a rotao tima (rotao do ponto de ren-dimento total mximo), tn n 3000 rpm= = (Grfico 1). Essas curvas so denominadas de curvas de recepo prticas, porque so obtidas diretamente de ensaios em laboratrio fixando-se a rotao da mquina de fluxo em um valor correspondente rotao tima. Essas curvas (para a rotao constante igual tima) so denomina-das de curvas de recepo tericas, quando so obtidas do chamado campo bsico de funcionamento (para diversas rotaes constantes) tambm denominado de diagrama de colinas (hill chart). 4 RESULTADOS

4.1 As curvas caractersticas de funcionamento do ventilador centrfugo de nqA=150 ( , IV , ITp , IPh , IPe , Ip e est ), na condio-padro, para a rotao constante In 3000 rpm= , esto representadas no Grfico 1,

juntamente com as suas condies timas de funcionamento (pgina 13). 4.2 As condies timas de funcionamento do ventilador centrfugo de nqA=150 para a rotao constante

In 3000 rpm= foram retiradas do Grfico 1 e esto representadas na Tabela 3, abaixo.

Tabela 3 Condies timas de funcionamento para nI = 3000 rpm

Grandeza Unidade Valor %

IV m3/s ITp Pa IPh W

IPe W

Ip Pa

est %


13

Esta pgina dever ser substituda pela folha de papel milimetrado.


14

5 CONCLUSES


15

ANEXO I Desenhos do Ventilador Centrfugo, Rotor, Voluta e Bocal de Entrada

Figura I.1 Esquema das sees transversal e normal do rotor centrfugo de nqA = 150 com ps ARC

Figura I.2 Esquema da seo transversal do rotor centrfugo de nqA = 150 com ps ARC, Oliveira (2001)

x2

y 5M

4

5x

epm

om

D4D5

o

5

4 4C x1

Rm

5Af

Bf 5 Aa

Ba

A

B

Detalhe B Detalhe A

Voluta

Rotor

Flange de Sada

Bocal de Entrada


16

Figura I.3 Seo meridional do rotor centrfugo de nqA = 150, Oliveira (2001)

ede

Detalhe A Detalhe B

4I4C

4P

D4C D4P

D4I

D4e

o1 Rc1

o2

ro1

ro2

x2

4ref4con

(5) (4)

A

B

D4i

ro4

rcon

rref

cr m

edi

D5

eAR bcon

b4P

bref

b5

DAR

DBR

o3bo3

ro3 Rc3

o4o5

cr

b4I

o6

Rc6

Rc5

Rc4

b4ebo1

bo2br

bc2 bc1

x3 o

Rc2

b4C

Dcr

Detalhe C

(11)

(10)

(8)

(7)

(9)

(2)

(1)(3)(6)

(6)

(1) P (2) Disco interno (3) Disco externo (4) Anel (5) Pino de fixao (6) Parafuso (7) Parafuso (8) Cubo (9) Ogiva de fixao (10) Eixo do rotor centrfugo (11) Chaveta

5

M

(Veja o Detalhe C)


17

Tabela I.1 Dimenses principais da seo meridional do rotor centrfugo de nqA = 150 com ps ARC

Comprimentos Comprimentos Comprimentos Comprimentos ngulos mm mm mm mm

b4C 71,141 bo3 -6,166 DBR 229,0 rref 128,5 cr 30,0 b4e 69,0 bref 53,45 Dcr 60,23 Rc1 16,0 cr 75,277 b4I 70,721 br 73,0 ear 5,5 Rc2 45,491 m 82,515 b4P 60,302 D4C 207,647 ede 2,0 Rc3 188,802 b5 32,1 D4e 229,014 edi 3,0 Rc4 40,0 bc1 53,0 D4i 198,0 rcon 126,434 Rc5 60,0 bc2 50,0 D4I 213,507 ro1 130,5 Rc6 56,44 bcom 53,993 D4P 204,85 ro2 132,36 bo1 69,468 D5 419,5 ro3 287,702 bo2 72,099 DAR 257,5 ro4 80,0

Tabela I.2 Dimenses principais da seo transversal do rotor centrfugo de nqA = 150 com ps ARC

Comprimentos Comprimentos ngulos ngulos ngulos mm mm

D4C 207,647 A 150,171 4C 31,87 C 31,634 5p 41,749 D4I 213,507 r4C 104,621 4I 33,50 4c 0,699 5s 42,812 D4P 204,85 r4p 105,891 4P 31,02 4p 0,265 m 23,700 D5 419,5 r4s 103,356 5 50,41 4s 1,143 p 23,311 ep 3,0 Rm 365,013 M 70,00 5 42,282 s 23,742


18

ANEXO II Manmetro tipo Betz, Clula de Carga e Ponte Extensiomtrica

Figura II.1 Esquema de manmetro tipo Betz Figura II.2 Manmetro tipo Betz

Figura II.3 Clula de carga (CC) em formato de S Figura II.4 Esquema do ME e da CC

Figura II.5 PE mostrando os botes (lado direito) nas cores vermelha, preta, branca e verde onde so

conectados os fios da CC

Figura II.6 Ponte extensiomtrica indicando o valor de 1276

Lb=237 mm

(5.8)

(2.3)

(2.3) ME de corrente contnua

(5.8) Clula de carga

MEem


19

APNDICE A Valores das Grandezas Calculadas


20

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ASHRAE (Norma 51-75)/ AMCA (Norma 210-74), Mtodos de laboratrio para testes e ensaios de ventila-dores, Traduo feita por AEROVENTO Indstria e Comrcio Ltda, Vrzea Paulista, SP

Benedict, R. P., 1977, Fundamentals of temperature, pressure, and flow measurements, John Wiley & Sons, Inc.

Jorgensen, R., 1982, Fan engineering , Eighth Edition, Buffalo Forge Company Oliveira, W., 2001, Anlise do escoamento em turbomquinas radiais, Tese de Doutorado, Instituto Tecno-lgico de Aeronutica, ITA, So Jos dos Campos, SP

Potter, M. C., Wiggert, D. C., 1997, Mechanics of fluids , Second Edition, Buffalo Forge Company

Documents

P1-Segundo Relatório-Ventilador Centrífugo com n=cte