Ventiladores - OK

8/14/2019 Ventiladores - OK

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Universidade Estadual do Oeste do ParanUNIOESTEOperaes Unitrias A

Apostila de Ventiladores

Prof. Marcos Moreira

ToledoPR

2012


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SUMRIO

1. Ventiladores 1

2. Curva do Sistema 2

3. Curvas dos Ventiladores 4

4. Ponto de Operao 7

5. Associao de Ventiladores 8

6. Rudo provocado pelo Ventilador 9

7. Projeto de Ventilador 10

BIBLIOGRAFIA 12


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1. VENTILADORES

Ventiladores so turbomquinas geratrizes ou operatrizes, tambm designadas por

mquinas turbodinmicas, que se destinam a produzir o deslocamento dos gases.Analogamente ao que ocorre com as turbobombas, a rotao de um rotor dotado de ps

adequadas, acionado por um motor, em geral o eltrico, permite a transformao da

energia mecnica do rotor nas formas de energia que o fluido capaz de assumir, ou

seja, a energia potencial de presso e a energia cintica. Graas energia adquirida, o

fluido (no caso o ar ou os gases) torna-se capaz de escoar em dutos, vencendo as

resistncias que se oferecem ao seu deslocamento, proporcionando a vazo desejvel dear para a finalidade que se tem em vista.

O ventilador estudado como uma mquina de fluido incompressvel, uma vezque o grau de compresso que nele se verifica to pequeno, que no razovel

analisar seu comportamento como se fosse uma mquina trmica, como o caso de

compressores por exemplo. Quando a compresso superior a aproximadamente 2,5kgf/cm2, empregam-se os turbocompressores, cuja teoria de funcionamento, em

princpio, a mesma que a dos ventiladores, havendo porm a necessidade de levar em

considerao os fenmenos termodinmicos decorrentes da compresso do ar e os

aspectos inerentes ao resfriamentodessas mquinas.Bombas so mquinas geratrizes, cuja finalidade deslocar lquidos (puros,

misturas, pastas e suspenses) por escoamento. Sendo uma mquina geratriz, transforma

o trabalho mecnico que recebe de um motor (em geral, eltrico, a vapor ou de

combusto interna) em energia hidrulica sob as formas que o lquido capaz de

absorver, isto , energia potencial, de presso e energia cintica.

Classificao dos ventiladores.Nvel energtico

de presso

- baixa presso: at uma presso efetiva de 200mmca

- mdia presso: de 200 a 800mmca

- alta presso: de 800 a 2500mmca

- muito alta presso: 2500 a 10.000 mmca (turbocompressores)

Modalidade

construtiva

- Centrfugos

- Hlico-centrfugo

- Axiais

Forma das ps - Radiais retas

- Inclinadas para trs, planas ou curvas ou airfoil

- Inclinadas para frente- Curvas de sada radial

Nmero de

entradas de

aspirao no rotor

- Entrada unilateral ou simples aspirao

- Entrada bilateral ou dupla aspirao

Nmero derotores

- Simples estgio (um rotor)- Duplo estgio (dois rotores)


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2

2. CURVA DO SISTEMA (ALTURA TIL DE ELEVAO)

Aplicando um balano de energia mecnica entre o ponto e e o ponto 4tem-

se:

0WZ-Z.2

VVPPee4

2

e

2

4e4

lwfg

(1)

Isolando Wee dividindo todos os termos por g tem-se:

g

lwf

gg

e4

2

e

2

4e4e Z-Z

2

VV

.

PPW

(2)

Fazendo

g. (peso especfico) (3)

g

lwfH (4)

e4O Z-ZH (5)

tem-se:

HH2

VVPPW O

2

e

2

4e4e

g (6)

ou


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3

HH2

VVPPH O

2

e

2

4e4U

g (7)

A altura til de elevao (HU)nada mais do que a energia necessria para quea operao ocorra nas condies exigidas de vazo e presso.

Supondo que os pontos e e 4 estejam presso atmosfrica, que V 4>>Ve e

que HOseja desprezvel, ento:

H2

VH

2

4U

g (8)

A equao (8) representa a CURVA DO SISTEMA.

A altura til de elevao (HU) a energia ganha pelo fluido em sua passagem pelo

ventilador, desde a boca de entrada (ndice o) at sada (ndice 3). Dessa forma

tambm pode ser dada por:

2.g

V

2.g

VPPH

2

o

2

3o3U

(9)

Num primeiro estgio, a potncia instalada recomendvel deve ser a potncia domotor comercial imediatamente superior potncia calculada (potncia necessria ao

acionamento).A potncia (motriz, mecnica ou efetiva) necessria ao acionamento dada por:

UQ.H.Pot (10)

onde o rendimento total.

A partir do valor calculado de potncia, alguns projetistas recomendam as

seguintes margens de segurana:

Potncia calculada Margem de seguranaAt 2 CV 50%

De 2 a 5 CV 30%

De 5 a 10 CV 20%

De 10 a 20 CV 15%

Acima de 20 CV 10%

Finalmente, para a determinao da potncia instalada, so os motores eltricosnacionais normalmente fabricados com as seguintes potncias em CV: , 1/3, , , 1, 1

, 2, 3, 5, 6, 7 , 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 80, 100, 125, 150, 200, 250.1HP=1,01417CV


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3. CURVAS DOS VENTILADORES

Existem certas grandezas de importncia no funcionamento e comportamento dos

ventiladores, podendo mesmo uma adequada combinao das mesmas permitir aescolha do tipo de ventilador para condies preestabelecidas.

Estas grandezas, por caracterizarem as condies de funcionamento, so

denominadas caractersticas. So as seguintes:

- Nmero de rotaes

- vazo- altura de elevao

- potncia- rendimento

As equaes de que se dispe para estudar a interdependncia entre estasgrandezas no permitem que se possa pretender realizar um estudo baseado em

consideraes puramente tericas. Recorre-se a ensaios de laboratrios que permitem

estatisticamente exprimir a variao de uma grandeza em funo de outra. Com os

valores obtidos nos ensaios, os fabricantes elaboram tabelas e grficos que publicam em

folhetos e catlogos, permitindo aos usurios dos mesmos uma fcil e rpida escolha

dos ventiladores e uma anlise do comportamento do mesmo quando ocorrem variaes

nas grandezas representadas.

As curvas que traduzem a dependncia entre duas das grandezas, uma vez fixadas

as demais, chamam-se curvas caractersticas.

As mais importantes so:

a) Para um valor constante de rotao (n), a variao da carga (H), da potncia motriz

(Pot) e do rendimento total () em funo da vazo (Q)

b) Variao das grandezas H, Q, Pot e em funo do nmero de rotaes

c) Curva de igual rendimento no campo das grandezas Q e H

Ventilador com ps para trs, perfil em asa

O ventilador com ps para trs proporcionam um bom rendimento e a curva


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pouco inclinada da potncia (Nm) mostra que o motor pode ser dimensionado para

cobrir ampla faixa de utilizao de valores de descarga.

Ventilador de ps para frente (presses elevadas e bom rendimento)

Os ventiladores com ps para frente tm uma faixa de utilizao bastante estreita

(limite inferior condicionado pela instabilidade e limite superior pelo baixo

rendimento). S devem ser usados em sistemas que apresentem pequenas variaes de

carga H e descarga Q. So em geral mais barulhentos e apresentam menor rendimento

do que o ventilador com ps para trs.

Ventilador de ps retas (a-b o trecho de funcionamento instvel, presses

mdias e rendimento mdio)

O ventilador de ps retas apresenta uma curva (H,Q) com um trecho ascendente

e outro descendente. O trecho a-b se caracteriza por ser um trecho de instabilidade.


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Ventilador turboaxial

Enquanto os ventiladores centrfugos apresentam um aumento da potncia com o

aumento da descarga Q, o ventilador turboaxial apresenta uma diminuio da potncia

com o aumento da descarga.

Ventilador axial com p em perfil de asa (baixas presses e grandes vazes)

J o ventilador axial com p em perfil de asa apresenta potncia quase que

constante para todo o valor de descarga Q.

Ambos os ventiladores, turboaxial e axial com p em perfil de asa, apresentam

curvas (H,Q) e (,Q) semelhantes. Prximo aos valores de mximo rendimento

encontram-se faixas de instabilidade.

A seguir so apresentadas as LEIS DE SEMELHANA. Essas leis se aplicam

para ventiladores geometricamente semelhantes e determinam os novos valores de Q, H

e Pot para mudanas na rotao do ventilador (n), no dimetro do rotor do ventilador(D) ou no peso especfico do fluido () que est sendo deslocado.

3

D

D'.

n

n'.'

Q

Q'

(11)

22

D

D'.

n

n'.'

H

H'

(12)

53

D

D'.

n

n'.'

Pot

Pot'

(13)


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4. PONTO DE OPERAO

O ponto de operao a condio de vazo a ser recalcada e de altura

manomtrica total em que um sistema ir operar. O ponto de operao dado pelainterseco da curva de altura manomtrica do sistema com a curva do ventilador.

A Figura abaixo apresenta o ponto de operao encontrado pela interseco da

curva do sistema com a curva do ventilador.

O ponto de operao pode ser alterado ou por alterao na curva do sistema, ou

por alterao na curva da bomba, ou por alterao de ambas as curvas.

H

Q

H(S)

H(V)

H

Ho


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5. ASSOCIAO DE VENTILADORES

Quando se necessita de uma presso relativamente elevada no sistema, pode-se

recorrer associao de ventiladores em srie, designados como ventiladores de doisestgios, mas pode-se, em certos casos, realizar a montagem de um ventilador

insuflando ar na aspirao de outro, sem dificuldade.

Certas instalaes de ventilao industrial operam em uma faixa de variao de

vazo difcil s vezes de ser atingida com a utilizao de um nico ventilador. Recorre-

se ento associao em paralelo de dois ventiladores.

A associao de ventiladores em srie ou em paralelo pode ser tratada da mesmaforma que para as bombas centrfugas conforme apresentam as figuras a seguir.

Associao em paralelo de bombas

Associao em srie de bombas


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6. RUDO PROVOCADO PELO VENTILADOR

Em geral, os ventiladores de alta rotao provocam um nvel de rudo maior queos de baixa, pela maior frequncia da vibrao do ventilador, caixa e suportes.

Velocidades de escoamento elevadas nos dutos ocasionam tambm um aumento

do nvel de rudo no ambiente. A norma brasileira NB-10/1978 fixa nveis de rudo

permissveis, expressos em decibis conforme a tabela a seguir. O nvel de rudo deve

ser medido em 5 pontos do ambiente a 1,2 m do piso.

Local dB

ResidnciasCasas 30-40

Apartamentos 35-45

EscritriosDiretoria 25-35

Sala de reunies 30-40

Gerncia 35-45

Sala de recepo 35-50

Escritrios em geral 40-50

reas de produoExposto durante 8h/dia


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7. PROJETO DE VENTILADOR

A seguir apresentam-se o dimensionamento dos dutos de ventilao e o

equacionamento para o projeto de um ventilador centrfugo.

7.1 Dimensionamento dos Dutos

Conhecendo-se a vazo de trabalho e a velocidade no duto determina-se o

dimetro da tubulao de seo circular por:

v.

Q.4D

(14)

Com o dimetro obtido aproxima-se para o dimetro comercial mais prximo e se

determina a velocidade real no duto por:

2D.

Q.4v

(15)

Caso seja desejado um duto com seo retangular, ento deve-se utilizar a

equao de Huebscher

8/1

2

5

eEquivalentba

a.b.3,1D

(16)

que relaciona o dimetro de um duto circular com os lados maior (a) e menor (b) de um

duto de seo retangular.Num duto de seo retangular colocado paralelo ao solo, geralmente o lado menor

fica na vertical, enquanto que o lado maior fica na horizontal.

7.2 Perda de Carga

A perda de carga pode ser calculada por:

Dg

ubLf T

.

...2lwf

2

(17)

Re

16f (regime laminar) (18)

fRe

2613,1

7065,3

/log.0,4

f

1 De (19)

(Equao de Colebrook)

onde f o fator de Fanning.

A perda de carga nos acessrios pode ser calculada atravs de comprimentos

equivalentes como se faz para o caso de sistemas de bombeamento.


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Outra maneira determinar a perda de carga no acessrio atravs da seguinte

equao:

g

ubK

.2

.lw2

acessrio

(20)

Para obtermos a perda do acessrio em metros de coluna de gua basta multiplicar

pela massa especfica do fluido e dividir pela massa especfica da gua. Assim tem-se:

gua

fluido

g

ubKacm

.2..)..(lw

2

acessrio

(21)

7.3 Escolha do Tipo de Ventilador

O ventilador pode ser escolhido atravs da determinao da velocidade especfica

(nS) dada por:

0,75SH

Qn..6,16n

(22)

onde Q dado em L/s, H em mm.c.a. e n em rpm.

7.4 Potncia Necessria

Num primeiro estgio, a potncia instalada recomendvel deve ser a potncia domotor comercial imediatamente superior potncia calculada (potncia necessria ao

acionamento).

A potncia (motriz, mecnica ou efetiva) necessria ao acionamento dada por:

Q.H.Pot (10)

onde o rendimento total.

A partir do valor calculado de potncia, alguns projetistas recomendam as

seguintes margens de segurana:

Potncia calculada Margem de segurana

At 2 CV 50%

De 2 a 5 CV 30%

De 5 a 10 CV 20%

De 10 a 20 CV 15%

Acima de 20 CV 10%

Finalmente, para a determinao da potncia instalada, so os motores eltricos

nacionais normalmente fabricados com as seguintes potncias em CV: , 1/3, , , 1, 1

, 2, 3, 5, 6, 7 , 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 80, 100, 125, 150, 200, 250.

1HP=1,01417CV


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VentiladoresProf. Marcos Moreira 12

BIBLIOGRAFIA

Ventilao Industrial e Controle da Poluio. A.J. Macyntire; LTC,1990.

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