MÁQUINAS DE FLUXO VENTILADORES PROF.: KAIO DUTRA

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1 MÁQUINAS DE FLUXO VENTILADORES PROF.: KAIO DUTRA

2 Definição Ventiladores são Turbomáquinas operatrizes, também designadas por máquinas turbodinâmicas, que se destinam a produzir o deslocamento de gases. Os ventiladores são usados nas industrias em ventilação, climatização e em processos industriais, como na indústria siderúrgica nos alto-fornos e em sinterização; em muitas indústrias nas instalações de caldeiras; em pulverizadores de carvão, em queimadores, em certos transportadores pneumáticos e em muitas outras aplicações.

3 Classificação Quanto ao nível energético de pressão:

4 Classificação Segundo a modalidade construtiva: Centrífugos; Hélico-centrífugos; Axiais.

5 Classificação Segundo a forma das pás: Pás radiais retas; Pás inclinadas para trás, planas ou curvas; Pás inclinadas para frente; Pás inclinadas de saída radial.

6 Classificação Segundo o número de entradas de aspiração no rotor: Entrada unilaterial ou simples aspiração; Entrada bilateral ou dupla aspiração Segundo o número de entradas de aspiração no rotor: Simples estágio; Duplo estágio.

7 Fundamentos e Teoria Diagrama de Velocidades Onde: U é a velocidade circunferencial, periférica, tangente à circunferência; W é a velocidade relativa da partícula percorrendo a trajetória correspondente ao perfil da pá; V é a velocidade absoluta, soma vetorial de U e W.

8 Fundamentos e Teoria Equação da Energia

9 Fundamentos e Teoria Exemplo Um ventilador de fluxo axial opera a 1200 rpm. O diâmetro da ponta da pá é 1,1m e o diâmetro eixo é 0,8m. Os ângulos de entrada e saída das pás são 30 e 60, respectivamente. Pás-guia de entrada dão um ângulo de 30 ao escoamento absoluto entrando no primeiro estágio. O fluido é ar na condição padrão e o escoamento pode ser considerado incompressível. Não há variação na componente axial da velocidade através do eixo. Admita que o escoamento relativo entra e sai do rotor nos ângulos geométricos da pá e use as propriedades do raio médio da pá para os calculos. Para estas condições idealizadas, desenhe o diagrama de velocidade de entrada, determine a vazão em volume do ventilador, desenhe o diagrama de velocidade de saída e calcule a potência e o torque mínimo neccessários para acionar o ventilador. a) Diagrama de velocidade de entrada e saída b) Vazão em volume c) Torque no rotor d) Potência requerida

10 Fundamentos e Teoria Potências Potência útil: Adquirida pelo fluido em sua passagem pelo ventilador; Potência de elevação: Cedida pelas pás do rotor ao fluido; Potência Motriz: Potência fornecida pela motor ao eixo do ventilador.

11 Fundamentos e Teoria Rendimentos Redimento Hidráulico: Potência motriz: Rendimento Mecânico: Potência motriz em cv: Rendimento Total:

12 Fundamentos e Teoria Exemplo Qual a potência motriz de um ventilador com pressão efetiva ou absoluta de 36mmca. Vazão de 5m³/s de ar e peso específico de 1,2Kgf/m³, admitindo-se rendimento total de 0,7?

13 Grandezas Características As grandezas que caracterizam as condições de funcionamento de ventiladores são: Rotação n; Diâmetro do rotor D; Vazão Q; Altura de elevação H; Potência N; Rendimento η.

14 Grandezas Características Recorrendo-se a ensaios de laboratório, os fabricantes elaboram tabelas e gráficos, publicados em folhetos e catálogos, que permitem aos usuários uma fácil e rápida escolha do ventilador e uma análise do seu comportamento. As curvas que traduzem a dependência entre características, chamam-se curvas características.

15 Grandezas Características

16 Grandezas Características

17 Grandezas Características

18 Grandezas Características

19 Grandezas Características

20 Grandezas Características

21 Grandezas Características Para o modelo 20RU450, determine a potência do motor, a rotação e o rendimento do ventilador necessário para obter Q=4000m³/h com 20kPa com acionamento direto.

22 Grandezas Características Para o modelo 20RU450, determine a potência do motor, a rotação e o rendimento do ventilador necessário para obter Q=4000m³/h com 20kPa com acionamento direto. P=0,55KW; n=680rpm; Ef=74,8%

23 Leis de Semelhança A partir do conhecimento das condições com as quais um ventilador funciona é possível aplicar as leis da semelhança para determinar seu comportamento em condições de funcionamento diferentes.

24 Velocidade Específica Suponha um ventilador que deva funcionar com n(rpm), Q(m³/h), H(mmca) e N(cv). Pode-se imaginar um ventilador geometricamente semelhante a este e que seja capaz de proporcionar uma vazão unitária sob uma altura manométrica também unitária. Um tal ventilador se denomina ventilador unidade e o número de rotações com que iria girar é denominado velocidade específica e designado por ns.

25 Velocidade Específica Q em L/s; H em mmca; n em rpm.

26 Velocidade Específica Exemplo Qual o tipo de ventilador para uma vazão de 1,2m³/s capaz de equilibrar uma pressão estática de 80mmca, admitindo-se que o mesmo gire com 750rpm?

27 Coeficientes Adimensionais No projeto de rotores de ventiladores emprega-se coeficientes baseados em ensaios experimentais e na constatação do comportamento de inúmeros ventiladores construídos. Uma vez calculada a velocidade específica, sabe-se o tipo de rotos. Conforme o tipo, adota-se valor correspondente para esses coeficientes, de modo a se determinar a velocidade periférica e o diâmetro externo das pás.

28 Velocidades Periféricas Máximas Velocidades periféricas de ar elevadas tanto no rotor quanto à saída do ventilador produzem elevadas vibrações das pás e ruídos acima do aceitável.

29 Velocidades Periféricas Máximas Exemplo Suponhamos que se pretenda um ventilador para Q=5m³/s; H=32mmca e n=600rpm. Qual será o diâmetro do rotor?

30 Escolha Preliminar do Tipo de Rotor

31 Escolha Preliminar do Tipo de Rotor

32 Curva Característica do Sistema O gás, ao passar pelo interior do ventilador, recebe do mesmo uma energia que, referida à unidade de peso de gás, se denomina altura útil de elevação Hu, que é igual a:

33 Curva Característica do Sistema Com Hu, o gás deverá vencer as resistência ao longo do sistema e sairá do duto com uma energia cinética residual V 4 ²/2g que se dissipará no meio, desta forma:

34 Controle da Vazão Nos sistemas de ventilação é comum realizar-se a variação de vazão por meio de registros do tipo borboleta ou do tipo veneziana, com lâminas paralelas.

35 Controle da Vazão A vazão em um sistema podem também ser alterada variando-se o número de rotação do eixo.

36 Operação Em Série Quando se necessita de uma pressão relativamente elevada no sistema, pode-se recorrer à associações com ventiladores em série ou uso de ventiladores de dois estágios.

37 Operação Em Paralelo Certas instalações industriais operam em uma faixa de vazão que as vezes é difícil de ser atingida com a utilização de um único ventilador. Recorre-se então à associação em paralelo de dois ventiladores. Existem ventiladores com rotores de entrada bilateral equivalentes a dois rotores de entrada unilateral.

38 Efeito da Variação da Densidade Sobre o Ponto de Operação A altitude local e a temperatura de operação dos gases afetam o valor da densidade. A variação da densidade, embora não afete a vazão volumétrica, afeta, contudo, a descarga em massa, a altura manométrica e o consumo de potência.

39 Efeito da Variação da Densidade Sobre o Ponto de Operação As tabelas dos fabricantes são elaboradas para o chamado ar padrão (1,2Kgf/m³), na temperatura de 21,1 C e ao nível do mar (760mmHg). A variação de temperatura afeta a densidade do gás, a qual é inversamente proporcional à temperatura absoluta. = 1, , T( C) kgf/m³ 2 = 1 P(mmHg) 760mmHg

40 Instalações de Ventiladores Em Condições Perigosas Nas indústrias, os ventiladores muitas vezes devem operar em ambientes contendo vapores, líquidos, gases e poeiras inflamáveis. Desta forma, existem certos parâmetros que orientam o projetista e que dizem respeito ao risco que vapores e gases oferecem a irrupção e à propagação de um incêndio. Vejamos os principais: Ponto de Fulgor: Temperatura mais baixa a partir da qual um líquido emite vapor em quantidade suficiente para provocar uma centelha; Ponto de Inflamação: Temperatura acima da qual toda a mistura de vapor e ar inflamará mantendo uma combustão contínua durante 5 segundos; Limites de Inflamabilidade: Faixa correspondente ao valor da concentração do gás ou vapor no ar.

41 Efeito da Variação da Densidade Exemplo Determine o peso específico e a densidade do ar quando a temperatura é de 35 C numa localidade onde a pressão atmosférica é de 670mmHg. Um ventilador que opera em condições padrão com H=200mmca e N=5Cv, com que valores operaria?

42 Trabalho proposto Utilize a tabela de perda de carga para tubulações metálicas apresenta nesta aula, para a vazão de 12 m³/hora, gere um gráfico onde seja possível encontrar a perda de carga para qualquer diâmetro de tubulação. Gere uma curva de tendência com maior grau possível e deixe a equação desta curva pronta no Excel para calcularmos a pera de carga, em sala de aula, e conferir com o gráfico.