LISTA DE EXERCÍCIOS Máquinas de Fluxo: Ventiladores 1) Os ventiladores atendem uma vasta faixa de condições de operação, desta forma é possível classificá-los quanto ao seu nível energético de pressão. Apresente esta classificação. 2) A inclinação das pás dos ventiladores é um parâmetro muito importante que determina condições de operação como pressão e vazão. Desta forma, desenhe um rotor padrão de um ventilador apresentando o diagrama de velocidades na entrada e na saída. 3) Um ventilador de fluxo axial opera a 900 rpm. O diâmetro da ponta da pá é 1m e o diâmetro do eixo é 0,7m. Os ângulos de entrada e saída das pás são 45 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 cálculos. 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 necessários para acionar o ventilador. 4) Um ventilador centrífugo com pás radiais na saída opera com ar com uma rotação de 750rpm, possui um diâmetro externo do rotor de 0,7m e uma largura de 0,4m. Sabendo-se que o ar e forçado por um duto retangular de 0,5x0,4m onde a velocidade no seu centro é 20m/s. Encontre a vazão e o torque de operação deste ventilador, considere que o ar sai do rotor com uma velocidade resultante que possui uma angulação de 30 em relação do vetor de velocidade linear do rotor. Considere ainda que a velocidade média no duto é 80% de sua velocidade máxima. 5) Calcule o ângulo de inclinação das pás de um ventilador centrífugo que opera com uma rotação de 750rpm e possui um rotor de diâmetro externo e largura de 0,7m e 0,3m. Sabe-se ainda que este ventilador deve prover uma vazão de 3m³/s e uma potência de 5cv, para uma eficiência de 46%. 6) Ajude um engenheiro mecânico que deseja avaliar a potência de acionamento de um ventilador centrífugo que possui um diâmetro externo de 0,6m e largura de 0,4m e rotação de 1200rpm, sabendo que as pás são inclinadas para trás com angulação de 60 e que a máquina produz um fluxo de 3m³/s. Desconsidere as perdas da operação. 7) Um sistema de refrigeração usa ventiladores centrífugos com pás inclinadas para frente, com uma angulação de 120. (a) Desenhe o diagrama de velocidades da saída sabendo que o ar deixa o rotor a uma velocidade de 22m/s relativo as pás. (b) Calcule a vazão de operação do equipamento. (c) Calcule o torque e a potência para acionamento do rotor. Dados: Diâmetro externo e largura do rotor 0,6m e 0,4m; rotação 700rpm. 8) Um ventilador de alta pressão opera vencendo uma pressão de 850mmca a uma vazão de 6m³/s. Determine sua potência de operação para uma eficiência de 80%.
9) Um engenheiro realiza testes para avaliar a eficiência de operação de um ventilador centrífugo que opera com uma vazão de 5m³/s a uma pressão de 250kgf/m². As medições mostram uma potência consumida de 22cv. Determine a eficiência de operação deste equipamento. 10) Um engenheiro dispõe de um motor de 5cv para acoplar em um ventilador com o objetivo de insuflar ar a uma vazão de 3m³/s. Utilize o gráfico a seguir para selecionar o(s) modelo(s) adequado(s), suponha uma eficiência de operação entre 0,6-0,8. 11) Para o modelo de ventilador apresentado no diagrama a seguir, informe os dados de operação: potência, eficiência e velocidade periférica para as seguintes condições: (a) 1m³/s e 1200rpm; (b) 0,3m³/s e 700rpm; (c) 1500m³/h e 30kgf/m²; (d) 40mmca e 1000m³/h.
12) Com o objetivo de aumenta a pressão de operação de um ventilador, um engenheiro modifica o sistema de transmissão para ampliar a velocidade de 700rpm para 120rpm, sabe-se que com a velocidade inicial o equipamento operava com 70mmca e uma vazão de 1750m³/h. Sabendo-se que a eficiência inicial é de 0,7 e após a modificação obteve-se um ganho de 60% na eficiência, determine as novas condições de operação: vazão, pressão e potência. 13) Um ventilador é responsável por fazer a renovação de ar de um laboratório de ensaios de matérias, ondem operam vários fornos. Sabendo-se que o ar da sala pode variar até 8 C, qual a influência desta variação na operação com ventilador? 14) Um túnel de vento é utilizado para realizar ensaios em protótipos de aeronaves, o túnel constitui-se de um duto de 2 metros de diâmetro e utiliza-se um ventilador que opera com uma rotação de 1200rpm e uma pressão de 300mmca, utiliza-se também uma resistência elétrica para simular variações na temperatura do ar. Calcule a vazão volumétrica, mássica e a pressão de operação caso a rotação seja modificada para 1800rpm e a temperatura suba de 21 C para 40 C.
15) Classifique um ventilador quando a velocidade específica de acordo com a tabela abaixo para uma operação com uma vazão de 6m³/s, uma pressão de 25mmca a uma rotação de 600rpm. 16) Qual deve ser a rotação máxima de um ventilador Axial em tubo sem diretrizes para operação com uma vazão de 15m³/s e uma pressão de 60mmca? 17) Determine a vazão e a rotação de um ventilador que deve ter uma velocidade específica de 30000 com uma pressão de 40mmca, adote coeficientes de Rateau de vazão 0,6 e de pressão 0,3. 18) Determine os coeficientes de vazão e pressão de Rateau para um ventilador com pressão de 70mmca e velocidade específica de 20000rpm e rotação de 800rpm. Utilize a velocidade periférica máxima como parâmetro.
Formulas: