CONJUNTO VENTILADOR- MOTOR- CHAMINÉ 10º Período de Engenharia Mecânica Fernando Coradi Engenheiro Mecânico Engenheiro em Segurança do Trabalho Mestrando em Engenharia de Energia 1
Referências Bibliográficas CREDER, H. Instalações de ar Condiconado, 5ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A MACINTYRE, A. J. Ventilação Industrial e Controle da Poluição. 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan S.A., 1990 SILVA, R. B. Ar Condicionado. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, vol. 1, 1969 2
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Importância O conjunto Ventilador-Motor fornece a energia necessária para movimentar o fluído e vencer todas as perdas de carga (resistência) do sistema. O ventilador é o coração de qualquer sistema de ventilação. Ele cria um diferencial de pressão através do sistema que faz o ar fluir através do mesmo. A seleção do ventilador adequado a sua performance são vitais para o correto funcionamento de todo o sistema. 4
CLASSIFICAÇÃO DOS VENTILADORES 5
Os ventiladores são usualmente classificados de acordo com a direção de movimentação de fluxo através do rotor. Assim tem-se os ventiladores centrífugos e os axiais, os quais estão ilustrados abaixo. Os centrífugos são destinados a movimentação de ar numa ampla faixa de vazão e pressão enquanto os axiais se restringem aplicações de baixa e média pressão (até 150 mmca aproximadamente). 6
Em ventilação os ventiladores mais utilizados são os centrífugos, os quais estão disponíveis em quatro tipos, segundo as características de rotor, ou seja, de pás radiais; de pás para trás; de pás curvadas para frente e o "radial tip". 7
Ventiladores Centrífugos Radiais São ventiladores robustos, para trabalho pesado e destinados a movimentar fluído com grande carga de poeira, poeiras pegajosas e corrosivas. Apresentam eficiência baixa, da ordem de 60% e nível de ruído mais alto. É o tipo mais simples em termos construtivos, possuem alta resistência mecânica e são mais fáceis de serem reparados em caso de avarias. 8
Ventiladores Centrífugos Radiais 9
Ventiladores Centrífugos de Pás para Trás São ventiladores de alta eficiência chegando a atingir eficiências maiores que 80% e seu funcionamento é silencioso. Uma importante característica desse ventilador é a auto-limitação de potência, característica essa, importante quando a perda de carga do sistema é variável, evitando assim a sobrecarga do motor. Possuem dois tipos de pás: as aerodinâmicas e as planas. As primeiras são de grande rendimento pois permitem uma corrente mais uniforme. 10
Ventiladores Centrífugos de Pás para Trás São empregados nos casos de grandes vazões e pressões médias sendo que a economia de potência chega a compensar o maior custo de aquisição. Já os de pás planas podem ser utilizados para transportar ar sujo já que apresentam a característica de serem auto-limpantes, no entanto apresentam eficiência menor que os de pás aerodinâmicas. Chegando a atingir 80%. 11
Ventiladores Centrífugos de Pás para Trás 12
Ventiladores Centrífugos de Pás Curvadas para Frente Esses ventiladores requerem menor espaço para sua instalação, apresentam baixa velocidade periférica e são silenciosos. São usados para pressões baixas e moderadas. Devido à forma, os rotores de pás para frente não são recomendados para movimentar fluidos com poeiras e fumos que possam aderir às mesmas e causar desbalanceamento do rotor e conseqüentemente vibração. 13
Ventiladores Centrífugos de Pás Curvadas para Frente A sua curva característica apresenta zona de instabilidade na qual o ventilador não deve trabalhar. Além disso não apresenta auto-limitação de potência podendo sobrecarregar o motor. A eficiência desses ventiladores é menor que os de pás para trás. São recomendados para sistema de ventilação geral e de ar condicionado onde a carga de poeiras e outras partículas são baixas. 14
Ventiladores Centrífugos de Pás Curvadas para Frente 15
Ventiladores Centrífugos de Pás para Frente e Pás para Trás Pás para Trás Pás para Frente 16
Ventiladores Radial Tip São ventiladores de pás planas inclinas para trás, porém com pontas que se curvam até chegarem a ser radiais. Isso ocasiona uma queda na eficiência porém proporciona maiores vazões. São utilizados em fornos de cimento, fábricas de celulose e papel, etc. 17
CURVA OU TABELA CARACTERÍSTICA 18
Cada tipo de ventilador apresenta características próprias de variação de pressão, potência e eficiência em função da vazão que são apresentadas através de curvas características ou tabelas características as quais são importantes para estabelecer a região ótima de trabalho bem como para se saber o comportamento do ventilador quando um parâmetro é alterado como, por exemplo, a resistência do sistema. 19
Aumento de resistência (perda de carga) significa queda da vazão a qual pode ser obtida na curva ou tabela característica do ventilador. Todo ventilador, portanto, deveria vir acompanhado de sua curva ou tabela característica. Nas Figuras abaixo, estão mostradas as curvas características típicas para ventiladores centrífugos, de acordo com o tipo das pás do rotor. 20
PE = Pressão Estática BHP Potência da Bomba EFIC. = Eficiência da Bomba 21
PE = Pressão Estática BHP Potência da Bomba EFIC. = Eficiência da Bomba 22
PE = Pressão Estática BHP Potência da Bomba EFIC. = Eficiência da Bomba 23
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PRESSÃO E POTÊNCIA DO VENTILADOR 25
A pressão total do ventilador representa a diferença entre a pressão total na saída do ventilador e a pressão total na entrada do ventilador, ou seja: A pressão estática do ventilador é por definição, a pressão total do ventilador reduzida da pressão cinética na saída ventilador. Matematicamente tem-se: 26
Deve-se recordar aqui que a pressão total é a soma algébrica das pressões estática e cinética (Pt = Pe + Pc) A potência requerida pelo ventilador pode ser estimada pela fórmula: 27
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CFM é uma unidade norte-americana (fora do Sistema Internacional) que significa pés cúbicos de ar por minuto por pé quadrado. CONVERSÃO CFM m³/min m³/hor l/s l/min cubic feet / minute 1 CFM 1 0.028 1.7 0.47 28.3 cubic meeter / minute 1 m³/min 35.28 1 60 16.67 1000 cubic meeter / hora 1 m³/h 0.588 0.017 1 0.28 16.67 litros segundo 1 l/s 2.12 0.06 3.6 1 60 litros minuto 1 l/m 0.035 0.001 0.06 0.017 1 29
A potência real deve ser obtida nas tabelas ou curvas características do ventilador escolhido, a qual é válida para as condições especificadas na curva ou tabela. Para condições de pressão e temperatura diferente daquela deve-se fazer a devida correção pela relação de densidade da condição real e da condição da curva ou tabela característica. 30
Calcular a potência requerida em CV e HP pelo ventilador que apresenta as seguintes características técnicas: d = padrão Q = 10 m 3 /s Pt = 100 mmca Ev = 80% ( 0,8 ) 31
Q = 10 m 3 /s Pt = 100 mmca Ev = 80% ( 0,8 ) A fórmula da potência da bomba em CV é: N RV = 10 x 100 = 16,7 CV 75 x 0,8 32
A fórmula da potência da bomba em HP é: Q = 10 m 3 /s = 36.000 m 3 /h = 36000 x 0,59 = 21240 cfm Pt = 100/25,4 = 3,937 polca N RV = 21240 x 3,937 = 16,5 HP 6356 x 0,8 33
Quando as condições reais do fluído no ventilador, ou seja, a densidade do fluido, for diferente das condições estabelecidas para a curva ou tabela características deve-se proceder da seguinte forma: Considerar a vazão de entrada na tabela ou curva característica igual à vazão real a ser movimentada pelo ventilador. Utilizar a pressão equivalente do ventilador, para as condições da curva ou tabela característica determinada da seguinte forma: 34
Determinar o ponto de operação na curva característica utilizando a vazão real e pressão equivalente, conhecendo-se então a eficiência mecânica do ventilador e a rotação que serão válidas também para as condições reais. A potência equivalente servirá para dimensionar o motor para partida a frio e será igual a: 35
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Calcular a potência requerida em CV e HP pelo ventilador que apresenta as seguintes características técnicas: d = 0,8 kg/m 3 Q = 10 m 3 /s Pt (real) = 100 mmca Ev = 80% ( 0,8 ) 37
Pt (equivalente) = Pt (real) x 1 / FD FD = real / curva FD = 0,8/1,2 = 0,67 Pt (equivalente) = 100 x 1/0,67 = 149,25 mmca A fórmula da potência da bomba em CV é: N RV = 10 x 149,25 = 24,9 CV 75 x 0,8 38
A fórmula da potência da bomba em HP é: Q = 10 m 3 /s = 36.000 m 3 /h = 36000 x 0,59 = 21240 cfm Pt = 149,25/25,4 = 5,876 polca N RV = 21240 x 5,876 = 24,55 HP 6356 x 0,8 39
Comparação dos exemplos alterandodensidade: se a Exercício Nº 1 N RV = 16,7 CV N RV = 16,5 HP Exercício Nº 2 N RV = 24,9 CV N RV = 24,55 HP 40
LEI DOS VENTILADORES 41
Existem diversas relações que regem o estudo dos ventiladores, as quais são chamadas de Leis dos Ventiladores e são constituídas das proporcionalidades existentes entre os diversos parâmetros envolvidos, quais sejam: A vazão varia de acordo com a rotação, com a densidade do fluido e com o tamanho do ventilador; A pressão varia com o quadrado da rotação, com a densidade do fluido e com o tamanho do ventilador; 42
A potência varia com o cubo da rotação, com a densidade do fluido e com o tamanho do ventilador; A tabela abaixo apresenta as fórmulas que regem as leis dos ventiladores, cuja nomenclatura adotada é listada a seguir: 43
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Com base nessas relações pode-se chegar a duas conclusões importantes: Ventiladores de diversos tamanhos de uma mesma série possuem comportamento semelhante e por isso, uma vez que se faça o teste com um ventilador da série, o funcionamento dos demais poderá ser previsto de acordo com as equações acima; 45
Deve-se tomar cuidado com as medidas de aumento de rotação do motor para a obtenção de maiores vazões no ventilador, uma vez que a potência varia com o cubo da rotação e nem sempre o motor instalado tem capacidade para resistir a esse aumento e poderá queimar. Outros problemas que podem ocorrer são referentes à estrutura e características construtivas dos ventiladores, que podem não resistir aos aumentos de rotações aplicados sem prévio estudo. 46
INTERAÇÃO VENTILADOR - SISTEMA 47
A curva característica exibe a variação da vazão do ventilador com a pressão contra a qual o mesmo está trabalhando. Por outro lado, cada vazão fluindo no sistema significará uma determinada resistência (perda de carga) e conseqüentemente uma pressão requerida, podendo-se então construir a curva de variação com a vazão, chamada de curva do sistema (ver Figura abaixo). O ponto de intersecção entre duas curvas será o ponto de operação (pontos 1, 2 ou 3, na Figura abaixo). O que se procura obter na prática é um ponto de intersecção que atende às condições de vazão e 48 pressão requeridas pelo sistema.
O ponto de intersecção entre duas curvas será o ponto de operação (pontos 1, 2 ou 3, na Figura abaixo). Ponto de Operação Adequado do Sistema 49
Na prática muitas vezes não se consegue obter um ponto de operação adequado, sendo necessário instalar dispositivos de controle de vazão, alterar a rotação do ventilador ou mesmo substituí-lo por outro mais adequado ao caso, ou mesmo utilizar ventiladores em séries, para aumento da pressão disponível, ou em paralelo, para aumento da vazão do sistema. A alteração de vazão ou pressão pode ser conseguida pelos seguintes métodos: 50
ALTERAÇÃO DA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DO VENTILADOR Essa providência altera a curva do ventilador. De acordo com as leis dos ventiladores a vazão variará proporcionalmente à variação da rotação, a pressão estática variará com o quadrado da rotação, a potência variará com o cubo da variação da rotação. Para se conseguir esse efeito, pode-se utilizar transmissões variáveis e motores de velocidade variável. 51
"DAMPERS" NA SAÍDA OU NA ENTRADA DO VENTILADOR A introdução de uma resistência adicional no sistema altera sua curva e o ponto de intersecção na curva do ventilador. Essa resistência adicional é conseguida através da utilização de "Dampers" (registro tipo veneziana), que é o método mais utilizado devido ao seu baixo custo, fácil ajuste, pequeno espaço requerido e manutenção pouco exigente. Os dampers podem ser colocados tanto na entrada como na saída e podem ser do tipo abas paralelas ou abas opostas. 52
"DAMPERS 53
"DAMPERS 54
"DAMPERS 55
"DAMPERS 56
CONTROLE DE VOLUME DE AR NA ENTRADA DO VENTILADOR A curva característica do ventilador pode ser modificada mudando-se a rotação do ar na sucção do ventilador. Para tanto se usa um tipo de controle denominado de IVC (tipo catavento) ou um damper na caixa de entrada. O controle de volume na entrada do ventilador tem limitações em seu uso quando estão expostos a corrosão e erosão pela presença de poluentes no caso de ventiladores localizados antes do equipamento de controle de poluição do 57 ar.
CONTROLE DE VOLUME DE AR NA ENTRADA DO VENTILADOR Também a exposição a alta temperaturas restringe o seu uso. 58
AVALIAÇÃO PARA INSTALAÇÃO Cada solução para alteração da vazão ou pressão representará um ônus adicional em termos de potência e, portanto, em termos de custo operacional. O método que menos influencia a potência é o uso de motor de velocidade variável, vindo a seguir a transmissão variável, o controle na entrada (IVC), dampers na sucção e por último dampers na saída do ventilador. 59
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SELEÇÃO DO VENTILADOR 61
Deve ser utilizado o ventilador que proporcione a vazão necessária com a menor potência possível, que seja adequado para as características do gás e poluente a ser transportado (temperatura, corrosividade, abrasividade, etc) e com curvas características (Q versus P) com maior curvatura, de forma que haja pequena variação de vazão para uma dada variação de pressão. O ponto de operação deverá estar à direita do ponto máximo da curva, um pouco afastado desse ponto. 62
Escolha um ventilador com tamanho adequado para o caso. Isso é conseguido escolhendo-se um com ponto de operação não muito à direita do ponto máximo da curva de pressão versus vazão. Na seleção de ventiladores para operar em condições diferentes daquela em que foi testado é importante ter em mente que o ventilador é uma máquina de vazão voluntária que depende da rotação do mesmo. 63
A mudança da densidade do gás alterará a pressão e potência requerida, sendo que, se a rotação permanecer constante, a vazão voluntária não alterará, mas a pressão e a potência variarão diretamente proporcional à mudança de densidade. 64
Ressalta-se que a potência determinada da forma acima corresponde à potência requerida nas condições normais de operação, não sendo suficiente para partida a frio. Para solucionar o problema, usa-se um motor que agüente a partida a frio ou lança-se mão de um damper que será utilizado na partida a frio, até que a temperatura do gás atinja o valor de projeto para controle da vazão e da potência requerida. 65
USO DE VENTILADORES EM SÉRIES E EM PARALELO Dois ou mais ventiladores podem ser utilizados em série ou em paralelo, caso não haja condições de ser utilizado um só ventilador por insuficiência de pressão ou de vazão. No caso de ventiladores em série, a vazão que passará pelos diversos ventiladores é a mesma, aumentando-se a pressão disponível necessária (soma das pressões). No caso de ventiladores em paralelo, a pressão é a mesma, aumentando-se a vazão disponível (soma das vazões). 66
USO DE VENTILADORES EM SÉRIES E EM PARALELO A curva do sistema deverá interceptar a curva combinada dos ventiladores, seja em série ou em paralelo. Para melhor eficiência e para apresentar menos problemas operacionais recomenda-se o uso de ventiladores idênticos quando em série ou em paralelo. 67
Dois ventiladores ligados em série têm a mesma vazão e suas pressões totais são somadas. 68
Quando dois ventiladores são associados em paralelo, a pressão total produzida pelos ventiladores é única e as suas vazões individuais se somam. 69
EXERCÍCIO Calcular a vazão e a pressão do arranjo em paralelo e em série de um conjunto de dois ventiladores centrífugos com a mesma característica técnica: Q = 10 m 3 /s Pe = 100 mmca. 70
EXERCÍCIO a)arranjo em Paralelo (somar as vazões, a pressão é a mesma) Q = 10 + 10 = 20 m 3 /s Pe = 100 mmca b) Arranjo em série (somar as pressões, a vazão é a mesma) Q = 10 m 3 /s Pe = 100 + 100 = 200 mmca. 71
LOCALIZAÇÃO DO VENTILADOR 72
A localização do ventilador exerce papel importante na sua escolha. Um ventilador localizado antes do equipamento de controle de poluição do ar (filtro) estará sujeito a agressividade do material movimentado, como alta carga de partículas. O seu uso após um equipamento de controle do tipo lavador tem também desvantagem por estar movimentando ar com alta umidade ocasionando problemas sérios de corrosão. 73
A vazão e a potência do ventilador também são funções do ponto em que o mesmo está localizando no sistema, apesar de que, na maioria dos casos, a localização do ventilador após o equipamento de controle não apresente alteração tão significativa. No caso de sistemas úmidos (lavadores) devem ser analisados os parâmetros custo, vida útil e problemas de manutenção nas duas posições possíveis, para a tomada de decisão. 74
INSTALAÇÃO 75
A instalação adequada do ventilador é um fator importante para que o ventilador funcione sem vibrações, tenha vida útil dentro dos padrões aceitáveis e não ofereça perigo às pessoas que trabalham nas suas proximidades. Lembre-se que o ventilador é uma máquina rotativa com partes que se movimentam a altas velocidades e, portanto, deve oferecer segurança durante sua operação. Os limites de temperatura e rotação devem ser observados. 76
Não consulte apenas as recomendações do fabricante, mas cumpra também as normas de segurança industrial. Só use ventiladores industriais que tenham sido previamente balanceados. A instalação do ventilador deve ser feita por pessoas especializadas, de preferência pelo fabricante, ou sob sua supervisão ou orientação. A instalação deve ser precedida do transporte, recepção, inspeções, manuseio e armazenagem adequados. Para uma operação livre de problemas, utilize uma fundação. 77
INTERLIGAÇÃO DO SISTEMA 78
A interligação do sistema deve seguir rigorosamente o projeto. Lembre-se que a performance do ventilador poderá ser seriamente afetada por condições inadequadas de entrada e saída do ventilador pela adição de resistência ao sistema (perda de carga). As características do ventilador são sempre determinadas para as condições boas de fluxo na entrada e saída. Verifique se as condições de entrada e saída previstas em projetos foram consideradas na seleção do ventilador. 79
MOTOR 80
O motor é um ponto fundamental no sistema, pois o não provimento da energia de movimentação necessário significará alteração na condição de funcionamento do ventilador e, portanto, na vazão por ele movimentada. A potência do motor deve ser suficiente para fornecer a energia requerida pelo ventilador e pelo sistema, em todas as condições em que trabalhará o sistema. 81
A potência requerida do motor será a potência requerida do ventilador acrescida das perdas por transmissão,dividido pela eficiência de transmissão do moto-ventilador, ou seja: Onde: é a potência requerida do ventilador e ET é a eficiência de transmissão moto-ventilador. 82
Devem também ser levadas em consideração na escolha do motor a inércia do rotor do ventilador (conhecida como pelos fabricantes) e as características de torques de partida do motor elétrico. Um tempo excessivo na partida para atingir a condição normal de trabalho do ventilador elevará a temperatura do motor podendo danificá-lo. 83
EXERCÍCIO Calcule a potência de um motor em CV de um sistema de ventilação com as características abaixo. Despreze as perdas por transmissão. D = 1 Q = 20 m 3 /s Pt (real) = 150 mmca E V = 60 % E T = 70 % 84
Pt (equivalente) = Pt (real) x 1/FD FD = real / cur FD = 1 / 1,2 = 0,833 Pt (equivalente) = 150 x 0,833 = 125 mm CA N RV = 20 x 125 = 55,56 CV 75 x 0,6 85
N RM = 55,56 = 79,4 CV 0,7 86
CHAMINÉ 87
A chaminé é parte integrante do sistema de transporte dos poluentes que tem como finalidade o lançamento do gás transportador, que contem a emissão residual, na atmosfera. O seu projeto deve levar em consideração a proteção do ventilador contra água de chuva quando este estiver localizado imediatamente antes da chaminé. Para proteção contra chuva vários métodos podem ser utilizados conforme mostrado na figura abaixo. 88
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Deve-se ressaltar que a proteção tipo "chapéu chinês" não é recomendada, em casos em que há necessidade de promover uma boa dispersão da emissão residual na atmosfera e, como regra geral, não deve ser utilizada. A boa prática de engenharia de controle de poluição do ar recomenda condições a serem observadas no projeto de chaminés, em relação à altura e velocidade de saída dos gases, que são basicamente as seguintes: 90
Altura mínima de 2,5 (duas e meio) vezes a altura da cumieira do prédio que contém a chaminé ou dela contíguo, ou seja, a altura da chaminé não deve ser inferior a (H + 1,5L) onde H é a maior altura das edificações e estruturas próximas à chaminé e L a largura ou altura (a menor das duas) das edificações e estruturas próximas à chaminés. Velocidade de saída do fluxo gasoso de 1,5 vezes a velocidade do vento. Em geral uma velocidade de saída dos gases na faixa de 18 (dezoito) a 21 (vinte e um) m/s atende ao requisito acima, em grande parte do tempo; 91
A saída dos gases deverá ser na vertical, não se recomendando a utilização de cotovelos ou chapéu chinês. A recomendação de altura da chaminé mencionada acima é de caráter geral e deverá ser utilizada com bom senso para fontes de pouco significado, ou mesmo para aquelas cuja emissão seja de produtos da combustão de combustíveis gasosos. 92
Nestes casos, dever-se-á obedecer à recomendação de altura mínima de 2 (dois) a 5 (cinco) metros acima da cumieira do prédio. Uma outra maneira de determinar a altura necessária para a chaminé é através da aplicação de modelos de dispersão atmosférica, que fogem do alcance do presente curso. No entanto, as condições, acima são as mínimas a serem observados. 93
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EXERCÍCIO 96
1) Dois ventiladores em série são colocados em um sistema de ventilação. A tubulação é cilíndrica com 2 tramos, aqui denominados tramos 1 e 2; ambos transportando partículas de alta densidade. O tramo 1 tem trecho reto de 80 dm, e um cotovelo circular com raio de curvatura igual a 1,3D com ângulo de 60º. O tramo 2 tem trecho reto de 750 cm, e um cotovelo circular com raio de curvatura igual a 1,5D com ângulo de 90º. O tramo 2 ainda contém 3 junções de 90 e 2 junções de 60. 97
Sabe-se que a tubulação é de polipropileno e que a mesma apresenta coeficiente de atrito igual a 0,15 e densidade de ar padrão. A vazão de projeto é de 15000 m 3 /h. A pressão cinética no tramo 1 é de 1 N/m 2 e no tramo 2 é de 6 N/m 2. a) Verifique se os tramos estão balanceados. b) Calcule a potência do motor necessária para movimentar o sistema em CV, sabendo-se que a eficiência de transmissão do moto-ventilador é de 80% e a eficiência mecânica do ventilador é de 70 %. Despreze as perdas por transmissão. 98
Cálculo Tramo 1 Q = v x A v = 25 m/s (tabela) Q = 15000 m 3 /h = 4,166 m 3 /s 4,166 = A x 25 A = 0,166 m 2 99
Cálculo Tramo 1 D = 4 x A 3,14 D = 4 x 0,166 3,14 D = 0,46 m R = 1,3 x D = 1,3 x 0,46 = 0,6 m 100
Cálculo Tramo 1 f = 0,15 L = 8 m d = 1,2 kg/m 3 D = 0,46 m v = 25 m/s Pc = 0,5 x 0,15 x 8m x (25 m/s) 2 x 1,2 kg/m3 0,46 m Pcarga = 978,26 N/m 2 101
Cálculo Tramo 1 Perda de carga em cotovelos circulares= R/D Pc em cotovelo = 0,6/0,46 = 1,3 102
Cálculo Tramo 1 Pc em cotovelo (ângulo de 90º) = 0,55 N/m 2 Fazendo correção para ângulo de 60º = 0,55 x 0,67 Pc em cotovelo (ângulo de 60º) = 0,37 N/m 2 103
Cálculo Tramo 1 Perda de Carga Total do Sistema Pc em cotovelo (ângulo de 60º) = 0,37 N/m 2 Pc no Trecho Reto = 978,26 N/m 2 Pc Total = 978,63 N/m 2 Pressão Estática = Perda de Carga + Pressão Cinética Pressão Estática = 978,63 N/m2 + 1 N/m2 = 979,63 N/m 2 104
Cálculo Tramo 2 Q = v x A v = 25 m/s (tabela) Q = 15000 m 3 /h = 4,166 m 3 /s 4,166 = A x 25 A = 0,166 m 2 105
Cálculo Tramo 2 D = 4 x A 3,14 D = 4 x 0,166 3,14 D = 0,46 m R = 1,5 x D = 1,5 x 0,46 = 0,7 m 106
Cálculo Tramo 2 f = 0,15 L = 7,5 m d = 1,2 kg/m 3 D = 0,46 m v = 25 m/s Pc = 0,5 x0,15 x 7,5m x(25 m/s) 2 x 1,2 kg/m3 0,46 m Pcarga = 917,12 N/m 2 107
Cálculo Tramo 2 Perda de carga em cotovelos circulares= R/D Pc em cotovelo = 0,7/0,46 = 1,5 Pc em cotovelo (ângulo de 90º) = 0,39 N/m 2 108
Cálculo Tramo 2 Junções de 90-1 N/m 2 x 3 = 3 N/m 2 Junções de 60-0,44 N/m 2 x 2 = 0,88 N/m 2 109
Cálculo Tramo 2 Perda de Carga Total do Sistema Pc em cotovelo (ângulo de 90º) = 0,39 N/m 2 Pc em junções = 3,88 N/m2 Pc no Trecho Reto = 917,12 N/m 2 Pc Total = 921,39 N/m 2 Pressão Estática = 921,39 N/m 2 + 6 N/m 2 = 927,39 N/m 2 110
Avaliação de Balanceamento Tramo 1 Q = 4,16 m 3 /s Pe = 979,63 N/m 2 Tramo 2 Q = 4,16 m 3 /s Pe = 927,39 N/m 2 Conclusão: A diferença de pressão estática entre os tramos é de 5,3 %. Balanceado 111
Como os ventiladores estão em série, deve-se somar as pressões, mantendo-se a vazão. Q = 15000 m 3 /h = 4,16 m 3 /s Pt = 979,63 N/m 2 + 927,39 N/m 2 = 1.907,02 N/m 2 1 mmca = 9,81 Pa Pt = 194,39 mmca 112
Calculando a potência requerida pelo ventilador: d = padrão Q = 4,16 m 3 /s Pt = 194,39 mmca E T = 80 % E V = 70 % 113
Calculando a potência requerida pelo ventilador: N RV = 4,16 x 194,39 = 15,4 CV 75 x 0,7 114
Calculando a potência requerida pelo motor: N RM = 15,4 = 19,2 CV = 20 CV 0,8 115
2) Repita o exercício número 1, considerando as alterações abaixo. Demais dados prevalecem iguais. A vazão de projeto é de 35000 m 3 /h. a)verifique se os tramos estão balanceados. b) Calcule a potência do motor necessária para movimentar o sistema em CV, sabendo-se que a eficiência de transmissão do moto-ventilador é de 80% e a eficiência mecânica do ventilador é de 70 %. Despreze as perdas por transmissão. 116
c) Faça uma avaliação entre os 2 exercícios, mostrando a porcentagem de variação de vazão, relacionada com a porcentagem de variação da potência do motor. 117
Cálculo Tramo 1 Q = v x A v = 25 m/s (tabela) Q = 35000 m 3 /h = 9,72 m 3 /s 9,72 = A x 25 A = 0,39 m 2 118
Cálculo Tramo 1 D = 4 x A 3,14 D = 4 x 0,39 3,14 D = 0,7 m R = 1,3 x D = 1,3 x 0,7 = 0,916 m 119
Cálculo Tramo 1 f = 0,15 L = 8 m d = 1,2 kg/m 3 D = 0,7 m v = 25 m/s Pc = 0,5 x 0,15 x 8m x (25 m/s) 2 x 1,2 kg/m3 0,7 m Pcarga = 642,86 N/m 2 120
Cálculo Tramo 1 Perda de Carga Total do Sistema Pc em cotovelo (ângulo de 90º) = 0,37 N/m 2 Pc no Trecho Reto = 642,86 N/m 2 Pc Total = 643,25 N/m 2 Pressão Estática = 643,25 N/m 2 + 1 N/m 2 = 644,25 N/m 2 121
Cálculo Tramo 2 Q = v x A v = 25 m/s (tabela) Q = 35000 m 3 /h = 9,72 m 3 /s 9,72 = A x 25 A = 0,39 m 2 122
Cálculo Tramo 2 D = 4 x A 3,14 D = 4 x 0,39 3,14 D = 0,7 m R = 1,5 x D = 1,5 x 0,7 = 1,05 m 123
Cálculo Tramo 2 f = 0,15 L = 7,5 m d = 1,2 kg/m 3 D = 0,7 m v = 25 m/s Pc = 0,5 x0,15 x 7,5m x(25 m/s) 2 x 1,2 kg/m3 0,7 m Pcarga = 602,7 N/m 2 124
Cálculo Tramo 2 Perda de Carga Total do Sistema Pc em cotovelo (ângulo de 90º) = 0,39 N/m 2 Pc em junções = 3,88 N/m2 Pc no Trecho Reto = 602,7 N/m 2 Pc Total = 606,95 N/m 2 Pressão Estática = 606,95 N/m 2 + 6 N/m 2 = 612,95 N/m 2 125
Avaliação de Balanceamento Tramo 1 Q = 9,72 m 3 /s Pe = 642,86 N/m 2 Tramo 2 Q = 9,72 m 3 /s Pe = 612,95 N/m 2 Conclusão: A diferença de pressão estática entre os tramos é de 4,65 %. Balanceado 126
Como os ventiladores estão em série, deve-se somar as pressões, mantendo-se a vazão. Q = 35000 m 3 /h = 9,72 m 3 /s Pt = 642,86 N/m 2 + 612,95 N/m 2 = 1.255,81 N/m 2 1 mmca = 9,81 Pa Pt = 128 mmca 127
Calculando a potência requerida pelo ventilador: d = padrão Q = 9,72 m 3 /s Pt = 128 mmca E T = 80 % E V = 70 % 128
Calculando a potência requerida pelo ventilador: N RV = 9,72 x 128 = 23,7 CV 75 x 0,7 129
Calculando a potência requerida pelo motor: N RM = 23,7 = 29,6 CV = 30 CV 0,8 130
Avaliação dos 2 Exercícios em Função da Variação de Vazão Exercício 1 Q = 4,16 m 3 /s N RM = 20 CV Exercício 2 Q = 9,72 m 3 /s N RM = 30 CV Conclusão: Aumento de vazão 134%. Aumento de potência do motor 50% 131