VENTILADORES

1 - Terminologia e definições

Capacidade (Vazão), Q - é o volume de ar deslocado por unidade de tempo

Pressão total do ventilador, PTV - é a diferença entre a pressão total do ar na saída e na entrada do ventilador. A Figura 2, abaixo, mostra um diagrama esquemático para medição da pressão total.

Presão de velocidade do ventilador, PVV - é a pressão cinética correspondente à velocidade média do ar na saída.

Pressão estática do ventilador, PEV - é a pressão total do ventilador, PTV, menos a pressão de velocidade, PVV.

 

PEV = PTV - PVV     (01)

onde  

PTV = P_T(saída) - P_{T(entrada)    (02)}

e  

PTV = P_E(saída) + PVV - P_T(entrada)    (03)

substituindo (03) na equação (01), resulta:

PEV = P_{E(saída) -} PT_(entrada)      (04)

      (05)

ou ainda,

      (06)

onde

• p₁ = pressão no ambiente do qual o ventilador retira o ar, Pa
• p₂ = pressão no ambiente no qual a ventoinha entrega o ar, Pa
• Dp e Dp_d = perdas de pressão nas linhas de sucção e de descarga, Pa
• v = velocidade do ar à saída da instalação, m/s
• p_st,d e p_st,s = pressões estáticas diretamente depois do soprador e antes dele, Pa
• v_d e v_s = velocidades do ar nas tubulações de descarga e de sucção, m/s
• r = densidade do ar, kg/m³.

A equação (05) é semelhante a equação (8-1) para uma bomba e a equação (06) é semelhante à equação (8-2) para uma bomba.

Se em vez de ar, o soprador entrega um gás diferente, cuja densidade não é a mesma do ar circunvizinho, então, nas fórmulas precedentes r é a densidade do gás, e torna-se necessário somar, ao lado direito da equação (05), a quantidade

   Dp_elev = (r - r_ar)gZ (07)

 A pressão estática num ventilador pode ser obtida por meio do arranjo mostrado na Figura-3 (Clique na figura para aumentar seu tamanho).

 

A potência, P [kW], necessária para instalação de um soprador é:

A potência, P [kW], necessária para instalação de um soprador é:

    (08)

onde:

Q = Vazão do soprador, m³/s

Dp = aumento de pressão criado pelo soprador, Pa

= eficiência global da instalação do soprador [veja a eq. (5) na seção Bombas]

Pressão no eixo, P_eixo - é a potência necessária no eixo do ventilador, para impor ao escoamento os parâmetros PTV, PEV e Q:

(09)

ou ainda,

(10)

onde

P_eixo = potência no eixo, W

Q = vazão, m³/s

PTV = pressão total no ventilador, Pa

PEV = pressão estática do ventilador, Pa

h_vt = eficiência total do ventilador

h_ve= eficiência estática do ventilador

Potência sonora do ventilador, Ws - potência sonora total irradiada pelo ventilador, (expressa em watts)

Nível de potência sonora, NWs (em decibéis, dB)

(11)

As curvas características de um ventilador expressam o seu desempenho para uma dada massa específica do ar. A Figura ao lado mostra um arranjo típico para determinação destas curvas em laboratório.

Para uma dada rotação, são efetuadas determinações de P_eixo, h_vt (ou h_vt) e Q, para diversas posições da válvula cônica.

Os resultados são apresentados em gráficos onde os valores de PTV (ou PEV), P_eixo e h_vt (ou h_ve) são plotados em função de Q. Um conjunto típico de curvas características é mostrado na figura abaixo.

Curvas características de ventiladores

As curvas características de um ventilador expressam o seu desempenho para uma dada massa específica do ar. A Figura ao lado mostra um arranjo típico para determinação destas curvas em laboratório.

Para uma dada rotação, são efetuadas determinações de P_eixo, h _vt (ou h _vt) e Q, para diversas posições da válvula cônica.

Os resultados são apresentados em gráficos onde os valores de PTV (ou PEV), P_eixo e h _vt (ou h _ve) são plotados em função de Q. Um conjunto típico de curvas características é mostrado na figura ao lado. (Clique na figura para ampliar seu tamanho).

Perda de Carga

A perda de carga de um sistema de ventilação industrial pode ser expressa em função da vazão do ventilador, Q, pela equação:

DP = K_svQ²

Ksv = coeficiente de perda do sistema de ventilação.

A equação acima representa a família de curvas parabólicas conhecida como curvas características do sistema.

A resistência ao escoamento apresentada por um sistema, não é obrigatoriamente fixa. A adição de novos componentes, a variação da abertura de válvulas reguladoras, a deposição de material particulado em meios filtrantes, são alguns dos fatores que alteram esta resistência, modificando, portanto, o coeficiente Ksv.

As características gráficas de um soprador centrífugo, assim como as de uma bomba centrífuga, mudam de posição quando a velocidade muda. A relação entre antigos e novos parâmetros de operação de um soprador centrífugo, quando a velocidade varia dentro de limites pequenos, é determinada pelas expressões

A Figura 5 mostra um exemplo das características de um soprador centrífugo para várias velocidades n (rpm).

2 - Tipos de ventiladores

Classificação geral dos ventiladores: 

• centrífugos

• axiais

Ventilador centrífugo de pás inclinadas para frente

• em eficiência mais elevada que o ventilador de pás retas, mas não é adequado para trabalhar com ar contendo material particulado.
• Ocupa pouco espaço
• É bastante utilizado na ventilação geral diluidora e na ventilação para conforto ambiental, pois o ar insuflado para dentro do ambiente está praticamente isento de partículas.

Ventilador centrífugo de pás inclinadas para trás

Trabalha com velocidades maiores que os anteriores e possui duas características importantes:

• Apresenta a eficiência mais elevada
• Tem autolimitação de potência decorrente da forma de sua curva de potência

Se o motor de acionamento for selecionado para o pico da curva de potência, não existirá perigo de ocorrer sobrecarga

Ventiladores axiais:

1. Ventilador axial propulsor

 Indicado para movimentar grandes vazões de ar, com pequenos diferenciais de pressão.

• Vantagem: construído com grande simplicidade e, conseqüentemente, baixo custo.
• Normalmente é instalado sem duto
• Muito utilizado na ventilação geral diluidora

2. Ventilador de tubo axial

Trabalha com pressões maiores que o ventilador axial propulsor, com um rendimento maior. Isto é possível devido ao rotor com pás de melhor perfil aerodinâmico que o anterior e a presença do tubo axial.

Para aumentar ainda mais a eficiência, podem ser afixadas no interior do tubo axial, aletas estabilizadoras do fluxo.

3 - Leis dos ventiladores

As leis dos ventiladores são decorrentes da aplicação da teoria da similaridade às máquinas de fluxo. Elas são resumidas a seguir.

As equações de similaridade, anteriormente aplicadas às bombas,

,

para os ventiladores são escritas como:

, , e

n₁, n₂ = rotações dos ventiladores, rpm.

2. Ventilador trabalhando com mesma rotação (n = cte.) mas com massas específicas diferentes para o ar.

e

r ₁, r ₂ = massas específicas do ar

3. Ventiladores geometricamente semelhantes, trabalhando com mesma rotação (n = cte.) e com massas específicas iguais (r = cte.)

D₁, D₂ = diâmetros dos rotores dos ventiladores

Estas leis devem ser aplicadas com cautela pois, para grandes variações de vazão e rotores de tamanhos muito diferentes, a similaridade deixa de existir.

Um ventilador conectado a um sistema de dutos, apresenta uma vazão proporcional à perda de carga produzida pela tubulação de acordo com a equação:

DP = K_svQ²

Quando plotamos as curvas características do ventilador e do sistema de dutos em um único diagrama, a vazão de ar fornecida pelo ventilador corresponderá ao ponto de interseção das duas curvas (Figura abaixo). Neste ponto, o acréscimo de pressão produzido pelo ventilador equilibra a resistência ao escoamento oferecida pelo sistema de dutos.

Obviamente, as condições reais de operação de um ventilador conectado a um sistema de tubulações podem ser bem diferentes das condições de teste em laboratório, muitas vezes fazendo com que o seu desempenho seja diferente do previsto. A principal causa desta divergência é a instalação de acessórios como curvas, variações de diâmetro do duto, etc., próximo à sucção do ventilador. A presença de acessórios próximos à descarga também afeta o desempenho, embora em menor intensidade.

4 - Associação de ventiladores

Associação em série

Dois ventiladores ligados em série têm a mesma vazão e suas pressões totais são somadas. Na figura abaixo, as curvas características típicas de um ventilador e a resultante da associação de dois ventiladores, em série.

Associação em paralelo

Quando dois ventiladores são associados em paralelo, a pressão total produzida pelos ventiladores é única e as suas vazões individuais se somam.

Algumas aplicações requerem uma vazão variável. O controle de vazão de ventiladores usualmente é feito por:

• Variação da rotação do ventilador

• Estrangulamento do fluxo de ar por registros na sucção

• Estrangulamento do fluxo de ar por registros na descarga