Ventiladores Industriais - Funcionamento Aplicações e Seleção para Engenharia Mecânica

FACULDADE MULTIVIX ENGENHARIA MECÂNICA Gilberto Estevão Bastos Vila Velha 2024 MÁQUINAS DE FLUXO FUNCIONAMENTO APLICAÇÃO E SELEÇÃO DE VENTILADORES VENTILADORES São turbo máquinas geratrizes movidas também conhecida como máquinas dinâmicas que se destinam a produzir deslocamento de fluídos gasosos O ventilador atua como um veículo para criar um gradiente energético que permite o desejado escoamento do ar VENTILADORES O ventilador é uma máquina que produz fluxo de gás com duas ou mais pás fixadas a um eixo rotativo Os ventiladores convertem a energia mecânica rotacional aplicada aos seus eixos em aumento de pressão total do gás em movimento Esta conversão é obtida através da alteração do momento do fluido VENTILADOR X COMPRESSOR As normas e códigos de teste de potência da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos ASME limitam a definição de ventilador a máquinas que aumentam a densidade do gás em no máximo 7 à medida que percorre o trajeto desde a aspiração até a descarga Este é um aumento de aproximadamente 7620 Pa 762 milímetros de coluna dágua com base no ar padrão Para pressões superiores a 7620 Pa 762 milímetros de coluna dágua o dispositivo de movimentação do ar é um compressor ou soprador Centrifugal Fan Working Animation TCAE APLICAÇÃO DO VENTILADORES Condicionamento de temperatura resfriar ou aquecer Diluição ou remoção de gases Exaustão de vapores Remoção de material particulado despoeiramento Sistemas de combustão Renovação de ar FUNÇÃO DO VENTILADOR EXAUSTÃO OU INSUFLAMENTO Atmosfera Atmosfera EXAUSTÃO INSUFLAMENTO Exaustor Soprador Ventilador Ventilador PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DOS VENTILADORES PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DOS VENTILADORES 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑊 velocidade relativa nas posições radias r As direções e sentidos desses vetores são conhecidos pois são tangentes às pás do rotor 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑈 representam as velocidades tangenciais do rotor nas seções de entrada e saída Esses vetores são estabelecidos desde que sejam especificadas a geometria do rotor e a rotação 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑉 velocidade absoluta do escoamento que é a soma vetorial da velocidade relativa e da velocidade tangencial β ângulos entre o vetor velocidade relativa e a direção tangencial medidos em direção oposta ao giro do rotor PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DOS VENTILADORES 𝐻𝑒 altura de elevação acréscimo de pressão absoluta do fluído pelo ventilador 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑊 velocidade relativa nas posições radias 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑈 representa as velocidades tangenciais 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑉 velocidade absoluta do escoamento 𝐻𝑒 𝑊2² 𝑊1² 2𝑔 𝑉2² 𝑉1² 2𝑔 𝑈2² 𝑈1² 2𝑔 Energia proporcionada pela variação da força centrífuga Energia despendida para varia a velocidade relativo ao longo da pá Variação da energia cinética ou dinâmica COMPONENTES TÍPICOS DE UM VENTILADOR CENTRÍFUGO Anel interno Cone aspirante Rotor Carcaça EstruturaBase do acionamento Eixo de transmissão Motor elétrico Acoplamento COMPONENTES TÍPICOS DE UM VENTILADOR CENTRÍFUGO Cone aspirante Rotor Caixa de entrada opcional Placa frontal Placa traseira Pás do rotor Voluta Estrutura Base metálica Motor de acionamento Motor de acionamento COMPONENTES TÍPICOS DE UM VENTILADOR AXIAL Cone de saída Pás do rotor Motor acionamento direto Carcaça Pás do rotor ajustável Rotor Palhetas de guia Tambor do eixorolamento Motor acionamento por correia Rotor Bocal de entrada Cubo Guia da correia Carcaça Cubo Pás do rotor ajustável Ventilador Turbo Axial Ventilador Vane Axial CLASSIFICAÇÃO VENTILADORES Nível energético de pressão Até 200 mmH2O De 200 mmH2O a 800 mmH2O De 800 mmH2O a 2500 mmH2O Obs 100 mmH2O 001 kgfcm² Modalidade construtiva Centrífugo Helicoidal Hélicoaxiais Axiais Forma das pás Radiais retas Inclinadas para trás e planas Inclinadas para frente Curvas de saída radial Chapa lisa ou perfil em asa airfoil Número de entradas na aspiração Simples aspiração Dupla aspiração Número de rotores Simples estágio Dupla estágio CLASSIFICAÇÃO DOS VENTILADORES VENTILADORES TIPO PROJETO DO IMPULSOR CURVA DE PERFORMANCE CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES VENTILADORES CENTRÍFUGOS AIR FOIL INCLINADACURVA PARA TRÁS RADIAL CURVADA PARA FRENTE Maior eficiência entre os ventiladores centrífugos De 10 a 16 lâminas curvadas para trás em relação ao sentido de rotação Expansão eficiente ao ar ao passar pelas lâminas Possui as maiores velocidades de escoamento de projeto de ventiladores centrífugos As maiores eficiências ocorrem em 50 a 60 do volume totalmente aberto Este volume também tem boas características de pressão A potência atinge o máximo próximo do pico de máxima eficiência e se trona menor ou autolimitada em direção a entrega Aplicações gerais ventilação aquecimento e condicionamento de ar Geralmente aplicado em sistemas que requerem grandes capacidades para baixa média e alta pressão Aplicado em grandes sistemas industriais que requerem ar limpo e eficiência energética Possui eficiência um pouco menor que os do tipo air foil Devido a sua eficiência admite maiores velocidades de rotação De 10 a 16 lâminas curvadas para trás em relação ao sentido de rotação Expansão eficiente ao ar ao passar pelas lâminas Altas velocidades de escoamento em projeto de ventiladores centrífugos Sua performance é semelhando ao do tipo air foil exceto pela eficiência um pouco menor Aplicações gerais ventilação aquecimento e condicionamento de ar Utilizado em aplicações industriais onde pode ocorrer degradação ou erosão das pás do rotor Característica de pressão mais alta do que dos ventiladores aerodinâmicos A potência aumenta continuamente em direção ao aumento da vazão As pás podem ser totalmente radias R ou levemente modificadas M Em geral a pressão cai rapidamente após a pressão de pico e isso pode ser problema para alguns sistemas O pico de eficiência está razoavelmente distante do pico de pressão Principalmente em manuseio de materiais em plantas industriais Aplicações industriais que requerem elevado acréscimo de pressão estática Rotor simples com baixo custo de aquisição e de manutenção Não é aplicado em sistemas de ventilação e condicionamento de ar Curva de pressão mais plana porém apresenta menor eficiência do que os rotores com pás curvadas para trás Não pode ser utilizado na região a esquerda da pressão de pico A curva de potência aumento continuamente em direção aos maiores valores de vazão atenção na seleçõ do motor elétrico Curva de pressão com menor inclinação do que os rotores com as pás curvadas para trás Maior eficiência a direita da pressão de pico A curva de potência aumento continuamente em direção aos maiores valores de vazão atenção na seleçõ do motor elétrico Geralmente não é encontrado em aplicações industriais As principais aplicações são equipamentos residenciais de baixa pressão para ventilação e condicionamento de ar Baixa para moderada pressão até aprox 1250 Pa Não é recomendado para fluxos de ar úmidos ou secos carregados de contaminantes TIPO PROJETO DO IMPULSOR CURVA DE PERFORMANCE CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES VENTILADORES AXIAS HÉLICE PROPELLER TURBOAXIAL VANEAXIAL Baixa eficiência Limitado a aplicação de baixas pressões Geralmente tem baixo custo de aquisição e manutenção Os rotores tem geralmente duas ou mais pás de espessura única fixadas em um cubo relativamente pequeno Transferência de energia primária por pressão dinâmica Alta vazão de entrega Capacidade de muita baixa pressão Máxima eficiência na região quase plana de curva de pressão e consequentemente baixa potência consumida região de entrega gratuita O padrão de descarga de gás é circular com redemoinhos de fluxo de ar Geralmente para aplicações simples que possuem baixíssima perda de carga Para aplicações que exigem altas vazões de gás e baixa pressão como por exemplo ventilação de sistemas que não possuem dutos de ar Baixa pressão até aprox 250 Pa com pás simples e até aprox 500 Pa com pás tipo air foil Um pouco mais eficiente e com capacidade de desenvolver maior pressão estática do que o rotor de hélice propeller Geralmente possui de 4 a 8 pás com perfil aerodinâmico ou seção transversal de espessura única O cubo geralmente possuí diâmetro de no máxima 50 do diâmetro total das pás Transferência de energia primária por pressão dinâmica Alta vazão de entrega Capacidade de média pressão A curva de pressão cai a esquerda do pico de pressão evitar utilizar o ventilador nessa região O padrão de descarga de gás é circular com fluxo de ar que gira Aplicações em serviços para ventilação e condicionamento de ar no qual a distribuição do gás é realizada por dutos em exigência de alta vazão e média pressão Usado em algumas aplicações industriais tais como fornos de secagem cabines de pintura e exaustores de fumaça Baixa pressão até aprox 750 Pa O bom designe da lâmina proporciona ao ventilador capacidade de média e alta pressão com uma boa eficiência São os ventiladores axiais com maior eficiência A pás do rotor pode ter posso fixo ajustável ou controlável O cubo geralmente é maior que metade do diâmetro total das pás Média capacidade de vazão Capacidade de alta pressão A curva de pressão cai a esquerda do pico de pressão evitar utilizar o ventilador nessa região As palhetas guias corrigem o movimento circular transmitido pelo rotor e melhoram as características de pressão e eficiência do ventilador Sistemas em geral de ventilação e condicionamento de ar que exigem baixa média e alta pressão Sistemas onde são necessários fluxo direto e instalação compacta Utilizado em aplicações industriais de maior responsabilidade no lugar dos ventiladores turbo axiais Considerando a mesma vazão e pressão estática são mais compactos que os ventiladores centrífugos Moderada para alta pressão até aprox 2000 Pa SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE UM VENTILADOR Ventilador Centrífugo Um ventilador centrífugo consiste em uma roda ou impulsor montado em um eixo normalmente girando em um alojamento em forma de espiral O ar entra na roda axialmente e sai em um ângulo de 90 graus A rotação da roda transmite energia cinética ao ar entre ou ao longo das lâminas Essa energia cinética é convertida em pressão estática à medida que o ar desacelera ao sair da roda Os ventiladores centrífugos têm três designs básicos de impulsor curvado para frente radial e inclinado para trás Ventilador Axial São ventiladores nos quais o ar viaja através do ventilador ao longo do eixo do eixo do ventilador Ventiladores axiais são geralmente mais adequados para lidar com volumes médios a altos de ar relativamente limpo em baixas pressões estáticas e temperaturas Têm uma vantagem por serem compactos e moverem o ar em linha reta Eles têm aplicação limitada quando o fluxo de ar é empoeirado corrosivo ou explosivo pois os rolamentos e componentes de acionamento podem ser parcialmente expostos ao fluxo de ar e o rotor não são adequadas para fluxos de ar carregados de contaminantes Três tipos comuns de ventiladores axiais são tipo hélice tuboaxial e vaneaxial CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DE UM VENTILADOR Capacidade Vazão m³h e Pressão estática ou total Pa ou mmH2O Características e condições do gás a ser escoado Limitação de espaço para instalação do ventilador Sentido de giro do ventilador Tipo e arranjo de acionamento Controle de vazão ARRANJOS DE MONTAGEM DE VENTILADORES CENTRÍFUGO ARRANJOS DE MONTAGEM DE VENTILADORES AXIAIS ARRANJOS DE MONTAGEM DE VENTILADORES AXIAIS SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE UM VENTILADOR Determinar as condições do fluído a ser escoado Definir o projeto da instalação e o regime de operação Dimensionar eou selecionar o ventilador Estabelecer a vazão nominal de projeto Cálcular a altura manométrica ou acréscimo de pressão requerida 01 03 02 04 05 06 Determinar a potência e tipo de acionamento ESPECIFICAÇÃO DE UM VENTILADOR ROTACAO SENTIDO DAS PALHETAS E DE ROTAÇÃO QUANDO VISTO PELO MOTOR CARACTERISTICAS TECNICAS DADOS VALOR UNID VAZÃO 164824 m3h ELEVAÇÃO DE PRESSÃO ESTATICA 1500 mmCA TEMPERATURA DE OPERAÇÃO PROJETO MECÂNICO 30 C FLUÍDO AR DENSIDADE 11480 kgm3 ROTAÇÃO 1780 RPM RENDIMENTO TOTAL 81 POTÊNCIA CONSUMIDA NA TEMPERATURA DE TRABALHO 873 kW GD2 766 kgfm2 TORQUE DO REGISTRO 110 kgfm NOTAS 1 PINTURA 11 LIMPEZA JATEAMENTO AO METAL QUASE BRANCO SA 2 12 PARTES EXTERNAS 12 FUNDO UMA DEMÃO CAPROX 40 MICRA DE PRIMER EPOXI POLIAMIDA 13 ACABAMENTO SOMENTE NAS PARTES NÃO ISOLADAS UMA DEMÃO CAPROX 40 MICRA DE ESMALTE EPOXI POLIAMIDA COR FINAL CST EG 14 PARTES INTERNAS 14 FUNDO UMA DEMÃO CAPROX 30 MICRA DE ZARCÃO ÓXIDO DE FERRO 2 REFERÊNCIAS DO CLIENTE VENTILADORES DE AR DE COMBUSTÃO 3 A CARCAÇA DO VENTILADOR POS002 E A PEÇA DE INTERLIGAÇÃO SERÃO FORNECIDOS COM CLIPS PARA FIXAÇÃO DO REVESTIMENTO O MATERIAL PARA O REVESTIMENTO LÃ DE ROCHA CHAPA GALVANIZADA E PARAFUSOS E A MÃO DE OBRA PARA MONTAGEM É DE ESCOPO COMBUSTOL 4 LUBRIFICAÇÃO DOS MANCAIS 41 GRAXA ALVANIA N2 42 INTERVALO DE RELUBRIFICAÇÃO 800 HORAS 5 O MOTOR ELÉTRICO POS001 CONFORME DES B5272JX05190 SERÁ A CARGO DO CLIENTE 6 ATUADOR POSIÇÃO 021 FORNECIMENTO COMBUSTOL ESPECIF TÉCNICA B5204JET0105 MODELO STARFORT L 6x300 ABAFSPHDPCEZTZSHLFRM TORQUE MÁXIMO DO ATUADOR 1471 Nm 150 kgfm ATUADOR ELETROPNEUMÁTICO MODULANTE A DUPLO EFEITO CAMISA DO CILINDRO EM AÇO RETIFICADO AO CROMO DURO HASTE EM AÇO INOXIDÁVEL EQUIPADO COM POSICIONADOR PNEUMÁTICO A DUPLO EFEITO SINAL 315 PSIG E CONVERSOR ELETROPNEUMÁTICO PARA SER MONTADO EM SUPORTE ADJACENTE AO ATUADOR SINAL DE 420mA SAÍDA DE 315 PSIG COM FILTRO REGULADOR E MANÔMETRO PARA AMBOS CHAVE DE FIM DE CURSO PARA A SINALIZAÇÃO DA POSIÇÃO FECHADO 7 QUANTIDADE 01 CONJUNTO CONDIÇÕES DO FLUÍDO A SER ESCOADO Tipo de fluído gasoso a ser escoado Qual a finalidade de realizar o escoamento do fluído Temperatura umidade massa específica Possui sólidos em suspensão Quanto O fluído é agressivo a saúde ou ao meio ambiente Tem alguma condição especial de escoamento ESTABELENDO A VAZÃO NOMINAL DE PROJETO A taxa de escoamento de fluído gasoso deve ser previamente definida seja em vazão mássica ou em vazão volumétrica Os fluídos gasosos por serem compressíveis variam sensivelmente suas condições de escoamento conforme condições de pressão e temperatura Vazão de projeto 320 m³h 320 kgh 320 Nm³h 320 m³h ar padrão 320 m³h 30C e 101325 kPa Qual é a condição de pressão e temperatura ESCOAMENTO DE FLUÍDOS GASOSOS Exemplo Escoamento de 200 m³h de ar a 20C e 1 bar em um tubo de 120mm área de seção 00113 m² Ocorre mudanças na condição de escoamento onde inicial a temperatura sobe para 40C e posteriormente a pressão para 14 bar 𝑉 𝑄 𝐴 2003600 00113 492 𝑚𝑠 𝑄 ሶ𝑚 𝜌 2379 11133 2137 𝑚³ℎ ሶ𝑚 𝑄 𝜌 200 11895 2379 𝑘𝑔ℎ 𝑉 𝑄 𝐴 21373600 00113 525 𝑚𝑠 𝑄 ሶ𝑚 𝜌 2379 15588 1526 𝑚³ℎ 𝑉 𝑄 𝐴 15263600 00113 375 𝑚𝑠 20C e 1 bar 40C e 1 bar 40C e 14 bar ESCOAMENTO DE FLUÍDOS GASOSOS ሶ𝑚1 ሶ𝑚2 Relação das condições de escoamento ሶ𝑚 𝑄 𝜌 𝑄1 𝜌1 𝑄2 𝜌2 𝑄2 𝑄1 𝜌1 𝜌2 ሶ𝑚 massa específica 𝑄 vazão volumétrica 𝜌 massa específica Ar padrão Ar seco a 20ºC e 101325 kPa Sob essas condições o ar seco tem massa específica igual a 1204 kgm³ Obs 1 Pressão absoluta Obs 2 101325 Kpa 1013 bar 1 atm 103323mmH2O Condição normalizada Na condição normalizada a referência para o escoamento de qualquer fluído gasoso é temperatura igual a 21315 K 0C e pressão igual a 100 kPa condições o ar seco tem massa específica igual a 1276 kgm³ Obs 1 Pressão absoluta Obs 2 101325 Kpa 1013 bar 1 atm 103323mmH2O ESCOAMENTO DE FLUÍDOS GASOSOS 𝑄2 𝑄1 𝜌1 𝜌2 280 1204 1276 2642 𝑁𝑚3ℎ 280 m³h de ar na condição padrão para a condição normalizada 𝑄1 𝜌1 𝑄2 𝜌2 𝑄2 𝑄1 𝜌1 𝜌2 1440 1276 1579 11637 𝑚3ℎ 1440 m³h de ar na condição normalizada para condição de 80C e 160 kPa 𝑄1 𝜌1 𝑄2 𝜌2 𝑄2 𝑄1 𝜌1 𝜌2 120 8801 2158 4894 𝑚3ℎ 120 m³h na condição 25C e 75 bar para a condição 50C e 2 bar 𝑄1 𝜌1 𝑄2 𝜌2 PRESSÃO ESTÁTICA E PRESSÃO DINÂMICA Pressão Estática 𝑃𝑒 É a diferença entre a pressão absoluta em um determinado ponto em uma corrente de ar ou câmara pressurizada e a pressão absoluta da atmosfera ambiente sendo positiva quando a pressão neste ponto estiver acima da pressão ambiente e negativa quando estiver abaixo Atua igualmente em todas as direções independente da velocidade do ar e é uma medida da energia potencial disponível em uma corrente de ar Pressão Dinâmica 𝑃𝑑 É a pressão exigida para acelerar o ar da velocidade zero para alguma velocidade e é proporcional à energia cinética da corrente de ar A pressão de velocidade apenas será exercida na direção do fluxo de ar e é sempre positiva Pressão Total 𝑃𝑡 Soma algébrica da pressão dinâmica e estática É uma medida da energia total disponível na corrente de ar 𝑃𝑡 𝑃𝑒 𝑃𝑑 VENTILADOR E SISTEMA DE DUTOS DE VENTILAÇÃO Ventiladores convertem a energia mecânica rotacional aplicada aos seus eixos em aumento de pressão total do gás em movimento Esta conversão é obtida através da alteração do momento do fluido Para que uma taxa de fluído gasoso escoe ao longo de um duto ou tubo de um ponto até outro com uma pressão uma velocidade vencendo todas as resistência energia dissipada devido as perdas de carga um nível energético é requerido Esta energia é proporcionada pelo ventilador VENTILADOR E SISTEMA DE DUTOS DE VENTILAÇÃO Ventiladores convertem a energia mecânica rotacional aplicada aos seus eixos em aumento de pressão total do gás em movimento Esta conversão é obtida através da alteração do momento do fluido Para que uma taxa de fluído gasoso escoe ao longo de um duto ou tubo de um ponto até outro com uma pressão uma velocidade vencendo todas as resistência energia dissipada devido as perdas de carga um nível energético é requerido Esta energia é proporcionada pelo ventilador ACRÉSCIMO DE ENERGIA AO FLUÍDO PELO VENTILADOR No bocal de entrada do ventilador a pressão estática é menor que a pressão atmosférica tornando possível a entrada de ar no ventilador O ventilador transfere energia para o fluído pressão estática e pressão dinâmica para que o fluído possa escoar pelo duto e manter a vazão 𝐻 𝑃𝑎 𝑃𝑠 𝛾 𝑉𝑎² 𝑉𝑠² 2𝑔 𝐻 Altura manométrica 𝑃𝑎 Pressão no bocal de entrada 𝑃𝑠 Pressão no bocal de saída 𝑉𝑎 Velocidade no bocal de entrada 𝑉𝑠 Velocidade no bocal de saída 𝛾 Peso específico do fluído 𝑔 Aceleração da gravidade DIMENSIONAMENTO DOS DUTOS PARA PROJETO 1 Defina a quantidade de pontos de captação conforme necessidade 2 Determine a vazão requerida para cada ponto norma literatura código ou especificações para projeto 3 Elabore um projeto básico esboço fluxograma planta construindo o layout do sistema de acordo com os pontos de captação e espaço físico mostrando a interconexão da cada linha 4 Defina a velocidade de escoamento para as linhas norma literatura código ou especificações para projeto 5 Identifique cada linha e calcule os tamanhos de tubulações conforme velocidade requerida e especifique o tubo a ser aplicado para cada linha 6 Determine as conexões de aumento de seção 7 Elabore um fluxograma ou tabela com os dados de projeto para que seja elaborado o projeto detalhado VELOCIDADES RECOMENDADAS Garantir o funcionamento adequado do sistema de acordo com a sua finalidade apresentando confiabilidade eficiência e custo adequado Encontrada em normas literaturas recomendações de fabricantes e irá depender de Finalidade do sistema Transporte de material sólido Eficiência energética Balanço de custo Velocidade elevada vibração do sistema de dutos desgaste em menor tempo maior gasto energético redução de custo com dutos Velocidade baixa maior custo com dutos acumulo de materiais Seleção do diâmetro do duto Lay out básico do sistema definido Vazões em cada ramal definido Aplicar velocidades recomendadas conforme finalidade do projeto para balanço de custo eficiência e funcionalidade Velocidade em dutos buscar velocidades iguais nos ramais e troncos principais maioria dos casos Q V 𝐴 V 𝑄 𝐴 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS 15000 14000 14000 7000 6000 21000 9000 6750 6750 9000 9000 10000 10000 7500 9000 6000 12500 28500 10000 6000 5000 6250 5000 4800 6000 Ponto de captação Aumento de seção concêntrica Filtro de mangas Ventilador Chaminé de descarga 3100 m³h 2500 m³h 1700 m³h 1000 m³h 1000 m³h 1300 m³h 2200 m³h 𝑉𝑎𝑚𝑎𝑥 10𝑚𝑠 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 14𝑚𝑠 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS IDENTIFICAÇÃO 15000 14000 14000 7000 6000 21000 9000 6750 6750 9000 9000 10000 10000 7500 9000 6000 12500 28500 10000 6000 5000 6250 5000 4800 6000 Ponto de captação Aumento de seção concêntrica Filtro de mangas Ventilador Chaminé de descarga 3100 m³h 2500 m³h 1700 m³h 1000 m³h 1000 m³h 1300 m³h 2200 m³h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 𝑉𝑎𝑚𝑎𝑥 10𝑚𝑠 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 14𝑚𝑠 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS VAZÃO NOS TUBOS 15000 14000 14000 7000 6000 21000 9000 6750 6750 9000 9000 10000 10000 7500 9000 6000 12500 28500 10000 6000 5000 6250 5000 4800 6000 Ponto de captação Aumento de seção concêntrica Filtro de mangas Ventilador Chaminé de descarga 3100 m³h 2500 m³h 1700 m³h 1000 m³h 1000 m³h 1300 m³h 2200 m³h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 𝑉𝑎𝑚𝑎𝑥 10𝑚𝑠 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 14𝑚𝑠 4200 m³h 7300 m³h 8600 m³h 10800 m³h 2000 m³h 12800 m³h 12800 m³h 12800 m³h DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS Q V 𝐴 V 𝑄 𝐴 A 𝜋 𝐷² 4 D 2 4𝑄 𝑉 𝜋 ESPES kgm ESPES kgm ESPES kgm ESPES kgm ESPES kgm 18 1030 3236 120 027 172 036 14 1370 4304 165 049 223 063 38 1710 5372 165 052 231 085 12 2330 7320 210 099 276 126 34 2670 8388 165 100 210 127 287 168 1 3340 10493 165 128 276 208 337 249 1 14 4220 13258 165 164 276 268 355 336 1 12 4820 15142 165 189 276 310 368 402 2 6030 18944 165 238 276 390 391 540 2 12 7300 22934 210 365 304 525 515 853 3 8890 27929 210 450 304 640 549 1122 3 12 10160 31919 210 514 304 736 574 1380 4 11430 35908 210 578 304 830 601 1600 5 14530 45647 276 944 340 1150 655 2164 6 16830 52873 276 1120 340 1375 711 2810 8 21910 68832 276 1466 375 1983 635 3310 703 3655 817 4227 10 27300 85765 340 2249 419 2782 635 4144 779 5062 927 5994 12 32380 101725 419 3285 457 3581 635 4948 838 6482 952 7340 14 35560 111715 635 5431 792 6763 952 8080 952 8080 16 40640 127674 635 6230 792 7755 952 9264 552 9264 18 45720 143634 635 7015 792 8732 1112 12165 952 10448 20 50800 159593 635 7799 952 11632 1270 15406 952 16632 22 55900 175615 952 12816 24 60960 191511 635 952 952 14000 1427 20823 952 14000 26 66040 207471 952 16164 30 76200 239389 792 1270 1270 23324 1587 29032 952 17567 34 86760 272565 952 19935 36 96440 302975 952 21119 42 106680 335145 952 24671 SCH20 ØNOM Ø EXT Perímetro externo SCH30 STAND SCH05 SCH10 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS Q V 𝐴 V 𝑄 𝐴 A 𝜋 𝐷² 4 D 2 4𝑄 𝑉 𝜋 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS Trecho Vazão m³h Velocidade determinada ms Área m² Diâmetro interno calculado mm Selecionado Diâmetro externo mm Espessura da parede mm Diâmetro interno mm Velocidade no projeto ms 1 3100 10 0086111 33120 14 STD 3556 953 33654 969 2 1700 10 0047222 24527 10 STD 273 927 25446 929 3 2500 10 0069444 29743 12 STD 3238 953 30474 953 4 1000 10 0027778 18811 8 STD 2191 818 20274 861 5 1000 10 0027778 18811 8 STD 2191 818 20274 861 6 1300 10 0036111 21448 10 STD 273 927 25446 710 7 2200 10 0061111 27901 12 STD 3238 953 30474 838 8 4200 10 0116667 38551 16 STD 4064 953 38734 991 9 7300 10 0202778 50825 22 STD 559 953 53994 886 10 8600 10 0238889 55165 24 STD 610 953 59094 871 11 2000 10 0055556 26603 12 STD 3238 953 30474 762 12 10800 10 0300000 61820 26 STD 660 953 64094 930 13 12800 10 0355556 67301 28 STD 711 953 69194 946 14 12800 10 0355556 67301 28 STD 711 953 69194 946 15 12800 10 0355556 67301 24 STD 610 953 59094 1297 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS 15000 14000 14000 7000 6000 21000 9000 6750 6750 9000 9000 10000 10000 7500 9000 6000 12500 28500 10000 6000 5000 6250 5000 4800 6000 Ponto de captação Aumento de seção concêntrica Filtro de mangas Ventilador Chaminé de descarga 3100 m³h 2500 m³h 1700 m³h 1000 m³h 1000 m³h 1300 m³h 2200 m³h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3100 m³h 14 STD 969 ms 1700 m³h 10 STD 929 ms 2500 m³h 12 STD 953 ms 1000 m³h 8 STD 861 ms 4200 m³h 16 STD 991 ms 7300 m³h 22 STD 886 ms 1300 m³h 10 STD 710 ms 2200 m³h 12 STD 838 ms 8600 m³h 24 STD 871 ms 2000 m³h 12 STD 762 ms 10800 m³h 26 STD 930 ms 12800 m³h 28 STD 946 ms 12800 m³h 28 STD 946 ms 12800 m³h 24 STD 1297 ms 10 x 16 14 x 22 22 x 24 24 x 26 8 x 12 26 x 28 𝑉𝑎𝑚𝑎𝑥 10𝑚𝑠 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 14𝑚𝑠 PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA 𝑃𝑒 𝑓 𝐿 𝑉² D 2 𝑔 𝛾 𝑃𝑒 Variação da pressão estática 𝑓 Fator de atrito 𝐿 Comprimento linear de tubulação 𝑉 Velocidade de escoamento do fluido 𝐷 Diâmetro da tubulação 𝑔 Aceleração da gravidade 𝛾 Peso específico do fluído Equação de DarcyWeisback 𝑅𝑒 𝜌𝑉𝐷 𝜇 𝜌 Massa específica do fluído kgm³ 𝑉 Velocidade de escoamento ms 𝐷 Diâmetro interno do tubo m µ Viscosidade absoluta Pas Número de Reynolds 𝑅ugosidade relativa 𝜖 𝐷 𝜖 Rugosidade da parede do tubo 𝐷 Diâmetro interno do tubo Para escoamento transitório e turbulento o diagrama de Moody pode ser utilizados Calcular o número de Reynolds Determinar o diâmetro interno do tubo Determinar a rugosidade da parede do tubo Calcular a rugosidade relativa Determinar o fator de atrito PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA Material do Duto Rugosidade Absoluta mm Aço carbono sem revestimento e limpo 003 a 005 PVC 001 a 005 Alumínio 004 a 006 Aço Galvanizado com costura longitudinal e espaçamento de juntas de 12 m 005 a 010 Aço Galvanizado construido por rolamento com costura em espiral e juntas a 3m 006 a 012 Aço Galvanizado com costura em espiral com 1 2 ou 3 nervuras e juntas a 36 m 009 a 012 Aço Galvanizado com costura longitudinal e juntas a 760mm 015 Duto rígido de fibra de vidro 09 Duto revestido internamente com fibra de vidro 15 Duto metálico flexível totalmente estendido 12 a 21 Duto flexível de tecido e fios totalmente estendido 10 a 46 Concreto 13 a 30 Material Rugosidade equivalente mm Aço revestimento asfalto quente 03 a 09 Aço revestimento esmalte centrifugado 001 a 006 Aço enferrujado ligeiramente 015 a 03 Aço enferrujado 04 a 06 Aço muito enferrujado 09 a 24 Ferro galvanizado novo com costura 015 a 02 Ferro galvanizado novo sem costura 006 a 015 Ferro fundido revest asfalto 012 a 020 Ferro fundido com crostas 15 a 30 PVC e Cobre 0015 Cimentoamianto novo 005 a 010 PERDA DE CARGA EM ACESSÓRIOS PARA DUTOS E TUBULAÇÕES 𝑃𝑑 𝐾 𝑉² 2𝑔 𝛾 𝑃𝑑 Variação da pressão dinâmica 𝐾 Coeficiente de perda de carga da peça O valor de K é obtido em tabelas ábacos gráficos ou literatura técnica 𝑉 Velocidade média de escoamento do fluido na peça ou acessório 𝑔 Aceleração da gravidade 𝛾 Peso específico do fluído Equação de perda de carga em acessórios de dutos e tubulações Energia que o fluído gasoso cede devido ao escoamento em acessório de dutos tais como Bocas de captação ou tomadas de ar Bocas de saíde de fluxo Grelhas de insuflamento Registro de controle de vazão Curvas e cotovelos Alargamento graduais ou expansões Reduções Filtros A perda de carga em acessórios de dutos de tubulações é feita através do cálculo da altura representativa de velocidade pressão dinâmica Para isso é necessário conhecer a velocidade média de escoamento no acessório e o coeficiente de perda de carga da peça tabelado ou em normas e códigos de projeto PERDA DE CARGA EM ACESSÓRIOS PARA DUTOS E TUBULAÇÕES Entrada em dutos Saída com seção reduzida Saída em dutos Entrada em grelhas Saída em grelhas Saída em dutos com expansão Saída tipo chápéu PERDA DE CARGA EM ACESSÓRIOS PARA DUTOS E TUBULAÇÕES Alargamento de seção Curva 90 Curva 45 Cotovelo Curva de gomos Ampliação de seção PERDA DE CARGA EM ACESSÓRIOS PARA DUTOS E TUBULAÇÕES Derivação em curva Derivação em ângulo Derivação em ângulo Bifurcação Bifurcação Registro de veneziana Grelha simples PERDA DE CARGA EM ACESSÓRIOS PARA DUTOS E TUBULAÇÕES Boa prática para ligação de ramais Evitar zonas de baixa velocidade que pode resultar em acumulo de materiais Evitar zonas de alta velocidade que pode resultar em desgaste acentuado DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS 15000 14000 14000 7000 6000 21000 9000 6750 6750 9000 9000 10000 10000 7500 9000 6000 12500 28500 10000 6000 5000 6250 5000 4800 6000 Ponto de captação Aumento de seção concêntrica Filtro de mangas Ventilador Chaminé de descarga 3100 m³h 2500 m³h 1700 m³h 1000 m³h 1000 m³h 1300 m³h 2200 m³h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3100 m³h 14 STD 969 ms 1700 m³h 10 STD 929 ms 2500 m³h 12 STD 953 ms 1000 m³h 8 STD 861 ms 4200 m³h 16 STD 991 ms 7300 m³h 22 STD 886 ms 1300 m³h 10 STD 710 ms 2200 m³h 12 STD 838 ms 8600 m³h 24 STD 871 ms 2000 m³h 12 STD 762 ms 10800 m³h 26 STD 930 ms 12800 m³h 28 STD 946 ms 12800 m³h 28 STD 946 ms 10 x 16 14 x 22 22 x 24 24 x 26 8 x 12 26 x 28 12800 m³h 24 STD 1297 ms DIMENSIONAMENTO DE VENTILADOR Dimensionar um ventilador para um sistema de despoeiramento Temperatura do ambiente entre 20 e 30 C Vazão total 12800 m³h Para as condições de escoamento e material da tubulação aplicada no projeto utilizar fator de atrito igual a 0024 O coeficiente de perda de carga do filtro K é igual a 12 O coeficiente de perda de carga da torre K é igual a 8 EXEMPLO PERDA DE CARGA EM SISTEMA DE DUTOS Trecho Vazão m³h Selecionado Diâmetro interno mm Velocidade no projeto ms Comp linear de tubo mm Acessórios 1 3100 14 STD 33654 969 29000 Entrada com borda e grelha com passagem livre 70 1 curva 90 Rd 1 3 curva 45 3 registro tipo veneziana 1 saída para outro duto 1 2 1700 10 STD 25446 929 21000 Entrada com borda e grelha com passagem livre 70 1 curva 90 Rd 1 5 curva 45 1 registro tipo veneziana 1 saída para outro duto 1 3 2500 12 STD 30474 953 30000 Entrada com borda e grelha com passagem livre 70 1 curva 90 Rd 1 5 curva 45 1 registro tipo veneziana 1 derivação em ângulo 45 1 saída para outro duto 1 4 1000 8 STD 20274 861 6750 Entrada com borda e grelha com passagem livre 70 1 curva 90 Rd 1 3 curva 45 1 registro tipo veneziana 1 derivação em ângulo 30 1 saída para outro duto 1 5 1000 8 STD 20274 861 6750 Entrada com borda e grelha com passagem livre 70 1 curva 90 Rd 1 2 registro tipo veneziana 1 saída para outro duto 1 6 1300 10 STD 25446 710 9000 Entrada reta 1 cotovelo 90 3 curva 45 2 registro tipo veneziana 1 derivação em ângulo 60 1 saída para outro duto 1 7 2200 12 STD 30474 838 9000 Entrada reta 1 cotovelo 90 2 curva 45 1 registro tipo veneziana 1 derivação em ângulo 60 1 saída para outro duto 1 8 4200 16 STD 38734 991 6000 Ampliação 301 derivação em ângulo 45 1 saída para outro duto 1 9 7300 22 STD 53994 886 10000 Ampliação 301 curva de gomos RD 1 e 5 peças 3 10 8600 24 STD 59094 871 10000 Ampliação 301 curva de gomos RD 1 e 5 peças 2 11 2000 12 STD 30474 762 44500 Curva 90 Rd 1 7 curva 45 5 cotovelo 60 2 derivação em ângulo 60 1 12 10800 26 STD 64094 930 35000 Ampliação 201 curva de gomos RD 1 e 5 peças 4 13 12800 28 STD 69194 946 11250 Ampliação 201 curva de gomos RD 1 e 5 peças 1 14 12800 28 STD 69194 946 5000 Filtro de mangas 1 registro tipo veneziana 2 curva de gomos RD 1 e 5 peças 1 15 12800 24 STD 610 1297 10800 curva de gomos RD 1 e 5 peças 1 torre de descarga 1 registro tipo veneziana 1 EXEMPLO PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA EM SISTEMA DE DUTOS 𝑃𝑒 𝑓 𝐿 𝑉² D 2 𝑔 𝛾 𝑃𝑒 Variação da pressão estática 𝑓 Fator de atrito 𝐿 Comprimento linear de tubulação 𝑉 Velocidade de escoamento do fluido 𝐷 Diâmetro da tubulação 𝑔 Aceleração da gravidade 𝛾 Peso específico do fluído Exemplo de cálculo para trecho 1 do sistema de dutos Fator de atrito 0024 já foi dado mas em condições normais é preciso calcular Atenção para as unidades estarem no sistema internacional para se ter o resultado em Pa Pascal e depois conforme necessidade converter para milímetros de coluna de água mmH2O 𝑃𝑒 0024 29𝑚 969² 033654 2 981 11812 𝑃𝑒 1169 Pa 𝑃𝑒𝑚𝑚𝐻2𝑂 𝑃𝑒𝑃𝑎 0102 𝑃𝑒𝑚𝑚𝐻2𝑂 1169 0102 𝑃𝑒𝑚𝑚𝐻2𝑂 1192 EXEMPLO PERDA DE CARGA LOCALIZA EM SISTEMA DE DUTOS Exemplo de cálculo para trecho 1 do sistema de dutos Entrada com borda e grelha com passagem livre 70 1 curva 90 Rd 1 3 curva 45 3 registro tipo veneziana 1 saída para outro duto 1 𝑃𝑑 𝐾 𝑉² 2𝑔 𝛾 𝑃𝑑 Variação da pressão dinâmica 𝐾 Coeficiente de perda de carga da peça O valor de K é obtido em tabelas ábacos gráficos ou literatura técnica 𝑉 Velocidade média de escoamento do fluido na peça ou acessório 𝑔 Aceleração da gravidade 𝑃𝑑 2 05 048 03 15 1 969² 2 981 1181 𝑃𝑑 3267 Pa 𝑃𝑑𝑚𝑚𝐻2𝑂 𝑃𝑑𝑃𝑎 0102 𝑃𝑑 3267 Pa 0102 3332mmH2O EXEMPLO PERDA DE CARGA ACESSÓRIOS PARA DUTOS Trecho Vazão m³h Selecionado Diâmetro interno mm Velocidade no projeto ms Comp linear de tubo mm Perda de carga distribuída mmH2O K total Perda de caga localizada mmH2O Perda de carga total mmH2O 1 3100 14 STD 33654 969 29000 1191 578 3329 4520 2 1700 10 STD 25446 929 21000 1050 590 3127 4176 3 2500 12 STD 30474 953 30000 1316 618 3443 4760 4 1000 8 STD 20274 861 6750 364 576 2621 2985 5 1000 8 STD 20274 861 6750 364 532 2421 2784 6 1300 10 STD 25446 710 9000 263 659 2042 2305 7 2200 12 STD 30474 838 9000 306 564 2433 2739 8 4200 16 STD 38734 991 6000 224 156 940 1164 9 7300 22 STD 53994 886 10000 214 088 424 638 10 8600 24 STD 59094 871 10000 189 047 219 409 11 2000 12 STD 30474 762 44500 1250 336 1198 2448 12 10800 26 STD 64094 930 35000 696 087 462 1159 13 12800 28 STD 69194 946 11250 214 027 148 363 14 12800 28 STD 69194 946 5000 095 137 7528 7623 15 12800 28 STD 69194 946 10800 206 82 8470 8923 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DUTOS 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑒𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 Pressão na entrada do ventilador Pe 38073 mmH2O Pressão na saída do ventilador Ps 8923 mmH2O 𝑃𝑒 𝑃𝑠 CALCULO DO GANHO DE PRESSÃO NO VENTILADOR 𝐻 𝑃𝑠 𝑃𝑎 𝛾 𝑉𝑠² 𝑉𝑎² 2𝑔 𝐻 Altura manométrica 𝑃𝑎 Pressão no bocal de entrada 𝑃𝑠 Pressão no bocal de saída 𝑉𝑎 Velocidade no bocal de entrada 𝑉𝑠 Velocidade no bocal de saída 𝛾 Peso específico do fluído 𝑔 Aceleração da gravidade Energia de pressão também designado como pressão estática que o ventilador acrescenta ao fluído para que este possa escoar e vencer as resistências Energia cinética que o ventilador adiciona ao fluído para que este tenha uma velocidade de escoamento a uma certa pressão para manter a vazão ao longo do duto 𝑃𝑒 𝑃𝑠 𝑃𝑎 𝑃𝑒 8923 38073 𝑃𝑒 46995 𝑚𝑚𝐻2𝑂 Acréscimo de pressão estática 𝑃𝑑 𝑉𝑠2 𝑉𝑎² 2𝑔 𝛾 Acréscimo de pressão dinâmica 𝑃𝑑 1297² 946² 2 981 1181 4739𝑃𝑎 4739𝑃𝑎 0102 483 𝑚𝑚𝐻2𝑂 CALCULO DO GANHO DE PRESSÃO TOTAL NO VENTILADOR 𝐻 𝑃𝑠 𝑃𝑎 𝛾 𝑉𝑠² 𝑉𝑎² 2𝑔 𝐻 Altura manométrica 𝑃𝑎 Pressão no bocal de entrada 𝑃𝑠 Pressão no bocal de saída 𝑉𝑎 Velocidade no bocal de entrada 𝑉𝑠 Velocidade no bocal de saída 𝛾 Peso específico do fluído 𝑔 Aceleração da gravidade Energia de pressão também designado como pressão estática que o ventilador acrescenta ao fluído para que este possa escoar e vencer as resistências Energia cinética que o ventilador adiciona ao fluído para que este tenha uma velocidade de escoamento a uma certa pressão para manter a vazão ao longo do duto 𝑃𝑡 𝑃𝑒 𝑃𝑑 𝑃𝑡 46995 483 𝑃𝑡 47478 𝑚𝑚𝐻2𝑂 O acréscimo de pressão total no ventilador e dado pela soma do acréscimo de pressão estática e da pressão dinâmica 𝑃𝑡 47478 0102 465471 𝑃𝑎 CALCULO DO GANHO DE PRESSÃO ESTÁTICA NO VENTILADOR Pressão total na entrada do ventilador linhas de 1 a 13 38073 mmH2O Pressão total na saída do ventilador linhas de 14 a 15 8923 mmH2O O ventilador irá trabalhar na curva 12800m³h e pressão estática 46995 mmH2O 𝑃𝑒 𝑃𝑠 𝑃𝑎 𝑃𝑒 8923 38073 𝑃𝑒 46995 𝑚𝑚𝐻2𝑂 CONSIDERAÇÕES ADICIONAIS PARA A PRESSÃO ESTÁTICA Em geral é acrescentado um fator de segurança na pressão estática que o ventilador deve acrescentar no fluído devido as seguintes razões Cobrir erros e aproximações no processo de cálculo Absorver variações no processo e operação do sistema Cobrir desgastes e perdas de eficiência futuras do sistema Obstruções do sistema de dutos Em geral é acrescentado de 5 a 20 dependendo das premissas e complexidade do projeto Fator de segurança aplicado a pressão estática para seleção do ventilador Correção da perda de carga para Ar contendo partículas em suspensão 𝐴 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 POTÊNCIA PERDAS E RENDIMENTOS DO VENTILADOR Potência Motriz 𝑁𝑚 Potência de Elevação 𝑁𝑒 Potência Útil 𝑁𝑢 Perdas Mecânicas Atrito nos mancais de rolamentos Contato do eixo com a carcaça do ventilador Torsão do eixo e vibração Aquecimento e deslocamento da massa de lubrificante Perdas fluidodinâmica Atrito do fluído com as pás do rotor carcaça do ventilador e cone aspirante Aceleração e desaceleração do gás no interior da ventilador Mudanças de direção do gás desde a entrada do gás até a saída da bomba Turbilhonamentos expansão e contração do gás POTÊNCIA PERDAS E RENDIMENTOS DO VENTILADOR 𝑁 Potência requerida 𝐻 Altura manométrica total devido a Pe e Pd 𝑃𝑡 Ganho de pressão total no ventilador PePd 𝑄 Vazão total 𝛾 Peso específico 𝑡 Rendimento total 𝑁 𝐻𝑡 𝑄 𝛾 𝑡 𝜌 𝑁𝑒 𝑁𝑚 𝜌 Rendimento mecânico 𝑁𝑒 Potência de elevação 𝑁𝑚 Potência motriz 𝜖 𝑁𝑢 𝑁𝑒 𝜖 Rendimento fluido 𝑁𝑢 Potência útil 𝑁𝑒 Potência de elevação 𝑡 𝐿𝑢 𝐿𝑚 𝑡 Rendimento total 𝑁𝑢 Potência de elevação 𝑁𝑚 Potência motriz Rendimento Mecânico Rendimento Fluidodinâmico Rendimento Total 𝑁 𝑃𝑡 𝑄 𝑡 POTÊNCIA PERDAS E RENDIMENTOS DO VENTILADOR 𝑁 Potência requerida 𝐻 Altura manométrica total devido a Pe 𝑃𝑒 Ganho de pressão estática no ventilador 𝑄 Vazão total 𝛾 Peso específico 𝑒 Rendimento estático 𝑁 𝐻𝑒 𝑄 𝛾 𝑒 𝜌 𝑁𝑒 𝑁𝑚 𝜌 Rendimento mecânico 𝑁𝑒 Potência de elevação 𝑁𝑚 Potência motriz 𝜖 𝑁𝑢 𝑁𝑒 𝜖 Rendimento fluido 𝑁𝑢 Potência útil 𝑁𝑒 Potência de elevação 𝑒 𝐿𝑢 𝐿𝑚 𝑒 Rendimento estático 𝑁𝑢 Potência de elevação 𝑁𝑚 Potência motriz Rendimento Mecânico Rendimento Fluidodinâmico Rendimento Estático 𝑁 𝑃𝑒 𝑄 𝑒 EXEMPLO DE CÁLCULO DA POTÊNCIA 𝑁 𝐻𝑡 𝑄 𝛾 𝑡 Calcular a potência requerida utilizando os dados do sistema para um ventilador centrífugo que tem rendimento total η𝑡 igual a 072 O potência requerida no eixo do ventilador é de aproximadamente 23 kW Ponto requerido de operação do sistema Vazão 12800m³h e Pressão total 46995 mmH2O 460735 Pa Pressão total 47478 mmH2O 465471 Pa Peso específico do ar a 20C 11811 Nm³ 𝑁 465471 11811 12800 3600 11811𝑁𝑚³ 072 𝑁 22986 𝑊 23 𝑘𝑊 𝑁 𝑃𝑡 𝑄 𝑡 𝑁 465471 12800 3600 072 𝑁 229862 𝑊 23 𝑘𝑊 𝐻𝑡 𝑃𝑡 𝛾 PONTO DE OPERAÇÃO DO VENTILADOR Ponto de operação Vazão de ar m³h Pressão mmH2O 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Curva de performance do ventilador Curva do sistema Rotação 1750 RPM Massa específica do ar 1204 kgm³ Pressão estática com vazão nula Vazão com descarga livre CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR A curva de desempenho de um ventilador é uma representação gráfica de seu desempenho Esta curva normalmente cobre todo o intervalo desde a descarga livre sem obstruções ao fluxo até vazão zero um sistema totalmente vedado sem nenhum fluxo de ar As seguintes características podem ser representadas graficamente em função da vazão Q Pressão Estática Pe Pressão Total Pt Potência cv Rendimento Estático do Ventilador hs Rendimento Total do Ventilador ht A densidade do gás r o tamanho do ventilador e a rotação N são geralmente constantes durante toda a curva e devem ser expressados VAZÃO Q PRESSÃO P POTÊNCIA EFICIÊNCIA ROTOR DE 30 a 1200 RPM OPERAÇÃO NA CONDIÇÃO DE AR PADRÃO 𝑡 𝑒 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑃𝑡 𝑃𝑒 CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR Vazão Q Pressão P Vazão Q Pressão P Ventilador Desejado Ventilador Desejado Atual Sistema calculado e Ventilador selecionado corretamente Ventilador ou velocidade do ventilador selecionado incorretamente CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR Vazão Q Pressão P Ventilador Desejado Atual Vazão Q Pressão P Ventilador Desejado Atual Pressão estática do sistema calculada incorretamente Pressão estática do sistema calculada e ventilador selecionado incorretamente TIPO PROJETO DO IMPULSOR CURVA DE PERFORMANCE CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES VENTILADORES CENTRÍFUGOS AIR FOIL INCLINADACURVA PARA TRÁS RADIAL CURVADA PARA FRENTE Maior eficiência entre os ventiladores centrífugos De 10 a 16 lâminas curvadas para trás em relação ao sentido de rotação Expansão eficiente ao ar ao passar pelas lâminas Possui as maiores velocidades de escoamento de projeto de ventiladores centrífugos As maiores eficiências ocorrem em 50 a 60 do volume totalmente aberto Este volume também tem boas características de pressão A potência atinge o máximo próximo do pico de máxima eficiência e se trona menor ou autolimitada em direção a entrega Aplicações gerais ventilação aquecimento e condicionamento de ar Geralmente aplicado em sistemas que requerem grandes capacidades para baixa média e alta pressão Aplicado em grandes sistemas industriais que requerem ar limpo e eficiência energética Possui eficiência um pouco menor que os do tipo air foil De 10 a 16 lâminas curvadas para trás em relação ao sentido de rotação Expansão eficiente ao ar ao passar pelas lâminas Altas velocidades de escoamento em projeto de ventiladores centrífugos Sua performance é semelhando ao do tipo air foil exceto pela eficiência um pouco menor Aplicações gerais ventilação aquecimento e condicionamento de ar Utilizado em aplicações industriais onde pode ocorrer degradação ou erosão das pás do rotor Característica de pressão mais alta do que dos ventiladores aerodinâmicos A potência aumenta continuamente em direção ao aumento da vazão As pás podem ser totalmente radias R ou levemente modificadas M Em geral a pressão cai rapidamente após a pressão de pico e isso pode ser problema para alguns sistemas O pico de eficiência está razoavelmente distante do pico de pressão Principalmente em manuseio de materiais em plantas industriais Aplicações industriais que requerem elevado acréscimo de pressão estática Rotor simples com baixo custo de aquisição e de manutenção Não é aplicado em sistemas de ventilação e condicionamento de ar Curva de pressão mais plana porém apresenta menor eficiência do que os rotores com pás curvadas para trás Não pode ser utilizado na região a esquerda da pressão de pico A curva de potência aumento continuamente em direção aos maiores valores de vazão atenção na seleçõ do motor elétrico Curva de pressão com menor inclinação do que os rotores com as pás curvadas para trás Maior eficiência a direita da pressão de pico A curva de potência aumento continuamente em direção aos maiores valores de vazão atenção na seleçõ do motor elétrico Geralmente não é encontrado em aplicações industriais As principais aplicações são equipamentos residenciais de baixa pressão para ventilação e condicionamento de ar TIPO PROJETO DO IMPULSOR CURVA DE PERFORMANCE CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES VENTILADORES AXIAS HÉLICE PROPELLER TURBOAXIAL VANEAXIAL Baixa eficiência Limitado a aplicação de baixas pressões Geralmente tem baixo custo de aquisição e manutenção Os rotores tem geralmente duas ou mais pás de espessura única fixadas em um cubo relativamente pequeno Transferência de energia primária por pressão dinâmica Alta vazão de entrega Capacidade de muita baixa pressão Máxima eficiência na região quase plana de curva de pressão e consequentemente baixa potência consumida região de entrega gratuita O padrão de descarga de gás é circular com redemoinhos de fluxo de ar Geralmente para aplicações simples que possuem baixíssima perda de carga Para aplicações que exigem altas vazões de gás e baixa pressão como por exemplo ventilação de sistemas que não possuem dutos de ar Um pouco mais eficiente e com capacidade de desenvolver maior pressão estática do que o rotor de hélice propeller Geralmente possui de 4 a 8 pás com perfil aerodinâmico ou seção transversal de espessura única O cubo geralmente possuí diâmetro de no máxima 50 do diâmetro total das pás Transferência de energia primária por pressão dinâmica Alta vazão de entrega Capacidade de média pressão A curva de pressão cai a esquerda do pico de pressão evitar utilizar o ventilador nessa região O padrão de descarga de gás é circular com fluxo de ar que gira Aplicações em serviços para ventilação e condicionamento de ar no qual a distribuição do gás é realizada por dutos em exigência de alta vazão e média pressão Usado em algumas aplicações industriais tais como fornos de secagem cabines de pintura e exaustores de fumaça O bom designe da lâmina proporciona ao ventilador capacidade de média e alta pressão com uma boa eficiência São os ventiladores axiais com maior eficiência A pás do rotor pode ter posso fixo ajustável ou controlável O cubo geralmente é maior que metade do diâmetro total das pás Média capacidade de vazão Capacidade de alta pressão A curva de pressão cai a esquerda do pico de pressão evitar utilizar o ventilador nessa região As palhetas guias corrigem o movimento circular transmitido pelo rotor e melhoram as características de pressão e eficiência do ventilador Sistemas em geral de ventilação e condicionamento de ar que exigem baixa média e alta pressão Sistemas onde são necessários fluxo direto e instalação compacta Utilizado em aplicações industriais de maior responsabilidade no lugar dos ventiladores turbo axiais Considerando a mesma vazão e pressão estática são mais compactos que os ventiladores centrífugos CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR Pressão Estática com vazão nula Condição de operação em que a descarga do ventilador encontrase completamente fechada resultando em nenhum fluxo de ar Condição de descarga livre Nesta condição de operação a pressão estática através do ventilador é zero e a vazão é máxima Intervalo de Aplicação É o intervalo de vazões e pressões de operação determinado pelo fabricante no qual um ventilador irá operar satisfatoriamente CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR Quanto menor a área de passagem livre na entrada do ventilador menor será a vazão de gás a pressão estática acrescida no gás e consequentemente a potência consumida O dumper válvula tipo veneziana é aplicada para controle de carga no ventilador para situações específicas partida parada controle de processo DUMPER NA ENTRADA E NA SAÍDA DO VENTILADOR Devido as características de projeto e necessidades de operação dumpers válvulas tipo venezianas ou de outros tipos podem ser instaladas na entrada ou na saída do ventilador com as seguintes funções Ajuste de vazão de operação Ajuste de pressão estática Ajuste de potência Partida ou parada do ventilador Operação do ventilador DUMPER NA ENTRADA E NA SAÍDA DO VENTILADOR CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR DUMPER NA ENTRADA Ponto de operação com o dumper 100 aberto Vazão de ar m³h Pressão mmH2O 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Curva de performance do ventilador Curva do sistema Rotação 1750 RPM Massa específica do ar 1204 kgm³ Pressão estática com vazão nula Vazão com descarga livre 100 90 80 70 60 Dumper na entrada modifica a curva de performance do ventilador ficando a curva do sistema inalterada CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR Vazão de ar m³h Pressão mmH2O 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Curva de performance do ventilador Curva do sistema Ponto de operação válvula 100 aberta Ponto de operação válvula 60 aberta Rotação 1750 RPM Massa específica do ar 1204 kgm³ CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR DUMPER NA SAÍDA Vazão de ar m³h Pressão mmH2O 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Curva de performance do ventilador Curvas do sistema de acordo com a abertura do dumper Rotação 1750 RPM Massa específica do ar 1204 kgm³ Pressão estática com vazão nula Vazão com descarga livre Dumper na entrada modifica a curva do sistema devido ao aumento da perda de carga 100 90 80 70 60 50 CURVA DE PERFORMANCE DO VENTILADOR Vazão de ar m³h Pressão mmH2O 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Curva de performance do ventilador 1750 RPM Curva do sistema 14000 Ponto de operação 1750 RPM Ponto de operação 1450 RPM Curva de performance do ventilador 1450 RPM LEIS DE SEMELHANÇA PARA VENTILADORES 𝑄2 𝑄1 𝑛2 𝑛1 𝑃2 𝑃1 𝑛22 𝑛12 𝑁2 𝑁1 𝑛23 𝑛13 𝑃 Pressão total estática ou dinâmica 𝐷 Diâmetro do rotor da ventilador 𝑄 Vazão de recalque do ventilador 𝑛 Rotação do ventilador 𝑁 Potência requerida pelo ventilador 𝑃2 𝑃1 𝐷2 2 𝐷1 2 𝑄2 𝑄1 𝐷2 3 𝐷1 3 𝑁2 𝑁1 𝐷2 5 𝐷1 5 Variação da rotação do ventiladorn Alteração no diâmetro do rotor do ventilador D 𝑃2 𝑃1 𝑄2 2 𝑄1 2 Relação P e Q MUDANÇA NA ROTAÇÃO DO VENTILADOR 𝑄2 𝑄1 𝑛2 𝑛1 𝑃2 𝑃1 𝑛22 𝑛12 𝑁2 𝑁1 𝑛23 𝑛13 Variação da rotação do ventiladorn Mesmo ventilador Sem variação no sistema Mesmo diâmetro do rotor Sem alteração da massa específica do gás MUDANÇA NO DIÂMETRO DO ROTOR DO VENTILADOR Mesmo ventilador Sem variação no sistema Velocidade constante Sem alteração da massa específica do gás 𝑃2 𝑃1 𝐷2 2 𝐷1 2 𝑄2 𝑄1 𝐷2 3 𝐷1 3 𝑁2 𝑁1 𝐷2 5 𝐷1 5 Alteração no diâmetro do rotor do ventilador D MUDANÇA NA MASSA ESPECÍFICA DO FLUIDO VAZÃO CONSTANTE Mesmo ventilador Volume constante Vazão contante Rotação constante Sistema constante 𝑄2 𝑄1 𝑃2 𝑃1 𝜌2 𝜌1 𝑁2 𝑁1 𝜌2 𝜌1 Alteração na massa específico do fluído e vazão constante A vazão do ventilador Q não será alterada em virtude da densidade Um ventilador é uma máquina de volume constante e produzirá a mesma vazão independentemente da densidade do ar EXEMPLO DE APLICAÇÃO CONDIÇÃO DE OPERAÇÃO E PADRÃO Um ventilador deverá ser selecionado para entregar 52000m³h de ar a 78C massa específica 1006 kgm³ com um acréscimo de pressão estática de 1200 Pa Como as curvas de performance dos ventiladores de um dado fabricante foram elaboradas para as condições padrões ar a 20C e massa específica 1204 kgm³ quais valores deverão ser utilizado para seleção do ventilador Se a potência consumida na condição padrão é 287 kW qual será a potência consumida na condição de operação 𝑄2 𝑄1 𝑃2 𝑃1 𝜌2 𝜌1 𝑁2 𝑁1 𝜌2 𝜌1 𝑄2 52000𝑚3ℎ 𝑃2 𝑃1 𝜌2 𝜌1 1200 1204 1006 143618 𝑃𝑎 𝑁2 𝑁1 𝜌2 𝜌1 287 1006 1204 2398 𝑘𝑊 CURVAS DE PERFORMANCE DE VENTILADORES CENTRÍFUGOS Pá radial Pá inclinada para trás Pá curvada para frente Air foil CURVAS DE PERFORMANCE DE VENTILADORES AXIAIS Ventilador propeler Vane axial alta performance São ventiladores aplicados quando se deseja uma grande vazão de gás com uma baixa pressão estática Tem como característica alto nível de ruído e o rendimento menor do que o dos ventiladores centrífugos FATORES PARA SELEÇÃO DE VENTILADORES Fatores Econômicos Fatores Técnicos Custo de aquisição do ventilador Custo de instalação do ventilador Custos com operação e manutenção Vazão máxima requerida Pressão total requerida Potência Requerida Fluído exaurido ou insuflado Local de instalação e operação MÉTODOS DE SELEÇÃO DE VENTILADORES ROTAÇÃO ESPECÍFICA Métodos de seleção de ventiladores Cartas e manuais de seleção de fabricantes Programa computacionais Rotação específica Rotação específica velocidade de rotação de ventiladores ou sopradores geometricamente semelhante que produzirá uma pressão estática de 248 Pa com uma vazão de 0000472 m³s Utilizado como critério para selecionar o tipo de dispositivo de movimentação de ar mais adequado para uma aplicação 𝑛𝑠 166 𝑛 𝑄 4 𝑃𝑒³ 𝑛𝑠 Rotação específica rpm 𝑛 Rotação do ventilador rpm 𝑄 Vazão de recalque da bomba m³s 𝑃𝑒 Pressão estática Pa MÉTODOS DE SELEÇÃO DE VENTILADORES ROTAÇÃO ESPECÍFICA REQUISITOS PARA CONSULTA TÉCNICAECONÔMICA DO VENTILADOR Determinadas informações são essenciais e exigidas para que um determinado fornecedor de ventilador possa ofertar um equipamento que melhor satisfaça a aplicação pretendida atendendo os critérios de eficiência e confiabilidade durante sua operação Essas informações são Vazão de gás volume por unidades de tempo Pressão total pressão estática pressão dinâmica Densidade do gás que será aspirado pelo ventilador Altitude do local de instalação Natureza do gás composição temperatura umidade se é tóxico explosivo corrosivo ou se tem sólidos suspensos Ruído limite máximo Tipo de ventilador e disposição Tipo de acionamento direto com acoplamento redutor polia e correia SELEÇÃO DE VENTILADORES ATRAVÉS DE TABELAS