mÁquinas de fluxo - kaiohdutra.files.wordpress.com · os ângulos de entrada e saída das pás...
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Definição◦Ventiladores são Turbomáquinas operatrizes,
também designadas por máquinas turbodinâmicas,que se destinam a produzir o deslocamento degases.
◦Os ventiladores são usados nas industrias emventilação, climatização e em processos industriais,como na indústria siderúrgica nos alto-fornos e emsinterização; em muitas indústrias nas instalaçõesde caldeiras; em pulverizadores de carvão, emqueimadores, em certos transportadorespneumáticos e em muitas outras aplicações.
Prof.: Kaio Dutra
Classificação◦Segundo a modalidade construtiva:◦ Centrífugos;
◦Hélico-centrífugos;
◦Axiais.
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Classificação◦Segundo a forma das pás:◦ Pás radiais retas;
◦ Pás inclinadas para trás,planas ou curvas;
◦ Pás inclinadas para frente;
◦ Pás inclinadas de saídaradial.
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Classificação◦Segundo o número de entradas deaspiração no rotor:◦ Entrada unilaterial ou simples aspiração;
◦ Entrada bilateral ou dupla aspiração
◦Segundo o número de entradas deaspiração no rotor:
◦ Simples estágio;
◦Duplo estágio.
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Fundamentos e TeoriaDiagrama de Velocidades
◦Onde:◦ U é a velocidade circunferencial,
periférica, tangente àcircunferência;
◦ W é a velocidade relativa dapartícula percorrendo a trajetóriacorrespondente ao perfil da pá;
◦ V é a velocidade absoluta, somavetorial de U e W.
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Fundamentos e TeoriaExemplo
◦ Um ventilador de fluxo axial opera a 1200 rpm. O diâmetro da ponta da pá é 1,1m e odiâmetro eixo é 0,8m. Os ângulos de entrada e saída das pás são 30° e 60°, respectivamente.Pás-guia de entrada dão um ângulo de 30° ao escoamento absoluto entrando no primeiroestágio. O fluido é ar na condição padrão e o escoamento pode ser consideradoincompressível. Não há variação na componente axial da velocidade através do eixo. Admitaque o escoamento relativo entra e sai do rotor nos ângulos geométricos da pá e use aspropriedades do raio médio da pá para os calculos. Para estas condições idealizadas, desenheo diagrama de velocidade de entrada, determine a vazão em volume do ventilador, desenhe odiagrama de velocidade de saída e calcule a potência e o torque mínimo neccessários paraacionar o ventilador.
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a) Diagrama de velocidade de entrada e saída
b) Vazão em volumec) Torque no rotord) Potência requerida
Fundamentos e TeoriaPotências
◦ Potência útil: Adquirida pelo fluido em suapassagem pelo ventilador;
◦ Potência de elevação: Cedida pelas pás dorotor ao fluido;
◦ Potência Motriz: Potência fornecida pelamotor ao eixo do ventilador.
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Potência motriz:
Potência motriz em cv:
Fundamentos e TeoriaRendimentos
◦Redimento Hidráulico:
◦Rendimento Mecânico:
◦Rendimento Total:
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Fundamentos e TeoriaExemplo
◦Qual a potência motriz de um ventilador com pressão efetiva ou absolutade 36mmca. Vazão de 5m³/s de ar e peso específico de 1,2Kgf/m³,admitindo-se rendimento total de 0,7?
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Grandezas Características◦As grandezas que caracterizam as condições de funcionamento de
ventiladores são:
◦Rotação n;
◦Diâmetro do rotor D;
◦Vazão Q;
◦Altura de elevação H;
◦ Potência N;
◦Rendimento η.
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Grandezas Características◦Recorrendo-se a ensaios de
laboratório, os fabricantes elaboramtabelas e gráficos, publicados emfolhetos e catálogos, que permitemaos usuários uma fácil e rápidaescolha do ventilador e uma análisedo seu comportamento.
◦As curvas que traduzem adependência entre características,chamam-se curvas características.
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Grandezas Características
Prof.: Kaio Dutra
◦ Para o modelo 20RU450, determinea potência do motor, a rotação e orendimento do ventilador necessáriopara obter Q=4000m³/h com 20kPacom acionamento direto.
Grandezas Características
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◦ Para o modelo 20RU450, determinea potência do motor, a rotação e orendimento do ventilador necessáriopara obter Q=4000m³/h com 20kPacom acionamento direto.
◦ P=0,55KW;
◦ n=680rpm;
◦ Ef=74,8%
Leis de Semelhança◦A partir do conhecimento das condições com as quais um ventilador
funciona é possível aplicar as leis da semelhança para determinar seucomportamento em condições de funcionamento diferentes.
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Velocidade Específica◦ Suponha um ventilador que deva
funcionar com n(rpm), Q(m³/h),H(mmca) e N(cv). Pode-se imaginar umventilador geometricamentesemelhante a este e que seja capaz deproporcionar uma vazão unitária sobuma altura manométrica tambémunitária. Um tal ventilador sedenomina ventilador unidade e onúmero de rotações com que iria giraré denominado velocidade específica edesignado por ns.
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Velocidade EspecíficaExemplo
◦Qual o tipo de ventilador parauma vazão de 1,2m³/s capaz deequilibrar uma pressão estáticade 80mmca, admitindo-se que omesmo gire com 750rpm?
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Coeficientes Adimensionais◦ No projeto de rotores de ventiladores
emprega-se coeficientes baseados em ensaiosexperimentais e na constatação docomportamento de inúmeros ventiladoresconstruídos.
◦ Uma vez calculada a velocidade específica,sabe-se o tipo de rotos. Conforme o tipo,adota-se valor correspondente para essescoeficientes, de modo a se determinar avelocidade periférica e o diâmetro externo daspás.
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Velocidades Periféricas Máximas◦Velocidades periféricas de
ar elevadas tanto no rotorquanto à saída doventilador produzemelevadas vibrações das páse ruídos acima do aceitável.
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Velocidades Periféricas MáximasExemplo
◦ Suponhamos que se pretenda umventilador para Q=5m³/s; H=32mmcae n=600rpm. Qual será o diâmetro dorotor?
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Curva Característica do Sistema◦O gás, ao passar pelo
interior do ventilador,recebe do mesmo umaenergia que, referida àunidade de peso de gás, sedenomina altura útil deelevação Hu, que é igual a:
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Curva Característica do Sistema◦ Com Hu, o gás deverá
vencer as resistência aolongo do sistema e sairá doduto com uma energiacinética residual V4²/2g quese dissipará no meio, destaforma:
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Controle da Vazão◦Nos sistemas de ventilação é comum
realizar-se a variação de vazão pormeio de registros do tipo borboletaou do tipo veneziana, com lâminasparalelas.
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Controle da Vazão◦A vazão em um sistema podem
também ser alterada variando-se onúmero de rotação do eixo.
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Operação Em Série◦Quando se necessita de uma pressão
relativamente elevada no sistema, pode-serecorrer à associações com ventiladores emsérie ou uso de ventiladores de doisestágios .
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Operação Em Paralelo◦ Certas instalações industriais
operam em uma faixa de vazão queas vezes é difícil de ser atingida coma utilização de um único ventilador.Recorre-se então à associação emparalelo de dois ventiladores.
◦ Existem ventiladores com rotores deentrada bilateral equivalentes a doisrotores de entrada unilateral.
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Efeito da Variação da Densidade Sobre o Ponto de Operação◦A altitude local e a temperatura de
operação dos gases afetam o valorda densidade.
◦A variação da densidade, emboranão afete a vazão volumétrica, afeta,contudo, a descarga em massa, aaltura manométrica e o consumo depotência.
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Efeito da Variação da Densidade Sobre o Ponto de Operação◦As tabelas dos fabricantes são
elaboradas para o chamado arpadrão (1,2Kgf/m³), na temperaturade 21,1°C e ao nível do mar(760mmHg).
◦A variação de temperatura afeta adensidade do gás, a qual éinversamente proporcional àtemperatura absoluta.
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𝜕 = 1,2273 + 21,1
273 + 𝑇(°𝐶)𝑘𝑔𝑓/𝑚³ 𝜕2 = 𝜕1
𝑃(𝑚𝑚𝐻𝑔)
760𝑚𝑚𝐻𝑔
Instalações de Ventiladores Em Condições Perigosas
◦Nas indústrias, os ventiladores muitas vezes devem operar em ambientescontendo vapores, líquidos, gases e poeiras inflamáveis.
◦Desta forma, existem certos parâmetros que orientam o projetista e quedizem respeito ao risco que vapores e gases oferecem a irrupção e àpropagação de um incêndio. Vejamos os principais:◦ Ponto de Fulgor: Temperatura mais baixa a partir da qual um líquido emite vapor em
quantidade suficiente para provocar uma centelha;
◦ Ponto de Inflamação: Temperatura acima da qual toda a mistura de vapor e arinflamará mantendo uma combustão contínua durante 5 segundos;
◦ Limites de Inflamabilidade: Faixa correspondente ao valor da concentração do gás ouvapor no ar.
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Efeito da Variação da DensidadeExemplo
◦Determine o peso específico e a densidade do ar quando a temperatura éde 35°C numa localidade onde a pressão atmosférica é de 670mmHg. Umventilador que opera em condições padrão com H=200mmca e N=5Cv,com que valores operaria?
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Trabalho proposto◦Utilize a tabela de perda de carga para tubulações metálicas
apresenta nesta aula, para a vazão de 12 m³/hora, gere um gráficoonde seja possível encontrar a perda de carga para qualquerdiâmetro de tubulação. Gere uma curva de tendência com maiorgrau possível e deixe a equação desta curva pronta no Excel paracalcularmos a pera de carga, em sala de aula, e conferir com ográfico.
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