ventiladores (1)

PUCRS- Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica Sistemas Fluidomecânicos

Sistemas de Ventilaçâo Industrial

VENTILADORES INDUSTRIAS

Abril 2001

S

Sistemas de Ventilação Industrial

Material Preparado porProf. Jorge Villar AléLSFM – FENG - PUCRSwww.em.pucrs.br/lsfm

VENTILADORE

Ventiladores 1

http://www.em.pucrs.br/lsfm


Sistemas de Ventilaçâo Industrial Ventiladores 2

1. VENTILADORES.....................................................................................................................................................3

1.1 CLASSIFICAÇÃO..............................................................................................................................................31.2 VENTILADOR COM PÁS CURVADAS PARA TRÁS ...................................................................................51.3 VENTILADOR COM ALETAS CURVADAS PARA FRENTE. .....................................................................61.4 VENTILADOR CENTRÍFUGO COM PÁS RADIAIS......................................................................................7

2. VENTILADORES AXIAIS......................................................................................................................................8

2.1 VENTILADOR TUBO-AXIAL..........................................................................................................................82.2 VENTILADOR AXIAL PROPULSOR..............................................................................................................8

3. PROPRIEDADES DO AR AR.................................................................................................................................9

4. POTÊNCIAS E RENDIMENTOS EM VENTILADORES.................................................................................10

POTÊNCIA ÚTIL:.............................................................................................................................................................10POTÊNCIA TOTAL DE ELEVAÇÃO: ..................................................................................................................................11POTÊNCIA MOTRIZ (MECÂNICA OU EFETIVA)................................................................................................................11POTÊNCIA DO VENTILADOR (FORNECIDA NOS CATÁLOGOS DE FABRICANTES) .............................................................11RENDIMENTOS EM VENTILADORES.................................................................................................................................11COEFICIENTE ADIMENSIONAIS .......................................................................................................................................12ROTAÇÃO ESPECIFICA CARACTERÍSTICA - NS.................................................................................................................12

5. ROTEIRO SIMPLIFICADO PARA DIMENSIONAMETO DE VENTILADOR CENTRÍFUGO ...............13

6. PRESSÕES EM VENTILADORES ......................................................................................................................14

7. MEDIÇÕES UTILIZANDO TUBO DE PITOT ..................................................................................................15

8. DEFINIÇÃO DE PRESSÕES EM VENTILADORES........................................................................................16

9. LEVANTAMENTO DA CURVA CARACTERÍSTICA DE VENTILADORES..............................................17

10. LEIS DE SEMELHANÇA..................................................................................................................................18

EFEITO DA TEMPERATURA E ALTITUDE NO PONTO DE OPERAÇÃO DOS VENTILADORES ................................................18

11. VENTILADORES CONECTADOS EM SÉRIE..............................................................................................19

12. VENTILADORES CONECTADOS EM PARALELO ...................................................................................19

13. SELEÇÃO DE VENTILADORES ....................................................................................................................20

INFORMAÇÃO SOBRE VENTILADORES...............................................................................................................21REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................................................................21ANEXO - TABELAS ...................................................................................................................................................22

Tabela A -1 Propriedades do Ar a Pressão Atmosférica ..........................................................................................22TABELA A - 2 Fator de Correção das Massa Especifica ........................................................................................23



1. VENTILADORES

• Turbomáquinas (geratrizes ou operatrizes) utilizadas para deslocamento de gases.• Os ventiladores são utilizados para movimentar o gás.• Os compressores são utilizados para aumentar a pressão.• Contam de um rotor com um conjunto de pás que permitem por um motor (elétrico) a transformação de

energia mecânica do rotor em energia cinética e energia potencial.• A energia cedida pelo ventilador é absorvida pelo fluido escoando em dutos vencendo as resistências.• São utilizados nas industrias de ventilação, climatização e em processos industriais. Na industria

utilizados em siderúrgicas nos altos-fornos, em transporte pneumático. Na agroindustria comosopladores para secagem de grãos.

• Nos ventiladores os gases são considerandos incompressíveis. Nos compressores pela alta relação decompressão são tratados como gases compressíveis.

• A ASME considera como limite para uso de ventiladores quando a relação de compressão é de 1,1 ouquando a variação da massa específica supera 7% . Acima disto considera-se o uso de compressores.

• A ISO considera uma relação de compressão limite de 1,3.• As grandezas característica dos ventiladores são: a capacidade ou vazão Q, pressão desenvolvida (H),

rotação n(rpm), Diâmetro do rotor (D2,) e rendimento (η).

1.1 CLASSIFICAÇÃO

Os ventiladores, assim como as bombas, são classificados, pelo tipo de rotor, número de estágios,nível de pressão e detalhes construtivos. Quanto ao tipo de rotor os ventiladores são classificados comoventiladores radiais (centrífugos) e axiais.

Tabela 1. Classificação de ventiladores

Tipo No Estágios Características NomeBaixa pressão: Até 150 mmH2O,

D2/D1 = 1,1 ~ 1,3Ventilador Centrífugo

Média pressão: até 250 mmH2O,D2/D1 = 1,3 ~ 1,6

Ventilador Centrífugo

VentiladorRadial ouCentrífugo

1

Alta pressão: Até 250 ~ 750 mmH2O, D2/D1 = 1,6 ~ 2,8

Soprador

>1 ∆p até 10 kgf/cm2 (100mtsH2O)Até 12 rotores em série,

D2/D1 até 4.

Compressor ouTurbocompressor

VentiladorAxial

1 Hélice simples paramovimentação de ar ambiente,

ventilador de teto,ventilador de coluna.

carcaça tubular envolve rotor único.

Ventilador Helicoidal

Tubo-axial

>1 ∆p até 3,0 kgf/cm2 (30mtsH2O) TurbocompressorFonte: material da Unicamp

Tabela 2. Classificação de Ventiladores em Função da Pressão

Pressão Baixa Até 200mm H2O.Pressão Média 200 a 800mm H2O.Pressão Alta 800 a 2.500 mm H2O.

Pressão muito alta 2.500 a 10.000 mm H2O.O aumento de pressão provocado pela maior parte dos ventiladores utilizados em sistemas de refrigeração e ar condicionado é geralmente inferior a300mmH20.



Tabela 3. Característica dos ventiladores

Ventiladores Centrifugos Características PrincipaisPás inclinadas para trás Alto rendimento

Sistemas de AquecimentoVentilaçãoAr condicionadoAr limpo

Pás retas inclinadas para trás Rendimento um pouco inferiorMesma aplicaçõesUsado em instalações industrias com ambientes corrosivos ou abrasivos

Pás Radiais Mais simplesMenos eficienteTransporte de Materiais em Plantas inudstriaisTambem utilizado em aplicações de alta pressão.

Pás curvadas para frente Rendimento inferior que os anteriores (pás voltadas para trás)Contrução leve e de baixo custoSistemas de aquecimentoVentilaçãoAr condicionadoFornalhas domesticasCentrais de ar condicionadoAparelhos de ar condicionado de janela.

Ventiladores Axiais Características PrincipaisPropeller Baixo rendimento

Hélice de construção barataAplicações de baixa pressãoCirculadores de arVentiladores de paredes

Tuboaxial Algo mais eficiente que o propellerTrabalha com maior pressão que o propellerSistemas de aquecimentoVentilação e Ar-condicionado de baixa e media pressão.Aplicações industrias como fornos, cabines de pintura exaustão de gases

Vaneaxial

Pode trabalhar com media e alta pressãoBom rendimentoSistemas de aquecimentoVentilação e Ar-condicionadoVantajosos para instalação compactaVentilador esta em linha com os dutos.



1.2 VENTILADOR COM PÁS CURVADAS PARA TRÁS

• É o mais eficiente entre os centrífugos.• Produz menor ruído.• Tem custo mais elevado que o de rotor radial.• Não é apropriado para movimentar gases com particulado sólido, já que podem desgastar as pás com

rapidez.• Muito utilizados em sistemas de condicionamento de ar.• Os modelos mais sofisticados e de maior potência têm pás com perfil aerodinâmico sendo mais

eficientes e produzindo menos ruído.• Apresenta uma maior eficiência e uma auto-limitação de potência devido ao tipo de curva de potência.• Curva de potência: o valor máximo ocorre em um ponto operacional equivalente a 70% ~ 80% da vazão

máxima.• Não apresenta problemas de sobrecarga por projeto incorreto ou operação inadequada do sistema.• Possuem de 10 a 16 pás.

Eficiência (%)

Vazão [m3/h, m3/s, cfm, etc]

Potência [Kw, Hp, etc]

Pres

são

tota

l [m

H2O

, inH

2O, e

tc]

Figura 1. Ventilador centrífugo de rotor com pás curvadas para trás



1.3 VENTILADOR COM ALETAS CURVADAS PARA FRENTE.

• Utilizado com gases isentos de particulado sólido.• Adequado em sistemas onde se deseja minimizar a influência de alterações de dispositivos, como os

‘dampers’ de controle de vazão.• Ramo instável da curva característica, na faixa das baixas vazões.• A potência cresce constantemente com o aumento da vazão.• Requer um grande cuidado na determinação do ponto de operação do sistema e na seleção do motor de

acionamento, que pode ‘queimar’ se a vazão resultante for muito superior àquela projetada.• Um tipo muito comum de ventilador centrífugo radial é o Sirocco, que tem rotor largo e muitas aletas

curtas.• Para uma dada vazão e uma certa pressão total, o Sirocco é o menor entre os ventiladores centrífugos,

operando em uma rotação mais baixa (o que é importante para minimizar a geração de ruído).• Sua eficiência, entretanto, é menor que a do centrífugo de aletas curvadas para trás.

Ocupa pouco espaço. Utilizado com sucesso em ventilação geral diluidora. Chamado de ventilador sirocco,utilizado em condicionadores de ar compacto, em unidades de tratamento de ar. Apresenta grandes variaçõesda vazão e da potência em função da pressão.

• Podem ter de 24 a 64 pás.• Vazões típicas (10-2000m3/min)• Pressões típicas 10 a 125 mmH20• Eficiência - 45 a 60%• Nível de ruído 40dB

Pres

são

tota

l [m

cH2O

, inH

2O, e

tc]

Eficiência (%)

Potência [Kw, HP, etc]

Vazão [m3/s, m3/h, cfm, etc]

Figura 2. Ventilador centrífugo de rotor com pás curvadas para frente



1.4 VENTILADOR CENTRÍFUGO COM PÁS RADIAIS

• Ventilador robusto.• Grandes variações da vazão e potência em função da pressão. Grande pressão dinâmica.• Aplicações: Tiragem local, torres de resfriamento, suprimento e descarga de ar.• É um ventilador de baixa eficiência devido ao ângulo de saída β2, com alta velocidade de saída, menor

grau de reação, alta dissipacão viscosa nas pás e difusor.• Apropriado para movimentar grandes cargas.• E um tipo comum e geralmente de custo mais baixo.• Desenvolve pressões razoavelmente elevadas (até cerca de 500 mmH2O).• Podem operar em altas temperatuturas• Tem capacidade de aspirara ou insuflar material com particulado sólido.• Estas características induzem também um nível elevado de ruído o que também é um demérito para o

equipamento• Note que a curva característica é ‘bem comportada’, que a potência deste rotor é sempre crescente com a

vazão, e que sua eficiência máxima ocorre para valores relativamente baixos (< 50% da vazão máxima).

Eficiência (%)


Vazão [m3/h, m3/s, cfm, etc]

Pre

ssão

tota

l [m

mH

2O, i

nH2O

, etc

]

Figura 3. Ventilador centrífugo de rotor com pás radiais



2. VENTILADORES AXIAIS

Nos ventiladores axiais o gás é aspirado pelo bocal de entrada e saí por um difusor de saída. O conjunto ficano interior de corpo tubular. São conhecidos como tuboaxial. Existem aqueles que apresentam guias deentrada ou de pre-rotação para direcionar o fluxo paralelamente ao eixo do duto e eliminar a rotação dofluxo. Um ventilador com guias denomina-se vaneaxial. O controle da vazão é realizado por aletas naentrada ou por palhetas reguláveis. As pás tem formato aerodinãmico. Como outras máquinas de fluxo axial,são utilizados em sistemas que se deseja grandes vazões e baixa pressão.

2.1 VENTILADOR TUBO-AXIAL• Em geral os ventiladores axiais são menos eficientes e mais ruidosos do que os ventiladores centrífugos.• Constituído de um rotor axial e uma carcaça tubular.• O motor pode ser diretamente conectado ao rotor, estando exposto ao escoamento do gás, ou colocado

sobre a carcaça, acionando o rotor através de polias e correia.• O gás insuflado deixa a carcaça tubular com alta vorticidade, o que impede, algumas vezes, sua aplicação

em sistema onde a distribuição do gás é crítica ou exige a aplicação de retificadores de escoamento.• Sua curva característica apresenta uma região de instabilidade, e a potência é máxima quando a vazão é

nula (a potência máxima é dissipada em recirculação através do rotor).• Para aumentar a eficiência utiliza aletas direcionadoras de fluxo fixas internamente ao tubo axial.

MR

M

R

Pres

são

tota

l [m

cH2O

, in

H2O

, etc

]

Eficiência (%)


Vazão [m3/s, m3/h, cfm, etc]

Figura 4. Ventilador tubo-axial, esquema construtivo e curva característica

• Vazões típicas (15 a 1000m3/min)• Pressões típicas (0 a 55 mmH20)• Eficiência - 50 a 60% (sem pás diretrizes) 50 a 75% (com pás diretrizes)• Nível de ruído 50dB

2.2 VENTILADOR AXIAL PROPULSOR

Adequado para movimentar grandes quantidades de ar com pequenas pressões. Simplicidade construtiva, ebaixo custo. Utilizado na ventilação geral diluidora.• Vazões típicas (10 a 50m3/min)• Pressões típicas (0 a 6 mmH20• Eficiência - 40 a 50%• Aplicações: unidades de resfriamento e aquecimento, ventilação geral, torres de resfriamento, ventilação

exaustora.



3. Propriedades do ar Ar

Viscosidade Cinemática do ArA viscosidade cinemática é uma propriedade do fluido derivada da viscosidade absoluta a qual por sua vez éfunção da temperatura. Para aplicações de ventilação industrial, pode-se utilizar a seguinte expressão daviscosidade cinemática (m2/s) em função da temperatura (oC):

( ) 6101,013 −+= xTν (m2/s)

Massa Especifica do ArPara analise do escoamento em ventiladores pode-se utilizar a lei de estado para gases perfeitos dada como:

mRTpV =

onde p é a pressão absoluta, V o volume ocupado pelo gás, m a massa do gás (kg) , T a temperatura absolutado ar (K) e R a constante do gás. Para o ar R=287J/kg K. A massa especifica é então dada como:

RT

p=ρ (kg/m3)

Viscosidade AbsolutaA viscosidade absoluta é dada em função das duas variáveis definidas anteriormente.

νρµ = (Pa.s)

Em anexo, a Tab A-1, apresenta as propriedades do ar atmosférico para diferentes temperaturas.

Condições de ar padrãoComo o desempenho dos equipamentos utilizados em ventilação industrial é função do estadotermodinâmico do ar é usual apresentá-lo para uma condição padrão, definida por:

Temperatura: to=200C (To=293K) Pressão atmosférica a nível do mar (Z=0): Po=101,3 kPa (760 mmHg)

Desta forma se obtém: Massa específica ρ0=1,2kg/m3 e Viscosidade cinemática ν0=1,5x10-5 m2/s

Fator de Correção da Massa de EspecíficaTomando como referencia as condições padrão (ρ0, T0,P0 ) podemos definir um fator de correção que permitedeterminar a massa especifica:

0

0

0 P

T

T

Pf c ==

ρρ

onde (ρ, T,P ) são as condições atmosféricas diferentes das condições padrão. Para pressão barometrica emmmHg e temperatura ambiente (t ) em oC , o fator de correção pode ser determinado pela equação:

760

294

)273( +=

t

Pf c Assim, a massa especifica corrigida 0ρρ cf=

onde P é a pressão barometrica local (mmHg). Para condições normais fc =1. Para temperaturas e altitudesmaiores que a padrão (to=20oC e Z=0m) o fator de correção fc é menor que 1. A Tabela A-2 dada em anexo,apresenta os valores do fator de correção da massa específica para diferentes altitudes e temperaturas do ar.



4. Potências e Rendimentos em Ventiladores

No fluxo de energia transferido do ventilador para o gás existem diversas formas de dissipação deenergia desde a energia inicial do motor que aciona o ventilador até a energia final absorvida pelo fluido. Omotor apresenta uma energia motriz (Hm) que deve ser transferida ao rotor. Como o sistema mecânico deacoplamento e transmissão não é perfeito existirá uma dissipação mecânica de energia quantificada comoperda mecânica (Jm). A energia efetivamente absorvida pelo rotor é denominada energia de elevação (Ht#)sendo relacionada com a energia motriz pelo rendimento mecânico (ηm). Devido à dissipação de energia nointerior do ventilador (por atrito e recirculação de fluxo) a energia do rotor (Ht#) não é transferida totalmenteao fluido sendo as perdas quantificadas como perdas hidráulicas (Jh). A energia transferida do rotor aofluido é relacionada pelo rendimento hidráulico. Além disto, parte da vazão que entra no ventilador recirculana mesma e escapa por má vedação. Isto quantifica-se considerando um rendimento volumétrico (ηv). Aenergia realmente absorvida pelo fluido é denominada altura manométrica (Hman) reconhecida como aenergia final do fluxo. O rendimento global (ηG) quantifica a relação entre energia final (Hman) (absorvidapelo fluido) e a energia motriz para acionamento do ventilador (Hm).

Figura 5. Relações entre rendimentos e alturas em ventiladore

Potência Útil:

Potência adquirida pelo gás na passagem pelo ventilador:

uu gQHW ρ=

onde ρ é a massa específica do gás, Q a descarga ou vazão do ventilador, Hu é a alequivalente a altura manometrica em bombas (Hman). Representa a pressão total dometros de coluna de gás. Considerado dentro do fluxo de energia a altura útil é dada

#thu HH η=

onde ηh é o rendimento hidráulico e Ht# é a energia do rotor para número finito de pá

Para um sistemas de ventilação industrial Hu pode ser dado como:

g

VJH saida

Tu 2

2

+=

onde JT é a perda de carga do sistema e Vsaída é a velocidade no duto de saída do gástotal do ventilador (PTV).

Hm Ht#

Jm

ηm JH

ηH

Hman

Energia ÚtilHman

Ventiladores 10

s.

tura útil de elevação que ventilador expressa em

por:

s.

. Representa à pressão



Potência Total de Elevação:

Representa a potência cedida pelas pás do ventilador ao fluido.

ee gQHW ρ=

onde He é a altura total de elevação. Para número infinito de pás (Htoo ) é dada como:

( )1122

1uue CUCU

gH −=

Obs: No caso de entrada radial: Cu1=0.

Onde U1 e U2 são as velocidades periféricas na entrada e saída do rotor respectivamente. Cu1 e Cu2 são ascomponentes da velocidade absoluta do fluido na entrada e saída respectivamente.

Para número finito de pás: ∞= tt HH µ# onde µ é o fator de deslizamento.

Potência Motriz (Mecânica ou Efetiva)

mm gQHW ρ=

Potência do Ventilador (Fornecida nos Catálogos de Fabricantes)

Com H=Hu a altura útil de elevação, a potência do ventilador fornecida pelos fabricantes é dada por:

G

gHQW

ηρ

=

Se o sistema trabalha com ar, na expressão acima H é dado em metros de coluna de ar (m.c.ar). Quando setrabalha com H em mmH20 deve ser utilizadas as unidade coerentes. Primeiro devemos transformar mmH20em pressão (Pascal) e depois converter em metros de coluna de ar.

00 22 HHarar gHgHP ρρ == (Pa)

ar

HH

ar

HH

ρρ 00 22= (m.c.ar)

Rendimentos em ventiladores

Rendimento Hidráulico Rendimento Mecânico Rendimento Volumétrico.

#t

man

e

uH H

H

W

W==η

m

em W

W=η

m

tm H

H #=ηf

v QQ

Q

+=η

onde Q é a vazão do gás realmente deslocado pela ação do ventilador e Qf a vazão de gás que fica circulandodo interior devido a diferenças de pressão que provocam a recirculação interna de uma parcela do gásdenominada como vazão de fugas.

Rendimento Total ou Global

m

uG W

W=η

m

man

H

H=



Coeficiente Adimensionais

Segundo o valor da rotação específica ns podemos saber o tipo de ventilador mais apropriado para umadeterminada condição. O uso de coeficientes adimensionais de pressão e de vazão permitem conhecidos H, Qe n estimar por exemplo qual o diâmetro externo do ventilador e qual será a velocidade periférica.

Coeficiente de Pressão ou Altura Especifica

22Dn

gH=ψ 22U

gH=

Coeficiente de vazão ou Capacidade Especifica

3nD

Q=ϕ222 RU

Q=

Tabela 4. Coeficientes de vazão ψ e de pressão ϕ (Coeficientes de Rateu)

Coeficiente Vent. Centrífugo Hélico-Centrífugo AxialPressão - ψ 0,1 - 0,6 0,3 - 0,6 0,4 - 1,0Vazão - ϕ 0,7 - 0,3 0,4 - 0,3 0,3 - 0,1

Rotação Especifica Característica - ns

• Um ventilador que proporciona uma vazão unitária sob uma altura manometrica unitária recebe o nomede ventilador unidade sendo seu número de rotações denominado rotação ou velocidade especifica ns

(rpm). Todos os ventiladores geometricamente semelhante tem um mesmo ventilador unidade cuja formacaracterizará todos os ventiladores da mesma série.

4/36,16

H

Qnns =

onde ns é dado em rpm

n: rotações por minuto do ventilador (rpm)Q: vazão ou descarga (litros/segundo)H: Altura útil (mmH20) que representa a pressão total.

*Os valores de (Q,H) considerados correspondem ao ponto de máximo rendimento.

Na se apresenta uma Tab.5 com valores de ns para diferentes tipos de ventiladores.

Tabela 5. Seleção do tipo de ventilador segundo a rotação especifica (rpm)

Ventiladores Centrífugos Rotação específica ns (rpm)Pás para frente 3000 a 40.000Pás radiais 11.000 a 70.000Pás para trás 35.000 a 110.000Ventiladores Axiais Rotação específica ns (rpm)Em tubo com pás diretrizes 40.000 a 140.000Em tubo 60.000 a 300.000Hélice aberta 100.000 a 400.000

Pela superposição dos valores de ns, na Tab.5 se observa que para uma determinada aplicação podem serutilizados mais do que um tipo de ventilador.



5. Roteiro Simplificado para Dimensionameto de Ventilador Centrífugo

• Conhecido: vazão, rotação, altura útil, rendimentos: Q, ∆PT, n , ηH, ηm

• Considerar entrada radial α1=900 e pás radiais na saída - β2=900

Figura 6. Ventilador centrífugo

Com altura útil e velocidade especifica selecionar tipo de ventilador 4/36,16

u

s H

Qnn =

1. Altura teórica para número infinito de pás, simplificada : g

UH t

22=∞

2. Considerar fator de deslizamento igual a 1 (µ=1)

3. Altura teórica para número finito de pás ∞= tt HH µ#

4. Determinar pelo rendimento hidráulico a velocidade U2

#t

manH H

H=η

desta forma se obtém:

H

gHU

η=2

5. Determinar o diâmetro do rotor na saída: n

UD

π2

2

60=

6. Velocidade na boca de entrada do corpo do ventilador. gHaCa 25,025,0=

7. Diâmetro da boca de entrada do ventilador a

a C

QD

π4=

8. Diâmetro da entrada do rotor. Recomenda-se para H<100mmH20 ( Weismann): 12 )40,125,1( DD −=

9. Largura da pá na entrada do rotor. Adota-se que a velocidade meridiana (Cm1)seja um pouco menor quea velocidade na boca de entrada: Cm1 < Ca.

111

mCD

Qb

π= para a largura da pá na saída do rotor b2 pode ser adotado b2=b1

10. Polígonos de velocidades podem ser obtidos com os dados já determinados.



6. Pressões em Ventiladores

Pressão estática - PE

Função do estado termodinâmico do escoamento do ar, exercido igual em todas as direções. A pressãoestática decresce ao longo de um duto de seção constante e cresce nos aumento de seção (recuperação dapressão).

Pressão de velocidade - PV Associada à energia cinética do escoamento do ar. Conhecido também como pressão dinâmica. Mantém-seconstante em dutos de seção transversal constante. Medida com tubo de Pitot-Prandtl.

2

2

1VPV ρ= (Pa)

Onde ρ (kg/m3) é a massa especifica do gás e V (m/s) a sua velocidade media

Pressão total - PT Soma algébrica das pressões estática e de velocidade. Resulta da desaceleração do fluido até o repouso e épor este motivo denominada pressão de estagnação. Sempre decresce ao longo do sistema de dutos, podendoaumentar somente quando houver suprimento de energia ao escoamento (através do ventilador).

VET PPP +=

Figura 7. Esquema para definição das pressões estática total e de velocidade

PE PVPT



7. Medições Utilizando Tubo de Pitot

O tubo de Pitot pode ser utilizado para a medição da velocidade e pressão num sistema de ventilaçãoindustrial. O tubo de Pitot é formado por dois tubos concêntricos. O tubo interno de menor diâmetro mede apressão total (PT) do escoamento. Na sua extremidade a seção transversal do tubo interno é abertaposicionada perpendicular ao fluxo. O tubo de maior diâmetro mede a pressão estática (PE) através depequenos orifícios perpendiculares ao fluxo. Pela diferença de pressões dois tubos concêntricos pode-sedeterminar a pressão de velocidade do escoamento:

ETV PPP −=

Conectando por mangueiras cada saída dos tubos concêntricos do Pitot a um manômetro em U (com fluidomanomêtrico ρm), este indicara uma altura que representará tal diferença de pressão:

ghPPP mETV ρ=−=

Desta forma pode ser determinar a velocidade no ponto em que esta posicionado o tubo de Pitot.

ghVP mV ρρ == 2

2

1 (Pa)

Figura 8. Tubo de Pitot

Num duto que escoa de ar nas condições padrão (200C e 1 atm) com massa especifica padrão (1,2 kg/m3),podemos determinar a velocidade em função da pressão dinâmica medida no duto.

VV P

PV 291,1

2==

ρ

No caso em que as condições de pressão e temperatura são diferentes das condições padrão:

VB

VB

PP

TxP

Tx

PV 4,2

293

25,1013291,1 ==

onde PV é a pressão dinâmica em (Pa); PB é a pressão barometrica local em milibar (mbar) e T é atemperatura absoluta do ar em graus kelvin. T(K) =(toC + 273).



8. Definição de Pressões em Ventiladores

Pressão Total do Ventilador: (PTV)Diferença entre a pressão total do ar na saída e na entrada do ventilador.

( ) ( )entradaTsaídaTTV PPP −=

( ) ( )entradaVEsaídaVETV PPPPP +−+=

Obs: Se as velocidades media na entra e saída da tubulação são iguais então a pressão dinâmica (PV) é iguale desta forma a pressão total pode ser simplificada podendo ser determinada somente pelas pressões estáticasna entrada e saída do ventilador.

( ) ( )entradaEsaídaETV PPP −=

Pressão de Velocidade do Ventilador: (PVV)Representa a pressão de velocidade correspondente à velocidade média do ar na saída do ventilador.

2

2

1saidaVV VP ρ=

Pressão Estática do Ventilador: (PEV)Representa a diferença entre a pressão total do ventilador (PTV) e a pressão de velocidade do ventilador (Pvv).Cabe salientar que (Pvv) é considerada com a velocidade na saída do ventilador.

VVTVEV PPP −=

Potência no Eixo do Ventilador: (Weixo)

G

TV

Geixo

QPgQHW

ηηρ

==

Onde H (m.c.ar) é a altura útil ou manometrica, Q (m3/s)a vazão do ventilador e ηG é o rendimento global.

Potência no Eixo de um Motor Elétrico: (WM)

Motor Trifásico MM IEW φηcos3= Motor Monofásico MM IEW φηcos=

onde I a corrente do motor, E a tensão cosφ fator de potência do motor. ηM rendimento do motor elétrico.(cosφηm ≈ 0,8). Considerando o acionamento por acoplamento direto: WM=WV



9. Levantamento da Curva Característica de Ventiladores

Para levantar a curva característica de um ventilador em laboratório pode ser utilizado o esquema mostrado

na Fig. 9. O ventilador é condicionado num sistema acoplado a um duto o qual possi um homogeneizador de

fluxo e no seu extremo uma válvula ou registro tipo cónico. Com uso de um tubo de Pitot pode-se determinar

a pressão total no ventilador. Com o registro totalmente fechado (shutoff) a vazão é igual a zero e se obtem a

pressaõ máxima que o ventilador pode liberar. Com o registro totalmente aberto (free delivery) a vazão será

máxima e a pressão mímima. Para graficar a curva são levantados pontos intemediarios entre a pressão

máxima e a pressão mímima (Fig.10).

Figura 9. Esquema para levanta a curva característica de um ventilador

Figura 10. Curva característica de um ventilador

Curva de potência

Válvula totalmente fechado

Válvula totalmente aberta

Curva Característica PT-QCurva de rendimento

Pressão Total

o
Vazã
Ventiladores 17



10. Leis de Semelhança

Conhecidas as condições de funcionamento de um ventilador podem ser aplicadas as leis desemelhança para determinar valores das diversas grandezas quando uma o mais é modificada do mesmoventilador, ou de um ventilador semelhante. Tais leis são dadas pelas seguintes relações:

Q

Q

n

n

D

D2

1

2

1

2

1

3

=

H

H

n

n

D

D2

1

2

1

2

2

1

2

=

=

1

25

1

22

1

2

1

2

ρρ

D

D

n

n

W

W

Q1,Q2: vazões dos ventiladores semelhantes.n1,n2: rotações das ventiladores semelhantes.H1,H2, alturas útil de elevação de elevação (manomêtrica).W1, W2: potência dos ventiladores semelhantes.casos particulares: a) Mesmo Rotor b) Mesmo Fluido c) Mesma Rotação.

Efeito da Temperatura e Altitude no Ponto de Operação dos ventiladores

As curvas características dos ventiladores são dadas para as condições padrão de pressão etemperatura (Po =101,33kPa e to=200C). Nestas condições a massa especifica do ar é igual a ρ0=1,2kg/m3. Seo ventilador deve operar num local onde condições são diferentes das condições padrão isto afetará a massaespecifica do ar mudando as condições de operação do mesmo. O fluxo de massa, a pressão total e potênciado ventilador serão diferentes. As equações dadas a seguir permitem fazer a correção do ponto de operaçãonas condições padrão dadas pelos fabricante (m0,H0, Wo), para as novas condições (m,H,W), quando muda amassa específica em função da temperatura e/ou da altitude do local..

00 ρρ

=m

m!

!

00 ρρ

=H

H

00 ρρ

=W

W

Onde o fator de correção da massa especifica é dado por:

760

294

)273(0 +==

t

Pf c ρ

ρ onde P (mmHg) ou

33,101

294

)273( +=

t

Pf c onde P (kPa).

Na eq. acima P é a pressão barometrica local e t a temperatura do ar em oC.

Exemplo:Um ventilador comercial trabalha nas condições padrão (Po=101,33kPa e to=20oC) com uma vazão de 425m3/min e pressão estática igual a 76,0mmH20 demandando uma potência de 9,13kW. Quais serão ascondições que o ventilador deverá operar quando aspira ar a temperatura de 177oC num local com pressãoatmosférica padrão.

Solução: o fator de correção para a temperatura de 177oC é igual a fc =0,6533. Desta forma o ventiladortrabalha nas seguintes condições:

Pressão: H=0,6533x76mmH20=50mm H20 e Potência: W= 0,6533x9,13kW = 5,96kW.



11. Ventiladores Conectados em SérieSão utilizados quando é necessário fornecer pressões maiores que a disponível por um único ventilador.Quando dois ventiladores são ligados em série a boca de descarga do primeiro é acoplada a boca deaspiração do segundo. Teoricamente a vazão em cada ventilador será a mesma, sendo somadas as pressõestotais. Com o uso de ventiladores em estagio pode-se obter resultados semelhantes. Na prática nestessistemas existe uma redução da vazão devido ao aumento da massa específica do ar após passas pelo oprimeiro ventilador ou estagio. Também ocorre uma perda de desempenho no segundo ventilador (ouestágio) devido as condições de aspiração não-uniforme.

Figura 11. Conexão em serie de ventiladores

12. Ventiladores conectados em ParaleloQuando dois ventiladores são associados em paralelo, a pressão total será a mesma sendo somadas as vazõesindividuais. Sistema apropriado quando é necessário movimentar grandes volumes de ar. O desempenho realnão será igual ao teórico se as condições de aspiração não forem adequadas. Deve ser evitado a conexão emparalelo de ventiladores com pás para frente já que apresentam curvas de pressão-vazão que podemapresentar funcionamento instável.

Figura 12. Conexão em paralelo de ventiladores

Curva de Ventilador A ou B

Hp=HA +HB

QA = QB

Curva de Ventilador (A + B)

HS=HA =HB

QA = QB

Curva de Ventilador (A + B)

QP = QA+ QB



13. SELEÇÃO DE VENTILADORES

Os fabricantes fornecem catalogos que permitem a seleção dos ventialdores. Atualmente, catalogos on-linena internet e programas computacionais para a seleção de ventiladores são também ferramentasdisponíbilizadas pelos fabricantes. A Tab.6 fornece um resumo de sites na internent onde podem ser otidasinformações de fabricantes, normas e de sistemas de ventilação industrial. Especificamente, a OTAMVentiladores Industriais Ltda. dispõe um programa (TecniFan) que permite a selação dos ventiladores da sualinha de produção. Se desejamos por exemplo, selecionar um ventilador para uma instalação industrial querequer uma pressão total de 36mmH20 e uma vazão de 5 m3/s com ar em condições padrão. Para tal entramosno programa (TecniFan) o qual permite identificar o tipos de ventiladores da linha de produção da OTAM,tal como apresentado na Fig.13.

Figura 13. Detalhe de dados de entrada para seleção de ventiladores da OTAM

Selecionado o tipo de ventiladores, neste caso o TSA-30/14. A Fig.14 mostra a curva caracteristica doventilador junto com informações tais como rendimento, rotação, potência absorvida, potência do motor evelocidade de descarga.

Figura 14. Detalhe de janela para seleção de ventiladores da OTAM



INFORMAÇÃO SOBRE VENTILADORES

Tabela 6. Sites de Ventiladores e Sistemas de Ventilação Industrial

Empresa Site na Internent

Aulas da UNICAMP

(material de ventiladores e bombas)

www.fem.unicamp.br/~em712

Ventiladores OTAM www.otam.com.br

Ventiladores VentiSilva Ltda. www.ventisilva.com.br/Index.htm

Ventiladores Pfaudler www.pfaudler.com.br/torin.htm

Ventiladores e artigos técnicos www.howden.com/library/technicalinfo.html

Fabricante Canadence www.leaderfan.com

Ventiladores Industrias www.fansandblowers.com

Penn Ventilation www.pennvent.com

Air Moviment and Control Association

Associação com normas de ventiladores

www.amca.org

Continental fan www.continental-fan.com

Indutrial Ventilations

Artigos, programas

www.indvent.org/articles.html

Software www.elitesoft.com/web/hvacr/heavent.htm

Twin City Fan Companies, Ltd.

Informação técnica

www.tcaxial.com/tcaxial/index.html

Calculo de dutos e perda de carga www.connel.net/freeware/download.shtml

Calculo de dutos e perda de carga www.aardweb.com/tims-tools/airtools.htm

Ventiladores para computadores www.comairrotron.com/ACFans/default.htm

Referência Bibliográficas• Ventilação industrial: Controle da Poluição, A. J. Macintyre. RJ, Ed. Guanabara, S.A, 1990.• Ventilação Industrial, C. A. Clezar. A. C.Ribeiro Nogueira., Ed. Da UFSC., 1999• Instalações de Ar Condicionado, H. Creder. Ed. LTC. S.A., 2 Edição, 1985.• Tecnologia do Condicionamento de Ar, E. Yamae e Heizo Saito. Ed. Edgar Blucher Ltda., 1986.• Industrial Ventilation Workbook, D.Jeff Burton. Carr Printing, 1997.• Material SFM Unicamp. Discpilina de Sistemas Fluidomecânicos., 1999• Manual Técnico da OTAM, 2001.

http://www.fem.unicamp.br/~em712/

http://www.otam.com.br/

http://www.ventisilva.com.br/Index.htm

http://www.pfaudler.com.br/torin.htm

http://www.howden.com/library/technicalinfo.html

http://www.leaderfan.com/

http://www.fansandblowers.com/

http://www.pennvent.com/

http://www.amca.org/

http://www.continental-fan.com/

http://www.indvent.org/articles.html

http://www.elitesoft.com/web/hvacr/heavent.htm

http://www.tcaxial.com/tcaxial/index.html

http://www.connel.net/freeware/download.shtml

http://www.aardweb.com/tims-tools/airtools.htm

http://www.comairrotron.com/ACFans/default.htm



ANEXO - TABELAS

Tabela A -1 Propriedades do Ar a Pressão Atmosférica

Tabela A-1 Propriedades do Ar a Pressão AtmosféricaTemperatura

(0C)Massa

específicaρρρρ

(kg/m3)

PesoEspecífico

γγγγ (N/m3)

Viscosidadedinâmica

µµµµ(Pa.s)

Viscosidadecinemática

νννν(m2/s)

-40 1.514 14.85 1.51 x10-5 9.98 x10-6

-30 1.452 14.24 1.56 x10-5 1.08 x10-5

-20 1.394 13.67 1.62 x10-5 1.16 x10-5

-10 1.341 13.15 1.67 x10-5 1.24 x10-5

0 1.292 12.67 1.72 x10-5 1.33 x10-5

10 1.247 12.23 1.77 x10-5 1.42 x10-5

20 1.204 11.81 1.81 x10-5 1.51 x10-5

30 1.164 11.42 1.86 x10-5 1.60 x10-5

40 1.127 11.05 1.91 x10-5 1.69 x10-5

50 1.092 10.71 1.95 x10-5 1.79 x10-5

60 1.060 10.39 1.99 x10-5 1.89 x10-5

70 1.029 10.09 2.04 x10-5 1.99 x10-5

80 0.9995 9.802 2.09 x10-5 2.09 x10-5

90 0.9720 9.532 2.13 x10-5 2.19 x10-5

100 0.9459 9.277 2.17 x10-5 2.30 x10-5

110 0.9213 9.034 2.22 x10-5 2.40 x10-5

120 0.8978 8.805 2.26 x10-5 2.51 x10-5

Fonte: R. Mott Mecánica de Fluidos Aplicada 4a edição,1996.



Tabela A - 2 Fator de Correção das Massa Especifica

Tabela A-2 Fator de Correção das Massa Especifica em função da Temperatura e Altitude

Altitude (m) 0 250 500 750 1000 1250 1500 2000 2500 3000

T(oC)

-20 1,163 1,129 1,097 1,065 1,034 1,003 0,973 0,916 0,861 0,810

-15 1,140 1,108 1,075 1,044 1,013 0,984 0,954 0,898 0,845 0,794

-10 1,119 1,086 1,055 1,024 0,994 0,965 0,936 0,881 0,829 0,779

-5 1,098 1,066 1,035 1,005 0,976 0,947 0,919 0,865 0,813 0,764

0 1,078 1,047 1,016 0,987 0,958 0,930 0,902 0,849 0,798 0,750

5 1,058 1,028 0,998 0,969 0,941 0,913 0,886 0,834 0,784 0,737

10 1,040 1,010 0,980 0,952 0,924 0,897 0,870 0,819 0,770 0,724

15 1,022 0,992 0,963 0,935 0,908 0,881 0,855 0,805 0,757 0,711

20 1,004 0,975 0,947 0,919 0,892 0,866 0,840 0,791 0,744 0,699

25 0,987 0,959 0,931 0,904 0,877 0,852 0,826 0,778 0,731 0,687

30 0,971 0,943 0,916 0,889 0,863 0,838 0,813 0,765 0,719 0,676

35 0,955 0,928 0,901 0,875 0,849 0,824 0,800 0,752 0,708 0,665

40 0,940 0,913 0,886 0,861 0,835 0,811 0,787 0,740 0,696 0,654

45 0,925 0,899 0,873 0,847 0,822 0,798 0,774 0,729 0,685 0,644

50 0,911 0,885 0,859 0,834 0,810 0,786 0,762 0,718 0,675 0,634

55 0,897 0,871 0,846 0,821 0,797 0,774 0,751 0,707 0,664 0,624

60 0,884 0,858 0,833 0,809 0,785 0,762 0,740 0,696 0,655 0,615

65 0,870 0,845 0,821 0,797 0,774 0,751 0,729 0,686 0,645 0,606

70 0,858 0,833 0,809 0,785 0,762 0,740 0,718 0,676 0,635 0,597

75 0,845 0,821 0,797 0,774 0,751 0,729 0,708 0,666 0,626 0,589

80 0,833 0,809 0,786 0,763 0,741 0,719 0,698 0,657 0,617 0,580

85 0,822 0,798 0,775 0,752 0,730 0,709 0,688 0,647 0,609 0,572

90 0,811 0,787 0,764 0,742 0,720 0,699 0,678 0,638 0,600 0,564

95 0,800 0,776 0,754 0,732 0,711 0,690 0,669 0,630 0,592 0,557

100 0,789 0,766 0,744 0,722 0,701 0,680 0,660 0,621 0,584 0,549

150 0,696 0,676 0,656 0,637 0,618 0,600 0,582 0,548 0,515 0,484

200 0,622 0,604 0,587 0,570 0,553 0,537 0,521 0,490 0,461 0,433

250 0,563 0,546 0,531 0,515 0,500 0,485 0,471 0,443 0,417 0,392

300 0,513 0,499 0,484 0,470 0,456 0,443 0,430 0,404 0,380 0,357

350 0,472 0,459 0,445 0,432 0,420 0,407 0,395 0,372 0,350 0,329

400 0,437 0,425 0,412 0,400 0,389 0,377 0,366 0,344 0,324 0,304

450 0,407 0,395 0,384 0,373 0,362 0,351 0,341 0,321 0,301 0,283

500 0,381 0,370 0,359 0,348 0,338 0,328 0,319 0,300 0,282 0,265

550 0,357 0,347 0,337 0,327 0,318 0,308 0,299 0,282 0,265 0,249

600 0,337 0,327 0,318 0,309 0,300 0,291 0,282 0,265 0,250 0,235



Fator de correção da massa específica do ar para diferentes altitude e temperaturas.

Elevação (m) 0 305 610 915 1220 1525 1830

Elevação

Pressão (mmHg) 760 733 707 681 656 632 608

Temperatura (oC) Fator de correção fc

-40 1,260 1,220 1,18 1,14 1,09 1,05 1,01

-180 1,150 1,110 1,07 1,03 0,998 0,959 0,921

0 1,080 1,04 1,01 0,969 0,933 0,897 0,861

21 1,000 0,966 0,933 0,900 0,866 0,833 0,799

38 0,946 0,915 0,883 0,851 0,820 0,788 0,756

66 0,869 0,840 0,811 0,782 0,723 0,694 0,665

93 0,803 0,776 0,749 0,722 0,696 0,669 0,642

Conversão de unidades

VazãoCFMmQ 02832,0min)/( 3 =

PotênciaHPkWW 7457,0)( =

Temperatura

( )329

5 −= FCo

ventiladores (1)

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