ventiladores (1)

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PUCRS- Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica Sistemas Fluidomecânicos
Sistemas de Ventilaçâo Industrial 
VENTILADORES INDU
Abril 2001
VENTILADORES
Sistemas de Ventilação Industrial
STRIAS
Material Preparado por
Prof. Jorge Villar Alé
LSFM – FENG - PUCRS
www.em.pucrs.br/lsfm
 Ventiladores 1
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Sistemas de Ventilaçâo Industrial Ventiladores 2
1. VENTILADORES.....................................................................................................................................................3
1.1 CLASSIFICAÇÃO..............................................................................................................................................3
1.2 VENTILADOR COM PÁS CURVADAS PARA TRÁS ...................................................................................5
1.3 VENTILADOR COM ALETAS CURVADAS PARA FRENTE. .....................................................................6
1.4 VENTILADOR CENTRÍFUGO COM PÁS RADIAIS......................................................................................7
2. VENTILADORES AXIAIS......................................................................................................................................8
2.1 VENTILADOR TUBO-AXIAL..........................................................................................................................8
2.2 VENTILADOR AXIAL PROPULSOR..............................................................................................................8
3. PROPRIEDADES DO AR AR.................................................................................................................................9
4. POTÊNCIAS E RENDIMENTOS EM VENTILADORES.................................................................................10
POTÊNCIA ÚTIL:.............................................................................................................................................................10
POTÊNCIA TOTAL DE ELEVAÇÃO: ..................................................................................................................................11
POTÊNCIA MOTRIZ (MECÂNICA OU EFETIVA)................................................................................................................11
POTÊNCIA DO VENTILADOR (FORNECIDA NOS CATÁLOGOS DE FABRICANTES) .............................................................11
RENDIMENTOS EM VENTILADORES.................................................................................................................................11
COEFICIENTE ADIMENSIONAIS .......................................................................................................................................12
ROTAÇÃO 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...............................................................................................................21
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................................................................21
ANEXO - TABELAS ...................................................................................................................................................22
Tabela A -1 Propriedades do Ar a Pressão Atmosférica ..........................................................................................22
TABELA A - 2 Fator de Correção das Massa Especifica ........................................................................................23
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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 como
sopladores para secagem de grãos.
• Nos ventiladores os gases são considerandos incompressíveis. Nos compressores pela alta relação de
compressão são tratados como gases compressíveis.
• A ASME considera como limite para uso de ventiladores quando a relação de compressão é de 1,1 ou
quando 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 como
ventiladores radiais (centrífugos) e axiais.
Tabela 1. Classificação de ventiladores
Tipo No Estágios Características Nome
Baixa pressão: Até 150 mmH2O,
D2/D1 = 1,1 ~ 1,3
Ventilador Centrífugo
Média pressão: até 250 mmH2O,
D2/D1 = 1,3 ~ 1,6
Ventilador Centrífugo
Ventilador
Radial ou
Centrífugo
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 ou
Turbocompressor
Ventilador
Axial
1 Hélice simples para
movimentação de ar ambiente,
ventilador de teto,
ventilador de coluna.
carcaça tubular envolve rotor único.
VentiladorHelicoidal
Tubo-axial
>1 ∆p até 3,0 kgf/cm2 (30mtsH2O) Turbocompressor
Fonte: 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 a
300mmH20.
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Tabela 3. Característica dos ventiladores
Ventiladores Centrifugos Características Principais
Pás inclinadas para trás Alto rendimento
Sistemas de Aquecimento
Ventilação
Ar condicionado
Ar limpo
Pás retas inclinadas para trás Rendimento um pouco inferior
Mesma aplicações
Usado em instalações industrias com ambientes corrosivos ou abrasivos
Pás Radiais Mais simples
Menos eficiente
Transporte de Materiais em Plantas inudstriais
Tambem utilizado em aplicações de alta pressão.
Pás curvadas para frente Rendimento inferior que os anteriores (pás voltadas para trás)
Contrução leve e de baixo custo
Sistemas de aquecimento
Ventilação
Ar condicionado
Fornalhas domesticas
Centrais de ar condicionado
Aparelhos de ar condicionado de janela.
Ventiladores Axiais Características Principais
Propeller Baixo rendimento
Hélice de construção barata
Aplicações de baixa pressão
Circuladores de ar
Ventiladores de paredes
Tuboaxial Algo mais eficiente que o propeller
Trabalha com maior pressão que o propeller
Sistemas de aquecimento
Ventilação 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 pressão
Bom rendimento
Sistemas de aquecimento
Ventilação e Ar-condicionado
Vantajosos para instalação compacta
Ventilador esta em linha com os dutos.
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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]
Pr
es
sã
o 
to
ta
l [
m
H
2O
, i
nH
2O
, e
tc
]
Figura 1. Ventilador centrífugo de rotor com pás curvadas para trás
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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 variações
da 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
 
Pr
es
sã
o 
to
ta
l [
m
cH
2O
, i
nH
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
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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 (%)
Potência [Kw, HP, etc]
Vazão [m3/h, m3/s, cfm, etc]
P
re
ss
ão
 to
ta
l [
m
m
H
2O
, i
nH
2O
, e
tc
]
Figura 3. Ventilador centrífugo de rotor com pás radiais
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2. VENTILADORES AXIAIS
Nos ventiladores axiais o gás é aspirado pelo bocal de entrada e saí por um difusor de saída. O conjunto fica
no interior de corpo tubular. São conhecidos como tuboaxial. Existem aqueles que apresentam guias de
entrada ou de pre-rotação para direcionar o fluxo paralelamente ao eixo do duto e eliminar a rotação do
fluxo. Um ventilador com guias denomina-se vaneaxial. O controle da vazão é realizado por aletas na
entrada ou por palhetas reguláveis. As pás tem formato aerodinãmico. Como outras máquinas de fluxo axial,
são utilizados em sistemas que se desejagrandes 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
 
Pr
es
sã
o 
to
ta
l [
m
cH
2O
, i
n 
H
2O
, e
tc
]
Eficiência (%)
Potência [Kw, HP, etc]
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, e
baixo 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.
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3. Propriedades do ar Ar
Viscosidade Cinemática do Ar
A viscosidade cinemática é uma propriedade do fluido derivada da viscosidade absoluta a qual por sua vez é
função da temperatura. Para aplicações de ventilação industrial, pode-se utilizar a seguinte expressão da
viscosidade cinemática (m2/s) em função da temperatura (oC):
( ) 6101,013 −+= xTν (m2/s)
Massa Especifica do Ar
Para 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 absoluta
do 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 Absoluta
A 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 padrão
Como o desempenho dos equipamentos utilizados em ventilação industrial é função do estado
termodinâmico 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 Específica
Tomando como referencia as condições padrão (ρ0, T0,P0 ) podemos definir um fator de correção que permite
determinar a massa especifica:
0
0
0 P
T
T
P
f c == ρ
ρ
onde (ρ, T,P ) são as condições atmosféricas diferentes das condições padrão. Para pressão barometrica em
mmHg e temperatura ambiente (t ) em oC , o fator de correção pode ser determinado pela equação:
760
294
)273( +
=
t
P
f c Assim, a massa especifica corrigida 0ρρ cf=
onde P é a pressão barometrica local (mmHg). Para condições normais fc =1. Para temperaturas e altitudes
maiores que a padrão (to=20
oC 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.
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4. Potências e Rendimentos em Ventiladores
No fluxo de energia transferido do ventilador para o gás existem diversas formas de dissipação de
energia desde a energia inicial do motor que aciona o ventilador até a energia final absorvida pelo fluido. O
motor apresenta uma energia motriz (Hm) que deve ser transferida ao rotor. Como o sistema mecânico de
acoplamento e transmissão não é perfeito existirá uma dissipação mecânica de energia quantificada como
perda 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 no
interior do ventilador (por atrito e recirculação de fluxo) a energia do rotor (Ht#) não é transferida totalmente
ao fluido sendo as perdas quantificadas como perdas hidráulicas (Jh). A energia transferida do rotor ao
fluido é relacionada pelo rendimento hidráulico. Além disto, parte da vazão que entra no ventilador recircula
na mesma e escapa por má vedação. Isto quantifica-se considerando um rendimento volumétrico (ηv). A
energia realmente absorvida pelo fluido é denominada altura manométrica (Hman) reconhecida como a
energia final do fluxo. O rendimento global (ηG) quantifica a relação entre energia final (Hman) (absorvida
pelo 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 al
equivalente a altura manometrica em bombas (Hman). Representa a pressão total do
metros 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
V
JH saidaTu 2
2
+=
onde JT é a perda de carga do sistema e Vsaída é a velocidade no duto de saída do gás
total do ventilador (PTV).
Energia Útil
Hman Hm
 Ht#
Jm
ηm JH
ηH
Hman
 Ventiladores 10
s.
tura útil de elevação que
 ventilador expressa em
por:
s.
. Representa à pressão
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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:
 ( )11221 uue CUCUgH −= 
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 as
componentes 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
gHQ
W
η
ρ
=
Se o sistema trabalha com ar, na expressão acima H é dado em metros de coluna de ar (m.c.ar). Quando se
trabalha com H em mmH20 deve ser utilizadas as unidade coerentes. Primeiro devemos transformar mmH20
em pressão (Pascal) e depois converter em metros de coluna de ar.
00 22 HHarar
gHgHP ρρ == (Pa)
ar
HH
ar
H
H
ρ
ρ 00 22
= (m.c.ar)
Rendimentos em ventiladores
Rendimento Hidráulico Rendimento Mecânico Rendimento Volumétrico.
#t
man
e
u
H H
H
W
W
==η
m
e
m W
W
=η
 m
t
m H
H #
=η
f
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 circulando
do interior devido a diferenças de pressão que provocam a recirculação interna de uma parcela do gás
denominada como vazão de fugas.
Rendimento Total ou Global
 m
u
G W
W
=η
 m
man
H
H
=
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Coeficiente Adimensionais
Segundo o valor da rotação específica ns podemos saber o tipo de ventilador mais apropriado para uma
determinada condição. O uso de coeficientes adimensionais de pressão e de vazão permitem conhecidos H, Q
e 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 2
2U
gH
=
Coeficiente de vazão ou Capacidade Especifica
3nD
Q
=ϕ
2
22 RU
Q
=
Tabela 4. Coeficientes de vazão ψ e de pressão ϕ (Coeficientes de Rateu)
Coeficiente Vent. Centrífugo Hélico-Centrífugo Axial
Pressão - ψ 0,1 - 0,6 0,3 - 0,6 0,4 - 1,0
Vazão - 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 nome
de 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 forma
caracterizará todos os ventiladores da mesma série.
4/3
6,16
H
Qn
ns =
 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 40.000
Pás radiais 11.000 a 70.000
Pás para trás 35.000 a 110.000
Ventiladores Axiais Rotação específica ns (rpm)
Em tubo com pás diretrizes 40.000 a 140.000
Em tubo 60.000 a 300.000
Hélice aberta 100.000 a 400.000
Pela superposição dos valores de ns, na Tab.5 se observa que para uma determinada aplicação podem ser
utilizados mais do que um tipo de ventilador.
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5. Roteiro Simplificado para Dimensionameto de Ventilador Centrífugo
• Conhecido: vazão, rotação, altura útil, rendimentos: Q, ∆PT, n , ηH, ηm
• Considerar entrada radial α1=90
0 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
Qn
n =
1. Altura teórica para número infinito de pás, simplificada : 
g
U
H t
2
2
=
∞
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
man
H H
H
=η
 
 desta forma se obtém: 
H
gH
U
η
=2 
5. Determinar o diâmetro do rotor na saída: 
n
U
D
π
2
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
Q
D
π
4
=
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 que
a velocidade na boca de entrada: Cm1 < Ca.
11
1
mCD
Q
b
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.
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6. Pressões em Ventiladores
Pressão estática - PE
Função do estado termodinâmico do escoamento do ar, exercido igual em todas as direções. A pressão
estática decresce ao longo de um duto de seção constante e cresce nos aumento de seção (recuperação da
pressão).
Pressão de velocidade - PV 
Associada à energia cinética do escoamento do ar. Conhecido também como pressão dinâmica. Mantém-se
constante em dutos de seção transversal constante. Medida com tubo de Pitot-Prandtl.
2
2
1
VPV 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 é
por este motivo denominada pressão de estagnação. Sempre decresce ao longo do sistema de dutos, podendo
aumentar 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
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7. Medições Utilizando Tubo de Pitot
O tubo de Pitot pode ser utilizado para a medição da velocidade e pressão num sistema de ventilação
industrial. O tubo de Pitot é formado por dois tubos concêntricos. O tubo interno de menor diâmetro mede a
pressão total (PT) do escoamento. Na sua extremidade a seção transversal do tubo interno é aberta
posicionada perpendicular ao fluxo. O tubo de maior diâmetro mede a pressão estática (PE) através de
pequenos orifícios perpendiculares ao fluxo. Pela diferença de pressões dois tubos concêntricos pode-se
determinar a pressão de velocidade do escoamento:
ETV PPP −=
Conectando por mangueiras cada saída dos tubos concêntricos do Pitot a um manômetro em U (com fluido
manomêtrico 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 == 22
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.
V
V P
P
V 291,1
2
==
ρ
No caso em que as condições de pressão e temperatura são diferentes das condições padrão:
V
B
VB
P
P
T
xP
T
x
P
V 4,2
293
25,1013
291,1 ==
onde PV é a pressão dinâmica em (Pa); PB é a pressão barometrica local em milibar (mbar) e T é a
temperatura absoluta do ar em graus kelvin. T(K) =(toC + 273).
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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 igual
e desta forma a pressão total pode ser simplificada podendo ser determinada somente pelas pressões estáticas
na 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
1
saidaVV 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
G
eixo
QPgQH
W
ηη
ρ
==
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
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9. Levantamento da Curva Característica de Ventiladores
Para levantar a curva característica de um ventilador em laboratório pode ser utilizado o e a mostrado
na Fig. 9. O ventilador é condicionado num sistema acoplado a um duto o qual possi um h
fluxo e no seu extremo uma válvula ou registro tipo cónico. Com uso de um tubo de Pitot p
a pressão total no ventilador. Com o registro totalmente fechado (shutoff) a vazão é igual a
pressaõ máxima que o ventilador pode liberar. Com o registro totalmente aberto (free deli
máxima e a pressão mímima. Para graficar a curva são levantados pontos intemediario
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-Q
Curva de rendimento
Pressão Total
squem
 Ventiladores 17
omogeneizador de
ode-se determinar
 zero e se obtem a
very) a vazão será
s entre a pressão
Vazão
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10. Leis de Semelhança
Conhecidas as condições de funcionamento de um ventilador podem ser aplicadas as leis de
semelhança para determinar valores das diversas grandezas quando uma o mais é modificada do mesmo
ventilador, ou de um ventilador semelhante. Tais leis são dadas pelas seguintes relações:
Q
Q
n
n
D
D
2
1
2
1
2
1
3
=








H
H
n
n
D
D
2
1
2
1
2
2
1
2
=




















=
1
2
5
1
2
2
1
2
1
2
ρ
ρ
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 e
temperatura (Po =101,33kPa e to=20
0C). Nestas condições a massa especifica do ar é igual a ρ0=1,2kg/m3. Se
o ventilador deve operar num local onde condições são diferentes das condições padrão isto afetará a massa
especifica do ar mudando as condições de operação do mesmo. O fluxo de massa, a pressão total e potência
do ventilador serão diferentes. As equações dadas a seguir permitem fazer a correção do ponto de operação
nas condições padrão dadas pelos fabricante (m0,H0, Wo), para as novas condições (m,H,W), quando muda a
massa específica em função da temperatura e/ou da altitude do local..
00 ρ
ρ
=
m
m
!
!
 
00 ρ
ρ
=
H
H
 
00 ρ
ρ
=
W
W
Onde o fator de correção da massa especifica é dado por:
760
294
)273(0 +
==
t
P
f c ρ
ρ
 onde P (mmHg) ou 
33,101
294
)273( +
=
t
P
f 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=20
oC) com uma vazão de 425
m3/min e pressão estática igual a 76,0mmH20 demandando uma potência de 9,13kW. Quais serão as
condições que o ventilador deverá operar quando aspira ar a temperatura de 177oC num local com pressão
atmosférica padrão.
Solução: o fator de correção para a temperatura de 177oC é igual a fc =0,6533. Desta forma o ventilador
trabalha nas seguintes condições:
Pressão: H=0,6533x76mmH20=50mm H20 e Potência: W= 0,6533x9,13kW = 5,96kW.
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11. Ventiladores Conectados em Série
São 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 de
aspiração do segundo. Teoricamente a vazão em cada ventilador será a mesma, sendo somadas as pressões
totais. Com o uso de ventiladores em estagio pode-se obter resultados semelhantes. Na prática nestes
sistemas existe uma redução da vazão devido ao aumento da massa específica do ar após passas pelo o
primeiro ventilador ou estagio. Também ocorre uma perda de desempenho no segundo ventilador (ou
estágio) devido as condições de aspiração não-uniforme.
Figura 11. Conexão em serie de ventiladores
12. Ventiladores conectados em Paralelo
Quando dois ventiladores são associados em paralelo, a pressão total será a mesma sendo somadas as vazões
individuais. Sistema apropriado quando é necessário movimentar grandes volumes de ar. O desempenho real
não será igual ao teórico se as condições de aspiração não forem adequadas. Deve ser evitado a conexão em
paralelo de ventiladores com pás para frente já que apresentam curvas de pressão-vazão que podem
apresentar funcionamento instável.
Figura 12. Conexão em paralelo de ventiladores
Curva de VentiladorA 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
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13. SELEÇÃO DE VENTILADORES
Os fabricantes fornecem catalogos que permitem a seleção dos ventialdores. Atualmente, catalogos on-line
na internet e programas computacionais para a seleção de ventiladores são também ferramentas
disponíbilizadas pelos fabricantes. A Tab.6 fornece um resumo de sites na internent onde podem ser otidas
informações de fabricantes, normas e de sistemas de ventilação industrial. Especificamente, a OTAM
Ventiladores Industriais Ltda. dispõe um programa (TecniFan) que permite a selação dos ventiladores da sua
linha de produção. Se desejamos por exemplo, selecionar um ventilador para uma instalação industrial que
requer uma pressão total de 36mmH20 e uma vazão de 5 m
3/s com ar em condições padrão. Para tal entramos
no 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 do
ventilador junto com informações tais como rendimento, rotação, potência absorvida, potência do motor e
velocidade de descarga.
Figura 14. Detalhe de janela para seleção de ventiladores da OTAM
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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.
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ANEXO - TABELAS
Tabela A -1 Propriedades do Ar a Pressão Atmosférica
Tabela A-1 Propriedades do Ar a Pressão Atmosférica
Temperatura
(0C)
Massa
específica
ρρρρ
(kg/m3)
Peso
Específico
γγγγ
 (N/m3)
Viscosidade
dinâmica
µµµµ
(Pa.s)
Viscosidade
cinemática
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.
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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
6000,337 0,327 0,318 0,309 0,300 0,291 0,282 0,265 0,250 0,235
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Sistemas de Ventilaçâo Industrial Ventiladores 24
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
Vazão
CFMmQ 02832,0min)/( 3 =
Potência
HPkWW 7457,0)( =
Temperatura
( )32
9
5
−= FCo