@APOSTILA MÁQUINAS DE FLUXO parte 3

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UNIPAC – LAFAIETE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÁQUINAS DE FLUXO 
3º parte 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Engenharia Industrial Mecânica 
Prof.: Edilberto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
TURBINAS A VAPOR .................................................. 3 
Introdução ... ....................................................... 3 
Elementos construtivos ...................................... 4 
Classificação das turbinas a vapor..................... 5 
Regulagem das Turbinas a vapor .................... 13 
Regulagem da potência ......................... 13 
Regulagem de velocidade ..................... 15 
Regulagem de pressão .......................... 16 
VENTILADORES ...................................................... 18 
 Introdução ........................................................ 18 
 Classificação .................................................... 18 
 Fundamentos da Teoria dos Ventiladores........ 21 
 Diagrama das velocidades..................... 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.6 TURBINAS A VAPOR 
 
2.6.1) Introdução 
 
A pré-história das turbinas a vapor se remonta desde 175 a.C. quando Herón de 
Alexandría fez a primeira descrição. 
A turbina de Herón consistia de uma esfera que podia girar livremente em torno de um 
eixo diametral, apoiada nos extremos dos mesmos, em dois suportes, por cujo interior fazia 
entrar, na esfera, o vapor produzido por dois tubos diametralmente opostos e direcionados 
em sentido contrário. A transformação de pressão em velocidade está totalmente ligada ao 
elemento móvel (esfera ou "rodete"). 
A história da turbina a vapor se iniciou no final do século passado. Entre os muitos 
investigadores que contribuíram para o seu desenvolvimento, mencionaremos só os 
principais, que foram os criadores das turbinas a vapor modernas. 
O primeiro inventor foi o suéco De Laval (1845-1913), que criou a turbina a vapor de 
ação de um só estágio. Desenvolveu um bocal (Tobera) convergente-divergente com 
velocidade supersônica de saída de vapor e o eixo flexível, cuja velocidade crítica chegava por 
debaixo da velocidade de giro da turbina, 30.000 RPM. 
O segundo inventor foi o inglês Parsons (1854-1931), que em busca de um motor marinho 
apropriado, desenvolveu a turbina a vapor de reação de vários estágios em 1895. Utilizando um 
rotor duplo, ele conseguiu melhores rendimentos comparados aos das máquinas alternativas de 
vapor, utilizadas até então nos barcos. 
As turbinas a vapor são máquinas de grande velocidade. Se todo o salto entálpico 
disponível se transforma em energia cinética no bocal, a velocidade do vapor na saída da mesma 
é muitas vezes superior à velocidade do som, e a velocidade periférica do rotor para aproveitar 
com bom rendimento esta energia, poderia chegar a ser superior ao limite de resistência dos 
materiais empregados. Além das altas velocidades, as turbinas a vapor modernas trabalham em 
condições supercríticas de pressão e temperatura (acima de 250 bar e 600°C, respectivamente). 
 
Figura 1: Turbina de Herón Figura 2: Esquema de uma turbina a vapor de ação 
 com um escalonamento; turbina De Laval 
 
 
Figura 3: Turbina a vapor aberta 
 
2.6.2) Elementos Construtivos 
 
Uma turbina a vapor é constituída basicamente dos seguintes elementos: 
1) Uma carcaça, geralmente dividida em 2 partes longitudinalmente para facilitar o 
acoplamento e desmontagem, e que contém o sistema de pás fixas ou distribuidores; 
2) Um rotor com pás em sua periferia, sobre o qual incide o vapor e onde é feita a transformação 
na direção e magnitude da velocidade do vapor; 
3) Um sistema de comando e válvulas para regular a velocidade e potência da turbina, 
modificando a descarga do vapor; 
4) Um acoplamento para conexão mecânica com o gerador que vai acionar; 
5) Um dispositivo de expansão, sempre constituído de um bocal fixo ou móvel (diretrizes), no 
qual a energia de pressão do vapor se transforma em energia cinética; 
6) Junta de labirinto, necessária para reduzir o calor gerado quando acontece o contato 
rotor-estator, já que, devido às altas velocidades, o calor gerado, quando ocorresse qualquer 
contato, poderia produzir calor suficiente para fundir o material do rotor ou até mesmo danificar 
o eixo. 
 
Figura 4: Rotor forjado em uma peça com os discos de uma turbina a vapor de contrapressão de 
25 MW 
 
Figura 5: Rotor de discos separados de uma turbina a vapor de 6 MW 
 
Figura 6: Diversos tipos de juntas de labirinto, Figura 7: Conjunto rotor-estator 
 utilizadas nas turbinas a vapor 
 
2.6.3) Classificação das turbinas a vapor 
 
As turbinas a vapor podem ser classificadas segundo os seguintes critérios: 
 
1) Quanto a direção do movimento do vapor em relação ao rotor: 
-Turbinas a vapor axiais: são aquelas que o vapor se move dentro do rotor em direção 
aproximadamente paralela ao eixo são as mais comuns. 
-Turbinas a vapor radiais: são aquelas em que o vapor se desloca aproximadamente em sentido 
perpendicular ao eixo da turbina. 
-Turbinas a vapor tangenciais: são aquelas em que o vapor se desloca tangencialmente ao 
rotor. 
 
2) Quanto a forma do vapor atuar no rotor : 
-Turbinas a vapor de ação: quando o vapor se expande somente nos órgãos fixos (pás diretrizes e 
bocais) e não nos órgãos móveis (pás do rotor). Portanto, a pressão é a mesma sobre os dois 
lados do rotor. 
-Turbinas a vapor de reação: quando o vapor se expande também no rotor, ou seja, quando a 
pressão de vapor na entrada do rotor é maior que na saída do mesmo. 
-Turbinas a vapor mistas: quando uma parte da turbina a vapor é de ação e outra parte de 
reação. 
 Ação: Reação: 
 
3) Quanto ao número e classe de escalonamentos: 
-Turbinas a vapor de um só rotor. 
-Turbinas a vapor de vários rotores: as quais, segundo a forma dos escalonamentos, 
podem ser : 
-Turbinas a vapor com escalonamento de velocidade 
-Turbinas a vapor com escalonamento de pressão 
-Turbinas a vapor com escalonamento de velocidade e de pressão 
 
4) Quanto ao número de pás que recebem o vapor: 
-Turbinas a vapor de admissão total: quando o vapor atinge totalmente as pás do distribuidor. 
-Turbinas a vapor de admissão parcial: quando o vapor atinge somente uma parte das pás. 
 
5) Quanto a condição do vapor de escape: 
-Turbinas a vapor de escape livre: nas quais o vapor sai diretamente para a atmosfera. Portanto a 
pressão de escape é igual a pressão atmosférica. 
-Turbinas a vapor de condensador: nas quais na saída existe um condensador onde o vapor se 
condensa, diminuindo pressão e temperatura. A pressão de escape do vapor é inferior a pressão 
atmosférica. 
-Turbinas a vapor de contrapressão: nas quais a pressão de escape do vapor é superior a pressão 
atmosférica. O vapor de escape é conduzido a dispositivos especiais para sua posterior utilização 
(ex: calefação, alimentação de turbina de baixa pressão, etc). 
-Turbinas a vapor combinadas: nas quais uma parte do vapor é retirada da turbina antes de sua 
utilização, empregando-se esta parte subtraída para calefação e outros usos; o resto do vapor 
continua a sua evolução normal no interior da turbina e, na saída, vai para a atmosfera ou ao 
condensador. 
6) Quanto ao estadodo vapor na entrada: 
-Turbinas a vapor de vapor vivo: quando o vapor de entrada vem diretamente da caldeira. Por 
sua vez elas podem ser: 
-de vapor saturado 
-de vapor superaquecido 
-Turbinas a vapor de vapor de escape: quando se utiliza a energia contida no vapor de escape de 
uma outra máquina térmica (por ex.: a máquina a vapor, a turbina de contrapressão, etc). A 
maioria delas são de vapor saturado. 
 
2.6.4) Tipos e Características das turbinas a vapor 
 
Após a classificação feita no item anterior podemos fazer uma grande variedade de 
combinações de modo a obter o tipo mais adequado de turbina a vapor às nossas necessidades. 
Porém, na prática e por diversas razões econômicas e construtivas, algumas destas 
combinações não são possíveis. 
A seguir, descreveremos alguns modelos típicos de turbinas a vapor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1) Turbinas a vapor elementar de ação e de um só estágio: 
Conhecida também como turbina De Laval. Possui um único estágio de pressão e de 
velocidade, todo o "salto térmico" ocorre neste estágio, sendo a transformação de entalpia em 
energia cinética feita nos bocais e a transformação de energia em trabalho feita nas palhetas. 
 
Suas principais vantagens são o pequeno espaço ocupado e a simplicidade de 
construção. Por outro lado, tem uso restrito para pequenas potências (até 30 HP) e trabalham 
em altas rotações. 
 
2) Turbinas a vapor de ação com um só estágio de pressão e vários estágios de 
velocidade: 
Conhecida também como roda de Curtis. O vapor se expande por completo no bocal de 
entrada, transformando a entalpia em energia cinética. No primeiro rotor é convertida toda a 
diferença de pressão em velocidade. 
A transformação da energia cinética em trabalho ocorre em vários estágios de velocidade, 
separados por palhetas fixas que apenas mudam a direção do escoamento, mantendo a 
velocidade e pressão constantes. Como, por todos os estágios, deve passar a mesma 
quantidade de vapor e a velocidade vai diminuindo, é necessário que, nas seções por 
onde passa, o vapor vá aumentando, o que implica numa variação do diâmetro dos rotores 
sucessivos. 
 
Figura 2.6.9: Corte de uma turbina a vapor com escalonamento de velocidade (Turbina Curtis). 
 
Figura 2.6.10: turbina a vapor com escalonamento de velocidade (Turbina Curtis). 
 
O principal inconveniente dos estágios de velocidade é que, devido as altas velocidades 
do vapor, aumentam consideravelmente as perdas por atrito, sobretudo se existirem muitos 
estágios. Esta é a causa para que na prática, se adote um pequeno número de estágios. Em 
resumo, os estágios de velocidade são particularmente vantajosos para as turbinas de baixa e 
média potência (até 4000 HP) que necessitam de reduzido número de estágios. 
 
 
 
 
 
3) Turbinas a vapor de reação com um só estágio de velocidade e vários estágios de pressão: 
Conhecida também como turbina de Prazos. É equivalente a várias turbinas simples 
montadas num mesmo eixo, uma em seguida da outra. 
 A queda total de pressão (salto térmico total) entre a entrada e a saída é subdividida em 
um certo número de quedas parciais, uma para cada estágio. 
 
Figura 2.6.11: Expansões sucessivas do vapor em uma turbina com escalonamento de pressão. 
 
A Figura anterior mostra as expansões sucessivas do vapor em função das quedas de 
pressão em cada estágio (representação do trabalho específico interno). 
Como o volume específico do vapor aumenta de um estágio ao outro, as seções por onde 
o vapor passa devem ir aumentando sucessivamente. 
 
Figura 2.6.12: Turbina com escalonamento de pressão (Turbina Rateau). 
Como as diferenças de pressão utilizadas nos diferentes estágios são reduzidas, as 
velocidades adquiridas pelo vapor também são pequenas, de forma que as perdas por atrito 
serão pequenas, permitindo assim um maior número de estágios. 
 
4) Turbinas a vapor de reação de fluxo radial: 
Também conhecida como turbina Ljungström. O vapor flui no sentido radial desde o eixo 
até a periferia da máquina. Ambos os sistemas de pás giram em direções contrárias. Tem a 
vantagem de um pequeno custo do sistema de pás e ocupa pouco espaço. A figura a seguir 
mostra este tipo de turbina a vapor. 
 
Figura 2.6.13: Corte do rotor de uma turbina de fluxo radial Ljungström. 
 
A próxima figura mostra uma turbina a vapor de reação axial-radial (turbina Durax) 
onde o vapor entra na turbina axialmente, se expansiona de forma radial, e na sua saída, 
segue expansionando nas pás. 
 
Figura 2.6.14: Esquema de uma turbina de fluxo radial e axial Durax, da ASEA. 
 
 
5) Turbinas a vapor de contrapressão: 
Não tem condensador e o vapor de escape esta ligado a um aparato que utiliza vapor a 
uma pressão mais baixa. É utilizada em indústrias em que, além de gerar sua própria energia 
elétrica, precisam de vapor a pressões moderadas para utilização industrial (aquecimento, por 
exemplo). É também utilizada para aumentar a potência de uma central de vapor já 
construída, sendo denominada, neste caso, "turbina superior". O vapor de escape dela entra em 
algumas ou em todas as turbinas da instalação com menor pressão. 
 
Figura 2.6.15: Corte longitudinal de uma turbina de contrapressão Escher Wyss. Potência: 3 MW; 
velocidade: 10000 rpm; pressão de entrada de vapor: 100 kg/cm2; temperatura de entrada de 
vapor: 600°C; contrapressão: 11 kg/cm2. 
 
6) Turbinas a vapor Tándem-Compound: 
Caracterizada por ser constituída por vários corpos. Representa a concepção das 
turbinas a vapor mais modernas. O vapor procedente da caldeira entra no primeiro destes 
corpos, que é de alta pressão, donde se expande e, na sua saída, se introduz no corpo seguinte, 
de menor pressão, onde sofre nova expansão, e assim sucessivamente. Geralmente, depois da 
saída do último rotor, o vapor, a baixa pressão, entra no condensador. Todos os rotores são 
montados no mesmo eixo. São utilizadas nas centrais térmicas. 
 Se a turbina a vapor Tándem Compound permitir que seja extraído vapor em diferentes 
pontos intermediários, elas são ditas de extração. Esse vapor pode ser usado para secagem, 
aquecimento, etc. A próxima figura ilustra este tipo de turbina a vapor. 
 
Figura 2.6.16: Turbina Tándem Compound. 
 
Figura 2.6.17: Corte longitudinal de uma Turbina Tandém Compound Elliot, de dupla extração. 
Observe nesta figura a forma e a disposição de todos os elementos constitutivos das turbinas a 
vapor em geral. 
 
2.6.6) Regulagem das Turbinas a vapor 
 
Existem várias grandezas que devem ser controladas e reguladas para que as turbinas a 
vapor funcionem normalmente; entre elas, as três mais importantes são: 
-Regulagem da potência; 
-Regulagem da velocidade de rotação; 
-Regulagem da pressão. 
 
A seguir veremos em detalhes cada uma delas, sendo que há uma interligação entre a primeira e 
as outras. 
 
a) Regulagem da potência: 
A regulagem da potência da turbina a vapor é feita controlando-se a quantidade de vapor 
admitido no rotor, de acordo com as necessidades de carga. 
Esse controle de admissão pode ser feito de 4 formas diferentes: 
 
-Regulagem por Estrangulamento (ou Regulagem Qualitativa): 
A quantidade de vapor que entra na turbina é regulada por meio de umaválvula de 
estrangulamento situada na entrada da turbina. 
 
Figura 2.6.27: Regulação qualitativa: (a) esquema de regulação; (b) processo no plano h-s. 
 
É o mecanismo mais utilizado, sobretudo em turbinas de pequena e média potência, 
devido ao seu baixo custo inicial já que seu mecanismoé simples. 
O princípio de funcionamento é basicamente o seguinte: a válvula (V1) é a válvula geral 
de admissão que se abre ou se fecha totalmente com acionamento manual ou 
motorizado; a válvula (V2) é a válvula de estrangulamento que regula a carga. Ela é 
acionada por um servomotor que se movimenta de acordo com a velocidade da turbina. 
Obs: no processo de estrangulamento, todo o vapor perde pressão antes de alcançar a 
turbina, quando esta trabalha com carga parcial. 
 
-Regulagem por meio de Bocais (Regulagem Quantitativa): 
Consiste na utilização de uma série de válvulas de seta, uma para cada passagem de 
vapor que sai da caldeira, quantas forem necessárias para satisfazer a demanda da carga, 
cada uma destas passagens abastece uma bateria (câmara) de bocais. 
 
Figura 2.6.28: Esquema de um regulador mecânico para turbinas a vapor, com controle de vapor 
por meio de toberas. 
As válvulas se abrem sucessivamente de acordo com um mecanismo exterior que está 
diretamente relacionado com a velocidade da turbina. 
 A grande vantagem é que se permite utilizar o vapor a uma pressão praticamente igual a 
pressão da caldeira, já que o estrangulamento do vapor acontece somente na válvula que estiver 
parcialmente aberta, ao contrário da regulação por estrangulamento, na qual todo o vapor perde 
pressão antes de chegar a turbina. 
 
-Regulagem mista: 
É uma combinação da regulação quantitativa e qualitativa. 
Na proximidade da carga normal, que é a zona mais freqüente de funcionamento, a 
regulagem se faz quantitativamente, variando o grau de admissão, com o qual se consegue 
que, nesta zona, a turbina trabalhe sempre com bom rendimento; porém, ao passar a cargas 
menores que 50% da carga normal, a regulagem se faz por estrangulamento da válvula, com o 
qual se consegue uma simplificação da instalação. 
 
 
-Regulagem por by-pass: 
É utilizada na sobrecarga da turbina a vapor acima da carga normal. 
 
Figura 2.6.29: Regulação de turbinas a vapor por by-pass de alguns escalonamentos. 
Ao aumentar a carga normal, a válvula (V2) se abre e assim entra vapor (depois de sofrer 
um estrangulamento na válvula) em um ponto intermediário diretamente sem passar por 
estágios anteriores. 
 
b) Regulagem de velocidade: 
 
Como a velocidade de "embalamento" de uma turbina a vapor alcança aproximadamente 
o dobro da velocidade nominal, nenhuma turbina a vapor poderia resistir tal sobrevelocidade; 
portanto, a limitação e controle da velocidade de rotação é de grande importância. 
É constituído por um par de massas esféricas ligadas de maneira articulada a um eixo (que 
gira com a mesma velocidade de rotação que o rotor) sobre o qual atua um sistema de guia 
articulado às esferas. 
 
Figura 2.6.30: Regulador de Watt. 
 
 
Ao aumentar a velocidade da turbina a vapor, as bolas se separam devido ao 
aumento da força centrífuga, deslocando-se a guia para cima. 
Se a carga aumenta, a velocidade diminui, o que faz com que as esferas se aproximem, 
deslocando-se a guia para baixo. 
O movimento desta guia é que provoca a regulação, pois o mesmo pode atuar por meio 
de um servo motor sobre uma válvula geral de admissão de vapor ou sobre as válvulas dos 
bocais, fazendo com que a mesma feche quando há um aumento de velocidade e se abra 
quando há uma diminuição de velocidade. 
A próxima figura mostra um corte de um regulador de velocidade bastante utilizado. 
 
Figura 2.6.31: Regulador de velocidade da firma Hartung e Kuhn. 
 
Existem outros tipos de reguladores (elétricos, hidráulicos, etc) cujo princípio de 
funcionamento é basicamente o mesmo e portanto não serão apresentados. 
Obs: Geralmente as turbinas a vapor são equipadas por um mecanismo de limitação de 
velocidade que atua quando a velocidade excede uns 10%, aproximadamente, da velocidade 
normal, evitando o "embalamento". Às vezes o próprio regulador de velocidade tem essa função. 
 
 
Figura 2.6.32: Dispositivo de Rateau contra o embalamento. 
 
 
c) Regulagem de pressão: 
 
Geralmente, atua na entrada da turbina a vapor mantendo constante a pressão da 
caldeira, o que é muito vantajoso para o funcionamento da mesma, cuja pressão não sofre, 
assim, oscilações com a carga. 
Pode também ser utilizada (feita) em outros pontos intermediários de um ciclo. 
O sistema de regulagem de pressão consiste basicamente de uma válvula que restringe a 
passagem do vapor, alterando assim a pressão. 
 
 
Figura 2.6.33: Regulador de pressão.1 - Elemento sensível à pressão; 2 - Tubo onde atua a 
pressão; 3 - Volante; 4 - Servomecanismo. 
 
 
2.8 VENTILADORES E EXAUTORES 
 
 
2.8.1) Introdução 
 
Ventiladores são turbomáquinas geratrizes ou operatrizes, também designadas 
por máquinas turbodinâmicas, que se destinam a produzir o deslocamento dos gases. 
A rotação de um rotor dotado de pás adequadas, acionado por um motor, em geral o 
elétrico, permite a transformação da energia mecânica do rotor nas formas de energia que o 
fluido é capaz de assumir, ou seja, a energia potencial de pressão e a energia cinética. Graças à 
energia adquirida, o fluido (no caso, o ar ou os gases) torna-se capaz de escoar em dutos, 
vencendo as resistências que se oferecem ao seu deslocamento, proporcionando a vazão 
desejável de ar para a finalidade que se tem em vista. 
Os ventiladores são usados nas indústrias em ventilação, climatização e em processos 
industriais, como na indústria siderúrgica nos altos-fornos e em sinterização; em muitas 
indústrias nas instalações de caldeiras; em pulverizadores de carvão, em queimadores, em 
certos transportes pneumáticos e em muitas outras aplicações. 
O ventilador é estudado como uma máquina de fluido incompressível, uma vez que o 
grau de compressão que nele se verifica é tão pequeno, que não é razoável analisar seu 
comportamento como se fosse uma máquina térmica. 
Quando a compressão é superior a aproximadamente 2,5 kgf/cm2, empregam-se os 
turbocompressores, cuja teoria de funcionamento, em princípio, é igual à dos ventiladores, 
havendo porém necessidade de levar em consideração os fenômenos termodinâmicos 
decorrentes da compressão do ar e os aspectos inerentes ao resfriamento dessas máquinas. 
 
2.8.2) Classificação 
 
Existem vários critérios segundo os quais se podem classificar os ventiladores. 
Mencionaremos os mais usuais. 
 
a) Segundo o nível energético de pressão que estabelecem, podem ser de: 
-Baixa pressão: até uma pressão efetiva de 0,02 Kgf/cm-2 (200 mm H2O); 
-Média pressão: para pressões de 0,02 a 0,08 Kgf/cm-2 (200 a 800 mmH2O); 
-Alta pressão: para pressões de 0,08 a 0,250 Kgf/cm-2 (800 a 2.500 mmH2O); 
-Muito alta pressão (Pressão Elevada): para pressões de 0,250 a 1,0 Kgf/cm-2 (2.500 a 
10.000 mm H2O); 
 
 
b) Segundo a modalidade construtiva: 
-Centrífugos: quando a trajetória de uma partícula gasosa no rotor, se realiza em uma superfície 
que é aproximadamente um plano normal ao eixo, portanto uma espiral; 
-Hélico-centrífugos: quando a partícula, em sua passagem no interior do rotor, descreve uma 
hélice sobre uma superfície de revolução cônica, cuja geratriz é uma linha curva; 
-Axiais: quando a trajetória de uma partícula em sua passagem pelo rotor é uma hélice descrita 
em uma superfície de revolução aproximadamentecilíndrica. 
 
Figura 2.8.1: Modalidades construtivas dos rotores dos ventiladores: 
(a) centrífugas, (b) helicoidais, (c) hélico-axiais e (d) axiais.c) Segundo a forma das pás: 
-pás radiais retas; 
-pás inclinadas para trás, planas ou curvas. Podem ser de chapa lisa ou com perfil em asa (airfoil); 
-pás inclinadas para a frente; 
-pás curvas de saída axial. 
 
 
( A )PÁS RADIAIS RETAS 
Robusto. Movimenta grandes 
cargas de partículas. Trabalho 
pesado. Rendimento baixo 
( B )PÁS CURVAS PARA TRAS 
Usado para gases limpos. 
Silencioso. Bom rendimento. 
Potência autolimitada. Alta 
pressão. 
( C )PÁS CURVAS PARA FRENTE 
Bom rendimento. 
Alta pressão. 
 
 
Ventilador Sulzer com pás 
para trás 
( D ) PÁS CURVAS DE SAÍDA 
RADIAL 
Alta pressão. 
Grandes vazões. 
( E ) PÁS RETAS PARA TRAS 
Média pressão. Para gases 
limpos ou com baixa 
concentração de partículas. 
Figura 2.8.2: Formas das pás de ventiladores centrífugos. 
 
 
 
 
 
 
EXAUSTORES AXIAIS COM 
TRANSMISSÃO 
Com motor externo e 
transmissão blindada, por 
correias, para gases corrosivos 
ou explosivos 
EXAUSTORES COM 
TRANSMISSÃO TIPO TTR 
 
EXAUSTORES INDUSTRIAIS 
Para ventilização e exaustão 
em grandes ambientes e 
processos industriais 
Figura 2.8.4: ventiladores-exaustores axiais da Metalúrgica Silva Ltda. 
 
 
 
ROTOR DO TIPO A, PÁS 
AIRFOIL PARA TRÁS 
(HIGROTEC) 
 Elevado rendimento e 
nível de ruído muito 
baixo. 
TRANSMISSÃO 
DIRETA 
 O rotor é montado 
diretamente sobre o 
eixo do motor. A 
temperatura máxima 
de operação é 100ºc 
TRANSMISSÃO POR 
CORREIA 
 Rotor é montado 
em um robusto eixo 
sobre rolamentos. 
Para temperaturas 
acima de 100ºc, um 
disco de refrigeração 
pode ser montado 
entre a carcaça e os 
mancais, permitindo 
gases a até 350ºc. 
TRANSMISSÃO POR 
CORREIA E BASE 
ÚNICA 
 O motor do 
ventilador e a 
transmissão por 
polias e correias são 
montados em uma 
robusta base 
formando uma 
unidade completa 
pronta para ser 
acionada. 
Figura 2.8.6: Variantes de acionamento do ventilador HC da Fläkt Técnica de Ar Ltda. 
 
d) Segundo o número de entradas de aspiração no rotor: 
 
-Entrada unilateral ou simples aspiração -Entrada bilateral ou dupla aspiração. 
 
e) Segundo o número de rotores: 
- de simples estágio, com um rotor apenas. É o 
caso usual; 
- de duplo estágio, com dois rotores montados 
num mesmo eixo. O ar, após passar pela caixa do 
1º estágio, penetra na caixa do 2º estágio com a 
energia proporcional pelo 1º rotor (menos as 
perdas) e recebe a energia do 2º rotor, que se 
soma a do 1º estágio. Conseguem-se assim 
pressões elevadas da ordem de 3.000 a 4.000 
mm H2O. 
 
2.8.3) Fundamentos da Teoria dos Ventiladores 
 
2.8.3.1) Diagrama das velocidades 
 
Nos ventiladores, aliás, como em todas as chamadas turbomáquinas, uma partícula de 
fluido em contato com a pá (palheta) do órgão propulsor não tem a mesma trajetória que a do 
ponto do órgão propulsor com a qual, a cada instante, se acha em contato. Ao mesmo 
tempo em que o ponto da pá descreve uma circunferência, a partícula percorre uma 
trajetória sobre a superfície da pá (movimento relativo). 
Da composição desse movimento relativo e do movimento simultâneo do ponto da 
pá (movimento de arrastamento), resulta para a partícula um movimento segundo uma 
trajetória absoluta, em relação ao sistema de referência fixo no qual se acha o observador. 
Esta trajetória absoluta seria, portanto, aquela que o observador veria a partícula descrever. Para 
um determinado ponto M correspondente a uma partícula de fluido em contato com a pá, 
podemos caracterizar o movimento pela velocidade ao longo da trajetória correspondente. 
Para um determinado ponto M correspondente a uma partícula de fluido em contato com 
a pá, podemos caracterizar o movimento pela velocidade ao longo da trajetória 
correspondente. Assim, temos que U é a velocidade circunferencial, periférica ou de 
arrastamento, tangente à circunferência descrita pelo ponto M da pá. Seu módulo é dado pelo 
produto da velocidade angular  = (n)/30 (radianos por segundo) pelo raio r correspondente ao 
ponto M. ou seja; 
 
U = r (2.8.1) 
 
n é o número de rotações por minuto; 
W é a velocidade relativa, isto é, da partícula no ponto M percorrendo a trajetória relativa e que 
corresponde ao perfil da pá; 
 
 
Figura 2.8.12: Diagrama de velocidades para os pontos 1 (entrada), 2 (saída) e 
 M (ponto qualquer) da pá. V é a velocidade absoluta, soma 
geométrica das 
 duas anteriores e tangente à trajetória absoluta no ponto M. 
 
V  U  W (2.8.2) 
 
 
O diagrama formado pelos vetores W, U e V é denominado diagrama das velocidades. 
Completa-se o diagrama indicando-se, ainda: 
- O ângulo , que a velocidade absoluta V forma com a velocidade periférica U; 
- O ângulo , que a velocidade relativa W forma com o prolongamento de U em sentido oposto. É 
o ângulo de inclinação da pá no ponto considerado; 
- A projeção de V sobre U, isto é, a componente periférica de V que é representada por 
VU. Esta grandeza aparece na equação da energia cedida pelo rotor ao fluido (ou vice-versa, no 
caso de uma turbomáquina motriz): 
- A projeção de V sobre a direção radial ou meridiana designada por Vm. Esta componente 
intervém no cálculo da vazão do ventilador. São especialmente importantes os diagramas à 
entrada e à saída das pás do rotor, designados com os índices “1” e “2”, pois representam as 
grandezas que aparecem na equação de Euler conhecida como equação da energia das 
tucbomáquinas. 
 
Equação da energia 
 
Se for aplicada uma potência N, pelo rotor a uma massa de um gás de peso específico , 
este gás adquire uma energia He (altura de elevação) graças à qual tem condições de escoar 
segundo uma vazão Q. 
Podemos escrever: 
NeQHe 
 
Na maioria dos casos projeta-se o rotor de forma que a entrada do fluido se 
dê radialmente, o que elimina o termo negativo (condição de entrada 
meridiana,  = 90°), de modo que a equação de Euler se simplifi ca para 
 
Observa-se, portanto, a importância fundamental do que se passa à saída do rotor e, 
portanto, a velocidade periférica de saída U2 e do ângulo de inclinação das pás à saída do rotor 
2. 
Se aplicarmos a equação de Bernoulli aos pontos à entrada e à saída do rotor, chegaremos a uma 
expressão para a altura total de elevação He útil na análise do que ocorre no rotor do ventilador, 
e que é de fato, a energia cedida pelo rotor se apresenta sob duas formas: 
- Energia de pressão (pressão estática) 
- Energia dinâmica ou cinética 
 
As grandezas referentes ao que ocorre à entrada e à saída do rotor são fundamentais 
para o projeto do ventilador. 
Para quem adquire um ventilador a fim de aplicá-lo ao contexto de uma instalação, interessa 
mais conhecer o que se passa à entrada e à saída da caixa do ventilador (se for do tipo centrífugo 
ou hélico-centrífugo) e à entrada e à saída da peça tubular, se o ventilador for axial. 
 
 
Alturas energéticas 
 
Quando se representam as parcelas de energia que a unidade de peso de um fluido 
possui, para deslocar-se entre dois determinados pontos, expressas em altura de coluna fluida de 
peso específico , elas se denominam de alturas de elevação. Uma altura de elevação representa 
um desnível energético entre dois pontos, e este desnível pode ser de pressão, de energia 
cinética ou de ambos, conforme o caso que se estiver considerando. Vejamos a conceituação de 
algumas dessas alturas. 
 
Altura útil de elevação Hu ou pressão totalÉ a energia total adquirida pelo fluido (sempre se refere à unidade de peso do fluido) em 
sua passagem pelo ventilador, desde a boca de entrada (índice “1”) até à de saída (índice “2”). 
Graças a esta energia recebida, o fluido tem capacidade para escoar ao longo de 
tubulações ou dutos. Esta energia útil consta de duas parcelas: 
1- Altura de carga estática Hs ou simplesmente carga estática, pressão estática, PE, ou 
pressão manométrica total (medidas em altura de coluna líquida). 
2- Altura de carga dinâmica Hv ou simplesmente carga dinâmica ou pressão dinâmica. 
É o ganho de energia cinética do fluido em sua passagem pelo ventilador, desde a entrada até a 
saída da caixa. 
 
Altura total de elevação He 
 
É a energia total cedida pelo rotor do ventilador ao fluido. Uma parte dessa energia se 
perde no próprio ventilador por atritos e turbilhonamentos (que se designam por perdas 
hidráulicas), de modo que sobra para a altura útil 
He HuHc 
 
Altura motriz de elevação Hm 
 
É a energia mecânica produzida pelo eixo do motor que aciona o ventilador. Nem toda 
esta energia é aproveitada pelo rotor para comunicar ao fluido a energia He, pois uma parte se 
perde sob a forma de perdas mecânicas Hp nos mancais, e em transmissão por correia: 
Hm He Hp 
 
Potências 
 
O trabalho efetuado ou a energia cedida para efetuar trabalho na unidade de tempo 
constitui a potência. Portanto, a cada altura de elevação corresponde uma potência com a 
mesma designação. 
 
- Potência útil: é a potência adquirida pelo fluido em sua passagem pelo ventilador. 
Nu QHu 
 
- Potência total de elevação: é a potência cedida pelas pás do rotor ao fluido. 
Ne  QHe 
 
- Potência motriz: mecânica ou efetiva, ou ainda brake horse-power (BHP), é a potência 
fornecida pelo motor ao eixo do rotor do ventilador. 
Nm QHm 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.8.7.1: Ventiladores da Otam S.A. Ventiladores Industriais. 
 
 
Figura 2.8.7.2: Ventiladores da Otam S.A. Ventiladores Industriais. 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.8.8.1: Ventiladores da Otam S.A. Ventiladores Industriais. 
 
 
Figura 2.8.8.2: Ventiladores da Otam S.A. Ventiladores Industriais. 
 
 
Sulzer, de pás de passo ajustável, tipo PV. 
 
 
Figura 2.8.11: ventilador VAV (volume de ar variável).