Projeto - Dimensionamento de Ventilador

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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
		
PROJETO
Dimensionamento de Ventilador
André Luiz Ramos de Melo
Emilly Cristine Pereira da Silva
Recife – PE
Dezembro 2014 – 2014.2
	 
	
	 
	 
	
PROJETO
Dimensionamento de Ventilador
Projeto de pesquisa
 apresentado ao professor 
Flávio Augusto Bueno Figueiredo
, como requisito à aprovação na disciplina 
Máquinas Hidráulicas
, referente ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Pernambuco.
Recife – PE
Dezembro 2014 – 2014.2
SUMÁRIO
Introdução ............................................................................................................................ 04
Objetivos .............................................................................................................................. 05
Sistema ............................................................................................................................... 06
Dimensionamento ............................................................................................................... 10
Conclusão ........................................................................................................................... 14
Refrências Bibliográficas ................................................................................................... 15
INTRODUÇÃO
A importância do ar para o homem é por demais conhecida, sob o aspecto da necessidade de oxigênio para o metabolismo. Por outro lado, a movimentação de ar natural (através dos ventos), é responsável pela troca de temperatura e umidade que sentimos diariamente, dependendo do clima da região. 
A movimentação do ar por meios não naturais constitui-se no principal objetivo dos equipamentos de ventilação, os quais transmitem ou absorvem energia do ambiente, ou mesmo transportam material. O qual atua num padrão de grande eficiência sempre que utilizado em equipamentos adequadamente projetados. 
A ventilação industrial tem sido continuamente a principal medida de controle efetiva para ambientes de trabalho prejudiciais ao ser humano. No campo da higiene do trabalho, a ventilação tem a finalidade de evitar a dispersão de contaminantes no ambiente industrial, bem como diluir concentrações de gases, vapores e promover conforto térmico ao homem. Assim sendo, consiste num método para se evitarem doenças profissionais.
O controle adequado da poluição do ar tem início com uma adequada ventilação das operações e processos industriais, seguindo-se uma escolha conveniente de um coletor dos poluentes. Todavia, ao se aplicar a ventilação numa indústria, é preciso verificar as condições das máquinas, equipamentos, bem como o processo existente, a fim de se obter a melhor eficiência na ventilação. 
OBJETIVOS
Pesquisar sistema de ventilação de um processo industrial.
Extrair o máximo de informações dimensionais do processo, o que não for possível deve-se estipular.
A partir dos dados, dimensionar o ventilador e os dutos mais adequados ao processo.
Se o sistema encontrado informar a especificação do ventilador e dos dutos utilizados, comparar estes com as especificações encontradas.
SISTEMA
A instalação utilizada é de uma empresa de beneficiamento de madeira, onde observa-se uma expressiva geração de resíduos. No entanto, raramente essas unidades de produção dispõem de um plano de captação dos mesmos.
	
	Classificação dos Resíduos
	
	
	
	
	Serragem
	Maravalha
	Cavaco, Aparas ou Refilos
	
Resíduo derivado no desdobro e corte da madeira com a utilização de serras.
	
Gerado no processo de beneficiamento e desengrosso, onde é retirada toda superfície áspera, com a utilização de plaina de mesa e plaina desengrossadeira.
	
Resíduo maior, que são gerados em todos os processos de corte, chanfros, entalhos.
Sem um sistema de captação adequado, os materiais particulados se acumulam, ocasionando diversos transtornos. Então, seguem abaixo as justificativas de importância técnica e social que embasam a operação da coleta automatizada:
A segurança e qualidade do ambiente de trabalho e das vizinhanças não é afetada. Pois, como a poeira não estará em suspensão no ambiente, não provocará riscos à saúde humana. Então, os trabalhadores não estarão impostos a condições inadequadas para realização de suas atividades e não haverá incômodo aos vizinhos. 
Dispensa-se o tempo perdido com coleta manual e varrição. Aumentando a disponibilidade de tempo e força de trabalho para as atividades diretas do processo produtivo, aumentando a produtividade, ou não se faz necessária a contratação de um funcionário extra especificamente para esta atividade.
Preservação das peças e equipamentos de uma maneira geral, pois o resíduo não estará em contato com estes.
Evita-se a contaminação do resíduo, pois sairá das máquinas diretamente para o depósito. Gerando a possibilidade de reaproveitamento desses resíduos que possuem um alto valor energético, podendo ser usado na cogeração de energia elétrica, tornando sustentável seu consumo como matéria prima para a fabricação de briquetes, adubos orgânicos, etc. O que preserva o meio ambiente e agrega valor a esse subproduto, facilitando sua venda e assim gera lucro.
Com o reaproveitamento / venda, os custos de descarte poderão ser minimizados ou eliminados; carregamento e frete serão amortizados, e a taxa de aterro sanitário é eliminada.
Este trabalho apresenta o projeto de um sistema de ventilação local exaustora (VLE) como forma de captação do particulado proveniente do sistema produtivo e posterior armazenamento em um local adequado (silo). Com um equipamento de simples fabricação e instalação buscaremos sanar, de maneira eficiente, os problemas ocasionados pelo acumulo de resíduos sólidos.
Nas páginas seguintes seguem o croqui da instalação e uma tabela ilustrativa das máquinas de marcenaria.
	Máquina
	Nome
	Imagem
	
	
	ACGIH
	Foto
	1
	Serra Circular
	
	
	2
	Plaina Desengrossadeira
	-
	
	3
	Tupia de Bancada
	-
	
	4
	Plaina de Mesa
	
	
	5
	Lixadeira Horizontal
	
	
DIMENSIONAMENTO
O método escolhido para o dimensionamento dos dutos foi o da velocidade constante e os cálculos baseado na Equação da Continuidade, representada na forma:
Onde Q é a vazão de ar, em m³/s, “V” a velocidade, em m/s e “A” a área de seção transversal do duto em m². Essas tubulações geralmente são circulares, isso permite que a velocidade do ar seja uniforme, e o cálculo do diâmetro é representado pela fórmula, em que D é o diâmetro, em m.
A perda de pressão nas tubulações pode ser calculada como as perdas de energia devido ao atrito nos dutos circulares pela equação de Darcy-Weisbach.
Onde:
ΔP - Perda de pressão [Pa]
f - Fator de atrito
L - Comprimento do duto [m]
⍴ - Massa específica do fluido [Kg/m³]
V - Velocidade do ar [m/s]
Para o cálculo do fator de atrito, é necessário conhecer a viscosidade do fluido que será transportado, serragem, e a rugosidade das paredes da tubulação, e que segundo o catálogo da INCROPERA, é igual a 1,589 * 10-5.
Deve-se descobrir o número de Reynolds pelo tipo de escoamento no tubo, sendo um escoamento turbulento por possuir alta vazão.
Onde:
Re – Número de Reynolds
V – Velocidade média no escoamento [m/s]
D – Diâmetro da tubulação [m]
v – Coeficiente de viscosidade cinética [m²/s]
As perdas de carga nas bifurcações devem ser feita de maneira apropriada, pois não pode existir perda de pressão. Existe uma perda de energia com as junções dos dutos, gerando uma perda de carga e é definido pela fórmula a seguir:
	COEFICIENTE DE PERDA DECARGA [1]
	
	
	Em curvas de 90°
	Em ângulos diferentes
Para nosso tipo de dimensionamento foi estipulado uma velocidade mínima para a exaustão de serragem de 20,3 m³/s. A vazão volumétrica varia de acordo com o tipo de máquina.
	DEFINIÇÃO DA VAZÃO VOLUMÉTRICA [1]
	
	
	
	
	Máquina
	Vazão Volumétrica
	
	cfm
	m³/s
	Lixadeira Horizontal
	900
	0,4248
	Plaina
	550
	0,2596
	Tupia de Bancada
Plaina Desengrossadeira
	600
800
	0,2832
0,3776
	Serra Circular
	350
	0,1652
Com os dados da tabela acima e adotando a velocidade do contaminante de 20,3 m/s o cálculo do dimensionamento dos dutos está representado na tabela a seguir, juntamente com as dimensões de cada duto de cada máquina.
	DIMENSIONAMENTO DOS DUTOS
	Trechos
	Vazão do ar
[m³/s]
	Velocidade do Contaminante [m/s]
	Diâmetro
[m]
	Velocidade Real do Contaminante [m/s]
	1 – A
	0,4248
	20,3
	0,16315
	19,84
	2 – B
	0,2596
	20,3
	0,12754
	20,49
	3 – C
	0,2832
	20,3
	0,13321
	22,36
	4 – D
	0,3776
	20,3
	0,15382
	20,70
	5 – E
	0,1652
	20,3
	0,10174
	20,38
	B – F
	0,2596
	20,3
	0,12754
	20,49
	A – F
	0,4248
	20,3
	0,16315
	19,84
	F – G
	0,6844
	20,3
	0,20708
	21,10
	C – G
	0,2832
	20,3
	0,13321
	22,36
	D – H
	0,3776
	20,3
	0,15382
	20,70
	G – H
	0,8259
	20,3
	0,22749
	20,12
	H – I
	1,2035
	20,3
	0,27461
	19,63
	E – I
	0,1652
	20,3
	0,10174
	20,38
	I
	1,3687
	20,3
	0,29285
	20,42
É necessário ter uma padronização dos diâmetros da tubulação para o dimensionamento real, para isso deve-se ajustar esses dutos para a disposição no mercado.
	DIMENSIONAMENTO PARA DIÂMETROS REAIS
	Trechos
	Diâmetro real
[m]
	Diâmetro real 
[pol]
	Comprimento
[m]
	A
	0,1651
	6,5
	4,5
	B
	0,127
	5
	2,5
	C
	0,127
	5
	2,5
	D
	0,1524
	6
	2,5
	E
	0,1016
	4
	2,5
	F
	0,2032
	8
	2,45
	G
	0,2286
	9
	2,65
	H
	0,2794
	11
	1,65
	I
	0,2921
	11,5
	0,7
Então encontram-se as perdas de carga nos dutos devido ao atrito.
	PERDA DE CARGA NOS DUTOS
	Trechos
	Re
	F
	Comprimento
[m]
	ΔP
[Pa]
	A
	235537,09
	0,036
	4,5
	202,54
	B
	164486,03
	0,041
	2,5
	203,86
	C
	187418,24
	0,040
	2,5
	238,94
	D
	200381,43
	0,039
	2,5
	162,83
	E
	145325,46
	0,043
	2,5
	229,68
	F
	288083,36
	0,034
	2,45
	92,25
	G
	288083,36
	0,034
	2,65
	93,79
	H
	339231,18
	0,032
	1,65
	46,36
	I
	361936,47
	0,032
	0,7
	21,75
 
	PERDA DE CARGA NA CURVA DE 90°
	Curva
	Raio [m]
	Diâmetro [m]
	K
	V [m/s]
	⍴
	ΔP
	A
	0,381
	0,1905
	0,27
	19,87
	1,2
	63,96
	PERDA DE CARGA NAS BIFURCAÇÕES EM Y PARA ÂNGULOS DE 30°
	Bifurcações
	K = 30°
	V [m/s]
	⍴
	ΔP
	AB - F
	0,18
	19,87
	1,2
	42,64
	GD - H
	0,18
	20,12
	1,2
	43,71
	HE - I
	0,18
	19,63
	1,2
	41,61
	RESULTADO TOTAL DAS PERDAS DE CARGA
	Perda de Carga Total [Pa]
	1483,92
	Velocidade do Contaminante [m/s]
	20,3
	Vazão [m³/s]
	4927,32
CONCLUSÃO
Este projeto de pesquisa contribuiu muito para nossa formação acadêmica. Pois nos foi dada a oportunidade de aprender na prática a teoria repassada em aula sobre o dimensionamento de um VLE.
Com este trabalho observamos os benefícios técnicos e sociais de se utilizar um sistema de ventilação industrial, bem como a importância de se realizar um dimensionamento correto e adequado ao processo de forma a atender as necessidades e expectativas de forma eficiente.
As atividades industriais há muito tempo são consideradas como das mais poluidoras pela sociedade. Hoje, através da gestão ambiental, busca-se a minimização dos impactos por elas gerados, otimizando o uso de recursos e reutilizando materiais. Mas, infelizmente, a utilização dos resíduos madeireiros é subestimada pelas indústrias produtoras devido à grande abundancia de matéria-prima presente em nosso país. Então é de grande incentivo gerar renda através do resíduo, e se possível maximizá-la. Logo, é interessante que após o investimento empregado no sistema de exaustão seja amortizado pela venda do resíduo, seja realizado um estudo para compra de um equipamento que agregue valor ao resíduo antes da venda, aumentando assim a renda extra gerada.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ACGIH, Industrial Ventilation Committee. Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Design. 23ª Ed. Cincinnati: American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH®), 1998.
[2] MACINTYRE, Archibald Joseph. Máquinas Motrizes Hidráulicas. Editora: Guanabara.
[3] MACINTYRE, Archibald Joseph. Ventilação Industrial e Controle da Poluição. 2ª Ed. Rio de Janeiro: LTC, 1990.