Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
VENTILADORES Profa. Roberta J. A. Rigueira Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente 1 1. INTRODUÇÃO A ventilação é um método disponível e bastante efetivo para controle da poluição do ar de ambientes de trabalho, ambientes residenciais e de lazer. 2 1. INTRODUÇÃO Promove a diluição ou retirada de substâncias nocivas ou incômodas presentes no ambiente de trabalho, de forma a não ultrapassar os limites de tolerância ou os níveis aceitáveis ou recomendados. A ventilação pode ser utilizada para controlar a concentração de substâncias explosivas e/ou inflamáveis, agindo dessa forma no aspecto de segurança tanto do trabalhador como do patrimônio da empresa. 3 1. INTRODUÇÃO Ventilação – movimentação intencional do ar, de forma planejada. Essa movimentação pode ser feita por meios naturais ou mecânicos. Deve-se ter em mente que o ar sempre se movimenta da zona de maior pressão para a zona de menor pressão. 4 Movimentação natural do ar 5 Movimentação natural do ar 1. INTRODUÇÃO São estruturas mecânicas utilizadas para converter rotação em aumento de pressão do ar. Conforto humano e processos industriais. 6 1. INTRODUÇÃO Ventiladores são turbomáquinas geratrizes ou operatrizes, também designadas por máquinas turbodinâmicas, que se destinam a produzir o deslocamento dos gases. Ventiladores são máquinas que, por meio da rotação de um rotor provido de pás adequadamente distribuídas e acionado por um motor, permitem transformar a energia mecânica do rotor em formas de energia potencial de pressão e energia cinética. 7 8 Circulador de ar Ventilador 1. INTRODUÇÃO Classificação dos sistemas de ventilação Considerar a finalidade a que se destinam. Objetivos: a) Ventilação para manutenção do conforto térmico; b) Ventilação para manutenção da saúde e segurança do homem; c) Ventilação para conservação de materiais e equipamentos (por imposição tecnológica). 9 1. INTRODUÇÃO Tipos de ventilação Os tipos de ventilação, empregados para qualquer finalidade, são assim classificados: a) Ventilação natural; b) Ventilação geral; c) Ventilação geral para conforto térmico; d) Ventilação geral diluidora; e) Ventilação local exaustora. 10 11 12 Ventilação natural de galpões industriais 13 https://www.youtube.com/watch?v=qA shzM6y6zo Fonte: http://www.primetech.com.br/climatizacao/climatizacao-para-industriais/ 14 1. INTRODUÇÃO Para efeito de nomenclatura: Ventilador Compressor Soprador 15 1. INTRODUÇÃO Para efeito de nomenclatura: Ventilador (fan) - máquina que trabalha com gás onde a alteração da densidade entre a admissão e descarga é tão pequena que o gás pode ser considerado um fluido incompressível (diferenças de pressão até 10kPa ou 1.000 mmca). 16 1. INTRODUÇÃO Para efeito de nomenclatura Compressor (compressor) também trabalha com gás, porém a alteração da densidade é significativa. Atingem até 100 MPa. Soprador (blower) a máquina que trabalhe numa faixa de diferença de pressão entre admissão e descarga da ordem de 10 a 300 kPa (1.000 a 3.0000 mmca). 17 2. CLASSIFICAÇÃO Critérios: a) Segundo o nível energético de pressão que estabelecem; b) Segundo a modalidade construtiva; c) Segundo a forma das pás; d) Segundo o número de entradas de aspiração no rotor; e, e) Segundo o número de rotores. 18 2. CLASSIFICAÇÃO a) Segundo o nível energético de pressão que estabelecem, os ventiladores podem ser de: baixa pressão: até uma pressão efetiva de 0,02 kgf cm-2 (200 mm de H2O); média pressão: para pressões de 0,02 a 0,08 kgf cm-2 (200 a 800 mm de H2O). alta pressão: para pressões de 0,08 a 0,250 kgf cm-2 (800 a 2.500 mm de H2O). muito alta pressão: para pressões de 0,250 kgf cm-2 a 1.000 kgf cm-2 (2.500 a 10.000 mm de H2O). São os turbo- compressores. 19 2. CLASSIFICAÇÃO 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 (Figura a), portanto uma espiral; 20 VENTILADORES CENTRÍFUGOS 21 Siroco Pás para frente Pás retas VENTILADORES CENTRÍFUGOS 22 Pás para trás VENTILADORES CENTRÍFUGOS 23 Carcaça: em forma de voluta (caracol) 2. CLASSIFICAÇÃO b) Segundo a modalidade construtiva: Hélico-centrífugos - quando a partícula, em sua passagem no interior do motor, descreve uma hélice sobre uma superfície de revolução cônica cuja geratriz é uma linha curva (Figuras b e c); 24 2. CLASSIFICAÇÃO b) Segundo a modalidade construtiva: Axiais - quando a trajetória de uma partícula em sua passagem pelo motor é uma hélice descrita em uma superfície de revolução aproximadamente cilíndrica (Figuras d). 25 VENTILADORES AXIAIS 26 Hélices VENTILADORES AXIAIS 27 Jet-fans https://www.youtube.com/watch?v=XcmI5FVADxE https://www.youtube.com/watch?v=Fl9B9AtkRZQ 2. CLASSIFICAÇÃO 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 frente; e, pás curvas de saída radial. 28 2. CLASSIFICAÇÃO c) Segundo a forma das pás: 29 2. CLASSIFICAÇÃO c) Segundo a forma das pás: 30 2. CLASSIFICAÇÃO d) Segundo o número de entradas de aspiração no rotor: entrada unilateral ou simples aspiração; entrada lateral ou dupla aspiração. 31 http://www.motovent.com.br/ventiladores_sirocco.html http://www.termodin.com.br Simples aspiração Dupla aspiração 2. CLASSIFICAÇÃO 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, entra na caixa do 2o estágio com a energia proporcionada pelo 1o rotor (menos as perdas) e recebe a energia do 2o rotor, que se soma à do 1o estágio. Conseguem-se assim pressões elevadas, da ordem de 3.000 a 4.000 mm de H2O. 32 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.1. Diagrama das velocidades 3.2. Equação da energia 3.3. Alturas energéticas 3.3.1. Altura útil de elevação Hu e pressão total 3.3.2. Altura total de elevação He 3.3.3. Altura motriz de elevação Hm 3.4. Potências 3.5. Rendimentos 33 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.1. Diagrama das velocidades 34 Vetores: 𝑼 Velocidade circunferencia l 𝑽 Velocidade absoluta 𝑾 Velocidade relativa Ângulos 𝑼 - Velocidade circunferencial 𝑾 - Velocidade relativa 𝑽 - Velocidade absoluta Ângulo - diferentes deflexões 35 𝑼 - Velocidade circunferencial 𝑾 - Velocidade relativa 𝑽 - Velocidade absoluta Ângulo - diferentes deflexões 36 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.2. Equação de energia Aenergia cedida pelo rotor se apresenta sob duas formas: - Energia de pressão (pressão estática) dada por: 𝐻𝑝 = 𝑝2 − 𝑝1 𝛾 + 𝑈2 2 − 𝑈1 2 2𝑔 + 𝑊2 2 −𝑊1 2 2𝑔 - Energia dinâmica ou cinética: 𝐻𝑐 = 𝑉2 2 − 𝑉1 2 2𝑔 37 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.3. Alturas energéticas Altura de elevação - 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 alturas de elevação. 38 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.3. Alturas energéticas 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 em que se estiver considerando. 39 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.3.1. Altura útil de elevação Hu ou pressão total É a energia total adquirida pelo fluido (sempre se refere à unidade de peso de fluido) em sua passagem pelo ventilador, desde à boca de entrada (índice “0”) até a saída (índice “3”). 𝐻𝑢 = 𝑝3 𝛾 − 𝑝0 𝛾 + 𝑉3 2 − 𝑉0 2 2𝑔 Graças a esta energia recebida, o fluido tem capacidade para escoar ao longo de tubulações e dutos. 40 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.3.1. Altura útil de elevação Hu o pressão total 𝐻𝑢 = 𝑝3 𝛾 − 𝑝0 𝛾 + 𝑉3 2 − 𝑉0 2 2𝑔 Com esta energia útil consta, como mostra na fórmula acima, de duas parcelas: 1) altura de carga estática Hs, e 2) altura de carga dinâmica Hv. 41 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.3.2. Altura total de elevação He É a energia total cedida pelo rotor do ventilador ao fluido. 𝐻𝑒 = 𝑈2 2 − 𝑈1 2 2𝑔 + 𝑉2 2 − 𝑉1 2 2𝑔 + 𝑊2 2 −𝑊1 2 2𝑔 Perdas por turbilhonamentos - H 42 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.3.3. Altura motriz de elevação Hm É a energia mecânica fornecida pelo eixo do motor que aciona o ventilador. Nem toda essa energia é aproveitada pelo rotor para comunicar ao fluido a energia He, pois uma parte se perde sob a forma de perdas mecânicas H nos mancais, e em transmissão por correia, de modo que podemos escrever que, Hm = He - H 43 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.4. Potências O trabalho efetuado ou a energia cedida para efetuar trabalho na unidade de tempo constitui a potência. Potência útil: é a potência adquirida pelo fluido em sua passagem pelo ventilador. Nu = .Q.Hu Potência total de elevação: é a potência cedida pelo rotor 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 44 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.5. Rendimentos O rendimento é a razão entre a potência aproveitada e a fornecida. Temos, no caso dos ventiladores: - Rendimento hidráulico: 𝜀 = 𝑁𝑢 𝑁𝑒 Nu – potência útil; Ne – potência total de elevação. 45 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.5. Rendimentos - Rendimento mecânico: 𝜌 = 𝑁𝑒 𝑁𝑚 Ne – potência total de elevação; Nm – potência motriz. - Rendimento total: 𝜂 = 𝑁𝑢 𝑁𝑚 Nm – potência motriz. Nu – potência útil 46 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.5. Rendimentos - Rendimento volumétrico: 𝜂𝑣 = 𝑄 𝑄 + 𝑄𝑓 Q – o volume de gás realmente deslocado pela ação do ventilador; Qf – o volume que gás que fica continuamente circulando no interior do ventilador em consequências das diferenças de pressão que provocam recirculação interna de uma parcela de gás. É designado por vazão de fugas. 47 3. FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS VENTILADORES 3.5. Rendimentos Quando nos catálogos se menciona potência do ventilador, normalmente se está fazendo referência à potência motriz. 𝑁𝑚 = 𝛾. 𝑄. 𝐻𝑢 𝜂 48 4. GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS Estas grandezas, denominadas características, por caracterizarem as condições de funcionamento, são: 1) número de rotações por minuto ou n, ou a velocidade angular, (radianos por segundo); 2) diâmetro de saída do rotor (d2); 3) vazão, (Q); 4) alturas de elevação (útil, manométrica e motriz); 5) potências (útil, total de elevação e motriz); 6) rendimentos (hidráulico, mecânico e total). 49 4. GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS As curvas que traduzem a dependência entre duas das grandezas, uma vez fixadas as demais, chamam-se curvas características. As mais importantes são: a) para um valor de n (rpm) constante: variação das grandezas H (alturas) Nm (ptências) e (rendimentos) em função da vazão Q. b) variação das grandezas H, Q, Nm e em função do número de rotações n. c) curvas de igual rendimento nos campos das grandezas Q e H. 50 CURVAS CARACTERÍSTICAS 51 5. LEIS DE SEMELHANÇA A partir do conhecimento das condições com as quais um ventilador se acha funcionando e aplicando as chamadas “leis de semelhança”, pode-se determinar os valores das diversas grandezas quando uma ou mais dentre elas sofre uma variação. 52 5. LEIS DE SEMELHANÇA Por meio de um modelo reduzido, conseguem-se, pela aplicação dos princípios de semelhança geométrica, cinemática e dinâmica, estabelecer as grandezas correspondentes de um protótipo, que por suas dimensões ou elevada potência, não poderia ser ensaiado em laboratório. 53 5. LEIS DE SEMELHANÇA 1o caso – para um dado rotor, operando com o mesmo fluido, Q é proporcional a n, H é proporcional ao quadrado de n e N, ao cubo de n, isto é: 𝑄 ∷ 𝑛, 𝑜𝑢 𝑠𝑒𝑗𝑎, 𝑄′ 𝑄 = 𝑛′ 𝑛 𝐻 ∷ 𝑛2, 𝑜𝑢 𝑠𝑒𝑗𝑎, 𝐻′ 𝐻 = 𝑛′2 𝑛2 𝑁 ∷ 𝑛3, 𝑜𝑢 𝑠𝑒𝑗𝑎, 𝑁′ 𝑁 = 𝑛′3 𝑛3 54 5. LEIS DE SEMELHANÇA 2o caso – Rotores geometricamente semelhantes, com o mesmo número de rotações por minuto e mesmo fluido. 𝑄 ∷ 𝐷3 𝑄′ 𝑄 = 𝐷′ 𝐷 3 𝐻 ∷ 𝐷2 𝐻′ 𝐻 = 𝐷′ 𝐷 2 𝑁 ∷ 𝐷5 𝑁′ 𝑁 = 𝐷′ 𝐷 5 55 5. LEIS DE SEMELHANÇA 3o caso – Rotores geometricamente semelhantes, mesmo fluido e números de rotações diferentes. É, em geral, o caso dos modelos reduzidos. 𝑄′ = 𝑄 𝑛′ 𝑛 . 𝐷′ 𝐷 3 𝐻′ = 𝐻 𝑛′ 𝑛 . 𝐷′ 𝐷 2 𝑁′ = 𝑁 𝑛′ 𝑛 . 𝐷′ 𝐷 5 56 6. COEFICIENTES ADIMENSIONAIS No projeto de rotores de ventiladores empregam-se coeficientes baseados em ensaios experimentais e na constatação do comportamento de inúmeros ventiladores construídos. Os coeficientes de semelhança referidos mais conhecidos são os de Rateau, além dos de Eiffel, Joukowysky, e Sulzer. 57 7. VELOCIDADES PERIFÉRICAS MÁXIMAS Não se deve operar com velocidades de ar elevadas tanto no rotor quanto à saída do ventilador. Velocidades periféricas elevadas produzem vibração das pás e ruído acima do aceitável. Ruído aceitável - NBR 10152 (NB-95) - Níveis de ruído para confortoacústico. Conforto, 55 dB, ou acima de 75 dB prejudicial. 58 8. PROJETO DE UM VENTILADOR CENTRÍFUGO - ROTEIRO Determinar as dimensões principais de um ventilador de baixa pressão, sabendo-se que: a) Vazão Q = 300 m3 min-1 = 50 m3 s-1 = 5000 l s-1 b) Pressão diferencial p = 80 mm de coluna de água c) Peso específico do ar = 1,2 kgf m-3 a 20 °C e 760 mm Hg d) Número de rpm = 725 e) = 0,80 para o “rendimento hidráulico” 59 8. PROJETO DE UM VENTILADOR CENTRÍFUGO - ROTEIRO a) altura manométrica – Hm; b) velocidade específica – ns; c) velocidade periférica do rotor à saída da pá – U2; d) diâmetro do rotor – D2; e) Velocidade V0 de entrada do ar na boca de entrada da caixa do ventilador – V0; f) diâmetro Da da boca de entrada do ventilador – Da; g) diâmetro do bordo de entrada das pás – D1; h) largura das pás – b2; i) diagrama das velocidades – Vm2, W2, V2, U1, tg1, W1, D3; e, j) potência do motor do ventilador - N. 60 8. PROJETO DE UM VENTILADOR CENTRÍFUGO - ROTEIRO Figura – Ventilador centrífugo com pás para trás, saída radial (Fonte: MACYNTIRE, 2012). 61 9. ESCOLHA PRELIMINAR DO TIPO DE ROTOR Figura – Gráfico de quadrículas para escolha de ventilador centrífugo da indústria de Ventiladores Gema (Fonte: MACYNTIRE, 2012). 62 10. CURVA CARACTERÍSTICA DO SISTEMA A curva representativa das perdas de carga, em função da vazão (Q), denomina- se curva característica do sistema. Para traçá-la, escolhe-se um certo número de valores de Q e calcula-se para cada um desses valores o valor correspondente das perda. 63 10. CURVA CARACTERÍSTICA DO SISTEMA 64 D=200 mm – 0,20 m 10D = 2 m 5D = 1 m 3,5D = 0,70 m 1,5D = 0,30 m 11. CONTROLE DA VAZÃO A variação de vazão é realizada por meio de registros do tipo borboleta ou do tipo veneziana, com lâminas paralelas, cuja inclinação se pode graduar manual ou automaticamente. 65 11. CONTROLE DA VAZÃO Registros tipo veneziana 66 Registro tipo veneziana e conoidais Registros tipo veneziana, com lâminas paralelas, cuja inclinação se pode graduar manual ou automaticamente. https://www.youtube.com/watch?v=aL8PjaDPxHw 11. CONTROLE DA VAZÃO À medida que a válvula vai sendo fechada, o ponto se desloca para p’, p’’ .., e a vazão passa a Q’, Q’’ .., até que, com o registro todo fechado, a curva do encanamento coincide com o eixo das ordenadas H (condição de shut-off). 67 Figura – Regulagem da vazão do sistema de dutos com emprego do registro (Fonte: MACYNTIRE, 2012). CURVAS CARACTERÍSTICAS 68 12. OPERAÇÃO DE VENTILADORES EM PARALELO E EM SÉRIE 12.1. Operação em série Quando se necessita de uma pressão relativamente elevada no sistema, pode-se recorrer a associação de ventiladores em série, designados como ventiladores de dois estágios, mas pode-se, em certos casos realizar a montagem de um ventilador insuflando ar na aspiração de outro, sem dificuldade. Normalmente se usam ventiladores iguais, embora dependendo do funcionamento de dois ventiladores no sistema, seja possível utilizá-los de capacidades diferentes. 69 12. OPERAÇÃO DE VENTILADORES EM PARALELO E EM SÉRIE 12.1. Operação em paralelo Certas instalações de ventilação industrial operam em uma faixa de variação de vazão difícil às vezes de ser atingida com a utilização de um único ventilador. Recorre-se, então, à associação em paralelo de dois ventiladores. Teoricamente a vazão duplica para um mesmo valor da pressão estática, de modo que o traçado de curva resultante do funcionamento de dois ventiladores se realiza somando-se as abcissas (valores de Q) correspondentes a um mesmo valor de H. 70 13. EFEITO DA VARIAÇÃO DA DENSIDADE SOBRE O PONTO DE OPERAÇÃO A altitude local e a temperatura de operação dos gases afetam o valor da densidade. A variação da densidade , embora não afete a vazão volumétrica, afeta, contudo, a descarga da massa (massa escoada na unidade de tempo), a altura manométrica e o consumo de potência. As tabelas dos fabricantes são elaboradas para o chamado ar padrão ( = 1,2 kgf m-3), na temperatura de 21,1 °C e ao nível do mar (760 mm Hg). 71 13. EFEITO DA VARIAÇÃO DA DENSIDADE SOBRE O PONTO DE OPERAÇÃO A densidade varia diretamente com a pressão barométrica. A variação da temperatura afeta a densidade do gás, a qual é inversamente proporcional à temperatura absoluta. Como a pressão manométrica e a potência consumida pelo ventilador dependem da densidade e do peso específico temos que fazer a correção para verificar como funciona o ventilador que é projetado para as condições-padrão, quando submetido a outras condições. Uma vez determinado o peso específico nas novas condições, calcula-se a densidade de dividindo-se por 1,2 e aplicam-se as relações de proporcionalidade de H e N em função de . 72 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS Nas indústrias, os ventiladores muitas vezes devem operar em ambientes contendo vapores, líquidos, gases e poeiras inflamáveis. Os motores elétricos que acionam ventiladores em certos processos petroquímicos e de produção de celulose, por exemplo, devem atender a especificações rigorosas para que não venham provocar ou propagar incêndios e explosões. 73 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS ATMOSFERAS LOCAIS PERIGOSOS Gases e vapores A presença de gases e vapores inflamáveis constitui uma séria preocupação nas medidas preventivas a serem tomadas contra incêndios, entre as quais aquelas que se relacionam com a especificação dos ventiladores e seus acionadores. Parâmetros que orientam o projetista e que dizem respeito ao risco que vapores e gases oferecem à irrupção e à propagação de um incêndio. 74 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS Parâmetros a serem considerados: a) Ponto de fulgor; b) Ponto de inflamação ou de combustão; e, c) Limites de inflamabilidade. 75 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS a) Ponto de fulgor Vem a ser a mais baixa temperatura a partir do qual um líquido emite vapor em quantidade suficiente para provocar uma centelha quando a superfície é exposta a uma chama que não chega a elevar apreciavelmente a temperatura do líquido. 76 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS b) Ponto de inflamação ou de combustão Vem a ser a temperatura acima da qual toda a mistura de vapor (ou de gás) e ar se inflamará mantendo uma combustão contínua durante 5 segundos. Não tem uma relação direta com o ponto de fulgor e depende até certo ponto do agente que provoca a inflamação. 77 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS c) Limites de inflamabilidade Se a faixa correspondente ao valor da concentração do gás ou vapor no ar for grande, como ocorre com o hidrogênio (4 a 74%), o perigo se torna extremamente grave. Se a faixa ou margem for pequena, o risco é reduzido. Deve-se analisar cuidadosamente essa margem, consultando dados pertinentes. 78 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS Aerossóis e poeiras O perigo da presença de aerossóis em suspensão é análogo ao dos vapores, porém a inflamação pode verificar-se abaixo do ponto de fulgor, caso a fonte calorífica que produz a inflamação possua energia suficiente para vaporizar gotículas. Já ocorreram incêndios provocados por nuvens de poeira de carvão e, em certos casos, até explosões. A presença de pó de carvão no ar não produz diluição do oxigênio disponível para a combustão, ao contrário do que ocorre com a formação de misturas explosivas no ar. Por isso, embora não aparente, a mistura de pó de carvão pode proporcionar combustão de grande potência. 79 14. INSTALAÇÕES DE VENTILADORES EM CONDIÇÕES PERIGOSAS 80 VENTILADORES PARTE II Profa. Roberta J. A. Rigueira Departamento de Engenharia Agrícola e do Meio Ambiente 81 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Existe uma ampla gama de ventiladores que podem ser usados em um espectro grande de aplicações. O ventilador deve ser projetado para vencer a resistência oferecida por uma camada de produto, a uma determinada temperatura, à passagem de um determinado fluxo de ar. O ventilador descrito a seguir é apropriado para secadores cujo diâmetro da câmara de secagem do secador esteja próximo a 5,0 m - tamanho máximo recomendado. 82 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES 83 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Descrição do Ventilador O ventilador é formado pelos seguintes componentes: Eixo - função de permitir e suportar o giro do rotor em torno de 1.700 rotações por minuto. Rotor – peça fixada na extremidade do eixo. Função de produzir e direcionar o fluxo de ar. O rotor é composto de disco principal, pás e coroa ou anel. Voluta ou Caixa Coletora - este componente tem como finalidade captar o ar que entra e que sai do rotor. 84 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Rotor – composto de disco principal, pás e coroa ou anel. 85 Figura 3 – Componentes do rotor. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Voluta ou Caixa Coletora - este componente tem como finalidade captar o ar que entra e que sai do rotor. É composta por: 1. lateral de sucção, 2. lateral motora, 3. suporte do eixo ou do motor, 4. entrada de ar ou distribuidor, e 5. janela de manutenção. 86 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Figura 4 – Voluta ou Caixa Coletora e seus componentes 87 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Construção e Detalhes dos Componentes Além de se ter à disposição uma oficina com materiais e ferramentas apropriadas para a construção do ventilador, as especificações, os detalhes e as notas explicativas fornecidas a seguir devem ser cuidadosamente seguidos para que se obtenha um resultado satisfatório. 88 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Eixo Utilizar eixo de serra de 1 ¼" , que é de mais fácil obtenção no comércio, ou construir um eixo comum de 1 ½" montado em mancais com rolamentos de esferas e que apresentem custos praticamente iguais. O sistema pode ser acoplado diretamente ao eixo do motor. Neste caso, pode ocorrer o inconveniente de uma substituição lenta e problemática do motor, na ocorrência de pane elétrica ou mecânica. 89 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Figura 5 - Ventilador com rotor montado no eixo do motor. 90 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Rotor Para efeito de construção, o rotor é dividido em três partes: Disco principal - deve ser construído em chapa metálica de 4,18 mm (no 8), com diâmetro de 0,50 m. Deve-se retificar o furo central e as bordas em torno mecânico ou aperfeiçoar manualmente o acabamento, evitando empenos no disco, para não comprometer o balanceamento do conjunto. Coroa ou anel - é o espaço compreendido entre os raios internos e externos que limitam os canais do rotor; deve ser construído em chapa com espessura de 1,52 mm (no 12). Vários canais radiais são formados pela junção do disco principal com as pás destas e o anel metálico; estes canais dão estabilidade e direcionamento ao fluxo de ar. Pás - são peças metálicas soldadas ao disco principal. São dispostas radialmente e equidistantes entre si. Em número de oito a doze. 91 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Figura 6 – Detalhes do disco principal, destacando-se os locais para assentamento das pás e do anel externo do rotor ou coroa. 92 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Figura 7 – Detalhes do posicionamento das pás entre o disco e o anel do rotor. 93 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Figura 8 - Dimensões e detalhes de cortes e dobra da pá e dimensões proporcionais ao diâmetro do rotor. 94 (a) Número de pás – de 8 a 12; (b) Número diferente de pás. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Voluta ou caixa coletora No exemplo apresentado, para efeito de construção, optou-se pela forma espiralada. A seção transversal da voluta, neste caso, terá a forma retangular e será construída em chapa no16 ou 14, soldada com solda elétrica comum. Suas partes são: 1. Lateral de sucção; 2. Entrada de ar ou distribuidor; 3. Janela de manutenção. 95 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Voluta ou caixa coletora 1. Lateral de sucção: nela é encaixado o distribuidor de entrada de ar; lateral motora: é o lado da voluta em que é preso o suporte do eixo . 2. Entrada de ar ou distribuidor: tem como finalidade direcionar o ar de maneira uniforme para os canais do rotor. Para facilitar sua construção, o distribuidor terá a forma cilíndrica e será construído em chapa no 16. 3. Janela de manutenção - abertura na parte superior da caixa coletora que serve para a passagem do rotor durante a montagem e manutenção do sistema. É fechada com chapa metálica no16. 96 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Voluta ou caixa coletora 97 Figura 9 – Marcação das linhas de cortes para melhor aproveitamento da chapa. Figura 10 – Lateral de sucção. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Voluta ou caixa coletora 98 Figura 11 – Traçado das laterais pelo método de Arquimedes. Figura 12 - Lateral motora e suas dimensões básicas (em cm). CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES traçado da voluta ou difusor. O processo consiste em traçar um quadrado auxiliar, cujo lado equivale a 0,10 vezes o valor do diâmetro externo do rotor, e centrá-lo no eixo deste. O quadrado auxiliar será centrado no ponto 0 (zero) e a distância do vértice 4 ao ponto f será, então, de aproximadamente, 0,9 vezes o valor do diâmetro externo do rotor. O estrangulamento da voluta (e), denominado “beco da voluta", é igual a 0,06 vezes o diâmetro externo do rotor. 99 Figura 1 – Traçado da voluta ou difusor CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES 100 Figura 2 – Traçado da voluta ou difusor detalhado. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Voluta ou caixa coletora 101 Figura 13 – Lateral motora. Figura 14 - Lateral motora e de sucção. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Montagem dos Componentes Apresenta-se, a seguir, um modo prático para cortar as laterais da caixa coletora, o balanceamento do rotor e o acabamento. a) Traçado das laterais (motora e de sucção): um processo prático para traçar as laterais da caixa coletora de seção transversal retangular é o de Arquimedes, efetuado com quatro arcos de círculo. Para isso, toma-se o lado do quadrado auxiliar de construção a-b-c-d igual a 10% do diâmetro do disco principal, que no presente caso é de 5,0 cm. 102 CONSTRUÇÃODE VENTILADORES b) Balanceamento do rotor: como o rotor irá girar em torno de 1.700 rpm, é necessário que seu balanceamento seja correto para que não haja vibrações, garantindo, assim, maior durabilidade do eixo e dos rolamentos. Um rotor balanceado dificilmente irá parar na mesma posição depois de girar livremente sobre o eixo. No caso do rotor não-balanceado, a parte mais pesada (ponto desbalanceado) irá parar sempre na posição inferior (devido à força da gravidade). Para balancear, contrapesos metálicos são colocados na posição oposta ao ponto desbalanceado. Encontrado o ponto próximo ao equilíbrio, deve-se soldar os contrapesos e verificar o balanceamento, até encontrar um equilíbrio adequado. 103 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES c) Acabamento: terminados os trabalhos de solda, faz- se o acabamento do ventilador. Para a pintura, deve-se usar tinta resistente a altas temperaturas, que é feita antes da montagem final do ventilador. Deve-se, também, desenhar em uma parte bem visível (por exemplo, na parte alta da lateral motora) uma seta, indicando o sentido de giro. Comandado pela polia motora, o giro deve coincidir com o movimento dos ponteiros do relógio (sentido horário). Para isso, a voluta deve ser montada de tal maneira que a boca de saída do ar esteja na parte inferior e à esquerda da lateral motora . 104 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES 105 Figura 15 - Suporte do conjunto e suas dimensões e eixo. Figura 16 – Posicionamento do rotor para verificar balanceamento. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES 106 Figura 18 – Detalhes da lateral de sucção, mostrando o rotor montado e pronto para receber o distribuidor de ar. Figura 17 - Montagem da voluta sobre o suporte. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES 107 Figura 19 – Vista final do ventilador com detalhe do eixo e sentido de giro. CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Para evitar acidentes e garantir o funcionamento correto do ventilador, antes de fazê-lo funcionar, o montador deve verificar o giro do motor sem acoplar as correias de transmissão. O rotor é acoplado ao eixo de modo semelhante ao da serra circular, isto é, a porca do eixo é do tipo "rosca esquerda". Se o sentido de giro não for obedecido, o rotor não ficará retido ao eixo, podendo causar danos e até mesmo um acidente. 108 CONSTRUÇÃO DE VENTILADORES Materiais Necessários eixo de serra de 1 ¼" ou eixo comum de 1 ½", mancais com rolamentos de esferas; 3 m2 de chapa preta no 16; 2 m2 de chapa preta no 8; 1 m2 de chapa preta no 12; 12 parafusos com porcas 5/16"; 28 parafusos com rosca soberba de 3/16" x ½"; quatro parafusos de 2" x ½", para fixação do eixo; 1 kg de eletrodo (solda elétrica) de 2,5 mm; 2 litros de tinta para superfície metálica; 1 litros de solvente "Thinner"; 20 kg de cantoneiras de ferro, com abas iguais, 1 ½" de espessura de 1/8", para construção do suporte do motor e voluta. 109
Compartilhar