Análise de Desempenho de Ventiladores Centrífugos e Axiais

Estudo de Desempenho e Escalonamento de Ventiladores

1. Ventilador Centrífugo

Curvas de desempenho são dadas a seguir para um ventilador centrífugo com D = 914 mm e N = 600 rpm, conforme medições em uma bancada de testes, usando ar com massa específica padrão (ρ = 1,2 kg/m³).

Transporte os dados por escala para prever o desempenho de um ventilador semelhante com D’ = 1070 mm, N’ = 1150 rpm e ρ’ = 0,72 kg/m³. Estime a vazão e a potência do ventilador maior, quando ele opera a uma pressão de sistema equivalente a 75 mm de H₂O, e verifique a velocidade específica para esse ponto.

• D = 914 mm | D’ = 1070 mm
• W = 600 rpm | W’ = 1150 rpm
• ρ (S) = 1,2 kg/m³ | ρ’ (S’) = 0,72 kg/m³
• Conversão: 1 Pascal (N/m²) = 10^-4 mH₂O

Dados do gráfico: Q = 800 m³/h, P = 15 kW, η = 65%

Cálculos de Escalonamento:

Vazão (Q’):
Q’ = Q × (W’ / W) × (D’ / D)³ = 800 × (1150 / 600) × (1070 / 914)³ = 2460,08 m³/h

Potência (P’):
P’ = P × (S’ / S) × (W’ / W)³ × (D’ / D)⁵ = 15 × (0,72 / 1,2) × (1150 / 600)³ × (1070 / 914)⁵ = 139,34 kW

Pressão (p’):
p’ = p × (S’ / S) × (W’ / W)² × (D’ / D)² = 75 × (0,72 / 1,2) × (1150 / 600)² × (1070 / 914)² = 226,56 mmH₂O

Velocidade Específica (N’_s):
N’_s = [W’ × (Q’)^1/2] / (p’)^3/4 = [1150 × (2π / 60) × (2460,08 / 3600)^1/2 × 0,72^3/4] / [(226,56 / 1000) / 10^-4]^3/4 = 0,237 m/s

2. Ventilador de Fluxo Axial

Um ventilador de fluxo axial opera a 1200 rpm. O diâmetro periférico da pá é 1,1 m e o diâmetro do cubo (eixo) é 0,8 m. Não há variação na componente axial da velocidade através do rotor.

Utilize as propriedades no raio médio da pá para o cálculo do torque e determine também a potência requerida para o seu acionamento, sabendo-se que a vazão é de 20 l/s e as velocidades de entrada e saída são, respectivamente, 15 m/s e 45 m/s. Adote ρ = 1,23 kg/m³.

• Velocidade: 1200 rpm
• D periférico: 1,1 m
• D cubo: 0,8 m
• Q (vazão): 20 l/s = 0,02 m³/s
• v_entrada: 15 m/s | v_saída: 45 m/s

Cálculo de Torque e Potência:

Torque do eixo (T_eixo):
T_eixo = S × Q × R_m × (vt₂ - vt₁)
T_eixo = 1,23 × 0,02 × [(1,1 + 0,8) / 4] × (45 - 15)
T_eixo = 1,23 × 0,02 × 0,475 × 30 = 0,350 N·m

Potência (W):
W = ω × T_eixo = [1200 (rev/min) × 2π (rad/rev) × (1/60) (min/s)] × 0,350 N·m = 43,98 W