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Construcao de Ventiladores

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  • ComunicadoTcnico

    3

    Construo de Ventiladores Centrfugos para Uso Agrcola

    Introduo

    Na secagem, na aerao de gros e nos sistemas que usam ventilao forada, como as mquinas de separao, de limpeza, de transporte pneumtico e mesmo em sistema de renovao ou aquecimento de ar para criao de animais, h necessidade de um componente para criar um gradiente energtico que promova o movimento do ar por meio dos elementos do sistema e do produto. Na secagem de gros, o ar, alm de conduzir o calor, transporta a gua evaporada do produto para fora do secador por meio do sistema de exausto. J na aerao, a funo principal do ar resfriar a massa de gros, embora, s vezes, possa carrear pequenas quantidades de gua evaporada, dependendo do manejo da aerao.

    Os ventiladores so mquinas que, por meio da rotao de um rotor provido de ps adequadamente distribudas e acionado por um motor, permitem transformar a energia mecnica do rotor em formas

    Juarez de Sousa e Silva1 Douglas Gonzaga Vitor2

    Roberto Precci Lopes3

    1Engenheiro Agrnomo, Ph.D. em Engenharia Agrcola, Professor Titular (aposentado) da UFV e bolsista do Consrcio Pesquisa Caf, Viosa, MG, juarez@ufv.br2Engenheiro Agrnomo, bolsista do Consrcio Pesquisa Caf (EPAMIG), Viosa, MG, douglas.vitor@ufv.br3Engenheiro Agrcola, DS em Engenharia Agrcola, Professor Ajunto da UFV, Viosa, MG, roberto.precci@ufv.br

    ISSN 2179-7757Maio, 2013Braslia, DF

    de energia potencial de presso e energia cintica. Graas energia adquirida, o ar torna-se capaz de vencer as resistncias oferecidas pelo sistema de distribuio e pela massa de gros, podendo assim realizar a secagem, o resfriamento, a separao, a limpeza e o transporte do produto.

    Neste trabalho sero apresentadas as tcnicas para o dimensionamento e construo de ventiladores centrfugos de ps retas e um exemplo de um ventilador simples, que pode ser usado para complementar o terreiro hbrido e para alguns secadores de caf ou em sistemas de aerao.

    O ventilador centrfugo

    Um ventilador centrfugo caracterizado pela forma com que o ar entra na caixa ou voluta do sistema e tambm pela capacidade de vencer grandes resistncias ao fluxo de ar. Diferentemente dos ventiladores axiais ou ventiladores de hlice, nos

  • 2 Construo de Ventiladores Centrfugos para Uso Agrcola

    quais o ar entra e sai paralelamente ao eixo do motor ou da carcaa tubular e s mantm o fluxo em sistemas de baixa resistncia, nos ventiladores centrfugos o ar entra no sistema paralelamente ao eixo do rotor e descarregado perpendicularmente direo de entrada do ar. Na Figura 1, apresentado o rotor de um ventilador centrfugo como o da Figura 2. O rotor pode ser fabricado com as ps curvadas para trs, para frente ou radiais com ps retas (Figuras 1 e 3).

    Neste boletim sero detalhados apenas os ventiladores centrfugos com rotores de ps radiais retas (Figuras 1 e 3a), por ser de fcil construo. Para maiores detalhes sobre ventiladores, recomenda-se a leitura do captulo 10 do livro Secagem e armazenagem de produtos agrcolas ou ainda o livro Compressores, de autoria de Ennio Cruz da Costa.

    Figura 1. Rotor centrfugo de ps retas.

    Figura 3. Modelos mais comuns de ps de rotores centrfugos.

    Figura 2. Aspecto geral de um ventilador centrfugo.

    Font

    e: S

    ILV

    A; M

    ELO

    ; PIN

    TO, 2

    008

    Uso dos ventiladores na secagem

    Existem duas maneiras para reduzir o tempo de secagem dos produtos agrcolas:

    A. aumentando-se a vazo de ar que passa atravs do produto, aumenta-se a quantidade de gua evaporada, ou seja, a velocidade de secagem at certo ponto proporcional ao fluxo de ar; e

    B. aumentando-se a temperatura do ar de secagem, a capacidade do ar em absorver gua aumentada, isto , aumenta-se o seu potencial de secagem.

    Em sistemas de secagem que usam baixas temperaturas, como nos silos secadores, a secagem deve ocorrer em um tempo tal que no predisponha as camadas superiores da massa de gros deteriorao.

    A utilizao de uma fonte auxiliar de calor para aquecimento do ar de secagem pode onerar esses sistemas, bem como provocar supersecagem do produto. Assim, o clculo do fluxo de ar e a utilizao de ventilador adequado so o modo mais prtico e eficiente para se controlar o tempo de secagem.

    Grandezas caractersticas

    Existem certas grandezas importantes para o funcionamento e para o desempenho dos ventiladores. Com uma combinao adequada dessas grandezas, possvel escolher corretamente o melhor tipo de ventilador para determinadas condies de operao. Por caracterizarem as condies de funcionamento do ventilador, essas grandezas so conhecidas como Grandezas Caractersticas. So elas:

  • 3Construo de Ventiladores Centrfugos para Uso Agrcola

    nmero de rotaes por minuto ou a velocidade angular (radianos por segundo);

    dimetro de sada do rotor;

    vazo;

    altura de elevao (til, total de elevao e motriz);

    potncias (til, total de elevao e motriz); e

    rendimentos (hidrulico, mecnico e total).

    Altura de elevao

    A altura de elevao representa o desnvel energtico entre dois pontos e expressa em altura de coluna fluida que normalmente dado em mmca (milmetros de coluna dgua). A altura total de elevao, Ht, a energia total cedida pelo rotor do ventilador ao ar. Uma parte desta energia, h, perde-se no prprio ventilador por atrito e turbilhonamento (perdas hidrulicas). Com isso, a altura til, H, definida por: H = Ht - h, ou seja, a energia adquirida pelo fluido durante sua passagem atravs do ventilador.

    A altura motriz de elevao, Hm, a energia mecnica fornecida pelo eixo do motor. Como toda esta energia no aproveitada pelo rotor para transferir ao ar a energia Ht, uma parte dela se perde sob a forma de perdas mecnicas, Hp, nos mancais e na transmisso por correia. Assim, pode-se escrever:

    Hm = Ht +Hp

    Potncias

    A potncia a energia fornecida para efetuar trabalho na unidade de tempo. Portanto, a cada altura de elevao existe uma potncia com a mesma designao:

    Potncia til - a potncia adquirida pelo ar durante sua passagem pelo ventilador;

    Potncia Total de Elevao - a potncia fornecida ao ar pelas ps do rotor; e

    Potncia Motriz, Mecnica ou Efetiva ou ainda Brake Horse-Power (BHP) - a

    potncia fornecida pelo motor ao eixo do ventilador.

    A potncia de um fluido dada pela equao 1:

    N = pe . Q . H eq.1

    em que:

    N - potncia (til, total ou motriz), W;

    pe - peso especfico do fluido, N/m3;

    Q - vazo do fluido, m3/s; e

    H - altura de elevao (til, total ou motriz), metro de coluna de fluido.

    Tem-se ainda que:

    H = (presso (N/m2)) / peso especfico (N/m3) eq.2

    Rendimentos

    Rendimento a relao entre potncia aproveitada e fornecida. No caso dos ventiladores, tm-se:

    Rendimento hidrulico (Rh)

    Rendimento mecnico (Rm)

    Rendimento total (Rt)= mecnico x hidrulico

    Rendimento volumtrico (Rv)

    Todas as relaes matemticas para determinao de rendimentos podem ser encontrados em Silva, Melo e Pinto (2008).

    Especificao dos ventiladores

    Os ventiladores so especificados segundo a vazo de ar fornecida (Q) e a presso total aplicada ao ar (H). A vazo determinada em funo do tempo de operao. A presso total aplicada ao ar indica a energia total recebida pelo ar e graas a ela que o ar pode escoar ao longo de tubulaes ou dutos e vencer as resistncias oferecidas pelas chapas perfuradas e pela camada do produto (veja captulo 11 do livro: Secagem e armazenagem de produtos agrcolas). A presso total pode, ento, ser dividida em duas parcelas, ou seja, presso esttica (He) e presso dinmica (Hd).

  • 4 Construo de Ventiladores Centrfugos para Uso Agrcola

    A presso fornecida ao ar deve ser maior que a queda de presso ocorrida no sistema. No caso de sistemas de secagem ou aerao de gros, as quedas de presso ocorrem nos dutos de distribuio do ar, na chapa perfurada do piso e na camada do produto que est sendo secado ou resfriado.

    Queda de Presso no Produto

    A resistncia ao escoamento do ar, quando este est atravessando uma camada de gros ou similares, depende de caractersticas da superfcie do produto como:rugosidade, forma e tamanho das impurezas presentes na massa de gros, configurao e tamanho dos espaos intersticiais na massa, tamanho e quantidade de gros quebrados e altura da camada.

    Os dados da queda de presso ocasionada pelo produto so empricos e normalmente apresentados na forma de grficos e equaes (veja captulo 11 do livro Secagem e armazenagem de produtos agrcolas ). Para fluxos de ar de 0,6 a 12 m3/min.m2, pode-se utilizar a equao:

    rPg = (a .Q2 .hg ) / ln(1 + b.Q) eq.3

    em que:

    rPg= queda de presso devido resistncia do produto, mmca;

    Q = fluxo de ar, m3/min.m2;

    hg = altura da massa, m; e

    a, b - constantes que dependem do produto (Tabela 1).

    Produto a bArroz em casca 0,722 0,197

    Aveia 0,718 0,243

    Caf Pergaminho ND: Valores da soja ser razovel

    Caf Coco 0,017 3,900

    Milho 0,583 0,512

    Soja 0,333 0,302

    Trigo 0,825 0,164

    Tabela 1. Constantes a e b para diversos produtos.

    Fonte: SILVA; MELO; PINTO, 2008.

    Valores das constantes a e b para alguns tipos de gros so apresentados na Tabela 1.

    Em um sistema de secagem de gros bem projetado, mais de 90% da resistncia ao fluxo de ar ocorre na camada de gros e menos de 10% nos canais de distribuio de ar e na chapa perfurada.

    Queda de Presso na Chapa

    Nos silos, a massa de gros sustentada por chapas perfuradas. O ar, ao entrar em contato com a chapa e passar pelos furos, apresenta uma queda de presso.

    Quando a perfurao da chapa for menor do que 10% da rea total, a queda de presso deve ser levada em conta e deve ser calculada