Ensaio de cavitaçÃo de ventiladores



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DEPARATMENTO DE ENERGIA

LABORATÓRIO DE HIDRÁULIA GERAL

ENSAIO DE VENTILADORES


  1. OBJETIVOS



    1. Objetivo geral

Conhecer como se construí as curva característica vazão e altura manométrica de um ventilador





    1. Objetivo específico

Levantar as curvas características de um ventilador.





  1. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Se llaman ventiladores a las máquinas de flujo para la manipulación de gases puros o mezclas de gases con materiales sólidos menudos que poseen un grado de elevación de la presión no mayor de 1.15 kgf/m2, con la densidad del flujo de 1.2 kgf/m3. Al elevar insignificantemente la presión del gas se puede menospreciar la variación de su estado termodinámico. Por esta razón a los ventiladores se les puede aplicar la teoría de las máquinas para el medio incompresible.

2.1. Ventilador

Conceito de ventilador

Os ventiladores são máquinas de fluxo ou mais exatamente é uma turbo-máquina hidráulica utilizada para a manipulação de gases puros ou misturas de gases com materiais sólidos pequenos, que absorve energia mecânica num eixo e restitui energia de pressão e cinética para um gás, que possuem um grau de elevação da pressão não maior a 1,15 kgf/m2, com a densidade de fluxo de 1,2 Kgf/m3. Ao elevar a pressão do gás insignificantemente pode-se despreciar a variação de seu estado termodinâmico. Por esta razão, a eles se lês pode aplicar a teoria de máquinas para o meio incompressível. isto é a diferencia de um compressor que é uma turbo-máquina que serve para transportar gases compressíveis. (turbo-máquina térmica).
Por ser pequena as variações de pressão nos ventiladores, as diferencia de níveis nos manômetros instalados nos ventiladores não é medida em centímetros de mercúrio (c.m.H.g) e sim em milímetros de coluna de água (mm.c.a). Então a pressão pode ser espressa como:
(1)
P : Variação de pressão através do ventilador [Pa]


  • : Massa especifica da água [kg/m3]

g : Aceleração da gravidade [m/s2]

h : Diferencia de nível no manômetro [mm.c.a.]


Não há um critério universal para estabelecer um ponto divisório entre ventiladores e turbo-compressores, no entanto, segundo Mataix, (1975) pode-se utilizar o seguinte critério:

* Para máquinas correntes de pouca potência:


H  1000 mmca ventilador (Turbo-máquina hidráulica)

H > 1000 mmca turbo-compressor (Turbo-máquina térmica)


* Para máquinas modernas de alta qualidade e elevada potência:
H  300 mmca ventilador (Turbo-máquina hidráulica)

H > 300 mmca turbo-compressor (Turbo-máquina térmica)



2.2. Classificação dos ventiladores
Existem vários critérios segundo os quais podem se classificar os ventiladores. Os mais usuais são:
a) Segundo os níveis de pressão:
* Baixa pressão P < 100 mm c.a

* Media pressão 100  P < 300 mm c.a

* Alta pressão 300  P < 1000 mm c.a

b) Segundo a modalidade construtiva: centrifugo, helico-centrífugo e axiais.


c) Segundo o formato das pás: pás radiais retas, inclinadas para trás, inclinadas para afrente e de saída radial
d) Segundo o número de entradas de aspiração no rotor: entrada unilateral ou simples aspiração, bilateral ou dupla aspiração
e) Segundo o número de rotores: de simples estágio com um rotor apenas, de duplo estagio com dois rotores montados num mesmo eixo.


Figura 1. Rotor de ventilador centrigugo de pas radiais retas



Figura 2. Rotor de ventilador centrífugo de pás curvadas para trás


Figura 3. Rorotor de ventilador axial

2.3. Curvas características.
As curvas características dos ventiladores são similares as curvas características das bombas. Nas curvas HxQ dos ventiladores, a altura diminui com o aumento da vazão, mas a forma como ela decresce depende do tipo de ventilador, como se observa na Fig. 4.


Figura 4. Curva caracteristica segundo tipo de ventilador

2.4. Pressão estática, de estagnação e dinâmica
Na medição de escoamentos é utilizado dois tipos de pressão, a estática e a dinâmica. A pressão estática p, também chamada de pressão termodinâmica, é aquela que leva em conta só os efeitos da pressão em si. A pressão de estagnação p0 formalmente é definida como a pressão que seria atingida se o fluido com a velocidade v e a pressão estática p fossem desacelerados ate a velocidade zero. Ela pode ser melhor entendida aplicando-se a equação de Bernoulli entre o ponto real do escoamento e o ponto de estagnação.
(2)
Como: V0 = 0 e Z0 = Z

(3)
Por tanto pode-se dizer que a pressão de estagnação mede a pressão estática mais a pressão de velocidade ou pressão dinâmica.
A pressão estática pode ser medida por um tubo piezométrico na superfície de uma parede sólida perpendicular a direção de escoamento, como se mostra na Fig. 5. A pressão de estagnação pode ser medida por um tubo de Pitot colocado na direção paralela às linhas de corrente, como se observa na Fig. 5. Ambas pressões podem ser medidas num mesmo instrumento, chamado tubo de Pitot estático ou tubo de Prandtl.


Figura 5. medidas de pressões estática e de estagnação
É importante observar que a velocidade e um escoamento pode ser obtida medindo as duas pressões: estática e de estagnação, para isso se isola a velocidade da Eq. 3.
(4)
No caso dos ventiladores o fluido que esta escoando é ar, e a diferencia de pressões normalmente é medido pela diferencia de coluna de água, num manômetro diferencial, então a velocidade pode ser escrita como:
(5)
ρa : Massa específica da água [kg/m3]

ρar : Massa específica do ar [kg/m3]

He : diferencia de nível no manômetro em U [mm.c.a]

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1 Descrição dos equipamentos
Os equipamentos utilizados na experiência são: um ventilador centrífugo de pás retas com um duto de saída retangular, um tubo de Pitot e um tubo de Prandtl. Estes equipamentos estão dispostos como se observa na Fig. 6.



Figura 6. Bancada de teste de ventiladores



3.2. Procedimento


  • São conectadas as tomada de pressão estática e de estagnação na entrada do ventilador, em dois manômetros diferencial em U.

  • No tubo de Prantl instalado no duto de saída, conecta-se a tomada de pressão estática a um extremo de um manômetro diferencial em U e o outro extremo se instala a tomada de pressão total. Deve-se observar que: se a pressão estática é maior que a pressão atmosférica (menor nível da coluna de água do lado conectado a pressão estática) o que se está medindo é (p – pat) caso contrario se está medindo (pat – p).

  • Liga-se o motor do ventilador.

  • Fechamos o damper de (vazão zero) e anotamos o valor do nível da coluna de água para a tomada de pressão estática do duto de saída..

  • Abre-se gradativamente o damper do duto de saída, para cada abertura anota-se a diferencias do nível da coluna de água em cada manometro correspondente a diferencia de pressões (p0 – p) da entrada do ventilador, anota-se também a diferencia de nível de água correspondente a diferencia de pressão (p – pat) do duto de saída.


3.3. Tabela de medidas
Tabela 1. medidas realizadas na experiência


Leitura

Corrente

Tensão


Tubo de Pitot

(mmH2O)



Tubo de Prandtl

(mmH2O)



P saida Vent




(A)

(V)

P Total

Pest

P Total

Pest

(mmH2O)

1






















2






















3






















4






















5






















6






















7






















8






















9





















3.4. Cálculos

Dados:
Massa especifica do ar: ar = 1,1 kg/m3

Massa especifica da água: a = 1000 kg/m3

Diâmetro do tubo de entrada: Da = 0,25 m

Seção transversal do duto de saída: 0,27x0,31 m

Longitude do duto de saída: L = 3 m

Fator de atrito: f = 0,02


Realizar todos os cálculos no sistema internacional

  • Calcular a velocidade média na entrada do ventilador Vme.


ou [m/s] (6)


  • Calcular a vazão


[m3/s] (7)


  • Velocidade média na saída

[m/s] (8)


  • Diâmetro hidráulico do duto de saída


[m] (9)


  • Perda de carga no duto de saída

[N/m2] (10)
[mmH2O] (11)


  • Potência útil


(12)
P : Potência útil do ventilador [W]

Q : Vazão volumétrica [m3/s]




  • Potência motriz

É a potência mecânica que a máquina motriz entrega ao ventilador. Geralmente a máquina motriz é um motor elétrico, a potência entregue por um motor de corrente continua é calculado como:


(13)
Pm : Potência motriz [W]

V : Tensão [V]

I : Corrente [A]

m : Eficiência do motor





  • Rendimento do Ventilador

É a relação entre a potência útil (potência fornecido por o ventilador ao ar) e a potência motriz (potência cedida ao ventilador pelo motor)


(14)

3.5. Tabela de resultados

Tabela 2. Variáveis calculadas na experiência




Leitura

Ve

[m/s]


Q

[m3/s]



Vs

[m/s]


h

[mmH2O]



Hvest [mmH2O]

HTv

[mmH2O]



P útil

(C.V)


Pm

(C.V)




1




























2




























3




























4




























5




























6




























7




























8




























9




























10





























3.6 Gráfico
Com os valores obtidos na Tab. (2), plotar o gráfico HvestxQ , HTvxQ, P útil xQ, xQ, h x Q

Identifique o ponto de operação teórico mencionando a vazão, carga esperada e consumo de potencia.




3.7. COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES
Fazer os respectivos comentários sobre os gráficos.

3.8. SUGESTÕES

3.9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FOX, R. W. Introdução á Mecânica dos Fluidos. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 504 p.

MUNSON, B. R., YOUNG, D. F., OKIISHI, T. H. Fundamento da Mecânica dos Fluidos. São Paulo: Edgard Blücher, 1997. 804p.



MATAIX, C. Turbomaquinas Hidráulicas. Madrid: ICAI, 1975. 1371 p.

PFEIDERER, C. Máquinas de Fluxo. Rio de Janeiro: LTC, 1979. 454 p.



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