PRONTO- Ventilador centrífugo - Relatório II

UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS FACULDADE DE ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIA MÁQUINAS DE FLUIDOS

VENTILADOR CENTRÍFUGO

DOURADOS-MS 28 DE JANEIRO DE 2013

Alexandre Scherwinski Scherwinski do Nascimento César Augusto Gomes de Souza Ewerton Vecchietti Gonçalves Jéssica Beatriz Olivi


RELATÓRIO DE AULA AVALIATIVO, DESENVOLVIDO NA DISCIPLINA MÁQUINAS DE FLUIDOS, APLICADO À ÁREA DE ENGENHARIA DE ENERGIA, PROPOSTO PELO PROFESSOR DR. ROBSON LEAL DA SILVA.


Alexandre Scherwinski Scherwinski do Nascimento César Augusto Gomes de Souza Ewerton Vecchietti Gonçalves Jéssica Beatriz Olivi


RELATÓRIO DE AULA AVALIATIVO, DESENVOLVIDO NA DISCIPLINA MÁQUINAS DE FLUIDOS, APLICADO À ÁREA DE ENGENHARIA DE ENERGIA, PROPOSTO PELO PROFESSOR DR. ROBSON LEAL DA SILVA.


1. Objetivos

2. Introdução Um ventilador é uma máquina que produz fluxo de gás com duas ou mais pás fixadas a um eixo rotativo. Os ventiladores convertem a energia mecânica rotacional, aplicada aos seus eixos, em aumento de pressão total do gás em movimento. Esta conversão é obtida através da alteração do momento do fluido. Os códigos de teste de potência da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) limitam a definição de ventilador a máquinas que aumentam a densidade do gás em no máximo 7% à medida que percorre o trajeto desde a aspiração até a descarga. Este é um aumento de aproximadamente 7.620 Pa (762 milímetros de coluna d´água) com base no ar padrão. Para pressões superiores a 7.620 Pa (762 milímetros de coluna d´água), o dispositivo de movimentação do ar é um compressor ou soprador. Existem muitas outras definições, com limites de pressão distintos, sendo que o Brasil não adota, oficialmente, nenhuma especificamente. Ventiladores para aquecimento, ventilação e ar condicionado, inclusive em sistemas de alta velocidade ou de alta pressão, raramente atingem mais que 2.500 - 3.000 Pa (250 a 300 mm de coluna de água). Há três componentes principais em um ventilador: o propulsor (também chamado de rotor), o meio de acioná-lo e a carcaça. Para prever com razoável exatidão o desempenho de um ventilador na instalação, um projetista deve saber: a) Como o ventilador foi testado e qual procedimento procedimento (norma) foi seguido; b) Os efeitos que o sistema de distribuição de ar terá no desempenho desempenho do ventilador. Ventiladores de tipos diferentes, ou ainda ventiladores do mesmo tipo fornecidos por fabricantes diferentes, não irão interagir com o sistema da mesma maneira.

Para cobrir uma ampla gama de aplicações, os ventiladores são fabricados em uma variedade de tipos. Podem ser classificados sob três tipos gerais: (a) Centrífugos, (b) Axiais e (c) Fluxo Misto. O presente trabalho trás uma análise de um ventilador tipo centrífugo. Em um ventilador centrífugo o ar entra no rotor axialmente e é descarregado radialmente em uma carcaça do tipo voluta. Os ventiladores centrífugos são divididos em três classificações de acordo com o tipo de rotor: com rotor de pás curvadas para frente (Sirocco), com rotor de pás voltadas para trás (Limit load e Airfoil), com rotor de pás radiais (FIGURA 1). A rotação para determinado tipo de rotor de ventilador centrífugo é determinada pela velocidade periférica necessária para produzir a velocidade de partícula de gás absoluta requerida para a aplicação (FIGURA 1). Este vetor de velocidade de partícula absoluta relativo ao solo (S) tem dois componentes, um radial (r) e o outro tangencial (t) ao rotor. A velocidade do ar relativa à pá é indicada pelo vetor da pá (B) que é quase tangencial à pá, embora algum escorregamento possa ocorrer. A extensão do vetor da velocidade periférica (R), conforme representado no diagrama, indica a RPM relativa do rotor para produzir uma determinada capacidade. Examinando-se a extensão relativa do vetor R, pode-se ver que o ventilador Sirocco requer a menor velocidade periférica para uma determinada capacidade, enquanto que o ventilador Limit Load requer a maior velocidade periférica.

FIGURA 1. Principais ventiladores do tipo centrífugo e vetores de velocidade carcterísticos. 

Ventilador centrífugo com rotor de pás curvadas para frente (Sirocco) O ventilador centrífugo tipo sirocco movimenta-se a rotações

relativamente baixas e é geralmente usado para produzir vazões altas com baixa pressão estática. O intervalo de operação típico deste tipo de ventilador é 30 a 80% da vazão em descarga livre. O rendimento estático máximo de 60-68% geralmente ocorre ligeiramente à direita do pico da pressão estática. A curva da potência tem um aclive crescente e é chamada de "tipo sobrecarga". O ventilador Sirocco pode entrar em instabilidade, porém a magnitude é tipicamente menor do que a dos outros tipos.

As vantagens do ventilador Sirocco são o baixo custo, a rotação baixa que minimiza o tamanho do eixo e do mancal, e um amplo intervalo de operação. As desvantagens são: o formato de sua curva de desempenho que permite a possibilidade de instabilidade por paralelismo, e uma sobrecarga do motor que pode ocorrer se a pressão estática do sistema diminuir. Além disso, não é adequado para o transporte de materiais devido à configuração de O suas pás. É inerentemente mais fraco em seu aspecto estrutural que os demais tipos. Portanto, os ventiladores sirocco, geralmente, não atingem as altas rotações necessárias para desenvolver as pressões estáticas mais elevadas. 

Ventilador centrífugo com rotor de pás voltadas para trás (Limit Load)

Os ventiladores tipo Limit Load movimentam-se a aproximadamente duas vezes a rotação dos ventiladores Sirocco, conforme previamente indicado pelo diagrama do vetor de velocidade. O intervalo de seleção normal do ventilador Limit Load é de aproximadamente 40-85 % da vazão em descarga livre. O rendimento estático máximo de cerca de 80% geralmente ocorre próximo ao limite de seu intervalo de operação normal. Geralmente, quanto maior o ventilador, mais eficiente ele se torna para uma determinada seleção. A magnitude da instabilidade, quando ocorre, de um ventilador limit load é maior do que de um ventilador Sirocco. As vantagens do ventilador Limit Load são o maior rendimento e a curva de potência de não-sobrecarga (carga limite). A curva de potência geralmente atinge um máximo no meio do intervalo de operação normal, portanto a sobrecarga geralmente não é problema. Inerentemente, um projeto mais forte o torna adequado para operação em pressão estática mais elevada. As desvantagens do ventilador Limit Load incluem primeiramente, a rotação mais alta a qual requer tamanhos maiores de eixo e mancal e confere mais importância ao balanceamento apropriado e, em segundo lugar, uma operação instável ocorre na medida em que a pressão estática de operação se aproxima da pressão estática máxima (para vazão nula). Este ventilador também é inadequado para o transporte de materiais. Um refinamento do ventilador Limit Load com pás planas utiliza pás de formato de aerofólio. Isso melhora o rendimento estático para cerca de 86% e

reduz ligeiramente o nível de ruído. A magnitude da instabilidade também aumenta com as pás aerofólio. 

Ventiladores centrífugos com rotores de pás radiais

Os ventiladores com pás radiais são geralmente mais estreitos do que outros tipos de ventiladores centrífugos. Consequentemente, eles exigem um rotor de diâmetro maior para uma determinada capacidade. Isto aumenta o custo e é o motivo principal de não serem usados para aplicações de ar condicionado. O ventilador com pás radiais é bem adequado para lidar com volumes de ar baixos em pressões estáticas relativamente altas e para o transporte de materiais. As suas outras vantagens são a ausência de instabilidade e a presença de uma curva de potência quase reta em uma relação linear com a vazão. Esta relação proporcional permite que o controle de capacidade seja acionado a partir da entrada de energia no motor. As desvantagens deste tipo de ventilador são o alto custo e um rendimento inferior. 

Ventiladores centrífugos tubulares

Os ventiladores centrífugos tubulares, conforme ilustrado na FIGURA 2, geralmente consistem de um rotor Limit Load de simples aspiração colocado numa carcaça cilíndrica para descarregar o ar radialmente contra o lado interno do cilindro. O ar é, então, desviado paralelamente ao eixo do ventilador para fornecer um fluxo em linha reta. Pás de guia são usadas para recuperar pressão estática e endireitar o fluxo de ar.

FIGURA 2. Ventilador centrífugo tubular. O intervalo de seleção, de modo geral, é aproximadamente o mesmo que o ventilador com voluta do tipo limit load de pás planas ou aerofólio, 50- 85% da vazão máxima em descarga livre. Entretanto uma vez que não há controle do fluxo turbulento através do ventilador, o rendimento estático é reduzido para um máximo de, aproximadamente, 72% e o nível de ruído é aumentado. Frequentemente, o fluxo em linha reta resulta em uma economia de espaço significativa. Esta é a principal vantagem dos ventiladores centrífugos tubulares. Segundo a PETROBRÁS (2013), é disposto na Resolução do Conselho Interministerial do Açúcar e do Álcool (CIMA), n.º 1, de 31 de agosto de 2011, publicada no Diário Oficial da União em 1 de setembro de 2011, o percentual obrigatório de de etanol anidro combustível na gasolina é, a partir da zero hora do dia 1º de outubro de 2011, de vinte por cento (20%). A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos da série dos alcanos ou parafinas, cuja composição química varia de acordo com a destilação fracionada adotada pela refinaria. A mistura pode ser de: C6H14 a C10 H22 C6H14 a C12 H26. Costuma-se representar a gasolina pela fórmula: C 8H18 (média entre os componentes da mistura).

TABELA 1. Características do álcool hidratado e anidro, comparando-o com a gasolina e álcool metílico. Fonte: BIZZO (2003)

Erros e incertezas Segundo Toginho Filho e Andrello (2009) um dos princípios básicos da física diz: “Não se pode medir uma grandeza física com precisão absoluta”, ou seja, “qualquer medição, por mais bem feita que seja, é sempre aproximada”.

De acordo com o princípio descrito no parágrafo anterior, o valor medido nunca representa o valor verdadeiro da grandeza, pois este nunca é conhecido com total certeza. Quando este resultado (número e unidade) vai ser aplicado ou registrado é necessário saber com que confiança se pode dizer que o número obtido representa a grandeza física. O valor medido ou o resultado deve ser expresso com a incerteza da medida, utilizando uma representação em uma linguagem universal, fazendo com que seja compreensível a outras pessoas. Os erros podem ser classificados em dois grandes grupos: erros sistemáticos ou erros aleatórios Os erros sistemáticos são aqueles que resultam das discrepâncias observacionais persistentes, tais como erros de paralaxe. Os erros sistemáticos

ocorrem principalmente em experimentos que estão sujeitos a mudanças de temperatura, pressão e umidade. Estas mudanças estão relacionadas a condições ambientais. Os erros sistemáticos podem e devem ser eliminados ou minimizados pelo experimentador. Isso pode ser feito, observando se os instrumentos estão corretamente ajustados e calibrados, e ainda se estão sendo usados de forma correta na interligação com outros instrumentos, na montagem experimental. Existe um limite abaixo do qual não é possível reduzir o erro sistemático de uma medição. Um destes erros é o de calibração, diretamente associado ao instrumento com o qual se faz a medição. Este tipo de erro é também chamado erro sistemático residual. Geralmente, o erro de calibração (residual) vem indicado no instrumento ou manual, pelo fabricante; é o limite dentro do qual o fabricante garante os erros do instrumento. Os erros aleatórios (ou estatísticos) são aqueles que ainda existem mesmo quando todas as discrepâncias sistemáticas num processo de mensuração são minimizadas, balanceadas ou corrigidas. Os erros aleatórios jamais podem ser eliminados por completo.

3. Metodologia 3.1. Materiais Os equipamentos da FIGURA 3 foram utilizados para aferir as medidas do experimento de ventilador centrífugo (soprador de ar). Como pode ser visualizado estão enumerados: (1) Termo- Higro- Anemômetro digital THAB500, (2) Termo- Higro- Barômetro digital da Lutron, (3) pipeta de Pasteur 3 ml, (4) Trena de bolso T34-5 (5) Tubo de Pitot portátil da testo, modelo: testo 510, (6) Termo - Higrômetro Digital HT-600 e (7) Cronômetro da Instrutherm.

FIGURA 3. Equipamentos de aferição de dados do experimento. A FIGURA 4 mostra os materiais utilizados para aferir a massa de combustível: garrafa PET de 600 ml para armazenamento do combustível, proveta de 100 ml, balança digital hidromel e pipeta de Pasteur.

FIGURA 4. Materiais utilizados para aferir a massa de combustível. Seguem na TABELA 2 as especificações dos equipamentos utilizados para medição das grandezas. TABELA 2. Equipamentos utilizados para realizar medidas.

O ventilador centrífugo utilizado como máquina de fluxo do experimento, é o soprador de ar Stihl (FIGURA 5), modelo BG 86 C-E, 4,5 kg de massa com o tubo soprador, potência de 0,8 kW, volume de ar 810 m 3/h, velocidade

máxima do ar 85 m/s, rotação lenta 2500 rpm e rotação máxima 7200 rpm (STIHL, 2013).

FIGURA 5. Soprador de ar Stihl BG 86 C-E. O aparato experimental pode ser visualizado na FIGURA 6, onde o comprimento do tubo na entrada do rotor é de 30,8 cm e o diâmetro é de 15 cm, o tubo acoplado a saída do rotor possui comprimento de 32 cm e diâmetro de 10 cm.

FIGURA 6. Aparato experimental. As medidas das grandezas que influenciam no ambiente onde foi realizado o experimento estão listadas na TABELA 3. TABELA 3. Grandezas de influência no ambiente

3.2. Etapas Antes de iniciar o experimento foi necessário deixar o soprador ligado por um tempo maior ou igual a 10 minutos para que se adquirisse o regime permanente do escoamento. Através do termo-higro-barômetro, três grandezas

puderam ser aferidas: pressão (hPa), temperatura (°C) e umidade relativa (%) ambiente, antes e depois da realização do experimento. Com o auxílio da trena foi feita a aferição das medidas geométricas: diâmetro e comprimento do tubo que antecedia a entrada de ar do soprador e do tubo que sucedia a saída de ar, antes que o experimento pudesse ser iniciado. Com o início do experimento, as grandezas de velocidade (m 2/s) e rotação (rpm) foram medidas com o auxílio do termo-higro-anemômetro e tacômetro, respectivamente, ambas com frequência de aquisição de 10 valores com intervalo de 2 segundos entre as medições (o experimento foi feito em 6 faixas de rotação diferentes). A velocidade foi aferida antes da entrada do tubo que antecede o rotor e no final do tubo que sucede o rotor, e na entrada do rotor foram aferidas também as medidas de rotação. Foram medidos valores de pressão manométrica (em cm de coluna d’água) antes, depois do rotor e depois do rotor com a saída obstruída, através

dos manômetros instalados nos tubos. As medidas foram aferidas com frequência de 1 valor por faixa de rotação. E através do tubo de pitot, foi aferida a pressão (hPa) na saída do tubo depois do rotor. Com o auxílio da pipeta de Pasteur foi inserido no tanque do soprador o combustível, até a marca que pode ser visualizada na FIGURA 7, e então é aferida a massa da garrafa pet com o combustível restante. No fim do experimento é completado o nível de combustível até a marca novamente e aferida a massa novamente.

FIGURA 7. Tanque de combustível do soprador de ar. 3.3. Memorial de cálculo No programa computacional EXCEL (2010) foram calculados os valores médios e os desvios padrões das medidas registradas durante o experimento. O resultado de uma série de

N medições

pode ser escrito como em (1).

̅   Considerou-se o ar como gás ideal, assim foi obtido a massa específica através da Eq. (2).

   

 

: pressão local, aferida pelo barômetro, em hPa

: massa específica do ar a 34,3°C (307,3 K), considerando-o como um gás

ideal, 1.086001376 kg/m 3; R: constante dos gases ideais, 287 J/kmolK (ANDRADE e LEAL da SILVA, 2012). Conforme a referência HENN (2006) que estabelece o cálculo da vazão mássica do rotor para uma máquina de fluxo radial está expresso em (3).

̇   

̇   

: vazão mássica, em kg/s; : velocidade absoluta de uma partícula fluida na entrada do rotor, em m/s; : diâmetro da entrada, em m

: massa específica do ar a 34,3°C (307,3 K), considerando-o como um gás

ideal, 1.086001376 kg/m 3; Com base na equação da continuidade expressa em (4) foi calculada a velocidade absoluta de uma partícula fluida na saída do rotor teórica, denominada



, a qual difere de



medida na saída do tubo. Optou-se

pelo uso desta tendo em vista assegurar o princípio de conservação da massa.

  Segundo HENN. (2006) o número adimensional de Reynolds é determinado como na equação (5).

      

: viscosidade dinâmica do ar a 34,3°C (307,3K), 1.88.10 -5 N.s/m2

(INCROPERA, et al., 2006)

Segundo o Henn (2006) a velocidade tangencial é calculada por Eq. (6), a energia de pressão estática é calculada pela equação (7), a energia específica de pressão dinâmica ou de velocidade (8), o trabalho específico fornecido pelas pás do rotor (9) e energia disponível pelo fluido na entrada da máquina (10)

 

  

: velocidade angular, rad/s;

: raio interno do rotor, m.

    

                  : energia de pressão estática, em J/kg;

: velocidade tangencial de um ponto na entrada do rotor, em m/s; : velocidade tangencial de um ponto situado na entrada do rotor, em m/s; : velocidade relativa de uma partícula fluida na entrada do rotor, em m/s;

: velocidade relativa de uma partícula fluida na entrada do rotor, em m/s;

  

          : energia específica de pressão dinâmica ou de velocidade, J/kg;

: velocidade absoluta de uma partícula fluida na saída do rotor, em m/s; : velocidade absoluta de uma partícula fluida na entrada do rotor, em m/s.

         

: salto energético ou trabalho específico fornecido pelas pás do rotor ao

fluido, em J/kg; : componente tangencial da velocidade absoluta para a saída do rotor, em

m/s;

: componente tangencial da velocidade absoluta para a entrada do rotor, em

m/s.

   

, considerando

      em

;

: energia disponível pelo fluido na entrada da máquina, J/kg; : energia específica referente às perdas hidráulicas. O coeficiente de pressão pode ser obtido por Eq. (11) e o coeficiente de

vazão por (12).

    

: coeficiente de pressão, adimensional; : salto energético específico, J/kg;

    : coeficiente de vazão, adimensional; : vazão da máquina, em m 3/s. A rotação específica, como estabelecido em HENN (2006), está

expressa em (13).



        : velocidade de rotação da máquina, em rps (Hz). A potência útil foi calcula através da Eq. (14).

  ̇ 



: potência util, em W; .A potência consumida pelo equipamento durante o experimento para

cada rotação foi calculada como em (15).

     

  [( )  ] 

: potência consumida, em W; : poder calorífico inferior da gasolina, conforme BIZZO (2003); : poder calorífico inferior do etanol, conforme BIZZO (2003);

: massa de gasolina presente no combustível empregado, em Kg;

: massa de etanol presente no combustível empregado, em Kg;

: tempo no qual o equipamento permaneceu ligado sob determinada faixa de

rotação, em s. O coeficiente de potência (

   

) é apresentado em (16).



O cálculo da eficiência global do soprador ( ) é dado por (17).

   

Segundo Toginho Filho e Andrello (2009) a incerteza padrão da grandeza de saída é dada pela Eq. (18).

       √  ()  () () 

A FIGURA 8 traz os triângulos de velocidade genéricos empregados para os cálculos das componentes de velocidade.

FIGURA 8. Triângulos de velocidade.

4. Resultados e Discussões As tabelas abaixo apresentam as grandezas de interesse obtidas no experimento, registradas (TABELA 4) e calculadas (TABELA 5).

TABELA 4. Grandezas registradas durante o experimento Faixa de rotação 1 Rotação 1

Velocidade

Faixa de rotação 2 Velocidade

antes do rotor depois do rotor

Faixa de rotação 3

Rotação

Velocidade

Velocidade

Rotação

Velocidade

Velocidade

2

antes do rotor

depois do rotor

3

antes do rotor

depois do rotor

1

3196

8,0

13,5

1

4280

13,9

18,8

1

5076

16,5

22,5

2 3

3004 2986

8,1 7,9

13,2 12,6

2 3

4321 4334

13,4 13,5

19,2 19

2 3

5064 5040

16,4 16,0

21 21,6

4

2984

8,2

12,5

4

4301

14,2

18,8

4

5054

15,9

22,1

5

3195

7,8

13,7

5

4300

14,1

19,1

5

5035

16,1

22,4

6

3107

7,4

12,9

6

4314

13,5

18,8

6

5074

16,3

23,6

7

2992

7,8

13,2

7

4322

7,8

18,6

7

5071

16,2

22,7

8

3186

8,8

12,7

8

4352

14,0

18,5

8

5069

16,1

22,9

9

3014

8,7

12,2

9

4325

13,5

18,4

9

5053

16,3

23,1

10

3121

9,3

12,7

10

4335

14,6

18,2

10

5069

16,4

22,7

Média

3078,50

8,20

D.P

92,0341

0,5696

12,92 Média 0,4709 D.P

4318,40

14,20

20,6731

1,9535

Pressão 1

Depois do rotor

obstruída 8,5 76,67 ± 6,11

combustível Depois

Antes do teste (g)

Antes do Depois do rotor 1 0,8 Massa do

teste (g)

159

obstruída 11,5 203,67 ± 7,1

Velocidade

Depois

rotor

do rotor 1 0,3 Massa do

teste (g)

antes do rotor depois do rotor

(hPa)

Com a saída

Depois do rotor

obstruída 11,5 370,67 ± 10,07

144

do teste (g)

144

114

Faixa de rotação 5 Velocidade

Tubo de Pitot

combustível Depois

(g)

159

Antes do

Antes do

do teste

Faixa de rotação 4 4

Depois do rotor

combustível Depois

(g)

Rotação

22,46 0,7471

Manométrica (cm)

(hPa)

Com a saída

rotor

Antes do

do teste

189

16,22 0,1989 Pressão 3

Tubo de Pitot

Manométrica (cm)

(hPa)

Com a saída

rotor do rotor 0,6 0,6 Massa do

5060,50 14,3701

Pressão 2 Tubo de Pitot

Manométrica (cm) Antes do Depois

18,74 Média 0,3169 D.P

Faixa de rotação 6

Rotação

Velocidade

Velocidade

Rotação

Velocidade

Velocidade

5

antes do rotor

depois do rotor

6

antes do rotor

depois do rotor 25

1

5868

18,1

25,2

1

6115

21,1

25

1

6581

21,0

2

5885

17,7

25

2

6109

22,0

25

2

6621

20,4

25

3

5871

18,7

24,9

3

6128

20,9

25

3

6658

20,3

25

4 5

5855 5874

19,3 19,1

24,9 24,7

4 5

6113 6119

19,2 19,2

25 25

4 5

6671 6689

21,0 21,1

25 25

6

5873

19,0

24,6

6

6117

19,3

25

6

6650

21,4

25

7

5872

18,9

24,2

7

6107

19,4

25

7

6701

21,2

25

8

5891

18,7

24,7

8

6088

18,9

25

8

6635

22,2

25

9 10

5875 5874

19,1 18,9

24,7 25,2

9 10

6112 6107

20,2 20,7

25 25

9 10

6550 6534

22,0 22,3

25 25

Média D.P

5873,80

18,75

9,5545

0,4927

24,81 Média 0,2998 D.P

6111,50

20,09

10,3950

1,0440

Pressão 4

rotor

obstruída

1,5

Antes do teste (g)

Depois do teste

Antes do Depois rotor

do rotor

1,6

Antes do teste (g)

80

25,00 0,0000

2,2

Com a saída obstruída

Depois do rotor

17,5 503,33± 9,29

114

Tubo de Pitot

Manométrica (cm)

(hPa)

Massa do

(g)

114

Depois do rotor

23 457 ± 15

Massa do

21,29 0,6951 Pressão 6

Tubo de Pitot

Manométrica (cm)

(hPa)

Com a saída

do rotor

1,5

6629,00 57,2519

Pressão 5 Tubo de Pitot

Manométrica (cm) Antes do Depois

25,00 Média 0,0000 D.P

(hPa)

Antes do

Depois

Com a saída

rotor

do rotor

obstruída

1,7

1,9

Depois do rotor

19,9 557,67 ± 6,66

Massa do

Depois do teste (g) 64

Antes do teste (g)

Depois do teste

80

(g) 42

TABELA 5. Grandezas calculadas a partir dos dados obtidos experimentalmente e seus respectivos erros. Vazão Mássica (Kg/s) Re Y_est (J/Kg) Y_din (J/Kg) Y_pá (J/Kg) Coeficiente de Pressão (Ψ) Coeficiente de Vazão (Φ) Coeficiente de Potência (C_Pe) ΔP_est (J) ΔP_din (J) ΔP_total (J) Rotação Específica Massa Comb. (Kg) Massa Gasolina (Kg) Massa Etanol (Kg) Trabalho Combústivel (J) Potência Consumida (Kw) Potência Util (Kw) Eficiência (%) Tempo Realização (s)

Faixa de rotação 1 0,1637±0,0069 110817,7346±554,2391 263,0317±26,9283 136,5813±4,6708 399,6129±27,3304 1,3671±0,1044 0,3391±0,015 108,3015±582,8093 297,0943±30,4155 154,2685±5,2757 451,3629±30,8697 232,244±392,1654 0,03±0,001 0,02778±9E-04 0,0022±7,4E-05 1279796,8992±4,07E+0,4 1254,7028±39,9305 65,4052±5,2447 5,2128±0,4497 1020

Faixa de rotação 2 0,2834±0,019 191903,8819±959,8292 561,1472±41,4509 409,5813±27,7396 970,7285±497104 1,6877±0,0871 0,1693±0,028 55,5842±48,0363 633,8158±46,5929 462,62202±31,3319 1096,4378±56,1479 220,32901±60,4816 0,015±0,001 0,01389±9E-04 0,00111±7,4E-05 639898,4496±4,07E+04 1777,4957±113,1365 275,1343±23,2769 15,4788±1,6388 360

Faixa de rotação 3 0,3237±0,0093 219162,3418±1095,823 764,9231±7,8556 534,2006±3,2254 1299,1237±8,492 1,6448±0,0135 0,2063±0,0121 59,2138±30,3411 863,9806±8,8729 603,3796±3,6431 1467,3602±9,5917 221,7527±35,6919 0,03±0,001 0,02778±9E-04 0,0022±7,4E-05 1279796,8992±4,07E+04 3047,1355±96,9742 420,5132±12,4245 13,8003±0,5993 420



A FIGURA 9 demonstra o comportamento da vazão mássica em relação a rotação. É perceptível o aumento tendencialmente linear da vazão mássica com o crescimento da rotação. A curva não é totalmente linear tendo em vista a não regularidade da distribuição das faixas de rotação.


TABELA 5. Grandezas calculadas a partir dos dados obtidos experimentalmente e seus respectivos erros. Vazão Mássica (Kg/s) Re Y_est (J/Kg) Y_din (J/Kg) Y_pá (J/Kg) Coeficiente de Pressão (Ψ) Coeficiente de Vazão (Φ) Coeficiente de Potência (C_Pe) ΔP_est (J) ΔP_din (J) ΔP_total (J) Rotação Específica Massa Comb. (Kg) Massa Gasolina (Kg) Massa Etanol (Kg) Trabalho Combústivel (J) Potência Consumida (Kw) Potência Util (Kw) Eficiência (%) Tempo Realização (s)

Faixa de rotação 1 0,1637±0,0069 110817,7346±554,2391 263,0317±26,9283 136,5813±4,6708 399,6129±27,3304 1,3671±0,1044 0,3391±0,015 108,3015±582,8093 297,0943±30,4155 154,2685±5,2757 451,3629±30,8697 232,244±392,1654 0,03±0,001 0,02778±9E-04 0,0022±7,4E-05 1279796,8992±4,07E+0,4 1254,7028±39,9305 65,4052±5,2447 5,2128±0,4497 1020

Faixa de rotação 2 0,2834±0,019 191903,8819±959,8292 561,1472±41,4509 409,5813±27,7396 970,7285±497104 1,6877±0,0871 0,1693±0,028 55,5842±48,0363 633,8158±46,5929 462,62202±31,3319 1096,4378±56,1479 220,32901±60,4816 0,015±0,001 0,01389±9E-04 0,00111±7,4E-05 639898,4496±4,07E+04 1777,4957±113,1365 275,1343±23,2769 15,4788±1,6388 360




A FIGURA 9 demonstra o comportamento da vazão mássica em relação a rotação. É perceptível o aumento tendencialmente linear da vazão mássica com o crescimento da rotação. A curva não é totalmente linear tendo em vista a não regularidade da distribuição das faixas de rotação.

FIGURA 9. Gráfico vazão mássica versus rotação. As FIGURAS 10 e 11 mostram a variação da pressão dinâmica, estática e total versus a rotação. O aumento da rotação acarreta no aumento da energia de pressão do fluido. Dada à semelhança da curva de pressão dinâmica com a


de pressão estática versus rotação, a curva de energia de pressão total versus a rotação possui o comportamento esperado, sendo esta a soma da energia de pressão dinâmica e estática.

FIGURA 10. Gráfico da variação da pressão dinâmica versus rotação e da variação de pressão estática versus rotação.

FIGURA 11. Gráfico variação de pressão total versus rotação. Pode ser visualizado na FIGURA 12, que o aumento da rotação implica em um aumento da turbulência no fluido, por consequência o numero de Reynolds também cresce. Os pontos dispersos na curva podem ser justifi cados por possíveis erros do equipamento, do experimentador ou influências do ambiente.

FIGURA 12. Gráfico do número de Reynolds versus rotação.

Na FIGURA 13 é verificado o coeficiente de vazão versus o número de Reynolds.

FIGURA 13. Gráfico do coeficiente de vazão versus o número de Reynolds. A FIGURA 14 mostra a relação entre trabalho específico versus vazão mássica, onde a curva apresenta um comportamento linear. O aumento da vazão mássica decorre do aumento na velocidade, bem como, o trabalho

específico, uma vez que o ventilador é uma máquina geradora que tem como função transferir energia ao fluido.

Vazão Mássica x Trabalho Específico 0.50 0.45

) s 0.40 / g k ( 0.35 a 0.30 c i s s 0.25 á M0.20 o ã z 0.15 a 0.10 V 0.05 0.00 0

500

1000

1500

2000

2500

Trabalho Específico (kJ/kg)

FIGURA 14. Gráfico da vazão mássica versus o trabalho específico. Na FIGURA 15 e 16 pode ser visualizado o comportamento da potência útil e da potência consumida em relação a vazão mássica, onde as curvas se caracterízam de forma quase linear. É possível verificar também que a escala de potência útil é menor que a escala de potência consumida. A diferença entre potência consumida e potência útil são as perdas de energia, portanto é possível afirmar que ocorram grandes perdas de energia no experimento realizado.

Potência Util x Vazão Mássica 1000 900

) 800 W 700 ( l i t 600 Ú 500 a i c n 400 ê t 300 o P 200 100 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Vazão Mássica (kg/s)

FIGURA 15. Gráfico da potência útil versus a vazão mássica.

Potência Consumida x Vazão Mássica 6.E+03

) W5.E+03 ( a d i 4.E+03 m u s n 3.E+03 o C a i c 2.E+03 n ê t o 1.E+03 P 0.E+00 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Vazão Mássica (kg/s)

FIGURA 16. Gráfico vazão mássica versus rotação. A FIGURA 17 demostra a curva de eficiência versus coeficiênte de vazão, onde quanto maior o coeficiente de vazão menor a eficiência.

Eficiência x Coeficiente de Vazão 25

20

) % ( 15 a i c n ê i c i 10 f E 5

0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Coeficiente de Vazão

FIGURA 17. Gráfico da eficiência versus coeficiente de vazão. Na FIGURA 18 pode ser visualizado que conforme aumenta o coeficiente de pressão diminui o coeficiente de vazão., sendo os dois inversamente proporcionais.

Coeficiente de Vazão x Coeficiente de Pressão 0.40

o 0.35 ã z a 0.30 V e 0.25 d e t 0.20 n e 0.15 i c i f 0.10 e o C 0.05 0.00 0

0.5

1

1.5

2

Coeficiente de Pressão

FIGURA 18. Gráfico do coeficiente de vazão versus o coeficiente de pressão. A FIGURA 19 demostra o crescimento do coeficiente de potência conforme aumenta o coeficiente de vazão.

Coeficiente de Potência x Coeficiente de Vazão 120

a i c n 100 ê t o 80 P e d 60 e t n 40 e i c i f e 20 o C 0

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4


FIGURA 19. Gráfico do coeficiente de potência versus o coeficiente de vazão. Na FIGURA 20 é possível verificar que quanto maior a rotação específica, maior o coeficiente de vazão.

Rotação Específica x Coeficiente de Vazão 220 218 a c i 216 f í c e 214 p s E 212 o ã ç 210 a t 208 o R206 204 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4


FIGURA 20. Gráfico da rotação específica versus o coeficiente de vazão.

5. Conclusões 6. Referências Bibliográficas

ANDRADE, Eduardo Santos; LEAL da SILVA, Robson. Cálculo da eficiêncio energética em ventiladores de mesa com diferentes anemômetros e metodologias. Enepe, Dourados, n. , p.1-17, 2012. BIZZO, Waldir A.. Capítulo 2 - Combustíveis. Geração, Distribuição e Utilização de Vapor. São Paulo: Unicamp, 2003. p. 18. CÚNEO,

R.

G.

Petróleo.

Disponível

em:

acessado em 25 de janeiro de 2013.

INCROPERA, F.p. et al. Fundamentos de tranferência de calor e de massa. 6. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2011. 643 p. Manual técnico OTA ®M Soler & Palau - ventilation group Porto Alegre/RS (não tem ano) disponível em: acesso em 20 de janeiro de 2013. STIHL.

Soprador

de

ar

Stihl

BG

86

C-E.

Disponível

em:

acessado em 14 de janeiro de 2013. Toginho Filho, D. O., Andrello, A.C., Catálogo de Experimentos do Laboratório Integrado de Física Geral Departamento de Física. Universidade Estadual de Londrina, Março de 2009. PETROBRÁS.

Legislação

vigente.

Disponível

em:

PRONTO- Ventilador centrífugo - Relatório II

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