Os dois tipos de ventiladores comuns usados ​​em serviços prediais para sistemas de dutos são genericamente chamados de ventiladores centrífugos e axiais – o nome deriva da direção que define o fluxo de ar através do ventilador. Esses dois tipos são divididos em vários subtipos que foram desenvolvidos para fornecer características específicas de fluxo/pressão de volume, bem como outros atributos operacionais (incluindo tamanho, ruído, vibração, facilidade de limpeza, facilidade de manutenção e robustez).

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Tabela 1: Dados de pico de eficiência de ventiladores publicados nos EUA e na Europa para ventiladores >600 mm de diâmetro

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Alguns dos tipos de ventiladores usados ​​com mais frequência em HVAC estão listados na Tabela 1, juntamente com eficiências máximas indicativas que foram coletadas1 de dados publicados por vários fabricantes dos EUA e da Europa. Além disso, o ventilador 'plug' (que na verdade é uma variante do ventilador centrífugo) tem visto uma popularidade crescente nos últimos anos.

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Figura 1: Curvas genéricas do ventilador. Os verdadeiros fãs podem diferir amplamente destas curvas simplificadas

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As curvas características dos ventiladores são mostradas na Figura 1. Estas são curvas exageradas e idealizadas, e os ventiladores reais podem muito bem diferir destas; no entanto, é provável que exibam atributos semelhantes. Isso inclui as áreas de instabilidade causadas pela oscilação, onde o ventilador pode alternar entre duas vazões possíveis na mesma pressão ou como consequência da parada do ventilador (consulte Paralisação da caixa de fluxo de ar). Os fabricantes também devem identificar faixas de trabalho “seguras” preferidas em sua literatura.

Ventiladores centrífugos

Com ventiladores centrífugos, o ar entra no impulsor ao longo do seu eixo e depois é descarregado radialmente do impulsor com o movimento centrífugo. Esses ventiladores são capazes de gerar altas pressões e vazões de alto volume. A maioria dos ventiladores centrífugos tradicionais são encerrados em um invólucro tipo scroll (como na Figura 2) que atua para direcionar o ar em movimento e converter eficientemente a energia cinética em pressão estática. Para movimentar mais ar, o ventilador pode ser projetado com um impulsor de “entrada dupla de largura dupla”, permitindo a entrada de ar em ambos os lados da caixa.

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Figura 2: Ventilador centrífugo em carcaça scroll, com impulsor inclinado para trás

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Existem vários formatos de pás que podem constituir o impulsor, sendo os principais tipos curvados para frente e curvados para trás - o formato da pá determinará seu desempenho, eficiência potencial e o formato da curva característica do ventilador. Os outros fatores que afetarão a eficiência do ventilador são a largura da roda do impulsor, o espaço livre entre o cone de entrada e o impulsor giratório e a área utilizada para descarregar o ar do ventilador (a chamada 'área de explosão') .

Este tipo de ventilador tem sido tradicionalmente acionado por um motor com disposição de correia e polia. No entanto, com a melhoria dos controlos electrónicos de velocidade e a maior disponibilidade de motores comutados electronicamente ('EC' ou sem escova), os accionamentos directos estão a tornar-se utilizados com mais frequência. Isto não apenas elimina as ineficiências inerentes a uma transmissão por correia (que podem variar de 2% a mais de 10%, dependendo da manutenção2), mas também diminui a vibração, reduz a manutenção (menos rolamentos e requisitos de limpeza) e torna a montagem mais compacto.

Ventiladores centrífugos curvados para trás

Ventiladores curvados para trás (ou 'inclinados') são caracterizados por pás que se inclinam para longe da direção de rotação. Eles podem atingir eficiências de cerca de 90% ao usar pás de aerofólio, como mostrado na Figura 3, ou com pás planas moldadas em três dimensões, e um pouco menos quando usam pás planas curvas, e menos ainda quando usam lâminas planas simples inclinadas para trás. O ar sai das pontas do impulsor a uma velocidade relativamente baixa, de modo que as perdas por atrito dentro da carcaça são baixas e o ruído gerado pelo ar também é baixo. Eles podem parar nos extremos da curva operacional. Impulsores relativamente mais largos proporcionarão maiores eficiências e podem facilmente empregar as pás com perfil de aerofólio mais substanciais. Impulsores finos apresentam poucos benefícios com o uso de aerofólios, portanto tendem a usar lâminas planas. Os ventiladores curvados para trás são particularmente conhecidos pela sua capacidade de produzir altas pressões combinadas com baixo ruído e têm uma característica de potência sem sobrecarga - isto significa que à medida que a resistência reduz num sistema e o caudal aumenta, a potência consumida pelo motor eléctrico reduzirá . A construção de ventiladores curvados para trás provavelmente será mais robusta e bastante mais pesada do que o ventilador curvado para frente, menos eficiente. A velocidade relativamente lenta do ar através das pás pode permitir o acúmulo de contaminantes (como poeira e graxa).

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Figura 3: Ilustração de impulsores de ventiladores centrífugos

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Ventiladores centrífugos curvados para frente

Os ventiladores curvados para frente são caracterizados por um grande número de pás curvadas para frente. Como normalmente produzem pressões mais baixas, são menores, mais leves e mais baratos do que o ventilador curvado para trás equivalente. Conforme mostrado na Figura 3 e Figura 4, este tipo de impulsor de ventilador incluirá mais de 20 pás que podem ser tão simples quanto formadas a partir de uma única folha de metal. Maiores eficiências são obtidas em tamanhos maiores com lâminas formadas individualmente. O ar sai das pontas das pás com alta velocidade tangencial, e essa energia cinética deve ser convertida em pressão estática na carcaça – isso prejudica a eficiência. Eles são normalmente usados ​​para volumes de ar baixos a médios a baixa pressão (normalmente <1,5kPa) e têm uma eficiência relativamente baixa, abaixo de 70%. O invólucro scroll é particularmente importante para alcançar a melhor eficiência, pois o ar sai da ponta das pás em alta velocidade e é usado para converter efetivamente a energia cinética em pressão estática. Eles funcionam em baixas velocidades de rotação e, portanto, os níveis de ruído mecânico gerado tendem a ser menores do que os ventiladores curvados para trás de alta velocidade. O ventilador possui uma característica de sobrecarga de potência quando opera contra baixas resistências do sistema.

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Figura 4: Ventilador centrífugo curvado para frente com motor integrado

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Esses ventiladores não são adequados onde, por exemplo, o ar esteja altamente contaminado com poeira ou contenha gotículas de graxa.

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Figura 5: Exemplo de ventilador de acionamento direto com pás curvadas para trás

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Ventiladores centrífugos de pás radiais

O ventilador centrífugo de pás radiais tem a vantagem de poder movimentar partículas de ar contaminado e a altas pressões (da ordem de 10kPa), mas, funcionando em altas velocidades, é muito barulhento e ineficiente (<60%) e por isso não deve ser usado para HVAC de uso geral. Ele também sofre de uma característica de sobrecarga de potência – à medida que a resistência do sistema é reduzida (talvez pela abertura dos dampers de controle de volume), a potência do motor aumentará e, dependendo do tamanho do motor, poderá possivelmente “sobrecarregar”.

Conecte ventiladores

Em vez de serem montados em um invólucro scroll, esses impulsores centrífugos projetados para esse fim podem ser usados ​​diretamente no invólucro da unidade de tratamento de ar (ou, na verdade, em qualquer duto ou plenum), e seu custo inicial provavelmente será inferior ao abrigava ventiladores centrífugos. Conhecidos como ventiladores centrífugos 'plenum', 'plug' ou simplesmente 'não alojados', eles podem fornecer algumas vantagens de espaço, mas ao preço da perda de eficiência operacional (sendo as melhores eficiências semelhantes às dos ventiladores centrífugos curvados para frente alojados). Os ventiladores aspirarão o ar através do cone de entrada (da mesma forma que um ventilador alojado), mas depois descarregarão o ar radialmente em torno de toda a circunferência externa de 360° do impulsor. Eles podem fornecer uma grande flexibilidade nas conexões de saída (do plenum), o que significa que pode haver menos necessidade de curvas adjacentes ou transições bruscas na rede de dutos que, por si só, aumentariam a queda de pressão do sistema (e, portanto, a potência adicional do ventilador). A eficiência geral do sistema pode ser melhorada usando entradas de boca de sino nos dutos que saem do plenum. Um dos benefícios do ventilador tipo plug é o seu melhor desempenho acústico, em grande parte resultante da absorção sonora dentro do plenum e da falta de caminhos de “visão direta” do impulsor até a boca dos dutos. A eficiência dependerá muito da localização do ventilador dentro do plenum e da relação do ventilador com sua saída – sendo o plenum usado para converter a energia cinética do ar e, assim, aumentar a pressão estática. Desempenho substancialmente diferente e diferentes estabilidades de operação dependerão do tipo de impulsor – impulsores de fluxo misto (fornecendo uma combinação de fluxo radial e axial) têm sido usados ​​para superar problemas de fluxo resultantes do forte padrão de fluxo de ar radial criado usando impulsores centrífugos simples3.

Para unidades menores, seu design compacto é frequentemente complementado pelo uso de motores EC facilmente controláveis.

Ventiladores axiais

Nos ventiladores de fluxo axial, o ar passa pelo ventilador alinhado ao eixo de rotação (como mostrado no ventilador axial de tubo simples da Figura 6) – sendo a pressurização produzida por sustentação aerodinâmica (semelhante a uma asa de aeronave). Estes podem ser comparativamente compactos, de baixo custo e leves, particularmente adequados para movimentar o ar contra pressões relativamente baixas, por isso são frequentemente utilizados em sistemas de extracção onde as quedas de pressão são inferiores às dos sistemas de abastecimento – o abastecimento normalmente inclui a queda de pressão de todos os sistemas de ar condicionado. componentes da unidade de tratamento de ar. Quando o ar sai de um ventilador axial simples, ele estará girando devido à rotação transmitida ao ar à medida que passa pelo impulsor - o desempenho do ventilador pode ser melhorado significativamente por palhetas guia a jusante para recuperar o redemoinho, como na palheta ventilador axial mostrado na Figura 7. A eficiência de um ventilador axial é afetada pelo formato da pá, pela distância entre a ponta da pá e a caixa circundante e pela recuperação de turbilhão. O passo da lâmina pode ser alterado para variar com eficiência a saída do ventilador. Ao inverter a rotação dos ventiladores axiais, o fluxo de ar também pode ser revertido – embora o ventilador seja projetado para funcionar na direção principal.

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Figura 6: Um ventilador de fluxo axial tubular

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A curva característica dos ventiladores axiais possui uma região de bloqueio que pode torná-los inadequados para sistemas com uma ampla gama de condições de operação, embora tenham o benefício de uma característica de potência sem sobrecarga.

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Figura 7: Ventilador de fluxo axial de palhetas

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Os ventiladores axiais de palhetas podem ser tão eficientes quanto os ventiladores centrífugos curvados para trás e são capazes de produzir fluxos elevados a pressões razoáveis ​​(normalmente em torno de 2kPa), embora sejam propensos a criar mais ruído.

O ventilador de fluxo misto é um desenvolvimento do ventilador axial e, conforme mostrado na Figura 8, possui um impulsor de formato cônico onde o ar é aspirado radialmente através dos canais de expansão e depois passado axialmente através das palhetas guia de endireitamento. A ação combinada pode produzir uma pressão muito maior do que a possível com outros ventiladores de fluxo axial. A eficiência e os níveis de ruído podem ser semelhantes aos de um ventilador centrífugo de curva inversa.

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Figura 8: Ventilador em linha de fluxo misto

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A instalação do ventilador

Os esforços para fornecer uma solução de ventilador eficaz podem ser severamente prejudicados pela relação entre o ventilador e as condutas locais para o ar.

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Horário da postagem: 07 de janeiro de 2022