Os dois tipos de ventiladores comuns usados ​​em serviços prediais para sistemas de dutos são genericamente referidos como ventiladores centrífugos e axiais – nome derivado da definição da direção do 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 do ventilador 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, junto com eficiências de pico indicativas que foram coletadas1 de dados publicados por vários fabricantes americanos e europeus.Além destes, o ventilador 'plug' (que é na verdade uma variante do ventilador centrífugo) tem visto uma popularidade crescente nos últimos anos.

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Figura 1: Curvas genéricas do ventilador.Ventiladores reais podem diferir amplamente dessas 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 devido à oscilação, onde o ventilador pode alternar entre duas vazões possíveis na mesma pressão ou como consequência da parada do ventilador (consulte Parada 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 de seu eixo e é descarregado radialmente do impulsor com o movimento centrífugo.Esses ventiladores são capazes de gerar altas pressões e altas vazões volumétricas.A maioria dos ventiladores centrífugos tradicionais são colocados em um invólucro do tipo scroll (como na Figura 2) que atua para direcionar o ar em movimento e converter eficientemente a energia cinética em pressão estática.Para mover mais ar, o ventilador pode ser projetado com um impulsor de 'entrada dupla de largura dupla', permitindo que o ar entre em ambos os lados da carcaça.

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

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Existem vários formatos de pás que podem compor 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 rotor, o espaço livre entre o cone de entrada e o rotor giratório e a área utilizada para a descarga do ar do ventilador (a chamada 'área de explosão'). .

Este tipo de ventilador tem sido tradicionalmente acionado por um motor com arranjo de correia e polia.No entanto, com a melhoria nos controles eletrônicos de velocidade e a maior disponibilidade de motores comutados eletronicamente ('EC' ou sem escovas), os acionamentos diretos estão se tornando mais usados.Isso não apenas remove as ineficiências inerentes a um acionamento por correia (que pode ser 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

Os 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, conforme mostrado na Figura 3, ou com pás planas moldadas em três dimensões, e um pouco menos ao usar pás curvas planas, e menos novamente ao usar pás planas simples inclinadas para trás.O ar deixa as 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 de operação.Impulsores relativamente mais largos fornecerão maior eficiência e podem facilmente empregar as pás perfiladas de aerofólio mais substanciais.Os impulsores finos mostrarão pouco benefício com o uso de aerofólios, portanto, tendem a usar pás de placa plana.Os ventiladores curvos para trás são particularmente notados por sua capacidade de produzir altas pressões combinadas com baixo ruído e possuem uma característica de potência sem sobrecarga - isso significa que, à medida que a resistência diminui em um sistema e a vazão aumenta, a potência consumida pelo motor elétrico reduz .A construção dos ventiladores curvados para trás provavelmente será mais robusta e um pouco mais pesada do que o ventilador curvado para a frente, menos eficiente.A velocidade relativamente baixa do ar nas pás pode permitir o acúmulo de contaminantes (como poeira e graxa).

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Figura 3: Ilustração de rotores de ventiladores centrífugos

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Ventiladores centrífugos curvados para a frente

Os ventiladores curvos para frente são caracterizados por um grande número de pás curvadas para frente.Como eles normalmente produzem pressões mais baixas, eles são menores, mais leves e mais baratos do que o ventilador curvado para trás com alimentação equivalente.Conforme mostrado na Figura 3 e na Figura 4, esse tipo de rotor de ventilador incluirá mais de 20 pás que podem ser tão simples quanto serem 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 diminui a eficiência.Eles são normalmente usados ​​para volumes de ar baixos a médios a baixa pressão (normalmente <1,5 kPa) e têm uma eficiência relativamente baixa, abaixo de 70%.A carcaça 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 gerados mecanicamente tendem a ser menores do que os ventiladores curvos para trás de alta velocidade.O ventilador tem uma característica de sobrecarga de energia ao operar 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 está fortemente contaminado com poeira ou contém gotas de graxa.

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Figura 5: Exemplo de ventilador de plugue 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 ser capaz de mover partículas de ar contaminadas e em altas pressões (na ordem de 10kPa), mas, funcionando em altas velocidades, é muito ruidoso e ineficiente (<60%) e, portanto, não deve ser usado para HVAC de uso geral.Ele também sofre de uma característica de sobrecarga de potência – conforme 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 'sobrecarregar'.

Conecte os ventiladores

Em vez de serem montados em um invólucro espiral, esses impulsores centrífugos projetados especificamente podem ser usados ​​diretamente no invólucro da unidade de tratamento de ar (ou, de fato, em qualquer duto ou plenum), e seu custo inicial provavelmente será menor do que ventiladores centrífugos alojados.Conhecidos como ventiladores centrífugos 'plenum', 'plug' ou simplesmente 'sem caixa', eles podem oferecer algumas vantagens de espaço, mas ao preço de perda de eficiência operacional (com as melhores eficiências sendo semelhantes àquelas para ventiladores centrífugos curvados para frente com caixa).Os ventiladores aspiram o ar através do cone de entrada (da mesma forma que um ventilador alojado), mas depois descarregam o ar radialmente ao redor de toda a circunferência externa de 360° do impulsor.Eles podem fornecer uma grande flexibilidade de conexões de saída (do plenum), o que significa que pode haver menos necessidade de curvas adjacentes ou transições acentuadas no duto que aumentariam a queda de pressão do sistema (e, portanto, potência adicional do ventilador).A eficiência geral do sistema pode ser melhorada usando entradas de boca de sino para os dutos que saem do plenum.Um dos benefícios do plug fan é seu desempenho acústico aprimorado, em grande parte resultante da absorção sonora dentro do plenum e da falta de caminhos de 'visão direta' do impulsor até a boca do duto.A eficiência dependerá muito da localização do ventilador dentro do plenum e da relação do ventilador com sua saída – o plenum sendo 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) foram 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 geralmente é complementado pelo uso de motores EC prontamente controláveis.

ventiladores axiais

Nos ventiladores de fluxo axial, o ar passa pelo ventilador em linha com o eixo de rotação (como mostrado no ventilador axial de tubo simples da Figura 6) – a pressurização sendo produzida por sustentação aerodinâmica (semelhante a uma asa de avião).Estes podem ser comparativamente compactos, de baixo custo e leves, particularmente adequados para movimentar o ar contra pressões relativamente baixas, por isso são frequentemente usados ​​em sistemas de extração onde as quedas de pressão são menores do que os 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 ao passar pelo rotor - 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, a distância entre a ponta da pá e a caixa ao redor e a recuperação do redemoinho.O passo da pá pode ser alterado para variar eficientemente a saída do ventilador.Ao inverter a rotação dos ventiladores axiais, o fluxo de ar também pode ser invertido – embora o ventilador seja projetado para funcionar na direção principal.

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Figura 6: Um ventilador de fluxo axial de tubo

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

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Figura 7: Um 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 altos fluxos a pressões razoáveis ​​(normalmente em torno de 2kPa), embora provavelmente criem 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 pelos canais de expansão e depois passado axialmente pelas palhetas guia de endireitamento.A ação combinada pode produzir uma pressão muito maior do que é 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 seriamente prejudicados pela relação entre o ventilador e os caminhos de dutos locais para o ar.

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Horário da postagem: 07 de janeiro de 2022