Surtos, travamentos e instabilidades em ventiladores: mistérios dos empreiteiros

Mar 13, 2024

A Figura 1 (página 7) mostra o fluxo para um sistema ideal. As Figuras 2 a 5 (páginas 8 e 10) mostram uma variedade de condições para variação temporal do fluxo.

Aqueles envolvidos com medição de vazões sabem que condições de vazão ideais não são comuns. Cada ponto de medição de vazão geralmente tem uma média de tempo de 10 segundos ou mais para obter uma leitura precisa. Variações nas leituras de vazão e pressão de 10% em curtos períodos de tempo são relativamente comuns.

Entretanto, ventiladores selecionados ou aplicados incorretamente podem produzir variações muito maiores do que isso. As condições podem se tornar tão severas que o fluxo através do ventilador pode oscilar entre avanço e reverso (fluxo que sai da entrada) muitas vezes por minuto (veja a Figura 4).

Variações no fluxo e na pressão não apenas dificultam a medição do fluxo, mas também podem criar uma variedade de problemas:

Uma compreensão das causas do fluxo instável pode ser útil para evitar estes problemas. Como algumas das causas são complexas, os pesquisadores demonstraram algum interesse.

Não houve acordo uniforme nas conclusões sobre quais são as causas exatas. No entanto, a partir de suas pesquisas podemos aprender as condições que tendem a funcionar normalmente e evitar as condições que não o fazem.

Esta mudança de direção (e velocidades relativas) permite que o ventilador gere pressão. Se o ângulo de ataque se tornar muito severo, o ar não seguirá mais uniformemente a superfície da lâmina.

A quantidade de deflexão e a pressão gerada param de aumentar e normalmente diminuem. Isso é chamado de ponto de parada.

Num ventilador, as pás normalmente giram com velocidade constante. Portanto, para alterar o ângulo de ataque, o sistema ao qual o ventilador está acoplado deve ser alterado. Taxas de fluxo mais altas através da entrada aumentam o ângulo de ataque; taxas de fluxo mais baixas diminuem.

Portanto, se um ventilador estiver operando parado, é porque o cfm está muito baixo. Em um determinado sistema, isso é causado pela seleção de um ventilador muito grande (tornando as velocidades do ar muito baixas no ventilador).

Em alguns ventiladores, o ângulo de ataque não é uniforme em toda a largura da lâmina. Normalmente, esses ventiladores não são os mais eficientes, embora a gravidade do travamento seja geralmente menor, uma vez que apenas parte da pá está travando em qualquer taxa de fluxo.

Algumas pessoas dizem que os ventiladores centrífugos de pás radiais estão sempre parados, porque há uma má correspondência entre a velocidade direcional da pá e a do ar que se aproxima. Isto é essencialmente verdade. No entanto, estes tipos de ventiladores podem ter fluxos severos que variam no tempo a taxas de fluxo muito baixas, uma vez que as perdas internas são dominadas pelo bloqueio e a pressão cai neste ponto.

Um ventilador operando no ponto de travamento ou próximo a ele geralmente terá aumentos severos no ruído. Em alguns ventiladores, soará quase como se o impulsor estivesse sendo impactado por um objeto sólido (martelo). O estol puro tende a ter uma frequência aleatória, mas há casos especiais em que uma frequência pura é gerada. Isso será discutido mais tarde.

Existe uma natureza variável no tempo para o fluxo de um ventilador parado. No entanto, esta normalmente não é a principal causa de preocupação. O aumento do ruído gerado pode ser um problema, mas também pode ser resolvido.

A maior preocupação para um ventilador operando parado é o potencial de danos mecânicos. Aqueles que passaram por uma viagem de avião acidentada têm uma noção de quão severos podem ser os impactos dos choques aerodinâmicos.

Um ventilador operando continuamente parado pode sustentar a fadiga estrutural do metal. Isto é especialmente verdadeiro para ventiladores de fluxo axial com pás longas e delgadas ou pás fabricadas em chapa metálica.

Os ventiladores centrífugos são menos propensos a danos. Ventiladores centrífugos projetados para pressões relativamente altas, mas operando em pressões muito baixas (menos de 1 pol. sp), são conhecidos por operarem continuamente parados por muitos anos sem danos.

Há outra desvantagem em ter um ventilador funcionando parado. Isso significa que a eficiência do ventilador está abaixo do ideal. Um ventilador de tamanho menor custa menos e tem menor custo operacional. Provavelmente também durará mais que um ventilador maior.