Metodologia de Projeto Aerodinâmico de Rotores Axiais e Otimização da Pá com base nos Efeitos de Sweep e Dihedral.

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto aerodinâmico de rotores de bombas axiais, com base em valores iniciais de funcionamento estabelecidos. Essa metodologia propõe uma modificação na região próxima à ponta da pá, visando minimizar os efeitos causados pelo espaçamento entre a ponta da pá e a carcaça (folga de topo) no escoamento em rotores axiais. O escoamento em turbomáquinas axiais é bastante complexo, principalmente na região da folga de topo. Essa folga deve ser minimizada ao máximo, mas seu limite depende das tecnologias de fabricação e de montagem tanto do rotor como da carcaça. Para uma determinada folga de topo, existem algumas maneiras de minimizar os efeitos causados pela folga de topo. Uma delas é o deslocamento dos perfis da pá na região próxima à ponta da pá. Esses deslocamentos são conhecidos como sweep e dihedral. Um rotor axial de bomba foi projetado e foi fixada uma determinada folga de topo. Esse rotor convencional foi então modificado e aplicado o sweep e dihedral na região próxima à ponta da pá. Por meio de técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (DFC), a busca pelo valor ótimo do rendimento foi feita através do otimizador CRSA (Controlled Random Search Algorithm), com plataforma Fortran, que gerencia o sistema de geração de malhas com o software de simulação numérica, FLUENT®. Com base nos valores ótimos encontrados foi realizada uma restrição do intervalo de variação do sweep e dihedral, visando obter um valor ótimo mais preciso. De posse do melhor valor ótimo encontrado, isto é, o maior rendimento, foi feito a comparação com o projeto inicial (rotor convencional), para uma faixa de vazões. Foi constatado um ganho real em toda a faixa analisada, mostrando a eficácia da aplicação do sweep e dihedral.