Análise Teórica e Experimental das Características de Desempenho Aerodinâmico de Ventiladores Centrífugos com Pás Auxiliares.

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise teórica e experimental das características de desempenho aerodinâmico de ventiladores centrífugos com pás auxiliares. Onze rotores centrífugos foram analisados numericamente, sendo dois rotores convencionais com 4 e 8 pás e nove rotores com 4 pás principais e 4 pás auxiliares. As pás (principais e auxiliares) desses rotores têm formato de um arco de círculo. Para a análise experimental, cada um desses rotores foi colocado numa única voluta de um ventilador centrífugo projetado para uma rotação específica igual a 150. Na análise teórica foi utilizado o cálculo do escoamento potencial, bidimensional e incompressível em rotores centrífugos, porém, foi levada em consideração a variação de larguras das pás. Uma formulação clássica por meio de singularidades para rotores centrífugos com pás infinitamente finas é apresentada. A solução numérica da equação integral resultante dessa formulação foi obtida por meio do método dos painéis, com distribuição linear de densidade de vórtices em cada painel das pás principais e auxiliares discretizadas. O critério de carregamento aerodinâmico das pás, denominado número de Richardson máximo, que é apropriado para determinar o número ótimo de pás de rotores centrífugos convencionais, foi estendido para rotores centrífugos com pás auxiliares. Com base nesse critério, pode ser possível obter o comprimento e a posição circunferencial das pás auxiliares em relação às pás principais, para atender algum critério de desempenho do ventilador, por exemplo, o de maior rendimento total possível. As pás dos onze rotores foram construídas e montadas num único disco e numa única capa de um rotor centrífugo de rotação específica igual a 150. Cada um desses rotores foi montado em conjunto com um único bocal de entrada e uma única voluta, formando cada um dos onze ventiladores centrífugos. Esses ventiladores foram testados num banco de testes apropriado. Desses testes, foram obtidas diversas características globais de desempenho aerodinâmico. Os resultados experimentais mostram que à medida que o comprimento das pás auxiliares aumenta, a pressão total do ventilador centrífugo também aumenta. Em termos de pressão total, o ventilador centrífugo com pás auxiliares com fator de raio, Fr, igual a 0,50 (metade do comprimento das pás principais) e fator de ângulo, Fa, igual a 0,50 (pás auxiliares posicionadas equidistantes das pás principais) fornece maiores pressões que aquele com Fr = 0,80 e Fa = 0,33 (pás auxiliares posicionadas mais próximas ao lado de sucção das pás principais). Em termos de rendimento total, o ventilador centrífugo com pás auxiliares com Fr = 0,80 e Fa = 0,50 apresentou o melhor rendimento. Esse resultado está de acordo com o critério do número de Richardson máximo aplicado somente às pás principais (porém com influência das pás auxiliares). Conclui-se que, para a aplicação do critério do número de Richardson máximo, com o intuito de estabelecer o comprimento e a posição circunferencial das pás auxiliares em relação às pás principais, para atender algum critério de desempenho aerodinâmico, merece mais investigações. Essas investigações requerem mais estudos numéricos em rotores centrífugos e mais resultados experimentais para uma ampla faixa de rotações específicas desse tipo de turbomáquina.