Tipos de ventiladores: classificação, finalidade e princípio de funcionamento

O ventilador é a base de qualquer sistema de ventilação artificial. O aparelho é amplamente utilizado em casa e é indispensável em muitas áreas da vida humana. Ao planejar a compra de equipamentos de ventilação, é necessário entender as especificidades de sua estrutura e funcionamento.

No artigo apresentado para leitura, são descritos detalhadamente os tipos de ventiladores, suas características construtivas, princípios de funcionamento e a finalidade de cada unidade. Contaremos sobre as prioridades na escolha do modelo adequado. Aqui você aprenderá como selecionar um dispositivo dependendo das condições de operação.

Classificação dos ventiladores por parâmetros principais

Ventiladores são dispositivos mecânicos destinados a mover, fornecer ou extrair massas de ar e gás. A circulação do ar ocorre devido à diferença de pressão entre o canal de entrada e saída da instalação de ventilação.

Os ventiladores são usados em toda parte. Os dispositivos são indispensáveis na instalação de um sistema de ventilação de insuflação e exaustão de um edifício, na ventilação de elementos de trabalho em condicionadores de ar e dispositivos de aquecimento.

Os ventiladores são projetados para trabalhar com gases cujo grau de compressão não excede 1,15. A diferença de pressão entre entrada/saída é limitada a 15 kPa – com um valor maior, utiliza-se um compressor

A classificação geral das instalações de ventilação baseia-se em diferentes parâmetros.

Entre os principais critérios de graduação, podemos destacar:

• construção e princípio de funcionamento do dispositivo;
• finalidade e condições de funcionamento do ventilador;
• método de instalação;
• métodos de conexão do dispositivo ao motor elétrico;
• características técnicas: grau de proteção IP, pressão gerada, potência consumida, frequência de rotação, eficiência e nível de pressão acústica.

Pelo tipo de construção, existem cinco modificações de ventiladores: axiais, centrífugos, diagonais, diametrais e sem pás.

Os agregados diagonais e diametrais são considerados variedades dos dois principais grupos de unidades de ventilação: axiais e centrífugas. Os novos produtos sem pás diferem fundamentalmente de seus equivalentes.

Com base nas condições de operação, distinguem-se os seguintes tipos de máquinas de sopro de gás:

• aparelhos de uso geral;
• ventiladores de uso especial.

O primeiro grupo inclui unidades projetadas para trabalhar com fluxos de ar e gases inertes, cuja temperatura não excede +50°C. O segundo grupo inclui equipamentos especiais: resistentes ao calor, à prova de explosão, para poeira, resistentes à corrosão e para exaustão de fumaça.

De acordo com o método de montagem, distinguem-se:

• padrão – a instalação é feita em um suporte;
• de telhado – montagem no telhado do edifício;
• de duto – instalados dentro do duto de ventilação;
• multizona – modelos projetados para conexão a vários dutos de ar.

Motores elétricos são usados como acionamento da unidade de ventilação.

Existem várias maneiras de acoplar o motor ao impulsor:

• acoplamento direto;
• transmissão por correia em V;
• acoplamento contínuo (sem passos).

Após determinar o tipo adequado de ventilador, seleciona-se um modelo com características técnicas ideais.

São considerados a área de serviço, o local de instalação, o nível de ruído admissível, a umidade do ambiente, a necessidade de proteção do aparelho contra a entrada de objetos estranhos

Princípio de funcionamento dos diferentes tipos de dispositivos

O principal critério para escolher um ventilador é sua construção e princípio de funcionamento. As características de design e os detalhes técnicos determinam a eficiência do aparelho, o nível de ruído, a economia de operação e a possibilidade de seu uso em condições específicas.

Unidade axial – ventilador clássico

O ventilador axial é amplamente utilizado em sistemas de ventilação residenciais de casas particulares, em exaustores de banheiros, em versões de exaustão combinadas, como elemento de resfriamento de diversos equipamentos e eletrônicos, bem como em túneis de vento e motores turbo-ventiladores na aviação.

O design dos modelos caracteriza-se pela simplicidade de execução e dimensões reduzidas. Elementos principais: corpo cilíndrico, roda com pás e acionamento. O diâmetro interno do cilindro deve garantir rotações livres da roda de trabalho. O intervalo entre as pás e o corpo é limitado a 1,5% do comprimento da pá rotativa.

Com o objetivo de reduzir as perdas hidráulicas e melhorar as características aerodinâmicas, a construção é complementada com coletor, difusor e carenagem em ambos os lados da roda de trabalho.

Princípio de funcionamento: as pás rotativas capturam o ar e o empurram ao longo do eixo do rotor. O deslocamento dos fluxos de ar na direção radial é quase inexistente. A produtividade do equipamento é regulada pela rotação das pás.

Características distintivas dos modelos axiais:

• não exigem grande área para instalação;
• consumo econômico de energia;
• baixo nível de ruído;
• simplicidade de operação e manutenção;
• custo baixo.

As vantagens de operação e uso dos ventiladores axiais resultaram em sua ampla popularidade no uso doméstico. Modelos encapsulados para resfriamento de aparelhos elétricos e unidades axiais portáteis com grade são amplamente utilizados.

Para intensificar a troca de ar, ventiladores axiais com painel de parede são instalados em aberturas de parede e outras estruturas de suporte. Os aparelhos podem funcionar em dois modos: aspiração e insuflação de ar.

Modelo centrífugo – resistência e alta potência

Os ventiladores centrífugos (radiais) são altamente eficientes – as unidades são capazes de gerar altas pressões e operar em condições adversas. A construção do equipamento inclui os seguintes elementos.

Corpo. O invólucro-difusor é fabricado em chapa metálica rebitada ou soldada. O corpo oco tem a forma espiral de um caracol; a construção inclui bocais de aspiração e insuflação. Para rigidez, o invólucro é reforçado com nervuras ou faixas transversais.

O 'caracol' é coberto por uma caixa adicional ou revestido com painéis absorventes de ruído. Isso é necessário para reduzir o ruído durante a operação da unidade de ventilação.

Roda de trabalho. O rotor com pás consiste em dois discos, pás e cubo.

A construção da roda determina as condições de uso do ventilador:

• sem discos – transporte de fluxos com componentes sólidos;
• um disco – movimentação de meios aéreos com baixo teor de frações sólidas;
• dois discos – circulação de massas de ar limpas em diferentes faixas de pressão;
• três discos – fornecimento de sucção bilateral.

A fixação da roda ao eixo ocorre por meio de cubos. As pás são fixadas aos discos e cubos.

Pás. As características de desempenho e a eficiência da unidade como um todo dependem em grande parte da forma das pás:

• a asa aerodinâmica – garante silêncio, bom desempenho, resistência do aparelho a altas temperaturas;
• curvadas para trás – evitam acúmulo de poeira dentro do ventilador, adequadas para operação em ambientes com alta restrição;
• curvadas para frente – ventiladores com pás 'frontais' são projetados para trabalhar com grande volume de ar e alta pressão, caracterizam-se pela resistência à erosão;
• radiais – unidades de tamanho compacto com eficiência média, os rotores são tratados com revestimento protetor contra erosão.

Em rodas com pás 'traseiras', a diferença entre as pressões estática e total não é grande, portanto seu nível de eficiência é alto. A eficiência operacional atinge 80%.

Pás curvadas para frente criam alta velocidade do fluxo de ar na saída. O equipamento mantém 60% de eficiência. Vantagem das pás 'frontais': obter os parâmetros desejados com dimensões menores do ventilador

Em unidades centrífugas, o ar entra na direção axial e é expelido na direção radial. As massas de ar sob ação de forças centrífugas movem-se no invólucro cilíndrico.

Todo o processo pode ser dividido em várias etapas:

1. Ao girar a roda, o ar entre os espaços das pás é direcionado para a borda do rotor.
2. Como consequência, no centro da roda forma-se uma zona de baixa pressão. Isso leva à sucção de massas de ar do exterior.
3. No centro da câmara, os fluxos de ar mudam de direção de axial para radial, entrando nos compartimentos entre as pás.
4. Devido à rotação rápida, as massas de ar são direcionadas para a parede interna do invólucro.
5. A energia cinética é parcialmente convertida em energia de compressão e a velocidade do ar diminui – dentro da 'voluta' acumula-se um fluxo de ar volumoso e forma-se pressão excessiva.
6. A massa gasosa é direcionada para o tubo de saída, entra na tubulação e, em seguida, na zona de trabalho.

Unidades centrífugas são utilizadas em sistemas de ventilação de grandes ambientes, garagens, centros comerciais e edifícios onde é necessária ventilação contínua e potente.

Unidades radiais são utilizadas em indústrias perigosas para remoção rápida de ar contaminado. Por exemplo, em oficinas de marcenaria ou metalurgia, em galpões para extração de fumaça e vapores nocivos

Diagonal – combinação de ventilador axial e radial

O modelo diagonal é uma síntese de dois tipos de ventiladores: axial e centrífugo. O rotor do aparelho tem uma forma especial – a estrutura da roda operacional lembra o dispositivo de um tambor em um ventilador radial. As pás do rotor estão dispostas paralelamente ao eixo de rotação.

Ventiladores combinados têm invólucro cilíndrico e externamente se assemelham mais a modelos axiais. No entanto, o princípio de funcionamento é diferente devido às características construtivas do rotor. O ar primeiro se move ao longo do eixo e depois muda sua direção em 45°.

Devido à pressurização centrífuga, a velocidade do fluxo de ar aumenta e, consequentemente, a eficiência da instalação de ventilação também aumenta. O nível de eficiência dos modelos diagonais atinge 80%.

A principal vantagem do ventilador de tipo misto é alcançar valores de compromisso entre as características de ruído, desempenho e dimensões do dispositivo.

Na maioria das vezes, os agregados centrífugo-axiais são utilizados como ventiladores de duto em sistemas de ventilação pequenos e médios com dutos de ar extensos. São usados como unidades de exaustão e insuflação em sistemas de pressão de tipo de insuflação.

Instalação tangencial – uniformidade do fluxo de ar

O ventilador tangencial (diametral) consiste em um invólucro alongado, equipado com um difusor e um bocal, e uma roda de trabalho do tipo tambor com pás inclinadas. O movimento duplo do ar é realizado perpendicularmente ao eixo de rotação do cilindro.

A carcaça do modelo diametral lembra o corpo de um ventilador radial. A diferença é que no agregado tangencial, o duto de ar está localizado ao longo do painel lateral.

Características distintivas dos dispositivos diametrais:

• altos indicadores aerodinâmicos;
• capacidade de fornecer fluxo uniforme;
• possibilidade de girar o ventilador, escolhendo a direção do fluxo de ar;
• operação silenciosa;
• alto índice de eficiência – até 60-70%.

Âmbito de aplicação: criação de cortinas de ar, fan coils e uso em sistemas split.

Ventilador sem pás – tecnologia inovadora

Ventiladores domésticos sem lâminas surgiram há pouco tempo no mercado nacional de sistemas de ventilação. Seu princípio de funcionamento difere drasticamente das modificações discutidas acima.

A ação do dispositivo inovador baseia-se na tendência do meio de equilibrar as pressões externa e interna do dispositivo, bem como na tecnologia do 'multiplicador de ar'.

Componentes do dispositivo:

• moldure de forma redonda ou oval, destinada à sucção e descarga de massas de ar;
• base para fixação da moldura;
• mini-turbina embutida na base do ventilador;
• motor.

O ventilador inovador funciona segundo o seguinte princípio:

1. Após ligar o motor, a turbina é acionada.
2. Girando, a turbina suga o ar através das perfurações no corpo da base.
3. Sob o efeito da turbulência, o ar acelera 15 vezes e sai através das aberturas de saída localizadas ao redor da moldura.

Os fluxos de ar contornam a superfície do anel e se direcionam para a direção desejada.

Graças às propriedades aerodinâmicas do aparelho de ventilação, o ar das laterais e atrás da moldura anelar é atraído para o fluxo de ar formado.

Em comparação com os modelos tradicionais, ventiladores sem pás apresentam uma série de vantagens:

• ajuste suave da intensidade do fluxo de ar;
• conforto e segurança absoluta no uso;
• mudança da direção do ar através do ajuste da posição do anel;
• eficiência operacional – consumo de energia elétrica 20% menor em comparação com os modelos axiais.

Principais desvantagens do aparelho: alto custo e elevado nível de ruído.

Dependência das condições de operação

Ao escolher um ventilador, é importante considerar as condições de uso. Para aplicação em ambientes agressivos, foram desenvolvidos equipamentos altamente especializados.

Unidades para uso em condições normais

Os ventiladores de uso geral são fabricados em aço carbono.

Os aparelhos são permitidos para instalação desde que atendam às condições obrigatórias de operação:

• teor de poeira no ar para equipamentos radiais – não superior a 0,01 g/m³, para aparelhos axiais – até 0,01 g/m³;
• temperatura do ambiente de trabalho – até +50°C;
• ausência no ar de componentes quimicamente agressivos, explosivos, fibras e partículas aderentes.

O ambiente gás-vapor-ar não deve provocar processos de corrosão acelerados. A taxa de deterioração do metal permitida é de 0,1 mm por ano. Se a temperatura de operação ultrapassar o valor limite, o funcionamento do motor, que geralmente está localizado no fluxo das massas de ar movimentadas, se deteriora.

Existem ventiladores de uso geral resistentes ao calor em aço. A temperatura máxima do material movimentado é de até +200°C. Os produtos nacionais são marcados com as letras 'Zh' e 'Zh2'.

Os modelos de uso geral são utilizados em sistemas de aquecimento a ar e ventilação de edifícios públicos, residenciais e industriais, bem como para outros fins sanitários e técnicos.

Instalações de ventilação de uso especial

Os ventiladores de uso especial são normalmente divididos em cinco grupos:

• para poeira;
• resistentes ao calor;
• à prova de explosão;
• resistentes à corrosão;
• de exaustão de fumaça.

Os equipamentos para poeira são utilizados para limpeza das massas de ar de poeira e partículas de sujeira: serragem de madeira e metal, escórias de soldagem, resíduos de grãos. O fluxo de ar, ao passar pelos dutos, muda sua direção de axial para radial. Devido à força centrífuga, a velocidade do fluxo de ar também muda.

Os dispositivos para poeira são fabricados em latão, aço carbono ou aço inoxidável. A temperatura máxima do ambiente de trabalho é de +80°C. Existem modelos de tipo misto: para poeira, à prova de explosão e resistentes ao calor.

Ventiladores radiais de baixa potência para poeira são instalados em veículos que transportam grãos. Os aparelhos de alta pressão são utilizados em grandes galpões de produção.

Unidades resistentes ao calor são projetadas para mover ar cuja temperatura excede +80°C.

Devido às severas condições de operação, os ventiladores devem possuir características especiais:

• isolamento térmico do motor elétrico e sua instalação fora do fluxo de ar;
• alto nível de proteção do motor – IP44 e superior;
• fabricação de elementos estruturais em materiais resistentes ao calor (poliamida termoestável, liga de alumínio, aço inoxidável ou aço carbono);
• ampla faixa de temperaturas de operação.

Ventiladores resistentes ao calor são utilizados na instalação de sistemas de ventilação de banhos e saunas, para exaustão de ar quente de lareiras ou fornos e remoção de produtos de combustão de locais de produção.

Unidades resistentes ao calor podem ter configuração axial ou radial. Na maioria das vezes, os ventiladores de alta temperatura são usados em dutos de ventilação, mas existem modificações que são instaladas sem dutos de ar.

Equipamentos de ventilação à prova de explosão são projetados para remover misturas de gases explosivas. Esta categoria inclui composições nas quais, ao inflamar a menor partícula, todo o volume restante de gás se inflama.

Os requisitos de segurança contra explosão de equipamentos elétricos são regulamentados pelas diretivas ATEX EC. Dependendo do grau de risco de explosão das áreas, as unidades de ventilação podem ser protegidas por:

• preenchimento de quartzo ou óleo dos invólucros das partes condutoras;
• vedação com composto – material polimérico;
• revestimentos à prova de explosão.

O material de fabricação dos coletores de entrada, rotores e carcaça é aço inoxidável, ligas de alumínio e grupos de materiais diferentes: aço inoxidável-latão, bronze, plástico condutor de eletricidade.

Materiais diferentes são combinados de modo que, ao se chocarem ou se atritarem, não possa surgir uma faísca.

Ventiladores resistentes à corrosão são projetados para transportar misturas agressivas de ar e gás não explosivas com baixo teor de poeira e ausência de componentes fibrosos e pegajosos.

Materiais de fabricação das peças do aparelho: ligas de titânio, polipropileno, vinilplast. Alternativamente, os elementos de trabalho são revestidos com proteção anticorrosiva – aço resistente à corrosão da marca 08Kh13 ou liga de titânio.

Âmbito de aplicação dos ventiladores 'anticorrosivos':

• metalurgia ferrosa;
• linhas de produção de fertilizantes minerais;
• produção de carbono;
• fornecimento de ar para caldeiras com leito fluidizado;
• organização da circulação de vapores de água com impurezas de fenol, álcali e sulfeto de hidrogênio;
• linhas de coquerias.

Ventiladores de exaustão de fumaça – unidades potentes e resistentes ao fogo, integradas ao sistema de ventilação do edifício, que funcionam para expelir a fumaça do ambiente. Esses equipamentos possuem altos requisitos técnicos.

Em caso de incêndio, o ventilador deve funcionar continuamente por 2 horas a uma temperatura do ar expelido de até +400°C. Se a temperatura aumentar para +600°C, o tempo de operação é de até 1 hora.

Campo de aplicação – sistemas de ventilação antifumo de edifícios de diferentes finalidades. Os 'exaustores de fumaça' são instalados no telhado do ambiente usando um flange de montagem e conectados aos dutos de exaustão de fumaça.

Dependendo do design do ventilador, a descarga de fumaça pode ser de dois ou quatro lados, na direção horizontal ou vertical. É prevista a possibilidade de os equipamentos operarem no modo de ventilação geral do edifício.

Tipos de ventiladores conforme método de montagem

Conforme mencionado acima, de acordo com o método de instalação, os dispositivos de ventilação são divididos em 4 grupos: padrão, de telhado, de duto e multizona.

Os ventiladores comuns geralmente vêm com uma estrutura de suporte ou suporte. Sua instalação não apresenta dificuldades.

As unidades de telhado são instaladas na cobertura do edifício e atuam como o elo final do sistema de ventilação. Esses ventiladores estão sujeitos a fatores externos adversos (chuva, neve, rajadas de vento), por isso são fabricados com materiais especialmente resistentes. Quase todos os modelos são equipados com um cone de proteção que evita o entupimento do corpo.

Os dispositivos de ventilação de telhado funcionam com princípio axial ou centrífugo. O primeiro tipo é mais utilizado para ambientes comuns, e o segundo para ambientes com poeira e agressivos.

Ao escolher um ventilador de telhado, leva-se em conta a especificidade do ambiente a ser equipado. Por exemplo, para uma creche, hospital ou escola, escolhe-se um modelo com baixo nível de ruído. Para uma oficina de produção, a prioridade será a potência do equipamento.

As unidades de ventilação de duto são instaladas nos dutos de ventilação e realizam a exaustão e a entrada de ar através do sistema de dutos. A construção dos ventiladores de duto é geralmente do tipo diagonal ou radial, menos frequentemente axial.

A escolha do dispositivo é feita em função da forma do duto de ar. São fabricadas unidades para dutos redondos, quadrados e retangulares.

Os ventiladores de duto de formato retangular ou quadrado são feitos de metal, os redondos são de plástico. O invólucro metálico é resistente ao desgaste e robusto, enquanto o plástico é menos ruidoso.

As unidades de ventilação multizona são equipadas com um corpo que permite conectar vários dutos de sucção que vêm de diferentes zonas. Esses ventiladores são indispensáveis em ambientes onde é necessário instalar exaustão em diferentes cômodos, mas há apenas um duto de exaustão.

As unidades multicanais permitem otimizar o conjunto de dutos, reduzir despesas de capital e a carga de trabalho na instalação do sistema de ventilação da casa

Uma vantagem adicional é a simplificação da operação. É necessário fazer a manutenção de apenas um ventilador, em vez de vários.

Variedades de modelos de ventilação doméstica

Os ventiladores domésticos também são classificados pelo local de instalação.

De janela. O aparelho é instalado na janela ou na parede perto da janela, sem duto de ar. Esse equipamento é usado principalmente em estabelecimentos públicos: cafés, salões de beleza, etc. A inserção independente em janelas de PVC já instaladas é problemática.

Os ventiladores de janela são fabricados com perfil redondo e quadrado. Alguns modelos são equipados com uma válvula de retenção que impede a entrada de poeira na residência.

De cozinha. Eles eliminam vapores e diversos odores que surgem durante o cozimento. O ventilador é instalado diretamente no exaustor. Dependendo do design, existem exaustores planos, abobadados e embutidos. Os ventiladores de cozinha devem ser resistentes ao calor e possuir uma grade de proteção externa.

Equipamento para banheiro. Para aumentar a eficiência da ventilação de exaustão do banheiro e lavabo, são utilizados ventiladores de parede e de teto sobrepostos. As unidades compactas são econômicas e fáceis de instalar.

A parte interna do corpo é inserida no duto de ventilação, enquanto a parte externa se projeta e é coberta por uma grade de ventilação. No banheiro, é recomendável usar um ventilador com sensor de umidade.

Independentemente do tipo de ventilador escolhido, atenção especial deve ser dada à classificação do dispositivo, especificamente ao grau de proteção IP. O padrão IP caracteriza a proteção do equipamento em um ambiente não agressivo.

O primeiro dígito tem valor na faixa de 0 a 6 e indica o nível de proteção contra penetração de objetos estranhos, poeira e contato com as mãos.

O nível de proteção contra a entrada de umidade no interior do corpo é indicado pelo segundo dígito da classificação.

Alta probabilidade de penetração de água em aparelhos com valor '0'. Eles são permitidos para instalação apenas em ambientes 'secos'. O maior grau de proteção '8' garante a preservação do ventilador quando completamente submerso em água.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Princípio de funcionamento e vantagens competitivas do ventilador sem pás:

Vídeo #2. Dispositivo do ventilador centrífugo VTsUN:

Vídeo #3. Construção do ventilador de duto de forma redonda:

A execução do modelo e as características técnico-operacionais dos ventiladores permitem selecionar o equipamento ideal, tanto para uso doméstico quanto industrial. As construções das instalações de ventilação estão em constante aperfeiçoamento, adaptando-se às necessidades dos compradores.

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