Ventiladores axiais em aplicações industriais: principais funções e benefícios

Um ventilador axial pode movimentar um grande volume de ar através de um percurso curto e direto. Isso o torna uma excelente opção para resfriamento de condensadores, ventilação de equipamentos, exaustão de paredes, circulação de ar e outras aplicações industriais com resistência moderada do sistema. No entanto, o mesmo ventilador pode apresentar baixo desempenho quando o filtro fica saturado de poeira, a serpentina apresenta uma queda de pressão maior do que a esperada ou o instalador coloca um cotovelo na entrada de ar.

Para um fabricante de equipamentos ou engenheiro de planta, a questão importante não é simplesmente onde os ventiladores axiais são usados. É se o ponto de operação necessário se encontra dentro da faixa de estabilidade do ventilador, considerando todas as grades, serpentinas, proteções, venezianas, seções de dutos e condições ambientais. Este guia explica as funções e os benefícios dos ventiladores axiais industriais , as limitações desses benefícios e as informações que um fornecedor precisa para fazer uma escolha fundamentada.

O que faz um ventilador axial industrial

Um ventilador axial aspira o ar e o expele numa direção paralela ao eixo do motor. Suas pás geram sustentação aerodinâmica, criando uma diferença de pressão que movimenta o ar através do impulsor. O fluxo de ar em linha reta e a construção compacta são ideais para aplicações com alto fluxo de ar, onde o sistema não impõe grandes perdas de pressão.

"Baixa pressão" não significa "sem pressão". Serpentinas, grelhas, anéis de parede, proteções, filtros, trocadores de calor ou dutos curtos adicionam resistência. O ventilador selecionado deve produzir a vazão de ar necessária na pressão estática total do sistema instalado. Um valor de ar livre medido próximo a zero não pode ser usado como a vazão de ar esperada após a instalação do ventilador no equipamento.

O manual de sistemas de ventilação do Departamento de Energia dos EUA classifica os ventiladores axiais em aplicações de ar limpo, baixa pressão e alto volume, e alerta que o superdimensionamento pode resultar em operação ineficiente, ruído excessivo, vibração e baixa confiabilidade. Esses pontos são diretamente relevantes para a seleção do fabricante original (OEM): o diâmetro e a vazão máxima de ar são apenas o começo da especificação.

Principais funções industriais: escolha o ventilador adequado à tarefa de fluxo de ar.

Rótulos da indústria são uma base frágil para a seleção. Duas máquinas na mesma fábrica podem apresentar fluxos de ar completamente diferentes. É mais útil definir a tarefa que o ventilador executa e a resistência que ele deve vencer.

Esta tabela também mostra um limite que as equipes de compras às vezes não percebem. Um ventilador axial pode circular ar limpo em uma oficina, mas isso não torna um modelo padrão adequado para poeira abrasiva, atmosferas combustíveis, vapor corrosivo ou gases de processo em alta temperatura. Essas aplicações exigem uma especificação ambiental por escrito e, quando aplicável, equipamentos devidamente certificados.

Os benefícios dos ventiladores axiais — e as condições que os motivam.

Alto fluxo de ar em sistemas de baixa resistência

Os ventiladores axiais podem movimentar grandes volumes de ar sem a necessidade de desviar o fluxo através de uma carcaça espiral. Em aberturas de parede, condensadores, resfriadores ou percursos de ar curtos, essa configuração pode fornecer o fluxo de ar necessário com menor profundidade de instalação do que muitos projetos centrífugos. A vantagem depende do ponto de operação. Quando a resistência do sistema aumenta, uma classificação de fluxo de ar livre aparentemente generosa pode se mostrar insuficiente.

Integração direta

O ar entra e sai no mesmo eixo, o que pode simplificar o projeto de um gabinete OEM ou de um trocador de calor. O motor, o impulsor, a proteção, o anel de parede e a estrutura de montagem podem formar um módulo compacto. Os projetistas ainda precisam de espaço suficiente na entrada e na saída. Um painel próximo, uma transição abrupta ou uma curva podem criar turbulência e velocidade irregular ao longo do ventilador.

Faixa de controle útil com motores EC

Muitos sistemas industriais não necessitam de fluxo de ar máximo durante todo o dia. Um ventilador axial EC com um controle adequado pode reduzir a velocidade durante períodos de baixa carga e aumentá-la conforme a temperatura ou a demanda do processo aumentam. Isso pode reduzir as perdas por estrangulamento e evitar ciclos repetidos de liga/desliga. O controlador, a lógica do sensor, a velocidade mínima estável, o método de comunicação e os requisitos de compatibilidade eletromagnética devem ser definidos para o modelo selecionado, e não presumidos com base no termo "ventilador EC".

Menos componentes de acionamento em conjuntos de acionamento direto

Um sistema de rotor externo com acionamento direto dispensa correias, polias ou um acoplamento de eixo separado. Isso elimina as tarefas de tensionamento e alinhamento da correia. Contudo, não elimina a necessidade de manutenção: depósitos nas pás, suportes soltos, proteções obstruídas, condição dos rolamentos, fiação, vibração e ruídos anormais ainda exigem inspeção.

Uma ampla variedade de tamanhos e configurações elétricas.

As plataformas axiais podem abranger desde o resfriamento de componentes eletrônicos compactos até grandes conjuntos de condensadores e ventilação. Isso oferece aos compradores de OEMs a possibilidade de padronizar controles ou conceitos de montagem em diversas capacidades. A padronização deve ser precedida pela verificação de desempenho; uma família mecanicamente semelhante pode apresentar diferentes desempenhos em termos de potência, velocidade, pressão e acústica em cada tamanho.

Quando um ventilador centrífugo é a melhor opção padrão

O ventilador axial não é a opção padrão para todos os projetos de ventilação industrial. Se o percurso do ar apresentar dutos longos, diversas curvas, filtros densos, trocadores de calor de alta resistência ou um processo que exija pressão estável, um ventilador centrífugo deve ser considerado desde o início. O guia da PBM sobre as diferenças entre um soprador centrífugo e um ventilador axial oferece uma comparação mais abrangente.

Um projeto de fluxo misto ou axial com pás pode ocupar parte do espaço entre essas opções, mas seu nome não substitui uma análise da curva de desempenho do ventilador. Compare o ponto de operação necessário e a faixa de operação permitida para a instalação em questão.

Como especificar um ventilador axial industrial

1. Defina o ponto de serviço.

Indique a vazão de ar necessária em m³/h ou CFM e a pressão estática total em Pa ou pol. c.a. nas mesmas condições de operação. Inclua a temperatura do ar, a altitude e a densidade do gás, caso sejam significativamente diferentes das condições de teste padrão. Se a máquina possuir vários modos de operação, forneça uma faixa de operação em vez de um valor nominal.

2. Leve em consideração todas as fontes de resistência.

Liste serpentinas, filtros, proteções, venezianas, amortecedores, atenuadores de ruído, dutos, curvas e restrições de saída. Utilize os dados de perda de carga do fornecedor para a vazão de ar pretendida. Considere os efeitos da carga esperada do filtro ou da incrustação da serpentina quando fizerem parte da operação normal. Não adicione uma grande margem de segurança arbitrária e depois resolva o excesso de vazão resultante com estrangulamento.

3. Analise a curva de desempenho do ventilador e a região de operação estável.

A curva do sistema e a curva do ventilador se cruzam no ponto de operação. Verifique se esse ponto permanece aceitável em toda a faixa esperada de velocidade e resistência. O artigo da PBM sobre como entender a curva de desempenho de um ventilador axial explica as relações entre fluxo de ar, pressão, potência, eficiência e ruído que os compradores devem analisar.

4. Proteger as condições de entrada e saída.

As classificações de laboratório são medidas com fluxo de ar controlado. As instalações em campo raramente reproduzem essas condições. A AMCA descreve o "efeito do sistema" como a perda de desempenho causada por fluxo adverso, incluindo turbulência ou redemoinho perto do ventilador. Uma curva, obstrução, transição abrupta ou entrada irregular podem reduzir o fluxo de ar fornecido e aumentar o ruído e a vibração. Forneça fluxo reto e desobstruído sempre que possível e envie ao fornecedor um desenho quando o ventilador estiver instalado próximo a serpentinas, paredes ou transições.

5. Especifique a interface elétrica e de controle.

Confirme a tensão de alimentação, fase, frequência, faixa de tensão permitida, potência de entrada, disposição dos conectores ou terminais, aterramento, entrada de controle de velocidade, sinal de feedback, protocolo de comunicação e comportamento em caso de falha. Para um projeto CC, informe a tensão de barramento disponível e a eletrônica de controle. Para um projeto CA-EC, confirme se o modelo selecionado aceita 0–10 V, PWM ou outro método de controle.

6. Descreva o ambiente operacional.

Informe as temperaturas ambientes mínimas e máximas, umidade ou condensação, poeira, exposição à água, sal, produtos químicos de limpeza, vibração, orientação e instalação (interna ou externa). A classificação IP refere-se às condições de entrada definidas; ela não comprova, por si só, resistência à corrosão, compatibilidade química, proteção contra explosão ou adequação à exposição direta às intempéries. A PBM oferece uma linha separada de ventiladores axiais IP55 para aplicações que exigem maior proteção contra poeira e água, sujeita à confirmação do modelo.

7. Defina os limites acústicos e mecânicos.

Solicite dados de ruído no ponto de operação proposto ou próximo a ele, e não apenas um valor mínimo de catálogo. Defina a distância de medição e a métrica de ruído exigidas pelo projeto. Forneça o diâmetro do ventilador, a profundidade máxima de instalação, o padrão de furos de montagem, a necessidade de proteção, a direção do fluxo de ar, a saída do cabo, o espaço para conectores e a massa admissível. Identifique quaisquer limites de ressonância ou vibração no equipamento principal.

8. Concordar com a validação

Para um projeto OEM, a seleção deve terminar com desenhos, uma curva de desempenho, dados elétricos, limites ambientais e um teste de amostra na linha de montagem do cliente. Verifique o fluxo de ar ou o desempenho térmico com serpentinas, filtros, proteções e painéis representativos da produção instalados. Registre a configuração de controle usada durante o teste para que o resultado possa ser reproduzido.

Opções de ventiladores axiais PBM para equipamentos OEM

A PBM fornece opções de ventiladores axiais EC e DC para ventilação, aquecimento, refrigeração e resfriamento de equipamentos. Os dados de categoria publicados para a faixa axial maior listam diâmetros de rotor de 200 a 630 mm e vazão máxima de ar de até 14,500 m³/h. Os dados do modelo devem sempre orientar a seleção final.

Esses dados mostram por que um fornecedor precisa do ponto de operação. O modelo com maior fluxo de ar não é necessariamente o de maior pressão, e dois ventiladores com diâmetros semelhantes podem ter velocidades e requisitos elétricos diferentes. Antes da publicação ou cotação, confirme a ficha técnica mais recente do modelo específico, pois a PBM informa que as especificações do produto podem ser atualizadas.

Erros comuns de seleção

• Selecionando apenas pelo diâmetro. O diâmetro auxilia na embalagem, mas não define o fluxo de ar disponível na pressão necessária.
• Considera-se o fluxo de ar máximo como o fluxo de ar instalado. Os valores em ar livre não incluem a perda de pressão do equipamento do cliente.
• Ignorando o estado de sujeira. Um sistema que funciona com uma serpentina ou filtro limpo pode perder capacidade à medida que o acúmulo de sujeira aumenta a resistência.
• Utilizando velocidade extra para corrigir geometria de entrada inadequada. Velocidades mais altas podem aumentar a potência, o ruído e o estresse mecânico sem corrigir o efeito do sistema.
• Supondo que uma classificação IP cubra todos os riscos. A proteção contra intrusões é apenas uma parte da adequação ambiental.
• Comparação de valores de catálogo medidos em diferentes condições. A densidade do ar, a configuração do teste, a base de pressão e o método de medição do som precisam ser comparáveis.
• Ignorando um teste em nível de montagem. Grades, painéis, serpentinas e fiação podem alterar o resultado final, mesmo quando o ventilador independente atinge sua curva de desempenho.

Se um ventilador já apresentar fluxo de ar instável, ruído excessivo, vibração ou alarmes térmicos, consulte o guia de solução de problemas de ventiladores axiais da PBM antes de substituí-lo por uma unidade maior. O problema pode ser obstrução, geometria de instalação, controle elétrico ou um ponto de operação fora da faixa pretendida.

Perguntas frequentes

Para que são utilizados principalmente os ventiladores axiais industriais?

São utilizados para movimentar grandes volumes de ar através de caminhos de baixa a moderada resistência. Suas funções comuns incluem resfriamento de condensadores, ventilação de equipamentos, exaustão de paredes, circulação em câmaras frigoríficas, tratamento de ar e troca de ar em áreas de processo.

Os ventiladores axiais são adequados para longos percursos em dutos?

Um ventilador axial padrão, seja com hélice ou painel, raramente é a primeira opção para um sistema de dutos longo e restritivo. Um projeto de ventilador axial tubular ou com pás pode suportar maior pressão, mas o ponto de operação ainda precisa ser verificado. Um ventilador centrífugo pode ser a opção inicial mais segura quando a perda de pressão for alta.

Como calculo o fluxo de ar necessário para o resfriamento de equipamentos?

Comece com a carga térmica, o aumento de temperatura admissível, as propriedades do ar e o percurso do fluxo de ar. Em seguida, adicione a perda de pressão da serpentina, do filtro, da grelha e da estrutura. Para ventilação de espaços ocupados, utilize o código de ventilação aplicável ou o requisito do processo, em vez de um valor genérico de renovação do ar.

Um ventilador axial EC é sempre mais eficiente do que um ventilador AC?

Os motores EC podem proporcionar um controle de velocidade eficiente e um bom desempenho em cargas parciais, mas a eficiência do sistema depende do ponto de operação completo, do rotor, do motor, do controlador e da instalação. Compare a potência de entrada na vazão e pressão de ar necessárias, em vez de comparar apenas as etiquetas dos motores.

Que informações são necessárias para comparar dois modelos de ventoinha?

Compare o fluxo de ar e a pressão estática no mesmo ponto de operação, potência de entrada, velocidade, dados de ruído, requisitos de alimentação e controle, classificação ambiental, dimensões, montagem, faixa operacional esperada e a norma de teste que fundamenta os dados publicados.

É possível instalar um ventilador axial com classificação IP55 em ambientes externos?

A classificação IP55 abrange a entrada limitada de poeira e jatos de água de baixa pressão sob condições de teste definidas. A adequação para uso externo também depende da drenagem, da vedação dos conectores, da exposição direta à chuva ou ao sol, da corrosão, da temperatura e da orientação de montagem. Confirme essas condições com o fornecedor para obter informações sobre o modelo específico.

Por que a vazão de ar instalada é menor que o valor do catálogo?

O valor de catálogo pode ser um valor máximo em ar livre, enquanto o sistema instalado adiciona resistência. Outras causas incluem serpentinas ou filtros obstruídos, recirculação, folga insuficiente na entrada, uma curva próxima ao ventilador, controle de velocidade incorreto, rotação errada ou tensão de alimentação inferior à esperada.

Um ventilador deve ser superdimensionado para permitir capacidade futura?

Não aumente a capacidade sem quantificar a demanda futura. O superdimensionamento pode posicionar o ventilador em uma região ineficiente e gerar ruído, fluxo ou vibração excessivos. Se a demanda futura for real, defina os dois pontos de operação e selecione um ventilador controlável que funcione de forma aceitável em cada um deles.

O que um fabricante de equipamento original (OEM) deve enviar em uma consulta sobre ventiladores axiais?

Envie a solicitação, incluindo vazão de ar e pressão estática necessárias, temperatura do ar, voltagem, método de controle, condições ambientais, diâmetro do ventilador ou limite de espaço, desenho de montagem, meta de ruído, quantidade, cronograma de amostras e cronograma de produção. Uma foto ou um desenho do fluxo de ar ajuda a identificar restrições que uma lista de especificações pode não incluir.

Mude do tamanho do ventilador para um ponto de serviço verificado.

A principal vantagem de um ventilador axial industrial é simples: ele pode movimentar um grande volume de ar através de um percurso compacto e reto. Essa vantagem só é valiosa quando a resistência instalada, as condições ambientais, os controles e o layout mecânico correspondem à faixa de operação do ventilador.

Para obter uma recomendação de modelo, envie à PBM as informações sobre vazão de ar, pressão estática, desenho de instalação, tensão, sinal de controle, condições ambientais, limite de ruído, quantidade e cronograma do projeto através da página de contato . A análise de engenharia poderá então comparar o ponto de operação necessário com as curvas de ventilador axial EC ou DC relevantes e identificar qualquer informação que necessite de validação de protótipo.