Projeto dos difusores ligados ao ventilador 1 Difusor de aspiração

Como a área transversal do bocal e a boca de aspiração do ventilador tem o formato circular, decidiu-se projetar um difusor cônico com um ângulo de abertura 2θ igual a 20º, ângulo relativamente pequeno, para que o fluxo pudesse ter um desenvolvimento adequado, sem influenciar no perfil de descarga.

Utilizando a equação 24, empregada no difusor de grande angular, conseguiu-se também determinar o comprimento do presente difusor, obtendo um valor de 585,5 mm para os diâmetros de 450 mm e 243,4 mm das áreas de saída e entrada, respectivamente.

Com estas dimensões e a partir das recomendações de Fox, McDonald e Pritchard (2006, p354-356), obteve-se o coeficiente de perda de carga κ igual a 0,282, que, ao multiplicar pela pressão dinâmica da entrada do difusor, gera uma queda de pressão de 479 Pa.

Como a perda de carga neste elemento está dentro dos 688,7 Pa que representam o incremento do 30% suposto, pôde-se projetar o difusor de descarga do ventilador.

3.2.10.2 Difusor da descarga

O difusor de descarga apresenta paredes planas que unem a área retangular de descarga do ventilador com a área quadrada da seção do aquecedor. As recomendações propostas Mehta (1977) e já comentadas anteriormente para difusores de grande foram adotadas. Da relação de áreas Ad igual a 1,6 e pela figura 26 se obtiveram os possíveis difusores,

como mostrado na tabela 12.

Tabela 12 – Possível combinação de difusores bem sucedidos para Ad = 1,6

Nº de telas Ângulo de abertura 2θ

0 0° < 2θ < 24°

Da equação 24 e baseado na maior diferença y, estimaram-se os diversos comprimentos, baseado em vários possíveis ângulos de abertura, como mostrado na tabela 13. Para os ângulos 2θ de 30° e 40° é preciso instalar telas no comprimento do difusor. A equação 16 foi usada para determinar que Ksum > 0,54. No caso de estudo Ksum é igual a

Kscr,i, pois máximo uma tela seria necessária.

Tabela 13 – Possível comprimentos do difusor para y = 0,0725m†

2θ X6 (m)

15 0,55

20 0,41

30 0,27

40 0,20

† _{Este valor foi obtido do plano superior do difusor (ver figura 42), por}

apresentar o maior ângulo de abertura.

Como já foi observado, existem duas equações para Kscr limitadas

pela velocidade na tela (Uscr), assim foi necessário determinar a

velocidade Uscr. Partindo da vazão mássica do ar de 2,61 kg/s, para uma

temperatura média de 25ºC e uma área de 0,16 m², obteve-se que Uscr

tem um valor igual a 13,8 m/s, valor máximo a ser observado na área de entrada do difusor. Esta velocidade diminui ao longo do difusor. Como Uscr>10 m/s, a equação 12 foi empregada para determinar βt. Esta

equação mostra que βt depende de Rescr, que, por sua vez, depende do

diâmetro do fio. No presente projeto, considerou-se conveniente empregar uma tela com as mesmas características das utilizadas na câmara de retificação, ou seja, dscr = 0,23 mm, resultando em um valor

de Rescr igual a 203,7 e βt ≤ 0,7184. Como a telas da câmara de

retificação possui um βt igual a 0,557, esta condição é satisfeita.

A localização da tela no comprimento do difusor foi estimada pelas equações 17, 18 e 19. Seguindo a recomendação de M2 igual a

0,17 e para um difusor de 2θ igual a 40°, se obtém um valor de xi igual a

0,185 m, distância da tela em relação à entrada do difusor, ou seja, o difusor apresentaria um comprimento igual 15 mm depois da tela. Na verdade esta localização é muito próxima da saída do difusor. Decidiu- se, então, projetar um difusor com 2θ igual a 40º e comprimento x6 igual

a 0,2 m e instalar uma segunda tela com as mesmas características da primeira, após do banco de resistências, como mostrado na figura 42.

Figura 42 – Desenho do difusor de descarga do ventilador

Com estas dimensões do difusor e com as características das telas, pôde-se estimar suas perdas de carga. Para o caso do difusor, a partir da figura 8.14 do trabalho de Fox, McDonald e Pritchard (2006), foi determinado o coeficiente de perda de carga κ, como igual a 0,08, parâmetro que, ao ser multiplicado pela pressão dinâmica presente na entrada do difusor, gera uma queda de pressão de 9,3 Pa. Entretanto, para as telas, o coeficiente de perda de carga é de 1,5. Ao multiplicar este valor pressão dinâmica presente na área transversal da seção do aquecedor, tem-se um valor de 209,8 Pa.

Para validar a escolha do ventilador, espera-se que o somatório das perdas de carga do difusor da seção de aspiração e descarga deve ser próxima a 688,7 Pa, que representa o incremento de 30% “assumido” da pressão total. Considerando os dois difusores e as duas telas, a somatória atinge um valor de 698,1 Pa, valor próximo e um pouco superior ao valor estimado. Na verdade, o ventilador escolhido foi fornecido com um motor de 15cv que, por ser comumente comercializados para esta ordem de potência, fornece uma faixa de potência adequada ao funcionamento do túnel de vento.

Completamente definido os elementos principais do sistema de ventilação e aquecimento do ar, foram projetadas as bases que suportam a estrutura. O túnel foi dividido em três seções principais: a primeira corresponde ao ventilador e todos os elementos instalados na aspiração, a segunda corresponde ao túnel de vento propriamente dito, desde o difusor de descarga até a seção de teste, e a terceira corresponde ao radiador e a seção final. A segunda e terceira seção foram montadas sobre bases móveis para permitir sua movimentação após de acopladas,

       (a) Montagem         (b) Vista superior       (c) Vista lateral 

de forma que as seções são independentes facilitando a instrumentação do radiador, objeto a ser testado no túnel de vento em desenvolvimento. A figura 43 mostra um desenho da montagem final do sistema de ar. Figura 43 – Ensamble do sistema de ar

No anexo A estão apresentados os desenhos técnicos utilizados para a fabricação de cada um dos elementos do túnel de vento, detalhando dimensões e materiais empregados. Para facilitar a montagem dos elementos condicionadores do fluxo, a câmara de retificação foi subdividida em três subseções: a primeira com comprimento de 0,5 m, que abriga a colméia e a primeira tela; a segunda com o comprimento entre as telas de 0,21 m abriga a segunda tela e o comprimento restante foi somado à seção de teste apresentando um comprimento total de 1 m. O comprimento do ventilador é 0,744 m, a espessura do radiador é 0,1 m e o comprimento total entre o ventilador e a seção final do túnel atinge um valor de 6,13 m.