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AFT Arrow: Modelando Ventiladores, Sopradores e Compressores
Para sistemas de gás, o fluxo é impulsionado por uma diferença de pressão ou por uma máquina de fluxo. AFT Arrow permite aos usuários modelar essas máquinas como ventiladores, sopradores e compressores. Neste artigo, falaremos sobre o que diferencia essas três opções e como modelá-las usando AFT Arrow.
Tipos e Definições
Ventiladores, sopradores e compressores servem para mover o gás de um lugar para outro. A distinção entre essas máquinas é a razão de pressão de descarga para pressão de sucção (taxa específica) que cada máquina pode atingir. A ASME define a faixa de relação específica de ventiladores como 1 a 1,1, sopradores como 1,1 a 1,2 e compressores como 1,2 e superior.
Ventiladores, sopradores e compressores podem ser classificados em dois tipos: centrífugo e deslocamento positivo.
As máquinas centrífugas dependem das pressões do sistema para determinar a vazão operacional. Os fabricantes fornecerão uma curva de desempenho, geralmente em termos de pressão e vazão volumétrica, que pode ser usada para determinar a vazão com base na pressão no compressor/soprador/ventilador centrífugo.
As máquinas de deslocamento positivo têm curvas de desempenho essencialmente verticais — elas operam a uma taxa de fluxo constante, embora o aumento de pressão varie.
É interessante notar que o termo “ventilador de deslocamento positivo” raramente é usado na indústria. Isso ocorre porque as máquinas de deslocamento positivo normalmente excedem a proporção específica de 1,1 e, portanto, seriam categorizadas como sopradores ou compressores.
Modelos de compressores/ventiladores no AFT Arrow
No AFT Arrow, a janela Compressor/Ventilador pode ser usada para modelar todas as três máquinas descritas acima. Na guia de Compressor Model, três modelos estão disponíveis: Compressor centrífugo, Ventilador e Compressor de deslocamento positivo.
Compressor centrífugo: esta opção pode ser usada para modelar um compressor centrífugo real inserindo uma curva de compressor ou pode ser usada para dimensionar um compressor centrífugo selecionando a opção “dimensionamento” e inserindo um parâmetro de dimensionamento conhecido. O comportamento termodinâmico do compressor pode ser especificado e uma válvula de retenção pode ser adicionada para evitar o fluxo reverso através do compressor. Um soprador centrífugo também pode ser modelado usando esta opção. (Figura 1)
Ventilador: esta opção pode ser usada para modelar um ventilador centrífugo e, em alguns casos, modelar um soprador centrífugo ou de deslocamento positivo se o aumento de temperatura for baixo, conforme discutido abaixo. Um soprador de deslocamento positivo com vazão fixa seria representado usando a opção “Dimensionamento”. (Figura 2)
Compressor de deslocamento positivo: esta opção pode ser usada para modelar um compressor ou soprador de deslocamento positivo usando uma vazão fixa.
Figura 1: Janela de definição do Compressor/Ventilador usando um modelo de Compressor Centrífugo.
Figura 2: Janela de definição do Compressor/Ventilador usando um modelo de Ventilador.
Termodinâmica para Compressores/Ventiladores
Você provavelmente notou que o modelo de ventilador não oferece a opção de definir a termodinâmica do processo de compressão. Todos os ventiladores no Arrow são tratados como adiabáticos e 100% eficientes (isentrópicos). Isso ocorre porque os ventiladores operam em pressões tão baixas que a mudança de temperatura é praticamente insignificante em todo o ventilador.
Para modelar uma máquina não ideal, como inserindo uma constante politrópica ou com uma curva de eficiência, deve-se usar um dos modelos de compressor em vez da opção de ventilador.
Modelagem de múltiplas velocidades
Para modelar uma máquina que opera em velocidades diferentes para casos diferentes, deve-se tomar cuidado ao representá-la.
A guia Variable Speed pode ser usada para representar como os ventiladores e sopradores operam em velocidades diferentes usando as leis de afinidade. Observe que as leis de afinidade são válidas apenas para fluxos gasosos que permanecem abaixo de um número Mach de 0,3 em todos os pontos dentro da máquina. Isso significa que os compressores de velocidade variável não devem ser representados usando a opção de velocidade variável. Para modelar compressores operando a menos de 100% da velocidade, considere usar a opção Multiple Configurations para inserir os dados da curva do compressor do fabricante para representar diferentes velocidades, conforme descrito abaixo.
A opção Multiple Configurations pode ser usada para inserir curvas de compressor diretamente para várias velocidades (Figura 3). Isso permite que o usuário insira múltiplas curvas de compressor, que podem então ser selecionadas na lista de curvas definidas para alternar entre elas. Observe que o Arrow não alternará automaticamente entre as curvas durante a análise, como pode ser feito usando a opção na guia de Variable Speed. No entanto, esta opção simplifica a alternância manual entre as curvas, permitindo que diferentes configurações sejam selecionadas rapidamente na guia Compressor Model (Figura 4).
Figura 3: Definindo mútiplas configurações na janela Compress Configuration.
Em geral, a principal diferença entre ventiladores, sopradores e compressores será simplesmente a diferença na relação específica de cada um. Uma vez que os ventiladores trabalham com pressões menores e baixa mudança de temperatura, o input pode ser bastante simplificado usando o modelo Ventilador, enquanto os sopradores e compressores geralmente requerem alguma entrada adicional para modelar com precisão. Consulte o arquivo help do AFT Arrow para obter mais informações.
Fonte: Applied Flow Technology
Por Equipe N.A Tecnologia
MARCAS: Todos os produtos aqui mencionados são usados somente para fins de identificação, são marcas comerciais e/ou marcas de serviço dos seus respectivos proprietários.
Artigo AFT: Principais considerações para fluxos viscosos
Os fluidos de alta viscosidade podem ter alguns efeitos interessantes nos sistemas, especialmente quando as bombas centrífugas estão envolvidas. A viscosidade é uma medida da força que deve ser aplicada ao fluido para criar fluxo — quanto maior a viscosidade, mais resistência ao fluxo. Isso pode ocasionar efeitos sérios no desempenho das bombas e sistemas. Como os engenheiros consideram isso durante o projeto do sistema? Revise vários métodos de cálculo que ajudarão a estimar a resposta do sistema com fluxo viscoso.
Clique aqui e confira o artigo completo feito pela equipe técnica da AFT: “Top Considerations for Viscous Flow” da revista Pumps & Systems.
Fonte: Applied Flow Technology e Pumps & Systems
Por Equipe N.A Tecnologia
MARCAS: Todos os produtos aqui mencionados são usados somente para fins de identificação, são marcas comerciais e/ou marcas de serviço dos seus respectivos proprietários.
O que é solicitado no módulo ANS? Introdução ao Sizing Window no módulo ANS da AFT
Muitos de vocês sabem que a AFT lançou o módulo ANS para AFT Fathom e AFT Arrow no ano passado para ajudar os engenheiros a minimizar o custo de seus sistemas e maximizar a confiabilidade. Vamos falar um pouco mais sobre quais informações você precisa para usar o módulo ANS, apresentando cada um dos painéis que podem ser encontrados na Sizing Window no Sizing Navigation Panel, como pode ser visto na Figura 1.
Figura 1: Sizing Navigation Panel, que pode ser encontrado na parte inferior da Sizing Window, quando o módulo ANS está ativo no AFT Fathom ou no AFT Arrow.
Sizing Objective – O que você deseja minimizar?
O primeiro input que o módulo ANS solicitará é um objetivo. Embora o objetivo seja tipicamente minimizar o custo do sistema, existem diferentes maneiras de conseguir isso. Minimizar o custo monetário diretamente para os componentes no sistema seria a abordagem mais direta, mas isso também é complexo, pois as informações de custo para cada componente geralmente não estão disponíveis para os engenheiros durante a fase de projeto.
Em muitos casos, simplesmente minimizar o peso da tubulação para o sistema será equivalente a minimizar o custo monetário. Outras opções, como minimizar o volume do fluxo, também estão disponíveis para uso. Dependendo das restrições do sistema, pode ser útil minimizar o volume do sistema de tubulação. A Figura 2 mostra uma comparação sem dimensão de diferentes custos de dimensionamento usando uma tubulação de Aço ANSI Schedule 40. Pode-se observar aqui que, neste caso, as linhas de peso e custo monetário da tubulação mostram a melhor correlação, embora isso possa não ser verdade para todos os materiais/schedules da tubulação.
Figura 2: Uma comparação do custo relativo de diferentes tamanhos de tubulação ANSI de aço em termos de diferentes parâmetros oferecidos para uso no módulo ANS.
Sizing Assignments – O que você deseja dimensionar?
Nesse painel, o usuário simplesmente escolhe quais tubulações o Fathom/Arrow deve considerar ao minimizar o custo. O usuário também pode criar grupos de tamanhos comuns, o que forçará todas as tubulações nesse grupo a terem o mesmo tamanho. Criar grupos de tamanhos comuns eficazes ajudará a reduzir o tempo de execução do modelo e a complexidade do projeto, limitando o número de tamanhos de tubulações separados no projeto. Por exemplo, os segmentos de tubulação de sucção para um grupo de bombas paralelas podem ser adicionados a um grupo de tamanho comum, enquanto a tubulação de descarga para essas bombas pode ser adicionada a outro grupo, pois seria lógico que essas partes tivessem tamanhos equivalentes.
Candidate Sets – Quais materiais e tamanhos de tubulação podem ser usados para o sistema?
É necessário um conjunto de candidatos para informar ao Fathom/Arrow quais tamanhos podem ser usados para cada tubulação/duto no sistema. Geralmente, a regra geral é que, quanto mais tamanhos você incluir no conjunto candidato, maior será a flexibilidade do Fathom/Arrow para encontrar uma solução de custo mais baixo. Obviamente, mais tamanhos disponíveis também podem levar a tempos de execução mais longos. Para um modelo simples, incluir todos os tamanhos possíveis, não há problema. No entanto, para modelos mais complexos, a limitação do conjunto candidato pode ser desejada para obter uma solução mais rápida.
Design Requirements – Quais condições devem ser impostas no sistema?
Os requisitos de projeto são importantes no módulo ANS para garantir que o projeto final proposto tenha um custo mínimo e funcione com sucesso. Dependendo de como o modelo foi construído, alguns requisitos para o sistema podem ser inerentemente definidos no Fathom/Arrow como limites para o sistema. Por exemplo, pode haver pressão e fluxo exigidos na saída do sistema. Para definir isso, você pode representar o limite de saída como uma junção de pressão atribuída, que garantirá que a pressão mínima seja atingida na saída. Você pode adicionar um requisito de projeto nesse ponto para garantir que o fluxo mínimo seja alcançado ou vice-versa. Um requisito de projeto fornecerá mais flexibilidade do que uma condição de limite, pois o requisito de projeto não fixa a taxa de fluxo ao valor mínimo/máximo, mas permite que esse número varie, desde que a condição mínima/máxima seja atendida. Assim, para cada condição de projeto, o engenheiro deve considerar se uma condição de limite ou requisito de projeto seria o melhor responsável por essa condição.
Sizing Method – Qual método de cálculo deve ser usado?
O último painel que sempre será necessário é o Sizing Method. Normalmente, o usuário deve primeiro executar o modelo usando o tipo de dimensionamento contínuo e, em seguida, executar o modelo usando o tipo de dimensionamento discreto como comparação. Se as duas soluções não forem semelhantes, o engenheiro deve escolher um método de pesquisa diferente que possa ser mais adequado para a análise. Recomenda-se executar o modelo usando vários métodos de pesquisa diferentes para encontrar o melhor projeto do sistema, pois geralmente não está claro qual método será o mais adequado para cada um.
Conclusão
Depois que o modelo completo é construído, é possível definir todos os inputs de dimensionamento descritos acima em apenas 15 a 20 minutos para executar um dimensionamento simples do peso da tubulação. Tudo o que você precisa saber é que tipo de custo você deseja minimizar, quais tubulações deseja dimensionar no modelo, quais materiais/programações você deseja considerar para o sistema e quais requisitos de projeto devem ser atendidos. Você pode ajustar o input de dimensionamento para melhorar o tempo de execução, vinculando o tamanho de algumas tubulações usando grupos de tamanhos comuns e testando diferentes métodos de dimensionamento.
Com inputs simples, pode-se encontrar uma grande economia no custo inicial para a construção do sistema. Para ver e/ou criar exemplos, consulte o arquivo de Ajuda de exemplo, acessado em Fathom ou Arrow no menu Help.
Fonte: AFT – Applied Flow Technology
Por Equipe N.A Tecnologia
MARCAS: Todos os produtos aqui mencionados são usados somente para fins de identificação, são marcas comerciais e/ou marcas de serviço dos seus respectivos proprietários.
Webinar AFT: leve a modelagem no AFT Fathom para outro patamar com a análise transiente
Data: 15/07/2020
Horário: 13:00hs (horário de Brasília)
Duração: 1 hora
Custo: gratuito
Registre-se aqui para o Webinar
A modelagem em estado estacionário é ótima, mas às vezes você precisa aprofundar seu sistema. O módulo eXtended Time Simulation (XTS) para AFT Fathom é a ferramenta perfeita para modelar a mudança de fluxo com o tempo. Você pode usá-lo para modelar o abastecimento de tanques, alterar a distribuição de fluxo, esquemas de controle de processos etc. Aprenda como aplicar a análise transiente em suas operações diárias para torna-la sua próxima melhor amiga!
Fonte: AFT – Applied Flow Technology
Por Equipe N.A Tecnologia
MARCAS: Todos os produtos aqui mencionados são usados somente para fins de identificação, são marcas comerciais e/ou marcas de serviço dos seus respectivos proprietários.
Lançamento: AFT Arrow 8
A Applied Flow Technology lançou o AFT Arrow 8, que incorpora quase 30 novos recursos e aprimoramentos para permitir que engenheiros de todo o mundo calculem com precisão a perda de carga e a distribuição de fluxo em sistemas de tubulação e dutos de gás.
Os novos recursos do AFT Arrow 8 incluem:
- Comparação de vários cenários: os dados podem ser comparados entre vários cenários para mostrar as alterações feitas;
- A taxa de compressão pode ser usada para definir o desempenho do compressor;
- Desfazer e refazer vários níveis na área de trabalho;
- Todos os parâmetros de saída resumidos agora podem ser exibidos no relatório visual;
- Clique duas vezes em uma junção na caixa de ferramentas para adicionar várias ao espaço de trabalho (semelhante aos tubos);
- Converter elevações intermediárias em novas tubulações e ramificações;
- Agora é possível salvar “alertas de projeto” e carregar de um arquivo.
Por mais de 25 anos, o AFT Arrow ajuda os engenheiros a trabalhar de maneira mais inteligente e segura. Os engenheiros apreciam a capacidade do AFT Arrow de simular com precisão componentes individuais e sua interação, incluindo efeitos de transferência de calor, gases reais e fluxo bloqueado. Não importa quão complexo seja o sistema, o AFT Arrow integra fortemente as características, análises e saídas do equipamento com a representação esquemática do seu sistema.
“O AFT Arrow é o software de simulação de fluxo compressível em tubulações mais capaz do mercado. O AFT Arrow 8 oferece inúmeras melhorias de usabilidade. Ele foi desenvolvido para ajudar os engenheiros a projetar sistemas de tubulação de gás mais seguros e confiáveis do que nunca ”, afirma Trey Walters, P.E., presidente da Applied Flow Technology e ASME Fellow.
Fonte: AFT – Applied Flow Technology
Por Equipe N.A Tecnologia
MARCAS: Todos os produtos aqui mencionados são usados somente para fins de identificação, são marcas comerciais e/ou marcas de serviço dos seus respectivos proprietários.