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AFT Arrow: Modelando Ventiladores, Sopradores e Compressores

28 de outubro de 2020 Leave a comment

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.
Figura 4: Selecionando uma configuração de curva de compressor na guia Compressor Model quando várias configurações são definidas.

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

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