Existe uma faixa de pressão acima da qual um ventilador centrífugo normal deixa de ser a escolha mais sensata. Abaixo dela, o ventilador é barato e eficiente. Acima dela, o impulsor precisa mudar fundamentalmente, e os compradores que levam um ventilador padrão para essa região acabam enfrentando ruído, desgaste e desempenho decepcionante.
As faixas de pressão
A divisão convencional para máquinas centrífugas de estágio único:
| Classe | Faixa de pressão típica | Aplicação típica |
|---|---|---|
| Baixa pressão | até cerca de 1 kPa | Ventilação geral, tratamento de ar |
| Média pressão | cerca de 1–3 kPa | Longos trechos de dutos, filtração, extração de poeira |
| Alta pressão | cerca de 3–15 kPa | Transporte pneumático, ar de combustão, alimentação de processo |
Esses limites são convenções, e não limites físicos, e os fabricantes os definem de maneiras ligeiramente diferentes. O que importa é a direção das mudanças à medida que a pressão aumenta.
O que muda acima da faixa de baixa pressão
O aumento de pressão em uma máquina centrífuga vem da velocidade periférica. Uma pressão maior exige uma velocidade periférica maior, e isso impulsiona todas as outras mudanças:
- Construção do impulsor. Em velocidades periféricas elevadas, a tensão centrífuga nas pás torna-se significativa. As pás são menos numerosas, mais estreitas e mais inclinadas para trás, sendo soldadas ou usinadas em vez de estampadas. Os materiais passam a ser aços de maior resistência.
- Resistência da carcaça. A carcaça contém uma pressão real e deve resistir a ela sem deformação.
- Eixo e rolamentos. Velocidades mais altas aproximam a velocidade de operação das velocidades críticas do eixo, portanto o projeto do eixo passa a exigir cálculo, e não apenas seleção.
- Ruído. A potência sonora aumenta acentuadamente com a velocidade periférica. Máquinas de alta pressão são ruidosas, e a atenuação normalmente faz parte da instalação, e não é uma opção.
- Qualidade do balanceamento. É necessário um grau de balanceamento mais rigoroso, pois o efeito do desbalanceamento residual aumenta com a velocidade.
Aumento de temperatura, algo que surpreende
A compressão do ar o aquece. Nas pressões dessa faixa, o aumento é moderado, mas não desprezível — suficiente para importar em processos sensíveis à temperatura de entrada e para afetar a densidade usada no cálculo da aplicação.
Isso cria uma sutileza importante: o ar que sai do soprador é menos denso que o ar que entra, portanto a vazão volumétrica na descarga não é igual à da entrada. As especificações devem informar a qual delas se referem, e a vazão mássica é a forma inequívoca de expressar um requisito de processo.
Onde a aplicação realmente precisa de pressão
- Transporte pneumático. Mover material por uma tubulação exige pressão para superar a resistência do material, e a pressão depende da distância, da densidade do material e da razão de carga.
- Ar de combustão. Os queimadores especificam a pressão do ar no queimador, e ela deve ser fornecida contra a resistência de todo o sistema de ar.
- Aeração. Soprar ar em um líquido exige pressão suficiente para superar a coluna de líquido e a resistência do difusor. A profundidade do líquido é o termo dominante e é determinada pelo tanque.
- Sistemas de filtragem com alta resistência, especialmente quando a especificação considera a condição suja, e não a condição limpa.
- Longos trechos de dutos com muitas conexões, nos quais a resistência acumulada ultrapassa a faixa de baixa pressão.
Quando considerar alternativas à máquina centrífuga de estágio único
Acima de aproximadamente 15 kPa, as opções mudam novamente — máquinas de múltiplos estágios, sopradores de deslocamento positivo ou compressores, dependendo da pressão e da vazão. As máquinas de deslocamento positivo fornecem um volume quase constante independentemente da pressão, o que corresponde ao comportamento adequado para algumas aplicações de transporte e ao comportamento inadequado quando a vazão precisa variar.
A questão de seleção nesse limite é saber se o processo precisa de vazão constante com pressão variável ou de pressão constante com vazão variável. As máquinas centrífugas são adequadas para a segunda opção; o deslocamento positivo, para a primeira.
Como especificar corretamente
- Informe a pressão como estática ou total e indique qual delas.
- Informe a vazão como vazão mássica ou como volume a uma temperatura e pressão especificadas.
- Informe as condições de entrada — temperatura, altitude e se o gás é ar.
- Informe se o valor de resistência corresponde à condição limpa ou suja.
- Informe o limite de ruído e onde ele se aplica.
Os dois primeiros pontos são onde a maioria das consultas de alta pressão é ambígua, e essa ambiguidade pode deslocar a máquina necessária em uma classe de tamanho inteira.