Seleção de ventilador centrífugo para extração de fumaça: pressão, materiais e projeto do sistema

Em uma fábrica de chapas metálicas, um ventilador axial foi instalado para puxar os fumos de soldagem de três bancadas de trabalho através de doze metros de duto e um filtro de cartucho. Nas capas das bancadas, a velocidade de captura caiu abaixo de 0,3 metros por segundo, a fumaça retornou em direção aos soldadores e o filtro carregou mais rápido do que a manutenção conseguia acompanhar. O ventilador axial movia bastante ar no espaço aberto, mas o atrito do duto e a queda de pressão do filtro juntos excediam tudo o que o impulsor poderia gerar.

A conclusão é direta: qualquer sistema de extração de fumos com dutos, filtros, exaustores ou equipamento de lavagem deve ser construído em torno de um ventilador centrífugo. Um ventilador centrífugo gera a pressão estática que um sistema de fumaça real consome e seu fluxo de ar permanece estável à medida que os filtros são carregados e os dutos acumulam resíduos.

Por que um ventilador centrífugo é o carro-chefe da extração de fumos

Um ventilador centrífugo puxa o ar axialmente para dentro do impulsor e o descarrega radialmente em uma caixa espiral. Essa mudança de direção permite que o impulsor adicione pressão estática ao fluxo, não apenas velocidade. Um ventilador axial adiciona velocidade em linha com o fluxo, o que é eficiente somente quando a resistência do sistema é baixa. Na extração de fumos, a resistência nunca é baixa: entradas do exaustor, cotovelos, amortecedores, meio filtrante e embalagem do purificador consomem pressão estática.

Três vantagens práticas são importantes para um engenheiro de fábrica:

• Estabilidade de pressão. Um ventilador centrífugo mantém seu fluxo de ar melhor à medida que o meio filtrante é carregado, porque sua curva de pressão diminui mais lentamente do que a curva de um ventilador axial.
• Separação motora. O motor pode ser montado fora do fluxo contaminado, o que é essencial quando a fumaça é corrosiva, inflamável ou quente.
• Transições compactas. A saída radial permite um giro de 90 graus diretamente no ventilador, economizando espaço e simplificando o layout do duto.

O design do impulsor adiciona outra camada de escolha. Os impulsores curvados para frente fornecem alto fluxo de ar a pressão moderada e são adequados para ventilação geral. Os impulsores curvados para trás são mais eficientes e suportam cargas moderadas de partículas, portanto são um ponto de partida comum para serviços de fumos. Os impulsores de pás radiais resistem à erosão e ao acúmulo, o que é adequado para poeira abrasiva e gases de combustão de alta temperatura. A escolha certa depende do contaminante e não apenas do valor do fluxo de ar.

Onde aparecem os ventiladores centrífugos de extração de fumos

As fontes de vapores industriais diferem tanto em temperatura, umidade e carga química que o ventilador raramente pode ser selecionado apenas com base no fluxo de ar. Vale a pena mapear os principais grupos de aplicativos antes de qualquer especificação ser escrita.

A tabela é uma simplificação, mas captura a primeira decisão que um projetista deve tomar: o ventilador está movimentando ar à temperatura ambiente, ar quente ou ar quimicamente agressivo? Cada resposta leva a uma série de ventiladores diferente e a uma especificação de componente diferente.

Fumaça de soldagem e fumaça de processo fino

Os fumos de soldagem são partículas finas. O ventilador não o filtra; a capa de captura, o duto e a unidade de filtro sim. O ventilador mantém a velocidade nominal no exaustor acima de aproximadamente 0,5 metros por segundo em um layout de exaustão local, o que requer pressão estática suficiente para superar a resistência do filtro à medida que o meio é carregado. As oficinas que começam com um ventilador axial descobrem que a pressão cai quando o filtro atinge sua capacidade projetada de poeira.

Cabine de pintura e exaustão carregada de VOC

As cabines de pintura são geralmente designs cross-draft ou downdraft. O exaustor deve puxar o ar carregado de solvente através dos filtros da cabine e do duto até o dispositivo de redução. Quando o abatimento é um adsorvedor de carvão ativado ou um oxidante catalítico, cada elemento adiciona queda de pressão. Um ventilador de tiragem induzida colocado a jusante dos filtros mantém a cabine sob pressão negativa para que o vapor do solvente não possa vazar para a área de trabalho. Para linhas de revestimento, dedicado sopradores de cabine de pintura são construídos para lidar com excesso de pulverização e cargas intermitentes de solvente sem travar.

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Como dimensionar um ventilador centrífugo de extração de fumaça

A seleção começa com a curva do sistema, não com o catálogo. O fluxo de ar necessário é definido pela velocidade de captura em cada exaustor. A pressão estática necessária é a soma de todas as perdas ao longo do caminho do ar:

1. Perdas de entrada na coifa, geralmente de 20 a 80 Pa dependendo da geometria da coifa.
2. Atrito no duto, que aumenta com o comprimento do duto e com o quadrado da velocidade do ar.
3. Cotovelos, tês e transições, cada um contribuindo com um coeficiente de perda local.
4. A pressão do filtro, do leito de carbono ou do purificador cai, que aumenta à medida que o meio é carregado.
5. Descarregue perdas na pilha e tampas contra intempéries na saída.

Somente depois que essas perdas são adicionadas é que o ponto de projeto significa alguma coisa. Um erro comum é escolher um ventilador apenas com base no fluxo de ar e, na inicialização, descobrir que o fluxo real está 20 a 30% abaixo da meta porque a pressão estática foi subestimada. Os projetistas normalmente adicionam uma margem de 10% à pressão e um fator de segurança ao fluxo de ar, mas a margem deve ser declarada honestamente: o superdimensionamento aumenta a potência do motor, o custo operacional e o ruído. O caminho prático é modelar o sistema de dutos, desenhar a curva do sistema e selecionar o ventilador cuja curva o intercepta no ponto de projeto. Um guia de seleção de ventilador centrífugo cobrindo capacidade, pressão e materiais é uma referência útil para esta etapa.

A pressão estática é o número decisivo

A frase “ventilador centrífugo de extração de fumaça” diz uma coisa aos compradores experientes: o ventilador deve ser classificado para pressão estática, não apenas para volume. O eixo de pressão estática da curva do ventilador informa se a instalação realmente puxará os fumos através de um filtro carregado.

Temperatura e serviço do motor

Para correntes acima de 80 °C, o motor geralmente é montado fora da corrente de ar ou protegido do calor radiante. A operação em alta temperatura afeta a lubrificação do rolamento, a seleção da vedação do eixo e a expansão térmica do impulsor. Não se deve presumir que um ventilador padrão funcione na temperatura do processo sem verificar esses detalhes.

Seleção de materiais para fumos corrosivos e quentes

Os fluxos de fumaça raramente são ar limpo. Cloretos de tanques de galvanização, fluoretos de fornos cerâmicos, óxidos de enxofre provenientes de incineração de resíduos e alcatrões condensáveis ​​atacam todos os componentes do ventilador. A seleção de materiais é uma decisão de confiabilidade, não um exercício de custos.

O aço carbono é aceitável para fumaça seca e não corrosiva, como fumaça de soldagem. Quando a corrente de ar contém gases ácidos, umidade ou misturas de solventes, o impulsor, o alojamento e o cone de entrada devem ser especificados em um grau resistente à corrosão. As opções variam de aço inoxidável a plástico reforçado com fibra e construção revestida com PTFE. Para exaustão química, um Ventilador centrífugo anticorrosão FRP resiste a uma ampla gama de ácidos e álcalis, mantendo baixo o peso rotativo. Onde as temperaturas são muito altas ou a exposição ao cloro exclui os compósitos, a construção em liga é a resposta; o seleção personalizada de liga de ventilador centrífugo para purificadores de semicondutores explica como os graus de liga são combinados com contaminantes específicos.

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Algumas regras práticas:

• Evite impulsores de alumínio em atmosferas que contenham cloro ou oxidantes fortes.
• Use aço inoxidável quando a lavagem for frequente ou a fumaça poderá condensar em um líquido dentro da caixa.
• Adicione revestimentos de desgaste ou um impulsor resistente à erosão quando o fluxo transportar poeira abrasiva acima de aproximadamente 500 miligramas por metro cúbico.
• Drene o ponto inferior da voluta quando houver possibilidade de condensação, para que o líquido estagnado nunca entre em contato com a vedação do eixo.

O ventilador dentro do trem de tratamento de fumos

Um sistema de extração de fumos é uma sequência: coifa de captura, duto, pré-filtro, adsorvedor ou oxidante, ventilador e pilha. A posição do ventilador nessa sequência é importante.

Num arranjo push-through, o ventilador fica a montante da unidade de tratamento e sopra ar contaminado através dela. Em um arranjo pull-through ou tiragem induzida, o ventilador fica a jusante e puxa o ar através dos filtros, mantendo toda a unidade de tratamento sob pressão negativa. O layout de tiragem induzida é preferido quando vapor de solvente ou gás ácido não deve vazar das carcaças dos filtros e das juntas dos dutos.

Quando a fumaça carregada de VOC é tratada com carvão ativado, a regeneração e a oxidação catalítica adicionam mais ventiladores ao trem. Ventiladores de adsorção, ventiladores de dessorção e sopradores auxiliares de combustão funcionam cada um em diferentes fluxos e temperaturas. Em tais sistemas, um ventilador de combustão catalítica deve tolerar ar pré-aquecido e permanecer estável durante o fluxo de ar cíclico do oxidante, portanto, sua curva de pressão e classificação de calor são questões de segurança tanto quanto de desempenho.

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A pressão total do trem não é apenas a soma das perdas de componentes limpos. Os filtros ficam carregados, os leitos de carbono envelhecem e os bicos do purificador ficam obstruídos. Um ventilador centrífugo com uma curva de pressão estável dá aos operadores tempo para reagir antes que o fluxo de ar caia abaixo da velocidade mínima de captura.

Combinando a série de fãs com o dever

A extração de fumos abrange uma ampla faixa de pressão e os fabricantes classificam os ventiladores centrífugos de acordo. A classe de pressão determina o tipo de sistema que o ventilador pode servir:

• Série de baixa pressão adequar-se a dutos curtos com filtragem mínima, como exaustão geral de laboratório.
• Série de média pressão cobrem a maioria das cabines de pintura e sistemas de carvão ativado.
• Série de alta pressão lidar com dutos longos, purificadores compactados ou meios filtrantes densos.

O mesmo fluxo de ar pode ser fornecido por um ventilador de baixa pressão com um impulsor maior ou por um ventilador de alta pressão com um impulsor menor e mais rápido. A escolha depende de onde fica o ponto de operação na curva do ventilador e de quanta pressão do sistema muda ao longo do tempo.

Onde os limites de ruído são rigorosos, vale a pena avaliar uma série de alta eficiência e baixo ruído. Não altera os fundamentos da extração de fumos, mas pode reduzir o tratamento acústico necessário em torno de um ventilador que funciona durante dois ou três turnos.

O resultado final

O ventilador centrífugo de extração de fumos adequado é aquele cuja curva, materiais e classificação de temperatura correspondem à real condição de funcionamento do sistema. Comece pela velocidade de captura do exaustor, adicione cada perda de pressão, declare honestamente a temperatura e a composição química e, em seguida, escolha a série e o material adequados. Os ventiladores axiais têm seu lugar na ventilação aberta, mas para a extração de fumos canalizados, um ventilador centrífugo é a base da engenharia. Quando o layout do duto, a química dos gases ou a temperatura operacional estiverem fora dos catálogos padrão, um ventilador centrífugo personalizado muitas vezes é mais confiável do que forçar uma unidade padrão a uma operação inadequada.