Uma vez que cada tipo e tamanho de ventilador tem características diferentes, curvas de desempenho dos ventiladores devem ser desenvolvidas por seus fabricantes.

Uma curva de desempenho de um ventilador é uma representação gráfica de seu desempenho. Esta curva normalmente cobre todo o intervalo desde a descarga livre (sem obstruções ao fluxo) até vazão zero (um sistema totalmente vedado sem nenhum fluxo de ar).

Uma ou mais das seguintes características podem ser representadas graficamente em função da vazão (Q).

A densidade do gás (r), o tamanho do ventilador e a rotação (N) são geralmente constantes durante toda a curva e devem ser expressados.

Uma curva típica de desempenho de um ventilador encontra-se na Fig. 1.

CURVA DE RESISTÊNCIA DO SISTEMA

A resistência do sistema é a soma total de todas as perdas de pressão através dos filtros, serpentinas, dampers e dutos. A curva de resistência do sistema (Fig. 2) é simplesmente uma representação gráfica da pressão exigida para mover o ar pelo sistema.

Para sistemas fixos, ou seja, sem nenhuma alteração nas regulagens dos dampers, etc., a resistência do sistema varia conforme o quadrado do volume de ar (Q). A curva de resistência para qualquer sistema é representada por uma curva simples. Por exemplo, considere um sistema trabalhando com 1.000 m3/h com uma resistência total de 100 Pa.

Se Q for duplicado, a resistência aumentará para 400 Pa, conforme mostrado pelo quadrado do valor da razão dada na Fig. 2. Esta curva modifica-se, no entanto, a medida em que os filtros sobrecarregam-se de sujeira, as serpentinas começam a condensar umidade, ou quando os dampers de saída têm a sua posição alterada.

Ponto de Operação
O ponto de operação (Fig.3) no qual o ventilador e o sistema irão funcionar é determinado pela intersecção da curva de resistência do sistema e a curva de desempenho do ventilador. Observe que todo ventilador opera apenas ao longo da sua curva de desempenho. Se a resistência do sistema projetada não for a mesma que a resistência no sistema instalado, o ponto de operação irá mudar e os valores de pressão estática e vazão não serão iguais ao calculado.

Observe na Fig. 4 que o sistema real tem uma perda de pressão maior do que a prevista no projeto. Portanto, o volume de ar é reduzido e a pressão estática é aumentada.

O formato da curva de potência resultaria tipicamente em uma redução da potência absorvida. Tipicamente, a RPM seria então aumentada e mais potência seria necessária para atingir a vazão desejada. Em muitos casos onde há uma diferença entre a capacidade do ventilador calculada e a real, isto deve-se a uma mudança na resistência do sistema, e não a falhas do ventilador ou do motor. Freqüentemente erra-se ao tomar a leitura da pressão estática do ventilador e concluir que, se estiver abaixo ou acima das exigências do projeto, a vazão também está abaixo ou acima das exigências do projeto. A Fig. 4 mostra porque esta conclusão é completamente inválida.

INSTABILIDADE DO SISTEMA,
INSTABILIDADE DO VENTILADOR E PARALELISMO

Os três principais motivos para um fluxo de ar instável em um sistema de ventilação são (1)
Instabilidade do Sistema, (2) Instabilidade do Ventilador e (3) Paralelismo.

Instabilidade do Sistema

A instabilidade do sistema ocorre quando as curvasda resistência do sistema e do desempenho do ventilador não se cruzam num ponto único, mas, ao contrário, sobre um intervalo de vazões e pressões.
Esta situação não ocorre com ventiladores com pás voltadas para trás (Limit load), aerofólio e radiais.
Entretanto, esta situação pode ocorrer com um ventilador centrífugo com pás curvadas para a frente
(Sirocco) quando estiver operando conformerepresentado na Fig. 1.

Nesta situação, uma vez que a curva do ventilador e acurva do sistema estão quase paralelas, o ponto de operação pode estar num intervalo de vazões e pressões estáticas. Isto resultará em uma operação
instável conhecida como instabilidade do sistema, pulsação ou bombeamento.
A instabilidade do sistema não deve ser confundida com “paralelismo”, o que somente pode ocorrer
quando dois ventiladores forem instalados em paralelo.

Instabilidade do Ventilador

A instabilidade do ventilador é diferente da instabilidade do sistema; elas podem ou não ocorrer ao mesmo tempo (Fig. 2).

Para qualquer ventilador, o ponto de pressão mínima ocorre no centro de rotação do rotor e a pressão máxima ocorre na descarga do rotor. Se o rotor não estivesse girando e esta pressão diferencial existisse, o fluxo seria do ponto de mais alta pressão até o ponto de mais baixa pressão. Isto é o oposto da direção que o ar normalmente flui pelo ventilador. A única coisa que mantém o ar movendo-se na direção apropriada é o giro das pás.

Uma perda de sustentação aerodinâmica (stall) ocorrerá, a menos que haja ar suficiente entrando no rotor do ventilador para preencher completamente o espaço entre as pás.

Isto aparece na Fig. 3 como flutuação no volume de ar e na pressão. Esta instabilidade pode ser ouvida e sentida, e ocorre em quase todos os tipos de ventiladores, em maior ou menor grau, quando a pressão estática máxima (vazão nula) for atingida. O ventilador de pás radiais é uma exceção notável. Enquanto a magnitude da instabilidade varia para tipos diferentes de ventiladores, (sendo maior para ventilador de aerofólio e menor para ventilador de pás curvadas para frente), a flutuação da pressão próxima à máxima (vazão nula) poderá ser na ordem de 10%.

Por exemplo, um ventilador com instabilidade, desenvolvendo cerca de 600 Pa de pressão estática total poderá ter flutuação de pressão de 60 Pa. Isto explica porque um ventilador grande com instabilidade é intolerável. As paredes da sala do equipamento podem chegar a partir-se com a vibração dos dutos conectados a um ventilador com instabilidade.

A seleção do ponto de operação não deve ser feita à esquerda do “ponto de instabilidade” na curva do ventilador.
Este ponto, o qual define uma curva de sistema quando todas as velocidades do ventilador são consideradas, varia para diferentes instalações do ventilador. Por exemplo, uma operação estável pode ser obtida muito além à esquerda da curva quando o ventilador é instalado em uma situação ideal
de laboratório. Obviamente, estas condições são raramente encontradas em aplicações de campo. Conseqüentemente, a maioria dos fabricantes não catalogam intervalos de operação ao longo de toda a curva até a linha de instabilidade.
Entretanto, uma vez que o ponto de corte da curva do catálogo é basicamente um julgamento de engenharia, dados do desempenho de catálogo conservativos fornecerão intervalos de operação, os quais permitirão uma operação estável, com qualquer projeto de sistema de dutos razoável, no funcionamento em campo.

Paralelismo

A terceira causa para uma operação instável é o paralelismo, (Fig. 4), que pode ocorrer apenas em uma instalação com múltiplos ventiladores conectada ou com uma aspiração comum ou com uma descarga comum, ou ambas no mesmo sistema, particularmente quando um grande volume de ar deve ser movido. Neste caso, a curva combinada de vazão-pressão é obtida acrescentando-se a capacidade de
fluxo de ar de cada ventilador à mesma pressão. (Fig. 5).

O desempenho total de múltiplos ventiladores será menor que a soma teórica se as condições de aspiração forem restritas ou o fluxo de ar na aspiração não for uniforme em linha reta (não turbulento).

Alguns ventiladores possuem um aclive “positivo” na curva pressão-volume de ar à esquerda do ponto do pico de pressão. Se os ventiladores operando em paralelo forem selecionados na região deste aclive “positivo”, isso poderá resultar em uma operação instável .

A curva fechada em loop à esquerda do ponto de pico de pressão é o resultado da plotagem de todas as combinações possíveis do volume de ar em cada pressão. Se a curva do sistema interseccionar a curva combinada de volume de vazão na área compreendida pelo loop, é possível haver mais de um ponto de operação. Isto pode fazer com que um dos ventiladores utilize mais ar e pode causar uma sobrecarga do motor se os ventiladores forem acionados individualmente. Esta condição desequilibrada de fluxo tende a se reverter alternadamente, e o resultado é que os ventiladores irão carregar-se e descarregar-se intermitentemente. Esta “pulsação” freqüentemente gera ruído e vibração e pode causar dano aos ventiladores, ao funcionamento do sistema de dutos ou aos motores.

Isto requer a instalação de dampers de vazão na voluta (Fig. 6). Eles servem para mudar o formato da voluta do ventilador e, portanto, para cada posição do damper, há uma curva de desempenho diferente correspondente.

A curva do ventilador resultante de várias posições dos dampers de vazão encontra-se representada na Fig. 6. O objetivo é mudar a curva suficientemente de modo que o conjunto forneça uma operação estável. Sendo o desempenho levemente reduzido, o aumento correspondente em RPM deve ser tal a atingir as condições especificadas. Entretanto, isso raramente é feito, uma vez que a diferença é tipicamente negligenciável.

(Ver Fig. 5, pág. 4) Para corrigir o problema, o damper de volume da voluta é meramente empurrado para baixo em ambos os ventiladores até que a pressão estática e a pulsação do nível de ruído desapareçam.

Geralmente, são deixados nesta posição permanentemente. A curva gerada pelo damper neste ponto tem um formato tal que a soma das curvas de desempenho interseccione a curva do sistema em apenas um ponto.

Os ventiladores operados em paralelo devem ser do mesmo tipo, tamanho e velocidade de rotação. Caso contrário, poderão resultar complicações indesejáveis de desempenho. É altamente indicado que as recomendações do fabricante do ventilador sejam seguidas ao considerar-se o uso de ventiladores em paralelo.

O uso dos ventiladores axiais em paralelo apresenta problema potencial de ruído a menos que medidas especiais sejam tomadas no momento do projeto; o acréscimo de controle de ruído normalmente não é possível.

Um problema de ruído freqüentemente encontrado em ventiladores operando em paralelo é o batimento. Isso é causado por uma leve diferença na velocidade de rotação de dois ventiladores teoricamente idênticos. O ruído de batimento de baixa freqüência resultante pode ser muito desagradável e difícil de ser eliminado. O problema pode ser comparado ao efeito estroboscópico de uma lâmpada fluorescente iluminando um rotor com uma leve diferença entre as freqüências de rotação do rotor e o fornecimento energia da lâmpada.