que foram utilizados como parâmetros de entrada para obtenção dos parâmetros K1 e β e consequentemente utilizados para
predição do nível de ruído foi verificada a confiabilidade das técnicas de CFD que foram empregas.
3.3.1. Verificação e Validação da Vazão
Um dos itens essenciais em uma análise de CFD é a definição do critério de malha, onde são definidos os tipos e tamanhos dos elementos, número de camadas de prismas, taxa de crescimento dos elementos, entre outros. Portanto, foram executadas algumas simulações alterando parâmetros de malha, no sentido de aumentar o refino de malha, até que os resultados numéricos apresentem estabilização da convergência dos resultados da vazão, indicando assim, o critério mínimo de malha a ser atendido.
A FIGURA 32 apresenta uma malha grosseira, uma malha com refino médio e outra com refino incrementado, nota-se que o número total de nós cresce consideravelmente com o refino de malha, o que resulta em maiores esforços computacionais.
O modelo geométrico leva em consideração o sistema de medição, apresentado a seguir. O intuito de incorporar o sistema de medição ao modelo geométrico de interesse é aproximar ao máximo a condição simulada à condição real. As principais condições de entrada e de contorno são:
- rotação imposta do rotor; - paredes nas superfícies sólidas;
- na região afastada do domínio de interesse, que faz fronteira com o ar (setas azuis na FIGURA 33) considera-se pressão atmosférica e direção do fluxo normal à parede;
- e na seção de entrada do duto (região destacada em verde) impõe-se pressão estática igual à atmosférica, o que provoca uma pressão muito próxima da atmosférica também no interior da câmara, simulando a condição experimental.
Domínio:
Nº nós Carcaça estrutural defletora Carcaça Rotativo
219.810
2.502.086
7.063.599
FIGURA 33 – DOMÍNIOS DE SIMULAÇÃO PARA VALIDAÇÃO DA VAZÃO
A medição de vazão para este tipo de ventilador sem auxílio de dispositivos auxiliares é bem complexa e de difícil execução, portanto os experimentos relativos à medição de vazão foram realizados conforme especificação da norma ANSI/ASHRAE 51-07 [ 11 ]. Nessa norma são propostos diversos sistemas de medição adequados à medição de vazão de ventiladores do tipo VFARR. Dentre tais sistemas, optou-se por utilizar o sistema do tipo câmara de entrada apresentado na FIGURA 34 e descrito na sequência.
- Ventilador testado: é acoplado à câmara de equalização de pressão;
- Câmara de equalização de pressão: nessa câmara são efetuadas as leituras de pressão, considerada como pressão na entrada do ventilador;
- Medidor de pressão: Acopla-se à câmara uma tomada de pressão, para permitir a conexão a um manômetro, neste caso, o manômetro usado está especificado na TABELA 5.
- Duto: é incorporado à bancada de teste para fornecer um plano de medição de vazão e um direcionador de fluxo;
- Medidor de vazão: é composto por uma placa de orifício, tomadas de pressão e pelo manômetro, especificado na TABELA 5;
- Direcionador de fluxo: composto por pequenos dutos de seção quadrada agrupados lado a lado, especificado pela ANSI/ASHRAE 51-07 [ 11 ] como tipo célula;
TABELA 5 – ESPECIFICAÇÃO DO MANÔMETRO
Marca: Dwyer
Série: 477-1
Precisão: ± 1,5 % (0 - 25,6 °C e 25,6 ± 0,5 % (15,6 – 25,6 °C) – 40 °C) da escala
Escala máxima: 0 – 5 kPa
Imagem:
- Sistema auxiliar de ventilação: composto por um conjunto câmara tipo plenum / ventilador / motor / conversor de frequência, que tem a função de variar o ponto de operação do ventilador ensaiado. Neste caso o sistema auxiliar tem a função específica de igualar a pressão na câmara à ambiente;
Conforme já mostrado, os VFARR foco do trabalho operam com variação de pressão estática, entre sucção e descarga, igual a zero, portanto o ensaio de medição de vazão deve simular esta
condição. Considerando esta característica segue a metodologia para obtenção experimental da vazão:
- Após o acoplamento do ventilador à câmara de equalização de pressão, aciona-se o sistema de ventilação auxiliar;
- Aciona-se o ventilador a ser testado;
- Ajusta-se o sistema de ventilação auxiliar para que a pressão estática na câmara de equalização de pressão seja igual à atmosférica;
- Efetuar a leitura de pressão na câmara e na placa de orifício;
- Efetuar medição de temperatura do ar.
As incertezas relativas aos ensaios de vazão foram calculadas conforme especificação da norma ANSI/ASHRAE 51- 07 [ 11 ], apresentadas no APÊNDICE 4.
3.3.2. Verificação e Validação da Potência Absorvida
O modelo geométrico utilizado nas simulações para validação da potência absorvida difere-se do modelo da validação da vazão, pois não necessita de dispositivos extras para sua determinação, ou seja, é considerado apenas o conjunto do ventilador, conforme apresentado na FIGURA 29. Os critérios de malha e condições de entrada e de contorno adotados para as simulações referentes à validação da potência absorvida são os mesmos adotados para a validação da vazão, com exceção da condição imposta no duto do sistema de medição de vazão, uma vez que este não será mais contemplado.
Para obter a potência absorvida pelo rotor do ventilador é adotado o seguinte procedimento:
Utilizando um analisador de potência, equipamento que permite a leitura de potência absorvida pelo motor elétrico e apresentado na TABELA 6, mede-se a potência absorvida pelo conjunto motor/rotor do ventilador, em seguida desacopla-se o rotor do ventilador e efetua-se novamente a leitura da potência absorvida pelo motor em vazio. A potência absorvida apenas pelo rotor do ventilador é obtida pela diferença das duas leituras anteriores.
TABELA 6 – ESPECIFICAÇÃO DO ANALISADOR DE POTÊNCIA
Marca: LEM Norma
Modelo: D 5255 N
Imagem:
Nas validações de potência utilizando CFD é importante conhecer as propriedades do ar, as quais estão relacionadas com a temperatura, portanto efetua-se a leitura de temperatura para ajuste das propriedades do ar utilizadas nas simulações.
Ressalta-se que para uma medição adequada de potência utilizando um analisador, conforme especificado anteriormente, é necessário que a fonte de alimentação do motor tenha uma forma de onda da tensão senoidal com poucas distorções. Porém, ao acionar um motor com um conversor de frequência a forma de onda da tensão sofre muitas distorções devido às harmônicas provocadas pelo conversor. Portanto, para eliminar a influência do conversor e permitir medições confiáveis, as medições de potência foram realizadas sem o uso do conversor usando uma fonte de tensão senoidal de 50 Hz e 60 Hz. Como o ventilador é acionado por um motor de II pólos, as rotações utilizadas na validação da potência foram, respectivamente, 3000 e 3600 RPM. A relação entre frequência de alimentação (fal), número de pólos
do motor (np) e velocidade de rotação síncrona (nsyn) é dada pela
seguinte equação (JORGENSEN, R. [ 20 ]).
𝑛𝑠𝑦𝑛 = 120𝑓𝑛𝑝𝑎𝑙 ( 128 ) As incertezas relativas aos ensaios de potência absorvida foram calculadas conforme especificado em BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. [ 82 ], apresentadas no APÊNDICE 5.
3.4. EXPERIMENTO DO NÍVEL DE RUÍDO SONORO