Dimensionamento de Ventiladores Centrífugos: Metodologia Técnica, Cálculos e Exemplo Completo

Dimensionamento de Ventiladores Centrífugos: Metodologia Técnica, Cálculos e Exemplo Completo

O dimensionamento de ventiladores centrífugos é uma etapa essencial em projetos de ventilação industrial, exaustão mecânica e sistemas HVAC. Um cálculo incorreto pode resultar em baixo desempenho, consumo excessivo de energia elétrica, ruído elevado e falhas prematuras no equipamento.

Este artigo apresenta uma metodologia técnica completa para dimensionamento de ventiladores centrífugos, incluindo critérios de vazão de ar, cálculo da pressão estática, correções por densidade, seleção do tipo de ventilador e um exemplo completo de dimensionamento, alinhado às boas práticas de engenharia e normas técnicas aplicáveis.

O que é um ventilador centrífugo e onde ele é aplicado

Ventiladores centrífugos são máquinas de fluxo radial utilizadas para movimentação de ar ou gases quando há necessidade de maior pressão estática. São amplamente empregados em:

• Ventilação industrial

• Sistemas de exaustão mecânica

• Cabines de pintura

• Filtros de manga e ciclones

• Sistemas HVAC comerciais e industriais

Sua principal vantagem em relação aos ventiladores axiais é a capacidade de vencer maiores perdas de carga em sistemas complexos de dutos.

Definição da aplicação

O primeiro passo consiste em definir claramente o objetivo do sistema de ventilação, pois isso influencia diretamente a vazão requerida, a pressão estática e o tipo de ventilador.

Aplicações comuns incluem ventilação geral, exaustão de calor, exaustão de contaminantes e transporte de partículas. Cada uma apresenta exigências distintas quanto à robustez do equipamento, tipo de rotor e eficiência desejada.

Exemplo conceitual:
Ventilação geral de ambiente industrial sem presença significativa de partículas sólidas, visando renovação do ar e melhoria das condições térmicas.

Determinação da vazão de ar

Para ventilação geral, o método mais empregado é o das trocas de ar por hora. A escolha do número de trocas depende do tipo de ambiente e da intensidade das atividades realizadas.

Valores usualmente adotados:

• Escritórios: 4 a 6 trocas/h

• Ambientes comerciais: 6 a 8 trocas/h

• Oficinas mecânicas leves: 8 a 12 trocas/h

• Galpões industriais: 10 a 20 trocas/h

• Cozinhas industriais: 20 a 40 trocas/h

A vazão é calculada pela relação entre o volume do ambiente e o número de trocas de ar desejadas.

Exemplo didático:
Um ambiente de 500 m³ com 10 trocas de ar por hora necessita de uma vazão de 5.000 m³/h.

Velocidade do ar e dimensionamento preliminar de dutos

A escolha da velocidade do ar nos dutos influencia diretamente o nível de ruído e as perdas de carga do sistema. Velocidades excessivas aumentam a pressão requerida e o consumo energético.

Valores de referência:

• Dutos principais: 6 a 10 m/s

• Ramais: 4 a 6 m/s

• Captações: 1 a 3 m/s

Exemplo didático:
Para uma vazão de 4 m³/s e velocidade adotada de 8 m/s, a área de duto necessária é de 0,5 m².

Levantamento das perdas de carga

As perdas de carga são compostas por perdas distribuídas (atrito ao longo dos dutos) e perdas localizadas (curvas, registros, grelhas e transições).

Em estudos preliminares, é comum adotar:

• 1 a 2 mmca por metro de duto industrial

• Perdas localizadas entre 20% e 40% das perdas distribuídas

Exemplo didático:
Para 20 m de duto com perda média de 1,5 mmca/m, obtém-se 30 mmca de perda distribuída. Acrescentando 30% de perdas localizadas, a pressão total aproximada é de 39 mmca.

Correção pela densidade do ar

Ventiladores são catalogados, em geral, para ar a 20 °C. Quando o sistema opera com ar quente ou gases específicos, é necessário corrigir a pressão de projeto conforme a densidade real do fluido.

A redução da densidade implica redução da pressão efetiva gerada pelo ventilador, exigindo ajustes no ponto de operação.

Exemplo didático:
Ar a 40 °C apresenta densidade inferior à do ar padrão, exigindo correção da pressão nominal do ventilador.

Seleção do tipo de ventilador

Com os dados de vazão e pressão definidos, seleciona-se o tipo de ventilador centrífugo mais adequado. Para aplicações de ar limpo e foco em eficiência energética, os ventiladores de pás curvadas para trás são amplamente utilizados, pois apresentam maior rendimento e menor potência absorvida.

Estimativa da potência do motor

A potência requerida depende da vazão, da pressão estática total e do rendimento do ventilador. É prática comum adotar uma margem de segurança na escolha do motor para evitar operação em sobrecarga.

Exemplo didático:
Um sistema que exige aproximadamente 3 kW de potência no eixo do ventilador pode ser atendido por um motor de 4 kW ou 5,5 kW, dependendo das condições de operação.

Exemplo completo de dimensionamento (memorial de cálculo)

A seguir apresenta-se um exemplo completo, com dados diferentes dos exemplos anteriores.

Dados do ambiente

• Tipo de ambiente: oficina industrial

• Comprimento: 18 m

• Largura: 12 m

• Altura: 5 m

Volume do ambiente:

V=18×12×5=1.080 m3V = 18 \times 12 \times 5 = 1.080 \, m³V=18×12×5=1.080m3

Definição da vazão

Adotando 15 trocas de ar por hora:

Q=1.080×15=16.200 m3/hQ = 1.080 \times 15 = 16.200 \, m³/hQ=1.080×15=16.200m3/h

Convertendo:

Q=4,5 m3/sQ = 4,5 \, m³/sQ=4,5m3/s

Dimensionamento preliminar do duto

Adotando velocidade de 7 m/s:

A=4,57=0,64 m2A = \frac{4,5}{7} = 0,64 \, m²A=74,5​=0,64m2

Diâmetro equivalente:

D=4×0,64π≈0,90 mD = \sqrt{\frac{4 \times 0,64}{\pi}} \approx 0,90 \, mD=π4×0,64​​≈0,90m

Cálculo das perdas de carga

• Comprimento total equivalente de dutos: 30 m

• Perda média adotada: 1,4 mmca/m

Perda distribuída:

ΔPd=30×1,4=42 mmca

Perdas localizadas (30%):

ΔPl=0,3×42=12,6 mmca

Pressão estática total:

ΔPtotal=54,6 mmca

Adotando margem:

ΔPprojeto≈60 mmca

Correção por densidade do ar

Temperatura do ar: 45 °C
Densidade aproximada: 1,10 kg/m³

Correção da pressão:

Pcorr=60×(1,10/1,20)≈55 mmca

Seleção do ventilador

• Tipo: ventilador centrífugo de pás curvadas para trás

• Vazão: 16.200 m³/h

• Pressão: 55 mmca

Cálculo da potência

Conversão da pressão:

55 mmca≈540 Pa

Adotando rendimento de 65%:

P=(4,5×540)/0,65≈3.740 W

Potência requerida ≈ 3,8 kW

Motor recomendado: 5,5 kW

Conclusão

O exemplo final demonstra que o dimensionamento de ventiladores centrífugos deve seguir uma sequência lógica e fundamentada, considerando vazão, pressão, densidade do ar e eficiência do equipamento. A adoção de margens técnicas adequadas garante confiabilidade operacional sem comprometer a eficiência energética.

Um projeto bem dimensionado não apenas atende às exigências do processo, mas reduz custos operacionais e aumenta a vida útil do sistema.

O autor

Valmir Paulo

Engenheiro eletricista, matemático, eletromecânico industrial e músico. Especialista em: projetos de estruturas metálicas, gerenciamento de projetos e inovação, projetos elétricos, Solidworks e desenvolvimento de equipamentos industriais. Apaixonado pelo ensino e por transmitir conhecimento e maneira efetiva e transformadora.