Metodologia de projeto de ventiladores axiais de baixo ruído através de análises aeroacústicas - ÂNGULO, Tania Marie Arispe (2022)
O estudo e análises do som gerado por escoamentos, tem se tornado cada vez mais importante em diversas áreas da indústria desde equipamentos eletrodomésticos até sistemas de propulsão aeronáutica. Um caso particular é o ruído gerado por ventiladores axiais aplicados nos sistemas de resfriamento nos grupos geradores. Estes equipamentos representam fontes de ruído consideráveis que devem ser tratadas de forma a não ultrapassar os limites admissíveis. Nesse sentido diversos estudos vêm sendo realizados com o intuito de analisar e propor técnicas de controle de ruído ocasionado pelo escoamento do ventilador. Sendo assim, a aeroacústica tem-se tornado um tópico importante a ser considerado para o estudo e identificação das fontes de ruído e para a análise de técnicas de redução do ruído gerado pelo escoamento do rotor que possam ser incorporadas desde a fase do projeto. Este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto aeroacústico de rotores de ventiladores de fluxo axial, considerando a teoria da asa de sustentação, a condição de equilíbrio radial, a condição de vórtice livre e forçado e a incorporação do efeito sweep com base numa função cúbica, como técnica de controle de ruído aerodinâmico. A metodologia de análise utilizada baseia-se na integração de técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (DFC) e modelos de predição de ruído para determinar as principais características de desempenho dos ventiladores e para avaliar a influência das variações geométricas (sweep) incorporadas, nos campos acústicos e aerodinâmicos do ventilador. As análises numéricas foram realizadas a partir de simulações em regime permanente para a obtenção das curvas características do ventilador e a identificação das fontes de ruído local. Numa segunda abordagem, em regime transiente foi analisado o nível de pressão sonora em função de frequência para a análise do comportamento aeroacústico considerando a norma ISO 13347-3: 2004 para o posicionamento dos receptores. A metodologia da simulação para obter as grandezas aerodinâmicas foi validada através dos ensaios experimentais de um ventilador de pás de espessura constante sem torção. Os experimentos foram realizados no banco de testes adequado às normas ASHRAE (Norma 5175) / AMCA (Norma 210-74) do Laboratório de Ventiladores (LabVent) do IEM/UNIFEI. A principal contribuição da metodologia proposta neste trabalho é a incorporação de mecanismos de controle de ruído aerodinâmico desde a etapa do projeto através de uma abordagem com baixo custo computacional que consiste numa análise de sensibilidade para determinar os parâmetros que permitem diminuir as fontes locais de ruído aerodinâmico sem comprometer o as características de desempenho aerodinâmico. Os resultados mostraram que os projetos com a incorporação do sweep com base na condição de vórtice livre e vórtice forçado reduzem as fontes de ruído e melhoram o desempenho aerodinâmico do ventilador em comparação com a geometria base do rotor. É importante destacar que os rotores dos ventiladores axiais projetados apresentam um comportamento aerodinâmico consistente em termos de rendimento hidráulico e pressão total, uma vez que os valores máximos de rendimento estão distantes da região de estol.