BR112021012371A2 - Grelha para aparelho de ventilação - Google Patents

Abstract

grelha para aparelho de ventilação. a presente patente de invenção se refere a uma grelha para aparelho de ventilação disposta a jusante de elementos de insuflamento (v) de aparelhos de ventilação (ap), compreendendo uma porção de grade (g) disposta a montante de uma porção de estator (e).

Description

GRELHA PARA APARELHO DE VENTILAÇÃO Campo de aplicação

[0001] A presente patente de invenção pertence ao campo dos aparelhos e dispositivos para arrefecimento de ar e ventilação, mais especificamente aparelhos de ar condicionado e ventiladores. Introdução

[0002] A presente invenção se refere a uma grelha de insuflamento de ar com estator incorporado, para aplicação em aparelhos que possuam elementos de ventilação, em que dita grelha exerce tanto a função de proteção e sustentação inerente a grelhas dessa natureza, quanto a função de recuperação de parte da pressão dinâmica do ar que passa pela grelha advindo do insuflador de ar do aparelho a que se destina.

[0003] A grelha de acordo com a invenção permite um aumento significativo de vazão de ar do respectivo equipamento para uma mesma velocidade angular do seu insuflador, chegando esse incremento de vazão próximo à casa dos 30% em relação aos seus pares conhecidos do estado da técnica. Estado da técnica

[0004] São conhecidas do estado da técnica diversas configurações de grades ou grelhas para aparelhos de ventilação da natureza descrita acima.

[0005] Um exemplo é a solução revelada pelo documento patentário US 4858683 que se refere a uma cobertura para uma unidade condensadora de ar condicionado que é formada por uma única folha unitária de material. A cobertura inclui uma porção periférica, uma porção central e uma porção anelar não-dividida localizada entre as porções periférica e central. As porções periférica, central e anelar são geralmente coplanares. Um primeiro conjunto de aletas interliga a porção central e a porção anelar. Um segundo conjunto de aletas conecta a porção anelar e as porções periféricas. O ângulo de inclinação das aletas em relação ao plano da cobertura varia ao longo do comprimento das aletas.

[0006] A partir da leitura do documento patentário US 4858683, e tendo por base as figuras de tal pedido, é possível perceber que a estrutura em peça única se propõe a resolver uma série de problemas, contudo acaba desencadeando outros. Um deles é a manutenção do produto, uma vez que a estrutura em aletas oferece maior fragilidade, posto não poder suportar maior pressão em situações tais como empilhamento de produtos ou acidentes que envolvam pesos ou pressões exercidas sobre a grade. Além disso, não é verificada nenhuma menção em US 4858683 quanto à limpeza da cobertura e de sua possível desmontagem a fim de facilitar esta limpeza. Um dispositivo de tal natureza é suscetível ao acúmulo de poeira e diversos outros tipos de detritos. Deste modo, é possível compreender que os processos de limpeza são dificultados pelos aletas, e ainda mais complicados pelo difícil acesso e desmonte da cobertura.

[0007] Finalmente, o fato de que US 4858683 procura proteger ângulos de inclinação para suas aletas mostra-se pouco satisfatório mediante a leitura de US 4858683, já que são poucas e vagas as menções aos ângulos e à forma como eles deveriam se relacionar para que fosse possível solucionar problemas do estado da técnica.

[0008] Outra solução do estado da técnica pertinente é a apresentada pelo documento patentário norte americano de número US20170343016, que revela um conjunto de grade de proteção e uma unidade externa de ar condicionado correspondente, que possui um painel frontal, um protetor de ventilador incluindo um hub fornecido na saída para fixar diretamente um conjunto de motor de ventilador e uma nervura disposta entre o cubo e o painel frontal. Além disso, a unidade exterior de acordo com este documento inclui um gabinete, uma boca de sino fornecida no gabinete, um protetor de ventilador fornecido em uma saída da boca do sino e um conjunto de motor do ventilador fixado ao protetor do ventilador.

[0009] A solução de US20170343016 tenciona tanto prover uma grade capaz de oferecer menos resistência ao fluxo de ar de um ventilador quanto prover uma construção de grade robusta capaz de assegurar a rigidez para suportar de forma estável um ventilador e um motor em uma unidade externa de ar condicionado. Embora mencione como características capazes de otimizar o fluxo de ar que passa por entre a grade os ângulos crescentes de inclinação das pás e a variação das alturas das seções transversais destas, especialmente as seções transversais possuem uma face côncava (faces S1, S2, S3 da figura 9 de US20170343016), enquanto as faces opostas são retas. Desta forma, a grelha de US20170343016 não possui a função de estator, uma vez que o perfil aerodinâmico de suas pás não serve ao redirecionamento do fluxo de ar de forma a recuperar parte da energia cinética nele contida.

[0010] Diversos outros dispositivos do estado da técnica, tais como os apresentados pelos documentos patentários US 4202409, WO 201778513 e JP4936251 persistem exibindo problemas comuns por todo estado da técnica. Muitos dispositivos e soluções apresentados possuem grades ou barras cuja disposição e/ou angulação impede o melhor escoamento ou fluxo do ar. Além disso, são comuns os usos de materiais cujas limpeza e manutenção são dificultadas por uma série de motivos, tais como grades possuindo aberturas e recortes muito estreitos ou ainda dificuldades na remoção da grade do corpo principal a que se encontram afixadas. Consequentemente, manutenção e a limpeza complexas ou dificultadas podem se tornar dispendiosas.

[0011] Existe, portanto, espaço para uma grelha para aparelho de ventilação aprimorada que elimine os problemas apontados do estado da técnica, e que, adicionalmente, proveja economia de recursos, além de segurança e praticidade ao seu usuário final.

Objetivo da patente de invenção

[0012] O objetivo da presente patente de invenção é, portanto, prover uma grelha para aparelho de ventilação, em que dita grelha possui, em um único corpo, um estator incorporado, exercendo tanto a função de proteção e sustentação quanto a de recuperação da pressão dinâmica do ar que passa pela grelha. Breve descrição das figuras

[0013] Para melhor entendimento e visualização do objeto da presente patente de invenção, o mesmo será agora descrito com referência às figuras anexas, representando a melhoria funcional obtida, em que, esquematicamente: Figura 1: apresenta uma vista lateral em corte parcial de uma grelha para aparelho de ventilação de acordo com a patente de invenção, montada a jusante de um dispositivo de insuflamento de um aparelho de ventilação; Figura 2: apresenta uma vista lateral ampliada do detalhe X da figura 1; Figura 3: apresenta uma vista lateral ampliada de uma aleta da grade de acordo com a presente invenção; Figura 4: apresenta uma vista lateral ampliada do detalhe Y da figura 1; Figura 5: apresenta uma vista lateral em corte parcial do estator da grelha da figura 1; Figura 6: apresenta uma vista lateral do detalhe T da figura 5; Figura 6a: apresenta uma vista lateral ampliada do detalhe T da figura 5, mais especificamente da parte inferior de uma pá de estator de acordo com a invenção; Figura 6b: apresenta uma vista lateral ampliada do detalhe T da figura 5, mais especificamente da parte superior de uma pá de estator de acordo com a invenção;

Figura 7: apresenta uma vista em perspectiva súpero-frontal da grade da figura 1, montada a jusante de um dispositivo de insuflamento de um aparelho de ventilação; Figura 8: apresenta uma vista superior de uma grelha para aparelho de ventilação de acordo com a patente de invenção, montada em um aparelho de ventilação; Figura 9: apresenta uma vista lateral ampliada do detalhe W da figura 8; e Figura 10: apresenta uma vista em perspectiva de um aparelho de ventilação dotado de uma grelha de acordo com a invenção. Descrição detalhada da patente de invenção

[0014] Uma grelha para aparelho de ventilação ou apenas grelha, de acordo com a patente de invenção, é uma grelha de corpo único, disposta a jusante do elemento de insuflamento (V) de um aparelho de ventilação (AP), compreendendo, basicamente, uma porção de grade (G) e uma porção de estator (E).

[0015] A porção de grade (G) é formada por aletas (A), radiais e concêntricas formando anéis concêntricos ou nervuras radiais, e é disposta a montante da porção de estator (E), ou seja, do lado do elemento de insuflamento (V), aqui representado por um ventilador (V). A porção de grade (G), além de configurar o elemento de segurança para evitar o acesso às peças rotativas e/ou internas do aparelho (AP), forma o início do estator (E) e suas aletas (A) são a parte inicial de condução de ar das pás (P) do estator (E), em que as aletas (A) possuem um perfil aerofólico cujo objetivo é aumentar o rendimento da recuperação da pressão dinâmica do ar advindo do ventilador (V), transformando-a em pressão estática obtida pela redução da componente circunferencial da velocidade de saída do ventilador (V). Além disso, é de se notar que as aletas (A) devem ter um formato adequado para possibilitar a injeção desta peça e seu desmolde, com um mínimo de custo (altura dos anéis concêntricos) e um mínimo de perda de material (formato cônico na entrada e na saída de forma). O formato das aletas (A) pode ser, por exemplo, mas não se limitando a um formato de prisma assimétrico ou outro perfil adequado, preferencialmente de faces inclinadas.

[0016] Já a porção de estator (E) é formada por pás (P) que se estendem radialmente desde o centro da grade (parte interna) até a sua periferia (parte externa), possuindo um perfil aerofólico em ambas as suas faces ou bordos de ataque.

[0017] Ao sair do ventilador (V), a velocidade total do fluxo de ar é composta por uma componente axial que define a vazão de ar e uma componente circunferencial, resultante do movimento angular do ventilador (V). Através da curvatura das pás (P) do estator (E) a componente circunferencial é reduzida sendo que a energia cinética desta é parcialmente transformada em pressão estática. Desta forma, a pressão estática que o ventilador (V) deve vencer é reduzida pois a pressão na saída do mesmo é inferior à pressão ambiente (externa à grelha), já que na grelha/estator existe um aumento de pressão estática e só a partir da saída da grelha é que a pressão estática voltará a ser igual à pressão ambiente.

[0018] Assim, o ventilador (V) trabalha a uma razão de pressão estática entrada versus saída inferior a uma razão em que trabalharia sem a presença do estator (E) e, consequentemente, obtém-se um aumento significativo da vazão de ar.

[0019] O valor do aumento de vazão promovido pela grelha de acordo com a invenção varia de acordo com o dimensionamento da grelha/estator (E) e do ventilador (V).

[0020] Em testes realizados em uma condensadora de ar condicionado do tipo split, operada com uma grade conhecida do estado da técnica e depois com uma grade de acordo com a invenção, o aumento da vazão de ar de saída após a grelha aumentou em mais de 15%, chegando, em testes realizados em equipamentos mais simples em termos de design e com características dimensionais e estéticas otimizadas, em laboratório, a aumentos superiores a 25% do volume de ar por unidade de tempo em relação às grades convencionais.

[0021] O efeito técnico da combinação de segurança e incremento de vazão de ar, possíveis através do objeto da presente invenção, resultam de uma concepção simples, porém eficiente e eficaz, representada e demonstrada a seguir com base no exemplo supramencionado, mas, é claro, sem se limitar ao mesmo.

[0022] O ventilador (V) possui um Diâmetro externo (Dv) que, em relação a um diâmetro interno do bocal da grelha (dbg), é tal que se estabelece uma folga (Fvbg) entre o ventilador e o bocal da grelha que corresponde à metade da diferença entre o diâmetro interno do bocal da grelha (dbg) e o Diâmetro externo (Dv), a saber:

[0023] Valores típicos para a folga (Fvbg) no exemplo não limitante da presente invenção variam entre 1 e 50 milímetros, preferencialmente de 7 milímetros, dependendo, é claro, do tipo de equipamento utilizado.

[0024] Ainda sobre o ventilador (V), é de se notar que uma posição axial da borda de saída do ventilador (LAvs), uma posição axial da borda de entrada do estator (LAee), uma posição axial da borda de saída do estator no raio externo (LAese), bem como uma posição axial da borda de saída do estator no raio interno (LAesi) são tais que se estabelece uma folga entre a borda de saída do ventilador e borda de entrada do estator (Fve) que equivale à diferença entre a posição axial da borda de entrada do estator (LAee) e a uma posição axial da borda de saída do ventilador (LAvs), representando valores entre 1 e 30 milímetros, preferencialmente de 15 milímetros dependendo, é claro, do tipo de equipamento utilizado. Portanto:

[0025] Além disso, as medidas acima determinam uma profundidade do estator no raio externo (Pee) equivalente à diferença entre a posição axial da borda de saída do estator no raio externo (LAese) e a posição axial da borda de entrada do estator (LAee), bem como uma profundidade do estator no raio interno (Pei) que corresponde à diferença entre a posição axial da borda de saída do estator no raio interno (LAesi) e a posição axial da borda de entrada do estator (LAee). Portanto:

[0026] Valores típicos para a profundidade do estator no raio externo (Pee) e uma profundidade do estator no raio interno (Pei) giram entre 10 a 300mm, sendo, no exemplo em tela, de 25mm para a profundidade do estator no raio externo (Pee) e 35 mm para a profundidade do estator no raio interno (Pei). À parte da discussão de valores numéricos ideais, é importante salientar que, na prática, as profundidades (Pee, Pei) e as dimensões da grelha em geral, estão sujeitas a restrições dimensionais impostas pelo projeto como um tudo e, em especial, limitadas pelos custos envolvidos de ferramental, material, transporte, montagem etc. Como uma relação interessante tem-se mostrado dimensionar a grelha com altura (ou profundidade) de dimensão equivalente a 1 a 2 vezes a altura (medida axial) do ventilador.

[0027] Conforme descrito acima, o fluxo de ar em movimento chega à grelha em um ângulo da velocidade (total) do ar em relação à direção axial no sentido do fluxo na borda de saída do ventilador (vs), atingindo a pá (A) do estator (E) em um ângulo da borda de entrada do estator em relação à direção axial no sentido do fluxo (ee), havendo, portanto, uma defasagem angular entre a o ângulo da velocidade (total) do ar na borda de saída do ventilador (vs) e o ângulo da borda de entrada do estator (ee), sendo aqui, apenas para fins de completude, chamada de defasagem (ve), mas sem ser representada nas figuras:

[0028] O valor da defasagem (ve), ainda no exemplo em tela, varia entre -15º e +15º, sendo preferencialmente próximo de zero.

[0029] Já o ângulo da borda de saída (es) do estator (E) em relação à direção axial no sentido do fluxo deve ser menor que o ângulo da borda de entrada do estator (ee) e próximo ou igual a zero, preferencialmente, no exemplo citado, um valor ideal do ângulo da borda de entrada do estator (ee) seria de 10º (dez graus), que se aproxima da máxima recuperação da pressão dinâmica.

[0030] As pás (P) do estator (E) são tais que o raio de curvatura da pá do estator (Re) fira em torno de 10 a 1.000mm, sendo, no exemplo em tela, preferencialmente de aproximadamente 60mm, dependendo do dimensionamento do aparelho (AP) em questão, sendo, nessas condições, o número de pás do estator (Ne) uma função direta do diâmetro da grelha, podendo variar de 2 a 100 pás (P) por grelha, sendo, no caso em tela, temos cerca de 30 pás (P). Entretanto, o número ideal teórico de pás (P) é de, aproximadamente, 1 a 2 vezes o número de pás do ventilador (V), o que significaria, por exemplo, para um ventilador (V) com 4 pás, um estator com 8 pás (P). Embora este seja um valor ideal para uma máxima recuperação da pressão, fortes restrições dimensionais, estruturais, de segurança e estéticas, elevam esse número a cerca de 30, no caso de nosso exemplo, podendo, obviamente, variar de acordo com as condições supracitadas.

[0031] No sentido do fluxo de ar do ventilador (V), cada pá (P) possui um raio de borda de entrada do estator (Ree) – ou um perfil aerofólico compatível – assim como um raio de borda de saída do estator (Res), estando valores compatíveis com o exemplo em tela na faixa entre 0,1 e 20 mm, preferencialmente de aproximadamente 1 mm

[0032] Uma importante característica das pás (P) de acordo com a invenção é a variação contínua de sua curvatura desde o centro da grelha até a sua periferia externa, aqui denominado de fator de expansão das pás do estator na direção radial (Zexr), que representa a variação da unidade angular por unidade de comprimento de cada uma das pás, sendo expressa em graus por milímetro. Valores adequados variam entre -10º/mm e +10º/mm, preferencialmente de -0,2º/mm, o que equivale a dizer que o ângulo ideal para o raio externo seria de aproximadamente 30º.

[0033] As aletas (A) da grelha de acordo com a invenção, dispostas na porção de grade (G), além de possuírem a função de proteção contra acidentes com peças internas e/ou móveis do aparelho (AP), formam o início do estator (E) como a parte inicial de condução de ar para as pás (P) do estator (E).

[0034] Os anéis concêntricos formados pelas aletas (A) da porção de grade (G) possuem uma profundidade de anéis de proteção (Lp) que varia entre 2 e 50mm, sendo preferencialmente de aproximadamente 10mm, possuindo ainda uma profundidade da borda de entrada dos anéis de proteção (Lpe) – com valores entre 2mm e 20mm, sendo preferencialmente de 3mm – e uma profundidade da borda de saída dos anéis de proteção (Lps) – esta com valores típicos para o presente exemplo entre 2mm e 30mm, sendo preferencialmente de 7mm.

[0035] A razão de aspecto (Zp) entre a profundidade da borda de entrada (Lpe) e a de saída (Lps) dos anéis de proteção é tal que o quociente entre estas grandezas seja de 0,1 a 2,0, preferencialmente de 0,4, a saber:

[0036] Já a folga mínima (Dp) entre os anéis de proteção, que equivale à distância entre os pontos de maior largura de dois anéis de proteção adjacentes, deve estar entre 2mm e 50mm, sendo, no exemplo não limitante da invenção, preferencialmente de aproximadamente 8mm, ou seja, a folga mínima (Dp) pode variar entre 0,1 e 15% do valor do diâmetro externo (Dv) do ventilador (V), sendo, preferencialmente 5% de (Dv).

[0037] A posição relativa entre a borda de entrada dos anéis de proteção e a borda de entrada do estator na direção axial sentido do fluxo de ar (Ppe) é tal que seja maior ou igual à profundidade da borda de entrada (Lpe), pois menos que isso prejudica o formato (maiores perdas) em função das restrições de injeção e menor do que a profundidade do estator no raio externo (Pee) ou a profundidade do estator no raio interno (Pei), sendo, preferencialmente, igual a aproximadamente a profundidade da borda de entrada (Lpe), o que significa que a borda de entrada do estator fica na posição da transição entre a borda de entrada e a borda de saída do anel de proteção (ponto de maior largura do anel de proteção.

[0038] Cada aleta (A) que forma os anéis de proteção tem ainda uma conicidade da borda de entrada (pe) de 5º a 120º, preferencialmente de aproximadamente 35º, uma conicidade da borda de saída (ps) de 5º a 120º, preferencialmente de aproximadamente 30º, além de um raio de borda de entrada (Rpe) e um raio de borda de saída (Rps), ambos entre 0,5mm e 10mm, sendo, no exemplo dado, preferencialmente de aproximadamente 1mm.

[0039] É de se notar que a presente invenção não se limita ao conceito apresentado e se estende a todas as possibilidades de desenho que integram uma grelha de descarga a um estator incluindo o reposicionamento da grade de proteção através da ou na saída da grelha. Também não se limita a aplicação numa condensadora split de condicionador de ar podendo ser utilizada em condensadoras de tipos diferentes (chillers, selfs, etc.) de várias capacidades e formatos, além de outros equipamentos como ventiladores de mesa ou de parede ou de teto, aquecedores, insufladores de ar, umidificadores de ambiente, sistemas de ventilação de veículos etc.

[0040] Uma grelha de acordo com a invenção pode ser fabricada em qualquer material usual para utilização em grades e grelhas dessa natureza, assim como polímeros, metais, fibras e demais materiais adequados, mas sem se restringir a estes.

[0041] Outra importante desvantagem do estado da técnica é superada pela presente invenção, uma vez que grelha pode ser facilmente retirada do corpo principal do aparelho (AP) ao qual está afixada, tanto para operações de limpeza quanto de manutenção periódica.

[0042] Outra vantagem óbvia é que a presente grelha para aparelho de ventilação proporciona economia de fontes energéticas (como eletricidade ou combustíveis para acionamento de gerador) uma vez que testes práticos comprovaram que, o conceito inventivo da utilização de uma porção de grade (G) a montante de uma porção de estator (E), possibilita melhorias de desempenho da vazão de ar próximas a 30%.

[0043] Também é de se notar que a presente grelha para aparelho de ventilação pode ser adaptada a diferentes tipos de aparelhos uma vez que as variações dimensionais exigidas para a adaptação a diferentes tamanhos de forno não fogem do escopo do presente objeto.

[0044] Finalmente, também fica claro que a presente invenção exibe custo baixo de construção e manutenção, dispensando o uso de dispositivos adicionais tais como membros de suporte e ajuste, travas ou estruturas adicionais. Considerações finais

[0045] É evidente que as medidas e relações entre medidas descritas para a presente invenção podem variar de acordo com o dimensionamento da grelha para aparelho de ventilação.

[0046] Exaustivos testes práticos, porém, demonstraram que as referidas dimensões e suas relações são altamente eficientes e eficazes na segurança e praticidade providas pela grelha para aparelho de ventilação. Conclusão

[0047] Será facilmente compreendido por aqueles versados na técnica que modificações podem ser realizadas na presente invenção sem com isso se afastar dos conceitos expostos na descrição acima.

Essas modificações devem ser consideradas como compreendidas pelo escopo da presente invenção.

Consequentemente, as concretizações particulares descritas em detalhe anteriormente são somente ilustrativas e exemplares e não limitativas quanto ao escopo da presente invenção, ao qual deve ser dada a plena extensão das reivindicações em anexo e de todos e quaisquer equivalentes da mesma.

Claims (8)

REIVINDICAÇÕES

1. Grelha para aparelho de ventilação (100), disposta a jusante de elementos de insuflamento (V) de aparelhos de ventilação (AP), caracterizada por compreender uma porção de grade (G) disposta a montante de uma porção de estator (E).

2. Grelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a porção de grade (G) e a porção de estator (E) formarem um corpo único de condução de ar.

3. Grelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a porção de grade (G) ser formada por aletas (A), radiais e concêntricas, que formam anéis concêntricos.

4. Grelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a porção de estator (E) ser formada por pás (P) que se estendem radialmente desde o centro da grade (parte interna) até a sua periferia (parte externa), possuindo um perfil aerofólico em ambas as suas faces ou bordos de ataque.

5. Grelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por uma folga (Fvbg) entre o ventilador (V) e o bocal da grelha que corresponde à metade da diferença entre um diâmetro interno do bocal da grelha (dbg) e um diâmetro externo (Dv) do ventilador (V).

6. Grelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a razão de aspecto (Zp) entre a profundidade da borda de entrada (Lpe) e a de saída (Lps) dos anéis de proteção estar entre 0,1 e 2,0.

7. Grelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a folga mínima (Dp) entre os pontos de maior largura de dois anéis de proteção adjacentes varia entre 0,1 e 15% do valor do diâmetro externo (Dv) do ventilador (V).

8. Grelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada aleta (A) possuir uma conicidade de borda de entrada (pe) e uma conicidade de borda de saída (ps), além de um raio de borda de entrada (Rpe) e um raio de borda de saída (Rps).