PT91867B

PT91867B - Torre de arrefecimento, incluindo a respectiva conduta de transicao e ventilador centrifugo

Info

Publication number: PT91867B
Application number: PT91867A
Authority: PT
Inventors: Vladimir Kaplan; Richard H Harrison
Original assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1995-08-09
Also published as: JP2795701B2; FI894131A; HK141495A; AU619014B2; IL90335A0; AR243276A1; RU1809867C; ATE84131T1; AU3719389A; ZA894054B; DK557689D0; CA1332386C; NZ229379A; CN1042759A; IE892049L; IN172502B; IE62847B1; CN1013610B; NO172557C; NO892440D0

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA

Antecedentes do Invento presente invento refere-se a condutas de ventiladores, e, mais particularmente, a uma conduta de transição entre o accionador de ar, isto é, o ventilador centrífugo, e o consumidor de ar, isto é, o sistema que é servido pelo accionador de ar.

Em muitas aplicações de ventiladores centrífugos, o espa ço é limitado, e pode ser ainda uma matéria decisiva na concepção do sistema. Muitas aplicações exigem que o ventilador esteja ligado a uma conduta de transição de ssída, cujos comprimento e concepção podem ter grande influência nos resultados globais de toda a eficiência da ventilação proporcionada pelo sistema. Tradicionalmente, esta conduta tem tido comprimento considerável e uma configuração simétrica na secção transversal perpendicular à direcção do fluxo de ar.

No Manual de Aplicação de Ventiladores da ''Air Moving 4 Conditionig Association (Associação de Accionamento 1 Condicionamento de Ar), a secção a páginas 22 - 23 indica que a eficiência máxima mencionada nas tabelas de rendimento fornecidas por um construtor só será atingida se na concepção do sistema for incluída uma conduta (transição) comparável ... Para recuperação (100¹/) de velocidade, a conduta (transição) deve ter uma extensão de, pelo menos, dois e meio diâmetros de conduta equivalentes. 0 diâmetro de conduta equivalente para uma conduta rectangular é determinado por uma al

4aw π

w e e igual a tura de conduta a e uma largura velocidades de saída de ar normais de cerca de 1,219 metros por minuto (4.000 pés), o comprimento da conduta de transição deve ser equivalente a 4 diâmetros de conduta, segundo o manual. A perda de eficiência de ventilador pode chegar aos 50jo se houver um cotovelo ou curva análoga muito perto da saída do ventilador.

Os comprimentos das condutas de transiçao recomendados convencionalmente criaram problemas de concepção graves e de. Para

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-3(' ram origem a limitações em certas aplicações de ventiladores, por exemplo quando há ventiladores unidos muito de perto a torres de arrefecimento. Para obter uma eficiência óptima do ventilador, tem de se reservar espaço para o comprimento de conduta de transição recomendado. Por exemplo, nalgumas aplica ções de torre de arrefecimento, é desejável que a torre de arrefecimento seja tão baixa e tão estreita quanto possível. Quando se utiliza um ventilador centrífugo na torre de arrefecimento, quer para admitir ar na torre de arrefecimento quer para expelir ar da torre de arrefecimento, é necessário propor cionar altura e largura adicionais à torre de arrefecimento, para haver o espaço necessário para o comprimento de conduta de transição recomendado.

Sumário do Presente Invento

Por conseguinte, um objectivo do presente invento é proporcionar uma conduta de transição curvilínea para ser utiliza da com um ventilador que proporciona eficiência óptima do ventilador sem comprimento da conduta desnecessária.

Outro objectivo do presente invento é utilizar uma conduta de transição curvilínea com um ventilador centrífugo numa torre de arrefecimento, para aumentar a eficiência de todo o sistema de accionamento de ar.

Outro objectivo do presente invento é melhorar a distriDuição de ar através da torre de arrefecimento.

Outro objectivo do presente invento é proporcionar uma nova conduta de transição que elimina a grave turbulência na zona do corte, turbulência que se observa em geral nas condutas simétricas tradicionais, e proporcionar uma continuidade regular e não súbita no prolongamento da câmara espiral do in vólucro do ventilador, efectuando assim um alto grau de recuperação de pressão e velocidade.

Os objectivos anteriormente mencionados do presente inven to conseguem-se através da formação de uma conduta de transição de configuração assimétrica, e através da ligação do painel superior desta conduta ao elemento de corte do ventilador.

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-4íA conduta de transiçao do ventilador de acordo com o pre sente invento, é uma conduta com quatro lados, na qual a secção ou chapa superior é côncava quando vista de cima. Duas secções laterais unem as secções superior e inferior para for mar a conduta.

comprimento longitudinal total da conduta na direcção do fluxo de ar é menor que o diâmetro de conduta equivalente. Isto é completamente diferente da técnica correntemente ensina da neste domínio. As economias de espaço devidas ao menor com primento da conduta produzem diminuições significativas nas dimensões a prever para os sistemas de aquecimento e arrefeci, mento ou torres de arrefecimento, em que a conduta do presente invento é utilizada. Essas economias são especialmente desejadas numa torre de arrefecimento, em que se desejam menores altura e largura globais. 'Quando se utiliza um ventilador cen trífugo com a conduta do presente invento, o ventilador pode ser montado a partir de uma descarga horizontal para o ventila dor, após o que o fluxo de saída da conduta será um pouco para cima devido ao ângulo agudo entre as faces de entrada e saída. Como variante, o ventilador pode ser montado rotativamente pa ra descarregar para baixo a partir da horizontal, para que a direcção de saída do ar da conduta seja horizontal. Prefere-se uma disposição deste género em aplicações em torres de ar refecimento.

Breve Descrição dos Desenhos

Nos desenhos, a figura 1 é uma vista em perspectiva de uma conduta de transição de ventilador de acordo com o presente invento;

a figura 2 é uma vista lateral de um ventilador centrífugo unido a uma conduta de transição de ventilador de acordo com o presente invento;

a figura 3 é uma vista lateral em corte transversal parcial de uma torre de arrefecimento em contracorrente que tem um ventilador centrífugo ligado a uma conduta de transição de ventilador de acordo com o presente invento;

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-5a figura 4 é uma vista lateral de um conjunto ventilador-conduta inteiramente rectangular convencional;

a figura 5 é uma vista lateral· de um conjunto ventilador-conduta ampliado simétrico convencional; e a figura 6 é uma vista lateral de um ventilador centrífugo ligado a uma segunda forma de realização de uma conduta de transição de ventilador de acordo com o presente invento. Descrição da Forma de Realização Preferida

Fazendo agora referência a figura 1 dos desenhos, está indicada de modo geral em 10 uma conduta de transição curvilínea de acordo com uma forma de realização do presente inven to. A conduta 10 é geralmente constituída por chapa metálica e é geralmente galvanizada para ter resistência à corrosão. A secção superior 12 da conduta 10 é constituída por uma secção côncava de metal (quando vista de cima da conduta 10). A secção superior 12 é côncava ao longo do eixo de conduta longitu dinal que é definido como coincidente com a direcção da deslo cação do ar. A secção inferior 14 da conduta 10, pode ser pia na côncava, ao longo do eixo de conduta longitudinal (quando vista de cima da conduta 10). As secções extremas 16 e 18 são geralmente secções de metal iguais. Podem ser um pouco curvas para casos em que a conduta também se expande lateralmente.

As secções extremas 16 e 18 têm bordas superiores 30 e 32, res pectivamente, que estão unidas a bordas laterais respectivas da secção superior 12. Por conseguinte, as bordas superiores 30 e 32 das secções extremas 16 e 18 são curvadas de maneira côncava (quando vistas da conduta acima 10) correspondente à curvatura da secção superior 12. As secções extremas 16 e 18 tamoém têm cordas inferiores 34 e 36, respectivamente, que eq tão unidas a bordas laterais respectivas da secção inferior 14. Por conseguinte, as bordas inferiores 34 e 36 das secções extremas 16 e 18 podem ser encurvadas de maneira côncava (quan do vistas da conduta acima 10) que corresponde a casos em que a secção inferior 14 pode ser curva. As secções superior e extrema mencionadas acima estão representadas com curvatura re69 336

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-6gular, enquanto que a secção inferior pode ser recta ou curva. Todavia, deve entender-se que a secção inferior 14 pode compre ender ou incluir um ou uma pluralidade de aumentos 14A planos, e a secção superior 12 pode compreender ou incluir um ou uma pluralidade de aumentos 12A planos, até ao ponto em que a con duta de transição global é inclinada de modo a divergir de ma neira gradual. Isto assegura que a altura da saída 22 seja sempre maior que a altura da entrada 20.

A entrada de ar 20 é formada pelas quatro bordas da secção superior 12, secção lateral 16, secção inferior 14 e secção lateral 18 num lado longitudinal da conduta 10. A saída de ar 22 é formada em geraL pelas quatro bordas da secção superior 12, secção lateral 16, secção inferior 14 e secção lateral 18 no outro lado longitudinal da conduta 10. A altura total da saída 22 é sempre maior do que a altura da entrada 20. Por conseguinte, a altura das secções extremas 16 e 18 na saída 22 é maior do que as suas alturas na entrada 20. As seç ções extremas 16 e 18 são preferivelmente encurvadas para fora lateralmente em direcção à saída 22, de maneira que a largura total da saída 22 seja geralmente maior que a largura da entrada 20. A secção inferior 14 tem maior comprimento longitudinal que a secção superior 12.

Planos imaginários em contacto com as cordas da entrada 20 e da saída 22, quando prolongados acima da conduta 10, for mam um ângulo A que mede entre 1° e 60°, e preferivelmente en tre 5° e 45° de acordo com o presente invento.

Fazendo de novo referencia a figura 2, o ventilador centrífugo 40 está ligado à entrada 20 da conduta 10 de maneira que o prolongamento 31 da secção superior 12 da conduta se una ao corte 48 do ventilador, na zona de sopro confinada entre os lados e o fundo do ventilador, e o elemento de corte. Sssa configuração promove recuperação de pressão e velocidade ao aumentar a expansão a jusante da zona de corte 48. 0 contorno expandido verticalmente da conduta 10 elimina a separação de ar presente em condutas compridas convencionais, em que o fluxo de ar se expande repentinamente entre a saída do

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-7ventilador 42 e a conduta.

ventilador 40 está inclinado segundo um ângulo A em re lação à vertical, de maneira que a saída 22 da conduta 10 seja vertical. A saída 22 está ligada, por sua vez, a um sistema 46, por exemplo uma torre de arrefecimento. Em alternativa, o ventilador 40 teria a base horizontal e então a saída 42 do ventilador seria um plano vertical ou estaria unida à entrada 20 da conduta. Essa orientação do ventilador é uma opção de concepção. Deve entender-se que a conduta 10 pode adaptar-se, virtualmente, a qualquer orientação de ventilador, tanto completamente vertical como completamente horizontal ou qualquer outra orientação de ventilador que seja indicada pela concepção e necessidades de instalação.

Fazendo agora referenciei à figura 3, o ventilador centrí. fugo 40 está ligado à conduta 10 que, por sua vez, está ligada na sua saída 22 à entrada 52 da torre de arrefecimento 50 em contracorrente. A torre de arrefecimento 50 funciona de ma neira a arrefecer um líquido transportado na conduta 56 superior. A aspersão de líquido tem contacto com chapas de enchimento 54 que estão colocadas numa disposição espaçada lado a lado, de maneira que o líquido entra em contacto e corre para baixo sobre as chapas de enchimento 54. 0 ar, que passa pela conduta de transição sugerida, adquire uma componente vertical nas suas linhas de corrente devido à forma côncava do painel superior da conduta. Uma tal direcção é muitíssimo henéfica para a distribuição de ar através da zona de face de enchimein to 70.

Além disso, a expansão de ar no espaço entre a zona de face 70 e o nível de água 62, assim como a expansão de ar entre as chapas de enchimento, promove a recuperação adicional de pressão e velocidade. Desta maneira, todo o sistema de accionamento do ar se torna mais eficiente. 0 ar passa de baixo para cima entre as chapas de enchimento 54 e as frestas 60 superiores. As frestas ou eliminadores 60 são geralmente lâminas pouco espaçadas para recolherem uma grande quantidade das gotículas líquidas transportadas pelo ar, sopradas para

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-8cima pelo ar, e forçarem as mesmas a cair de cima para baixo nas chapas de enchimento 54. 0 líquido é arrefecido enquanto passa de cima para baixo ao longo das chapas de enchimento 54 e cai para um nível de funcionamento no depósito 68. 0 líquido é retirado do depósito 68 e utilizado no aparelho de arrefecimento para absorver calor. 0 líquido aquecido é devolvido para a conduta 56 superior, da qual o líquido sai através do aspersor 58 para iniciar a operação de arrefecimento do líqui. do conforme descrita acima.

Quando o sistema é paralisado por diversas razões, a aspersão de líquido cessa e quase todo o líquido é armazenado no depósito 68 no nível de paragem 64.

Este nível de líquido 64 de paragem está representado mais elevado do que o nível de funcionamento 62. Devido ao ventilador 40 estar ligado à torre de arrefecimento 50 por meio de uma conduta de transição 10 curvilínea, o mesmo é fixado para cima e para fora da abertura de entrada 52 para a câmara 66. Assim, o ventilador 50 está localizado acima do ní vel de paragem 64 mais elevado, assegurando deste modo que o líquido nunca entra em contacto com a roda do ventilador 41. Obtêm-se, economias adicionais de espaço importantes com o em prego da conduta de transição, em comparação com uma conduta com um comprimento igual, pelo menos, a 2,5 diâmetros equivale tes de conduta. Por outro lado, para obter a máxima eficiência do fluxo de ar para o interior da câmara 66 e através das chapas de enchimento 54, prefere-se dimensionar a conduta de transição curvilínea de maneira que a saída 22 desta se adapte substancialmente as dimensões de altura e largura da entrada 52 para a câmara 66.

As figuras 4 e 5 representam conjuntos ventilador-conduta convencionais, para a conduta rectangular indicada de maneira geral em 71 com o ventilador 72 e na figura 5, uma conduta de expansão simétrica representada de maneira geral em 80 com o ventilador 82. A orientação conhecida na indústria de movimentação de ar é ligar a conduta de descarga na zona de saída, conforme está representado nas figuras 4 e 5 e também conforme representado no Manual de Aplicação de Ventilado69 336

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-9res da Air Moving & Conditioning Association (Associação de Accionamento à Condicionamento de Ar) mencionado acima. Estas condutas de descarga têm ângulos de expansào iguais ET e EB nos painéis superior e inferior, conforme está representado nas figuras 4 e 5: AT = AB = 0, para a conduta rectangular 71 na figura 4 e | + ET | - | - EB |, para a conduta de expansão simétrica 80 representada na figura 5. Nesses contornos, o perfil de velocidade assimétrica vertical do ar que sai da zona de sopro é tratado de maneira regular através da altura da conduta, diminuindo assim o efeito de recuperação de pressão e velocidade na zona de corte. Por outro lado, a expansão de ar súbita entre a zona de sopro e a zona de saída provoca uma perda de pressão significativa no sistema ventilador-conduta, devido a turbulência 84 a jusante do corte.

A conduta assimétrica do presente invento elimina a sepa ração de fluxo e a formação de turbulência 84 que se observam nas condutas compridas simétricas, e, desta maneira, proporciona meios para uma expansão regular e sustentada do fluxo de ar que sai da zona de sopro.

0ontrariamente ao que sucede nos conjuntos ventilador-conduta convencionais, nos quais a conduta de transição está ligada à zona de saída 42 na figura 4, a conduta assimétrica do presente invento une o invólucro do ventilador 40 com o ele mento de corte da zona de sopro, e, em seguida, expande-se simetricamente no sentido da largura e assimetricamente no sent£ do da altura (conforme está representado na figura 2).

grau da expansào em altura pode ser descrito em termos de inclinação de painel superior 12, DT, e inclinação de painel inferior, DB, conforme se representa na figura 2.

DT e DB são considerados positivos se coincidem com a di, recçào do desenvolvimento da voluta do invólucro de ventilador, e negativos para uma direcção oposta. Embora teoricamente estes ângulos pudessem ter sinais contrários, essa situação conduziria praticamente a separação de corrente em volta da secção central da conduta 10, e, subsequentemente, a uma diminuição da eficiência do ventilador. Portanto, recomenda-se que DT e

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-10DB tenham a mesma direcção positiva. Como variante, o ângulo DB pode ser nulo para a versão de fundo recto.

A expansão real da conduta 10 resulta de um efeito combinado produzido pelos desvios dos painéis superior 12 e inferior 14 / expansão = f(^2“^l^ — ' ^e P^e^^a expansão no sentido da largura causada pelo facto de a lurgura da saída 22 po der ser maior que a largura da entrada 20. Embora a técnica conhecida indique uma construção em que os ângulos são iguais e têm direcções opostas, a conduta assimétrica 10 mais curta implica que o ângulo superior seja maior do que o ângulo infe rior. Para a conduta superior sugerida, o ângulo DT deve ter um valor entre 5° e 64°, e o ângulo Dh da conduta mais alta deve estar entre 3° e 32°, com os espectros de versão curva preferível de 10° a 47° e 5° a 19°, respectivamente.

Uma consideração muitíssimo importante da geometria da conduta assimétrica é a curvatura do componente painel superi. or. Deve entender-se que esta configuração proporcionará uma expansão regular e sem obstrução do fluxo de ar proveniente da zona de sopro e dirigido para a conduta ou equipamento servido pelo ventilador.

A conduta assimétrica proporciona uma grande versatilida de em instalações de ventilação, visto que o ângulo de montagem A pode variar conforme as aplicações. A gama desejável normal do ângulo A vai de 1° a 60° para aplicações gerais de movimentação de ar, ao passo que no caso de torres de arrefecimento, por exemplo, o espectro preferível deverá ser de 5° a 45°.

conceito de conduta alternativo indicado em 90 na figura 6 tem inclinação de zero graus entre o plano de entrada 92 e a saída 96. Deve ocservar-se que a chapa inferior 94 é plana, embora a altura da entrada 96 seja sempre maior que a altura da entrada 92, devido à curvatura da placa superior 98.

Claims

REIVINDICAÇÕE3

1&. - Conduta de transição que compreende uma secção de placa inferior, duas secções de piaca lateral que se prolongam de baixo para cima a partir das bordas laterais da referida secção de placa inferior e unidas as mesmas, e uma secção de placa superior que tem uma forma geralmente côncava ao longo da direcção longitudinal da conduta de transiçao e com bordas laterais unidas a bordas supe riores das referidas secções de placa lateral, formando as referidas secções de placa inferior, la teral e superior uma abertura de entrada aproximadamente rectan guiar, num lado longitudinal da referida conduta de transição, e uma abertura de saída, aproximadamente rectangular, no outro lado longitudinal da referida conduta de transição, caracterizada por a referida secção de placa inferior ter maior comprimento longitudinal do que a referida secção de pia ca superior, de maneira que um primeiro plano, em contacto com as bordas da referida abertura de entrada, intercepta um segun do plano, em contacto com as bordas da referida abertura de saída segundo um ângulo de 1° a 60°.
2^. - Conduta de transição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as bordas laterais terem bordas superiores inclinadas de maneira que a altura da abertura de entrada é menor do que a altura da abertura de saída.

35. - Conduta de transição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a placa inferior ser curva devido a formação de uma pluralidade de secções planas aumentando sucessj. vament e.

45. - Conduta de transição de acordo com a reivindicação

1, caracterizada por 0 raio de curvatura da referida secção de placa superior ser menor do que o raio de curvatura da referi, da secção de placa inferior.

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-125§ . - Conduta de transição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as bordas laterais serem côncavas ao lon go da direcção longitudinal da conduta de transição, de manei, ra que a largura da abertura de saída é maior do que a largura da abertura de entrada.
6⁵ . - Ventilador centrífugo unido a uma conduta de transição , compreendendo o referido ventilador centrífugo um corpo aproximadamente cilíndrico que tem uma saída de ventila dor aproximadamente rectangular com lados, um fundo e um corte superior, compreendendo a referida conduta de transição uma secção de placa inferior, duas secções de placa lateral que se prolongam de baixo para cima a partir das bordas laterais das referidas secções de placa inferior e unidas as mesmas, e uma secção de placa superior que tem forma côncava ao longo da direcção longitudinal da conduta de transição e com bordas laterais unidas a bordas superiores das refe ridas secções de placa lateral, formando as referidas secções inferior, laterais e superior uma abertura de entrada aproximadamente rectangular num lado longitudinal da referida conduta de transição e uma abertura de saída aproximadamente rectangular no outro lado longitudinal da referida conduta de transição, caracterizado por a referida secção de placa inferior ter um comprimento longitudinal maior do que a referida secção de placa superior, de maneira que um primeiro plano em contacto com as bordas da referida abertura de entrada intercepta um segundo plano em contacto com as bordas da referida abertura de saída segundo um ângulo de 1° a 60°, e por a referida saída de ventilador ter uma zona aberta confinada entre os lados e o fundo do ventilador e o corte superior da saída de ventilador, unida à placa superior da abertura de entrada da referida conduta de transição.

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-137ã . - Torre de arrefecimento em contracorrente que compre ende uma secção de entrada de ar e uma secção de saída de ar, um ventilador centrífugo montado na referida torre de arrefecimento para forçar ar para dentro da referida secção de entrada de ar, tendo o referido ventilador uma saída com lados, um fundo e um corte superior, e uma conduta de transição que liga o referido ven tilador a referida secção de entrada de ar que compreende uma secção de placa inferior, duas secçães de placa lateral que se prolongam de baixo para cima a partir das bordas laterais das referidas secções de placa inferior e unidas às mesmas, e uma secção de placa superior que tem forma cônca va ao longo da direcção longitudinal da conduta de transição e com bordas laterais unidas a bordas superiores das referidas secções de placa lateral, formando as referidas secções de placa inferior, la teral e superior uma abertura de entrada aproximadamente rectan guiar num lado longitudinal da referida conduta de transição e uma abertura de saída aproximadamente rectangular no outro lado longitudinal da referida conduta de transição, caracterizada por a referida secção de placa inferior ter um comprimento longitudinal maior do que a referida secção de placa superior, de maneira que um primeiro plano em contacto com as bordas da referida abertura de entrada intercepta um segundo plano em contacto com us bordas da referida abertura de saída segundo um ângulo de 1° a 60°, e a referida saída de ventilador ter uma área aber ta confinada entre os lados e o fundo do ventilador e o corte superior do ventilador unido a placa superior da abertura de entrada da referida conduta de transição.
8-, - Torne de arrefecimento de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por a referida abertura de saída da refe rida conduta de transição corresponder aproximadamente às dimensões da referida secção de entrada de ar da referida torre

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-14de arrefecimento.
9^. - Torre de arrefecimento de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por a referida secção de saída de ar incluir meios de enchimento que compreendem uma série de chapas paralelas, e um sistema de aspersão de fluido que tem um distribuidor com uma pluralidade de bicos de aspersão montados acima dos referidos meios de enchimento e um tabuleiro de recolha de fluido sob os referidos meios de enchimento, e o referido ventilador centrífugo estar montado de baixo para cima a partir do referido tabuleiro de recolha de fluido, de maneira que o nível de fluido máximo atingido quando os referidos bicos de aspersão não estão a funcionar, não chegue ao ventilador centrífugo.
10^. - Torre de arrefecimento de acordo com a reivindica çào 9, caracterizada por os referidos meios de enchimento estarem espaçados verticalmente acima do referido tabuleiro de recolha de fluido, de maneira que se forma um espaço entre a borda inferior dos meios de enchimento e o tabuleiro de recolha de fluido.
11-. - Conduta de transição que compreende uma secção de placa inferior, duas secções de placa lateral que se prolongam de baixo para cima e estào unidas a bordas laterais da referida secção de placa inferior, e uma secção de placa superior que tem uma forma aproximadamente côncava ao longo da direcção longitudinal da conduta de transição e com bordas laterais unidas a bordas superiores das referidas secções de placa lateral, formando as referidas secções de placa inferior, lateral e superior uma abertura de entrada aproximadamente rectangular, que tem bordas laterais verticais num lado longitudinal da referida conduta de transição e uma abertura de saída aproximadamente rectangular com bordas laterais verticais no outro lado longitudinal da referida conduta de tran-