terça-feira, 23 de setembro de 2014

Boletim Técnico 018 - Dimensionamento do Sistema de refrigeração UV a ar


Fonte: http://www.visioncure.com.br/bt/BT_018.pdf

                O presente boletim técnico tem por finalidade discutir o dimensionamento adequado do sistema de refrigeração a ar necessário ao bom funcionamento de lâmpadas UV em sistemas de cura UV.

Definições preliminares
Antes de se avaliar diretamente o dimensionamento do sistema de refrigeração é preciso compreender o funcionamento de um sistema de cura UV. Basicamente os sistemas de cura UV (também chamados de curadoras ou fornos UV) consistem de:
a)      Lâmpada UV (uma ou mais): é a principal responsável pela emissão dos raios UV. Em funcionamento, lâmpadas de mercúrio emitem cerca de 30% de radiação UV, 15% de luz visível e 55% de calor (infravermelho). Dentro dos 30% da radiação UV a distribuição espectral mais comum  é 15% UVC, 8% UVB e 7% UVA. A temperatura no bulbo, quando em funcionamento máximo, irá variar entre 500 e 1100 graus centígrados, dependendo do ponto de medição.
b)      Sistema óptico (um ou mais): é o principal responsável pela congruência dos raios UV emitidos pela lâmpada no ponto focal. Consiste do refletor dissipador e da lâmina refletiva. O refletor, elaborado em alumínio estruturado de alta condutibilidade térmica e lâmina refletiva elaborada com dopagem especular garantem a máxima reflexão dos raios UV e a otimizada absorção do calor gerado para dissipação pelas aletas.
c)       Sistema e exaustão (um ou mais): é o principal responsável pela manutenção do equilíbrio térmico do sistema UV, evitando a degeneração precoce da lâmpada e alterações no comportamento da emissão UV. Consiste do exaustor de ar quente, dutos de exaustão e escape e controle de temperatura.
d)      Sistema de transporte (um): consiste na esteira transportadora responsável pelo transporte do material a ser curado sob a exposição focal da emissão UV.
e)      Sistema de potência e controle (um ou mais): consiste na fonte/transformador responsável pela energização em alta tensão da lâmpada UV e de todo o sistema periférico de controle de sinais a fim de garantir o correto funcionamento de todo o sistema de cura UV.


         Temperaturas esperadas

a)      Lâmpada UV: a única forma eficaz de se medir a temperatura diretamente no bulbo ligado é por meio de sensor óptico encapsulado com quartzo que filtre a absorção de IR na faixa de 4,5 a 4,8 micrômetros. Além disso, deve ser posicionado entre 40 a 100mm do bulbo de modo que a temperatura no encapsulamento de proteção não ultrapasse 65 graus centígrados. Estas cautelas são necessárias para que se obtenham medições realísticas de temperatura. Nos eletrodos a temperatura medida será de aproximadamente 1100 graus centígrados e no meio do bulbo algo em torno de 500 graus centígrados, sob condições ideais de funcionamento e refrigeração. O equilíbrio térmico da lâmpada é identificado quando a mesma, ao ser submetida à corrente de seu projeto, apresenta tensão de +5-10% da tensão de projeto do bulbo, lembrando que em alguns casos há alta tensão envolvida. Com muito calor a tensão tende a aumentar acima do limite e com muita refrigeração a tensão tende a baixar muito.
b)      Sistema óptico: por meio de sensor termopar de contato a temperatura medida nas aletas dissipadoras do refletor deverá oscilar entre 80 e 90 graus centígrados. Temperaturas muito baixas podem provocar falhas na estabilização do arco e muito altas poderão danificar o bulbo.
c)       Sistema de exaustão: por meio de sensor termopar a temperatura medida na saída de escape da exaustão deve oscilar entre 40 e 60 graus centígrados. Temperaturas mais baixas significam excesso de refrigeração (problemas de estabilização do arco) e mais altas significam falta de refrigeração (superaquecimento que danificará o bulbo).


       Dimensionamento do exaustor
Inicialmente é importante que ao se dimensionar o exaustor o projetista verifique as condições de temperatura ambientais ao longo do ano, no recinto onde o equipamento será instalado.
Os cálculos informados a seguir são baseados em experimentos e aplicáveis quando a temperatura ambiente oscile entre 15 e 30 graus centígrados.
O volume de ar de refrigeração dependerá da potência do bulbo. Normalmente o ar quente é extraído por um dos lados do refletor, podendo ser extraído de ambos os lados quando os bulbos forem maiores que 30 polegadas e densidades de potência maiores que 200 w/pol. Sempre é importante efetuar testes de posicionamento da exaustão a fim de avaliar o melhor local de modo a serem garantidas as temperaturas ideais nos processo.




A tabela abaixo serve de referência para o dimensionamento da taxa de exaustão (vazão em m3/min), devendo os valores informados ser multiplicados pela potência total da lâmpada (em kW):

Densidade de Potência (W/pol)

100 a 150

175 a 225

250 a 325

350 a 450

500 a 600
Taxa de exaustão mínima (m3/min)

0,5 m3/min * kW

0,67 m3/min * kW

0,84 m3/min * kW

1,08 m3/min * kW

1,5 m3/min * kW

Observações:
a)      Sempre selecione um exaustor que seja igual ou superior ao valor encontrado pelo cálculo, nunca menos!
b)      Adicione 100% ao volume calculado a fim de considerar a refrigeração do interior do gabinete.
c)       Em equipamentos que operem em menos de 100% (stand by ou meia potência) é preciso considerar que a redução da potência deve ser seguida por redução na exaustão enquanto perdurar o regime.
d)      A tabela calcula taxa de exaustão para uma lâmpada. Desejando usar um único exaustor para maios de uma lâmpada multiplique o valor encontrado pelo número de lâmpadas
e)      Os valores são utilizados para lâmpadas de mercúrio. Lâmpadas dopadas devem ter as taxas de exaustão aumentadas em 30%.

Exemplos de cálculos:
UMA Lâmpada de 8 polegadas, 300 w/pol, potência total 2,4 kW
Refrigeração da lâmpada: 0,84 m3/min * 2,4 = 2,02 m3/min
Refrigeração do interior do gabinete: 100% de 2,02 = 2,02 m3/min
Taxa de exaustão total: 2,02 + 2,02 = 4,04 m3/min

UMA Lâmpada de 50 polegadas, 200 w/pol, potência total 10 kW
Refrigeração da lâmpada: 0,67 m3/min * 10 = 6,7 m3/min
Refrigeração do interior do gabinete: 100% de 6,7 = 6,7 m3/min
Taxa de exaustão total: 6,7 + 6,7 = 13,4 m3/min





                Tão importante quanto dimensionar a taxa de exaustão (vazão) é preciso eleger exaustores cuja pressão da exaustão seja igual ou maior a 200mmHg para que se garanta que a exaustão remova o ozônio gerado no processo (ainda que em baixas concentrações), as poeiras e eventuais solventes voláteis. Pressões inferiores acarretarão na deposição de contaminantes sobre o bulbo, prejudicando sua durabilidade.                 Recomenda-se o uso de exaustores radiais que proporcionam pressões maiores do que os demais.
                Tão importante quanto remover o ar quente do sistema UV é promover o ingresso de ar novo frio e filtrado. Avaliar os pontos de ingresso do ar e instalar os filtros contra poeiras é algo a se considerar no projeto.



Figura 1: exaustor radial 1 CV 18m3/min 210mmHg