LABORATORIO DE INGENIERÍA TÉRMICA HIDRAÚLICA EXPERIMENTAL
Tema: Profesor: Pertenece a:
Ensayo Completo de Ventilador Centrífugo Pinto Espinoza, Hernán
Reyna Jara, Pierre Alberto Torres Quispe, César Ernesto Zuloaga Aparicio, Roberto Elías
2011
052857K 052850F 054243J
“
Ensayo Completo de Ventilador Centrífugo”
1
INDICE Pág. I.
Resumen
3
II.
Introducción
3
III.
Marco Teórico
4
IV.
Materiales y Métodos
7
V.
Resultados y Observaciones
12
VI.
Conclusiones y Recomendaciones
15
VII.
Bibliografía
16
2
I.
RESUMEN
En el presente informe se describe el funcionamiento de un Ventilador Centrifugo, además de corroborar las graficas obtenidas teóricamente, llamadas “curvas características” , bajo parámetros como: caudal (Q ), eficiencia (η), potencia (P), variando el caudal a un determinado número de revoluciones que se mantiene constante, con los datos obtenidos en la experiencia realizada el21de Setiembre del presente año, en el laboratorio de Máquinas Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería Mecánica.
II.
INTRODUCCIÓN
Los ventiladores centrífugos, así como las bombas centrifugas,son usados para transportar un fluido de un punto a otro, pero a diferencia de las bombas, este fluido generalmente es aire. Pudiendo transportarse materiales inmersos en el flujo constante de aire. Además de poder ser usadas como elementos de ventilación en los sistemas que sean requeridos. Debido a esto, tienen una gran demanda en la industria como por ejemplo en la de procesamiento de materiales polvorientos, por lo que se hace necesario estudiar su comportamiento. Los ventiladores pueden ser axiales o radiales, según sea la dirección que sigue el flujo en su recorrido por el rotor. El ventilador eleva la presión del aire dentro del rango de 0 -1000 mm de columna de agua. A pesar de que el aire es un fluido altamente compresible, dado el hecho de que el ventilador eleva relativamente poco la presión del aire, este se puede considerar incompresible. Los ventiladores axiales son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamente grande comparado con la altura de presión que va a proporcionar el ventilador; teniendo su aplicación en quemadores y cámaras de combustión, ventilación, tiro forzado en calderas, torres de enfriamiento, procesos de secado, etc. Los ventiladores radiales, llamados también centrífugos, son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamente bajo comparado con la altura de presión que va a proporcionar el ventilador; y son aplicados en el transporte neumático, quemadores y cámaras de combustión, colectores de polvo, procesos de secado, chimeneas, aire acondicionado, etc. Lo que determina cuando se debe utilizar un ventilador radial o axial es la eficiencia. Esto se refleja en la cifra llamada Número Específico de Revoluciones de Caudal , el rango dentro del cual un ventilador axial es más eficiente que uno radial es de 80-600, y los radiales esta entre 20-80, en el sistema métrico.
3
III.
MARCO TEÓRICO Ventilación La ventilación puede definirse como la técnica de sustituir el aire ambiente interior de un recinto, el cual se considera indeseable por falta de temperatura adecuada, pureza o humedad, por otro que aporta una mejora. Esto es logrado mediante un sistema de inyección de aire y otro de extracción, provocando a su paso un barrido o flujo de aire constante, el cual se llevará todas las partículas contaminadas o no deseadas
Ventilador Es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se puede definir también como una turbomáquina que transmite energía para generar la presión necesaria para mantener un flujo continuo de aire. Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente eléctrico, con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulación de velocidad, conmutación de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le transmite energía. Este propulsor adopta la forma de rodete con álabes, en el caso del tipo centrífugo, o de una hélice con palas de silueta y en número diverso, en el caso de los axiales.
Ventiladores centrífugos En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta. Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes: I. II. III.
Álabes curvados hacia adelante, Álabes rectos, Álabes inclinados hacia atrás / curvados hacia atrás.
Curvas Características de un Ventilador Según sea el ventilador, su curva característica adopta una u otra forma, Los ventiladores centrífugos, en general, son capaces de manejar presiones altas con caudales más bien bajos. En la figura 3 se observa una curva característica de un ventilador centrífugo en términos de la presión total, la presión estática y la presión dinámica.
4
Punto de trabajo de un ventilador Para conocer el punto en que trabajará un ventilador, una vez determinada la pérdida de carga que debe vencer el mismo, no hay más que, sobre el eje de ordenadas, señalar la pérdida de carga en mmca (milímetros de columna de agua). Si se dispone de la característica resistente del sistema, se puede encontrar de forma fácil el punto de trabajo de un ventilador acoplado al mismo, al superponer las curvas características del ventilador y resistente del conducto según se indica en la Fig.
La ecuación de Bernoulli
HB (
Ps Pe
)(
Vs2
Ve2
2g
) Zs Ze
Ps y Pe: Son las pérdidas estáticas de succión y de descarga. Vs y Ve: Son las velocidades del aire en la succión y descarga. Zs y Ze: Las alturas geodesias. : Peso Específico del aire. g: Aceleración de la gravedad
Objetivo General •
Contrastar los datos y graficas obtenidos teóricamente de un ventilador centrífugo, a partir de la experimentación régimen constante y variable.
Objetivos Particulares • •
Hacer un análisis de las curvas características del ventilador centrífugo. Determinar el comportamiento de un ventilador centrífugo a diferentes condiciones de funcionamiento.
5
IV.
MATERIALES Y METODOS
Descripción de Equipo e Instrumentos
6
Fotos y Esquemas
Procedimiento •
• • •
•
• • • •
Marcar 6 posiciones distintas del cono regulador de caudal para las cuales se realizará la experiencia. Para obtener 8 condiciones de funcionamiento para cada RPM. Nivelar el micromanómetro diferencial y conectarlo al tubo de Pitot. Chequear que el indicador de variación de cambio de velocidad, esté al mínimo. Nivelar la plataforma para que el medidor del torque reactivo del motor eléctrico marque cero. Sujetar la plataforma basculante para evitar el golpe producido por el par de arranque al encender el motor. Encender el motor y fijar una velocidad de trabajo. Se coloca el cono en la primera posición marcado previamente. Para cada posición del cono tomar los siguientes datos: Presión de velocidad, presión total, el voltaje, amperaje y las RPM a las que gira el rotor. 7
• •
Repartir lo mismo a partir de 7 para otras RPM. Una vez realizada la experiencia, llevar la velocidad de rotación al mínimo y apagar el motor.
8
Toma de Datos: N = 625 RPM
N = 725 RPM
N = 826 RPM
N = 930 RPM
he
hv
he
hv
he
hv
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
he (mm)
hv (mm)
1
15
1
19
1
27
1
35
3.5
2
14
1.5
19
2
25
2
32
4
3
12
1.9
18
3
23
2.5
28
5
4
11
2.2
16
3.5
21
3
26
6
5
10
2.7
15
4.2
19
4
25
7.5
6
9
3.1
13
4.3
17
5
23
10
Análisis y Metodología de Cálculo Para el siguiente juego de datos tenemos el siguiente proceso de cálculo: he (mm)
hv (mm)
12
1.9
Aplicando bernulli en 1(succión) y 2 (descarga)
H b
( h II
h I ) ( hv 2
hv1 ) ( Z 2
Z 1 )
Reemplazando: H b
(0.012
H b
0.1339 m
0) (0.0019
0) (0.12 )
9
C max
Calculo de la velocidad máxima
2 * g * hv *
a
Donde: g = 9.82m/s² a
Peso específico del agua.
Peso específico del aire.
Reemplazando: C m ax
2 * 9.81 * 0.0019 *
998 .2 1.204
C m ax
5.56 m / s
Calculo de la velocidad media
C me d
K * C m ax
Donde: K= (0.81 – 0.82)
Reemplazando: C me d 0.82 * 5.56
C me d 4.56 m / s
Calculo del caudal (Q) 2
Q
* D0 * 4
* C med
Donde: D0 = Diámetro del ducto = 0.18m
10
Reemplazando: Q
V.
* 0.18
2
*
* 4.56
Q
4
0.116m³ / s
RESULTADOS Y OBSERVACIONES N = 625 RPM
Vmax
Cm
Q (m³/s)
4.03315619
3.307188074
0.084157686
4.93958736
4.050461633
5.55932215
H
Ph
Pe
P
nvent
0.136
0.00013518
0.195663
0.16631355
0.08128316
0.103071694
0.1355
0.00016496
0.195
0.16575
0.09952236
4.558644165
0.116003364
0.1339
0.00018346
0.20064
0.170544
0.10757472
5.98213736
4.905352638
0.12482602
0.1332
0.00019638
0.198501
0.16872585
0.11639202
6.62715187
5.43426453
0.138285189
0.1327
0.00021674
0.201878
0.1715963
0.12630896
7.10110424
5.822905475
0.148174896
0.1321
0.00023119
0.20174
0.171479
0.13482238
N = 725 RPM Vmax
Cm
Q (m³/s)
H
Ph
Pe
P
nvent
4.03315619
3.307188074
0.084157686
0.14
0.00013916
0.231
0.19635
0.07087391
5.70374418
4.677070228
0.119016941
0.141
0.00019821
0.232587
0.19769895
0.100258
6.98563143
5.728217775
0.145765388
0.141
0.00024276
0.235382
0.2000747
0.12133242
7.54534432
6.187182344
0.157444613
0.1395
0.00025942
0.23858
0.202793
0.1279218
8.26551058
6.777718674
0.172471933
0.1392
0.00028357
0.241188
0.2050098
0.13831795
8.36333068
6.857931155
0.174513092
0.1373
0.000283
0.2432
0.20672
0.13690255
N = 826RPM Vmax
Cm
Q (m³/s)
4.03315619
3.307188074
0.084157686
5.70374418
4.677070228
6.37697986
H
Ph
Pe
P
0.148
0.00014711
0.277425
0.23581125
0.0623859
0.119016941
0.147
0.00020664
0.28249
0.2401165
0.08605966
5.229123483
0.133064985
0.1455
0.00022868
0.28497
0.2422245
0.094407
6.98563143
5.728217775
0.145765388
0.144
0.00024792
0.29064
0.247044
0.10035479
8.06631238
6.614376148
0.168315372
0.143
0.00028429
0.293562
0.2495277
0.11392959
9.0184114
7.395097348
0.188182306
0.142
0.00031562
0.296765
0.25225025
0.12512123
11
nvent
N = 930RPM Vmax
Cm
Q (m³/s)
H
Ph
Pe
P
nvent
7.54534432
6.187182344
0.157444613
0.1585
0.00029475
0.339549
0.28861665
0.10212479
8.06631238
6.614376148
0.168315372
0.156
0.00031013
0.345097
0.29333245
0.10572648
9.0184114
7.395097348
0.188182306
0.153
0.00034007
0.349107
0.29674095
0.11460095
9.87917471
8.100923265
0.206143388
0.152
0.00037009
0.358288
0.3045448
0.12152267
11.0452531
9.057107551
0.230475315
0.1525
0.00041514
0.36156
0.307326
0.13507981
12.7539597
10.45824697
0.26612997
0.153
0.00048093
0.364056
0.3094476
0.15541524
0.15 0.148 0.146
Q Vs H (625RPM)
0.144
Q vs H (725 RPM)
0.142
Q Vs H (826 RPM)
0.14
Q Vs H (930 RPM) Poly. (Q Vs H (625RPM))
0.138
Poly. (Q vs H (725 RPM))
0.136
Poly. (Q Vs H (826 RPM)) 0.134
Poly. (Q Vs H (930 RPM))
0.132 0.13 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.0009 0.0008 0.0007
Q vs PH(625RPM)
0.0006
Q Vs Ph (725RPM) Q vs Ph (826 RPM)
0.0005
Q vs Ph (930RPM)
0.0004
Poly. (Q vs PH(625RPM))
0.0003
Poly. (Q Vs Ph (725RPM))
0.0002
Poly. (Q vs Ph (826 RPM)) Poly. (Q vs Ph (930RPM))
0.0001 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
12
0.5
0.3 Q Vs n (625 RPM)
0.25
Q vs n (725RPM) 0.2
Q vs n (826RPM) Q vs n (930RPM)
0.15
Poly. (Q Vs n (625 RPM)) 0.1
Poly. (Q vs n (725RPM)) Poly. (Q vs n (826RPM))
0.05
Poly. (Q vs n (930RPM)) 0 0
VI.
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Al aumentar las RPM obtenemos una mayor altura de presión entregada por el ventilador para un mismo caudal de aire. La altura de presión disminuye al aumentar el caudal requerido. La potencia consumida por el eje del ventilador aumenta directamente con la velocidad de giro (RPM) El ventilador centrífugo es más eficiente a 2410RPM comparado con las otras velocidades de giro.
Recomendaciones
Se recomienda que cuando se tome los datos de las revoluciones con el aparato electrónico sean tomadas perpendiculares al eje para que salga bien los datos y que los datos de los medidores que cuantifican los valores deban ser tomados con precisión.
13
VII.
BIBLIOGRAFÍA
14
