Facultad de Ingeniería Mecánica TURBOMAQUINAS I Monografía
Diseño de rotores radiales y axiales Alumnos: •
CAUTI AGREDA, César Martin -
20064004A
•
CHAVEZ R!A!, "#$ro Da%i$ -
200600&6G
• "AREDE! !T, A'#(an$ro Dan) - 2006200*E
Profesor: Ing+ Artro Ma'$ona$o Código de Curso: Sección:
C
M 2.2
UNI - 2010 - I
DISEÑO DE UN ROTOR RADIAL
Di/#nsion#s $#' Rotor D* D2 * 2 * 2 #
*2& 224 46,2 .1,& &4,3& 65 *,& *2
// // // // //
Va'or#s as/i$os nV n/ n7 8r#%9/in:
0,5 0,5& 0,3 0,634 .&00
Con 'os $atos g#o/étri;os $#' rotor ) 'os %a'or#s as/i$os
#? s1, 2 =
e
[ mm ]
se sen β 1, 2
Una %# ;a';'a$o $i;7o
Don$#?
π × D1, 2 × N 60
D1, 2
#n /+,
[m / s]
N #n r
As/i/os # 'a ' a #ntra$a $#' air# a' rotor #s ra$ia', #s $#;ir >#
α 1
= 90 º , #nton;#s? c1
u1
=
tan
×
1
[m / s]
A' s#r 'a #ntra$a ra$ia', s# ;/<'# ># 'a %#'o;i$a$ /#ri$iana #s iga' a 'a %#'o;i$a$ aso'ta $#' f'i$o? cm 1
[m / s ]
c
= 1
B#go, ;a';'a/os 'a %#'o;i$a$ r#'ati%a $#' f'i$o r#s<#;to $#' ='a# #n a(a
u
sec
= 1 ×
[m / s ]
1
Con #sto, )a t#n#/os $#sarro''a$o #' tri=ng'o #n a(a #
1 0
=
3
( D
π × 1, 2
s
− 1, 2
z )
b
m,
⋅ s1, 2 ⋅ b1, 2 #n
Don$#? D
1, 2
cm
× 1, 2 ×
[lt / s ]
1, 2
cm 1, 2
#n
m / s
Uti'iar#/os 'os $atos $# a(a # )a 7#/os ;a';'a$o, ) $#t#r/inar#/os #' ;a$a' $#' rotor+ D#s<és, a<'i;an$o 'a /is/a f@r/'a, 7a''ar#/os #' %a'or $# 'a %#'o;i$a$ /#ri$iana #n a'ta
cm 2
Ca';'a/os 'as $#/=s ;o/
c m
=
csc
2 ×
[m / s ] ∧
2
w u
2
cm
=
co t
2 ×
[m / s]
2
B#go, ;a';'a/os 'a
= u2 − w u
[m / s ]
2
ina'/#nt#, $#t#r/ina/os #' =ng'o α 2 ) #' /o$'o $# 'a %#'o;i$a$ aso'ta #n 'a ona $# a'ta+ cm α 2 = arctan 2
cu2
∧
2
c2 = cm 2 +cu 2
2
[m / s ]
A$i;iona'/#nt#? A1, 2
=
Qr
[m 2 ]
cm1, 2
Don$#? Qr #n m 3 / s ,
cm 1, 2 #n m / s
Ca';'#/os 'a a'tra t#@ri;a $# E'#r+ H r ∞ =
u2 ×cu 2 g
[ m]
"ara #ntra$a ra$ia'
"ara $#t#r/inar 'a a'tra ;orr#gi$a $# E'#r o si/<'#/#nt# a'tra $# E'#r, n#;#sita/os #' ;o#fi;i#nt# $# r#sa'a/i#nto ># 'o $#t#r/inar#/os /#$iant# 'as f@r/'as $# "f'#i$#r#r ) E;#rt+
"f'#i$#r#r 8
D2
> 0.5) µ
=
1 1 + ε
Don$#,
D = 0.4 +1.2 1 × D2
2k
D1 2 z × 1 − D2
E' %a'or $# s# ;a';'a /#$iant#? k
0.5 5 =
0 .6 × s e n +
2
Don$#?
β 2 ? =ng'o $# $is#o 8$#' ='a#:
? nF/#ro $# ='a#s+
E;#rt 1 π . senβ 2
µ = 1+
2 z .1 −
r 1
r 2
Consi$#ra/os #' %a'or $#' ;o#fi;i#nt# $# r#sa'a/i#nto $# E;#rt $#i$o a ># #s #' /=s ti'ia$o #n o/as ) %#nti'a$or#s+ H r
µ H r ×
=
[m]
B#go, 'a a'tra n#ta o #f#;ti%a $#' %#nti'a$or s#r=? H
η
H r
= h ×
[m]
E' ;a$a' r#a' ># ;ir;'a s# $#t#r/ina /#$iant# 'a ;onsi$#ra;i@n $# 'a #fi;i#n;ia %o'/étri;a sor# #' ;a$a' $#' rotor+ Q
η
Qr
= v ×
[lt / s ]
!o'o nos fa'ta 'a a'tra ;o/o
Don$#?
Q #n m 3 / s
γ .Q .H
[kW ]
102
, H #n m , γ = 1.293 kg
m3
"ara ;a';'ar 'a
P h
[kW ]
η
D#t#r/inar#/os a'gnos nF/#ros #s<#;ífi;os ta'#s ;o/o 'a ;ifra $#
Cifra $#
2. g . H
u2
2
V#'o;i$a$ #s<#;ifi;a r#f#ri$a a' ;a$a' 1
N q * 2 s* s2 A* A2 r Hr Hr H "7 " > ;/* K* ;/2 K2 ;2 K2 ;2 L
N .Q =
2
3
H 4
22,5014 /9s 4*,0&0* /9s *,3.4& M/ *,6061 M/ 0,0*1* /2 0,02&1 /2 &&1,*&31 't9s *.6,506. M *01,2&05 M 3&,3001 M &0*,4425 't9s 0,&4&4 J 0,1514 J 31,5*4& .2,&..6 /9s .5,135. /9s 2*,1011 /9s 3,..23 /9s .2,1*1. /9s 2.,2&2* /9s .5,26.3 /9s 0,5550 0,1163 "f'#i$#r#r 0 13.4 E t
Una %# r#a'ia$os 'os ;=';'os, 'os /ostra/os #n na ta'a a /an#ra $# r#s/ir 'os %a'or#s ot#ni$os+
D#sarro''ar#/os n /éto$o /) Fti'
$#' ='a#, #s $#;ir, #'
b+
Ca# /#n;ionar ># s# r#a'i@ na
transfor/a;i@n, #s $#;ir, #n ona $# a(a # %a $is/in)#n$o 'in#a'/#nt# 7asta s %a'or #n 'a ona $# a'ta
cm neto
#s 'a %#'o;i$a$ a 'a ;a'
#f#;to $# #s<#sor+ Es $#;ir? cm neto
E' %a'or $#' #s<#sor
e
r
=
Qr
[m / s ]
π . D r .b
r
#s na ;onstant# a 'o 'argo $# to$o #' <#rfi' $#' ='a#+
E' %a'or $#'
2π .r
[mm ]
z
"ara 'a %#'o;i$a$ r#'ati%a w s# as/# na $istri;i@n 'in#a' $#s$# s %a'or #n 'a ona $# a(a
r
=
(π . D
Qr
r
− s r . z ) ×b
s
∧ r
r
=
e sen β 2
r
A$#/=s, sa#/os >#? sen β 2
r
=
cm w
r r
Co/inan$o $i;7as r#'a;ion#s, ) $#s<#(an$o #' %a'or $# 'a %#'o;i$a$ /#ri$iana t#n#/os? cm
Q r
r =
e.w
+
. D
π
r
. z .b
r
r
Con #st# %a'or $#t#r/ina$o, r#;a';'a/os #' %a'or $#
β 2
r
#n 'a #N
ant#rior+ Bos sigi#nt#s
r
=
1 r . tan β 2
r
B#go, #' %a'or $# An s# $#t#r/ina /#$iant#? r 2
An
r
= ∫ Bn
.dr
r
r 1
Es $#;ir? r +∆r
An
1
∫ r . tan β
=
r
[rad]
dr
2 r
r
!i 'o to/a/os #n for/a a;/'ati%a, t#n$r#/os? r
∑ An
r
r 1
Ca';'a/os #' %a'or $#' =ng'o φ =∑ An
×
dr
[rad]
r
#n gra$os s#Nag#si/a'#s+ r
180
r
1 r . tan β 2
= ∫
∨
π
1 φ = ∫ r . tan β 2 r 1
r
180 dr × π
R#s'ta$os ot#ni$os #n 'os ;=';'os ant#rior#s? K* K2 D* D2 * 2 # r
.5,135. 2.,2&2* *2& 224 46,2 .1,& *,& &&1,*&31
/9s /9s // // // // // 't9s
[º ]
Traa$o $# 'os ='a#s
"ntos * 2 . 4 & 6 1 3 5 *0 ** *2 *. *4 *& *6
r 62,& 6&,3 65,* 12,4 1&,1 15 32,. 3&,6 33,5 52,2 5&,& 53,3 *02,* *0&,4 *03,1 **2 //
46,2 4&,62 4&,04 44,46 4.,33 4.,. 42,12 42,*4 4*,&6 40,53 40,4 .5,32 .5,24 .3,66 .3,03 .1,& M/
8;/ n#to: .0,1053 25,&40& 23,4520 21,&43* 26,65&4 2&,5225 2&,22*. 24,&323 24,0006 2.,465* 22,53.4 22,&.5. 22,*..2 2*,16*5 2*,4226 2*,**.0 /9s
;/ .2,&..6 .*,2243 .0,0&02 23,55*6 23,0.4. 21,*6&5 26,.16* 2&,6&6* 24,5536 24,.51* 2.,346. 2.,.4*4 22,3134 22,4&.3 22,064& 2*,1011 /9s
# *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& *,& //
t .2,1245 .4,4&23 .6,*301 .1,5036 .5,6.64 4*,.64. 4.,0522 44,320* 46,&415 43,21&3 &0,00.1 &*,1.*6 &.,4&54 &&,*31. &6,5*&2 &3,64.* //
K .5,135. .3,6363 .1,&34. .6,43*3 .&,.154 .4,2165 ..,*144 .2,01*5 .0,5654 25,3610 23,164& 21,6620 26,&&5& 2&,4&10 24,.&46 2.,2&2* /9s
&4,3& &.,32 &.,05 &2,6. &2,4* &2,42 &2,66 &.,*. &.,32 &4,11 &6,00 &1,&4 &5,41 6*,35 64,5& 65,00
On 0,0**266 0,0****1 0,0*031* 0,0*0&&0 0,0*0*10 0,005140 0,005265 0,00316. 0,003226 0,0016&5 0,00106. 0,0064.1 0,00&11& 0,00&065 0,004255 0,00.421 ra$
An 0 0,0.65&1 0,0.6.01 0,0.&.1. 0,0.4205 0,0.236* 0,0.*.6& 0,025143 0,023025 0,0262*6 0,024252 0,022216 0,020*&0 0,0*1352 0,0*&4&6 0,0*2143 ra$
P An 0 0,0.65&1 0,01.264 0,*036.1 0,*42346 0,*1&101 0,201012 0,2.6320 0,264345 0,25*06& 0,.*&.&1 0,..16.. 0,.&1134 0,.1&616 0,.5**.2 0,40.330 ra$
TABLA! "ues#r$ los resul#$dos de #odos los c%lculos mencion$dos $n#eriormen#e& '$r#iendo de '$r%me#ros geom(#ricos ) $lgunos *$lores $sumidos& #$les como eficienci$s ) *elocid$d de ro#$ción Un$ *e+ o,#enidos& 'rocedemos $ gr$fic$r el 'erfil del %l$,e
P$r%me#ros en función del r$dio del ro#or 1&,00
6&,00
&&,00
8;/ n#to: K 4&,00
.&,00
2&,00
*&,00 62,&
61,&
12,&
11,&
32,&
31,&
52,&
r$dio r -mm.
51,&
*02,&
*01,&
**2,&
Q 0 2,**1& 4,*511 6,2244 3,*34& *0,061. **,3644 *.,&633 *&,*141 *6,6163 *3,0631 *5,.4&0 20,455& 2*,&246 22,4*02 2.,*406
P$r%me#ros en función del r$dio del ro#or 1&,00
6&,00
&&,00
8;/ n#to: K 4&,00
.&,00
2&,00
*&,00 62,&
61,&
12,&
11,&
32,&
31,&
52,&
51,&
*02,&
*01,&
**2,&
r$dio r -mm.
P$so del ro#or *s R$dio 6&,00 60,00 &&,00
. m&0,00 m # 4&,00 o s $ 40,00 P .&,00 .0,00 2&,00 62,&
61,&
12,&
11,&
32,&
31,&
52,&
r$dio r -mm.
51,&
*02,&
*01,&
**2,&
P$so del ro#or *s R$dio 6&,00 60,00 &&,00
. m&0,00 m # 4&,00 o s $ 40,00 P .&,00 .0,00 2&,00 62,&
61,&
12,&
11,&
32,&
31,&
52,&
r$dio r -mm.
51,&
*02,&
*01,&
**2,&
ENSA/O EN EL LABORATORIO Datos to/a$os? "ara .600 r "!ICI8;/: S"8<'g H20: C#rra$o 4,6 * 4,3 2 4,3 . 4,1 4 4,6& & 4,6& 6,3 4,6& D *3 ;/ D# 6 <'g Ds & <'g " *00+&2& "a T 25& r *3 ;/
C$lculo de l$ $l#ur$ de l$ ,om,$ 0 -m.
"%8<'g H20: 4,2& 6,4 1,& 3 3,2 3,2&
8': 0,& 0,1 0,3 0,33 0,5 0,5. 0,5.
ENSA/O EN EL LABORATORIO Datos to/a$os? "ara .600 r "!ICI8;/: S"8<'g H20: C#rra$o 4,6 * 4,3 2 4,3 . 4,1 4 4,6& & 4,6& 6,3 4,6&
"%8<'g H20: 4,2& 6,4 1,& 3 3,2 3,2&
8': 0,& 0,1 0,3 0,33 0,5 0,5. 0,5.
D *3 ;/ D# 6 <'g Ds & <'g " *00+&2& "a T 25& r *3 ;/
C$lculo de l$ $l#ur$ de l$ ,om,$ 0 -m.
Don$#?
C$lculo de l$ Po#enci$ 0idr%ulic$ P1
C$lculo de l$ Po#enci$ $l E2e Pe2e
C$lculo de l$ Eficienci$ To#$l 3
34P15Pe2e D# 'os $atos ot#ni$os
*02+6363 &*+3254 0+*0*3
&+&135 3+0..6 *+10.* 0+.2
.
*00+&41& &6+*010 0+**02
6+0.5. 3+6566 *+55&3 0+.2
4
55+4113 &1+5410 0+**.3
6+2.14 3+53*3 2+*235 0+.2
&
55+4113 &3+6665 0+**&2
6+.*45 5+05.4 2+*32* 0+.2
6+3
55+4113 &3+34&& 0+**&&
6+..4* 5+*2** 2+*5&4 0+.2
"!ICI8;/:
H8/:
"78J:
"#(#8J:
n
*
*04+*.11
*00+&26*
2**+3*01
0+4146
2
*04+1055
*24+0.11
242+0654
0+&*24
.
*02+36..
*.*+5063
266+2164
0+45&4
4
*0*+5261
*.4+552.
212+.23*
0+45&1
&
*0*+5155
*.6+1401
23*+40&1
0+43&5
6+3
*0*+55.2
*.1+*143
23*+40&1
0+431&
A ;ontina;i@n grafi;ar#/os to$os 'os
0 -m. *0&+&
6RA7ICO 0 8S
*0&+0 *04+& n R .600 r
*04+0 *0.+& *0.+0 *02+& *02+0 *0*+& 0+030 0+03&
0+050 0+05& 0+*00 0+*0&
9 -m:. 0+**0 0+**& 0+*20
P1 -;.
6RA7ICO P1 8S
*40+0 *.&+0 *.0+0 *2&+0
n R .600 r
*20+0 **&+0 **0+0 *0&+0 *00+0
9 -m:.
0+030 0+03& 0+050 0+05& 0+*00 0+*0& 0+**0 0+**& 0+*20
DISEÑO DE UN ROTOR A
CALCULO DE LA POTENCIA DEL 8ENTILADOR Ba ina 7i$r='i;a #st= $a$a
Don$#
Q H γ
=
76
η
" "ot#n;ia 8H": γ "#so #s<#;ífi;o 8/ .9g:
Ca$a' 8/.9s: H A'tra 8/: η Efi;i#n;ia tota' $#' V#nti'a$or
"ara 7a''ar 'a # n % s#'# #star #n #' rango $# %a'or#s 0+32-0+52, ) ># n 7 s# #n;#ntra #ntr# 0+10-0+52+ A$#/=s 'as #fi;i#n;ias tota'#s s#'#n #star #n #' rango 0+6-0+3&+ Con #sta infor/a;i@n # asignar#/os 'os sigi#nt#s %a'or#s? n% 0+5& n7 0+3 n/ 0+15 "or 'o ># ?
= SELECCI>N DEL "OTOR ELECTRICO 9UE ACCIONAR? EL 8ENTILADOR
!#gFn T)'#r Hi;, s# $## ;onsi$#rar # 'a i#r# na
1 ,2 = 1 ,2* 2 .24 0 5P 2 .68 8 6 P≈ H =
D#' ;at='ogo $# /otor#s #'é;tri;os J#g ) !i#/#ns, #s;og#/os n /otor !IEME! !T4ET0.00 $# .H" W 4 "B!, DE *1&0 r 2209440 V 2.
N@"ERO ESPEC7ICO DE CAUDAL -N9. / 8ELOCIDAD DE ROTACI>N
En as# a 'os UMER! E!"ECIIC!, s#gFn #' 'iro $# "f'#i$#r#r, #' rango $# n Ro$#t# aNia', #s? Nq = 250 - 600
Con #' %a'or $# %#'o;i$a$ #n;ontra$o
=
N H
Q
1750 6
0.75
0,75 14.19
=
=
586.31
Estan$o #sto %a'or $#ntro $#' rango #sta'#;i$o, s# %#rifi;a #' so $#' /otor arria s#'#;;iona$o+
DISEÑO DEL RODETE Cálculo del número de álabes:
E' nF/#ro $# ='a#s 'o $#t#r/ina/os Z
200-220 &-6
2.0 &
240-260 4-&
230 4
.00-.20 .-4
X.40 .
Don$# > &23+.*, #nton;#s #' n $# ='a#s s#r= Y ='a#s .
8ELOCIDAD "ERIDIANA E' $iagra/a $# 'a ;orri#nt# i$o ;o/
g#n#ra'/#nt# 'as 'ín#as $# f'(o #?
U* U2 U
)
Co/ C./ C/
$on$#
/ 0+& a *+*X
"ara #' ;aso $# %#nti'a$or#s, son 'os %a'or#s /=Ni/os,
CALCULOS DE LOS DIÁMETROS DEL ROTOR *+- Ca$a' r#a' r
Q nv
=
6
r 6+.2 /.
0.95
2+- Di=/#tro #Nt#rior r
4
8D#2-Di2:C/
Don$# ν
Di De
D#
4QT π (1
−v
2
)Cm
ν
Di De
ν 0+4, 0+&X to/an$o ν 0+&
D# 4 x 6.32 / (1− (0.5)2 (18.35)
X
D# 0+1641 /
.+- Di=/#tro int#rior Di ν D# 0+& N 0+1641 X
Di 0+.32. /
"or 'o tanto, 7a''a/os #' $i=/#tro /#$io $ /, ;on 'a sigi#nt# r#'a;i@n? Dm
=
De + Di 2
0+&1.& /
TRIAN6ULO DE 8ELOCIDADES
E' =r#a A/ 'a $i%i$i/os #n s#;;ion#s
π 8 4
$ A2 [ $O2:
π 2 8$O [ 4
$C2:
π 8 4
$C2 [ $D2:
π 8 4
$D2 [ $E2: A/9&
"ara 'os $i=/#tros 7a''a$os $A, $O, +++$E ;a';'a/os ss r#s<#;ti%as %#'o;i$a$#s tang#n;ia'#s V A +++++VE
)
= 4 t#n#/os?
*+ V#'o;i$a$ Tang#n;ia'+! =
ND π 60
2+ Co/
H "
R##/<'aan$o
=
H η h
C 2!
gh"
=
!
.+ \ng'os R#'ati%os+D#' tri=ng'o $# %#'o;i$a$#s? C β ∞ = #rctg C ! − 2 m
2!
β 1
β 2
C = #rctg $ !
C m = #rctg (! − C 2! )
4+ V#'o;i$a$ R#'ati%a+2
W ∞
=
C $
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