DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN VENTIADOR AXIAL
INDICE Pagina introducción objetivos dimensionamiento de un ventilador axial aplicaciones clasificación de ventiladores axiales referencias
OBJETIVOS A través de este ensayo se pretende cumplir los siguientes objetivos:
Determinar el funcionamiento de un ventilador con flujo axial. Determinar la curva característica del ventilador y su rendimiento. Describir los criterios necesarios para la selección de un ventilador de acuerdo a los requerimientos del sistema.
DEFINICIONES CAUDAL Flujo volumétrico determinado para la densidad. PRESION ESTATICA Presión del aire debido solo a su compresión puede ser positiva o negativa, en el ventilador es la diferencia entre la presión estática de salida y la presión total de entrada. PRESION DINAMICA Presión del aire debido solo a su movimiento, la presión dinámica puede ser solo positiva. En el ventilador es el promedio de las velocidades a la salida del ventilador. PRESION TOTAL Presión del aire debida a su compresión y movimiento, es la suma algébrica de las presiones dinámica y estática en un punto determinado por lo tanto si el aire está en reposo, la presión total es igual a la presión estática. En el ventilador será la diferencia entre las presiones totales determinadas a salida y entrada del mismo.
INTRODUCCIÓN
Un ventilador axial es una turbo máquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es un gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinado rendimiento. El aire circula por un conducto gracias a la diferencia de presión que existe entre sus extremos. El Objetivo principal del ventilador consiste en desplatar un gran flujo de gas pero a bajas presiones se puede considerar que un ventilador es básicamente una bomba de gas, por lo que su teoría y funcionamiento serán prácticamente el mismo. En las máquinas llamadas motoras se transforma la energía del fluido en energía mecánica a través del eje para producir por ejemplo, mediante un generador acoplado, energía eléctrica. Las máquinas generadoras por el contrario absorben energía mecánica e incrementan la energía del fluido, A este grupo pertenecen las bombas, compresores y los ventiladores que es nuestro caso.
Partes del ventilador axial
Tobera de admisión
Se trata de un accesorio que sirve para minimizar la pérdida de carga derivada de la entrada del aire en el ventilador. Salvo en los ventiladores
reversibles con dos difusores, la mayoría de los ventiladores llevan acoplado este accesorio.
Rejilla
Este accesorio sirve para proteger el rodete de la entrada de elementos no deseados que puedan entorpecer el buen funcionamiento del ventilador. Normalmente se coloca en la zona de aspiración del ventilador, aunque si el ventilador fuese reversible, debería colocarse tanto en aspiración como en impulsión.
Rodete
El rodete del ventilador es la parte móvil del mismo como hemos visto, se compone de álabes y cubo o soporte de los álabes en función de las necesidades el rodete puede ser de álabes regulables o no regulables. En el caso de álabes regulables, pueden serlo por diversos sistemas: - Álabes regulables manualmente por regulación individual, álabe a álabe. - Álabes regulables manualmente por regulación central. - Álabes regulables hidráulicamente. En este caso existe la la posibilidad de que dicha regulación se haga con el ventilador en marcha.
Carcasa
Es la envolvente que protege el rodete y el motor del ventilador normalmente está construida por acero al carbono si las condiciones de trabajo del ventilador son de una exigencia baja suele hacerse un tratamiento de chorreado, mientras que si hay una exigencia mayor, el tratamiento será de galvanizado en caliente. Para facilitar el transporte, montaje y mantenimiento.
Triángulos de velocidad La velocidad absoluta del fluido C, la velocidad periférica U, y la velocidad del fluido respecto del rotor viene dada por la expresión:
ECUACIONES DE EULER PARA VENTILADOR AXIAL En un ventilador axial el flujo sobre los álabes no tiene prácticamente componente radial, con lo que la velocidad solo tendrá componentes axial y tangencial la componente axial es la que determina el caudal en cualquier sección recta (perpendicular al eje) y se denomina habitualmente componente normal (vn); la componente tangencial (vt) es la que determina la potencia específica. A partir de la geometría de los álabes (envergaduras y ángulos), se puede obtener el caudal y la potencia consumida.
Particularización de la ecuación de Euler para ventiladores Al momento de particularizar esta ecuación para ventiladores y bombas axiales deberemos tener en cuenta que la misma manera tan solo variables bidimensionales, pero puede ser usada también para el caso de alabes tridimensionales. Si tomamos en cuenta el caso de un flujo que entra sin pre rotación al ventilador, tenemos que: = 90 y que CU 1=0 tenemos:
α
Lo que podemos observar en la siguiente gráfica
Del triángulo de velocidades se deduce que:
CURVAS CARACTERÍSTICAS La característica de un ventilador es la mejor referencia del mismo ya que indica su capacidad en función de la presión que se le exige. El punto ideal de funcionamiento es el que corresponde a su
máximo rendimiento y es con el que debería coincidir el punto de diseño del mismo, el punto N en la Fig.
DIMENSIONAMIENTO DEL ROTOR DE UN VENTILADOR AXIAL Datos obtenidos por información del servicio nacional de meteorología. Peso específico del aire: γre = 1.22Kg/m Temperatura actual de la ciudad de Puno: T = 5℃ Presión atmosférica en Puno: P = 478mmHg Altitud de la ciudad de puno: 3838 m.s.n.m. Datos obtenidos de las mediciones de algunos parámetros del ventilador axial (mediciones hechas en laboratorio).
D. = 0.295m Dex. = 0.855m b = 0.115m b = 0.45m β1=75°
β2=140°
N = 1740rpm Paso t1= 0.115m Z = 8 alabes Deje= 0.138m Con estos datos obtenidos calcularemos siguientes parámetros del ventilador axial. - Caudal
los
- Haltura - Potencia en el eje Trazado del triangulo de velocidad a la entrada y salida de los alabes.
Calculo de la velocidad media Calculo de diámetro medio
U = πN = =
Ded = +
0.855 0.295 = 2 = 0.575 (1740)(0.575) = 60 = 52.395/ Calculo de las velocidades C 1,W1. Del triángulo de velocidades se tiene:
tan(40°) =
tan(40°) (52.395) = 43.935/ = En ventiladores axiales se cumple C 1=C2=Cm1
( ) cos 40° = 52.395 = cos(40) = 68.349/
Calculo de caudal
( ) = 4 (43.935)(0.855 0.295 ) = 4 = 22.222 / Calculo de la potencia del eje
=
76
Asumiendo una eficiencia de 70% y un altura de 1m
1.22(22.222)(1) = 76(0.7) = 0.51ℎ Calculo de la altura sin perdidas
∞ =
Datos hallados del trialgulo de velocidades
= 52.395/ = 36.365/ = 9.81/ Reemplazando se obtiene
∞ = 194.107
Calculo del espesor del cubo
2Δ = ∞
Del triángulo de velocidades
2 36.367 = 2 = 18.183/ =
Calculo de W ∞
∞ = √ 34.174 43.935 ∞ = 55.661/ Δ = 36.367/ Reemplazando
2(36.367) = 55.661 = 1.30
Remplazando en:
0.876 = 0.155 = 2.778°
∞ 43.935 − ∞ = ( ) 34.174 ∞ = 52.123° Calculando
= ∞ ±
Para bonbas y ventiladores se considera signo (+)
= 52.123 2.778 = 54.9°
Calculo de
=
z: 8 alabes
= 0.115
………………..(*)
En la practica:
〈1.45 2.5〉
Por formula:
2Δ = ∞
De los cálculos anteriores
Δ = 36.367/ = 1.30 ∞ = 55.661/ 2(36.367) = (1.30)(55.661) = 1.001 esta en el rango
Reemplazando en ecuación (*)
= 0.115(1.001) = 0.115 Finalmente calculamos elancho de cubo
= sin = 0.115sin54.9 = 0.094
APLICACIONES Los ventiladores axiales se utilizan normalmente en Unidades de Tratamiento de Aire (UTA) y en relación con las bobinas de ventilador para refrigeración o calefacción. Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones que van, desde pequeños ventiladores de refrigeración a la electrónica de los
ventiladores gigantes utilizados en los túneles del viento. Se aplica en circulación y extracción de aire en naves industriales. Se instalan en pared sin ningún conducto. Utilizados con objetivo de renovación de aire. Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja. También se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos. Tiene aplicaciones similares a los TUBEAXIAL, pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestaciones relativamente más pequeño que el ventilador centrifugo equiparable. Suelen sub-clasificarse, por la forma de su envolvente, de la siguiente manera:
REFERENCIAS Ventiladores axiales. (s.f.) de: http://extractores.com.mx/ventiladores%20axiales.
Dinámica de fluidos. (s.f.): http://www.ugr.es/~jtorres/t7.pdf.
Encinas P. Turbomáquina hidráulicas, editorial lisuma.
Pashkov K. ,Maquinas hidráulicas , editorial, mir moscu
Mataix C. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas.
