Diseño de un ventilador centrífugo de alabes Inclinadas hacia atrás
Los ventiladores son máquinas destinadas a producir un incremento de presión total pequeño, convencionalmente se fija el límite de para ventiladores en 1 m.c.a, o una relación de compresión, =1.1. Si el incremento de presión no excede el valor indicado, la variación del volumen específico del gas a través de la máquina se puede despreciar en el cálculo de la misma, por lo que el ventilador se comporta como una turbomáquina hidráulica. En la actualidad, en el diseño se tiene en cuenta la compresibilidad para incrementos de presión muchos menores, hasta 0,3 m.c.a., por lo que los ventiladores, hasta dicho incremento de presión, se pueden diseñar y considerar como una turbomáquina hidráulica. Diseñaremos un ventilador centrífugo de palas inclinadas hacia atrás, consiste en un rotor encerrado en una envolvente de forma espiral; el aire, que entra a través del ojo del rotor paralelo a la flecha del ventilador, es succionado por el rotor y arrojado contra la envolvente se descarga por la salida en ángulo recto a la flecha; puede ser de entrada sencilla o de entrada doble. Rotor de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrás. Es de alto rendimiento y autolimitador de potencia. Puede girar a velocidades altas. Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.
DISEÑO Forma de admisión Existen formas diversas de admisión de los ventiladores, las cuales tenemos:
En nuestro diseño utilizaremos la forma de admisión “c” (abocinada), esta tiene entrada aerodinámica, permite conseguir una entrada de la corriente en el rodete más uniforme, reduciéndose el choque a un mínimo. A veces se añade a la entrada, antes de la boca del ventilador, una caja. Sólo la forma (c) evita el desprendimiento de la corriente a la entrada, aunque las otras dos formas son de construcción más sencilla y económica.
Disposición de la caja de entrada o cámara de admisión de un ventilador: a) Correcta; b) Incorrecta En nuestro diseño utilizaremos la forma “a”, que es correcta. Utilizaremos para admisión, una plancha delgada LAC de espesor e = 1.5mm. con un diámetro de entrada 100mm y exterior 150mm, separados a un milímetro del rodete.
alabes La forma del anillo de fijación de los álabes puede influir en el rendimiento, como muestra la Figura.
a)
b)
c)
Formas diversas del anillo de fijación de los álabes, a) Plano; b) Cónico; c) Aerodinámico, en las formas (a) y (b) el desprendimiento de la corriente ocurre fácilmente). En nuestro diseño utilizaremos la forma de alabe aerodinámico opción “c”. Alabes inclinados hacia atrás, < 90º. Es el tipo normal de ángulo de salida en las bombas centrífugas, tienen mejor rendimiento. El espesor de la plancha del alabe aerodinámico e = 2mm, plancha de acero delgada LAC. Todos los cálculos se obtienen de la forma geométrica de rodete. Utilizaremos 8 alabes de altura h =120mm y una anchura de 85mm, esto se obtiene de la geometría en el diseño del rodete.
RODETE En el diseño utilizaremos un rodete de diámetro d1=80mm y d2=290mm. Con un ángulo y = 76°. El espesor de la plancha e = 6mm, plancha de acero delgada LAC. Todos los cálculos se obtienen de la forma geométrica de rodete. Asumimos en el diseño d1=80mm y d2=290mm. El valor depende del diseñador.
Utilizamos la forma c pero los alabes no curvados sino inclinados, se verá en las figuras.
Cámara espiral
Se presentan tres formas corrientes de la realización del difusor Colocación del difusor a la salida del ventilador, a) Correcta; b) Incorrecta; c) Difusor simétrico.
Como se muestra en las figuras utilizaremos la forma “a”, que es correcta para el diseño de la cámara espiral. Utilizaremos plancha de espesor e = 1.5mm.
Motor Utilizaremos un motor siemens Motor de jaula de ardilla de 1 HP, Monofásico, 870 rpm, 220 V, 60hz.
Planchas Delgadas LAC DENOMINACION: PDLAC A1011 Tipo B, PDLAC A36 DESCRIPCION: Planchas de acero laminadas en caliente de espesores menores que 4.75 mm y destinadas para la construcción de silos, embarcaciones pesqueras, vagones, estructuras y usos en general. NORMAS TECNICAS: - ASTM A1011 Tipo B - ASTM A36 PRESENTACION: Se presenta en la calidad comercial y en la calidad estructural. USOS: Planchas de acero laminadas en caliente con bordes de laminación, de espesores menores que 4.75 mm y destinadas para la construcción de silos, embarcaciones pesqueras, vagones, estructuras y usos en general.
SMAW Proceso por arco eléctrico con electrodo revestido En el diseño del ventilador centrífugo se utiliza una plancha de acero de bajo carbono, por lo tanto utilizaremos electrodo punto azul de diámetro de 3/32” y 1/8”, para la unión de las planchas en la cámara espiral y en el rodete con alabes.
Calculo Suponemos que el ventilador centrífugo funciona en un régimen permanente y que al girar crea una depresión en el rodete penetrando el aire al interior. Se puede suponer que funciona en condiciones de rendimiento máximo
Calculando la densidad del aire Tenemos que:
p.v =
.T → ρ =
= 286.9
Suponemos que la presión en el departamento de Lambayeque se encuentra en el estado normal. P = 101.396KPa con una temperatura de verano T =25°C T = 273.15 + 25 = 298.15K
ρ=
=
ρ =1.185
TRIANGULO DE VELOCIDADES DE ENTRADA Y SALIDA
Se puede suponer que funciona en condiciones de rendimiento máximo. La entrada de la velocidad absoluta en los álabes es radial. Entrada: Como:
⊥
, por ser
=
; α1= 90º
=0
= 80mm = 0.08m
= 31°
= 5026.54
= 290mm = 0.29m
= 76°
= 180 x 223
= 10mm = 0.01m
=90°
= 85mm = 0.085
=
= 40140
n = 870 rpm
calculando la velocidad periférica de entrada
=
=
= 3.644
= 0.005026
= 0.04014
Calculando la velocidad relativa de entrada
= 4.251
= 3.644(sect 31°) =
Calculando la velocidad absoluta de entrada ( )
Tang 31° =
= Tang 31° (3.644) =
= 2.189
Calculando el caudal (q)
Despreciando el influjo del espesor de los álabes y de las pérdidas volumétricas
Q = π.
.
=
Q = π (0.08) (0.01) (2.189) = 0.0055
calculando la velocidad periférica de salida
=
=
= 13.209
calculando la velocidad Por la ecuación de continuidad.
π
= π.
π (0.08) (0.01) (2.189) = π (0.29) (0.085) ( = 0.071
)
Calculando la velocidad relativa de salida
=
= 0.019
= 13.19
Tang 76° =
) sect 76°
= 0.078
=
Calculando la velocidad absoluta de salida ( )
Tang
=
=
=
sect 0.31°
= 0.00538
= 0.31°
= 13.19 sect 0.31° = 13.19
Calculando la presión periférica o presión de Euler( teórica)
(
∆
= ρ(
∆
= 1.185(
∆
= 174.224Pa
)
)
(
)
)
Calculando la presión estática del rodete
+
) +
))
= 106.2Pa
Calculando la presión dinámica del rodete .
= 95.51Pa
Calculando el grado de reacción
ε=
=
=0.6
Calculando la presión útil del ventilador
=∆
-∆
= 174.224Pa – 24.224Pa = 150Pa
Calculando el rendimiento hidraulico
=
=
=86.1%
rendimiento volumétrico
= 100%
rendimiento mecánico
= 85%
Calculando la potencia útil
P = Q.
Calculando el rendimiento interno
=
= 0.0055(150) = 0.825KW
.
= 0.861(1) =86.1%
Calculando la potencia interna
=
=
= 0.95KW
Calculando la potencia de accionamiento
=
=
= 1.2kw
Ruido en los ventiladores centrífugos El diseño de los ventiladores centrífugos se hace de acuerdo a las especificaciones del solicitante y dentro de estas se encuentran el nivel de ruido, ya que es uno de los más importantes. El nivel de ruido está relacionado con la eficiencia de la máquina, debido a que por los diversos estudios que se han realizado en los ventiladores se sabe que cuando la maquina se encuentra en su mejor rendimiento de funcionamiento, se tiene el menor nivel de ruido. Por lo tanto con un nivel bajo de ruido se tiene un buen desempeñó aerodinámico y no existe una gran generación de vibraciones con las partes solidas de la máquina. La elaboración de las normas de ruido está dada por la American National Standards Institute (ANSI). La Internacional Organization For Estandardization (ISO) y la International Electrotechnical comisión (IEC). Se tomara en cuenta la presión, potencia e intensidad acústica a una distancia especificada de la fuente, para describir la emisión de ruido.
Medición de potencia acústica La potencia acústica de una fuente de ruido (maquinaria) es un parámetro muy importante para definirla acústicamente. En ocasiones, necesario para ponerla en el mercado o servicio. La caracterización acústica de una fuente sonora es una información imprescindible en el diseño de infraestructuras, llegando a ser un factor de decisión clave para los consultores acústicos. La potencia acústica Se podrá medir mediante la intensimetria (medición de la intensidad sonora) o a partir de la presión acústica Se puede calcular según la norma 300-96 de la air moving and conditioning association o la norma BS 842 parte 2 adaptacion de la norma ISO 5801-1997. Permite la medición de la potencia acústica en la entrada del ojo, como en la salida del ventilador centrifugo. Se mide en watt o picowatt.
SONÓMETRO Instrumento de medida que sirve para medir niveles de presión sonora (de los que depende en concreto, el sonómetro mide el nivel de ruido que existe en determinado lugar y en un momento dado. La unidad con la que trabaja el sonómetro es el decibelio. Si no se usan curvas ponderadas (sonómetro integrador), se entiende que son (
).
Utilizaremos un Sonómetro de clase 1 que permite el trabajo de campo con precisión.
SONÓMETRO
Dosímetro Sonómetro integrador que indica la dosis total de ruido.
DOSIMETRO
Por debajo de los 45db se considera una zona de bienestar y a partir de los 55db las personas empiezan a considerar molestoso el ruido, cuando se sobrepasa los 85 se manifiestan efectos nocivos.
Frecuencia Al número de ondas que caben en un tiempo determinado se le llama frecuencia. Por definición, la frecuencia de un fenómeno periodo, como una onda sonora, es el número de veces que este fenómeno se repite a sí mismo en un segundo (el número de ciclos por segundo). Habitualmente la frecuencia se designa mediante un número seguido de la unidad hertz (símbolo de la unidad: hz). Un Hertz es una onda de una sola ondulación que se produce durante un segundo. La frecuencia se pueda hallar con el frecuencímetro La principal fuente de ruido de los ventiladores centrífugos es el impulso que recibe el aire en un determinado punto cada vez que el alabe lo atraviesa, resultando la frecuencia del alabe: =
(HZ)
magnético: este tipo de ruido se genera principalmente por el espacio libre de aire entre el rotor y el estator, así como en la sincronización con polarizaciones extremas en la máquina, es decir se produce en el motor de la máquina.
Mecánico: este se genera por las partes mecánicas de la maquina: motor, el acoplamiento con el eje de la máquina, rodamientos, vibraciones en las partes mecánicas.
Aerodinámico: este tipo de ruido se genera principalmente en las partes aerodinámicas (diseño), como lo son ductos, carcasas alabes, rodetes.
Barómetro Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera. Uno de los barómetros más conocidos es el de mercurio.
Mecánico Aerodinámico Magnético
Imágenes del diseñado
Rodete
Forma abocinada de Admisión
alabes
Tapa de eje
Caja espiral
Bibliografía
http://www.pfernandezdiez.es/Compresores/PDFs/6Compresores.pdf Claudio Mataix _ Turbomaquinas hidraulicas
