M.I. José Manuel Garibay Cisneros
Tubomaquinaria
UNIDA UNI DA D 5.
M A Q U IN I N A S H ID I D R ÁU Á U L IC A S VENTILADORES
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MAQUINAS HIDRÁULICAS: VENTILADORES. DEFINICIÓN:
Un ventilador esencialmente es una bomba de gas en vez de liquido, por lo tanto:
“VENTILADOR es una turbomáquina hidráulica generadora para gases”.
Sabemos que los líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles, por tanto la COMPRESIBILIDAD COMPRESIBILIDAD puede o no afectar el diseño de una maquina hidráulica y repercutir repercutir en la aplicación de las formulas desarrolladas para las bombas, al aplicarlas a los ventiladores. EL FACTOR PREDOMINANTE EN ESTE CASO ES LA DENSIDAD DEL FLUIDO. “SI EL GAS PUEDE CONSIDERARSE PRACTICAMENTE INCOMPRESIBLE =CTE. A SU PASO POR LA MÁQUINA, LA TEORIA Y FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE LIQUIDO ES IDÉNTICA A DE LA BOMBA DE GAS”. GAS”. Esto sucede cuando el incremento de presión P P 2 P 1 (=Presión de salida de la máquina – máquina –Presión Presión de entrada de la máquina) es pequeño. Si el gas puede considerarse incompresible ( = Cte.), la máquina se llama VENTILADOR y si el gas resulta ser comprimido la máquina se llama TURBOCOMPRESOR. TURBOCOMPRESOR.
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MAQUINAS HIDRÁULICAS: VENTILADORES. DEFINICIÓN:
Un ventilador esencialmente es una bomba de gas en vez de liquido, por lo tanto:
“VENTILADOR es una turbomáquina hidráulica generadora para gases”.
Sabemos que los líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles, por tanto la COMPRESIBILIDAD COMPRESIBILIDAD puede o no afectar el diseño de una maquina hidráulica y repercutir repercutir en la aplicación de las formulas desarrolladas para las bombas, al aplicarlas a los ventiladores. EL FACTOR PREDOMINANTE EN ESTE CASO ES LA DENSIDAD DEL FLUIDO. “SI EL GAS PUEDE CONSIDERARSE PRACTICAMENTE INCOMPRESIBLE =CTE. A SU PASO POR LA MÁQUINA, LA TEORIA Y FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE LIQUIDO ES IDÉNTICA A DE LA BOMBA DE GAS”. GAS”. Esto sucede cuando el incremento de presión P P 2 P 1 (=Presión de salida de la máquina – máquina –Presión Presión de entrada de la máquina) es pequeño. Si el gas puede considerarse incompresible ( = Cte.), la máquina se llama VENTILADOR y si el gas resulta ser comprimido la máquina se llama TURBOCOMPRESOR. TURBOCOMPRESOR.
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La línea de separación entre el Ventilador y el Turbocompresor es convencional, y se establece de la siguiente manera:
P 100 mbar, Ventilador MAQUINA DE POCA CALIDAD: P
100 mbar, Turbocompresor Turbocompr esor
P 30 mbar, Ventilador MÁQUINA DE ALTA CALIDAD: P 30 mbar, Turbocompresor
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RESUMEN:
En el cálculo y funcionamiento del VENTILADOR el gas se supone incompresible. el gas se supone compresible.
En el cálculo y funcionamiento del TURBOMPRESOR El VENTILADOR es una máquina hidráulica. El TURBOCOMPRESOR es una máquina Térmica. El VENTILADOR nunca se refrigera porque al ser
la compresibilidad pequeña el gas no se
calienta. El COMPRESOR con mucha frecuencia es refrigerado. Todas las formulas desarrolladas para las Bombas son validas para Ventiladores. La Cavitación es un fenómeno que se excluye en los ventiladores. Tanto la presión como la potencia de accionamiento de un Ventilador son influenciadas grandemente por las variaciones de densidad del aire o del gas impulsado.
Tanto el aire como la mayoría de los gases al ser impulsados por ventiladores, obedecen con suficiente aproximación la LEY DE LOS GASES IDEALES.
LEY DE LOS GASES IDEALES. En situaciones practicas del empleo de ventiladores, la mayoría de los gases obedece con suficiente aproximación La Ley de los Gases Ideales. Esta ecuación sencilla permite determinar la densidad del gas a su paso a través de la máquina. La densidad se puede determinar a partir de la presión y la temperatura:
PV
mRT
Ó
P
m
V
RT
RT
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Por lo que:
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P
RT
Donde: P__ Presión Absoluta,
N m2
, SI . J
, SI . Kg º K T___ Temperatura Absoluta, ºK, SI. J , SI . Para el aire: R 286.9 Kg º K Y para cualquier ambiente donde trabaje un ventilador: R___ Constante particular del gas,
P amb (286.9)T amb
En el estado normal estándar del aire Pamb = 760 Torr. Y T = 0ºC.
0.760 13600 9.81
286.9
273.15
1.294
Kg m3
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LAS ONCE LEYES DE SEMEJANZA DE LOS VENTILADORES. El ventilador es una bomba para gases. Por tanto las seis leyes de semejanza de las bombas son aplicables a los ventiladores. En estos casos se utilizan presiones en vez de alturas como ya se ha mencionado. Por otra parte, en los ventiladores es interesante también estudiar su comportamiento cuando varía la densidad del gas, no dentro de la máquina, en la cual es prácticamente constante, sino de un lugar geográfico a otro o de un día a otro.
Las leyes siguientes se deducen fácilmente utilizando las mismas formulas de deducción anteriores junto con la ley de los gases ideales.
EN UN MISMO VENTILADOR: 1ra LEY: Los caudales son directamente proporcionales al número de revoluciones.
Q, Q
"
n, n"
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2da LEY: Las presiones totales engendradas son directamente proporcionales al cuadrado del número de revoluciones. ,
P to t
" to t
P
n, 2 ( ") n
3ra LEY: Las potencias son directamente proporcionales al cubo del número de revoluciones.
p , p "
(
n, n
3 ) "
EN VENTILADORES GEOMETRICAMENTE SEMEJANTES: 4ta LEY: Los caudales son directamente proporcionales al cubo de los diámetros.
Q, Q"
(
D , D
3 ) "
5ta LEY: Las presiones totales engendradas son directamente proporcionales al cuadrado de los diámetros.
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,
P to t
" to t
P
D , 2 ( ) " D
6ta LEY: Las potencias son directamente proporcionales a la quinta potencia de los diámetros. ,
p p "
,
D 5 ( ) " D
7ma LEY: Los caudales no varían con la densidad del aire. ,
Q
,,
Q
A v ,
,
,
A v ,,
,,
,,
8va LEY: Las presiones estáticas engendradas varían en relación directa con la densidad.
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P e P e
,
(
,,
,
"
)
9na LEY: Las potencias absorbidas varían directamente con la densidad
p , p
"
(
,
)
"
10ma LEY: Las presiones estáticas engendradas son directamente proporcionales a la presión barométrica e inversamente proporcionales a la temperatura absoluta. P e P e
,
,,
,
(
, pb a r T a,b s ,, b a r
p
, abs
T
)
11ma LEY: Las potencias son directamente proporcionales a la presión barométrica e inversamente proporcionales a la temperatura absoluta.
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p , p ,,
,
(
pb a r T a,b, s " b a r
p
, abs
T
)
,,
,,
pto t
(
pa mb T a,mb , a mb
p
,, a mb
T
)
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EJERCICIOS RESUELTOS:
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