UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y SISTEMAS.
E. P. INGENIERIA MECÁNICA ELÉCTRICA
INFORME DE LABORATORIO:
“VENTILADOR CENTRÍFUGO” CURSO
:
LABORATORIO DE ING. MECANICA III
ALUMNO
:
LUIS A. ACCROTA CANAHUIRE
CÓDIGO
:
095096
DOCENTE
:
ING. JULIO CONDORI A.
SEMESTRE
:
IX
2013
ENSAYO Nº 01 “VENTILADOR CENTRÍFUGO” I.
RESUMEN:
Con los datos tomados en el laboratorio se realizó los respectivos cálculos, con los que se pudo observar la tendencia de las curvas graficadas con diferentes parámetros
II.
OBJETIVO:
Determinar el comportamiento del ventilador a diferentes condiciones de funcionamiento (diferentes RPM)
III.
TEORÍA:
VENTILADOR! "n ventilador es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento #e puede definir tambi$n como una turbomáquina que transmite energ%a para generar la presión necesaria para mantener un flu&o continuo de aire Dentro de una clasificación general de máquinas, los ventiladores son turbomáquinas 'idráulicas, tipo generador, para gases "n ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente el$ctrico, con los dispositivos de control propios de los mismos! arranque, regulación de velocidad, conmutación de polaridad, etc un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le transmite energ%a ste propulsor adopta la forma de rodete con álabes, en el caso del tipo centr%fugo, o de una '$lice con palas de silueta en n*mero diverso, en el caso de los a+iales l con&unto, o por lo menos el rodete o la '$lice, van envueltos por una ca&a con paredes de cierre en forma de espiral para los centr%fugos por un marco plano o una envoltura tubular en los a+iales a envolvente tubular puede llevar una re&a radial de álabes fi&os a la entrada o salida de la '$lice, llamada directriz, que gu%a el aire, para aumentar la presión el rendimiento del aparato VENTILADORES CENTRÍFUGOS. n los ventiladores centr%fugos la traectoria del fluido sigue la dirección del e&e del rodete a la entrada perpendicular al mismo a la salida #i el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta stos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes! - .labes curvados 'acia adelante, / .labes rectos, 0 .labes inclinados 'acia atrás 1 curvados 'acia atrás n la figura puede observarse la disposición de los álabes
FIG.1
VENTILADORES CENTRÍFUGOS DE ÁLABES CURVADOS HACIA ADELANTE, RADIALES Y ATRÁS os ventiladores de álabes curvados 'acia adelante (tambi$n se llaman de &aula de ardilla) tienen una '$lice o rodete con álabes curvadas en el mismo sentido del giro stos ventiladores necesitan poco espacio, poseen ba&a velocidad perif$rica son silenciosos #e utilizan cuando la presión estática necesaria es de ba&a a media, tal como la que se encuentran en los sistemas de calefacción, aire acondicionado o renovación de aire, etc 2o es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, a que las part%culas se ad'ieren a los peque3os álabes curvados pueden provocar el desequilibrado del rodete stos ventiladores tienen un rendimiento ba&o fuera del punto de proecto 4demás, como su caracter%stica de potencia absorbida crece rápidamente con el caudal, 'a de tenerse muc'o cuidado con el cálculo de la presión necesaria en la instalación para no sobrecargarlo n general, son bastante inestables funcionando en paralelo, vista su caracter%stica caudal5 presión n la figura pueden observarse las partes mencionadas
FIG . VENTILADORES CENTRÍFUGOS CON ÁLABES CURVADOS. os ventiladores centr%fugos radiales tienen el rodete con los álabes dispuestos en forma radial a carcasa está dise3ada de forma que a la entrada a la salida se alcancen velocidades de transporte de materiales +isten una gran variedad de dise3os de rodetes que van desde los de 6alta eficacia con poco material6 'asta los de 6alta resistencia a impacto6 a disposición radial de los álabes evita la acumulación de materiales sobre las mismas ste tipo de ventilador es el com*nmente utilizado en las instalaciones de e+tracción localizada en las que el aire contaminado con part%culas debe circular a trav$s del ventilador n este tipo de ventiladores la velocidad perif$rica es media se utiliza en muc'os sistemas de e+tracción localizada
os ventiladores centr%fugos de álabes curvados 'acia atrás tienen un rodete con los álabes inclinados en sentido contrario al de rotación ste tipo de ventilador es el de maor velocidad perif$rica maor rendimiento con un nivel sonoro relativamente ba&o una caracter%stica de consumo de energ%a del tipo 6no sobrecargable6 n un ventilador 6no sobrecargable6, el consumo má+imo de energ%a se produce en un punto pró+imo al de rendimiento óptimo de forma que cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultará en un consumo de energ%a menor a forma de los álabes condiciona la acumulación de materiales sobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a continuación! - ÁLABES DE ES!ESOR UNIFORME os álabes macizos permiten el traba&o con aire ligeramente sucio o '*medo 2o debe emplearse con aire conteniendo materiales sólidos a que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior de los alabes
/ LOS ÁLABES DE ALA !ORTANTE . Permiten maores rendimientos una operación más silenciosa os álabes 'uecos se erosionan rápidamente se pueden llenar de l%quido si la 'umedad es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire limpio 0 LEYES DE LOS VENTILADORES. #i un ventilador debe funcionar en condiciones diferentes de las ensaadas, no es práctico ni económico efectuar nuevos ensaos para determinar sus parámetros de funcionamiento
Mediante el uso de un con&unto de ecuaciones conocidas como 7# D 8# 92:;4D8R# es posible determinar, con buena precisión, los nuevos parámetros de funcionamiento a partir de los ensaos efectuados en condiciones normalizadas 4l mismo tiempo, estas lees permiten determinar los parámetros de una serie de ventiladores geom$tricamente seme&antes a partir de las caracter%sticas del ventilador ensaado as lees de los ventiladores están indicadas, ba&o forma de relación de magnitudes, en ecuaciones que se basan en la teor%a de la mecánica de fluidos su e+actitud es suficiente para la maor%a de
las aplicaciones, siempre que el diferencial de presión sea inferior a 0
I. II. III.
De flu&o radial (centr%fugos) De flu&o semia+ial ('elico5centrifugos) De flu&o a+ial
VENTILADORES RADIALES "CENTRÍFUGOS# os ventiladores radiales son de =lu&o de aire grande respecto con la altura de presión "na cosa mu importante las bombas aumentan la energ%a de los l%quidos mientras que los ventiladores 'acen lo mismo con los gases, el procedimiento para dise3ar una máquina de este tipo es el mismo en ambos casos e+cepto cuando aumenta considerablemente la densidad n los ventiladores centr%fugos la traectoria del fluido sigue la dirección del e&e del rodete a la entrada está perpendicular al mismo a la salida #i el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta stos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes!
1# .labes curvados 'acia adelante # .labes rectos $# .labes inclinados 'acia atrás 1 curvados 'acia atrás stos ventiladores tienen un rendimiento ba&o fuera del punto de proecto 4demás, como su caracter%stica de potencia absorbida crece rápidamente con el caudal, 'a de tenerse muc'o cuidado con el cálculo de la presión necesaria en la instalación para no sobrecargarlo n
general son bastante inestables funcionando en paralelo vista su caracter%stica caudal5 presión
os ventiladores centr%fugos de álabes curvados 'acia atrás tienen un rodete con las álabes inclinados en sentido contrario al de rotación ste tipo de ventilador es el de maor velocidad perif$rica maor rendimiento con un nivel sonoro relativamente ba&o una caracter%stica de consumo de energ%a del tipo 6no sobre cargable6 n un ventilador 6no sobre cargable6, el consumo má+imo de energ%a se produce en un punto pró+imo al de rendimiento óptimo de forma que cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultará en un consumo de energ%a menor a forma de los álabes condiciona la acumulación de materiales sobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica Para comparar el funcionamiento de dos ventiladores se debe seguir el mismo m$todo, se 'a establecido que 'a cuatro tipos de instalaciones, las cuales son!
T%&' A : T%&' B : T%&' C : T%&' D
;nstalación con salida libre entrada libre ;nstalación con salida libre ducto de salida ;nstalación con ducto a la entrada salida libre : ;nstalación con ducto tanto a la salida entrada
TRIANGULO DE VELOCIDAD DEL VENTILADOR CENTRÍFUGO
Del triángulo se tiene las siguientes ecuaciones Considerando una entrada radial α > ?@A Cu/ > "/ B Cm/1tgβ/
tgβ- > Cm-1 "-
#i la altura de presión entregada por el rotor al aire es! R > C/u"/1g
D()*+:
µ R C/u
! ! !
=actor de resbalamiento traba&o espec%fico entregado por el rotor al aire (m) Proección en la dirección tangencial de la velocidad absoluta en la salida (m1s)
"/ g
! !
9elocidad tangencial a la salida del rotor (m1s) aceleración de la gravedad (?E-m1s/)
4demás se tiene la siguiente ecuación para determinar el caudal C/m > F1πD/b/
C-m > F1πD-b-
"- > πD-21G@
#i!
"/ > πD/21G@
n del ensao del ventilador se debe medir calcular la presión total, la presión estática, potencia al e&e, eficiencia total volumen del aire (caudal) las RPM del ventilador con el ob&eto de conocer si el ventilador va a satisfacer los requerimientos del sistema al cual va 'a ser instalado
VENTILADORES AIALES: os ventiladores a+iales son de flu&o de aire ba&o respecto a la altura de aire de presión
1. A!LICACI-N DE LOS V. AIALES :iene su aplicación en quemadores, cámaras de combustión, ventilación tiro forzado en calderas torres de enfriamiento, procesos de secado,etc
. VENTILADORES RADIALES lamados tambi$n centrifugas son utilizados cuando el flu&o de aire requerido es relativamente ba&o comparado con la altura de presión que va a proporcionar el ventilador con 2q desde(/@5 E@) menos eficiente
$. A!LICACI-N DE LOS V. RADIALES :ransporte de neumáticos, quemadoras, cámara de combustión, ventilación, tiro forzado en calderas colectores en polvo, proceso de secado, c'imenea, aire acondicionado, etc
!RINCI!IO DE FUNCIONAMIENTO l principio de funcionamiento de los ventiladores centr%fugos es el mismo de las bombas centr%fugas stán constituidos por un rotor que posee una serie de paletas o álabes, de diversas formas curvaturas, que giran apro+imadamente entre /@@ H@@@ rpm dentro de una ca&a o envoltura
TUBO DE !ITOT: l tubo de pitot mide la velocidad en un punto en virtud de 'ec'o el tubo de pitot mide la presión de estancamiento, la cual supera a la presión estática local de una corriente de fluido abierto, como la presión manom$trica es cero :ambi$n sirve para medir la presión total tambi$n llamada presión de estancamiento (suma de la presión estática la presión dinámica) se dividen en dos! 4quellos en los cuales están separados las cone+iones de presión de estancamiento -
4quellos en los cuales están combinados
IV.
!ROCEDIMIENTO:
ESUEMA DEL MODULO DE ENSAYO DE UN VENTILADOR CENTRIFUGO
Como se puede apreciar el módulo de ensao del ventilador centr%fugo es una instalación del tipo D l cual tiene un ducto de entrada un ducto de salida 4 continuación se presenta el cuadro - con las lecturas tomadas para cada RPM Datos del e+perimento! 2umero de datos / 0 J H
4ltura de presión total (pulg -H-@ -/?0 -@-J @EE/ @K-J
4ltura de presión velocidad (pulg ) @@@?H
0,038354 0,032842 2 0,025755 6 0,022402 8 0,018135 6
@@J0/
(m
=uerza )
Ig5f
0,10207244
-J/@ 0,4018
0,0002413 0,0010972 8
@@KJ@ @-@//
(8nza)
torque
-HK@ -GE@
0,0018796 0,0025958 8
@-/0H
0,11285474
0,4811 0,4895 9
0,12435586
0,12076176 0,1221994
-K@@ -K0@
0,0031369
6 0,4443 1 0,4754 4
0,1257935
G
@GHK
K
@G-/
E
@H?K
0,016687 8 0,015544 8 0,015163 8
@-0GE @-G-E
0,0034747 2 0,0041097 2
@-GK@
-KH@ 0,4952 -KH@ -KH@
0,0042418
5 0,4952 5 0,4952 5
Condiciones ambientales! -
Presión atmosf$rica > KHJ-mm'g > -@/H
-
:L# > GJ= > /?@?HI
-
:L > H?=
-
ongitud del ducto > K?/Hm
-
Radio del ducto > @0@JEm
-
Diámetro del ducto > @G@?G
-
:orque>=b
-
b>-@ulg>@/HJm
-
Calculo del caudal!
:ubo de pitot
#e e+plicará solo para el primer caso, en los demás se realizará en forma análoga!
2 -
1.96109727
1.608099765
0.46934564
/ 0
4.18195357
3.429201927
1.0008589
5.47334966
4.488146718
1.30992625
J H
6.43224801
5.274443368
1.53941754
7.07083678
5.798086158
1.69224977
G K
7.44184092
6.102309554
1.78104147
8.09331776
6.636520563
1.93695817
0,1257935 0,1257935 0,10207244
E
8.22234261
6.742320938
1.96783744
4ltura de presión velocidad en metros de aire
2
4ltura de presión en metros de aire
4ltura de presión velocidad en metros de aire
31.1567831
0.1960195
26.67928513
0.89137287
20.92250203
1.52688871
18.19886271
2.10875711
14.73241267
2.54825345
13.55629569
2.82268075
12.62778229
3.33852153
12.31827782
3.44581641
/ 0 J H G K E
Calculo de !
,
,
,
2 / 0 J H G K E
0.13180351
31.0925671
0.03426978
0.10544281
30.96076361
31.2322797
0.59935912
26.3872714
0.1558373
0.47948729
25.78791227
27.022596
1.02667997
20.4222933
0.26694353
0.82134397
19.39561332
21.5105808
1.41792828
17.5080339
0.36867066
1.13434262
16.09010561
19.0110472
1.71344562
13.8976048
0.4455071
1.3707565
12.18415922
15.7138684
1.89797053
12.6315855
0.49348479
1.51837643
10.73361495
14.6434467
2.24482187
11.5340826
0.58366842
1.7958575
9.289260764
13.9136086
2.31696695
11.1894284
0.60242661
1.85357356
8.872461413
13.6454285
P8:2C;4 4R8D;2.M;C4
Potencia al e&e del ventilador!
2 -
F(
)
0.46934564
31.2322797
0.23743292
1.0008589
27.022596
0.43807088
1.30992625
21.5105808
0.45639769
1.53941754
19.0110472
0.4740312
1.69224977
15.7138684
0.43071702
1.78104147
14.6434467
0.42243686
1.93695817
13.9136086
0.43652034
1.96783744
13.6454285
0.4349315
/ 0 J H G K E P8:2C;4 4 N D 92:;4D8R 2 / 0 J H G K E
=;C;2C;4 :8:4 D 92:;4D8R! Resumen de F,,
0.35245406 0.38968512 0.4169879 0.42195204 0.42939826 0.4343624 0.4343624 0.4343624
2
O
0.67365636
67.3656359
1.12416629
112.416629
1.09451063
109.451063
1.12342436
112.342436
1.00307119
100.307119
0.97254472
97.2544721
1.00496806
100.496806
1.00131019
100.131019
/ 0 J H G K E 2umero de Renolds de revoluciones
2 129.949525
/ 0 J H G
211.53011 287.154341 341.511044 413.048418 446.771643
K 484.129283
E
495.148299
AJUSTE DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS
V.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
#e conclue que con los datos tomados en la sección de clases a que el 2q no se encuentra en el rango de un centr%fugo el ventilador no traba&a eficientemente si se traba&ara con un ventilador a+ial la eficiencia ser%a me&or porque se encuentra en el rango de su 2q correspondiente #e realizó los a&ustes correspondientes en cada uno de los gráficos se muestra la ecuación de la curva correspondiente su respectivo grado de apro+imación en donde se puede comprobar el cumplimiento de las curvas caracter%sticas de los ventiladores 4"28# D4:8# C82#;DR4D8#! • Para los cálculos se consideró el coeficiente de fricción constante en un valor de @@/
•
Donde tambi$n de fricción dinámica @E
•
Para los cálculos correspondientes se consideró al aire como un fluido incompresible
VI.
A!ENDICE
Para el cálculo de los valores de F, , P a, LP,η, 2q, ψ , ϕ se utilizaron las siguientes ecuaciones! Peso espec%fico del aire (γ aire)5 > P 1 (R:) R > /?/GJ γ aire Calculo del caudal (F) Cma+>√(/g'vγ agua 1 γ aire) Cmed >
@E/, por ser flu&o turbulento C4C"8 D 4 4:"R4 =C:;94 ()5 4:"R4 D PR#;Q2 :8:4 (M 4;R) P:1γ > 't γ agua 1 γ aire D82D!
P:1γ
! 4ltura de presión total a la salida (maire) t ! 4ltura de presión a la salida (m/@) ! Peso espec%fico del agua ( 'vγ agua 1 γ aire / DQ2D! C ma+1/g ! 4ltura de presión dinámica (m aire) 't ! 4ltura de presión de velocidad (m/@) ! Peso espec%fico del agua ( P:1γ 5 C/ma+1/g 4:"R4 D PR#;Q2 D;2.M;C4 MD;4 (m aire) C/med1/g> Pe/1γ C/med1/g PRD;D4# P8R =R;CC;Q2 2 D"C:8 'p> (f) ( 1D) (C/med1/g) D82D! 'pf / C med1/g! D
!
perdida por fricción en el ducto (m aire) ! Coeficiente de fricción ! longitud del ducto (m) 4ltura de la presión dinámica media (m aire) ! Diámetro (m)
PRD;D4# P8R 4 2:R4D4 D 4;R I- (C/med1/g)
'p/
>
! !
Perdida por la entrada de aire en el ducto coeficiente de perdida de entrada I- > @E
D82D! 'p/ I-
2:82C# 4 4:"R4 :8:4 =C:;94 #:4 D4D8 P8R! >P:/ 'p- 'p/ Calculo del caudal (F)5 F > Cmed 4 D82D! Caudal (m01s) velocidad media en el ducto (m1s) .rea transversal del ducto en este caso Circular C4C"8 D 4 P8:2C;4 4R8D;2.M;C4 (P) Pa > γ aire F 1KG (P) C4C"8 D :8RF" : > =b Donde : ! :orque (
F Cmed 4
! ! !
# ":;;SQ 8# #;";2:# =4C:8R# D C829R#;Q2 -pie > @0@JEm -pulg > @@/HJm -pie > -/pulg - //@Hlb -lbf > ?E-2 C4C"8 D 4 P8:2C;4 4 N D 92:;4D8R LP > : n 1 K/HKH DQ2D! LP > Potencia al e&e del ventilador (P) > 9elocidad del e&e del rotor en RPM n C4C"8 D 4 =;C;2C;4 :8:4 > Pa 1 LP η: 2"MR8 #PCT=;C8 D R98"C;82# D C4"D4 (2 F) 2q > n √ (F) 1 01J C;=R4 D PR#;Q2 ( ψ ) > / g 1 ("/)/ ψ C;=R4 D C4"D4 (ϕ) > F 1 ("/ 4) ϕ 4# 7# D 8# 92:;4D8R# #82 8# #;";2:#! F-1F/ > n-1n/ -1/ > (n-1n/)/ LP-1LP/ > (n-1n/)0