UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ENERGÍA Escuela Profesional De Ingeniería Mecánica
CURSO
INGENIERIA TERMICA E HIDRAULICA EXPERIMENTAL Ensayo Completo De Un Ventilador Centrífugo PROFESOR
Ing. Pinto
INTEGRANTES
Alvarez Caycho Raul. Cortez Herrera Ivan. Laureano Ninaquispe Marcelo.
CICLO
VIII
1. RESUMEN En el presente informe se describe el funcionamiento de un Ventilador Centrifugo, además de corroborar las gráficas obtenidas teóricamente, llamadas “curvas características”, bajo parámetros como: caudal (Q), eficiencia (η), potencia (P), variando el caudal a un determinado número de revoluciones que se mantiene
constante, con los datos obtenidos en la experiencia realizada el21de Setiembre del presente año, en el laboratorio de Máquinas Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería Mecánica.
2. INTRODUCCIÓN Los ventiladores centrífugos, así como las bombas centrifugas, son usados para transportar un fluido de un punto a otro, pero a diferencia de las bombas, este fluido generalmente es aire. Pudiendo transportarse materiales inmersos en el flujo constante de aire. Además de poder ser usadas como elementos de ventilación en los sistemas que sean requeridos. Debido a esto, tienen una gran demanda en la industria como por ejemplo en la de procesamiento de materiales polvorientos, por lo que se hace necesario estudiar su comportamiento. Los ventiladores pueden ser axiales o radiales, según sea la dirección que sigue el flujo en su recorrido por el rotor. El ventilador eleva la presión del aire dentro del rango de 0 -1000 mm de columna de agua. A pesar de que el aire es un fluido altamente compresible, dado el hecho de que el ventilador eleva relativamente poco la presión del aire, este se puede considerar incompresible. Los ventiladores axiales son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamente grande comparado con la altura de presión que va a proporcionar el ventilador; teniendo su aplicación en quemadores y cámaras de combustión, ventilación, tiro forzado en calderas, torres de enfriamiento, procesos de secado, etc. Los ventiladores radiales, llamados también centrífugos, son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamente bajo comparado con la altura de presión que va a proporcionar el ventilador; y son aplicados en el transporte neumático, quemadores y cámaras de combustión, colectores de polvo, procesos de secado, chimeneas, aire acondicionado, etc. Lo que determina cuando se debe utilizar un ventilador radial o axial es la eficiencia. Esto se refleja en la cifra llamada Número Específico de Revoluciones de Caudal , el rango dentro del cual un ventilador axial es más eficiente que uno radial es de 80-600, y los radiales esta entre 20-80, en el sistema métrico.
3. MARCO TEÓRICO
Ventilación La ventilación puede definirse como la técnica de sustituir el aire ambiente interior de un recinto, el cual se considera indeseable por falta de temperatura adecuada, pureza o humedad, por otro que aporta una mejora. Esto es logrado mediante un sistema de inyección de aire y otro de extracción, provocando a su paso un barrido o flujo de aire constante, el cual se llevará todas las partículas contaminadas o no deseadas
Ventilador Es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se puede definir también como una turbomáquina que transmite energía para generar la presión necesaria para mantener un flujo continuo de aire. Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente eléctrico, con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulación de velocidad, conmutación de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le transmite energía. Este propulsor adopta la forma de rodete con álabes, en el caso del tipo centrífugo, o de una hélice con palas de silueta y en número diverso, en el caso de los axiales.
Ventiladores centrífugos En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta. Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes: I. II. III.
Álabes curvados hacia adelante, Álabes rectos, Álabes inclinados hacia atrás / curvados hacia atrás.
Curvas Características de un Ventilador Según sea el ventilador, su curva característica adopta una u otra forma, Los ventiladores centrífugos, en general, son capaces de manejar presiones altas con caudales más bien bajos. En la figura 3 se observa una curva característica de un ventilador centrífugo en términos de la presión total, la presión estática y la presión dinámica.
Punto de trabajo de un ventilador Para conocer el punto en que trabajará un ventilador, una vez determinada la pérdida de carga que debe vencer el mismo, no hay más que, sobre el eje de ordenadas, señalar la pérdida de carga en mmca (milímetros de columna de agua). Si se dispone de la característica resistente del sistema, se puede encontrar de forma fácil el punto de trabajo de un ventilador acoplado al mismo, al superponer las curvas características del ventilador y resistente del conducto según se indica en la Fig.
La ecuación de Bernoulli
HB
(
Ps Pe
)(
Vs 2 Ve 2 2g
) Zs Ze
Ps y Pe: Son las pérdidas estáticas de succión y de descarga. Vs y Ve: Son las velocidades del aire en la succión y descarga. Zs y Ze: Las alturas geodesias. : Peso Específico del aire. g: Aceleración de la gravedad.
4. OBJETIVOS 4.1.
4.2.
GENERAL Contrastar los datos y graficas obtenidos teóricamente de un ventilador centrífugo, a partir de la experimentación régimen constante y variable.
ESPECÍFICOS Hacer un análisis de las curvas características del ventilador centrífugo. Determinar el comportamiento de un ventilador centrífugo a diferentes condiciones de funcionamiento.
5. ESQUEMA DEL VENTILADOR CENTRÍFUGO Ventilador centrifugo del tipo soplador. RPM
Zona Transición Alineador de Flujo
Disco Regulador
1
Ventilador
6D Po, To Prandtl Aire
L = 7,5 D
Medir: Longitud y Diámetro del ducto; Definir: Material del ducto.
6. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO a) Encender el motor y fijar el régimen de operación constante del ventilador. b) Marcar de 6 a 8 posiciones con el disco regulador de aire. c) Para cada posición del disco, tomar los siguientes datos: Presión estática, Presión Dinámica, Voltaje, Amperaje y las RPM a las que gira el motor. d) Repetir los pasos 2 y 3 para las otras RPM de operación del ventilador. e) Una vez realizada la experiencia, llevar la velocidad de rotación al mínimo y apagar el motor.
Datos obtenidos en el laboratorio Diámetro descarga:
2
d
0.18 m
7. TABULACIÓN DE DATOS
Para N=750 RPM:
Punto 1 2 3 4 5 6 7 8
17 20 20 18 18 17 10 5
1 1.5 1.5 1.7 3 5 10 14
V (Voltios)
I (Ampere)
60.1 60.1 60.2 60.2 60.5 60.5 61.1 61.6
3.85 3.83 3.86 3.85 3.92 3.97 4.04 4.16
V (Voltios)
I (Ampere)
66.6 66.7 66.7 66.8 67.1 67.2 67.9 68.5
3.96 3.96 3.95 3.99 4.02 4.12 4.32 4.36
Para N=800 RPM:
Punto 1 2 3 4 5 6 7 8
1 27 27 26 24 22 20 13 5
1 1 1.5 4 6 11 17
Para N=850 RPM:
Punto 1 2 3 4 5 6 7 8
30 30 30 28 25 23 16 5
V (Voltios)
I (Ampere)
71.2 71.2 71.3 71.4 71.7 71.9 72.4 73.3
4.02 4.06 4.09 4.12 4.14 4.23 4.32 4.53
V (Voltios)
I (Ampere)
1 1 1.5 3 4 6 12.5 16
Para N=950 RPM:
Punto 1 2 3 4 5 6
7 8
36 38 37 29 30 29
1 1 1.5 3 5 7
79.2 79.5 79.4 79.4 79.9 80.3
4.32 4.36 4.36 4.4 4.42 4.55
20 8
15 25
81.1 82.2
4.72 5
8. ANÁLISIS Y METODOLOGÍA DEL CÁLCULO
1.-) Cálculo de la densidad del aire ( a ) Para los problemas prácticos en ingeniería, el aire y todos los gases empleados por los ventiladores, obedecen con suficiente aproximación a la ecuación de los gases perfectos.
Po R aire Taire
1.01*105 287 * (273 25)
Donde: P0 = Presión atmosférica local Taire = Temperatura del aire seco Raire = Constante del aire: 0,287 KJ/Kg.
1.205kg / m3 …….. (1)
2.-) Cálculo de la Velocidad media (Cm) Según el perfil de velocidades, la velocidad máxima está dada en el centro del ducto. El tubo de Pitot estáticos o Prandtl es un dispositivo para medición de velocidad y combina en un solo instrumento un Tubo de Pitot (Presión estática + Presión dinámica) y un Tubo Piezométrico midiendo la diferencia de los (Presión dos; por estática), lo que mide Presión dinámica.
√( )
3.-) Cálculo de la Altura útil (H) y del Caudal (Q)
4.-) Cálculo de la Potencia (P H) , Potencia Eléctrica (Pe) y Eficiencia (n GR)
9. TABULACIÓN DE RESULTADOS Para N=750 RPM:
V(vol)
I(A)
(m) (m)
(m/s) 3.3019
0.0180
P (KW)
Pe
14.89
Q (m3/s) 0.0840
14.7931
231.385
6.39 9.40 9.31
60.1
3.85
17
1
(m/s) 4.0267
60.1 60.2
3.83 3.86
20 20
1.5 1.5
4.9317 4.9317
4.0440 4.0440
0.0215 0.0215
17.79 17.79
0.1029 0.1029
21.6407 21.6407
230.183 232.372
60.2
3.85
19
1.7
5.2502
4.3052
0.0207
17.13
0.1096
22.1810
231.77
9.57
60.5
3.92
18
3
6.9745
5.7191
0.0210
17.38
0.1455
29.8928
237.16
12.60
60.5
3.97
17
5
9.0040
7.3833
0.0220
18.20
0.1879
40.4291
240.185
16.83
61.1
4.04
10
10
12.7336
10.4416
0.0200
16.55
0.2657
51.9776
246.844
21.05
61.6
4.16
5
14
15.0666
12.3546
0.0190
15.72
0.3144
58.4257
256.256
22.79
Para N=800 RPM:
Q
P (KW)
Pe
23.17
(m3/s) 0.0840
23.0115
263.736
8.73
23.17
0.0840
23.0115
264.132
8.71
0.0270
22.34
0.0840
22.1896
263.465
8.42
4.0440
0.0255
21.10
0.1029
25.6668
266.532
9.63
6.6038
0.0260
21.51
0.1680
42.7356
269.742
15.84
9.8634
8.0880
0.0260
21.51
0.2058
52.3402
276.864
18.90
13.3551
10.9512
0.0240
19.86
0.2787
65.4175
293.328
22.30
16.6026
13.6141
0.0220
18.20
0.3464
74.5476
298.66
24.96
(m/s) 4.0267
(m/s) 3.3019
(m) (m) 25.65
Pe
0.0310
Q (m3/s) 0.0840
P (KW)
1
25.4770
286.224
8.90
V(vol)
I(A)
66.6
3.96
27
1
(m/s) 4.0267
(m/s) 3.3019
0.0280
66.7
3.96
27
1
4.0267
3.3019
0.0280
66.7
3.95
26
1
4.0267
3.3019
66.8
3.99
24
1.5
4.9317
67.1
4.02
22
4
8.0534
67.2
4.12
20
6
67.9
4.32
13
11
68.5
4.36
5
17
(m) (m)
Para N=850 RPM: V(vol)
I(A)
71.2
4.02
71.2
4.06
30
1
4.0267
3.3019
0.0310
25.65
0.0840
25.4770
289.072
8.81
71.3
4.09
30
1.5
4.9317
4.0440
0.0315
26.06
0.1029
31.7061
291.617
10.87
71.4
4.12
28
3
6.9745
5.7191
0.0310
25.65
0.1455
44.1275
294.168
15.00
71.7
4.14
25
4
8.0534
6.6038
0.0290
24.00
0.1680
47.6666
296.838
16.06
71.9
4.23
23
6
9.8634
8.0880
0.0290
24.00
0.2058
58.3795
304.137
19.20
72.4
4.32
16
12.5
14.2366
11.6740
0.0285
23.58
0.2971
82.8107
312.768
26.48
73.3
4.53
5
16
16.1069
13.2077
0.0210
17.38
0.3361
69.0344
332.049
20.79
30
Para N=950 RPM: V(vol )
I(A)
79.2
4.32
79.5
4.36
79.4
4.36
79.4
4.4
79.9
4.42
80.3
4.55
81.1
4.72
82.2
5
(m/s)
(m/s)
36
1
4.0267
3.3019
38
1
4.0267
3.3019
37
1.5
4.9317
4.0440
29
3
6.9745
5.7191
30
5
7.3833
29
7
20
15
8
25
9.0040 10.653 7 15.595 4 20.133 6
8.7360 12.788 3 16.509 6
(m) (m )
0.037 0 0.039 0 0.038 5 0.032 0 0.035 0 0.036 0 0.035 0 0.033 0
30.61 32.27 31.86 26.48 28.96 29.79 28.96 27.31
Q (m3/s) 0.084 0 0.084 0 0.102 9 0.145 5 0.187 9 0.222 3 0.325 4 0.420 1
P (KW)
Pe
30.4080
342.14 4
32.0517 38.7519 45.5509 64.3190 78.2777 111.403 9 135.603 4
346.62 346.18 4 349.36 353.15 8 365.36 5 382.79 2 411
10. GRAFICAS
Q (lt/s) vs H aire (m)
35.00 30.00 25.00
e ir a20.00 H
15.00 10.00 5.00 0.00 0.0840
0.0840
0.1029
0.1455
0.1879
0.2223
0.3254
Caudal N=750RPM
N=800RPM
N=850RPM
Grafica 1: Caudal (Q) vs H aire
N=950RPM
0.4201
8.89 9.25 11.19 13.04 18.21 21.42 29.10 32.99
35.00
30.00
25.00
20.00
% n 15.00
10.00
5.00
0.00 0.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.3000
0.3500
0.4000
0.4500
Caudal Q n=750RPM
n=800RPM
n=850RPM
n=950RPM
Grafica 2: Caudal (Q) vs eficiencia (n%)
11. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES
Al aumentar las RPM obtenemos una mayor altura de presión entregada por el ventilador para un mismo caudal de aire. La altura de presión disminuye al aumentar el caudal requerido. La potencia consumida por el eje del ventilador aumenta directamente con la velocidad de giro (RPM) El ventilador centrífugo es más eficiente a 950 RPM comparado con las otras velocidades de giro.
