Informe Ventilador Centrifugo - Universidad Nacional Del Altiplano - Escuela Profesional de Ingenieria Mecanica Electrica

Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica Laboratorio de Ingeniería Mecánica III “Ensayo de un Ventilador Centrífugo “

Presentado por: Deza Mamani Deniz Renzo Código: 103465

Docente: Ing. Julio Condori Argandoña. Semestre: Noveno Año: 2014

Puno-Perú 1.-RESUMEN:

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

1.-RESUMEN: La finalidad de este ensayo es de estudiar el comportamiento de un ventilador Radial o Centrífugo operando a 1443 RPM y graficar las curvas H-Q del ventilador y del sistema. 1.1 Datos Obtenidos para este ensayo. Condiciones Ambientales:

1.2 Datos del Módulo (Ventilador Centrífugo.)

Tabla Nro. 1: Datos obtenidos en laboratorio a 1443 RPM Posición del cono

Altura de presión total. (Pulg. H2O)

Altura presión velocidad. (Pulg. H2O)

Fuerza (onza)

1 2 3 4 5 6 7 8

1.510 1.293 1.014 0.882 0.714 0.657 0.612 0.597

0.0095 0.0432 0.0740 0.1022 0.1235 0.1368 0.1618 0.1670

14.20 15.70 16.80 17.00 17.30 17.45 17.50 17.55

A continuación se mostrara los resultados obtenidos de este ensayo. En la tabla Nro. 2 se muestra los valores necesarios para realizar las gráficas correspondientes al ventilador y del sistema (figura Nro. 1), además se realizó los respectivos ajustes de curva de estas dos graficas que se muestran en las ecuaciones (i y ii).

DEZA MAMANI DENIZ RENZO

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Así mismo se puede observar en la gráfica de la (fig. Nro. 1) el punto de operación de este ventilador a 1443 RPM. Tabla Nro. 2: Resultados del ensayo del Ventilador a 1443 RPM Nro. 1 2 3 4 5 6 7 8

Q(m3/s) 0.11884234 0.25342606 0.33168456 0.38979373 0.42849215 0.45097498 0.49045442 0.49827332

H(m) 32.0742687 27.8805428 22.3401104 19.8803605 16.5768261 15.5279689 14.87179 14.6159247

H sistema 0.17847691 0.81160025 1.39024117 1.92003577 2.32019978 2.57006745 3.03974352 3.13743614

Figura Nro. 1 Gráfica de las curvas H-Q ventilador y del sistema 35

H = -18.135Q2 - 38.05Q + 37.315 R² = 0.9823

30

Hsist = 12.637Q2 - 1E-07Q + 2E-08 R² = 0.997

25

H(m)

20

15

10

5

0 0

0.1

0.2

0.3 3 Q(m /s)

0.4

0.5

0.6

0.7

Ecuaciones del ventilador y del sistema operando 1443 RPM. El punto óptimo de funcionamiento es (Q=0.648 m3/s, H=5.2m). …………… (i) ………… (ii) DEZA MAMANI DENIZ RENZO

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2.-OBJETIVOS. Estudiar el comportamiento de un ventilador Centrifugo en condiciones de funcionamiento u operación (a 1443 PRM). Graficar las Curvas H-Q del ventilador y del Sistema

3.- FUNDAMENTO TEÓRICO: 3.1.-Ventilador: El ventilador es una turbomáquina operadora de flujo cuasi-incompresible cuyo fin es proporcionar un incremento de energía a un cierto caudal de gas, mezcla de gas, aire, mezcla bifásica solido-gas, para transportarlo de un punto a otro de un sistema dado. Los ventiladores se usan principalmente para producir flujo de gases de un punto a otro; es posible que la conducción del propio gas sea lo esencial, pero también en muchos casos, el gas actúa sólo como medio de transporte de calor, humedad, etc. o de material sólido, como cenizas, polvos, etc. 3.2.-Clasificación de los Ventiladores: Los ventiladores están clasificados por distintas características en su funcionamiento y geometría, a continuación se presentan las clasificaciones más utilizadas: 3.2.1.- Por la diferencia de presión estática. Se refiere al rango de presiones con el cual se trabajan los ventiladores y son agrupados de la siguiente forma: Ventiladores de baja Presión: Donde su presión total desarrollada es inferior a 10 mbar.

Figura 3.1 Ventilador de Baja presión DEZA MAMANI DENIZ RENZO

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Ventiladores de Media Presión: Donde su presión total desarrollada es superior a los 10 mbar e inferior a los 30 mbar.

Figura 3.2 Ventilador de Media presión

Ventiladores de Alta Presión: Donde su presión total desarrollada es superior a los 30 mbar e inferior a los 100 mbar. Aquí se ve que la compresibilidad del gas es apreciable.

Figura 3.3 Ventilador de Alta presión

3.2.2.-Por el tipo de sistema de accionamiento: Se refiere al método utilizado para poner en marcha al ventilador: -Accionamiento Directo. -Accionamiento Indirecto por transmisión. 3.2.3.- Por el modo de trabajo: Como se ha mostrado, los ventiladores han llegado a clasificarse de varias maneras pero la clasificación más importante o utilizada es según la geometría de su rotor y por tanto según la trayectoria del flujo.


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Ventiladores Centrífugos: Llamados también ventiladores Radiales, son este tipo de Turbomáquinas que se diferencia de los demás ventiladores porque su salida de dirección de flujo es perpendicular al de entrada. Los ventiladores centrífugos provocan el movimiento del gas y genera una presión gracias en parte a la acción centrífuga producida por la rotación del rotor y en parte a la desaceleración del flujo en los alabes y en la espiral.

Figura 3.4 Ventilador centrífugo

Los ventiladores centrífugos pueden ser de los siguientes tipos: -Ventiladores Centrífugos de alabes curvados hacia delante. -Ventiladores Centrífugos de alabes curvados hacia atrás. -Ventiladores Centrífugos de alabes rectos radiales. Ventiladores Axiales: Este tipo de ventiladores mueven grandes caudales con incrementos de presión estática baja. La dirección del flujo a través de estos ventiladores es paralela al eje.

Figura 3.5 Ventilador Axial


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Los ventiladores Axiales pueden ser de los siguientes tipos: -Tipo Hélice -Tipo tubo axial Ventiladores Transversales: La trayectoria del flujo de aire en el rodete es normal al eje tanto a la entrada como a la salida.

Figura 3.6 Ventilador transversal

Ventiladores Helicocentrífugos: Son ventiladores intermedios entre los centrífugos y los axiales, en ellos el aire entra como en los helicoidales y sale como en los centrífugos.

Figura 3.7 Ventilador Helicocentrífugo

Esta clasificación muestra solo algunas de las más importantes clases de ventiladores y más utilizados. En este trabajo, se estudiara específicamente el ventilador Centrífugo.


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Los tres tipos básicos de rodetes y más utilizados en la industria son los de alabes curvados hacia adelante, alabes curvados hacia atrás y de alabes rectos:

Figura 3.8 Formas de ventiladores Radiales

3.2.4.- Clasificación según la velocidad específica. La velocidad específica (Nq) es un parámetro de clasificación y de selección de los ventiladores. Se define como el número de revoluciones por minuto de un prototipo, similar al que está bajo consideraciones, capaz de realizar 1 m de altura a una capacidad de 1 m3/s . La Nq de un ventilador es aquel correspondiente a su punto de máxima eficiencia y resulta diferente en cualquier punto de la curva altura – caudal (H – Q) del ventilador. Para mayores velocidades específicas se requieren mayores RPM y menores dimensiones para la misma altura y el mismo caudal.

3.3.-Tubo de Pitot. Es utilizado para la medición del caudal, está constituido por dos tubos que detectan la presión en dos puntos distintos de la tubería. Pueden montarse por separado o agrupados dentro de un alojamiento, formando un dispositivo único. Uno de los tubos mide la presión de impacto en un punto de la vena. El otro mide únicamente la presión estática, generalmente mediante un orificio practicando en la pared de la conducción. Un tubo de pitot mide dos presiones simultáneamente, la presión de impacto (pt) y la presión estática (ps). La unidad para medir la presión de impacto es un tubo con el extremo doblado en ángulo recto hacia la dirección del flujo. El extremo del tubo que mide la presión estática es cerrado pero tiene una pequeña ranura de un lado. Los tubos se pueden montar separados o en una sola unidad .En la siguiente figura se muestra un esquema de un tubo de pitot.


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Figura 3.9 Tubo de Pitot

3.4.- Cifras Características para el ensayo de un Ventilador Centrífugo. Caudal: Para hallar el caudal es necesario conocer la velocidad media y del área de la sección del ducto, para el cual utilizaremos las siguientes ecuaciones:

Donde A es el área de la sección circular del ducto ………….. (2) Velocidad máxima medido con el tubo de pitot. Tubo de pitot: Velocidad media se obtiene multiplicando a la velocidad máxima por un factor K de corrección K=0.5 para flujo laminar y K=0.82 para flujo turbulento. El aire generalmente trabaja en flujo turbulento por lo que escogemos K=0.82.

Altura efectiva: Para hallar la altura efectiva es necesario calcular las pérdidas primarias y secundarias que se pueden dar en la tubería. Las ecuaciones implicadas para este cálculo son las siguientes:


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Perdidas Primarias

Perdidas Secundarias

Potencia Aerodinámica: Para hallar la potencia Aerodinámica es necesario conocer del caudal a través de la tubería, altura efectiva del ventilador y el peso específico del aire, mostrada en la siguiente expresión.

Potencia en el eje del ventilador: La potencia al eje es la potencia correspondiente al freno y se calcula multiplicando el torque por las revoluciones.

Eficiencia del Ventilador: La eficiencia del ventilador esta expresada por potencia aerodinámica sobre la potencia en el eje del ventilador.

Número Específico de revoluciones: Es un parámetro que se calcula para la selección del ventilador.


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4.- EQUIPOS UTILIZADOS. -Módulo de laboratorio

Figura 4.1 Esquema del módulo donde se realizó el ensayo

Figura 4.2 Ventilador centrifugo Laboratorio


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5.- PROCEDIMIENTO. 1. Se encendió el motor y se estableció las RPM, para nuestro ensayo 1443 RPM. 2. Se colocó el cono en la primera posición (fijamos un caudal). 3. Se midió con el tubo de pitot, para cada posición del cono; en la parte central. Datos del ensayo que se realizó en el laboratorio. Tabla 5.1 Datos del ensayo

Posición del cono

Altura de presión total. (Pulg. H2O)

Altura presión velocidad. (Pulg. H2O)

Fuerza (onza)

1 2 3 4 5 6 7 8

1.510 1.293 1.014 0.882 0.714 0.657 0.612 0.597

0.0095 0.0432 0.0740 0.1022 0.1235 0.1368 0.1618 0.1670

14.20 15.70 16.80 17.00 17.30 17.45 17.50 17.55

4.1 DATOS EXPERIMENTALES:

1.0332 Kgf/cm²


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CÁLCULOS GENERALES QUE SE UTILIZARAN EN CADA PUNTO: Cálculo del Peso Específico del aire:

………………(12) Dónde: P: Presión atmosférica. R: Contante de T: Temperatura bulbo seco o de ambiente. Datos:

Reemplazando en la ecuación (12) tenemos:

CALCULO DE LOS PARAMETROS DEL VENTILADOR EN EL PUNTO 1. Datos iniciales del punto 1.


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a) Calculo de caudal Tubo de pitot: Remplazando los datos en la formula (1) obtenemos:

Remplazando los valores en l formula (2) obtenemos:

Remplazando valores en la formula (3) obtenemos:

b) Calculo de altura efectiva

Remplazamos los datos en la ecuación (6) obtenemos:

Luego calculamos:


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Reemplazamos los valores obtenidos en la ecuación (5).

Calculo de las perdidas primarias y secundarias. c) Perdidas primarias:

Reemplazando datos en (7).

d) Perdidas secundarias:

Reemplazando datos en la formula (8).

Éstos resultados reemplazamos en la ecuación (4).

e) Calculo de la potencia aerodinámica.



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f) Calculo de la potencia al eje del ventilador.


g) Calculo de la eficiencia total del ventilador.


h) Calculo del número específico de revoluciones del caudal.


Análogamente los cálculos de los demás puntos se proceden de igual forma. Estos resultados se verán en la tabla Nro. 5.1. 5.- RESULTADOS. A continuación se mostrara los resultados de este ensayo. En la tabla Nro. 5.1 se muestra los resultados de todos los cálculos para cada punto medido en laboratorio, y en la tabla Nro. 5.2 se muestra los resultados que será necesario para graficar las curvas H-Q del ventilador y del sistema.


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Tabla Nro. 5.2 Nro. 1 2 3 4 5 6 7 8

Q(m3/s) 0.11884234 0.25342606 0.33168456 0.38979373 0.42849215 0.45097498 0.49045442 0.49827332

Las pérdidas son:

H(m) 32.0742687 27.8805428 22.3401104 19.8803605 16.5768261 15.5279689 14.87179 14.6159247

hp1 + hp2

H sistema 0.17847691 0.81160025 1.39024117 1.92003577 2.32019978 2.57006745 3.03974352 3.13743614

(ALTURA DEL SISTEMA)

En la siguiente figura se Puede observar los resultados gráficamente correspondientes a las curvas H-Q del ventilador y del sistema. También se hizo los ajustes de curva correspondientes (ecuación i y ii) donde se encontró el punto de operación aproximadamente en (Q=0.648 m3/s, H=5.2m). 35 H = -18.135Q2 - 38.05Q + 37.315 R² = 0.9823

Series1

Series2

30

AJUSTE DE LA CURVA H-Q DEL VENTILADOR

25

AJUSTE DE LA CURVA H-Q DEL SISTEMA

H(m)

20

15

10 Hsist = 12.637Q2 - 1E-07Q + 2E-08 R² = 0.997

5

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

Q(m3/s)

0.5

0.6

0.7

Figura 5.1 Curvas H-Q del ventilador y sistema DEZA MAMANI DENIZ RENZO

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Las siguientes ecuaciones muestran el ajuste de las curvas H-Q del ventilador y sistema, estos ajustes se realizaron en el programa de computadora Excel.

…………… (i) ………… (ii)

6.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Las gráficas de las curvas H-Q nos permite visualizar el comportamiento del ventilador a condiciones de operación (a 1443). Se Realizó los ajuste correspondiente de las curvas H-Q del ventilador y sistema. Haciendo una extrapolación en ambas curvas se halló el punto de operación del ventilador al intersectar estas mismas (curvas H-Q del ventilador y del sistema.) El punto de operación se calculó a partir del grafico Nro. 1 Aproximadamente (Q=0.648 m3/s, H=5.2m). La eficiencia del ventilador a 1443 RPM es de

ɳ=41%.

Se recomienda utilizar más condiciones de operación (diferentes RPM)

7.- BIBLIOGRAFIA: CLAUDIO MATAIX. Mecánica De Fluidos y Maquinas Hidráulicas. A.-Madrid, 1986. Eck,B. VENTILATOREN, Springer-Verlag, Berlin, 1962. Pfleiderer, Carl, BOMBAS CENTRÍFUGAS Y TURBOCOMPRESORES, 4ta Edición.

VICTOR L. STREETER, E. BENJAMIN WYLIE, and KEITH W. BEDFORD. Mecánica De Fluidos (Novena Edición). McGraw-Hill Interamericana S.A. - Bogotá Colombia, 1999. INTERNET

http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_fan www.solerpalau.es www.diee.unican.es www.extractores.net, Centrífugos.


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8.- APENDICE:

Fig. 8.1 Propiedades del aire a diferentes temperaturas y presión estándar.

Fig. 8.2 Curvas un ventilador a diferentes RPM.


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Fig. 8.3 Curva de velocidad especifica de los ventiladores.

Fig. 8.4 Vista del Punto de Operación del Ventilador a 1443 PRM.


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Tabla 5.1 Cuadro de resultados del ensayo

RESULTADOS DE TODOS LOS PUNTOS.

Nro

Altura de Presión Total (m)

Altura Presión Velocidad (m)

Fuerza Kgf

1

0.038354

0.0002413

0.44163207

1.9862666

1.62873861

0.11884234

0.07031016

0.10816675

32.0742687

0.11217455

0.06018602

0.2230353

0.26984974

36.9091767

2

0.0328422

0.00109728 0.48828335

4.23562605

3.47321336

0.25342606

0.3197262

0.49187405

27.8805428

0.12402397

0.11156299

0.24659537

0.45241316

59.8709359

3

0.0257556

0.0018796

0.52249428

5.54359631

4.54574897

0.33168456

0.54767914

0.84256203

22.3401104

0.13271355

0.11699794

0.26387275

0.44338774

80.8751266

4

0.0224028

0.00259588 0.52871445

6.51480146

5.34213719

0.38979373

0.7563893

1.16364647

19.8803605

0.13429347

0.12235642

0.26701409

0.45823955

95.6897811

5

0.0181356

0.0031369

0.53804471

7.16158607

5.87250058

0.42849215

0.91403208

1.40616771

16.5768261

0.13666336

0.11215326

0.27172611

0.41274379

114.977201

6

0.0166878

0.00347472

0.54270983

7.53735179

6.18062847

0.45097498

1.0124663

1.55760115

15.5279689

0.1378483

0.11056935

0.27408211

0.40341687

123.881531

7

0.0155448

0.00410972

0.54426488

8.19718988

6.72169571

0.49045442

1.19749304

1.84225049

14.87179

0.13824328

0.1151674

0.27486745

0.41899249

133.44221

8

0.0151638

0.0042418

0.54581992

8.32787068

6.82885395

0.49827332

1.2359786

1.90145755

14.6159247

0.13863826

0.1149904

0.27565278

0.41715668

136.263777

V máxima m/s

V media m/s Caudal (mᶺ3/s)

Perdidas Primarias (m)

Perdidas Secundarias (m)

Altura efectiva (m)

Toque Kgf-m

Potencia Potencia al eje Aerodinamica (HP) (HP)

Eficiencia

Nq

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