VENTILADOR CENTRÍFUGO

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    Laboratorio de Ingeniera Mecnica III Ventilador Centrfugo

    ENSAYO DEL VENTILADOR CENTRFUGO

    I. RESUMEN:El presente informe trata sobre los clculos con los datos entregados por el ingeniero y

    graficar las curvas caractersticas de este tipo de ventilador para luego determinar elcomportamiento a diferentes condiciones de funcionamiento.

    Y las ecuaciones resultantes que hallamos son:

    Y el punto donde se intersecta la grafica son:

    Q = 0.8504 m3/s

    H = 9.1572929 m

    II. OBJETIVOS:- Estudiar el comportamiento de un ventilador Centrifugo en

    condiciones de funcionamiento u operacin (a 2000 PRM).

    - Hallar el punto de funcionamiento ptimo del ventilador.

    III. TEORIA:Un ventilador es una mquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se

    puede definir tambin como una turbomquina que transmite energa para generar la

    presin necesaria para mantener un flujo continuo de aire.

    Dentro de una clasificacin general de mquinas, los ventiladores son turbomquinashidrulicas, tipo generador, para gases.

    Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente elctrico,

    con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulacin de velocidad,

    conmutacin de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le

    transmite energa.

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    El conjunto, o por lo menos el rodete o la hlice, van envueltos por una caja con paredes

    de cierre en forma de espiral para los centrfugos y por un marco plano o una envoltura

    tubular en los axiales. La envolvente tubular puede llevar una reja radial de labes fijos a

    la entrada o salida de la hlice, llamada directriz, que gua el aire, para aumentar la

    presin y el rendimiento del aparato.

    VENTILADORES CENTRFUGOS. En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido

    sigue la direccin 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 bsicos de rodetes:

    1. labes curvados hacia adelante,2. labes rectos,3. labes inclinados hacia atrs / curvados hacia atrs.

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    VENTILADORES CENTRFUGOS DE LABES CURVADOS HACIA ADELANTE, RADIALES Y

    ATRS

    Los ventiladores de labes curvados hacia adelante (tambin se llaman de jaula de ardilla)

    tienen una hlice o rodete con labes curvadas en el mismo sentido del giro. Estos

    ventiladores necesitan poco espacio, poseen baja velocidad perifrica y son silenciosos. Seutilizan cuando la presin esttica necesaria es de baja a media, tal como la que se

    encuentran en los sistemas de calefaccin, aire acondicionado o renovacin de aire, etc.

    No es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, ya que las

    partculas se adhieren a los pequeos labes curvados y pueden provocar el

    desequilibrado del rodete.

    Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Adems,

    como su caracterstica de potencia absorbida crece rpidamente con el caudal, ha detenerse mucho cuidado con el clculo de la presin necesaria en la instalacin para no

    sobrecargarlo. En general, son bastante inestables funcionando en paralelo, vista su

    caracterstica caudal-presin. En la figura pueden observarse las partes mencionadas.

    VENTILADORES CENTRFUGOS CON LABES CURVADOS.

    Los ventiladores centrfugos radiales tienen el rodete con los labes dispuestos en forma

    radial. La carcasa est diseada de forma que a la entrada y a la salida se alcancen

    velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseos de rodetes

    que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta resistencia a

    impacto". La disposicin radial de los labes evita la acumulacin de materiales sobre las

    mismas. Este tipo de ventilador es el comnmente utilizado en las instalaciones de

    extraccin localizada en las que el aire contaminado con partculas debe circular a travs

    del ventilador.

    Los ventiladores centrfugos de labes curvados hacia atrs tienen un rodete con los

    labes inclinados en sentido contrario al de rotacin. Este tipo de ventilador es el demayor velocidad perifrica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo y

    una caracterstica de consumo de energa del tipo "no sobrecargable".

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    En un ventilador "no sobrecargable", el consumo mximo de energa se produce en un

    punto prximo al de rendimiento ptimo de forma que cualquier cambio a partir de este

    punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultar en un consumo de energa

    menor. La forma de los labes condiciona la acumulacin de materiales sobre ellas, de

    forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a continuacin:

    1. LABES DE ESPESOR UNIFORME. Los labes macizos permiten el trabajo con aireligeramente sucio o hmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales

    slidos ya que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior de los alabes.

    2. LOS LABES DE ALA PORTANTE.Permiten mayores rendimientos y una operacinms silenciosa. Los labes huecos se erosionan rpidamente y se pueden llenar de

    lquido si la humedad es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las

    que se manipule aire limpio.

    3. LEYES DE LOS VENTILADORES. Si un ventilador debe funcionar en condicionesdiferentes de las ensayadas, no es prctico ni econmico efectuar nuevos ensayos

    para determinar sus parmetros de funcionamiento.

    Mediante el uso de un conjunto de ecuaciones conocidas como LEYES DE LOS

    VENTILADORES es posible determinar, con buena precisin, los nuevos parmetros de

    funcionamiento a partir de los ensayos efectuados en condiciones normalizadas. Al mismo

    tiempo, estas leyes permiten determinar los parmetros de una serie de ventiladores

    geomtricamente semejantes a partir de las caractersticas del ventilador ensayado. Las

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    leyes de los ventiladores estn indicadas, bajo forma de relacin de magnitudes, en

    ecuaciones que se basan en la teora de la mecnica de fluidos y su exactitud es suficiente

    para la mayora de las aplicaciones, siempre que el diferencial de presin sea inferior a 3

    kPa, por encima del cual se debe tener en cuenta la compresibilidad del gas.

    Un ventilador es una turbo mquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es

    un gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinado

    rendimiento.

    En funcin de la trayectoria del fluido, todos estos ventiladores se pueden clasificar en

    I. De flujo radial (centrfugos)II. De flujo semiaxial (helico-centrifugos)III.De flujo axial

    CLASIFICACIN SEGN LA VELOCIDAD ESPECFICA.

    La velocidad especfica (Nq) es un parmetro de clasificacin y de seleccin de los

    ventiladores. Se define como el nmero de revoluciones por minuto de un prototipo,

    similar al que est 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 mxima eficiencia y resulta

    diferente en cualquier punto de la curva alturacaudal (HQ) del ventilador.

    Para mayores velocidades especficas se requieren mayores RPM y menores dimensiones

    para la misma altura y el mismo caudal.

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    VENTILADORES RADIALES (CENTRFUGOS)

    Los ventiladores radiales son de Flujo de aire grande respecto con la altura de presin.

    Una cosa muy importante las bombas aumentan la energa de los lquidos mientras que

    los ventiladores hacen lo mismo con los gases, el procedimiento para disear una mquinade este tipo es el mismo en ambos casos excepto cuando aumenta considerablemente la

    densidad.

    En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido sigue la direccin del eje del rodete

    a la entrada y est 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 bsicos de rodetes:

    1) labes curvados hacia adelante.2) labes rectos.3) labes inclinados hacia atrs / curvados hacia atrs.

    Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Adems,

    como su caracterstica de potencia absorbida crece rpidamente con el caudal, ha de

    tenerse mucho cuidado con el clculo de la presin necesaria en la instalacin para no

    sobrecargarlo. En general son bastante inestables funcionando en paralelo vista su

    caracterstica caudal-presin.

    Los ventiladores centrfugos de labes curvados hacia atrs tienen un rodete con las

    labes inclinados en sentido contrario al de rotacin. Este tipo de ventilador es el de

    mayor velocidad perifrica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo

    y una caracterstica de consumo de energa del tipo "no sobre cargable". En un

    ventilador "no sobre cargable", el consumo mximo de energa se produce en un punto

    prximo al de rendimiento ptimo de forma que cualquier cambio a partir de este p unto

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    debido a cambios de la resistencia del sistema resultar en un consumo de energa

    menor. La forma de los labes condiciona la acumulacin 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 mtodo, se

    ha establecido que hay cuatro tipos de instalaciones, las cuales son:

    Tipo A : Instalacin con salida libre y entrada libre.

    Tipo B : Instalacin con salida libre y ducto de salida

    Tipo C : Instalacin con ducto a la entrada y salida libre.

    Tipo D : Instalacin con ducto tanto a la salida y entrada.

    TRIANGULO DE VELOCIDAD DEL VENTILADOR CENTRFUGO

    Del tringulo se tiene las siguientes ecuaciones

    Considerando una entrada radial = 90

    Cu2= U2Cm2/tg2 tg1= Cm1/ U1

    Si la altura de presin entregada por el rotor al aire es:

    HR= C2u*U2/g

    Dnde:

    :Factor de resbalamiento

    HR : trabajo especfico entregado por el rotor al aire (m)C2u : Proyeccin en la direccin tangencial de la velocidad absoluta en la salida (m/s)U2 : Velocidad tangencial a la salida del rotor (m/s)g :aceleracin de la gravedad (9.81m/s2)

    Adems se tiene la siguiente ecuacin para determinar el caudal

    C2m= Q/D2b2 y C1m= Q/D1b1

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    Si: U1 = D1N/60 y U2 = D2N/60

    En del ensayo del ventilador se debe medir y calcular la presin total, la presin esttica,potencia al eje, eficiencia total volumen del aire (caudal) y las RPM del ventilador con el

    objeto de conocer si el ventilador va a satisfacer los requerimientos del sistema al cual vaa ser instalado.

    VENTILADORES AXIALES:

    Aplicacin de los V. axiales

    Tiene su aplicacin en quemadores, cmara de combustin, ventilacin, tiro forzado en calderastorres de enfriamiento, procesos de secado, etc.

    Ventiladoresradiales

    Llamados tambin centrifugas son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamentebajo comparando con la altura de presin que va a proporcionar al ventilador. Con Nq desde 20 80

    (Menos eficiente)Aplicacin de los V. radiales

    Transporte neumtico, quemadoras, cmara de combustin, ventilacin, tiro forzado en calderascolectores en polvo, proceso de secado, chimenea, aire acondicionado, etc.

    Principio de funcionamiento

    El principio de funcionamiento de los ventiladores centrfugos es el mismo de las bombascentrfugas. Estn constituidos por un rotor que posee una serie de paletas o labes, de diversasformas y curvaturas, que giran aproximadamente entre 200 y 5000 rpm dentro de una caja oenvoltura.

    TUBO DE PITOT:

    El tubo de pitot mide la velocidad en un punto en virtud de hecho el tubo de pitot mide la

    presin de estancamiento, la cual supera a la presin esttica local de una corriente de

    fluido abierto, como la presin manomtrica es cero.

    Tambin sirve para medir la presin total tambin llamada presin de estancamiento

    (suma de la presin esttica y la presin dinmica) se dividen en dos:

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    - Aquellos en los cuales estn separados las conexiones de presin y deestancamiento.

    - Aquellos en los cuales estn combinados.

    CIFRAS CARACTERISTICAS PARA EL ENSAYO DE UN VENTILADOR CENTRFUGO:

    Caudal: Para hallar el caudal es necesario conocer la velocidad media y del rea de la

    seccin del ducto, para el cual utilizaremos las siguientes ecuaciones: Donde A es el rea de la seccin circular del ducto

    Velocidad mxima medida con el tubo de pitot.

    ( )Velocidad media se obtiene multiplicando a la velocidad mxima por un factor K de

    correccin 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.

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    Altura efectiva: Para hallar la altura efectiva es necesario calcular las prdidas

    primarias y secundarias que se pueden dar en la tubera. Las ecuaciones implicadas

    para este clculo son las siguientes:

    Dnde:

    Perdidas primarias:

    Perdidas secundarias:

    Potencia Aerodinmica: Para hallar la potencia Aerodinmica es necesario conocer del

    caudal a travs de la tubera, altura efectiva del ventilador y el peso especfico del aire,

    mostrada en la siguiente expresin.

    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

    aerodinmica sobre la potencia en el eje del ventilador:

    Nmero Especfico de revoluciones:Es un parmetro que se calcula para la seleccindel ventilador.

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    IV. EQUIPOS UTILIZADOS:ESQUEMA DEL MODULO DE ENSAYO DE UN VENTILADOR CENTRIFUGO

    Como se puede apreciar el mdulo de ensayo del ventilador centrfugo es una

    instalacin del tipo D. El cual tiene un ducto de entrada y un ducto de salida.

    V. PROCEDIMIENTO:DATOS DEL EXPERIMENTO:

    A 2000 RPM

    Posicindel

    cono

    AlturaPresin

    Total(pulg H2O)

    AlturaPresin

    Total(m H2O)

    AlturaPresin

    Velocidad(pulg H2O)

    AlturaPresin

    Velocidad(m H2O)

    T (torque)(lb-pulg)

    1 2.8 0.07112 0.15 0.00381 23.02 2.4 0.06096 0.20 0.00508 24.0

    3 2.0 0.0508 0.28 0.007112 25.0

    4 1.3 0.03302 0.35 0.00889 26.05 1.2 0.03048 0.38 0.009652 27.0

    6 0.9 0.02286 0.40 0.01016 29.0

    Condiciones Ambientales:

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    Presin Atmosfrica: Pat= 750 mmHg= 1.019625 kg/cm2

    TBS= 15 C = 288 k

    TBH= 11 C = 284 k

    Calculo del caudal:

    Tubo de pitot

    P=1.019625 kg/=10196.25 PaR=29.264 m/K

    H=0.00381 m H2O

    N

    1 7.8795013 6.46119107 0.471445982 9.0984644 7.46074081 0.544378923 10.7654483 8.82766757 0.644117834 12.0361371 9.86963238 0.720145625 12.5413677 10.2839215 0.750374566 12.8671717 10.5510808 0.76986805

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    Altura de presin velocidad en metrosde aire

    N Altura de presinesttica en metros de

    aire

    Altura de presinvelocidad en metros

    de aire

    1 55.9074615 3.1623

    2 46.4148241 4.21643 36.2897268 5.90296

    4 20.0465464 7.3787

    5 17.3044521 8.011166 10.553909 8.4328

    Calculo de: , , HN

    H

    1 2.12777727 58.0352387 1.10647057 1.70222099 55.9074615 60.8439303

    2 2.83703636 49.2518605 1.4752941 2.26962799 46.4148241 52.9967826

    3 3.9718509 40.2615777 2.06541174 3.17747919 36.2897268 45.50446864 4.96481363 25.01136 2.58176467 3.97184899 20.0465464 31.5649737

    5 5.39036908 22.6948211 2.80305879 4.31229319 17.3044521 29.8101731

    6 5.67407272 16.2279818 2.9505882 4.53925599 10.553909 23.7178259

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    Parmetros de deforme:

    Potencia aerodinmica

    Potencia al eje del ventilador:

    Q() H 0.6460 60.8439303 0.454364481.6175 52.9967826 0.45698925

    2.2372 45.5044686 0.46427419

    2.7374 31.5649737 0.360065022.9408 29.8101731 0.35432172

    3.1902 23.7178259 0.28923201

    N 1 0.730243732 0.76199345

    3 0.793743184 0.82549291

    5 0.857242636 0.92074209

    EFICIENCIA TOTAL DEL VENTILADOR:

    Resumen de Q, H,

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    N %1 0.62220935 62.2209354

    2 0.59972858 59.97285763 0.58491739 58.4917393

    4 0.43618185 43.6181847

    5 0.41332723 41.33272276 0.31412924 31.4129235

    Numero de Reynolds de revoluciones

    N 1 63.0351828

    2 75.1265625

    3 91.61616744 127.448898

    5 135.798719

    6 163.279622

    Despus de obtener los datos se procede a hallar la curva del ventilador y su ecuacin:

    Linear model Poly2:

    f(x) = p1*x^2 + p2*x + p3

    Coefficients (with 95% confidence bounds):

    p1 = -194.2 (-514, 125.6)

    p2 = 122.2 (-277.4, 521.9)

    p3 = 45.68 (-75.7, 167)

    Goodness of fit:

    SSE: 12.11

    R-square: 0.9887

    Adjusted R-square: 0.9812

    RMSE: 2.009

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    Su ecuacin es:

    Ahora se hallara la curva del sistema con las perdidas:

    Linear model Poly2:

    f(x) = p1*x^2 + p2*x + p3

    Coefficients (with 95% confidence bounds):

    p1 = 12.64 (12.64, 12.64)

    p2 = 0.0003492 (-0.00026, 0.0009584)

    p3 = -8.828e-005 (-0.0002733, 9.672e-005)

    Goodness of fit:

    SSE: 2.812e-011

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    R-square: 1

    Adjusted R-square: 1

    RMSE: 3.062e-006

    La ecuacin del sistema es:

    Y el punto ptimo del sistema es:

    Q = 0.8504 m3/s

    H = 9.1572929 m

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    VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El punto de operacin no est entre los rangos de los datos pero las grficas de las

    curvas H-Q nos permite visualizar el comportamiento del ventilador a condicionesde operacin.

    Se Realiz los ajustes con el software de matlab obtenindose lascorrespondientes curvas H-Q del ventilador y sistema. Tenindose las ecuaciones de la bomba y del sistema se obtuvo el punto de

    operacin a alturas iguales

    El punto de operacin se calcul aproximadamente (Q=0.8504 m3/s,H=9.1572929 m).

    En los datos tomas del ventilador se not que es eficiente hasta el dato 5.BIBLIOGRAFIA:

    CLAUDIO MATAIX. Mecnica De Fluidos y Maquinas Hidrulicas. A.-Madrid, 1986. Eck,B. VENTILATOREN, Springer-Verlag, Berlin, 1962. VICTOR L. STREETER, E. BENJAMIN WYLIE, and KEITH W. BEDFORD. Mecnica De

    Fluidos (Novena Edicin). McGraw-Hill Interamericana S.A. - Bogot Colombia, 1999.

    APENDICE: