Ensayos de Turbomaquinas Imprimir 1-5

ENSAYOS DE TURBOMAQUINAS 2013

1

LABORATORIO N1

BOMBA CENTRIFUGA EN SERIE Y EN PARALELO

1. Objetivos

Construccin, anlisis y estudio de las curvas caractersticas, altura manomtrica, eficiencia y Potencia vs. Caudal del conjunto de dos bombas dispuestas en serie y

paralelo.

Comprender el funcionamiento de bombas usadas en arreglos en serie y en paralelo y entender el porqu de los arreglos y su uso.

2. Marco terico

Un equipo de bombeo es un transformador de energa, recibe la energa mecnica que puede

recibir de un motor elctrico, una turbina de vapor u otros medios, para transformarla en energa

de presin, misma que el fluido aprovecha para su movimiento.

Las bombas hidrulicas se clasifican en dos grandes grupos:

Bombas de desplazamiento positivo

Bombas dinmicas

Las primeras son tiles para gastos pequeos, presiones altas y lquidos tanto limpios como

viscosos. Mientras que las bombas dinmicas funcionan para gastos grandes, presiones medianas

y lquidos de todo tipo, excepto altamente viscosos.

Las bombas centrifugas funcionan con rotores que giran a grandes velocidades y estn acoplados

a un motor de accionamiento dentro de una carcasa cerrada con dos orificios, uno de admisin o

succin colocado continuamente con el eje de giro y uno de impulsin de descarga colocado

tangencialmente Ui y normalmente hacia arriba respecto del rotor.


2

Bombas en serie y paralelo

Hay casos en que el sistema exige que vari la presin o el gasto, as como los requerimientos de

admisin y descarga, para ello se emplea el uso de bombas en serie y paralelo y con ello

aumentar la eficiencia del sistema.

En el caso de bombas en serie se suman las cargas del sistema, mientras que en el caso de

bombas en paralelo, se suman las capacidades.

Esquemas de bombas en serie y paralelo.

Operacin en paralelo y en serie

Operacin en paralelo y en serie


3

3 Formulas tiles

Factores de conversin

- 1 HP = 746 W - 1 L/min = 16.67 *10-6 m3/s - 1 gal/min = 3.785 l/min - 1 PSI = 6894.76 Pa.

Formulas usadas:

- Altura de agua: H=P/*g

- Potencia hidrulica:

P=*g*H*Q

- Potencia elctrica monofsica:

Pe=

- Eficiencia:

=P/Pe

4 Instrumentacin

- Caudalimetro. - Manmetro - Pinzas Amperimetricas - Bomba - Motor trifsico - Bomba monofsica

5 Procedimientos

Primero conectamos las bombas individualmente para obtener los datos de funcionamiento y as graficar la curva de funcionamiento a distintos caudales.

Luego hacemos los arreglos, cerrando algunas vlvulas de globo, para obtener una conexin en serie y as obtener las grficas correspondientes.

Una vez culminado el ensayo de las bombas en serie, se pasa a la conexin en paralelo en el banco de pruebas, cerrando como el caso anterior algunas vlvulas del tipo globo.

6 Protocolo primario.

Bomba monofsica 1


4

N Q

gal/min

P psi I

1 0 67 4,9

2 4 60 5,29

3 8,43 50 5,85

4 12,4 39 6,25

5 15,96 18 6,67

6 17,98 10 6,7

Bomba monofsica 2

N Q

(gal/min)

P (psi) I (A)

1 0 21 4,1

2 4,21 19 4,2

3 8,43 15 4,3

4 11,9 12 4,4

5 15,84 8 4,6

Bombas en paralelo

N Q

(gal/min)

P ( psi ) I mono I trifsica

1 0 70 4,9 4,59

2 3,96 62 5,4 4,7

3 8,43 49 5,9 4,75

4 12 30 6,29 4,78

5 15,96 20 6,4 4,9

6 18,24 16 6,5 4,91

7 23 10 6,85 4,94

Bomba en serie

N Q

(gal/min)

P(psi) I mono I trifsica

1 0 88 5 4,83

2 4,21 80 5,2 4,89

3 8,05 65 5,34 4,91

4 11,89 50 5,87 4,94

5 15,7 35 6,33 5

6 17,1 8 6,57 5,2


5

7 Protocolo secundario.

Bomba monofsica 1

N Q(m3/s) H(m) I(A) V(v) P(w) Pe(w) n

1 0 47,089594 4,9 220 0 1078 0

2 0,0002523 42,169786 5,29 220 104,38115 1163,8 8,9689939

3 0,0005318 35,141488 5,85 220 183,31940 1287 14,243931

4 0,0007822 27,410361 6,25 220 210,32802 1375 15,296583

5 0,0010068 12,650936 6,67 220 124,94424 1467,4 8,5146679

6 0,0011342 7,0282977 6,7 220 78,198879 1474 5,3052156

Bomba monofsica 2

N Q(m3/s) H(m) I(A) V(v) P(w) Pe(w) N

1 0 14,759425 4,1 220 0 1249,8473 0

2 0,0002656 13,353765 4,2 220 34,789368 1280,3314 2,7172159

3 0,0005318 10,542446 4,3 220 54,995819 1310,8154 4,1955425

4 0,0007507 8,4339572 4,4 220 62,106785 1341,2995 4,6303442

5 0,0009992 5,6226381 4,6 220 55,113248 1402,2677 3,9302944

Bombas en paralelo

N Q(m3/s) H(m) I1(A) I2(A) V(v) P(w) Pe1(w) Pe2(W) n

1 0 49 4,9 4,59 220 0 1078 1399 0

2 0,0002 44 5,4 4,7 220 106,8 1188 1433 4,07

3 0,0005 34 5,9 4,75 220 179,7 1298 1448 6,54

4 0,0008 21 6,29 4,78 220 156,6 1383,8 1457 5,51

5 0,0010 14 6,4 4,9 220 138,8 1408 1494 4,78

6 0,0012 11 6,5 4,91 220 126,9 1430 1497 4,34

7 0,0015 7 6,85 4,94 220 100,0 1507 1506 3,32

Bomba en serie

N Q(m3/s) H(m) I1(A) I2(A) V(v) P(w) Pe1(w) Pe2(W) n

1 0 62 5 4,83 220 0 1100 1472,4 0

2 0,0003 56 5,2 4,89 220 146,5 1144 1490,7 5,56

3 0,0005 46 5,34 4,91 220 227,6 1174,8 1496,8 8,52

4 0,0008 35 5,87 4,94 220 258,6 1291,4 1505,9 9,24

5 0,0010 25 6,33 5 220 239,0 1392,6 1524,2 8,19

6 0,0011 6 6,57 5,2 220 59,5 1445,4 1585,2 1,96


6

Graficas

Bombas monofsica 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0.0005 0.001 0.0015

Alt

ura

Caudal

H vs Q

Bomba monofasica

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0.0005 0.001 0.0015

Efic

ien

cia

Caudal

Eficiencia

Bomba monofasica


7

Bombas en paralelo

Los caudales de ambas bombas se suman de tal manera incrementando el caudal.

0

10

20

30

40

50

60

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002

Alt

ura

Caudal

Bombas en paralelo

Series1

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002

Efic

ien

cia

Caudal

Eficiencia

Series1


8

Bombas en serie

Las alturas de ambas bombas se suman, por lo tanto se obtiene un incremento en la altura de

bombeo.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012

Alt

ura

Caudal

Bomba en serie

Series1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012

Efic

ien

cia

Caudal

Eficiencia

Series1


9

Comparacion de ambas instalaciones

7 Conclusiones

Realizando este tipo de ensayo podemos apreciar que cuando se instala las bombas en paralelo se obtiene un mayor caudal de bombeo que se ratifica con la suma de ambos

caudales de dichas bombas en el punto de operacin.

En la instalacin en serie se logra apreciar un incremento en la altura de bombeo que se ratifica con las sumas de las alturas de cada bomba en el punto de operacin.

Cabe resaltar que es ideal que ambas bombas posean igual potencia e igual curva caractersticas para un eficiente funcionamiento.

La utilizacin de estas dos bombas de diferente potencia resulta un tanto ineficiente para los requerimientos exigidos.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002

Alt

ura

Caudal

Comparacion

Bombas en paralelo

bomba en serie


10

LABORATORIO N2

ENSAYO DE UNA TURBINA PELTON

1. objetivo general

Mostrar el funcionamiento de una turbina hidrulica y mediante mediciones experimentales determinar los

parmetros que definen su rendimiento. Obtener datos en terreno para construir sus curvas caractersticas.

Individualizar las caractersticas tcnicas que identifican a una turbina hidrulica.

2. objetivos especficos.

a) Identificar el tipo de turbina y sus partes constitutivas.

b) Simular un salto hidrulico sobre la turbina

c) Para un mismo salto efectuar mediciones de revoluciones, torque y carga.

d) Construir las curvas caractersticas

3. introduccin terica.

La turbina hidrulica es una turbo mquina que extrae energa del fluido para convertirla en trabajo

mecnico, el cual posteriormente ser transformado en energa elctrica mediante un alternador.

El principio terico de su funcionamiento esta basado fundamentalmente en el cambio de la cantidad de

movimiento que se provoca entre la entrada y salida de la turbina.

Dicho cambio de cantidad de movimiento genera fuerzas sobre el contorno solido del rodete ocasionando

un torque en el eje de la turbina.

Los elementos constitutivos de una turbina son anlogos a los de una bomba. Pero colocados en orden

inverso, as por ejemplo existe el canal de llegada o tubera forzada y corresponde a la tubera de

impulsin de una bomba. La caja espiral transforma presin en velocidad, en una bomba es velocidad en

presin. Rodete, el movimiento del agua es al inverso que en una bomba.

En general las turbinas se pueden clasificar segn el grado de reaccin, de esta forma existen:

Turbinas de reaccin donde la presin a la entrada del rodete, es superior a la atmosfrica e inferior a la

salida. El rodete est inundado.

Turbinas de accin, son de admisin parcial donde el rodete traba a presin constante

Las turbinas Pelton corresponden a alas turbinas de accin

Las turbinas Francis, Deriaz y Kaplan.

Lo anterior obedece a una clasificacin segn va cambiando insensiblemente la forma del rodete para

adaptarse a las diferentes condiciones de servicio. Sin embargo la clasificacin ms precisa de las turbinas

hidrulicas es segn su nmero especfico de revoluciones (Ns)


11

: Nmero especfico

: Potencia til medida en el eje}

: Altura o salto neto

Peltn 1 chorro 2-34 Peltn 2 chorros 31-48 Peltn 5 chorro hasta 70

Francis lenta 70 - 50 Francis normal 150 - 250 Francis rpida 250 - 450 Hlice de alabes fijos 450 - 550 Kaplan 400 - 1100

Altura neta para el caso de una turbina, la altura neta sobre la turbina estar dado por

Dnde:

Potencia, rendimiento: considerando la inversin de los fenmenos que en la turbina ocurren, comparado

con una turbina centrifuga, es que se tendr.

[ ]

Donde

( )

Donde


12

Dnde:

Dnde:

4.-FUNDAMENTO TEORICO

TURBINA PELTON : Este es el tipo de turbina de accin ms comn. Consta de un disco

circular que tiene montados en su periferia unas paletas en forma de doble cuchara y de un

inyector que dirige y regula el chorro de agua que incide sobre las cucharas, y que provoca as el

movimiento de giro de la turbina. Se usa cuando la cada de agua es grande (alrededor de 80

m). La eficiencia est entre el 84 y 92%.

Las Turbinas Peltn inventada por Lester Allan Peltn (1824-1908) es el ms reciente desarrollo de las

turbinas hidrulicas es utilizada en grandes saltos de agua. Bsicamente la rueda Peltn consiste en una

serie de alabes perifricos alrededor de un disco (cucharas), la transferencia de energa se produce al ser

inyectado el flujo de agua proveniente de 1 o varios inyectores hacia la cucharas.


13

Figura 1. Turbina de accin

Su alabe o cuchara tiene forma que le permite captar la energa del chorro

Figura#2

Figura #3 dimensiones de la cuchara


14

Figura#4

Figura #5 Esquema de Modulo de Turbina Pelton

Curvas caractersticas

Al igual que en las bombas hidrulicas las curvas caractersticas se obtienen ensayando la turbina en un

laboratorio. Existe el ensayo elemental y el ensayo completo


15

El ensayo de una turbina se hace manteniendo constante la altura neta de esta forma el ensayo

elemental se logra manteniendo constante la apertura del distribuidor (inyector). La variable independiente

es (n) rpm

Bajo estas condiciones se obtienen

( )

( )

( )

El ensayo completo se obtiene experimentando la turbina con aperturas distintas del distribuidor, logrando

para cada una de ellas las curvas elementales indicadas.

4. Rendimiento

Para lograr un ensayo elemental se procede de la forma siguiente:

a) Reconocimiento del equipo

b) Modelos a utilizar

c) Identificacin de las variables experimentales

d) Confeccin de una tabla experimental

e) Fijar una altura neta

f) Ejecutar las mediciones experimentales

g) Efectuar un anlisis de los valores tomados

MATERIALES E INSTRUMENTOS

Banco de prueba de la Turbina Peltn.

Bomba de agua.

Manmetro.

Tacmetro.

Caudalimetro.

2 Romanas.

Una correa de cuero.

Pie de rey.

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se llena el depsito del banco de prueba con agua.

Luego se procede a poner en funcionamiento la bomba de agua que suministrara de agua a la

turbina

Se fija el caudal en el caudalimetro.


16

Se da lectura a la presin en el manmetro.

Se procede a frenar el eje del rodete con ayuda de la correa de cuero provista de romanas en

sus respectivos extremos

Se tomara lectura de las respectivas fuerzas en las romanas.

Se tomara lectura de las RPM del eje del rodete.

6. DATOS A MEDIR:

Entonces caudal y presin constante.

Q = cte P = cte F2( N) RPM asumimos una presin de 12 Kg/cm2

Presin real 0.2 Kg/cm2

DATOS OBTENIDOS

Npp1 P(Kg/cm2) P(Pa) Fuerza (N) n (RPM) Caudal

L/min

1 12 1177200 5 530 14.7

2 12 1177200 6 300 14.7


17

3 12 1177200 7 190 14.7

4 12 1177200 8 150 14.7


L/min

1 12 1177200 5 425 14.57

2 12 1177200 7 220 14.57

3 12 1177200 8 100 14.57


L/min

1 12 1177200 5 380 14.57

2 12 1177200 7 280 14.57

3 12 1177200 8 160 14.57

DATOS CALCULADOS POR LAS FORMULAS ANTERIORES

Npp

1

P(Kg/

cm2)

P(Pa) Fuerz

a (N)

n

(RPM

)

Cauda

l

L/min

Caudal

m3/s

w Nu Hn nt

1 12 1177200 5 530 14.7 0.0002450 55.4998333 3.65130482 9810 120 0.961

2 12 1177200 6 300 14.7 0.0002450 31.415 2.48013158 9810 120 0.653

3 12 1177200 7 190 14.7 0.0002450 19.8961667 1.83254167 9810 120 0.482

4 12 1177200 8 150 14.7 0.0002450 15.7075 1.65342105 9810 120 0.435

Npp

2

P(Kg/

cm2)

P(Pa) Fuerz

a (N)

n

(RPM

)

Cauda

l

L/min

Caudal

m3/s

w Nu Hn nt

1 12 1177200 5 425 14.57 0.0002428 44.5045833 2.92793311 9810 120 0.778

2 12 1177200 7 220 14.57 0.0002428 23.0376667 2.12189035 9810 120 0.564

3 12 1177200 8 100 14.57 0.0002428 10.4716667 1.1022807 9810 120 0.292

Npp

3

P(Kg/

cm2)

P(Pa) Fuerz

a (N)

n

(RPM

)

Cauda

l

L/min

Caudal

m3/s

w Nu Hn nt

1 12 1177200 5 380 14.57 0.0002428 39.7923333 2.61791667 9810 120 0.695

2 12 1177200 7 280 14.57 0.0002428 29.3206667 2.70058772 9810 120 0.717

3 12 1177200 8 160 14.57 0.0002428 16.7546667 1.76364912 9810 120 0.468

Datos para las graficas

Fuerza

(N)

n

(RPM)

Caudal

L/min

Caudal

m3/s

w Nu Hn nt P(W)

5.0000 530.00 14.7000 0.00024505 55.4998 3.6513 9810 2.0 57.7178 4.80786138

5.5000 415.00 14.7000 0.00024505 43.4574 3.1449 9810 2.0 49.7135 4.80786138

6.0000 300.00 14.7000 0.00024505 31.4150 2.4801 9810 2.0 39.2045 4.80786138

6.5000 245.00 14.7000 0.00024505 25.6556 2.1942 9810 2.0 34.6851 4.80786138

7.0000 190.00 14.7000 0.00024505 19.8962 1.8325 9810 2.0 28.9678 4.80786138

7.5000 170.00 14.7000 0.00024505 17.8018 1.7568 9810 2.0 27.7699 4.80786138

8.0000 150.00 14.7000 0.00024505 15.7075 1.6534 9810 2.0 26.1364 4.80786138


18

GRAFICAS

( )

( )

( )


19

7. CONCLUSIONES

La Potencia Hidrulica versus RPM se ve claramente que la Potencia se mantiene constante a para las diferentes RPM que se hicieron en el ensayo.

Debido a las prdidas del sistema se tiene eficiencias bajas.

Torque es inversamente proporcional a las revoluciones esto debido a que cuanto mas pesas se colocaban en el dinammetro la fuerza de friccin era mayor, esta friccin conlleva a

frenar a la polea unida a la turbina.

Se ve en el proceso de los clculos que la Potencia Agua es mayor que la Potencia del Rodete y esto es mayor que la potencia del Frenado.

Se logr determinar las curvas de funcionamiento de la turbina aproximadamente.

5. Bibliografa

Claudio Mataix, Mecnica de fluidos y Maquinas hidrulicas, Edit. Harla

V. Streeter, Mecnica de fluidos, Edit. Mc. Graw - Hill


20

LABORATORIO N3

CURVAS CARACTERISTICAS DE UN VENTILADOR CENTRIFUGO

1. OBJETIVOS:

Construir las curvas caractersticas para un ventilador centrifugo. o Obtencin de la curva de presin total en funcin del caudal. o Obtencin de la curva de la potencia consumida en funcin del caudal. o Obtencin de la curva de rendimiento del ventilador en funcin del caudal.

Determinar el comportamiento de un ventilador centrfugo a diferentes condiciones de funcionamiento.

Entender los parmetros e interpretar los datos obtenidos en el laboratorio.

2. FUNDAMENTO TERICO

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.

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

hlice o rodete con las labes curvadas en el mismo sentido que la direccin de giro. Estos ventiladores

necesitan poco espacio, baja velocidad perifrica y son silenciosos. Se utilizan 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 provocan 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 de tenerse mucho cuidado con

el clculo de la presin necesaria en la instalacin para no sobrecargarlo..


21

Los ventiladores centrfugos radiales tienen el rodete con los labes dispuestas en forma radial. La

carcasa est diseada de forma que a la entrada y a la salida se alcanzan 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. En este tipo 'de ventiladores la velocidad perifrica es media y se utilizar en

muchos sistemas de extraccin localizada que vehicular aire sucio o limpio.

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 sobrecargable". 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:

o labes de espesor uniforme: Los labes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o

hmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales slidos ya que tienen tendencia a

acumularse en la parte posterior de los labes.

o labes de ala portante: Las labes de ala portante permiten mayores rendimientos y una operacin

ms 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.

http://silenciosa.i.as/http://silenciosa.i.as/


22

3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Ventilador centrifugo Motor elctrico Amperimetro Regulador de compuerta Contador de revoluciones ( Tacmetro) Voltimetro

TRABAJO A REALIZAR

A igual que para el caso de las curvas caractersticas de una bomba , la determinacin de las curvas del

ventilador de ensayo requiere porder ir imponiendo distintos valores de caudal ; ello se puede conseguir

maniobrando oportunamente con el cono regulador de salida , pues a cada grado de resistencia

aerodinmica en el circuito le corresponde un determinado valor de caudal de aire que hace que se

equilibre la energa especifica suministrada por la maquina (presin total)con la energa especifica

demandada por el circuito. Para cada punto de funcionamiento se habran de tomar las medidas

correspondientes a los instrumentos , que son:

-Presion diferencial Pd indicada por el manometro inclinado conectado al tubo de pitot

-Presion estatica Ps en el manometro en U aguas abajo del ventilador.

Potencia activa indicada por el vatmetro.

Estas medidas se consignaran en una tabla de datos segn el formato del anexo .Puede considerarse

suficiente la obtencin de 12 o 15 puntos de funcionamiento , procurando que queden razonablemente

distribuidos por todo el rango de caudales , es decir entre 0 y el valor mximo. Para ello puede tomarse

como referencia de caudal a la indicacin del manometro diferencial inclinado , teniendo en cuenta la

curva de calibracin de la figura 2. En el caso de que la lectura de alguna variable sea fluctuante se

asignara un valor promedio dentro del rango de variacin. Asi mismo a cada valor se le estimara un

intervalo de incertidumbre (definido como el intervalo en que la probabilidad de encontrarse el valor real

sea del 95%

El ventilador se arrancara al comienzo del ensayo y se apagara tras completar las medidas, accionando los

correspondientes pulsadores del cuadro de control del motor elctrico.

Tambien se apagara el vatmetro

Posteriormente se procesaran los datos recogidos para calcular los correspondientes valores del caudal ,

presin total y rendimiento , segn las expresiones 19 , los cuales formaran los puntos de cada una de

las curvas caractersticas , y se evaluara la velocidad especifica de la maquina


23

EXPOSICION DE RESULTADOS

-Se elaborara un informe de la practica que incluir:

Datos recogidos en el banco de ensayos en las unidades pertinentes :potencia consumida (KW), presin

diferencial en manometro inclinado (mm c H2O), presin a la salida del ventilador (mm cH2O) ,

velocidad de accionamiento (rpm) , presin atmosfrica y temperatura ambiental, etc

-Operaciones necesarias para la obtencin de las variables de funcionamiento el ventilador : caudal (m3/s)

, presin total (Pa) , potencia absorbida (KW) y rendimiento(%) , las cuales se expondrn en una tabla de

resultados.

-Representacion graca de las curvas de presin total , potencia y rendimiento en funcin del caudal del

ventilador , manualmente sobre papel milimetrado o por medio de una hoja de calculo de ordenador,

utilizando para ello las escalas adecuadas que permitan una correcta interpretacin de los resultados ( a

modo de ejemplo lafigura 4 se recogen curvas caractersticas de un ventilador centrifugo tpico)

-Asignacion de incertidumbre a los resultados obtenidos.

-Velocidad especifica del ventilador.

-Comentarios sobre las curvas caractersticas obtenidas y su adecuacin a las esperables para el tipo de

maquina.

Ruido Entrada Salida

A C V L RPM %< Psta Pdin Psta Pdin

65 7 24 2.3 0 -16 0 -8 2

65 72 24 2.1 15 -14 2 -14 -8

64 70 24 1.6 30 -6 2 -24 -22

68 73 24 1.45 45 -4 2 -26 -22

FORMULAS PARA EL CALCULO

La presin dinmica

Velocidad media en el conducto

La densidad

siento R= 287J/(KgK)


24

Perdidas de carga

donde es un coeficiente adimiensional de perdidas de carga

El numero de Reinolds

La presin total se obtendr entonces , reuniendo toda la informacion anterior

( )

Potencia consumida

El rendimiento del ventilador

Tabulacion de datos:

H total

H (m.c.a.)

Q.

(m^3/s)

Presin

(Pa)

P. Elect.

(W)

P. Hidr.

(W)

Eficiencia

%

0,0097122 0,1504642 95,277084 139,79728 14,33579 10,2547

0,0119601 0,1121494 117,32891 136,24312 13,15836 9,658002

0,014208 0,0501547 139,38074 132,68895 6,990602 5,268413

0,013368 0,0501547 131,14034 130,3195 6,577307 5,047063

0,012528 0,0501547 122,89994 127,95006 6,164012 4,817514

H (m.c.a.)

Q.

(m^3/s)

Presin

(Pa)

P. Elect.

(W)

P. Hidr.

(W)

Eficiencia

%

0,0201925 0,2186194 198,08851 175,33897 43,30598 24,69844

0,0225203 0,1586032 220,92383 168,23063 35,03921 20,82808

0,024848 0,0501547 243,75914 161,12229 12,22567 7,587821

0,024288 0,0501547 238,26554 159,93757 11,95014 7,471754

0,023728 0,0501547 232,77194 158,75285 11,67461 7,353954

H (m.c.a.)

Q.

(m^3/s)

Presin

(Pa)

P. Elect.

(W)

P. Hidr.

(W)

Eficiencia

%

0,0291367 0,2606116 285,83125 189,55564 74,49093 39,29766

0,0343044 0,1974593 336,52631 175,33897 66,45026 37,89817

0,0394721 0,1003094 387,22137 161,12229 38,84196 24,10713

0,0377601 0,0793016 370,42626 159,93757 29,37539 18,36678

0,036048 0,0501547 353,63114 158,75285 17,73627 11,17225


25

H

(m.c.a.)

Q.

(m^3/s)

Presin

(Pa)

P. Elect.

(W)

P. Hidr.

(W)

Eficiencia

%

0,041713 0,3132161 409,20497 208,5112 128,1696 61,46892

0,0496566 0,2352465 487,13114 188,37092 114,5959 60,83523

0,0576001 0,1121494 565,05731 168,23063 63,37082 37,66901

0,0555041 0,0868705 544,49503 163,49174 47,30057 28,93147

0,053408 0,0501547 523,93274 158,75285 26,2777 16,55258

H (m.c.a.)

Q.

(m^3/s)

Presin

(Pa)

P. Elect.

(W)

P. Hidr.

(W)

Eficiencia

%

0,0614895 0,3753236 603,21199 269,52443 226,3997 83,99969

0,0679448 0,2769885 666,53865 237,43818 184,6235 77,75646

0,0744001 0,1121494 729,86531 205,35194 81,85393 39,86031

0,0725841 0,0868705 712,04983 196,3678 61,85614 31,50015

0,070768 0,0501547 694,23434 187,38365 34,81913 18,58173

H (m.c.a.)

Q.

(m^3/s)

Presin

(Pa)

P. Elect.

(W)

P. Hidr.

(W)

Eficiencia

%

0,078466 0,4285221 769,75102 356,60155 329,8553 92,49969

0,084169 0,3112019 825,69819 286,11054 256,9588 89,81102

0,0898721 0,1003094 881,64537 215,61954 88,43735 41,01546

0,0864801 0,0793016 848,36946 200,4156 67,27703 33,56876

0,083088 0,0501547 815,09354 185,21166 40,88079 22,07247

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

P (

Pa)

Q (m^3/s)

ventilador centrifugo a diferentes rpm

1800RPM

2100RPM

2400RPM

2700RPM

1200RPM

1500RPM


26

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

efi

cie

nci

a (%

)

Q (m3/S)

Eficiencia de un ventilador

1500RPM

1800RPM

2100RPM

2400RPM

2700RPM

1200RPM

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

N (

W)

Q (m3/s)

potencia y caudal de un ventilador

Series1

1800RPM

2100RPM

2400RPM

2700RPM

1200RPM


27

LABORATORIO N4

VENTILADOR AXIAL (GRANDE)

1.- OBJETIVOS:

Construir las curvas caractersticas a diferentes rangos de velocidad y caudal.

Determinar el comportamiento de un ventilador Axial a diferentes condiciones de funcionamiento.

Entender los parmetros e interpretar los datos obtenidos.

2.- FUNDAMENTO TEORICO:

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.

A pesar de que no existe convenio alguno universalmente adoptado; los ventiladores pueden

subdividirse en cuatro grupos:

Ventiladores de baja presin: hasta una presin del orden 200 mm. c agua (ventiladores

propiamente dichos).

Ventiladores de media presin: entre 200 y 800 mm. c agua (soplantes)

Ventiladores de alta presin: entre 800 y 2500 mm. c agua (turbo axiales)

Ventiladores de muy alta presin , mayor a 2500 mm. c agua (turbocompresores)

VENTILADORES AXIALES

Existen tres tipos bsicos de ventiladores axiales: Helicoidales, tubulares y tubulares con directrices.

Los ventiladores helicoidales se emplean para mover aire con poca prdida de carga, y su aplicacin

ms comn es la ventilacin general. Se construyen con dos tipos de alabes: alabes de disco para

ventiladores sin ningn conducto; y alabes estrechas para ventiladores que deban vencer resistencias

bajas (menos de 25 mm. c d a). Sus prestaciones estn muy influenciadas por la resistencia al flujo del

aire y un pequeo incremento de la presin provoca una reduccin importante del caudal.

Los ventiladores tubulares disponen de una hlice de labes estrechos de seccin constante o con

perfil aerodinmico (ala portante) montada en una carcasa cilndrica. Generalmente no disponen de

ningn mecanismo para ende rezar el flujo de aire. Los ventiladores tubulares pueden mover aire

venciendo resistencias moderadas (menos de 50 mm. cda).


28

Los ventiladores turbo axiales con directrices tienen una hlice de labes con perfil aerodinmico (ala

portante) montado en una carcasa cilndrica que normalmente dispone de aletas enderezadoras del flujo

de aire en el lado de impulsin de la hlice. En comparacin con los otros tipos de ventiladores axiales,

stos tienen un rendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 600 Mm. cda).

Las directrices (compuertas) tienen la misin de hacer desaparecer la rotacin existente o adquirida por

el fluido en la instalacin, a la entrada del rodete o tras su paso por el mismo. Estas directrices pueden

colocarse a la entrada o a la salida del rodete, incluso las hay fijas removibles.

Circulacin del Aire

El aire circula por un conducto gracias a la diferencia de presin que existe entre sus extremos.

Para diferencias de nivel de hasta 100 m, velocidades inferiores a 50 m/s (caso que puede considerarse

al aire como incompresible) y rgimen estacionario, las presiones obedecen al siguiente teorema:

Ventiladores axiales, descripcin y curvas de operacin.

Los ventiladores axiales estn compuestos bsicamente de un rotor de dos a 13 paletas, solidario a un

eje propulsor movido por un motor que impulsa aire en una trayectoria recta, con salida de flujo

helicoidal. Existen 3 tipos bsicos de estos ventiladores que son:

Tipo Propulsor O De Pared: Que es el tpico ventilador para bodegas industriales, de baja presin

esttica (0,5 a 1,5 pulg. de columna de agua ) con caudales variables segn su dimetro.

Tipo Turbo Axial: Es aquel que tiene su rotor y motor dentro de una carcaza cilndrica, lo que

incrementa su capacidad y presin esttica hasta valores de 6 pulg de columna de agua, apropiado para

ser conectados a ductos , campanas, torres de enfriamiento, y para operar en serie.

Tipo Vane-Axial: Es similar al anterior, pero adems posee un juego de paletas guas fijas a la carcasa

(vanes, venas) que le permite obtener una ms alta presin esttica de trabajo ( de 6 a 13 ms

pulgadas de agua en casos de diseos especiales)


29

Observacin:

Por sus altas presiones, los tipos vane-axial, son los ms utilizados en sistemas de ventilacin auxiliar

seguidos de los turbo-axiales. El tipo propulsor slo se utiliza en la ventilacin de locales y

dependencias subterrneas.

La curva caracterstica de los ventiladores axiales se muestra en la figura 1, donde se incluye los

valores de presin esttica, presin total, potencia requerida, eficiencia mecnica y presin de

velocidad de la descarga.

Ms abajo se han incluido curvas tpicas de los tres tipos de ventiladores axiales, a modo de

comparacin.

Figura 1


30

VENTILADORES CONTRA ROTATORIOS, DESCRIPCIN Y CURVAS

CARACTERSTICAS.

Los ventiladores axiales (tipo turbo axial ) se proporcionan para operarlos en serie por algunos

fabricantes como contra rotatorios, es decir, con sentido de giro invertidos de dos o ms etapas

consecutivas, como se muestra en figura 2. De acuerdo con sus curvas de operacin, este mtodo

proporciona valores de presin ms altas que las conseguidas por ventiladores similares puestos en serie

con el mismo sentido de rotacin, con claras ventajas para el diseo de estaciones de ventiladores,

apropiados para la atencin de desarrollos de gran longitud, como puede apreciarse en lmina # 13, curvas

de operacin de un modelo de ventilador contra rotatorio de dos etapas. El nmero de etapas contra

rotatorias pueden ser 2, 3, 4, 5 o ms y la presin esttica as desarrollada ser aproximadamente 3, 4, 6, 7

o ms veces que la correspondiente a una etapa simple del mismo dimetro y velocidad.

Este sistema de instalacin permite hacer la instalacin completa para el total de la ductera a emplearse en

el desarrollo, y luego comenzar a operar slo con una etapa, dejando las dems rotando en vaco hasta que

la longitud de la ductera precise el funcionamiento de la etapa siguiente y as sucesivamente hasta

completar el funcionamiento de todas las etapas contra rotatorias. El nico lmite a considerar con

cuidadoso anlisis es el valor prctico mximo que es conveniente alcanzar con estos ventiladores cuando

se trabaja con ductera plstica, que es menos resistente a la presin que el metlico y de mayor

generacin de fugas de aire, directamente proporcionales a la presin esttica de trabajo de la ductera.

Las ventajas de este tipo de instalacin con ventiladores, cuyas unidades son idnticas y con fuerza motriz

independiente son sus facilidades de montaje en serie, sin requerir ductera intermedia como acontece con

los tipos vane axial, su eficiencia en la generacin de alta presin esttica, su ajuste de ngulo de paletas

que permite variar su capacidad y su economa en energa durante la puesta en marcha del sistema.


31

Figura 2


32

3.-INSTRUMENTACION

Banco de Pruebas del Ventilador Axial.

Motor Elctrico Trifsico 220

Multmetro.


33

Piezmetros para medir la presin en mm de

H2O.

Tacmetro.

Cinta Reflexiva.

Anemmetro de hilo caliente.


34

Sonmetro.

Regulador de compuerta

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Reconocer las partes del banco de pruebas del Ventilador Axial.

2. Verificar si el Banco de pruebas esta energizado, para esto usar el Multmetro en la escala correcta, en

este caso, medidor de voltaje en AC y verificar que entre cada fase le est llegando 220V.

3. Calibrar el Piezmetro y verificar el correcto funcionamiento de los otros instrumentos de medicin.

4. Marcar las posiciones, a usar en la experiencia, en la compuerta (para regular el caudal), obtener las

condiciones de funcionamiento para cada posicin.

5. Conectar las tomas de presin con las tomas del piezmetro.

6. Colocar un trozo de cinta reflexiva en el rodete del ventilador axial para la medicin de rpm.

7. Encender el motor elctrico y verificar el correcto sentido de giro.

8. Se coloca el regulador de compuerta en la primera posicin marcada previamente.

9. Para cada posicin del regulador de compuerta, tomar los siguientes datos: presin total, presin

esttica (ambas a la salida) y la intensidad de corriente manteniendo las RPM constantes.

10. Colocar el regulador de compuerta en la segunda posicin y repetir el paso 9, luego en la tercera

posicin y as sucesivamente hasta la ltima posicin.


35

Figura 3: Caudal, velocidad y presiones.

5.- ECUACION PARA LOS VENTILADORES

Como ya sabemos, todas las ecuaciones de las bombas son aplicadas a los ventiladores, sin embargo hay q

tener en cuenta que:

ALTURA DINAMICA

EstaticaTotalDinamica PPP

Conversin de milmetros de agua a Presin en Pascales.

Aguademmagua HgP

VELOCIDAD DE FLUJO

Dinamicaaire

EstaticaTotal

aire

PPPV

22


36

Dnde:

PTotal: Presin Total o de Estancamiento.

PEstatica: Presin Esttica.

Dinmica: Presin Dinmica.

CAUDAL DE AIRE

( )

6-.DATOS EXPERIMENTALES

Tabla 1: Valores tomados de la experiencia.


37

Tabla 2: Calculamos las Presiones en N/m2

Tabla 3: Calculamos el Caudal en m3/s

6.1.- GRAFICAS OBTENIDAS


38


39


40

7.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Podemos concluir que las mediciones obtenidas por el sonmetro nos indica que los decibeles

reales son mayores que los que simulan el odo humano.

Se cometieron errores en la toma de presiones, que no permitieron calcular de forma adecuada la

presin dinmica y por ende la velocidad, ya que se obtenan valores poco crebles, lo bueno es

que gracias a las mediciones directas con el anemmetro de hilo caliente se pudo obtener

directamente la velocidad.

Las rpm se mantuvieron en un rango considerable pudiendo considerarse aceptable segn lo

planificado.

Las variaciones en las curvas de del sonmetro versus las rpm, tienen variaciones un poco bruscas

esto pudo ser debido a ruidos externos al momento de tomar la medicin.

Se recomienda ser precavidos al momento de tomar los datos en la experiencia.

Se recomienda usar equipos de proteccin, por lo menos orejeras considerando el molesto sonido

del ventilador.


41

LABORATORIO N5

ENSAYO DE ALABES DE VENTILADORES AXIALES

(PEQUEO)

1.- OBJETIVOS:

Construir la curva caracterstica de operacin de los diferentes alabes de ventiladores axiales, como son de un alabe sin rugosidad, el mismo alabe pero con rugosidad y de un alabe con garras.

Comparar las curvas caractersticas de operacin de los diferentes alabes.

Comprender los parmetros e interpretar los datos obtenidos.

2.- FUNDAMENTO TEORICO:

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 turbomquinas hidrulicas,

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. Este

propulsor adopta la forma de rodete con labes, en el caso del tipo centrfugo, o de una hlice con palas

de silueta y en nmero diverso, en el caso de los axiales.

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


42

VENTILADOR: Maquina rotativa que transmite energa al fluido que circula por ella, bajo la forma de

aumento de presin

CAUDAL:

Flujo volumtrico determinado para la densidad del aire.

PRESION ESTATICA: Presin del aire debida solo a su grado de compresin. Puede ser positiva o negativa.

En el ventilador es la diferencia entre la presin esttica de salida y la presin total a

la entrada.

PRESION DINAMICA: Presin del aire debida solo a su movimiento. La presin dinmica puede ser solo

positiva. En el ventilador ser la correspondiente al promedio de las velocidades a la

salida del ventilador.

PRESION TOTAL: Presin del aire debida a su compresin y movimiento. Es la suma algebraica de las

presiones dinmica y esttica en un punto determinado. Por lo tanto, si el aire est en

reposo, la presin total es igual a la presin esttica. En el ventilador ser la

diferencia entre las presiones totales determinadas a la salida y a la entrada del

mismo.

3.-INSTRUMENTACION

Ventilador Axial

Motor elctrico

Piezmetro.

Regulador de compuerta

Voltmetro.

Ampermetro.

Convertidor de voltaje.

Regulador de voltaje.

Sonmetro.

Tacmetro.

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

11. Instalacin de los equipos de regulador de voltaje y variador de voltaje. 12. Regular el piezmetro. 13. Encender el motor elctrico. 14. Se coloca el regulador de compuerta en la primera posicin marcada previamente. 15. Para cada posicin del regulador de compuerta, tomar los siguientes datos: presin total, presin

esttica (ambas a la salida y a la entrada), la intensidad de corriente, las RPM, la medida del sonido

en las escalas A y C.


43

16. Colocar el regulador de compuerta en la segunda posicin y repetir el paso 5, luego en la tercera posicin y as sucesivamente hasta la stima posicin.


44

5.- ECUACION PARA LOS VENTILADORES

Como ya sabemos, todas las ecuaciones de las bombas son aplicadas a los ventiladores, sin embargo hay

que tener en cuenta que:

ALTURA DINAMICA

VELOCIDAD DE FLUJO


45

Dnde:

VMAX = Velocidad mxima en la seccin (m/s).

PDIN = Presin dinmica, en centmetros de columna de agua.

agua = densidad del agua ( 999.29 Kg/m3)

aire = densidad del aire en Arequipa ( 0.911 Kg/m3)

Vmed = Vmax * K

Donde:

Vmed =Velocidad media de la seccin (m/s)

CAUDAL DE AIRE


46

D = Dimetro de la seccin del ducto (m).

CALCULO DE LA POTENCIA AERODINMICA Pa

: Potencia aerodinmica en HP.

: Densidad del agua en kg/m3

: Caudal en m3/min

h t: Diferencia de presin total a la salida creada por el ventilador, en cm de agua.

CALCULO DE LA POTENCIA DEL VENTILADOR (Pe)

Pe = V*I / 746

: Potencia del ventilador en HP

V : Voltaje

: Intensidad de corriente.


47

CALCULO DE LA EFICIENCIA TOTAL

t = Pa/Pe

6-.DATOS EXPERIMENTALES: ALABE AXIAL

RUIDO

VOLTAJE

(CC)

AMPERAJE

(A) RPM

ANGULO

DE

APERTURA

P(esttica en

la entrada:

mm c a)

P(esttica

en la

salida: mm

c a)

P(total en la

salida: mm c

a) ESCALA

(A)

ESCALA

(C)

84.2 96 12 4 2430 0 -2 -2 2

86 103 12 4 2425 15 -2 -2 2

85 102 12 5 2375 30 -2 -2 2

85 98 12 5 2320 45 -2 -4 2

82 93 12 5.5 2282 60 -2 -6 2

79 88 12 5.5 2282 75 -2 -6 2

77 86 12 5 2282 90 -2 -6 0

6.1- RESULTADOS:

P(total en la

salida: cm c a)

P(dinmica,

salida: cm c

a)

VELOCIDAD

MAXIMA

(m/min)

VELOCIDAD

MEDIA

(m/min)

CAUDAL

(m3/min)

POTENCIA

AERODINAMICA

(Hp)

POTENCIA

ELECTRICA

(Hp)

EFICIENCIA

0.2 0.4 556.695012 489.89161 30.1626264 0.013219829 0.06434316 20.5458182

0.2 0.4 556.695012 489.89161 30.1626264 0.013219829 0.06434316 20.5458182

0.2 0.4 556.695012 489.89161 30.1626264 0.013219829 0.08042895 16.4366545

0.2 0.6 681.80936 599.992237 36.941522 0.016190918 0.08042895 20.1307083

0.2 0.8 787.285636 692.811359 42.6563954 0.018695662 0.08847185 21.1317634

0.2 0.8 787.285636 692.811359 42.6563954 0.018695662 0.08847185 21.1317634

0 0.6 681.80936 599.992237 36.941522 0 0.08042895 0


48

6.2.- GRAFICA 01


49

6.3.- GRAFICA 02


50

6.4.- GRAFICA 03


51

6.5.- GRAFICA 04


52

7.-CONCLUSIONES

Al aumentar rugosidad la eficiencia disminuye y el ruido tambin.

Al ponerle garras al alabe del ventilador axial la eficiencia disminuye y el ruido casi permanece contante.

Las grficas obtenidas muestran las tendencias de las curvas respectivas, algunas de ellas un poco diferentes a las curvas tericas, todo esto debido a los errores de los instrumentos y a la

imprecisin de la toma y la lectura de datos.

El desarrollo de la experiencia nos ha llevado a ver el funcionamiento de este tipo de ventiladores, aunque no haya sido muy precisa la experiencia, la conclusin principal sera la mejora de

funcionamiento a ms altas revoluciones, las prdidas resultan muy elevadas debido a muchos

factores que en el futuro se tratarn de corregir.

Los criterios para seleccionar un ventilador son: -Caudal en condiciones de trabajo.

-Rendimiento para el caudal requerido.

-La presin esttica o total

-Las condiciones de trabajo: densidad, temperatura, composicin del aire, porcentaje de

humedad.

-Velocidad de salida mxima.

-RPM.

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