INSTITUTO TECNOLOGICO

DE TUXTLA GUTIERREZ

INGENIERÍA MECÁNICA

MÁQUINAS DE FLUIDOS INCOMPRESIBLES

UNIDAD 5-VENTILADORES

CUESTIONARIO

M.C.I.M. HERNÁN VALENCIA SANCHEZ

ALUMNOS:

CRUZ AGUIRRE ÁNGEL

HERNÁNDEZ CANCINO JOSUÉ

POSADAS LÓPEZ EDGAR FRANCISCO

RAMÍREZ GUMETA JESÚS EDUARDO

RODRIGUEZ RAMOS JORGE LUIS

VALERIO ANDRADE GILBERTO FRANCISCO

VÁZQUEZ GÓMEZ FELIPE DE JESÚS

FECHA DE ENTREGA: 20 DE NOVIEMBRE 2015

UNIDAD V.-VENTILADORES (CUESTIONARIO).

5.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES Y FUNCIONAMIENTO.

¿Qué es un ventilador?

Es la turbo máquina que absorbe energía mecánica y restituye energía a un gas,

comunicándole un incremento de presión tal que el influjo de la compresibilidad

puede despreciarse.

¿Qué es un compresor?

Es la turbo máquina que comunica al gas un incremento de presión tal que el

influjo de la compresibilidad no puede despreciarse.

¿Cómo se clasifica los ventiladores?

Según la presión total desarrollada y según la dirección del flujo.

Mencione las aplicaciones del ventilador de baja presión.

Es utilizado para las instalaciones de secado, ventilación, de climatización, de

enfriamiento, donde se requiere una baja presión.

Mencione las aplicaciones del ventilador de media presión.

Se instalan en industrias mecánicas, fábricas de cemento, curtidos, altos hornos,

en la industria de molienda, para el transporte de viruta y serrín con exclusión de

los materiales filamentosos

Mencione las aplicaciones del ventilador de alta presión.

Se utilizan para los transportes neumáticos, en las cementeras, para el aporte de

aire a quemadores, en los molinos, en las fábricas de pastas alimenticias, en las

industrias químicas y petroquímicas, en las industrias metalúrgicas.

Mencione los 3 tipos básicos de ventiladores axiales.

Helicoidales, tubulares y tubulares con directrices.

Mencione la segunda clasificación de ventiladores axiales.

Helicoidal, tube axial, vane axial, centrifoil.

¿Cuáles son los 3 tipos básicos de rodetes de los ventiladores centrífugos?

Ventiladores de álabes curvados hacia delante, ventiladores radiales, ventiladores

de álabes curvados hacia atrás.

Mencione la clasificación de ventiladores centrífugos.

Curvadas hacia adelante, palas radiales, inclinadas hacia atrás, airfoil, radial tip.

5.2. CÁLCULO DE CAÍDA DE PRESIÓN EN VENTILADORES.

20.20 Un ventilador centrifugo tiene las siguientes características: ancho del

rodete constante e igual a 150 cm; D2 =150 cm. El ventilador girando a 300 rpm

suministra un caudal de 2.000 m3/min. β2 = 30°; entrada radial; rendimiento total

del ventilador 60%; rendimiento mecánico 88%; rendimiento volumétrico = 1.

Calcular:

a) La presión total del ventilador.

b) La potencia en el eje del ventilador.

b2=150 cm β2 = 30°

D2 =150 cm nt= 60%

n= 300 rpm nm = 88%

Q=2 m3/min nv =1

Triángulos de salida.

𝑄 = 𝜋𝐷2𝐶2𝑚 → 𝐶2𝑚 =33.33𝑥10−3

(𝜋)(1.5)(1.5)= 4.7152 x10−3m/s

µ2= (π D2 n) / 60

µ2=[ π(1.5)(300)] / 60

µ2=23.5619 m/s

𝑄 = (1 min

60 s) (

2 m^3

min) 𝑄 = 33.33𝑥10−3 𝑚3

𝑠

𝑡𝑎𝑛𝛽2 =𝐶2𝑚

𝑥 𝑋 =

4.7152 x10 − 3

𝑡𝑎𝑛 30°

Para C2µ

𝑥 = 8.1669 𝑥10 − 3 𝑚/𝑠

Pero C2µ= µ2-x C2µ= 23.5619 – 8.1669 x10-3

C2µ=23.5578 m/s

De la ecuación obtenida de la tabla 20.1

∆𝑃𝑡 = ∆𝑃𝑢 − ∆𝑃𝑝−𝑖𝑛𝑡

∆𝑃𝑡 = ∆𝑃𝑢

Pero

∆𝑃𝑢 = 𝜌(𝜇2𝐶2𝜇 − 𝜇1𝐶1𝜇)

∆𝑃𝑢 = 𝜌(𝜇2𝐶2𝜇)

La densidad del aire es 1.29 kg/ m3

∆𝑃𝑢 = 1.29(23.5916 ∗ 23.5578)

∆𝑃𝑢 = 716.035 𝑝𝑎 = ∆𝑃𝑡

Para el inciso b)

𝑃𝑎 = ∆𝑃𝑡/𝑛𝑡

𝑃𝑎 = (33.33𝑥10−3)(716.035)/0.6

𝑃𝑎 = 39.777 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠

5.3. VENTILADORES CENTRÍFUGOS.

¿Qué es un ventilador centrífugo?

Un ventilador centrífugo utiliza el principio de la fuerza centrífuga al hacer pasar un

volumen de aire o gas a través de una rueda en rotación.

¿Cuantos tipos de ventiladores centrífugos existen? y ¿cuáles son?

Son 5, palas radiales, curvas hacia adelante, inclinadas hacia atrás, radial tipo y

superficie sustentadora (air-foil).

¿Cuál es el ángulo de entrada y salida de la dirección del aire?

La dirección del aire en un ángulo de 90°, es decir, el aire entra en el ventilador

con un determinado ángulo (normalmente entre 80º y 90º) con dirección axial al

plano de giro de las aspas y sale al exterior con un desfase de 90ª grados (entre

0º y 10º) en dirección radial.

¿Cuáles son los rodetes básicos en los ventiladores centrífugos?

Alabes rectos, alabes curvados hacia adelante, alabes inclinados hacia atrás /

curvados hacia atrás.

¿Cuál es una de las ventajas más sobresalientes de los ventiladores

centrífugos?

Es más silencioso que los demás tipos, utilizado en ventilación y aire

acondicionado.

¿Cuál es 3 de los usos más comunes de un ventilador centrífugo?

Ventilación, calefacción y aire acondicionado. , transporte neumático de materiales

y la minería

Desventajas de un ventilador centrífugo.

Los centrífugos son sensibles al peso molecular del gas que se comprime. Los

cambios imprevistos en el peso molecular pueden hacer que las presiones de

descarga sean muy altas o muy bajas.

Se necesitan velocidades muy altas en las puntas para producir la presión. Con la

tendencia a reducir el tamaño y a aumentar el flujo, hay que tener mucho más

cuidado al balancear los rotores y con los materiales empleados en componentes

sometidos a grandes esfuerzos.

Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos

¿Cuáles son los tipos de alabes según su admisión?

Cilíndricas: es la más sencilla, pero la de peor rendimiento.

Cónicas: de regular trabajo, pero con una entrada de aire no uniforme.

Abocinadas: con esta entrada aerodinámica, se puede conseguir una entrada más

uniforme, reduciéndose el choque a un mínimo.

Compuesta: sirve mayormente para depósitos sólidos.

Guiada por álabes directrices: permite obtener un óptimo rendimiento.

¿Cuáles son las partes más importantes en un ventilador centrífugo?

a) Rodete o turbina sirve para dar impulso al fluido

b) Voluta por su configuración sirve para elevar la presión del fluido

c) Motor para efectuar la transmisión ya sea directa o por bandas

d) Flecha: soporta turbina y chumaceras y transmite el movimiento del motor

hacia la turbina

e) Chumaceras

f) Bandas

g) Soporte de chumaceras

h) Cono de succión del ventilador

i) Poleas

j) Cubre bandas

¿Cuáles son los tipos de presión obtenida en los ventiladores centrífugos?

Presión dinámica: El aire fluye, naturalmente, desde una región de alta presión a

otra de más baja. Este movimiento se produce debido a la diferencia de presiones

que existen entre estos dos puntos. La velocidad del flujo depende de la

resistencia que encuentre la corriente de aire. Al igual que cualquier cosa que se

mueve, el aire ejerce una presión contra los obstáculos que encuentran a su paso,

proporcional a su velocidad. La presión debida a la velocidad es designada por

presión dinámica.

Presión estática: Cuando la materia en movimiento encuentra resistencia su

progreso se retarda, y el aire no es ninguna excepción. Hasta las conducciones

rectas restringen su flujo, debido a la fricción contra los lados. La resistencia se

incrementa cuando el flujo decrece a menos que la presión sea muy grande y lo

empuje hacia adelante.

5.4. VENTILADORES AXIALES.

¿Cuál es la definición de un ventilador axial?

Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo, son

aptos para mover grandes caudales a bajas presiones.

¿Cómo se clasifican los ventiladores centrífugos y axiales de acuerdo a su

trayectoria del fluido?

a) De flujo radial (centrífugos)

b) De flujo semi axial (helico-centrifugos)

c) De flujo axial

¿Cuáles son los 4 tipos de ventiladores axiales que existen de acuerdo a la

forma de su envolvente?

-Helicoidales

-Tubulares

-Tubulares con directrices

-Centrífugos de flujo axial

¿Cuál es la definición de los ventiladores helicoidales?

Son aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo

rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma

de presión dinámica. Trabajan a presiones (menos de 25 mm.c.a.).

¿Cuáles son los dos tipos de alabes en los ventiladores helicoidales?

-Alabes de disco para ventiladores sin ningún conducto

-Alabes estrechos para ventiladores que deban vencer resistencias bajas

¿Dónde se aplican los ventiladores helicoidales?

-Se aplica en circulación y extracción de aire en naves industriales.

-Se instalan en pared sin ningún conducto. Utilizados con objetivo de renovación

de aire

¿Cuál es la definición de los ventiladores tubulares?

Disponen de una hélice de álabes estrechos de sección constante o con perfil

aerodinámico (ala portante) montada en una carcasa cilíndrica y trabajan a

Presiones superiores (hasta 200 mmcda).

¿Dónde se aplican los ventiladores tubulares?

- En instalaciones de ventilación

-Calefacción

-Aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja

-Sistemas industriales como cabinas de pintura

-Extracciones localizadas de humos

¿Cuál es la definición de los ventiladores tubulares con directrices?

Tienen una hélice de álabes con perfil aerodinámico (ala portante) montado en

una carcasa cilíndrica que normalmente dispone de aletas enderezadoras del flujo

de aire en el lado de impulsión de la hélice. Trabajan a presiones mayores (hasta

200 mmcda).

¿Cuál es la función de las directrices?

Hacer desaparecer la rotación existente o adquirida por el fluido en la instalación,

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 o removibles.

¿Cuál es la definición de los ventiladores centrífugos de flujo axial?

Se trata de un ventilador con rotor centrífugo pero de flujo axial. Es decir reúne las

ventajas del ventilador centrífugo y la facilidad de montaje de un axial con el

consiguiente ahorro de espacio.

¿Cuáles son los componentes principales de un ventilador axial?

Motor: sirve para dar la transmisión

Carcasa: soporta todo el componente

Alabes fijos o directrices de flujo: sirven para evitar turbulencia

Rodete: sirve para sostener los alabes

Alabes: sirven para dar empuje al fluido

Graseras: sirven para efectuar la lubricación

¿Qué nos indica la curva característica en los ventiladores axiales?

Nos indica los valores de presión estática, presión total, potencia requerida,

eficiencia mecánica y presión de velocidad de la descarga. Es decir indica su

capacidad en función de la presión.

5.5. SELECCIÓN Y PROBLEMAS DE APLICACIÓN.

20-4 Un ventilador aspira de una habitación grande que se encuentra a una

temperatura de 20°C y a una presión de725 Torr. El aire es impulsado a raves de

un conducto rectangular de 1/4 m2 .A la salida del ventilador un manómetro de

agua marca una presión equivalente de 75 mm c.a. y un tubo de Prandtl marca

una presión de 88mm c.a.

Calcular:

a) La presión estática, dinámica y total reales del ventilador.

b) Velocidad del aire en el conducto de salida.

c) Caudal de aire que proporciona el ventilador.

d) Potencia suministrada por el ventilador al aire.

Factores de conversión:

1 𝑇𝑜𝑟𝑟 = 1 𝑚𝑚 𝐻𝑔

1 𝑚 = 1000 𝑚𝑚

Densidades (aire y mercurio):

1000𝐾𝑔

𝑚3 13600𝐾𝑔

𝑚3

Constante del aire:

𝑅 = 286.9𝐽

𝐾𝑔 ∗ 𝐾

Resolviendo:

𝜌 =𝑃

𝑅 ∗ 𝑇

𝑃 = 0.725𝑚 ∗ 13600𝐾𝑔

𝑚3∗ 9.81

𝑚

𝑠2= 96.7266

𝐾𝑁

𝑚2

𝑇 = 20°𝐶 + 273.15 = 293.15𝐾

Entonces:

𝜌 =96.7266

286.9 ∗ 293.15= 1.150

𝐾𝑔

𝑚3

a) ∆𝑃𝑒 = 𝑃𝑆 − 𝑃𝐸 = 𝑃𝑆 − 0 = 0.075𝑚 ∗ 1000𝐾𝑔

𝑚3 ∗ 9.81𝑚

𝑠2 = 735.75𝑁

𝑚2

∆𝑃𝑑 = 𝜌𝑔ℎ = 0.088𝑚 ∗ 1000𝐾𝑔

𝑚3∗ 9.81

𝑚

𝑠2= 863.28

𝑁

𝑚2

∆𝑃𝑡 = ∆𝑃𝑒 + ∆𝑃𝑑 = 1.599𝐾𝑁

𝑚2

b) 𝜌𝑉𝑠

2

2= ∆𝑃𝑑

∴ 𝑉𝑠 = √2∆𝑃𝑑

𝜌= √

2(863.28)

1.150= 38.747

𝑚

𝑠

c) 𝑄 = 𝐴𝑠 ∗ 𝑉𝑠 =1

4𝑚2 ∗ 38.747

𝑚

𝑠= 9.686

𝑚3

𝑠

d) 𝑃 = 𝑄∆𝑃𝑡 = (9.686𝑚3

𝑠) (1.599

𝐾𝑁

𝑚2) = 15.487𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠

20.14 un exhaustor aspira de una habitación 6 𝑚3

𝑠⁄ de aire. La habitación se

encuentra a 30 °𝐶 y la presión barométrica es de 740 𝑇𝑜𝑟𝑟. El conducto de

impulsión del exhaustor es rectangular y de 1 𝑚2 de sección. Al comienzo de el se

mide una presión estática de 10 𝑚𝑏𝑎𝑟. El rendimiento total del ventilador es 65 %.

Calcular la potencia del eje del ventilador.

• 1 𝑇𝑜𝑟𝑟 = 0.001 𝑚. 𝑐. 𝐻𝑔

• 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑅𝑢 = 286.9 𝐽

𝐾𝑔∗𝐾

• 𝜌𝐻𝑔 = 13600 𝑘𝑔

𝑚3⁄

• 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 0.740 𝑚. 𝑐. 𝐻𝑔. (13600𝑘𝑔

𝑚3⁄ ) (9.81 𝑚𝑠2⁄ ) = 98.727 𝐾𝑃𝑎

• 𝑄 = 6 𝑚3

𝑠⁄

• 𝑇 = 30 °𝐶 = 303.15 𝐾

• 𝐴 = 1 𝑚2

• 𝜂𝑡 = 65 % = 0.65

𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑐. 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙: 𝑃𝑣 = 𝑅𝑇 → 𝑃

𝜌= 𝑅𝑇

∴ 𝜌 =𝑃

𝑅𝑇=

98.727𝑥103

(286.9)(303.15)= 1.336

𝑘𝑔

𝑚3

∆𝑃𝑡 = ∆𝑃𝑒 + ∆𝑃𝑑 … … … … . .20.10

𝑉𝐸 = 0

𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑐. 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑄 = 𝐴𝑉 → 𝑉 =𝑄

𝐴

∴ 𝑉 =6

1= 6

𝑚

𝑠

∆𝑃𝑑 =𝜌

2(𝑉𝑆

2 − 𝑉𝐸2) =

1.336

2(62 − 0) = 24.03 𝑃𝑎

𝑠𝑢𝑠𝑡. ∆𝑃𝑒 𝑦 ∆𝑃𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑐. 20.10

∆𝑃𝑡 = 1000 + 24.03 = 1024.03 𝑃𝑎

𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑐. 20.15

𝑃𝑎 =𝑄∆𝑃𝑡𝑜𝑡

𝜂𝑚𝜂ℎ𝜂𝑣=

(6)(1024.03 )

0.65= 9.452 𝐾𝑊

20-23. Un soplante de un hogar tiene que trabajar con una presión estática de 8

mbar. El hogar necesita 15 kg de aire (𝜌 = 1.2 𝑘𝑔

𝑚3⁄ ) por cada kg de carbón

quemado y se queman 40 toneladas de carbón por hora el rendimiento total del

ventilador es de 65% la velocidad del aire impulsado es de 10 𝑚𝑠⁄ . Calcular la

potencia necesaria en el motor para accionamiento de este motor.

𝑉𝑠 = 10 𝑚𝑠⁄

𝜂𝑡 = 65 % = 0.65

𝜌 = 1.2 𝑘𝑔

𝑚3⁄

Ecuaciones:

𝑃𝑎 =𝑄∆𝑃𝑡𝑜𝑡

𝑁𝑡𝑁ℎ𝑁𝑚

∆𝑃𝑡𝑜𝑡 = (𝑃𝑠 − 𝑃𝑒) +𝜌

2(𝑉𝑠

2 + 𝑉𝑒2)

𝑄 =ṁ

𝜌

Calculo de flujo másico:

ṁ = (15 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒

1 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛) (

40000 𝐾𝑔 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛

1 𝐻𝑟) (

1 𝐻𝑟

3600 𝑆𝑒𝑔) =

500 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑆𝑒𝑔

𝑄 =ṁ

𝜌=

5003

𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒𝑆𝑒𝑔

1.29𝐾𝑔𝑀2

= 129.19896 𝑚3

𝑠

Calculando la presión total útil del ventilador:

∆𝑃𝑡𝑜𝑡 = (𝑃𝑠 − 𝑃𝑒) +𝜌

2(𝑉𝑠

2 + 𝑉𝑒2) = (800 𝑃𝑎) + (

1.2

2) (102) = 860 𝑃𝑎

Calculando la potencia para accionamiento del motor:

𝑃𝑎 =𝑄∆𝑃𝑡𝑜𝑡

𝜂𝑚𝜂ℎ𝜂𝑣=

(129.19896𝑀3

𝑆 )(860𝑝𝑎)

0.65= 170.940 𝐾𝑊