1 INTRODUCCINLos ventiladores se dividen en dos grandes grupos: 1.1. VENTILADORES AXIALES:

Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la direccin del eje del mismo. Se suelen llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma. En lneas generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Con velocidades perifricas medianamente altas son en general ruidosos. Suelen sub-clasificarse, por la forma de su envolvente, de la siguiente manera:

VENTILADOR

DESCRIPCION Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo rendimiento. La transferencia de energa se produce mayoritariamente en forma de presin dinmica.

APLICACION

HELICOIDAL

Se aplica en circulacin y extraccin de aire en naves industriales. Se instalan en pared sin ningn conducto. Utilizados con objetivo de renovacin de aire.

TUBE AXIAL

Tienen rendimiento algo superior al anterior y es capaz de desarrollar una presin esttica mayor. Por su construccin es apto para intercalar en conductos.

Se utiliza en instalaciones de ventilacin, calefaccin y aire acondicionado que requieran altos caudales con presin media a baja. Tambin se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos.

VANE AXIAL

Con diseos de palas AIRFOIL, permiten obtener presiones medias y altas con buenos rendimientos. Las palas pueden ser fijas o de ngulo ajustable

Tiene aplicaciones similares a los TUBEAXIAL, pero con la ventaja de tener un flujo ms uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestacin es relativamente ms pequeo que el ventilador centrifugo equiparable.

CENTRIFOIL

Se trata de un ventilador con rotor centrifugo pero de flujo axial. Es decir rene las ventajas del ventilador centrifugo y la facilidad de montaje de un axial con el consiguiente ahorro de espacio.

Las mismas aplicaciones que el ventilador VANEAXIAL.

1.2.

VENTILADORES CENTRIFUGOS: Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su direccin, en un ngulo

de 90, entre la entrada y salida. Se suelen sub-clasificar, segn la forma de las palas o labes del rotor, de la siguiente manera:

VENTILADOR

DESCRIPCION Rotor con palas curvadas hacia adelante, apto para caudales altos y bajas presiones. No es autolimitante de potencia. Para un mismo caudal y un mismo dimetro de rotor gira a menos vueltas con menor nivel sonoro.

APLICACION

CURVADAS HACIA ADELANTE

Se utiliza en instalaciones de ventilacin, calefaccin y aire acondicionado de baja presin.

PALAS RADIALES

Rotor de palas radiales. Es el diseo ms sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecnicamente, y el rodete puede ser reparado con facilidad. El diseo le permite ser autolimpiante. La potencia aumenta de forma continua al aumentar el caudal.

Empleado bsicamente para instalaciones industriales de manipulacin de materiales. Se le puede aplicar recubrimientos especiales antidesgaste. Tambin se emplea en aplicaciones industriales de alta presin. Se emplea para ventilacin, calefaccin y aire acondicionado. Tambin puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo. Es utilizado generalmente para aplicaciones en sistemas de HVAC y aplicaciones industriales con aire limpio. Con construcciones especiales puede ser utilizado en aplicaciones con aire sucio.

INCLINADAS HACIA ATRAS

Rotor de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrs. Es de alto rendimiento y autolimitador de potencia. Puede girar a velocidades altas.

AIRFOIL

Similar al anterior pero con palas de perfil aerodinmico. Es el de mayor rendimiento dentro de los ventiladores centrfugos. Es autolimitante de potencia.

RADIAL TIP

Rotores de palas curvadas hacia delante con salida radial. Son una variacin de los ventiladores radiales pero con mayor rendimiento. Aptos para trabajar con palas antidesgaste. Son autolimpiantes. La potencia aumenta de forma continua al aumento del caudal.

Como los radiales estos ventiladores son aptos para trabajar en aplicaciones industriales con movimiento de materiales abrasivos, pero con un mayor rendimiento

En sntesis, en esta experiencia de laboratorio utilizamos un ventilador de flujo axial, el cual expulsa el aire a lo largo del eje del ventilador y despus sale en la misma direccin. Para vencer la resistencia al flujo de aire que pasa por los ductos, se debe suministrar energa al aire, en forma de presin. Esto se logra

mediante el impulsor rotatorio del ventilador, que ejerce fuerza sobre el aire y origina tanto flujo del aire como aumento de su presin. El experimento del ventilador fue desarrollado en el laboratorio de Gestin Energtica I, con el fin de abordar el problema de forma terica y experimental. 2. OBJETIVOS

El experimento del ventilador axial tiene como objetivo llevar a cabo ensayos con los cuales se puedan hacer comparaciones entre una gama de posibilidad lo terico y lo experimental, in embargo, es necesario conocer algunos conceptos, tales como: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.

Con estos conceptos, intentaremos estudiar cmo se comporta un fluido gaseoso, en este caso aire a temperatura ambiente y presin atmosfrica, al ser sometido al ventilador axial a travs de una tubera. Se medirn distintas variables y con los

datos obtenidos se buscar corroborar la teora, basndonos en la literatura proporcionada.

A travs de la observacin se intentara entender y explicar el funcionamiento del dispositivo en trminos de caudal, potencia y diferencias de presin. Estableciendo las relaciones correspondientes. Por ltimo se estudiaran los conceptos de eficiencia y rendimiento, con el objetivo de comprender cuales son las variables que se deben considerar para seleccionar un ventilador.

3.

METODOLOGA EXPERIMENTAL Los experimentos se desarrollaron para determinar las curvas

caractersticas del ventilador y se hicieron en dos partes: 3.1. DIFERENTES REVOLUCIONES. Con la vlvula abierta a un 100% se lleva el ventilador a diferentes nmeros de revoluciones para registrar las medidas de caudal y diferencial de presin para cada punto, se seleccionaron 8 puntos. Figura

3.1.: Modelo de Demostracin Ventilador Axial

3.2. FIJANDO LAS REVOLUCIONES A SU MXIMO VALOR. En esta segunda parte, se fijaron las revoluciones a su mximo valor con la vlvula abierta a un 100% (Figura 3.2), y se registraron las medidas de caudal y diferencial de presin para este punto. Luego se cerr levemente la vlvula, dejndola abierta aproximadamente un 98%, una vez que se estabilizaron los valores de medicin se registraron nuevamente las medidas de caudal y diferencial de presin, y as sucesivamente hasta dejar completamente cerrada la vlvula (Figura 3.3).

Figura 3.2: Vlvula abierta.

Figura 3.3: Vlvula cerrada.

4.

CLCULOS Y RESULTADOS

4.1. REGISTRO DE CAUDAL Y DIFERENCIAL DE PRESIN A DIFERENTES REVO LUCIONES.

Q (m3/H) 180 179,5 167,1 145,6 85 70,7

Curva 1 rpm 2500 2450 2226 1946 1250 1052

P 2 3 8 10 12 13

4.2. REGISTRO DE CAUDAL Y DIFERENCIAL DE PRESIN A DIFERENTES PORCENTAJES DE ABERTURA DE VLVULA.

Curva 2 Q (m/H) P (Pa) 193,5 13 169,8 22 132,2 26 101,3 27 87,4 34 58,6 41 50,6 41 25,8 42 0 53

4.3.

PREGUNTAS

4.3.1. EXPLIQUE EL COMPORTAMIENTO DE LA CUERVA Q v/s W, SEGN LA PRIMERA FORMA DE LA ECUACION DE EULER (AYUDA: EN LOS TRIANGULOS DE VELOCIDAD (FIG. 1) SUPONGA 1= 1=0)

4.3.2. EN BASE A LA CURVA Q VS W, EXPLIQUE COMO SERIA UNA CURVA P VS Q.PARA UN NUMERO DE REVOLUCION MENOR

De la primera curva se puede observar una proporcionalidad directa entre el caudal y el nmero de revoluciones, es decir, al aumentar el nmero de revoluciones aumenta tambin el caudal. La curva caracterstica p vs Q nos muestra como disminuye la presin de impulsin dependiendo del caudal, lo que depende directamente de la construccin del ventilador. Para caudales cercanos a 200 m3/h la presin de impulsin alcanza sus valores ms bajos y la potencia hidrulica los valores ms altos. Valores superiores a 2500 rpm no tienen gran efecto sobre el caudal entregado por el ventilador ni en la presin, por lo se deduce que existe cierta velocidad ptima despus de la cual no ya no es eficiente operar el ventilador, en lo cual existe una correlacin negativa entre el P con El Q

Curva 1 Q (m3/H) 180 179,5 167,1 145,6 85 70,7

rpm 2500 2450 2226 1946 1250 1052

Relacin Q v/s W200 150 Q (m3/h) 100 50 0 0 500 1000 1500 RPM 2000

y = 0.078x - 10.74 R = 0.994

2500

3000

Curva caracterstica de caudal a diferentes revoluciones La funcin representativa para la correlacin directa entre caudal de aire v/s revoluciones es una relacin lineal con pendiente positiva. El coeficiente de correlacin R2 = 0.9948, vislumbrando la exactitud de la regresin lineal definida para los datos obtenidos con el experimento

Curva 2 Q (m/H) P (Pa) 193,5 13 169,8 22 132,2 26 101,3 27 87,4 34 58,6 41 50,6 41 25,8 42 0 53

Presin diferencial P v/s Q60 50 40 P (Pa) 30 20 10 0 0 50 100 Q (m3/h) 150 200

R = 0.987

250

Curva caracterstica de presin de impulsin en funcin del caudal

La funcin representativa para la correlacin presin de impulsin v/s caudal de aire es un polinomio cuadrtico negativo. Se observa finalmente una correlacin negativa entre las 2 variables analizadas.

El coeficiente de correlacin R2 = 0.9877, vislumbra la exactitud de la relacin cuadrtica. Como la relacin es de Menor Revolucin el Caudal es menor pero la mayor seria la presin por ser una correlacin negativa, a menor revoluciones menor caudal y mayor presin.

4.3.3 CALCULE LA POTENCIA ENTREGADA AL

FLUIDO

EN CADA

MEDICION Y GRAFIQUE EL RENDIMIENTO DEL VENTILADOR EN FUNCION AL CAUDAL (SUPONGA UNA POTENCIA ELECTRICA CONSTANTE DE 16 W) EN QUE PUNTO LE CONVIENE OPERAR EL VENTILADOR?

Para evaluar el rendimiento del ventilador se tiene el siguiente balance de energa: B1 + Wv = B2 + Hf + Hk B1y2 Hf Hk Wv Bernoulli de entrada y salida del ventilador Prdidas por friccin Prdidas debido al equipo, es decir, largo equivalente Energa aportada por el ventilador

Teniendo presente el supuesto que no consideramos prdidas por friccin, se tiene lo siguiente:

Wv = B2 B1

Wv = P2 + V2 + Z2 (P1/

aire

+ V1 /2g + Z1)

Puesto que las velocidades son iguales y la altura es la misma para la entrada y salida se tiene lo siguiente:

Wv = P2 P1 = Paire aire

Luego, como

aire = 1,238 [kg/m3] tenemos que la potencia real sobre la potencia

ideal, esto es el rendimiento del ventilador, se muestra en la siguiente tabla (en funcin a los diferenciales de presin y caudales medidos): Pot Entregado= W* * Q

Wv=P/

Pot Entregado= P/ * * Q Pot Entregado= P* Q

P 2 3 8 10 12 13

Wv= P/ aire 1,62 2,42 6,46 8,08 9,69 10,50

Q 70,7 85 145,6 167,1 179,5 180

Pot Entregado= P*Q 141,4 255 1164,8 1671 2154 2340 16 1,238

Wreal 16 16 16 16 16 16

10,10% 15,15% 40,39% 50,48% 60,58% 65,63%

Potencia Elctrica (w) aire (Kg/m3)

70.00% 60.00% 50.00% 40.00% Eficiencia 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 0

Caudal v/s Eficiencia

50

100 Caudal

150

200

Se observa que el rendimiento del ventilador aumenta a medida que aumenta el del caudal. Por lo tanto el ventilador presenta un mayor rendimiento cuando le entrega mas energa al sistema.

4.3.4.

EXPLIQUE

EN

FORMA

RESUMIDA

QUE

CAMBIA

EN

EL

FUNCIONAMIENTO DEL VENTILADOR SI LA TEMPERATURA AMBIENTAL ES DE T=40C ES MAS CONVENIENTE ESTA SITUACION?

D=

P R*T

Donde: D = densidad [kg/m3] P = presion [Pa] (98658,55 Pa=740 mmHg) R = constante de los gases [J/(kg*K)] = 287.05 para el aire seco T = temperatura [K] (40C = 313K)

D= 740[mmHg]/(287.05 [J/Kg*K] *313[K])

D = 1,098 [kg/m3]