Informe Ventilador Centrifugo - Universidad Nacional Del Altiplano - Escuela Profesional de...

1.-RESUMEN:

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

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

DEZA MAMANI DENIZ RENZO Página 2

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 1.510 0.0095 14.20

2 1.293 0.0432 15.70

3 1.014 0.0740 16.80

4 0.882 0.1022 17.00

5 0.714 0.1235 17.30

6 0.657 0.1368 17.45

7 0.612 0.1618 17.50

8 0.597 0.1670 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).




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. Q(m3/s) H(m) H sistema

1 0.11884234 32.0742687 0.17847691

2 0.25342606 27.8805428 0.81160025

3 0.33168456 22.3401104 1.39024117

4 0.38979373 19.8803605 1.92003577

5 0.42849215 16.5768261 2.32019978

6 0.45097498 15.5279689 2.57006745

7 0.49045442 14.87179 3.03974352

8 0.49827332 14.6159247 3.13743614

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

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)

H = -18.135Q2 - 38.05Q + 37.315

R² = 0.9823

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

R² = 0.997

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

H(m

)

Q(m3/s)




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




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.




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




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.




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.




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:




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.




4.- EQUIPOS UTILIZADOS.

-Módulo de laboratorio

Figura 4.1 Esquema del módulo donde se realizó el ensayo

Figura 4.2 Ventilador centrifugo Laboratorio




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 1.510 0.0095 14.20

2 1.293 0.0432 15.70

3 1.014 0.0740 16.80

4 0.882 0.1022 17.00

5 0.714 0.1235 17.30

6 0.657 0.1368 17.45

7 0.612 0.1618 17.50

8 0.597 0.1670 17.55

4.1 DATOS EXPERIMENTALES:

1.0332 Kgf/cm²




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.




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:




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.





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.




Tabla Nro. 5.2

Nro. Q(m3/s) H(m) H sistema

1 0.11884234 32.0742687 0.17847691

2 0.25342606 27.8805428 0.81160025

3 0.33168456 22.3401104 1.39024117

4 0.38979373 19.8803605 1.92003577

5 0.42849215 16.5768261 2.32019978

6 0.45097498 15.5279689 2.57006745

7 0.49045442 14.87179 3.03974352

8 0.49827332 14.6159247 3.13743614

Las pérdidas son:

hp1 + hp2 (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).

Figura 5.1 Curvas H-Q del ventilador y sistema

H = -18.135Q2 - 38.05Q + 37.315

R² = 0.9823

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

R² = 0.997

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

H(m

)

Q(m3/s)

Series1

Series2

AJUSTE DE LA CURVA H-Q DEL

VENTILADOR

AJUSTE DE LA CURVA H-Q DEL

SISTEMA




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.




8.- APENDICE:

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

Fig. 8.2 Curvas un ventilador a diferentes RPM.




Fig. 8.3 Curva de velocidad especifica de los ventiladores.

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

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

V máxima

m/sV media m/s Caudal (mᶺ3/s)

Perdidas

Primarias

(m)

Perdidas

Secundarias

(m)

Altura

efectiva (m)

Toque

Kgf-m

Potencia

Aerodinamica

(HP)

Potencia al eje

(HP)Eficiencia Nq

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

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