MONO VER1

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTADDEINGENIERAMECNICA

INTRODUCCIN

Las turbomaquinas son de uso frecuente en el da a da, ya sea desde

sencillos ventiladores en hogares y oficinas, bombas centrifugas de uso

comn hasta turbinas hidrulicas capaces de formar centrales

hidroelctricas, turbinas de vapor o a gas en centrales trmicas. Esto se

debe a que su principio de funcionamiento se basa en la conversin de

energa, principio que se utiliza de diversas formas.

Este hecho convierte a las turbomaquinas en objeto de gran importancia

dentro de la ingeniera mecnica, la cual dedica mucho a su estudio y

proyeccin.

En el presente documento, el tema central se posa en un ventilador, del

cual se tomaron medidas e inspecciones, para que al trmino del presente

documento se puedan predecir sus valores nominales de funcionamiento.

Para empezar el presente documento se brinda un breve fundamento

terico sobre ventiladores, y su clasificacin. Luego se presentan los datos

tomados en clase, y algunos valores asumidos por el grupo para realizar

los clculos. Se empezara por tomar en cuenta los efectos que causan el

numero finito de alabes y su espesor en el rotor de la turbomaquina, luego

se graficaran los tringulos de velocidades, para terminar con la prediccin

de los valores nominales de caudal, potencia requerida, y algunos nmeros

especficos que caracterizan al ventilador.

Se presentan tambin los planos del ventilador y su carcasa, desarrollados

en inventor, con las medidas tomadas en laboratorio.

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FUNDAMENTO TEORICO

El ventilador es una turbomquina operadora de flujo cuasi-incompresible

cuyo fin es proporcionar un incremento de energa a un cierto caudal de

gas, mezcla de gas, aire, mezcla bifsica 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 conduccin del propio gas sea lo esencial, pero tambin en muchos

casos, el gas acta slo como medio de transporte de calor, humedad, etc.

o de material slido, como cenizas, polvos, etc.

1.Clasificacin de los Ventiladores:

Los ventiladores estn clasificados por distintas caractersticas en su

funcionamiento y geometra, a continuacin se presentan las

clasificaciones ms utilizadas:

1.1. Por la diferencia de presin esttica:

Se refiere al rango de presiones con el cual se trabajan los ventiladores y

son agrupados de la siguiente forma:

1.1.1. Ventiladores de baja Presin:Donde su presin total

desarrollada es inferior a 10mbar.

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Fig. 1 - Ventilador de Baja presin

1.1.2. Ventiladores de Media Presin:Donde su presin total

desarrollada es superior a los 10 mbar e inferior a los 30 mbar.

1.1.3. Ventiladores de Alta Presin:Donde su presin total

desarrollada es superior a los 30 mbar e inferior a los 100 mbar.

Aqu se ve que la compresibilidad del gas es apreciable.

1.2. Por el tipo de sistema de accionamiento:

Se refiere al mtodo utilizado para poner en marcha al ventilador:

Accionamiento Directo.

Accionamiento Indirecto por transmisin.

1.3. Por el modo de trabajo:

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Como se ha mostrado, los ventiladores han llegado a clasificarse de varias

maneras pero la clasificacin ms importante o utilizada es segn la

geometra de su rotor y por tanto segn la trayectoria del flujo.

1.3.1. Ventiladores Centrfugos:Llamados tambin ventiladores Radiales, son este tipo de

Turbomquinas que se diferencia de los dems ventiladores porque

su salida de direccin de flujo es perpendicular al de entrada. Los

ventiladores centrfugos provocan el movimiento del gas y genera

una presin gracias en parte a la accin centrfuga producida por la

rotacin del rotor y en parte a la desaceleracin del flujo en los

alabes y en la espiral.

Fig. 2 - Ventilador centrfugo

Los ventiladores centrfugos pueden ser de los siguientes tipos:

Ventiladores Centrfugos de alabes curvados hacia delante.

Ventiladores Centrfugos de alabes curvados hacia atrs.

Ventiladores Centrfugos de alabes rectos radiales.

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1.3.2. Ventiladores Axiales:

Este tipo de ventiladores mueven grandes caudales con incrementos

de presin esttica baja. La direccin del flujo a travs de estos

ventiladores es paralela al eje.

Fig. 3 - Ventilador Axial

Los ventiladores Axiales pueden ser de los siguientes tipos:

Tipo Hlice.

Tipo tubo axial.

1.3.3. Ventiladores Transversales:

La trayectoria del flujo de aire en el rodete es normal al eje tanto a la

entrada como a la salida.

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1.3.4. Ventiladores Helicocentrfugos:

Son ventiladores intermedios entre los centrfugos y los axiales, en

ellos el aire entra como en los helicoidales y sale como en los

centrfugos.

1.4. 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 altura-caudal

(H-Q) 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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DATOS

1.DATOS DEL VENTILADOR

D1=104.8 mm

D2=200.0 mm

b1=36.45 mm

b2=32.15 mm

1=80.83

2=110.75

e1= e2=1.8 mm

N=3400 RPM

2.DATOS ASUMIDOS

Eficiencia volumtrica (nv ): 96%

Eficiencia mecnica (nm ): 98%

Eficiencia hidrulica (nh ): 80%

Eficiencia total (n)=nvnhnm = 75.264 %

Aceleracin de gravedad: 9.81 m/s2

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CALCULOS

HALLANDO Ke (Por efecto de espesor de alabe)

Para alta presin:

t2=

. D2

Z =

x200

16=39.2699mm

s2=

e2

sen (2 )=

1.8

sen (110.75)=1.9249mm

ke 2=t2

t2s2=

39.2699

39.26991.9249=1.0515

Para baja presin:

t1=

. D1

Z =

x104.8

16=20.5774mm

s1=

e1

sen (1 )=

1.8

sen (80.83 )=1.8233mm

ke 1=t1

t1s1=

20.5774

20.57741.8233=1.0972

CAUDAL REAL DEL RODETE

QR= .b 2. D2 .Cm

2

ke 2= . b

1. D

1.Cm

1

ke1

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De la expresin anterior se despeja:

Cm2

Cm1=

D1

.b1

. ke 2

D2 .b 2. ke1=104.8x 36.45x 1.0515

200x 32.15x 1.0972=0.5693 (a)

CALCULANDO EL FACTOR DE RESBALAMIENTO ( )

=D

1

D2=

0.1048

0.200=0.524>0.5

k=0.55+0.6sen (2)=1.111

=(0.4+1.2(v ))x 2k

z (12)=0.1969

Se obtiene el coeficiente de resbalamiento:

= 1

1+=0.8354 (b)

HALLANDO TRIANGULOS DE VELOCIDADES

A la entrada:

1=80.83

1=90o

ke 1=1.0972

U=N . D .

60

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U1=

N . D1

.

60=18.6568m /s

C1=Cm

1=U

1. tan (1 )=115.5744m /s

W1=

U1

cos ( 1)=117.0701m /s

Tomando en cuenta el efecto de espesor de alabe.

Cm0=

Cm1

Ke1=105.3357m /s

1=atan ( Cm0U

1)=79.956 o

W 1=

U1

cos ( 1 )=106.9751m/s

C 1=Cm

0=105.3357m / s

Como en baja presin no se presenta rotacin de flujo:

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A la salida:

U=N . D .

60

U2=

N . D2.

60

=35.6047m / s

2=110.75

ke 2=1.0515

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De la expresin a:

Cm2=0.5693x Cm

1=65.7965m/ s

C!2U

2=

Cm2

tan (1802)=24.9280m /s

C!2=60.5327m /s

W2=

Cm2

sen(180

2 )=70.3604 m /s

2=atan (Cm2C!

2)=47.386o

C2=

Cm2

sen (2 )=89.4057m /s

Tomando en cuenta solo la rotacin del flujo.

De la expresin b:

C!2=".C!

2=50.5690m /s

2=atan(

Cm2

C! 2 )=52.455

o

2=180atan ( Cm2C!

2U

2)=102.813o

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W 2=

Cm2

sen (180 2 )=67.4767m /s

Cm2

( 2+C!2

2)1

2=82.9843m/sC

2=

Tomando en cuenta solo el efecto de espesor de alabe.

Cm3=

Cm2

Ke2=62.5739m /s

3=atan(Cm3C!

2)=45.95o

3=180atan ( Cm3C!

2U

2)=111.721o

W3=

Cm3

sen (180 3 )=67.3565m /s

Cm3

( 2+C!2

2)1

2=87.0614 m/ sC

3=

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Tomando en cuenta los dos efectos (efecto combinado).

C m

2=Cm

3=62.5739

m

s

C !

2=C !

2=50.5690

m

s

U2=35.6047m /s

2=atan (

C m 2

C !

2 )=51.056o

2=180atan( C m

2

C !

2U

2)=103.45o

W

2=

C m 2

sen (180 2 )=64.3383

m

s

Cm 2

( 2+C!2

2)1

2=80.4532m /sC

2=

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Hallando el caudal de diseo:

Q=#. . b1.D1.Cm

1

ke 1=0.96xx0.03645x0.1048x

115.5744

1.0972

Q=1.2135[m3

s]Altura efectiva:

$=$. . $ R %

-Como

1 = 90

$R %=C!

2U

2

& =219.699m

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$=0.80x 0.8354x 219.699=146.829m'ea()e

Potencia al eje:

*=+ . & . $ . Q

[W]

*=1.2x 9.81x 146.829x 1.2135

0.75264=2786.863W

Hallando el Nq del ventilador:

N,=N .Q

$3 /4=

34001.2135(146.829)3 /4

=88.7952

RESULTADOS

1

2

D1

D2

b1

b2

Espesor (e)

Numero de alabes

Velocidad especifica (Nq)

Caudal

80.83

110.75

104.8 mm

200 mm

36.45 mm

32.15 mm

1.8 mm

16

88.7952

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Altura efectiva

Revoluciones

Potencia requerida en el eje

n (%)

1.2135m3

/s

146.829m'e a()e

3400 RPM

2786.863 W75.264

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