Practica#3_fluidos II v2
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Escuela Superior Politécnica del Litoral
Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción
Guía de Laboratorio de Mecánica de Fluidos II
PRC!IC" # $%
VENTILADORES AXIALES Y RADIALES: CURVAS DE OPERACIÓN
&'(E!I)&S%
♦ Determinar y comparar las curvas de operación de ventiladores axiales y radiales.
♦ Seleccionar el punto de operación óptimo, utilizando las curvas del ventilador y del sistema.
F*+,"ME+!&S !E-RIC&S%
Un ventilador axial es una máquina rotodinámica donde el flujo es axial, es decir el aire entra y
sale del equipo a lo largo del respectivo eje del ducto de succión y descarga. Las condiciones de
operación para estos ventiladores son usualmente de alto a medio caudal y de media a aja
presión. Los álaes del ventilador se fijan a cierto ángulo con respecto a la dirección del aire de
entrada, lo cual genera una fuerza de sustentación deido a la diferencia de presión en el fluido y permiten desplazar el fluido a trav!s de la máquina.
"or otro lado, en un ventilador radial el fluido es succionado #acia el centro de un impeller
rotatorio y es expulsado #acia afuera por acción centr$fuga. %omo resultado de esto, ocurren
camios de energ$a en el fluido, adquiriendo mayor velocidad deido a las altas velocidades de
rotación de los álaes del impeller& mientras que la diferencia de presión entre la succión y la
descarga del ventilador ocurre deido a la conversión de esa energ$a cin!tica en energ$a de
presión.
%uando un fluido atraviesa los álaes de una máquina rotodinámica, ocurren camios en las
energ$as potencial, cin!tica y de presión. "ara entender el funcionamiento de un ventilador y ser
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capaz de analizar su desempe'o se deen realizar mediciones o cálculos para
determinar esos camios de energ$a.
Si tomamos al ventilador como un volumen de control y aplicando la (ra ley de la
)ermodinámica por unidad de masa de fluido que fluye a trav!s de !l*
−W eje=d ( V 2
2 )+g.dz+∫ v.dp+ F (ec .1)
Donde,
−W eje ≡Trabajo entregado por el ejehacia el fluido
d ( V 2
2 )≡ Cambio deenergíacinética del fluido
g . dz ≡Cambio de energía potencial del fluido
∫ v . dp≡ Cambio de energía de presióndel fluido elcual paraun fluido
incompresibleesigual a dp / !
F ≡ "érdida de energía por fricciónen forma de calor hacia los alrededores o en
aumentar latemperatura del fluido #ueatraviesa ala m$#uina .
Las caracter$sticas de operación de estos ventiladores pueden ser mostradas graficando el caezal
de presión +p, la potencia +", y la eficiencia +- para diferentes caudales + para una serie de
velocidades de rotación +/. Las condiciones óptimas de operación ocurren cuando las
condiciones requeridas de traajo para presión y caudal coinciden con un punto de máxima
eficiencia.
,ESCRIPCI-+ ,EL E.*IP&%
0entilador 1xial
-l equipo consiste de un ventilador axial, impulsado por un motor el!ctrico. %uenta con ductos desucción y descarga faricados de acr$lico transparente para el monitoreo del aire que circula a
trav!s del ventilador. -l flujo de aire es controlado mediante un dispositivo de regulación
instalado al final del ducto de descarga. -n el ducto de succión
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se encuentra instalado un enderezador de flujo para reducir la turulencia y la
formación de remolinos. -l equipo cuenta con sensores y un sistema de adquisición de datos. Los
datos son manejados por medio del 23D +2nterface Device para ser mostrados en un computador.
Los sensores utilizados para monitorear el desempe'o del ventilador axial son los siguientes*
- Sensor de diferencial de presión, conectado al canal ( en el 23D. Se trata de undispositivo piezo4resistivo que mide la presión desarrollada a trav!s de la placa orificio
instalada en la entrada del ducto de succión.- Sensor de diferencial de presión, conectado al canal 5 en el 23D. Se trata de un
dispositivo capacitivo, el cual mide la diferencia de presión entre la succión y la descarga
del ventilador.- Sensor de rapidez de rotación, conectado al canal 6 en el 23D. Se trata de un s7itc#
reflectivo infrarrojo óptico que mide la rapidez de rotación del impeller del ventilador.- Sensor de temperatura, conectado al canal 8 en el 23D. Se trata de un dispositivo
semiconductor el cual mide la temperatura del aire que ingresa al ventilador.
0entilador 9adial
-ste equipo cuenta con las mismas partes principales que el equipo descrito anteriormente. La
diferencia radica en el tipo de ventilador y la disposición de los ductos de succión y descarga. -l
ventilador radial consiste de una carcasa, llamada voluta, donde se aloja el impeller& los ductos de
succión y descarga son perpendiculares entre s$, al contrario del axial donde amos ductos son
colineales. -ste equipo cuenta con dos impellers intercamiales para realizar diferentes prueas*
uno con álaes curvados #acia atrás y otro con álaes curvados #acia delante. -l equipo cuentacon sensores similares a los descritos para el ventilador axial pero en este caso todos los sensores
de diferencial de presión son del tipo piezo4resistivo.
PR&CE,IMIE+!& E/PERIME+!"L%
&peración del )entilador "0ial y Radial para obtención de características del 1entilador2
( Seleccione la máxima velocidad del ventilador, ajustando el controlador de potencia #asta el
(::;.
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5 1ra la válvula de descarga totalmente. Seleccione <Diagrm= y anote el valor del
flujo indicado en la parte inferior de la pantalla. "ara la toma de datos escoja alrededor de (>
incrementos entre el m$nimo y el máximo flujo.
6 %ierre la válvula completamente, es decir para que corresponda a la condición de no flujo, i.e.
?:. %uando los valores indicados en la pantalla sean razonalemente estales seleccione<)a@e Sample=.
8 1rir la válvula ligeramente para proceder con el primer incremento de flujo. %uando los
valores indicados sean razonalemente estales seleccione <)a@e Sample=.
> 9epetir el paso anterior para los diferentes incrementos de caudal. La Altima medición
corresponderá a la posición totalmente aierta de la válvula. Los datos pueden ser exportados
a una #oja de cálculo.
B Si desea otener curvas de operación adicionales para diferentes 9"C del ventilador se dee
repetir el procedimiento anterior, pero para cada punto de medición se dee ajustar elcontrolador de potencia para asegurarse que la velocidad del ventilador sea la misma para
todas las lecturas. Se empieza con una determinada frecuencia +p. ej. 5: z la cual luego se
incrementará& asegurarse que la velocidad de rotación sea la misma para todas las mediciones
y repetir todo el conjunto de mediciones para cada velocidad de rotación, tomando los datos
en forma ascendente +de menor a mayor flujo.
&peración del )entilador "0ial y Radial para obtención de la cur1a del siste3a2
( Desconectar la toma de presión a la entrada del ventilador +lado de aja presión del sensor detal manera que est! aierta a la atmósfera. Luego puede encenderse el motor para operar.
5 %oloque la posición de la válvula de descarga de tal manera que est! parcialmente cerrada y
que represente una resistencia significativa al flujo +p. ej. 5E6 cerrada. -sta configuración se
mantendrá para el resto de la toma de datos.
6 -l control del flujo se lo realizará modificando la rapidez de rotación del ventilador en el
controlador de potencia y no alterando la posición de la válvula de descarga como se #izo para la
otención de las curvas de los ventiladores. Seleccione la velocidad máxima como punto inicial+SF1( en (::;. %uando las lecturas de la presión de descarga del ventilador y la ca$da de
presión en la placa orificio sean constantes, seleccione <)a@e Sample=. -n este momento la
presión de descarga del ventilador representará a la G"resión del SistemaH ya que la toma de
presión de entrada está aierta a la atmósfera.
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8 Disminuya la velocidad de rotación ligeramente y seleccione <)a@e Sample= para
las nuevas condiciones de presión del sistema. %ontinuar #asta la m$nima velocidad que pueda
alcanzarse. Luego exportar los datos a una #oja de cálculo.
,"!&S 4 CLC*L&S%"ara cada toma de datos, para la construcción de las curvas de los ventiladores, deerá calcular*
- Densidad del aire +I- %audal +- 0elocidad en el ducto de succión +0(- 0elocidad en el ducto de descarga +05- "resión )otal producida por el ventilador +pt- "otencia producida por el ventilador +"- -ficiencia gloal +-
Los cuales están dados por las siguientes fórmulas*
!= 3.468∗ pa
1000∗(273+T a)(ec .2)
%=C d∗& ∗ '
2∗ pa∗√ 2∗ !∗d po
4∗ ! (ec .3)
V 1=
%
(1
(ec .4 )
V 2= %
(2
(ec .5)
pt = ! (V
2
2−V 1
2 )2
+d p s(ec .6)
"=%∗ p (ec .7)
)= "
"e
∗100(ec .8)
Donde
- "resión arom!trica de la atmósfera +pa- )emperatura del aire en la succión +)a- %oeficiente de descarga de la placa orificio +%d- Diámetro de la placa orificio +D- Jrea transversal ducto de succión +1(- Jrea transversal ducto de descarga +15- %a$da de presión a trav!s de la placa orificio +dpo
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- %a$da de presión a trav!s del ventilador +dps- "otencia de entrada al motor el!ctrico +"e
,"!&S%
)entilador RadialDiámetro ducto de succión* :.:K> m.
Diámetro ducto de descarga* :.: m.
%oeficiente de descarga de la placa orificio* :.>KB
Diámetro de la placa orificio :.:> m.
)entilador "0ial
Diámetro ducto de succión* :.(56 m.
Diámetro ducto de descarga* :.(56 m.%oeficiente de descarga de la placa orificio* :.>KB
Diámetro de la placa orificio* :.( m.
GRFIC&S%
♦ Mraficar N" vs. N, <- vs. = y <p vs. = para representar las curvas del ventilador. -n la
misma gráfica se dee representar la curva del sistema +<" vs. = del sistema. Mraficar las
mismas curvas tanto para el ventilador axial como el radial.
!"'L" ,E ,"!&S%
Tabla 1. Datos de operación de los ventiladores
"0ial (N 1= Hz) Radial (N 1= Hz)
dPo
5Pa6
dPs
5Pa6
!a
57C6
Pe
586
dPo
5Pa6
dPs
5Pa6
!a
57C6
Pe
586
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Tabla 2. Datos de operación de los ventiladores
"0ial (N 2= Hz) Radial (N 2= Hz)
dPo
5Pa6
dPs
5Pa6
!a
57C6
Pe
586
dPo
5Pa6
dPs
5Pa6
!a
57C6
Pe
586
Tabla 3. Datos de operación de los ventiladores"0ial (N 3= Hz) Radial (N 3= Hz)
dPo
5Pa6
dPs
5Pa6
!a
57C6
Pe
586
dPo
5Pa6
dPs
5Pa6
!a
57C6
Pe
586
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Tabla 4. Datos del sistema
"0ial RadialdPo
5Pa6
dPs
5Pa6
+
59:6
!a
57C6
dPo
5Pa6
dPs
5Pa6
+
59:6
!a
57C6
PREG*+!"S E)"L*"!I)"S%
( -n esta práctica se asumió que el aire es incompresile. %ompruee la validez de dic#a
suposición tanto para la succión como para la descarga de cada ventilador.
5 2nvestigue y explique la diferencia, en t!rminos de funcionalidad y rangos de operación, que
existe entre ventiladores, sopladores +lo7ers, compresores y omas.
6 O%uál es la diferencia entre ventiladores radiales y axialesP -xplique en t!rminos de*
caracter$sticas de construcción, rangos de operación t$picos +caudales y presiones,
eficiencias, ventajas y desventajas, y aplicailidad industrial de cada tipo de ventilador.
8 -xplique en detalle por qu! en ciertas omas o ventiladores radiales se utilizan impellers
+impulsores con álaes curvados #acia atrás y en otras los curvados #acia delante. Ou!
ventajas y desventajas existen al utilizar dic#os tipos de impellersP
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> 1lgunos ventiladores utilizan álaes directores +guide vanes, Ocuál es la función
de !stosP -xplique.
6) "ara el dise'o de omas y otras turomáquinas se dee tener en cuenta los efectos en 6D del
movimiento del fluido. O%ómo #an aordado este prolema de dise'o los faricantes de
omas y otras turomáquinasP