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IM-2007-I-07

DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN VENTILADOR AXIAL PARA UNTÚNEL DE VIENTO

SANTIAGO CAICEDO CALLEJAS200214743

Proyecto de Grado

Asesor:Ing. Álvaro Pinilla, PhD

UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA MECÁNICABOGOTÁ D.C.

2007



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AGRADECIMIENTOS

A mi familia por haber confiado en m is capacidades; al ingeniero Álvaro Pinilla

por su paciencia y aportes al desarrollo del proyecto; al ingeniero Andrés

Vargas por su colaboración; a mis compañeros y amigos, por su apoyo e ideas.



IM-2007-I-07

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 1

1. OBJETIVOS 2

2. VALIDACIÓN DEL MODELO TEÓRICO 3

2.1. CARACTERÍSTICAS DEL VENTILADOR SIEMENS 3

2.1.1. Dimensiones principales 3

2.1.2. Geometría de las aspas 42.2. ANÁLISIS TEÓRICO DE RENDIMIENTO 6

2.2.1. Diseño de algoritmo 6

2.2.2. Cálculo de parámetros de desempeño 6

2.3. PRUEBA EXPERIMENTAL 7

2.3.1. Montaje Experimental 7

2.3.2. Instrumentos de medición 8

2.3.2.1. Tubo Pitot 8

2.3.2.2. Transductor de presión 9

2.3.2.3. Estroboscopio 10

2.3.2.4. Pinza Amperimétrica 10

2.3.2.5. Multímetro 11

2.3.3. Procedimiento 11

2.3.4. Resultados 13

2.3.4.1. Medición de intensidad de turbulencia 13

2.3.4.2. Curvas de presión contra caudal 14

3. DISEÑO DEL VENTILADOR 18

3.1. CARACTERÍSTICAS Y GEOMETRÍA 18

3.1.1. Selección del perfil aerodinámico 19



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3.1.2. Diseño de las aspas 20

3.1.3. Diseño del mecanismo de sujeción de las aspas 21

3.1.4. Diseño de empenaje 21

3.1.5. Diseño de correctores de flujo (estator) 223.2. ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS 23

3.2.1. Simulación de esfuerzos en las aspas 23

3.3. CURVAS TEÓRICAS DE RENDIMIENTO A 1150 RPM 25

3.3.1. Curvas de presión y potencia contra caudal 25

3.3.2. Curva de eficiencia contra caudal 26

4. FABRICACIÓN DE MODELO A ESCALA 27

4.1. FABRICACIÓN DE LAS ASPAS 27

4.1.1. Diseño de la estrategia de mecanizado 27

4.1.2. Montaje y proceso de manufactura 28

4.1.3. Piezas finales 29

4.2. FABRICACIÓN DEL CUBO 29

4.2.1. Diseño de la estrategia de mecanizado 29

4.2.2. Montaje y proceso de manufactura 30

4.2.3. Piezas finales 31

4.3. ENSAMBLE DEL CONJUNTO 31

5. PRUEBAS DEL MODELO ESCALA 32

5.1. CON LA ENTRADA DE AIRE LIBRE 32

5.1.1. Montaje experimental y procedimiento 32


5.2. CON LA ENTRADA DE AIRE EN UN DUCTO 35 5.2.1. Montaje experimental y procedimiento 35


5.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS 36

6. CONCLUSIONES 38



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7. BIBLIOGRAFÍA 40

ANEXO A INFORMACIÓN AERODINÁMICA PLACA CURVADA

ANEXO B CÁLCULOS TEÓRICOS VENTILADOR SIEMENS

ANEXO C RESULTADOS PRUEBAS VENTILADOR SIEMENS

ANEXO D CÁLCULOS DE DISEÑO VENTILADOR TÚNEL TVIM-55-60-1X1

ANEXO E CÁLCULOS TEÓRICOS VENTILADOR TÚNEL TVIM-55-60-1X1

ANEXO F RESULTADOS PRUEBAS VENTILADOR ESCALA 1:5,33

ANEXO G CÁLCULOS TEÓRICOS VENTILADOR ESCALA 1:5,33



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LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Medidas principales del ventilador Siemens 4

Figura 2. Variación de CL y CD con el ángulo de ataque para placa 5

curvada

Figura 3. Montaje experimental 7

Figura 4. Curva de calibración del sensor de presión diferencial 10

Figura 5. Posiciones de medición de presión 11

Figura 6. Medición de velocidad antes de los correctores 13Figura 7. Medición de velocidad después de los correctores 13

Figura 8. Curva de presión contra caudal para ventilador 14

Siemens a 1800 RPM


Siemens a 2400 RPM


Siemens a 3500 RPM

Figura 11. Curvas de eficiencia contra caudal para el ventilador 17

Siemens

Figura 12. Geometría del perfil E387 20

Figura 13. Mecanismo de sujeción de las aspas 21

Figura 14. Geometría del empenaje 22

Figura 15. Distribución de esfuerzos sobre el aspa 24

Figura 16. Distribución de la deformación total sobre el aspa 24

Figura 17. Curvas teóricas de presión y potencia contra caudal a 251150 RPM

Figura 18. Curva teórica de eficiencia contra caudal a 1150 RPM 26

Figura 19. Curva de presión contra caudal para el prototipo a 2400 32

RPM



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RPM


RPMFigura 22. Curvas de presión estática contra caudal con entrada en 35

un ducto

Figura 23. Curvas de presión contra caudal para los dos montajes 36



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LISTA DE IMÁGENES

Pág.

Imagen 1. Ventilador axial Siemens 3

Imagen 2. Túnel de prueba 8

Imagen 3. Montaje para fabricación de las aspas del prototipo 28

Imagen 4. Proceso de manufactura de las aspas 28

Imagen 5. Aspas terminadas 29

Imagen 6. Montaje para fabricación del cubo del prototipo 30

Imagen 7. Proceso de manufactura del disco 30Imagen 8. Disco terminado 31

Imagen 9. Ensamble del prototipo 31



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LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Geometría de las aspas del ventilador Siemens 4

Tabla 2. Condiciones del aire en el modelo teórico 6

Tabla 3. Resultados teóricos ventilador Siemens 7



IM-2007-I-07

1

INTRODUCCIÓN

Dentro del proceso de diseño y fabricación del túnel de viento TVIM-55-60-1X1

de la Universidad de los Andes, se requiere la implementación de un ventilador

axial para impulsar el aire en el interior del túnel, de acuerdo con los parámetros

de operación del mismo.

Por lo anterior, este proyecto se centra en el diseño y manufactura de un

prototipo del ventilador requerido para el túnel en referencia, para lo cual se

efectuaron una serie de pruebas experimentales sobre un ventilador axialSiemens, con el propósito de validar el modelo planteado por la teoría

aerodinámica para diseño de turbinas y ventiladores axiales, y aplicarlo en los

procesos posteriores de diseño y fabricación del prototipo a escala del equipo

requerido.

Durante el desarrollo del proyecto, se utilizaron herramientas de simulación por

elementos finitos para análisis de integridad estructural de los modelos y se

implementaron técnicas de manufactura asistida por computador. Así mismo, el

proyecto comprende el diseño del empenaje y estator necesarios para

reestablecer el flujo de aire a la salida del ventilador, como condición esencial

para una adecuada operación del túnel de viento.

Para una mayor comprensión de los contenidos de este documento, se

recomienda la lectura previa de los capítulos 1 y 4 de la referencia [1], así como

de la referencia [2] en su totalidad.



IM-2007-I-07

2

1. OBJETIVOS

Éste proyecto tiene como objetivo general el diseño y fabricación de un

prototipo de ventilador axial para ser utilizado en el túnel de viento TVIM-55-60-

1X1 de la Universidad de los Andes.

Para lo anterior, se buscará validar la teoría aerodinámica para diseño de

turbinas y ventiladores axiales a través de la evaluación experimental de un

circulador de aire Siemens, y con base en esto determinar la geometría del

conjunto del ventilador axial. Durante el proceso de diseño, se evaluará elefecto de diferentes perfiles aerodinámicos sobre el desempeño del ventilador.

Así mismo, este proyecto tiene como objetivo la implementación de técnicas de

manufactura asistida por computador, como parte del proceso de fabricación del

prototipo del ventilador a escala, para su posterior evaluación experimental. De

esta forma, se pretende establecer un punto de partida para el desarrollo

posterior de una estrategia de manufactura eficiente, que permita facilitar el

proceso de fabricación de las aspas y el cubo del ventilador diseñado.



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3

2. VALIDACIÓN DEL MODELO TEÓRICO

Para validar la teoría de diseño de ventiladores, se seleccionó un ventilador

axial Siemens empleado comúnmente para extracción de aire, y utilizando un

algoritmo matemático basado en el modelo teórico, se determinaron los

parámetros de desempeño esperados, los cuales fueron posteriormente

confrontados con los resultados obtenidos de una serie de pruebas

experimentales efectuadas.

2.1. CARACTERÍSTICAS DEL VENTILADOR SIEMENS

2.1.1. Dimensiones principales

Imagen 1. Ventilador axial Siemens



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4

Figura 1. Medidas principales del ventilador Siemens (dimensiones en mm)

2.1.2. Geometría de las aspas

Para determinar la geometría de las aspas, se efectuaron mediciones de la

longitud de cuerda y ángulo de calaje en 20 posiciones radiales, cuyos

resultados se muestran a continuación:

Posiciónradial (m)

Cuerda (m)Ángulo decalaje (°)

0,0660 0,0838 52,19

0,0720 0,0828 50,590,0776 0,0820 49,08

0,0828 0,0813 47,64

0,0877 0,0807 46,27

0,0923 0,0801 44,95

0,0967 0,0797 43,68

0,1010 0,0793 42,44

0,1050 0,0789 41,25

0,1089 0,0786 40,09

0,1127 0,0783 38,97

0,1163 0,0781 37,87

0,1198 0,0778 36,80

0,1233 0,0777 35,75

0,1266 0,0775 34,73

0,1298 0,0735 35,120,1330 0,0683 35,27

0,1361 0,0623 35,63

0,1391 0,0533 34,22

0,1421 0,0320 33,52

0,1450 0,0000 0,00

Tabla 1. Geometría de las aspas del ventilador Siemens



IM-2007-I-07

5

De igual forma, se determinó que el perfil aerodinámico corresponde a una

placa curvada, con una combadura del 6% y un espesor constante de 5 mm. La

información aerodinámica para este perfil, con una relación de aspecto de 5 y a

un número de Reynolds de 400.000, se obtuvo de la referencia [3].

Teniendo en cuenta que el valor óptimo del coeficiente de sustentación se

obtiene de la curva corregida para una relación de aspecto infinita (en dos

dimensiones), fue necesario efectuar este ajuste utilizando las ecuaciones del

capítulo 5.3.3 de la referencia [1]. Las curvas de los coeficientes de

sustentación y arrastre contra el ángulo de ataque para ambos casos se

muestran en la figura 2.

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

-5 0 5 10 15 20 25

Ángulo de ataque (°)

C L ,

C D

CL Relación de Aspecto 5CL Re lación de Aspecto InfinitaCD Relación de Aspecto 5CD Relación de Aspecto Infinita

Figura 2. Variación de CL y CD con el ángulo de ataque para placa curvada

Aunque la información anterior corresponde a un número de Reynolds de

400.000, y el número de Reynolds del perfil en el ventilador Siemens es de

aproximadamente 200.000, pues está acoplado a un motor trifásico de



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6

inducción Siemens de 3.500 RPM, se considera válido utilizar estos resultados

para modelar teóricamente el desempeño aerodinámico del equipo.

2.2. ANÁLISIS TEÓRICO DE RENDIMIENTO

2.2.1. Diseño de algoritmo

Con el propósito de predecir teóricamente el comportamiento del ventilador

Siemens, se implementó un algoritmo matemático que utiliza la teoría

aerodinámica de diseño de ventiladores axiales para determinar parámetros

como la velocidad de rotación de la estela, ángulo de ataque del perfil,

coeficientes de sustentación y arrastre, potencia consumida y aumento de

presión en las 20 posiciones radiales medidas, a un determinado caudal de aire.

Para esto, se utilizaron como variables de entrada la velocidad angular del

motor, el diámetro del ventilador y del cubo, la geometría completa de las aspas

(ángulo de calaje y longitud de cuerda), la densidad del aire y el caudal deseado.

2.2.2. Cálculo de parámetros de desempeño

La tabla 2 muestra las condiciones del aire utilizadas en el modelo:

Viscosidad

(m2 /s)

Presiónatm

(Pa)

Temperatura

(ºC)

Densidad

(kg/m3)

0,000014 74600 20 0,88 Tabla 2. Condiciones del aire en el modelo teórico

Para los cálculos teóricos se seleccionaron tres velocidades de operación del

motor (1800, 2400 y 3500 RPM), y se determinaron, en cada caso, los

parámetros de desempeño a dos diferentes caudales de aire. Los resultados



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7

obtenidos para el aumento en la presión es tática a través del rotor se muestran

en la tabla 3.

Velocidad (rpm)

Caudal (m3 /s) 0,15 0,65 0,15 0,6 0,15 0,65

∆Presión (mm H2O) 8,75 7,93 15,5 6 14,31 3 2,54 26,36

1800 2400 3500

Tabla 3. Resultados teóricos ventilador Siemens

La información detallada de los parámetros del ventilador calculados en cada

posición radial se encuentra en el Anexo B.

2.3. PRUEBA EXPERIMENTAL

Para la prueba experimental del ventilador Siemens, se utilizó la norma

“Laboratory Methods of Testing Fans for Aerodynamic Performance Rating” de

ANSI/AMCA (ver referencia [4]), la cual establece el montaje y procedimiento

requeridos para determinar el desempeño aerodinámico de ventiladores axiales.

Durante la prueba, que se llevó a cabo en un túnel de 32 cm de diámetro y 3.2

m de longitud, se realizaron mediciones de presión estática y dinámica para

determinar el aumento de presión y el caudal, así como mediciones de

velocidad angular y potencia consumida para establecer la eficiencia.

2.3.1. Montaje experimental

PL.2PL.1

PITOT

PL.3

3.2 m

2.7 m

1.6 m

Figura 3. Montaje experimental



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8

Imagen 2. Túnel de prueba

En el montaje utilizado, el ventilador se aloja en un extremo del ducto, con su

entrada de aire libre (ver Figura 3, plano 1), mientras que en el extremo opuesto

del túnel se ubica un dispositivo cónico para regular el caudal de aire a través

del mismo. A una distancia de 1,1 m del plano 2 se encuentra un arreglo de

tubos correctores de flujo de 1 pulgada de diámetro cada uno. En el plano 3 se

llevan a cabo las mediciones de presión dinámica y estática utilizando un tubo

Pitot. El motor eléctrico utilizado es un Siemens de 0,9 HP de potencia y 3.500

RPM, conectado a un variador de velocidad Telemecanique Altivar 66.

2.3.2. Instrumentos de medición

2.3.2.1. Tubo Pitot

El tubo Pitot es un instrumento de medición de presión, utilizado también para

determinar la velocidad de un fluido en movimiento. Está formado por un tubo



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9

que apunta en la dirección del flujo, y en cuyo extremo hay un punto de

estancamiento. En él, es posible medir la presión total (Pt), que es la suma de

las presiones dinámica (Pv) y estática (Ps). Así mismo, el tubo tiene una serie de

perforaciones perpendiculares a la dirección del flujo, a través de los cuales esposible medir la presión estática. De esta forma, aplicando la ecuación de

Bernoulli se tiene que:

t S P V P =+ 2

2

1 ρ

Así, es posible determinar la velocidad del fluido utilizando:

( ) ρ

S t P P V

−=

2

Para más detalles acerca del funcionamiento y características del tubo Pitot se

recomienda consultar el capítulo 3.4 de la referencia [1].

2.3.2.2. Transductor de presión

Para medir las presiones con el tubo Pitot, se utilizó un sensor piezoresistivo de

presión diferencial Freescale MPXV5004DP, con un rango de medición de 0 a

400 mm H2O, y el cual requiere una alimentación de 5V DC. Las

especificaciones técnicas completas del instrumento se encuentran en la

referencia [5].

Antes de efectuar las mediciones, se llevó a cabo la calibración del sensor

utilizando una columna de agua y variando su altura. La curva obtenida se

muestra en la figura 4.



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10

V = 0,01P + 1,1215

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 100 200

Presión (mm H2O)

R e s p u e s t a ( V

)

Figura 4. Curva de calibración del sensor de presión diferencial

2.3.2.3. Estroboscopio

La velocidad angular se m idió utilizando un estroboscopio, el cual permite medir

las revoluciones por minuto a las que gira el ventilador. Para esto se estableció

una marca en una de las aspas y se varió la frecuencia de disparo del

instrumento hasta observar este punto quieto, garantizando así una medición

correcta de la velocidad. Para más detalles acerca del funcionamiento de esteinstrumento se recomienda consultar el capítulo 10.3 de la referencia [9].

2.3.2.4. Pinza amperimétrica

La pinza amperimétrica es un instrumento que utiliza el campo magnético

generado por la circulación de corriente a través de un conductor para medir la

intensidad de ésta. Así, es posible determinar la potencia eléctrica entregada al

motor, utilizando:

3 I V P Lmotor

=

Donde I representa la corriente medida y LV el voltaje entre líneas.



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11

2.3.2.5. Multímetro

Se utilizó para medir la respuesta en voltaje del sensor de presión diferencial. El

instrumento empleado corresponde a un multímetro Fluke 87, cuyasespecificaciones técnicas se encuentran en la referencia [10].

2.3.3. Procedimiento

El procedimiento de medición consistió en variar progresivamente el caudal de

aire para una determinada velocidad angular del ventilador, lo cual se logró

alterando la distancia del cono regulador a la salida del túnel. Así, para cada

posición del cono se tomaron mediciones de presión dinámica y estática,

temperatura del aire y corriente eléctrica. Las presiones fueron medidas en

diferentes posiciones radiales, como se muestra en la figura 5.

Figura 5. Posiciones de medición de presión (dimensiones en cm)

Para calcular la presión dinámica a un determinado caudal se utilizó:



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12

2

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ∑=

n

P P

vr

v

Donde Pvr son los valores de presión dinámica obtenidos en cada posición

radial. Con esto, el caudal y la velocidad media del aire se obtuvieron de:

ρ v

P V

2= AV Q =

La presión estática se calculó por medio de:

n

P P sr s

∑=

Antes de caracterizar el ventilador Siemens, se llevó a cabo una prueba de

intensidad de turbulencia, la cual consiste en medir durante un tiempo

determinado la velocidad del aire en el túnel. En este caso, se efectuaron

mediciones a una distancia de 50 cm antes y después de los correctores de

flujo instalados, con el propósito de verificar su efectividad.

Para esto se utilizó el anemómetro de hilo caliente Extech 407001A, con su

salida conectada a un computador, y se midió la velocidad del aire cada 3

segundos, durante 5 minutos aproximadamente. Así, la intensidad de

turbulencia se determinó de:

=

−

−

∑ ( )

( )

_

_

x x

n

x

2

1Intensidad de

Turbulencia

El valor obtenido se expresa como un porcentaje.



IM-2007-I-07

13

2.3.4. Resultados

2.3.4.1. Medición de intensidad de turbulencia

Los resultados de las mediciones de intensidad de turbulencia antes y después

de los correctores de flujo se muestran a continuación:

8,8

9

9,2

9,4

9,6

9,8

10

10,2

10,4

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (s)

V e l o c i d

a d ( m / s )

Figura 6. Medición de velocidad antes de los correctores

7,8

8

8,2

8,4

8,6

8,8

9

9,2

9,4

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (s)

V e l o c i d a d ( m / s )

Figura 7. Medición de velocidad después de los correctores

La intensidad de turbulencia de antes y después de los correctores fue de 2,1%

y 0,8%, respectivamente, lo cual demuestra su efectividad.



IM-2007-I-07

14

2.3.4.2. Curvas de presión contra caudal

Operando el ventilador Siemens a 1800, 2400 y 3500 RPM, se obtuvieron los

siguientes resultados:

Para ω=1800 RPM:

0

2

4

6

8

10

12

14

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Caudal (m

3

/s)

P r e s i o n ( m m

H 2 O )

Ps Pt Teórico

Figura 8. Curva de presión contra caudal para ventilador Siemens a 1800 RPM



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15

Para ω=2400 RPM:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Caudal (m3 /s)

P r e s i o n ( m

m H

2 O )

Ps Pt Teórico


De acuerdo con las curvas de presión contra caudal obtenidas, es posible

afirmar que los resultados derivados de los cálculos teóricos se aproximan

bastante bien al com portamiento real del ventilador. Así mismo, se observa que

el caudal mínimo obtenido es mayor a cero, lo cual se debe a limitaciones en el

uso del cono regulador de caudal.



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16

Para ω=3500 RPM:

0

5

10

15

20

25

30

35

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1

Caudal (m3 /s)

P r e s i o n ( m

m H

2 O )

Ps Pt Teórico


Con las mediciones de corriente y voltaje efectuadas, y el valor de cosφ=0.8

correspondiente al motor utilizado, se determinó la potencia entregada.

Conociendo la potencia neumática del ventilador (de las curvas de presión

contra caudal), se obtuvieron las curvas de eficiencia contra caudal, para cada

velocidad angular, las cuales se muestran en la figura 11.



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17

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

Caudal (m3 /s)

E f i c i e n c i a

3500 rpm 2350 rpm 1766 rpm

Figura 11. Curvas de eficiencia contra caudal para el ventilador Siemens

Los resultados experimentales muestran que la eficiencia de conversión de

energía del ventilador Siemens es muy baja, pues en ningún caso supera el

20%. Además, a medida que disminuye la velocidad angular, la eficiencia

decrece significativamente.



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18

3. DISEÑO DEL VENTILADOR

El proceso de diseño del ventilador se llevó a cabo de acuerdo con los

parámetros de operación del túnel del viento TVIM-55-60-1X1. Para esto, se

aplicaron los conceptos de la teoría aerodinámica de diseño de ventiladores

axiales verificada anteriormente, y después de seleccionar el perfil

aerodinámico a utilizar, se obtuvieron las distribuciones de cuerda y ángulo de

calaje de las aspas, así como la geometría de los correctores (estator)

requeridos para enderezar el flujo a la salida del rotor. Además, también se

diseñó el mecanismo de sujeción de las aspas al cubo del ventilador, y secalculó la geometría del empenaje requerido para mantener ordenado el flujo

después de los correctores.

3.1. CARACTERÍSTICAS Y GEOMETRÍA

A continuación se muestran los parámetros utilizados para el diseño del

ventilador:

Diámetro del ventilador: 1,6 m

Diámetro del cubo: 0,8 m

Número de aspas: 12

Caudal: 60 m3/s

Densidad del aire: 0,88 g/cm3

Aumento de presión: 650 Pa

Velocidad angular: 1150 RPM

El diámetro del ventilador está dado por el tamaño del túnel de viento, mientras

que el diámetro del cubo se determinó de acuerdo con las dimensiones del

motor eléctrico seleccionado (de 1150 RPM), el cual deberá alojarse en el



IM-2007-I-07

19

interior del empenaje. Así mismo, tanto el aumento de presión como el caudal

requeridos, son parámetros del diseño del túnel. Finalmente, el número de

aspas se definió de tal forma que la longitud de cuerda a lo largo de las mismas

tuviera las dimensiones adecuadas para s implificar su proceso de manufactura.

3.1.1. Selección del perfil aerodinámico

La selección del perfil aerodinámico se llevó a cabo teniendo en cuenta el

número de Reynolds aproximado, que en este caso es de 500.000. Por lo

anterior, se buscó un perfil cuya información aerodinámica para es te número de

Reynolds fuera conocida.

Sin embargo el criterio más importante a la hora de seleccionar el perfil

aerodinámico para un ventilador axial, es maximizar la relación entre la

sustentación y el arrastre, para lo cual es necesario conocer la variación de

dichos parámetros con el ángulo de ataque del perfil.

Adicionalmente, es necesario tener en cuenta el espesor del perfil

aerodinámico, ya que este factor afecta directamente la resistencia de las

aspas, que deberán soportar las fuerzas generadas por la interacción del perfil

con el fluido.

Con base en lo anterior, se seleccionó el perfil aerodinámico E387, el cual fue

diseñado originalmente en 1960 por Richard Eppler para ser utilizado en

aeroplanos, lo que lo convierte en un perfil de bajo número de Reynolds.

La información aerodinámica de este perfil para un número de Reynolds de

500.000 se encuentra en la referencia [6], y corresponde a resultados de

pruebas realizadas en el Laboratorio Subsónico de Aerodinámica de la

Universidad de Illinois en el año 2002.



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20

A continuación se muestra la geometría del perfil E387:

Figura 12. Geometría del perfil E3871

De acuerdo con la información aerodinámica, los parámetros de rendimiento en

el punto de óptimo son:

Ángulo de ataque (α optimo): 6,11°

Coeficiente de sustentación (C l ): 1,047 Coeficiente de arrastre (C d ): 0,0099

Relación Cl/Cd: 105,75

3.1.2. Diseño de las aspas

Utilizando la teoría de ventiladores axiales, y con los anteriores parámetros de

diseño, se obtuvieron las distribuciones de cuerda y ángulo de calaje a lo largo

de la aspas, cuyos valores se encuentran en el anexo D.

Con el propósito de facilitar el proceso de manufactura de las aspas, su

construcción geométrica se llevó a cabo manteniendo el borde fuga como una

línea recta y rotando el perfil aerodinámico alrededor de ella.

Los resultados obtenidos para las potencias neumática y del motor fueron 52,3

HP y 57,4 HP, respectivamente, dando como resultado una eficiencia del 90%.

Estos valores corresponden a la condición de diseño del ventilador operando a

una velocidad angular de 1150 RPM y bombeando un caudal de 60 m3/s.

1 Tomada de [6]



IM-2007-I-07

21

3.1.3. Diseño del mecanismo de sujeción de las aspas

Teniendo en cuenta las diferentes fuerzas que interactúan con las aspas

cuando el ventilador se encuentra girando a su velocidad nominal (1150 RPM),se diseñó el mecanismo de sujeción al cubo, como se muestra en la figura 13.

Figura 13. Mecanismo de sujeción de las aspas

En este sistema, el cubo del ventilador está compuesto por dos discos entre los

que se ajustan las aspas para evitar cualquier desplazamiento de éstas en las

direcciones radial, axial y tangencial. La unión de los discos se realiza por

medio de pernos ubicados en los puntos intermedios entre las aspas. El

material seleccionado para la fabricación del conjunto corresponde a una

aleación de aluminio, por su buena relación entre alta resistencia y bajo peso.

3.1.4. Diseño del empenaje

El diseño del empenaje se llevó a cabo utilizando la teoría y ecuaciones para

flujo potencial axisimétrico, combinando un flujo uniforme y una fuente. Este



IM-2007-I-07

22

modelo es también utilizado para simular un tubo Pitot, ya que tiene un punto de

estancamiento en el extremo. Su geometría se construye a partir de la ecuación:

⎟ ⎠ ⎞⎜

⎝ ⎛ =2

csc θ

a

r

Para un valor de a de 0,2 m, se obtuvo la siguiente geometría:

-0,5

-0,3

0,0

0,3

0,5

-0,3 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2

Eje x (m)

E j e y ( m )

Figura 14. Geometría del empenaje

Para más detalles acerca de la teoría de flujo potencial axisimétrico, se

recomienda consultar el capítulo 8.8 de la referencia [7].

3.1.5. Diseño de correctores de flujo (estator)

Los correctores de flujo deben ubicarse en el plano de salida del ventilador, y su

función es de la eliminar la rotación de la estela para obtener un flujo en la

dirección axial aguas abajo del rotor.



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23

Por lo anterior, su geometría se determina a partir de la dirección con la que la

estela sale del ventilador, representada por el ángulo γ, y cuyos valores

obtenidos para las diferentes posiciones radiales analizadas, se encuentran en

el anexo D.

Para evitar fenómenos de resonancia en el interior del túnel, deberán instalarse

13 correctores de flujo, pues este número no puede ser múltiplo del número de

aspas del ventilador.

3.2. ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS

Con el propósito de verificar el comportamiento del material seleccionado para

fabricar el conjunto, se llevó a cabo una simulación por elementos finitos para la

condición de operación de diseño (1150 RPM), cuya distribución de fuerzas es

ya conocida.

3.2.1. Simulación de esfuerzos en las aspas

La simulación de esfuerzos en las aspas del ventilador se llevó a cabo

utilizando ANSYS Workbench 9.0, y aplicando un modelo de análisis estructural

estático.

Teniendo en cuenta las distribuciones de fuerza axial y tangencial (ver anexo D),

así como la fuerza centrífuga producida por la rotación del ventilador, se

determinaron los esfuerzos y deformaciones correspondientes, los cuales se

muestran en las figuras 15 y 16 respectivamente.

Los resultados de la simulación muestran que el esfuerzo m áximo obtenido es

de 44,61 MPa y ocurre sobre la superficie del aspa, a aproximadamente un



IM-2007-I-07

24

tercio de su longitud en un punto cercano al borde de ataque del perfil. De igual

forma, el factor de seguridad mínimo obtenido es de 6,27.

Figura 15. Distribución de esfuerzos sobre el aspa

Figura 16. Distribución de la deformación total sobre el aspa



IM-2007-I-07

25

La deformación total máxima obtenida es de 7,52 mm, y se presenta en la punta

del aspa, donde la velocidad de incidencia sobre el perfil también es máxima.

Teniendo en cuenta que esta deformación no es significativa, y que además se

presenta en una pequeña porción de la misma, es posible afirmar que el diseñoobtenido es adecuado para el nivel de esfuerzos al que estará sometido.

3.3. CURVAS TEÓRICAS DE RENDIMIENTO A 1150 RPM

3.3.1. Curvas de presión y potencia contra caudal

0

100

200

300

400

500

600

700

800

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Caudal (m3 /s)

P r e s i ó

n ( P a )

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

P o t e n c

i a ( k W )

Presión

Potencia

Figura 17. Curvas teóricas de presión y potencia contra caudal a 1150 RPM



IM-2007-I-07

26

3.3.2. Curva de eficiencia contra caudal

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Caudal (m

3 /s)

E f i c i e

n c i a ( % )

Figura 18. Curva teórica de eficiencia contra caudal a 1150 RPM

Las curvas anteriores se determinaron a partir de una estimación de los

coeficientes de arrastre y sustentación del perfil E387 para ángulos de ataque

mayores a 13º, pues la información aerodinámica en esta zona de operación del

perfil a un número de Reynolds de 500.000 no se encuentra disponible en lareferencia [6].



IM-2007-I-07

27

4. FABRICACIÓN DE MODELO A ESCALA

Para estudiar experimentalmente el comportamiento del perfil E387 a bajos

números de Reynolds, y verificar los procesos de manufactura aplicables en la

fabricación del ventilador, se produjo un modelo a escala geométrica 1:5,33 en

aluminio comercial 6061, de tal forma que el diámetro del rotor se ajustara al del

ducto utilizado para caracterizar el ventilador axial Siemens.

En la fabricación de este prototipo se implementaron técnicas de manufactura

asistida por computador, utilizando el centro de mecanizado de cuatro ejesFadal VMC2216 del Laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad de

los Andes .

4.1. FABRICACIÓN DE LAS ASPAS

4.1.1. Diseño de la estrategia de mecanizado

Teniendo en cuenta la geometría de las aspas, la cual implica ángulo de calaje

y longitud de cuerda variables a lo largo de las mismas, fue necesario

seleccionar como estrategia de mecanizado manufactura en cuatro ejes, para lo

cual se definieron las s iguientes dimensiones para el material bruto: diámetro de

38 mm y longitud de 180 mm.

Con base en lo anterior, se seleccionó como herramienta de corte una fresa de

tungsteno de punta redonda de 6 mm de diámetro, dos filos y 60 mm delongitud. Finalmente, utilizando el software CAM Unigraphics NX4, se generó el

código de máquina correspondiente, en el cual se especificaron cortes de

desbaste de 2 mm de profundidad y un corte de acabado de 0,1 mm de



IM-2007-I-07

28

profundidad, y se efectuó una simulación del proceso para verificar posibles

errores.

4.1.2. Montaje y proceso de manufactura

Imagen 3. Montaje para fabricación de las aspas del prototipo

Imagen 4. Proceso de manufactura de las aspas



IM-2007-I-07

29

4.1.3. Piezas finales

Imagen 5. Aspas terminadas

4.2. FABRICACIÓN DEL CUBO

4.2.1. Diseño de la estrategia de mecanizado

Teniendo en cuenta la geometría de los dos discos que conforman el cubo del

ventilador, se seleccionó como estrategia de mecanizado manufactura en tres

ejes, para lo cual, se definieron las siguientes dimensiones para el material

bruto: placa cuadrada de 160 mm x 160 mm x 20 mm.

Con base en lo anterior, se seleccionaron como herramientas de corte: una

fresa plana de 16 mm de diámetro, dos insertos intercambiables y 8 mm de

longitud para desbaste, una fresa redonda de 6 mm de diámetro, dos filos y 60

mm de longitud para semiacabado, y una fresa plana de 3 mm de diámetro, 2

filos y 30 mm de longitud para acabado. Finalmente, se generó el código de

máquina correspondiente, en el cual se especificaron cortes de desbaste de 3



IM-2007-I-07

30

mm de profundidad, cortes de semiacabado de 1 mm de profundidad, y un corte

de acabado de 0,1 mm de profundidad.

4.2.2. Montaje y proceso de manufactura

Imagen 6. Montaje para fabricación del cubo del prototipo

Imagen 7. Proceso de manufactura del disco



IM-2007-I-07

31

4.2.3. Piezas finales

Imagen 8. Disco terminado

4.3. ENSAMBLE DEL CONJUNTO

Imagen 9. Ensamble del prototipo



IM-2007-I-07

32

5. PRUEBAS DEL MODELO A ESCALA

5.1. CON LA ENTRADA DE AIRE LIBRE

5.1.1. Montaje experimental y procedimiento

Corresponden a los mismos utilizados en las pruebas realizadas al ventilador

axial Siemens (ver sección 2.3.1 a 2.3.3 de este documento).

5.1.2. Resultados

Para ω=2400 RPM:

0

1

2

3

4

5

6

7

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Caudal (m3 /s)

P r e s i ó n ( m m H

2 O )

Pt Ps Teórico

Figura 19. Curva de presión contra caudal para el prototipo a 2400 RPM



IM-2007-I-07

33

Para ω=3000 RPM:

0

2

4

6

8

10

12

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Caudal (m3 /s)


2 O )

Pt Ps Teórico


Las figuras 19, 20 y 21 muestran las curvas experimentales de presión total

contra caudal del prototipo para tres velocidades de operación (2400, 3000 y

3500 RPM), y auque son similares en su forma, el comportamiento mostrado no

corresponde al de una curva de presión contra caudal típica de un ventilador

axial.

Sin embargo, el número de Reynolds aproximado del perfil bajo estascondiciones de operación se encuentra entre 30.000 y 40.000, es decir, es un

orden de magnitud menor que el número para el cual se diseñó el ventilador,

por lo que el comportamiento de sus coeficientes de sustentación y arrastre

cambia significativamente.



IM-2007-I-07

34

Para ω=3500 RPM:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Caudal (m3 /s)


2 O )

Pt Ps Teórico


Por lo anterior, se calcularon y graficaron los parámetros de presión y caudal

para cada velocidad angular utilizando el modelo teórico (ver gráficas 19, 20 y

21), a partir de una estimación del comportamiento de los coeficientes de

sustentación y arrastre a un número de Reynolds de 40.000. Para esto, fue

necesario considerar una pérdida de rendimiento del perfil ocasionada por un

fenómeno de separación de burbuja, el cual causa que el fluido se desprenda a

ángulos de ataque muy pequeños, generando una pérdida de sustentacióntransitoria, y una posterior recuperación a medida que continua incrementando

el ángulo de ataque. Dicho fenómeno, que se origina debido a que la

interacción entre el perfil y el aire es muy débil, ha sido estudiado

exhaustivamente en el perfil E387 en particular. Ver referencia [8].



IM-2007-I-07

35

5.2. CON LA ENTRADA DE AIRE EN UN DUCTO

5.2.1. Montaje experimental y procedimiento

En es ta configuración, se añadió una sección de ducto de 2 m de longitud antes

del plano de entrada del ventilador, de tal forma que el aumento de presión a

través del mismo se determina considerando únicamente el aumento en la

presión estática, pues la velocidad no cambia por el principio de continuidad.

5.2.2. Resultados

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Caudal (m3 /s)

P r e s i o n ( m

m H

2 O )

3500 rpm 3000 rpm 2400 rpm

Figura 22. Curvas de presión estática contra caudal con entrada en un ducto



IM-2007-I-07

36

5.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los resultados obtenidos utilizando la configuración con la entrada de aire del

ventilador libre, muestran que el modelo teórico se aproxima bastante bien alcomportamiento real del ventilador, a pesar de que las curvas obtenidas no

tienen la forma de una curva de presión contra caudal típica de un ventilador

axial. Sin embargo, esto se debe a que el modelo teórico desarrollado considera

el fenómeno de separación de burbuja que ocurre en el flujo sobre el perfil a

ángulos de ataque muy bajos, cercanos a 40.000. Tras analizar estos

resultados, se determinó que la forma de la curva obtenida se debe a que en

esta condición, el perfil aerodinámico se encuentra operando en la zona en que

empieza a recuperarse de la pérdida de sustentación generada por el fenómeno

de separación.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Caudal (m3 /s)

P r e s i o n ( m m

H 2 O )

3500 rpm con ducto 3000 rpm con ducto

2400 rpm con ducto 3500 rpm libre

3000 rpm libre 2400 rpm libre

Figura 23. Curvas de presión contra caudal para los dos montajes



IM-2007-I-07

37

La figura 23 muestra que las curvas de aumento de presión a través del

ventilador obtenidas utilizando el ducto de entrada y dejando la entrada libre,

son muy similares para cada una de las velocidades angulares seleccionadas.



IM-2007-I-07

38

6. CONCLUSIONES

Se realizaron pruebas sobre un ventilador axial Siemens y se obtuvieron las

correspondientes curvas de presión total y estática contra caudal para

diferentes velocidades de operación del motor. Comparando dichas curvas con

los resultados provenientes del modelo matemático desarrollado a partir de la

teoría aerodinámica para diseño de turbinas y ventiladores axiales, se encontró

que para las velocidades angulares seleccionadas, los valores son muy

similares, lo cual permite validar satisfactoriamente las predicciones teóricas.

Así mismo, los resultados experimentales muestran que la eficiencia de

conversión de energía del ventilador Siemens es muy baja, pues en ningún

caso supera el 20%. Esto se debe principalmente a que el equipo está diseñado

para bombear un determinado caudal de aire, sin tener en cuenta su eficiencia

aerodinámica. De igual forma, los resultados experimentales muestran que a

medida que disminuye la velocidad angular, la eficiencia cae s ignificativamente,

pues la disminución en la potencia neumática es mucho mayor que la

disminución en la potencia consumida por el motor. Es por es to que este tipo de

ventiladores están diseñados para operar eficientemente a una determinada

velocidad.

Se diseñó un ventilador axial para ser utilizado en el túnel de viento TVIM-55-

60-1X1 de la Universidad de los Andes, de acuerdo con sus parámetros de

operación. Después de seleccionar el perfil aerodinámico adecuado para el

número de Reynolds correspondiente, se diseñaron las aspas, cubo, empenajey correctores de flujo, así como el mecanismo de sujeción y ensamble.

Adicionalmente, se seleccionó una aleación de aluminio como material para la

fabricación de ventilador, cuya integridad estructural fue verificada

satisfactoriamente mediante una simulación por elementos finitos.



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39

Implementando técnicas de manufactura asistida por computador, se fabricó un

modelo a escala geométrica 1:5,33 del ventilador diseñado, y se llevaron a cabo

pruebas experimentales de las cuales se obtuvieron las correspondientes

curvas de presión total y estática contra caudal para tres velocidades angulares:2400, 3000 y 3500 RPM.

A pesar de que las curvas obtenidas experimentalmente no tienen la forma de

una curva típica de pres ión contra caudal de un ventilador axial, esto se debe a

que el perfil aerodinámico en el prototipo se encuentra operando en una zona

(ángulos de ataque) en la cual se está recuperando de un pérdida de

sustentación originada por un fenómeno de separación de burbuja, pues el

número de Reynolds del perfil en esta condición es muy bajo (15 veces menor

que en el ventilador diseñado). Esto se vio reflejado en una caída dramática del

rendimiento aerodinámico del perfil. Sin embargo, el modelo teórico aplicado

estimando el comportamiento de los coeficientes de sustentación y arrastre,

predice de forma adecuada el comportamiento del prototipo, lo cual permite

además validar el diseño del ventilador para el túnel de viento TVIM-55-60-1X1.

Como conclusión general de este proyecto, se puede afirmar que la teoría

aerodinámica para diseño de ventiladores axiales permite predecir de manera

acertada el desempeño aerodinámico de cualquier rotor de este tipo, con lo cual

se cumplió el principal objetivo. Por otra parte, el proceso de manufactura

utilizado para la fabricación del prototipo a escala, sirvió como aprendizaje y

punto de partida para el desarrollo futuro de una estrategia de manufactura

eficiente para la producción de las aspas y el cubo del ventilador diseñado.



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40

7. BIBLIOGRAFÍA

[1] ANDERSON, John D., Jr.: Fundamentals of Aerodynamics, Third Edition,McGraw Hil l, 2001.

[2] PINILLA, Álvaro E.: Análisis simplificado de diseño de ventiladores axiales,Notas del curso de Aerodinámica, Departamento de Ingeniería Mecánica,Universidad de los Andes, Bogotá D.C., 2006.

[3] HAGEMAN, André: Catalogue of Aerodynamic Characteristics of Airfoils inthe Reynolds numbers 104-106, Eindhoven University of Technology, 1980.

[4] ANSI/AMCA 210-99: Laboratory Methods of Testing Fans for Aerodynamic

Performance Rating, Arlington Heights, 2000.

[5] http://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/MPXV5004G.pdf

[6] SELIG, Michael S., MCGRANAHAN, Bryan D.: Wind Tunnel AerodynamicTests of Six Airfoils for Use on Small Wind Turbines, National RenewableEnergy Laboratory, 2003.

[7] WHITE, Frank M.: Fluid Mechanics, Fifth Edition, McGraw Hil l, 2003.

[8] COLE, Gregory M., MUELLER, Thomas J.: Experimental Measurements of

the Laminar Separation Bubble on an Eppler 387 Airfoil at Low ReynoldsNumbers, NASA Langley Research Center, 1990.

[9] BECKWITH, Thomas G., MARANGONI, Roy D., LIENHARD V, John D.:Mechanical Measurements, Fifth Edition, Addison-Wesley, 1995.

[10] http://support.fluke.com/find-sales/Download/Asset/2161164_B_w.pdf



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ANEXO A

INFORMACIÓN AERODINÁMICA PLACA CURVADA

α (°) CL CD

-4,9 -0,1730 0,0600

-0,1 0,3020 0,0248

4,8 0,6600 0,0370

9,6 0,9840 0,1100

12,1 1,0830 0,1750

14,6 1,0700 0,2380

22,1 1,0500 0,3550

29,6 0,9860 0,5130

39,7 0,8670 0,6650

Relación de Aspecto 5

α (°) CL CD

-4,9 -0,1873 0,0580

-0,1 0,3575 0,0187

4,8 0,9135 0,0079

9,6 1,0900 0,1615

12,1 1,0840 0,2813

14,6 1,0720 0,4480

18 1,0640 0,6148

25 1,0300 0,7664

30 0,9900 0,9388

Relación de Aspecto Infinita

ANEXO B

CÁLCULOS TEÓRICOS VENTILADOR SIEMENS

0,0660 0,08377 52,19 0,00 52,19 12,441 0,714 0,809 0,025 0,00 47,04 4,797

0,0720 0,08283 50,59 0,00 50,59 13,579 0,736 0,780 0,028 0,00 52,62 5,3650,0776 0,08201 49,08 0,00 49,08 14,629 0,755 0,754 0,030 0,00 57,94 5,908

0,0828 0,08130 47,64 0,00 47,64 15,608 0,774 0,730 0,033 0,00 63,05 6,429

0,0877 0,08068 46,27 0,00 46,27 16,530 0,792 0,708 0,036 0,00 67,97 6,931

0,0923 0,08014 44,95 0,00 44,95 17,402 0,809 0,688 0,038 0,00 72,79 7,423

0,0967 0,07967 43,68 0,00 43,68 18,233 0,825 0,670 0,041 0,00 77,54 7,907

0,1010 0,07925 42,44 0,00 42,44 19,029 0,840 0,652 0,043 0,00 81,93 8,355

0,1050 0,07889 41,25 0,00 41,25 19,790 0,855 0,635 0,045 0,00 86,64 8,835

0,1089 0,07857 40,09 0,00 40,09 20,525 0,869 0,619 0,048 0,00 90,96 9,275

0,1127 0,07829 38,97 0,00 38,97 21,234 0,882 0,603 0,050 0,00 95,36 9,724

0,1163 0,07805 37,87 0,00 37,87 21,920 0,895 0,588 0,052 0,00 99,67 10,164

0,1198 0,07785 36,80 0,00 36,80 22,586 0,907 0,572 0,054 0,00 103,96 10,601

0,1233 0,07768 35,75 0,00 35,75 23,232 0,919 0,556 0,057 0,00 108,25 11,039

0,1266 0,07754 34,73 0,00 34,73 23,862 0,930 0,540 0,059 0,00 112,27 11,448

0,1298 0,07346 35,12 0,00 35,12 24,474 0,926 0,546 0,057 0,00 108,65 11,080

0,1330 0,06829 35,27 0,00 35,27 25,072 0,925 0,548 0,054 0,00 103,48 10,552

0,1361 0,06231 35,63 0,00 35,63 25,656 0,920 0,554 0,050 0,00 95,90 9,779

0,1391 0,05328 34,22 0,00 34,22 26,225 0,936 0,532 0,045 0,00 85,66 8,735

0,1421 0,03202 33,52 0,00 33,52 26,785 0,943 0,520 0,055 0,00 105,73 10,781

0,1450 Prom. 8,76

Ut (m/s) ∆P (Pa)∆P (mm

H2O)

Con ω=1800 RPM, Q=0 m3 /s

r (m) c (m) β °) Φ

Ο

°) α °) Veff (m/s) Cl Cd dl



IM-2007-I-07

0,0660 0,08377 52,19 50,84 1,35 16,018 0,538 0,011 0,031 2,118 1,485 3,689

0,0720 0,08283 50,59 48,45 2,14 16,596 0,634 0,009 0,035 2,345 1,795 4,515

0,0776 0,08201 49,08 46,29 2,79 17,183 0,711 0,007 0,039 2,510 2,069 5,249

0,0828 0,08130 47,64 44,31 3,33 17,780 0,771 0,007 0,043 2,624 2,309 5,897

0,0877 0,08068 46,27 42,50 3,77 18,383 0,817 0,006 0,045 2,700 2,516 6,473

0,0923 0,08014 44,95 40,85 4,10 18,989 0,850 0,007 0,048 2,747 2,694 6,980

0,0967 0,07967 43,68 39,33 4,34 19,596 0,873 0,007 0,050 2,772 2,849 7,429

0,1010 0,07925 42,44 37,93 4,52 20,206 0,889 0,007 0,051 2,773 2,974 7,810

0,1050 0,07889 41,25 36,65 4,60 20,805 0,896 0,007 0,053 2,769 3,088 8,162

0,1089 0,07857 40,09 35,46 4,63 21,408 0,899 0,007 0,054 2,746 3,176 8,454

0,1127 0,07829 38,97 34,36 4,60 22,004 0,897 0,007 0,054 2,716 3,250 8,709

0,1163 0,07805 37,87 33,34 4,53 22,597 0,890 0,007 0,055 2,677 3,307 8,921

0,1198 0,07785 36,80 32,39 4,41 23,186 0,879 0,007 0,056 2,630 3,348 9,091

0,1233 0,07768 35,75 31,50 4,25 23,770 0,865 0,007 0,056 2,578 3,375 9,222

0,1266 0,07754 34,73 30,66 4,07 24,354 0,847 0,007 0,056 2,514 3,381 9,297

0,1298 0,07346 35,12 30,07 5,05 24,788 0,934 0,008 0,059 2,614 3,605 9,869

0,1330 0,06829 35,27 29,38 5,88 25,315 0,993 0,012 0,059 2,595 3,667 10,006

0,1361 0,06231 35,63 28,67 6,96 25,886 1,048 0,018 0,058 2,516 3,638 9,855

0,1391 0,05328 34,22 27,70 6,52 26,716 1,029 0,015 0,051 2,135 3,155 8,755

0,1421 0,03202 33,52 27,47 6,04 26,923 1,003 0,012 0,059 2,452 3,702 10,210

0,1450 Prom. 7,93

ωdT (W)∆P (mm

H2O)Cl Cd dl Ut (m/s)

°) α °) Veff (m/s)

Con ω=1800 RPM, Q=0,65 m3 /s

r (m) c (m) β °)

0,0660 0,08377 52,19 0,00 52,19 16,588 0,714 0,809 0,044 0,00 83,63 8,527

0,0720 0,08283 50,59 0,00 50,59 18,105 0,736 0,780 0,049 0,00 93,54 9,538

0,0776 0,08201 49,08 0,00 49,08 19,505 0,755 0,754 0,054 0,00 103,00 10,503

0,0828 0,08130 47,64 0,00 47,64 20,811 0,774 0,730 0,059 0,00 112,08 11,430

0,0877 0,08068 46,27 0,00 46,27 22,039 0,792 0,708 0,063 0,00 120,83 12,321

0,0923 0,08014 44,95 0,00 44,95 23,203 0,809 0,688 0,068 0,00 129,41 13,196

0,0967 0,07967 43,68 0,00 43,68 24,311 0,825 0,670 0,072 0,00 137,86 14,058

0,1010 0,07925 42,44 0,00 42,44 25,372 0,840 0,652 0,076 0,00 145,65 14,853

0,1050 0,07889 41,25 0,00 41,25 26,387 0,855 0,635 0,081 0,00 154,03 15,706

0,1089 0,07857 40,09 0,00 40,09 27,367 0,869 0,619 0,085 0,00 161,70 16,489

0,1127 0,07829 38,97 0,00 38,97 28,312 0,882 0,603 0,089 0,00 169,52 17,287

0,1163 0,07805 37,87 0,00 37,87 29,227 0,895 0,588 0,093 0,00 177,20 18,069

0,1198 0,07785 36,80 0,00 36,80 30,114 0,907 0,572 0,097 0,00 184,81 18,846

0,1233 0,07768 35,75 0,00 35,75 30,976 0,919 0,556 0,101 0,00 192,45 19,624

0,1266 0,07754 34,73 0,00 34,73 31,816 0,930 0,540 0,105 0,00 199,59 20,353

0,1298 0,07346 35,12 0,00 35,12 32,632 0,926 0,546 0,101 0,00 193,16 19,697

0,1330 0,06829 35,27 0,00 35,27 33,429 0,925 0,548 0,096 0,00 183,96 18,759

0,1361 0,06231 35,63 0,00 35,63 34,208 0,920 0,554 0,089 0,00 170,49 17,385

0,1391 0,05328 34,22 0,00 34,22 34,967 0,936 0,532 0,080 0,00 152,28 15,529

0,1421 0,03202 33,52 0,00 33,52 35,714 0,943 0,520 0,098 0,00 187,96 19,166

0,1450 Prom. 15,57


H2O)


r (m) c (m) β °) Φ

Ο




IM-2007-I-07

0,0660 0,08377 52,19 43,51 8,67 16,644 1,088 0,035 0,067 4,518 3,962 9,190

0,0720 0,08283 50,59 40,17 10,42 17,766 1,086 0,060 0,070 4,529 4,336 9,879

0,0776 0,08201 49,08 37,50 11,58 18,826 1,085 0,083 0,072 4,568 4,711 10,501

0,0828 0,08130 47,64 35,28 12,36 19,841 1,084 0,100 0,075 4,613 5,077 11,099

0,0877 0,08068 46,27 33,40 12,87 20,821 1,083 0,113 0,077 4,654 5,426 11,693

0,0923 0,08014 44,95 31,76 13,18 21,769 1,082 0,121 0,080 4,690 5,759 12,301

0,0967 0,07967 43,68 30,33 13,35 22,696 1,082 0,125 0,083 4,721 6,068 12,930

0,1010 0,07925 42,44 29,04 13,41 23,612 1,082 0,127 0,085 4,729 6,342 13,536

0,1050 0,07889 41,25 27,90 13,35 24,490 1,082 0,125 0,088 4,742 6,618 14,203

0,1089 0,07857 40,09 26,86 13,23 25,366 1,082 0,122 0,091 4,734 6,856 14,837

0,1127 0,07829 38,97 25,91 13,05 26,225 1,083 0,117 0,093 4,724 7,072 15,505

0,1163 0,07805 37,87 25,05 12,82 27,069 1,083 0,111 0,096 4,704 7,270 16,172

0,1198 0,07785 36,80 24,25 12,54 27,899 1,084 0,104 0,099 4,678 7,448 16,845

0,1233 0,07768 35,75 23,52 12,23 28,715 1,084 0,097 0,102 4,648 7,612 17,527

0,1266 0,07754 34,73 22,84 11,89 29,525 1,085 0,089 0,105 4,605 7,747 18,180

0,1298 0,07346 35,12 22,22 12,90 30,301 1,083 0,113 0,102 4,582 7,906 17,597

0,1330 0,06829 35,27 21,59 13,67 31,141 1,081 0,134 0,098 4,470 7,907 16,829

0,1361 0,06231 35,63 20,99 14,65 32,000 1,078 0,164 0,092 4,328 7,834 15,671

0,1391 0,05328 34,22 20,14 14,08 33,283 1,080 0,146 0,083 3,718 6,878 14,486

0,1421 0,03202 33,52 20,02 13,49 33,473 1,082 0,129 0,099 4,263 8,051 17,347

0,1450 Prom. 14 ,32

ωdT (W)∆P (mm


°) α °) Veff (m/s)

Con ω=2400 RPM, Q=0,6 m3 /s

r (m) c (m) β °)

0,0660 0,08377 52,19 0,00 52,19 23,983 0,714 0,809 0,092 0,00 174,81 17,838

0,0720 0,08283 50,59 0,00 50,59 26,177 0,736 0,780 0,102 0,00 195,54 19,953

0,0776 0,08201 49,08 0,00 49,08 28,201 0,755 0,754 0,113 0,00 215,31 21,971

0,0828 0,08130 47,64 0,00 47,64 30,089 0,774 0,730 0,123 0,00 234,31 23,909

0,0877 0,08068 46,27 0,00 46,27 31,865 0,792 0,708 0,132 0,00 252,59 25,774

0,0923 0,08014 44,95 0,00 44,95 33,547 0,809 0,688 0,142 0,00 270,52 27,604

0,0967 0,07967 43,68 0,00 43,68 35,150 0,825 0,670 0,151 0,00 288,18 29,406

0,1010 0,07925 42,44 0,00 42,44 36,683 0,840 0,652 0,159 0,00 304,48 31,070

0,1050 0,07889 41,25 0,00 41,25 38,151 0,855 0,635 0,169 0,00 321,98 32,856

0,1089 0,07857 40,09 0,00 40,09 39,568 0,869 0,619 0,177 0,00 338,02 34,492

0,1127 0,07829 38,97 0,00 38,97 40,934 0,882 0,603 0,186 0,00 354,38 36,161

0,1163 0,07805 37,87 0,00 37,87 42,257 0,895 0,588 0,194 0,00 370,42 37,798

0,1198 0,07785 36,80 0,00 36,80 43,540 0,907 0,572 0,202 0,00 386,34 39,422

0,1233 0,07768 35,75 0,00 35,75 44,786 0,919 0,556 0,211 0,00 402,30 41,051

0,1266 0,07754 34,73 0,00 34,73 46,000 0,930 0,540 0,219 0,00 417,23 42,574

0,1298 0,07346 35,12 0,00 35,12 47,181 0,926 0,546 0,211 0,00 403,79 41,203

0,1330 0,06829 35,27 0,00 35,27 48,333 0,925 0,548 0,201 0,00 384,56 39,240

0,1361 0,06231 35,63 0,00 35,63 49,459 0,920 0,554 0,187 0,00 356,39 36,367

0,1391 0,05328 34,22 0,00 34,22 50,557 0,936 0,532 0,167 0,00 318,34 32,484

0,1421 0,03202 33,52 0,00 33,52 51,636 0,943 0,520 0,206 0,00 392,91 40,093

0,1450 Prom. 32,56


H2O)


r (m) c (m) β °) Φ

Ο




IM-2007-I-07

0,0660 0,08377 52,19 35,55 16,64 21,361 1,071 0,178 0,109 6,812 9,443 15,203

0,0720 0,08283 50,59 32,60 17,99 23,055 1,065 0,198 0,115 6,980 10,561 16,634

0,0776 0,08201 49,08 30,25 18,82 24,652 1,061 0,212 0,121 7,149 11,654 17,987

0,0828 0,08130 47,64 28,32 19,32 26,178 1,059 0,222 0,127 7,303 12,704 19,317

0,0877 0,08068 46,27 26,69 19,58 27,649 1,057 0,227 0,133 7,436 13,701 20,640

0,0923 0,08014 44,95 25,29 19,65 29,069 1,057 0,228 0,139 7,552 14,650 21,975

0,0967 0,07967 43,68 24,07 19,60 30,446 1,057 0,227 0,145 7,652 15,554 23,324

0,1010 0,07925 42,44 22,99 19,46 31,806 1,058 0,225 0,151 7,716 16,368 24,623

0,1050 0,07889 41,25 22,03 19,22 33,105 1,059 0,220 0,157 7,791 17,188 26,011

0,1089 0,07857 40,09 21,17 18,93 34,397 1,061 0,214 0,163 7,831 17,918 27,336

0,1127 0,07829 38,97 20,39 18,58 35,651 1,063 0,208 0,170 7,867 18,623 28,692

0,1163 0,07805 37,87 19,68 18,19 36,883 1,065 0,201 0,176 7,893 19,279 30,044

0,1198 0,07785 36,80 19,03 17,77 38,087 1,067 0,194 0,182 7,911 19,910 31,390

0,1233 0,07768 35,75 18,44 17,31 39,257 1,069 0,187 0,188 7,925 20,536 32,729

0,1266 0,07754 34,73 17,89 16,84 40,420 1,071 0,181 0,194 7,927 21,092 34,013

0,1298 0,07346 35,12 17,34 17,78 41,662 1,066 0,194 0,190 7,822 21,331 33,281

0,1330 0,06829 35,27 16,79 18,47 42,993 1,063 0,206 0,183 7,587 21,207 32,161

0,1361 0,06231 35,63 16,25 19,38 44,384 1,058 0,223 0,173 7,271 20,800 30,326

0,1391 0,05328 34,22 15,55 18,67 46,332 1,062 0,210 0,159 6,354 18,579 28,174

0,1421 0,03202 33,52 15,51 18,00 46,444 1,065 0,198 0,188 7,327 21,877 33,456

0,1450 Prom. 26 ,37

ωdT (W)∆P (mm


°) α °) Veff (m/s)

Con ω=3500 RPM, Q=0,65 m3 /s

r (m) c (m) β °)

ANEXO C

RESULTADOS PRUEBAS VENTILADOR SIEMENS

Q (m/s)Pt (mm

H2O)

Ps (mm

H2O) η

0,70 6,02 2,68 4,04%

0,64 7,21 4,41 4,45%

0,62 7,66 5,01 4,62%

0,61 8,21 5,66 4,88%

0,59 8,93 6,53 5,16%

0,58 9,41 7,11 5,34%

0,56 10, 36 8,18 5,72%0,56 11, 22 9,09 6,14%

0,55 11, 73 9,65 6,35%

0,16 9,93 9,76 1,55%

Para ω=1800 RPM

Q (m/s)Pt (mm

H2O)

Ps (mm

H2O) η

0,78 7,19 2,96 4,92%

0,76 7,80 3,80 5,22%

0,75 8,48 4,57 5,62%

0,73 9,45 5,84 6,04%

0,71 10, 74 7,30 6,72%

0,69 12, 13 8,86 7,42%

0,61 12, 17 9,62 6,58%0,5 5 1 4, 20 12 ,1 5 6 ,91 %

0,5 4 1 6, 72 14 ,7 4 7 ,99 %

0,1 9 1 5, 29 15 ,0 5 2 ,60 %

Para ω=2400 RPM

Q (m/s)Pt (mm

H2O)

Ps(mm

H2O) η

0,99 10,07 3,20 7, 98%

0,93 12,67 6,65 9, 46%

0,86 14,89 9,81 10,24%

0 ,83 1 7,39 12 ,6 2 1 1,6 5%

0 ,81 1 9,22 14 ,6 7 1 2,6 3%

0 ,73 2 1,03 17 ,3 2 1 2,5 1%

0 ,67 2 2,68 19 ,5 4 1 2,4 5%0 ,61 2 6,80 24 ,2 3 1 3,3 6%

0 ,55 2 8,37 26 ,2 6 1 2,7 8%

0,19 30,93 30,67 4, 94%

Para ω=3500 RPM



IM-2007-I-07

ANEXO D

CÁLCULOS DE DISEÑO VENTILADOR TÚNEL TVIM-55-60-1X1

r (m) Cuerda (m) β °) γ °)

0,400000 0,132920 51,739 65,072

0,414730 0,126480 50,104 66,299

0,428950 0,121040 48,653 67,351

0,442720 0,116360 47,351 68,267

0,456070 0,112250 46,170 69,076

0,469040 0,108600 45,093 69,798

0,481660 0,105320 44,103 70,448

0,493960 0,102350 43,189 71,037

0,505960 0,099642 42,340 71,575

0,517690 0,097156 41,550 72,0690,529150 0,094861 40,811 72,524

0,540370 0,092733 40,118 72,945

0,551360 0,090752 39,465 73,338

0,562140 0,088900 38,851 73,704

0,572710 0,087163 38,269 74,046

0,583100 0,085529 37,719 74,368

0,593300 0,083989 37,196 74,670

0,603320 0,082533 36,699 74,956

0,613190 0,081153 36,225 75,226

0,622900 0,079842 35,773 75,482

0,632460 0,078596 35,341 75,725

0,641870 0,077409 34,928 75,956

0,651150 0,076275 34,532 76,176

0,660300 0,075191 34,152 76,386

0,669330 0,074154 33,787 76,587

0,678230 0,073160 33,436 76,779

0,687020 0,072205 33,098 76,963

0,695700 0,071289 32,773 77,139

0,704270 0,070406 32,459 77,309

0,712740 0,069557 32,156 77,472

0,721110 0,068739 31,863 77,628

0,729380 0,067949 31,581 77,779

0,737560 0,067186 31,307 77,925

0,745650 0,066449 31,042 78,065

0,753660 0,065736 30,785 78,2010,761580 0,065046 30,536 78,332

0,769420 0,064378 30,295 78,459

0,777170 0,063730 30,060 78,582

0,784860 0,063102 29,833 78,701

0,792460 0,062492 29,611 78,816

0,800000 0,061900 29,396 78,928



IM-2007-I-07

ANEXO E

CÁLCULOS TEÓRICOS VENTILADOR TÚNEL TVIM-55-60-1X1

Caudal

(m3 /s)

Presión

(Pa)

Potencia

(kW)

Eficiencia

(%)

2 5,50 538,00 29,20 47 ,0%

3 0,00 586,00 31,19 56 ,3%

3 7,50 641,00 35,00 68 ,7%

4 5,24 665,00 39,37 76 ,4%

5 2,80 691,00 41,70 87 ,5%

6 0,00 625,00 41,67 90 ,0%

6 6,00 531,00 38,77 90 ,9%

7 5,00 369,00 30,09 92 ,5%

8 2,50 231,00 20,33 93 ,6%

90,48 66,00 7,40 81,1%

ANEXO F

RESULTADOS PRUEBAS VENTILADOR ESCALA 1:5,33

Q (m3 /s)

Pt (mm

H2O)

Ps (mm

H2O)Q (m

3 /s)

Pt (mm

H2O)

Ps (mm

H2O)Q (m

3 /s)

Pt (mm

H2O)

Ps (mm

H2O)

0,183 3,854 3,621 0,000 10,525 10,525 0,368 6,810 5,867

0,478 2,360 0,769 0,602 3,128 0,610 0,253 8,655 8,209

0,479 2,543 0,945 0,464 3,352 1,855 0,751 5,107 1,189

0,456 1,921 0,472 0,388 4,056 3,009 0,724 4,915 1,274

0,427 1,865 0,594 0,326 4,722 3,983 0,688 4,867 1,574

0,393 2,085 1,013 0,224 5,740 5,392 0,619 4,868 2,206

0,322 2,928 2,206 0,189 6,572 6,324 0,523 5,339 3,441

0,232 3,520 3,146 0,030 9,583 9,577 0,436 6,097 4,777

0,120 4,821 4,721 0,599 2,895 0,400 0,206 9,278 8,983

0,000 6,550 6,550 0,132 8,397 8,276 0,000 14,775 14,775

0,349 2,771 1,926 0,628 3,461 0,718 0,387 6,775 5,733

0,293 2,570 1,972 0,599 3,303 0,806 0,748 5,230 1,336

0,475 2,338 0,766 0,574 3,269 0,976 0,651 5,291 2,348

0,494 2,733 1,036 0,555 3,522 1,379 0,546 5,614 3,543

0,460 2,547 1,076 0,494 3,230 1,535 0,483 6,073 4,449

0,393 2,185 1,113 0,449 3,688 2,289 0,414 6,996 5,806

0,316 2,944 2,251 0,397 4,385 3,291 0,311 7,217 6,547

0,274 2,669 2,147 0,333 4,810 4,039 0,230 9,363 8,995

0,220 3,501 3,165 0,189 6,472 6,224 0,145 10,401 10,255

0,000 6,175 6,175 0,000 10,400 10,400 0,000 15,600 15,600

Con ω=2400 RPM Con ω=3000 RPM Con ω=3500 RPM



IM-2007-I-07

ANEXO G

CÁLCULOS TEÓRICOS VENTILADOR ESCALA 1:5,33

Caudal (m3 /s) 0,000 0,225 0,400 0,000 0,300 0,500 0,000 0,350 0,550

∆P (mm H2O) 6,17 3,0 7 1,92 10,16 5,02 3,32 15,56 7,77 6,03

Eficiencia (%) 0,0% 23,4% 31,6% 0,0% 24,0% 31,5% 0,0% 22,9% 30,6%

3000 RPM2400 RPM 3500 RPM

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