Ventiladores

LABORATORIO DE IQ-IVentiladores

Tabla de contenido

INDICE............................................................................................¡Error! Marcador no definido.

I. ÍNDICE DE TABLAS................................................................................................................2

II. RESUMEN.............................................................................................................................3

III. INTRODUCCION................................................................................................................4

IV. PRINCIPIOS TEÓRICOS......................................................................................................5

V. DETALLES EXPERIMENTALES..............................................................................................16

VI. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS.........................................................................20

VII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS..........................................................................................25

VIII. CONCLUSIONES..............................................................................................................26

IX. RECOMENDACIONES......................................................................................................27

X. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................................28

XI. APÉNDICE.......................................................................................................................29

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I. ÍNDICE DE TABLAS Y GRAFICAS

TABLA NO01:datos medidos para 1500RPM

TABLANO02: datos medidos para 1800RPM

TABLANO03:datos medidos para 2000RPM

TABLA NO04: datos medidos para 2500RPM

TABLA NO05:datos para el agua

TABLA NO06: datos para la tubería de descarga

TABLA NO07: velocidad teórica para cada presión diferencial

TABLA NO08: curva característica del ventilador

TABLA NO09: potencias medidas

TABLA NO10: ley de similitud

TABLA NO11: rendimiento del ventilador

Grafica No01: velocidad teórica vs presión diferencial, 1500RPM




Grafica No05: curva característica del ventilador, 1500RPM




Grafica No09: curva característica del ventilador, para diferentes RPM

Grafica No10: potencia vs caudal, 1500RPM




Grafica No14: potencia vs caudal, para diferentes RPM

Grafica No15: ley de similitud

Grafica No16: curva de rendimiento, 1500RPM




Grafica No20: curva de rendimiento, para diferentes RPM

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I. RESUMEN

La presente práctica tiene como objetivo ilustrar de manera general el

funcionamiento de los ventiladores, las curvas características de los mismos y los

sistemas en un equipo que consta de un ventilador centrífugo provisto de descarga

y de aspiración cilíndricos. Para esto se trabaja a una temperatura promedio de

23.50C y una presión de 756 mmHg.

La experiencia se basa en hacer fluir aire a través de una tubería de PVC impulsado

por un ventilador al cual se le dieron frecuencias distintas para el flujo: 2000 rpm,

2500 rpm, 1500 rpm, 2800rpm y se ira variando la válvula de descarga par acada

flujo. En cada caso también se debe anotar la potencia y temperarura. Los

manómetros del equipo leen las presiones estáticas (manómetro en U) y presiones

dinámicas (manómetro inclinado de agua).El cálculo de dichos dato, nos permite

determinar la velocidad teórica, el caudal y el rendimiento. Los resultados

obtenidos muestran una eficiencia de:31.87, 141.49 y 82.34 que aumenta

conforme disminuye la presión estática para u mismo RPM. Asi mismo estos datos

permiten verificar la ley de la similitud; 0.8180 para la relación de caudales y

0.8180 para la relación de velocidades.

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II. INTRODUCCION

Los ventiladores son equipos que trasmiten energía a los fluidos aeriformes

aumentando su presión y su velocidad; se utilizan para vencer bajos desniveles de presión

(al máximo 800mm de agua). Para perdidas de carga superiores se adoptan los

compresores es posible aplicar muchos conceptos inherentes a las bombas a los

ventiladores, aunque en este últimos caso nunca habrá que olvidar que los fluidos

aeriformes, a diferencia de los líquidos, son fluidos compresibles

Un ventilador es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se puede

definir también como una turbo máquina que transmite energía para generar la presión

necesaria para mantener un flujo continuo de aire.

Dentro de una clasificación general de máquinas, los ventiladores son turbo máquinas

hidráulicas, tipo generador, para gases.

Entre las funciones básicas para los seres vivos, humanos o animales, la ventilación

provee de oxígeno para su respiración. También puede proporcionar condiciones de

confort afectando la temperatura del aire, la velocidad, la renovación, la humedad y/o la

dilución de olores indeseables. Entre las funciones básicas para las máquinas,

instalaciones o procesos industriales, la ventilación permite controlar el calor, la

transportación neumática de productos, la toxicidad del aire o el riesgo potencial de

explosión.

En las plantas industriales se emplean dos tipos generales de sistemas de ventilación. Los

sistemas de IMPULSIÓN se utilizan para impulsar aire, habitualmente templado, a un local

de trabajo. Los sistemas de EXTRACCIÓN se emplean para eliminar los contaminantes

generados por alguna operación, con la finalidad de mantener un ambiente de trabajo

saludable.

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III. PRINCIPIOS TEÓRICOS

Ventiladores Se utilizan para impulsar grandes caudales de gas a bajas presiones, sin que apenas se produzca variación en su densidad; de hecho, no comprimen prácticamente el gas, sino que se limitan a hacerlo circular. Los ventiladores se utilizan frecuentemente en las torres de humidificación y enfriamiento de agua, para la impulsión del aire, en equipos de ventilación y acondicionamiento de aire, instalaciones de secado, eliminación de humos, etc. Se suelen clasificar según la dirección del flujo en axiales y centrífugos.Los ventiladores axiales: constan de uno o más discos dotados de aspas o álabes que giran sobre un eje paralelo a la dirección de flujo del gas, como indica la Figura 3.4. Los álabes pueden ser rectos o curvos, y el diámetro del rotor puede ser hasta de varios metros. Los ventiladores centrífugos: son similares en su funcionamiento a las bombas centrífugas estudiadas. El rotor giratorio, cuyo diseño puede diferir apreciablemente del rodete de las bombas centrífugas, puede ser de álabes rectos, curvados en la dirección de giro o curvados en la dirección contraria, como se indica en la Figura 3.5

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Los rotores de álabes rectos son de un diámetro relativamente grande, con un número reducido de álabes radiales (de 5 a 12) que giran a baja velocidad. Se utilizan frecuentemente para impulsar gases que pueden contener sólidos en suspensión. Los rotores de álabes curvados en la dirección de giro suelen ser de menor diámetro, dotados de 20 a 64 álabes, y giran a mayor velocidad que los anteriores. Por último, los rotores de álabes curvados en la dirección contraria al giro, con un número de álabes variables entre 10 y 50, son los que encuentran más aplicaciones. La teoría del funcionamiento de un ventilador centrífugo es prácticamente la misma que la de las bombas centrífugas. En este caso, la presión de descarga procede de la fuerza centrífuga debida a la rotación de la masa de gas contenida en el interior del ventilador y de la energía cinética que las paletas comunican al gas, convertida parcialmente en energía de presión en la voluta. Cuanto mayor sea la longitud de dichas paletas, compatible con el tamaño del ventilador, mayores serán los dos términos energéticos acabados de citar. El rendimiento de un ventilador centrífugo varía con los cambios de temperatura, velocidad de giro y densidad del gas. Dichas variaciones afectan de la siguiente forma: para una misma velocidad y caudal de gas, la presión de salida y la potencia varían inversamente con la temperatura absoluta, la presión y la potencia varían en razón directa con la densidad.Presión total, dinámica y estática Un fluido aeriforme puede considerarse incompresible solo si su velocidad es inferior al 30% de la velocidad de sonido (330m/s), es decir 100m/s aproximadamente.En estas condiciones es posible utilizar la ecuación de Bernoulli

12ρ v1

2+ρg h1+ p1=12ρ v2

2+ ρg h2+ p2

Si se consideran dos puntos en la misma altura (h1=h2) la ecuación es:12ρ v1

2+p1=12ρv2

2+ p2

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O bien en el caso de un solo punto por ejemplo en el interior de un tubo 12ρ v2+ ps=p t

Por lo tanto, la presión total Ptestá constituida por la suma de la presión estática Psy de la presión dinámica Pv

pt=ps+ pv

Con Pv=1/2 pv2presión dinámica La presión dinámica es generada por el movimiento del fluido (1/2 pv2)en cuanto a la presión que se mediría si el fluido no estuviera en movimiento.La presión estática puede medirse conectándose a una toma realizada en la pared de la tubería (en efecto, en este punto la velocidad es nula).

Se puede medir la presión total insertándose en una toma conectada con el centro de la tubería (en efecto en este punto la velocidad no es nula y a la presión estática se suma la presión dinámica)

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Se calcula la presión dinámica restando de la presión total el valor de la presión estática Estas consideraciones serán útiles Curvas característicasPor curva característica de un ventilador se entiende la representación gráfica de la presión estática en función del caudal entre el caudal máximo y el caudal nulo. Prácticamente, se mide la presión estática de descarga del ventilador entre el caudal nulo y el caudal máximoLa densidad del aire, la dimensión del rodete y la velocidad del ventilador se representa generalmente en la curva y son constantes.Las curvas de comportamiento de los ventiladores se obtienen a través de pruebas de laboratorio. La asociación AMCA (Air Movement and Control Association), junto con varios constructores de ventiladores, han fijado los procedimientos y las normas para las pruebas. Según estas normas, se requiere que se realicen las pruebas en todo el rango de funcionamiento del ventilador entre el caudal nulo y el caudal máximo. Se miden tanto la presión de descarga como la de la toma de aspiración luego, se traducen matemáticamente estas medidas en caudal de aire y en presión del ventilador. Generalmente se conecta el ventilador ensayado a un dinamómetro que suministra los valores de par correspondiente a cada punto de funcionamiento y se leen simultáneamente las Velocidades del ventilador. Además, se miden las temperaturas de bulbo seco y húmedo y la presión barométrica para poder calcular la densidad del aire. Luego se elaboran estos valores medidos y calculados para trazar las curvas de los ventiladores. Para cada ventilador y conducto la curva es un gráfico de la presión necesaria para mover el aire en la instalación y compensar la suma de todas las caídas de presión debidas a los diferentes componentes de la

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misma. A cada punto de la curva de sistema corresponde una determinada presión estática a un caudal definido. Un sistema fijo es aquel en el que no hay variaciones de resistencia debidas a operaciones de cierre o de abertura de válvulas, ni cambios de las condiciones de filtros y serpientes en un sistema fijo, un aumento o una disminución de la resistencia del sistema procede solo de un aumento o disminución del caudal y este cambio cae a lo largo la curva características del sistema.

Cada sistema de conductos y cada ventilador tienen su propia curva, para un determinado caudal (figura 2.3.1); la intersección de estas curvas constituye el punto de funcionamiento del ventilador. En la curva del ventilador, una disminución de la presión estática (resistencia del sistema) significara aun aumento de caudal, y viceversa. En la curva del conducto, la resistencia del sistema (presión estática) es proporcional al cuadrado del caudal.ps1

ps2=(Q1

Q2)2

En donde PS1 y PS2 son los valores de la presión estática respectivamente para los caudales Q1 Y Q2por lo tanto, la curva del conducto es de tipo parabólico con su punto mínimo correspondiente al origen de los ejes.

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Otras curvas características Si junto con la curva caudal/altura se determinan las potencias que el motor de ventilador suministra en cada condición de funcionamiento se obtiene la curva de potencia (N) en función del caudal (Q)

Se define el rendimiento Ƞ del ventilador como la relación entre la potencia útil Nu y la potencia absorbida Naη=

NU

N A

Nues la potencia realmente transferida al fluido, sin duda inferior a la que se le ha proporcionado (Na) y puede calcularse como sigue:N u=QxHxρxg

En donde:Q=caudal en m3/s H=altura en m.c.a ρ=densidad en kg/m3g=aceleración de la gravedad

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Página 11


Valorando el rendimiento para cada condición de funcionamiento se obtiene la curva de rendimiento/caudal

El rendimiento es nulo con caudal nulo (presión máxima) y tiende nuevamente a cero – pasando por un máximo –al aumentar el caudal hasta su valor máximo.Trazando la curva característica de caudal/presión para diferente número de revoluciones del motor se obtiene el siguiente gráfico.

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Al aumentar el número de revoluciones la curva característica se desplaza hacia arriba porque, para un mismo caudal, aumenta la presión. Si en las curvas que se acaban de obtener se unen los puntos de funcionamiento con el mismo rendimiento se obtendrán las curvas de isorendimiento Leyes de similitud Si un ventilador debe funcionar en condiciones diferentes de las ensayadas, no es práctico ni económico efectuar nuevos ensayos para determinar sus parámetros de funcionamiento. Mediante el uso de un conjunto de ecuaciones conocidas como LEYES DE LOS VENTILADORES es posible determinar, con buena precisión, los nuevos parámetros de funcionamiento a partir de los ensayos efectuados en condiciones normalizadas. Al mismo tiempo, estas leyes permiten determinar los parámetros de una serie de ventiladores geométricamente semejantes a partir de las características del ventilador ensayado Las leyes de los ventiladores están indicadas, bajo forma de relación de magnitudes, en ecuaciones que se basan en la teoría de la mecánica de fluidos y su exactitud es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, siempre que el diferencial de presión sea inferior a 3 kPa, por encima del cual se debe tener en cuenta la compresibilidad del gas.Para los ventiladores, así como para las bombas centrifugas, son válidas dentro de ciertos límites – las leyes dichas de similitud

Q1

Q2=n1n2

El caudal es directamente proporcional a la velocidad de rotación es decir el diámetro del rodete P1P2

=(n1n2 )2

La presión es proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación, es decir al cuadrado del diámetro del rodete.

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N1

N 2=( n1n2 )

3

La potencia absorbida es proporcional al cubo de la velocidad de rotación, es decir al cubo del diámetro del rodete.Tubo de Pitot

En su forma más simple, el tubo de Pitot consta de un tubo en “L” con sus extremidades abiertas, con una extremidad sumergida en el fluido medido (con el eje alineado en paralelo a los hilos fluidos y la boca puesta en contra de la corriente del flujo), y la otra extremidad puesta verticalmente y comunicando con la atmósfera.

En la parte vertical del tubo se halla una escala graduada con la que es posible medir la columna de fluido que se crea dentro, por encima de la superficie libre del fluido (Figura).Despreciando, para simplificar, la evaluación de los coeficientes imputados a las inevitables pérdidas de carga, es posible atribuir esta elevación h dentro del tubo de Pitot a la velocidad del fluido.

h=12v2

g

De hecho, se puede demostrar que la velocidad de flujo está dada por la fórmula:

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v=k √2gh

En donde:K = una constante dependiente de la geometría del tubo de Pitoth = altura del fluido en el tubo con respecto a la superficie libreg = 9,81m/s2

Transfiriendo ahora estas consideraciones a un líquido encerrado en una tubería bajo presión (Fig.), la elevación del fluido en el tubo de Pitot se deberá a la suma de la presión estática (altura h) y de la presión total en la entrada del tubo de Pitot (altura H).

Usando un segundo tubo de medición insertado en la pared del conducto examinado (de manera que resulte apenas enfrente de este conducto), será posible medir la elevación debida a la sola presión estática (altura h), la cual se denomina por lo tanto la elevación estática.Conectando al tubo de Pitot y al tubo de determinación estática un sistema de medición de la presión deferencial, será posible determinar una magnitud directamente proporcional a la velocidad del fluido medido.

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En particular si el fluido es incomprensible (liquido o fluido aeriforme en las condiciones tales como para aplicar la ecuación de Bernoulli), se obtendrá la velocidad mediante la siguiente relación.v=√ 2∆ P

ρ

Para tener en cuenta los factores geométricos relacionados con el tubo de Pitot y los errores debidos a imperfecciones (rebabas, melladuras, etc), la ecuación anterior se reescribe como sigue:v=k √2∆ P

ρ

En donde k es un factor que se determina experimentalmente este factor tiene en cuenta el hecho de que, al estar colocado el tubo de impacto del tubo de Pitot en el centro de la tubería, el mismo medirá la velocidad máxima.En la práctica, por razones de sencillez se calibra el tubo de Pitot utilizando otro instrumento de medición por ejemplo un anemómetro electrónico.Utilizando la densidad del aire en las condiciones estándar se obtiene la velocidad estándar Pueden ser útiles las siguientes relaciones

v1v2

=√ ρ2ρ1

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ρ1ρ2

=

T2T1

∗P1

P2

En donde P1 y P2 son las presiones barométricas en diferentes condiciones

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IV. DETALLES EXPERIMENTALES

a. Detalles:

La unidad consta de un ventilador centrífugo provisto de conductos de aspiración y de

descarga cilíndricos en el conducto de aspiración están montadas una toma de presión

estática conectada a un manómetro diferencial de agua, una sonda de temperatura y una

válvula de cierre (para variar las características del conducto).

El conducto de descarga está provisto de una toma de presión estática conectada a un

manómetro diferencial de agua, un tubo de Pitot conectado a un micro manómetro una sonda

de temperatura y de una válvula.

La velocidad del motor puede variarse de modo continuo por medio de un inversor digital

que proporciona también la indicación del número de revoluciones, V, A y W.

b. Características técnicas

Estructura de acero inox AISI 304

Ventilador centrifugo, sigla P1:

Motor monofásico P=950 W, A=4,7. Autoventilado, montado sobre cojinetes de bolas

Caudal máximo =1340m3/h

Presión máxima =80mm.c.a

Grado de protección =IP44

Temperatura máxima del aire aspirado=40°C

Rodete de acero cincado con aspas curvadas hacia delante

Carcasa con caracol de acero barnizado con resina epoxidica

Tubos de aspiración y de descarga de perspex® transparente

2 sondas de temperatura con display digital sigla TI1 y TI2.

2 manómetros de vidrio con base metálica, escala de 200 ÷ 0 ÷ 200mm, sigla TI1 y TI2

Micro manómetro de vidrio, escala de 0 ÷ 100mm, sigla PdI1.

Anemómetro digital portátil, escala de 0.4 ÷ 30m/s precisión ±2%

2 válvulas de cierre regulables de acero inox AISI 304.

Inversor digital para potencias de hasta 1,1kW

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Tablero eléctrico grado de protección IP55, con interruptor automático deferencial y

pulsador de marcha /parada

c. Instalación

Colocarla unidad sobre un banco solido que tenga dimensiones apropiadas

Conectar la instalación a la red eléctrica trifásica, P=1,2kW

d. Puesta en servicio

Armar el interruptor automático deferencial

Situar el selector del ventilador P1 en la posición 1.

Variar el número de revoluciones o la frecuencia del motor usando el

potenciómetro previsto para ello

Leer en el display del inversor el número de revoluciones o la frecuencia (véase el

párrafo siguiente).

Variar las características del conducto regulado la válvula del lado de aspiración o de

descarga.

Leer en el micro manómetro la presión diferencial correspondiente al tubo de Pitot.

Leer en el manómetro PI1 la presión estática de descarga; es posible seleccionar tres

diferentes tomas de presión a lo largo del tubo de descarga interviniendo en las

válvulas previstas para ello

Leer en el PI2 la presión estática de aspiración

Leer en los termómetros TI1 y TI2 las temperaturas de aspiración y de descarga

e. Parada

Llevar a cero el número de revoluciones o la frecuencia del motor usando el

potenciómetro previsto para ello.

Situar el selector del ventilador P1 en la posición Ø

Desarmar el interruptor automático deferencial

f. El inversor digital

El inversor digital permite variar de modo continuo la frecuencia del motor y por consiguiente el número de revoluciones V,A y W

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Al encender el equipo el inversor se dispone en la modalidad de monitoreo, o sea que es activo al menú D que permite leer los valores diferentes magnitudes para visualizar la velocidad en el display actuar de la manera siguiente

Pulsar la tecla M ubicada en la placa Frontal del inversor

Con las teclas seleccionar el código D -09 (velocidad de salida)

Para visualizar la potencia en el display actuar de la manera siguiente:

Pulsar la tecla M ubicada en la placa frontal del inversor

Con las teclas seleccionar el código D -06 (potencia)

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V. TABULACI

ON DE DATOS Y RESULTADOSTabla No 01: datos medidos para 1500RPM

numero de revoluciones=1500rpm

Succión

pres. est.

V1

Descarga

pres. est.

V1

Presión

dif.

temp. Val.

Succión

temp. Val.

Descarga

Potencia

total

abierto

17 2 8.7 23.9 24.4 0.14

mod.

Desc. 1

8 11 3.5 23.9 24.4 0.11

mod.

Desc.2

3 13 0.7 23.9 24.6 0.10


Succión

pres. est.

V1

Descarga

pres. est.

V1

Presión

dif.

temp. Val.

Succión

temp. Val.

Descarga

potencia

total

abierto

25 3 13 24.1 24.7 0.22

mod.

Desc. 1

14 15.5 7.5 23.9 24.6 0.16

mod.

Desc. 2

5 22 1.3 23.9 2.6 0.13

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Tabla No 02: datos medidos para 1800RPM

Tabla no 03: datos medidos para 2000RPM


Succión

pres. est.

V1

Descarga

pres. est.

V1

Presión

dif.

temp. Val.

Succión

temp. Val.

Descarga

Potencia

total

abierto

31 3.5 17.5 24 24.8 0.27

mod.

Desc. 1

17 22 8.5 23.3 24.6 0.20

mod.

Desc. 2

8 28 3.5 23.9 24.7 0.14Página 23


Tabla no 04: datos medidos para 2500RPM

Tabla no 05: datos para el aire

Tabla no 06: datos para la tubería de descarga


succion

pres. est.

V1

descarga

pres. est.

V1

presiondif. temp. Val.

Succion

temp. Val.

Descarga

Potencia

total

abierto

47 7 26.5 23.8 24.8 0.52

mod.

Desc. 1

28 37 12.5 24 25 0.32

mod.

Desc. 2

8 46 4.5 24.1 25.2 0.22

agua

dens. Kg/m3 1.185

temp.(oC) 23

Diámetro Tubería 0.143

Área 0.0161

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Tabla no 07: velocidad teórica para cada presión diferencial

Tabla no 08: curva característica del ventilador

numero de

rev.=1500RPM

presiondif. veloc.

Teor.

mm.c.a. m/s

8.7 14.16

3.5 8.98

0.7 4.02

m3/h

numero de

rev.=1800RPM

presiondif. veloc.

Teor.

mm.c.a. m/s

13 17.31

7.5 13.15

1.3 5.47

m3/h

numero de

rev.=2000RPM

presiondif. veloc.

Teor.

mm.c.a. m/s

17.5 20.08

8.5 13.99

3.5 8.98

numero de

rev.=2500RPM

presiondif. veloc.

Teor.

mm.c.a. m/s

26.5 24.71

12.5 16.97

4.5 10.18

numero de rev.=2500RPM

Pres. est. veloc. Teor. caudal

mm.c.a. m/s

7 24.71 1432.19

37 16.97 983.58

46 10.18 590.03


Pres. est. veloc. Teor. Caudal

mm.c.a. m/s

3.5 20.08 1163.84

22 13.99 810.86

28 8.98 520.48

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Tabla no 09:

potencias

medidas

numero de

rev.=1500RPM

Caudal Potencia

KW

820.71 0.14

520.48 0.11

233 0.1

m3/h

m3/hm3/h


Pres. est. veloc. Teor. Caudal

mm.c.a. m/s

3 17.31 1003.29

15.5 13.15 762.17

22 5.47 317.04

m3/h

m3/h m3/h


Pres. est. veloc. Teor. caudal

mm.c.a. m/s

2 14.16 820.71

11 8.98 520.48

13 4.02 233

numero de

rev.=1800RPM

Caudal potencia

KW

1003.29 0.22

762.17 0.16

317.04 0.13


Caudal potencia

KW

1432.19 0.52

983.58 0.32

590.03 0.22

numero de

rev.=2000RPM

Caudal Potencia

KW

1163.84 0.27

810.86 0.2

520.48 0.14Página 26


Tabla no10: ley de similitud

TOTALMENTE ABIERTORPM CAUDAL POTENCIA

(kw)m/s RPM^2 m2/s2

0 0 0 01500 820.71 0.52 14.16 2250000 200.50561800 1003.29 0.27 17.31 3240000 299.63612000 1163.84 0.22 20.08 4000000 403.20642500 1432.19 0.14 24.71 6250000 610.5841Tabla no11: rendimiento del ventilador

numero de rev.=2000RPMPotencia útil (kw)

Potencia real(kw)

Rendimiento (%)

Caudal (m3/s)

0,109416 0.27 40,5242622 0.323288890,086174 0.2 43,0870733 0.225238890,051059 0.14 36,4707771 0.14457778


Potencia real(kw)

Rendimiento (%)

Caudal (m3/s)

0,210747 0.52 52.4089212 0.397830560,174217 0.32 309.151474 0.273216670,086823 0.22 335.366078 0.16389722


Potencia real(kw)

Rendimiento (%)

Caudal (m3/s)

0,042492 0.14 30,3516145 0.2279750,026948 0.11 24,4980473 0.144577780,010159 0.1 10,1588 0.06472222


Potencia real(kw)

Rendimiento (%)

Caudal (m3/s)

0,076551 0.22 34,7959214 0.278691670,061269 0.16 38,293088 0.211713890,023326 0.13 17,9432446 0.08806667

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Tabla N° 12 curva del sistema

Tabla N°13 puntos de operación

Q OPERACIÓN RPM651,05 1500

832,9 1800949,07 2000

1192,36 2500

Tabla N° 14 resultados de la ley de semejanza utilizando 2500 y 2000 RPM

GRÁFICA rpm Punto de operación

(m3/h)

Rpm a verificar RPM obtenida desviación

25000 1192.36 2000 1964 1.8%

p dinámica

(mm H20)

Q(m3/h)

0 0233 0,97732403

317,04 1,80951056520,48 4,87684713520,48 4,87684713590,03 6,26732225762,17 10,4577432810,86 11,8364617820,71 12,1258719983,58 17,4160697

1003,29 18,12093511163,84 24,38450181432,19 36,9259741

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VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Algunas curvas de las gráficas no se ajustan adecuadamente, esto podría ser a causa de

la calibración del equipo ya que no se pudo verificar si estaba calibrado pues el

anemómetro no funcionaba correctamente.

Para determinar el valor de la constante de pitot se debió medir la velocidad de flujo con

el anemómetro, sin embargo como no se trabajó con dicho instrumento se consideró el

valor de dicha constante igual a 4.8 y las velocidades empleadas en los cálculos y gráficas

son velocidades teóricas a partir de dicha constate.

Los manómetros diferenciales, al ser su líquido de trabajo agua, la caída de presión no es

muy apreciable. La reducción entre la descarga inmediata del ventilador y el ingreso al

tubo de descarga es demasiado pronunciada, lo que produce pérdidas que no pueden

ser calculadas con el equipo actual.

La presión llega al valor máximo cuando la válvula está cerrada ya que el caudal es nulo

pues toda la energía se convierte en presión estática. Por el contrario, cuando el caudal es

máximo la presión llega al valor mínimo. Eso se puede observar al comparar dichos

valores experimentales en la tabla no08 y en las gráficas que corresponden a las curvas

características del ventilador; ya que gran parte de la energía se utiliza para mantener el

aire en movimiento.

Página 29


VII. CONCLUSIONES

Ventiladores, se utilizan para impulsar grandes caudales de gas a bajas presiones, sin que apenas

se produzca variación en su densidad; de hecho, no compriman prácticamente el gas, sino que se

limitan a hacerlo circula.

Para trazar la Curva Característica de un ventilador, se debe llevar a cabo un procedimiento que

procure los datos necesarios.

Trabajamos con la velocidad teórica debido a que el anemómetro no funcionaba.

La característica de un ventilador es la mejor referencia del mismo ya que indica su capacidad en

función de la presión que se le exige. Según sea el ventilador, su curva característica adopta una u

otra forma.

Haciendo las curvas características notamos que se cumplen las tendencias ya establecidas

teóricamente pero no es difícil notar la poca uniformidad de las curvas.

Página 30


VIII. RECOMENDACIONES

Antes de empezar verifique toda la instalación del ventilador ubicado en una mesa rígida

libre y evitando que otros objetos estén cerca.

Leer detenidamente el manual antes de manipular el equipo y verificar la instalación

eléctrica y encender como lo indica el manual.

Para trazar la Curva Característica de un ventilador, se debe llevar a cabo un procedimiento

que procure los datos necesarios.

Verificar el funcionamiento adecuado del anemómetro.

Página 31


IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Manual de monitoreo

Caporali, Sergio Augusto; Domingues, Luis Augusto.” Pitometría: un nuevo estilo de

enseñanza”. Lima; CEPIS; 1995. 814 p. Capítulo V lección 3.Pp 23-40

Bruce Roy Munson, Donald F. Young. ”Fundamentos de Mecánica de Fluidos” – tercera

edición.

Página 32


X. APÉNDICE

EJEMPLOS DE CÁLCULOS

1. Calculo de a velocidad teórica

v=k √ 2∆ pρ

v=K √∆ p

K=k √ 2ρ ∆pdif.=8.7mm.c.a.(1500RPM)

K=4.8

v=4.8√8.7=14.16m /s

2. Calculo del caudal

Q=A×v

Dtuberia=0.143

∆pest.=2mm.c.a.(1500RPM)

Q= π4×D tub.

2×v

Q= π4×0.1432×14.16

Q=0.2274m3

s

Q=820.71m3

h

3. Cálculo de H o carga del ventilador (usando fórmula hidráulica)

P1γ

+ v12

2 g+z1= P2

γ+ v 22

2g+z 2+hf +hw

Página 33


-hw =P2−P1

γ ……. (*)

Para el primer caso (1500 rpm)

P2= P descarga= 2 mm c.a.*9.81(Pa/mm c.a.)= 19.61 Pa

P1= P succión= -17 mm c.a.*9.81=(Pa/mm c.a.)= -166.7Pa

Reemplazando las presiones y la densidad del aire en la ecuación (*)

−hw=(19.61−(−166.7 ))Pa

9.81(ms )∗1.185( kgm3 ) = 16.03m

4. Calculo del rendimiento

n=N real

N absorbida=Q×H ×ρ×G

N absorbida

n=820.71m

3

h× 1h3600 s

×16.03m×10−3×1.185 kgm3×9.81

ms2

0.14kW

n=30.35%

5. Curvas del ventilador y del sistema:

Para determinar las leyes de similitud en primera instancia se necesitan las curvas del

ventilador para los diferentes rpm trabajados así como la curva del sistema, este último se

determina graficando los caudales Vs presión dinámica. La presión dinámica se puede

obtener de la siguiente expresión:

Pdinámica=V 2× ρ2

× 0.10207mmH 2O1Pa

Donde:Pdinamica : Presión dinámica en mm.c.a.V 2 : Velocidad del pitot en m/s.ρ : 1.185 (Kg/m3).

Página 34


Reemplazando los datos para 1500 rpm y totalmente abierto

Pdinámica=(14.16m /s)2×1.185( kg

m 3)

2× 0.10207mmH 2O

1Pa=12.12mmH 2O

Pdinámica=12 .12mmH 2O (Q= 820.71 m3/h)

Cada presión estática de descarga se grafica vs Q (m3/h) para obtener curva del ventilador y

Cada presión dinámica se grafica vs Q ( m3/h) para obtener la curva del sistema

6. Leyes de semejanza

Para esta sección se tomara como ejemplo la curva del ventilador de 2500 rpm (gráfica 21)

Para esta sección es necesario

calcular la ecuación de la curva

de homologación y los puntos de

operación (se muestran en tabla

N° 13)

Hallando punto de operación QA se

igualan las ecuaciones del sistema y del

ventilador a 2500 rpm

Pventilador (2500 rpm)=P sistema

−5.225 x10−5 xQ2+0.0593 xQ+26.169=1.8x 10−5 xQ2+4.6428 x10−8 xQ+3.08610−6

Por lo tanto el caudal óptimo (QA) trabajando a 2500 rpm es:

QA=1192.36 m3/h (CAUDAL DE OPERACIÓN A 2500 rpm)

Figura 1

Página 35


Ahora se comprobara las leyes de semejanza de la curva de 2500 rpm con respecto a la curva de

2000 rpm:

Calculamos un caudal menor al óptimo (una fracción), este será QB , el cual estará dentro de la

curva del ventilador a 2500 rpm también:

QB= 0.5X1192.36=596.18 m3/h

Reemplazando QB en la ecuación del ventilador a 2500:

Hventilador(2500)= −5.225 x10−5x (596.18 )2+0.0593 x (596.18)+26.169

PB=27.23 mm H2O, con PB y QB es posible calcular la curva de homologación:

PB=Kx (QB)2……..curva de homologación

K= PBQB2

= 27.23596.182

=7.662 x10−5

Reemplazando k en la ecuación de la curva de homologación:

PB=7 .662 x10−5∗QB2…… (I)

SIENDO CURVA DEL VENTILADOR A 2500:

P ventilador (2500)= −5.225 x10−5xQ2+0.0593 xQ+26.169 ……(II)

IGUALANDO LA CURVA DE HOMOLOGACIÓN CON LA CURVA DEL VENTILADOR A 2500 RPM (I=II):

SE OBTIENE QC (guiarse de figura 1 de la página anterior)

7 .662 x 10−5∗Q 2=−5.225 x10−5 xQ2+0.0593 xQ+26.169

QC=758.54m3/h

QC Y QB son los que cumplen la ley de semejanza debido a que ambos están en la curva

de homologación:

Página 36


QB

QC=nB

nC

… (III)

Reemplazando en la ecuación III

596.18758.54

=nB

nC= 2500

nc

Despejando:

nc=1964 rpm

Se observa una desviación respecto a la curva de 2000 rpm:

desviación=(2000−1964)

2000x100%=1.81%

Página 37


GRAFICAS


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

2

4

6

8

10

12

14

16

f(x) = 4.80366912230323 x^0.499626486586954R² = 0.999999836750732

VELOC. TEORICA vs PRESION DIFERENCIAL1500RPM

mm.c.a.

m/s

Página 38


Grafica No02: velocidad

teórica vs presión diferencial, 1800RPM


0 2 4 6 8 10 12 140

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

f(x) = 4.79729153603156 x^0.500355609247872R² = 0.999999907563309


mm.c.a.

m/s

2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

5

10

15

20

25

f(x) = 4.7996249594651 x^0.499990186314871R² = 0.999999801347139


mm.c.a.

m/s

Página 39


Grafica

No04: velocidad

teórica vs presión

diferencial, 2500RPM


Grafica No06:

curva característica

del ventilador,

1800RPM

0 5 10 15 20 25 300

5

10

15

20

25

30

f(x) = 4.79793242728035 x^0.500143627754219R² = 0.999999995350354


mm.c.a.

m/s

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000

5

10

15

20

25

CURVA CARACTERISTICA DEL VENTILADOR1800RPM

caudal

mm

.c.a.

Página 40




400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13000

5

10

15

20

25

30


caudal

mm

.c.a.

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


caudal

mm

.c.a.

Página 41


Grafica No09: curva característica del ventilador, para diferentes RPM

Grafica

No10:

potencia

vs caudal,

1500RPM

200 300 400 500 600 700 800 9000

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1500RPM

Caudal

Pote

ncia

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

CURVA CARARTERISTICA PARA DIFERENTES RPM

1500RPM1800RPM2000RPM2500RPM

Caudal

mm

.c.a

.

Página 42


Grafica No11:

potencia vs caudal, 1800RPM


400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

2000RPM

Caudal

Pote

ncia

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

1800RPM

Caudal

Pote

ncia

Página 43


Grafica

No13: potencia vs

caudal, 2500RPM

Grafica No14: potencia vs caudal, para diferentes RPM

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

POTENCIA vs CAUDAL

1500RPM1800RPM2000RPM2500RPM

caudal

Pote

ncia

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

2500RPM

Caudal

Poten

cia

Página 44


Grafica No15: ley de similitud

200 300 400 500 600 700 800 9000

5

10

15

20

25

30

35

Q Vs n (1500 RPM)

Q Vs n (1500 RPM)


0 5 10 15 20 25 300

500

1000

1500

2000

2500

3000

RPM vs VELOCIDAD

Series2

0 100 200 300 400 500 600 7000

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

RPM2 vs VELOCIDAD

SERIE1 AL CUADRADO

Página 45


200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Q Vs n 1800 RPM

Q Vs n 1800 RPM


400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 130032

34

36

38

40

42

44

Q Vs n 2000 RPM

Q Vs n 2000 RPM


Página 46


500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15000

10

20

30

40

50

60

Q Vs n 2500 RPM

Q Vs n 2500 RPM


Grafica No20: curva del sistema

Página 47


Grafica No21: curva del sistema y curvas del ventilador a diferentes RPM

Página 48


Grafica No21: aplicación de las leyes de semejanza en el ventilador

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

10

20

30

40

50

60

Pventilador 2500 rpmP sistemaP ventilador 2000 rpmCurva de homologación

Q(m3/h)

pres

ión

mm

H2O

Página 49

Ventiladores

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