ventilador centrifugo

NDICE

Resumen Tcnico..2

Introduccin.3

Objetivos.......4

Fundamento Terico..6

Equipos...11

Procedimiento....15

Datos, Clculos y Resultados.....19

Conclusiones..25

Observaciones....26

Bibliografa..27

RESUMEN TCNICO

Los fluidos por su naturaleza, son altamente mviles, como tales pueden ser transportados de un lugar a otro por medio de canales abiertos y conductos cerrados. En los sistemas de ventilacin y aire acondicionado distribuyen el aire a travs de ductos a relativamente baja presin. Loa ventiladores o sopladores que son responsables del movimiento del aire pueden describirse como dispositivo de alto volumen y baja presin.

Se requiere un conocimiento de las presiones en el sistema de ductos para adaptar en forma apropiada un ventilador a un sistema dado.

Dos tipos de prdida de energa en sistemas de ductos provocan que la presin disminuya a lo largo de la trayectoria del flujo, las prdidas por friccin (a travs de accesorios) y por medio de los dispositivos de control de flujo.

Se debe tener en cuenta que al presentarse una compresibilidad apreciable es necesario considerar los principios de la termodinmica.

En la experiencia a realizar se determinar las prdidas de energa en el ducto, el caudal y adems se verificarn los resultados obtenidos comparndolos con las respectivas frmulas tericas.

INTRODUCCIN

Las turbomaquinas son maquinas de transferencia de energa que funciona segn el principio de cambio de momento angular que experimenta un fluido a su paso por un elemento mecnico giratorio llamado rotor. Turbomaquinas hidrulicas son aquellas en las que el fluido que pasa a travs de ellas no experimenta un cambio sensible en su densidad.

El ventilador de una bomba de aire; puede ser axial o radial segn sea la direccin que sigue el flujo en su recorrido por el rotor. El ventilador eleva la presion del aire dentro del rango de 0 1000 mm de columna de agua. El aire se puede considerar incompresible; mientras la variacin de la densidad no exceda el 7%. Debido a esto el diseo de un ventilador se simplifica y se lo clasifica dentro de las turbomaquinas hidrulicas.

Los ventiladores axiales son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamente grande comparado a la altura de presion que va a proporcionar el ventilador. Los ventiladores radiales llamados tambin centrfugos son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamente bajo comparado a la altura de presion que va a proporcionar el ventilador. Lo que determina cuando se debe utilizar un ventilador axial o radial es la eficiencia. Para determinadas condiciones de flujo de aire y altura de presion un ventilador es ms eficiente que otro. Los ventiladores axiales tienen su aplicacin en quemadores y cmaras de combustin, ventilacin, tiro forzado en calderas, torres de enfriamiento, procesos de secado, etc. Mientras que los radiales o centrfugos tienen su aplicacin en transporte neumtico, quemadores y cmaras de combustin, ventilacin, tiro forzado y tiro inducido en calderas, colectores de polvo, procesos de secado, chimeneas, aire acondicionado, etc.

En la presente experiencia de laboratorio se ensayara con un ventilador centrfugo y un ducto de aire. Se fijaran velocidades de rotacin, se ira variando los caudales y para estas condiciones se tomaran datos de presiones y torque, con lo que se obtendr el comportamiento del ventilador. Posteriormente se analizaran los datos y se mostraran los resultados mediante tablas y graficas (conchoides).

OBJETIVOS

Determinar el comportamiento de un ventilador centrfugo a diferentes condiciones de funcionamiento.

Conocer la performance del ventilador centrfugo a diferentes RPM.

Graficar las curvas de comportamiento de la altura y eficiencia del ventilador (conchoide) en funcin del caudal para cada velocidad.

CAPITULO I

LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA III

6


5

1. FUNDAMENTO TERICO:

1.1. DEFINICION

Un ventilador es una turbomquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es un gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinado rendimiento. A pesar de que no existe convenio alguno universalmente adoptado; los ventiladores pueden subdividirse en cuatro grupos:

1. Ventiladores de baja presin: hasta una presin del orden 200 mm de agua (ventiladores propiamente dichos).

2. Ventiladores de media presin: entre 200 y 800 mm de agua (soplantes)

3. Ventiladores de alta presin: entre 800 y 2500 mm de agua (turbosoplantes)

4. Ventiladores de muy alta presin , mayor a 2500 mm de agua (turbocompresores)

En funcin de la trayectoria del fluido, todos estos ventiladores se pueden clasificar en

1. De flujo radial (centrfugos)

2. De flujo semiaxial (helico-centrifugos)

3. De flujo axial

Fig.1 Configuracin tpica de sendos rodetes: radial, semiaxial y axial.

1.1.1 VENTILADORES RADIALES (CENTRFUGOS)

En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido sigue la direccin del eje del rodete a la entrada y est perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.

Estos ventiladores tienen tres tipos bsicos de rodetes:

1. Alabes curvados hacia adelante.

2. Alabes rectos.

3. Alabes inclinados hacia atrs/curvados hacia atrs.

1.1.1.1 VENTILADORES DE LABES CURVADOS HACIA ADELANTE.

Tambin se llaman de jaula de ardilla, tienen una hlice o rodete con los labes curvados en el mismo sentido que la direccin de giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad perifrica y son silenciosos. Se utilizan cuando la presin esttica necesaria es de baja a media, tal como la que se encuentran en los sistemas de calefaccin, aire acondicionado o renovacin de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, ya que las partculas se adhieren a los pequeos labes curvados y pueden provocan el desequilibrado del rodete.

Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Adems, como su caracterstica de potencia absorbida crece rpidamente con el caudal, ha de tenerse mucho cuidado con el clculo de la presin necesaria en la instalacin para no sobrecargarlo. En general son bastante inestables funcionando en paralelo vista su caracterstica caudal-presin.

Fig. 2 Ventiladores centrfugos de labes curvados hacia delante, radiales y atrs.

1.1.1.2. VENTILADORES CENTRFUGOS RADIALES.

Tienen el rodete con los labes dispuestas en forma radial. La carcasa est diseada de forma que a la entrada y a la salida se alcanzar velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseos de rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta resistencia a impacto". La disposicin radial de los labes evita la acumulacin de materiales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comnmente utilizado en las instalaciones de extraccin localizada en las que el aire contaminado con partculas debe circular a travs del ventilador. En este tipo 'de ventiladores la velocidad perifrica es media y se utilizar en muchos sistemas de extraccin localizada que vehicular aire sucio o limpio.

Fig. 3 Tringulos de velocidades a la salida para los distintos rodetes centrfugos

1.1.1.3. VENTILADORES CENTRFUGOS DE LABES CURVADOS HACIA ATRS.

Tienen un rodete con los labes inclinados en sentido contrario al de rotacin. Este tipo de ventilador es el de mayor velocidad perifrica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo y una caracterstica de consumo de energa del tipo "no sobrecargable". En un ventilador "no sobrecargable", el consumo mximo de energa se produce en un punto prximo al de rendimiento ptimo de forma que cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultar en un consumo de energa menor. La forma de los labes condiciona la acumulacin de materiales sobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a continuacin:

Alabes de espesor uniforme: Los labes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o hmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales slidos ya que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior de los labes.

Alabes de ala portante: Las labes de ala portante permiten mayores rendimientos y una operacin ms silenciosa. Los labes huecos se erosionan rpidamente, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire limpio.

Fig. 4 Curvas caractersticas relativas para ventiladores centrfugos.

CAPITULO II

2.1. EQUIPOS

2.1.1. MOTOR ELECTRICO

Figura 5: Motor del Ventilador.

Marca: US ELECTRIC MOTOR

Pot. Placa: 2HP

Voltaje: 230/460 v

Intensidad: 7.2/3.6 A

Velocidad: 1600rpm

Frecuencia: 60 Hz.

2.1.2. VENTILADOR Y DUCTO DE VENTILACION

Figura 6: Ducto de Ventilacin.

2.2. INSTRUMENTOS

2.2.1. MANMETRO INCLINADO

Especificaciones: Marca Dwyer Instruments Inc

Aproximacin:

Modelo 400

Figura 7 Manmetro inclinado.

2.2.2. MANMETRO DIGITAL

Figura 8: Manmetro digital.

2.2.3. TACMETRO DIGITAL

MARCA:SMITH

Rango:0-2000 rpm.

Aproximacin:20 rpm.

Figura 9: Tacmetro Digital.

CAPITULO III

3.1. PROCEDIMIENTO

Detallaremos el procedimiento en los siguientes pasos:

1. Primero, se establecen 10 posiciones para el cono regulador de caudal.

2. Ahora, se enciende el motor del ventilador, y utilizando el tacmetro digital, se regula el giro del eje del motor hasta alcanzar un valor determinado. Al mismo tiempo se coloca el cono regulador de caudal en su primera posicin.

Figura 10: Primera posicin del cono regulador de caudal.

3. Una vez alcanzada la frecuencia angular y teniendo el cono en su primera posicin, se toma la presin esttica entre la entrada y salida del ventilador (boquilla ms cercana antes del ventilador-entrada- y boquilla inmediatamente posterior al ventilador-salida-).

Para la medicin de la presin esttica se utiliza el manmetro inclinado.

Repetir este paso para cada posicin del cono regulador de caudal.

Figura 11: Medicin de la presin esttica usando el manmetro inclinado.

4. Al mismo tiempo, que se mide la presin esttica y para diferentes posiciones del cono, en la salida del ducto de ventilacin, se mide la presin dinmica del fluido.

La medicin se realiza con la ayuda del manmetro digital, que se conecta a un tubo de Pitot, el que cual se colocara en el centro del ducto.

Figura 12: Medicin de la presin dinmica empleando el manmetro digital.

Figura 13: Regulacin de la posicin del Pitot dentro del ducto.

5. Por ltimo, se cambia la frecuencia angular y se repiten los pasos del 2 al 4.

CAPITULO IV

4.1. DATOS

4.1.1. TABLAS

4.1.1.1. TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla 1. Datos del ventilador a 1200RPM.

Punto

V(m/s)

F(lb)

F(N)

Presin (inH2O)

Presin (Pa)

1

3.33

0.625

2.78

0.78

194.29

2

5.00

0.625

2.78

0.59

146.96

3

5.92

0.625

2.78

0.44

109.60

4

6.35

0.625

2.78

0.37

92.16

5

6.68

0.625

2.78

0.33

82.20

6

6.77

0.625

2.78

0.31

77.22

7

6.80

0.625

2.78

0.30

74.73


Punto

V(m/s)

F(lb)

F(N)

Presion (inH2O)

Presion (Pa)

1

4.694

0.875

3.89

1.20

298.91

2

6.373

0.875

3.89

0.90

224.18

3

7.505

0.875

3.89

0.69

171.87

4

7.906

0.875

3.89

0.58

144.47

5

8.226

0.875

3.89

0.52

129.53

6

8.271

0.875

3.89

0.48

119.56

7

8.5

0.875

3.89

0.46

114.58


Punto

V(m/s)

F(lb)

F(N)

Presion (inH2O)

Presion (Pa)

1

5.264

1.125

5.00

1.80

448.36

2

7.741

1.125

5.00

1.30

323.82

3

8.947

1.125

5.00

0.94

234.14

4

9.460

1.125

5.00

0.85

211.73

5

9.868

1.125

5.00

0.72

179.34

6

10.172

1.125

5.00

0.70

174.36

7

10.219

1.125

5.00

0.65

161.91

Datos adicionales

Dimensiones del medidor de caudal:

Brazo:10 in

Dimetro:12 in

4.2. CALCULO DE LOS RESULTADOS

Calculo de la altura del ventilador (metros de Aire):

Donde:

P2 y P1:Pascales

:N/m3

Clculo del Caudal (m3/s):

Donde:

Clculo de la altura de la bomba (m H2O):

Donde:

P2 y P1:Pascales

:N/m3

Clculo de la Potencia hidrulica (W):

Donde:

Q:m3

Clculo de la Potencia al eje (W):

Donde:

Fuerza:N

Brazo:m

Velocidad angular:rad/s

Clculo de la eficiencia (%):

4.3. RESULTADOS

Tabla 4. Resultados a 1200 rpm.

H(m)

Q(m^3/s)

P(W)

Ph(W)

n(%)

16.50

0.199

88.74

38.71

43.62

12.48

0.299

88.74

43.97

49.55

9.31

0.354

88.74

38.82

43.75

7.83

0.380

88.74

35.02

39.46

6.98

0.400

88.74

32.85

37.02

6.56

0.405

88.74

31.28

35.25

6.35

0.407

88.74

30.40

34.26


H(m)

Q(m^3/s)

P(W)

Ph(W)

n(%)

25.39

0.281

155.29

83.95

54.06

19.04

0.381

155.29

85.48

55.05

14.60

0.449

155.29

77.18

49.70

12.27

0.473

155.29

68.34

44.01

11.00

0.492

155.29

63.75

41.05

10.16

0.495

155.29

59.17

38.10

9.73

0.509

155.29

58.27

37.52


H(m)

Q(m^3/s)

P(W)

Ph(W)

n(%)

38.09

0.315

239.59

141.21

58.94

27.51

0.463

239.59

149.98

62.60

19.89

0.535

239.59

125.34

52.31

17.99

0.566

239.59

119.84

50.02

15.23

0.590

239.59

105.89

44.20

14.81

0.609

239.59

106.12

44.29

13.75

0.611

239.59

98.99

41.32

4.4. Anlisis de resultados:

Grafico 1. Altura del ventilador vs Caudal.

Grafico 2. Potencia Eje vs Caudal.

Grafico 3. Eficiencia vs Caudal.

CONCLUSIONES

La mxima eficiencia obtenida por el ventilador centrifugo fue de 62.6% para 1800 RPM, as como 55.05% para 1500 RPM y 49.55% para 1200 RPM.

La mxima potencia hidrulica obtenida por el ventilador centrifugo fue de 149.98 W para 1800 RPM, as como 85.48 W para 1500 RPM y 43.97 W para 1200 RPM.

Como era de esperarse, mientras varibamos la posicin del cono de regulacin aumentando el caudal, la altura del ventilador disminuye para cada RPM.

La eficiencia del ventilador no sobrepasa el 58%.

Al graficar las conchoides para cada isoeficiencia se observan que sus tendencias se acercan a las curvas tericas, es decir, mientras aumenta la eficiencia se van cerrando las curvas.

Al medir la fuerza sobre el dinammetro la medicin no fue muy precisa porque la aguja oscilaba mucho.

Se coloc el tubo de Pitot en la posicin media del ducto para obtener la mxima velocidad del flujo, para posteriormente hallar la velocidad media

Para el clculo de prdidas por accesorios se busc informacin sobre codos y reductores para tomar un valor de K aceptable.

Para el clculo de las perdidas por friccin en el ducto se entr a tablas de materiales de plancha galvanizada para un dimetro de 12 pulg.

OBSERVACIONES

La potencia al eje prcticamente es constante para es constate para cada RPM tomado en el ventilador centrifugo

Se observa que a medida que aumenta las rpm del ventilador, aumenta la potencia del aire, el caudal.

Tambin se observa que la tendencia de las curvas para cada tipo de velocidad del ventilador, en general son ascendentes en funcin de la altura (Hv).

BIBLIOGRAFA

1.- Manual de Laboratorio de Ingeniera Mecnica IIIUNI-FIM

2.- Ventiladores y turbocompresores....Masana

3.- Web: http:monografias.com/ventiladores centrfugos

Altura del ventilador vs Caudal

1200 RPM0.199241420673888110.299161292303135320.354206970086912270.379934841224981780.399679486516988810.405064389778445170.4068593575322640416.50436191808868712.4840686303491329.31015287687053937.8289921919138636.98261465765290536.55942589052242656.34783150695718671500 RPM0.280852621214183420.381310983169576290.449041099747006120.473033835389717550.492180158097118290.494872609727846520.5085741969153300125.39132602782874719.04349452087155814.60001246600152812.27247424678389411.00290794539245810.1565304111314999.7333416440010191800 RPM0.314957008536740910.463161512743714090.535319216447230240.566013165037532070.590424726489467870.608613733061498460.6114258492091478938.08698904174311727.50726986348114219.88987205513251817.98552260304536115.23479561669724614.81160684956676713.753634931740571

Caudal (m3/s)

H (m H2O)

Potencia al Eje vs Caudal

1200 RPM0.199241420673888110.299161292303135320.354206970086912270.379934841224981780.399679486516988810.405064389778445170.4068593575322640438.71048581689235143.96547823201371638.82077210127096835.01589529020888832.85338990327154131.27808446289057230.4032459638332181500 RPM0.280852621214183420.381310983169576290.449041099747006120.473033835389717550.492180158097118290.494872609727846520.5085741969153300183.94872738484301185.48230287978341877.17729855951574868.3399393638421263.75024150745876759.16829349808578858.2728880973471800 RPM0.314957008536740910.463161512743714090.535319216447230240.566013165037532070.590424726489467870.608613733061498460.61142584920914789141.21413537083947149.9789142685504125.34155448044648119.83946117410927105.88914041333159106.1192512553323698.994608248954691

Caudal (m3/s)

Potencia (W)

Eficiencia vs Caudal

1200 RPM0.199241420673888110.299161292303135320.354206970086912270.379934841224981780.399679486516988810.405064389778445170.4068593575322640443.62321819990445749.54511961566109343.74750087283866439.45974865660872437.02280056975028135.24757374148743634.2617098359147931500 RPM0.280852621214183420.381310983169576290.449041099747006120.473033835389717550.492180158097118290.494872609727846520.5085741969153300154.05864402345682955.04618742460966349.69819364139858944.00739081747634941.05186248104265438.10132464576152237.5247298202876321800 RPM0.314957008536740910.463161512743714090.535319216447230240.566013165037532070.590424726489467870.608613733061498460.6114258492091478958.93909822753447362.59728841535244552.31429680969748850.01786651971511344.19536636088982144.2914086266607941.317768396621027

Caudal (m3/s)

eficiencia (%)


11

ventilador centrifugo

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