Informe Ventiladores

8/10/2019 Informe Ventiladores

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UNIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA MECNICADEPARTAMENTO DE TRMICA Y ENERGTICA

CTEDRA DE LABORATORIO DE TRMICA

PRCTICA MODULO II: VENTILADORES.

Integrantes:Gomez Andrea CI: 20.969.379Guilarte Enrique CI: 18.563.175Rodriguez Jose CI: 18.265.733

Seccin:53

Naguanagua, 13 de Noviembre de 2013.


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1. Introduccin

Un ventilador es una mquina rotatoria que posee un impulsor o alabes, que ejercen unafuerza sobre un fluido (aire o gas), lo cual se traduce en un movimiento continuoaumentando su presin, pero sin cambiar su densidad. Es importante destacar que el

movimiento del fluido es continuo y no pulsante, como es el caso de otras mquinasrotatorias. Por otro lado, el aumento de presin debido a un ventilador es considerado bajoo moderado, no como el caso de los compresores, donde esta ltima es comparativamentems alta. No existe una lnea divisoria clara, pero en general los ventiladores no aumentanla presin absoluta en ms de un 30% (unos 30.000 Pa).

Un sistema de ventilacin puede ser muy simple o muy complicado. Un sistema simplepuede corresponder a un ventilador con ductos a la entrada y a la salida. Un sistema unpoco ms complicado puede incluir, aparte del ventilador, ductos, dampers de control,filtros, serpentines, silenciadores, difusores, etc. El ventilador es el componente quesuministra la energa al fluido para vencer la resistencia que ejercen los componentes del

sistema.

Los ventiladores pueden dividirse en dos categoras principales, axiales y centrfugos.Existen otros tipos, que de una u otra manera poseen una mezcla de las caractersticas deambos grupos, es por eso que veces se les denomina hbridos

En la siguiente prctica se realizarn estudios a ventiladores, especficamente a unventilador axial y un ventilador centrfugo, con el fin de obtener parmetros delcomportamiento funcional a diferentes velocidades y compararlos con datos obtenidostericamente mediante las respectivas ecuaciones. Los ensayos se realizarn en el banco deventilador axial y el banco de ventilador centrfugo presentes en el laboratorio de trmicas.

2. Objetivos de la prctica

Actividad N 1: Ventilador centrfugo

Objetivo general

El objetivo general de esta prctica es comprender el comportamiento de las variablesfundamentales que describen el funcionamiento de un ventilador centrfugo (Carga, Caudal

y Potencia, entre otras).

Objetivos Especficos:

1. Obtener las curvas de comportamiento del ventilador centrfugo ensayado para cadavelocidad (50Hz, 48Hz y 46 Hz):


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Carga total (PtF) vs caudal volumtrico Q Carga esttica (PeF) vs Q Potencia elctrica (Pe) vs Q Potencia til (Pu) vs Q Eficiencia global (Egr) vs Q

2. Analizar los resultados suministrados por la herramienta de captura y procesamientode datos del banco de ensayo.

Actividad N2: Ventilador axial

Objetivo General:

El objetivo general de esta prctica es analizar el comportamiento de las variablesfundamentales de un ventilador axial (Carga Total de Presin, Caudal volumtrico yPotencias, entre otras).


1. Obtener las curvas de comportamiento del ventilador axial ensayado para cadavelocidad (50Hz y 48Hz):

Carga total (PtF) vs caudal volumtrico Q Carga esttica (PeF) vs Q Potencia elctrica (Pe) vs Q Potencia til (Pu) vs Q Eficiencia global (Egr) vs Q2. Analizar los resultados suministrados por la herramienta de captura y procesamiento

de datos del banco de ensayo.

3. Realizar un cuadro comparativo de los resultados obtenidos mediante el uso delbanco de pruebas y resultados tericos.

Actividad N 3: Anlisis Dimensional.

Objetivo General:

El objetivo general de esta prctica es el de verificar la precisin del anlisis dimensionalen la prediccin del comportamiento de una turbomquina.


1. Predecir las curvas de comportamiento Carga de Mquina y Potencia deAccionamiento en funcin del Caudal Volumtrico para un ventilador centrfugo yun ventilador axial.

2. Obtener por medio de los coeficientes adimensionales de funcionamiento de unventilador centrfugo y de un ventilador axial, a distintas velocidades de giro, latendencia de las curvas de carga y potencia en funcin del caudal.


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3. Estimar utilizando las leyes de similitud la velocidad de giro de un punto arbitrariode funcionamiento ensayado, tanto para un ventilador centrfugo como para unventilador axial.

3. Marco terico:

Un ventilador es esencialmente una turbomquina generadora para bombear gases, loslquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles, por lo tanto si el incrementode presin en el bombeo del gas a travs de la mquina es pequeo, tal que la variacin dela densidad del gas pueda despreciarse se dice que la mquina es un ventilador y adems esuna mquina hidrulica, por tanto formalmente el ventilador es una turbomquinahidrulica generadora que se utiliza para bombear gases con incrementos de presin muypequeos, tal que la variacin de la densidad del gas es despreciable.

Como los ventiladores son mquinas destinadas a producir un incremento de presin totalptotal pequeo, convencionalmente se fija el lmite de ptotal para ventiladores en 1m.c.a., o una relacin de compresin, c = 1,1. Si el incremento de presin no excede el

valor indicado, la variacin del volumen especfico del gas a travs de la mquina se puededespreciar en el clculo de la misma, por lo que el ventilador se comporta como unaturbomquina hidrulica. En la actualidad, en el diseo se tiene en cuenta lacompresibilidad para incrementos de presin mucho menores, hasta 0,3 m.c.a., por lo quelos ventiladores, hasta dicho incremento de presin, se pueden disear y considerar comouna turbomquina hidrulica.

Clasificacin de los ventiladores:

Segn la presin total desarrollada los ventiladores se clasifican en:

Ventiladores de baja presin: presin total desarrollada inferior a 10 mbar.

Ventiladores de media presin: presin total desarrollada superior a 10 mbar einferior a 30 mbar.

Ventiladores de alta presin: presin total desarrollada superior a 30 mbar e inferiora 100 mbar. (En estos ltimos el efecto de la compresibilidad ya es apreciable).

Segn la direccin del flujo se clasifican en:

Ventiladores centrfugos: Consiste en un rotor encerrado en una envolvente deforma espiral; el aire, que entra a travs del ojo del rotor paralelo a la flecha delventilador, es succionado por el rotor y arrojado contra la envolvente se descargapor la salida en ngulo recto a la flecha; puede ser de entrada sencilla o de entradadoble.


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En un ventilador de entrada doble, el aire entra por ambos lados de la envolventesuccionado por un rotor doble o por dos rotores sencillos montados lado a lado. Losrotores se fabrican en una gran variedad de diseos, pudindose clasificar, engeneral, en aquellos cuyas aspas son radiales, o inclinadas hacia adelante, oinclinadas hacia atrs del sentido de la rotacin.

Los rotores pueden tener los tres tipos de labes que se representan en la figura 5.1,y cuyas particularidades son las siguientes:

a) Alabes curvados hacia adelante, 2 > 90.- Este tipo es poco frecuente en lasbombas centrfugas; en los ventiladores se emplea a causa del bajo nivel de ruido quepresentan.

b) Alabes de salida radial, 2 = 90.- Tienen menor nmero de labes que losanteriores; se emplean para impulsar aire o gases sucios a elevada temperatura, gracias a lafacilidad con que son eliminados los depsitos slidos por la fuerza centrfuga.

c) Alabes curvados hacia atrs, 2 < 90.- Es el tipo normal de ngulo de salida enlas bombas centrfugas. Tienen mejor rendimiento que los anteriores, ya que si los antiguoslabes de chapa se reemplazan por los ms modernos de perfil aerodinmico, se llega aalcanzar un rendimiento del orden del 90%. Su presin y gasto msico son inferiores parauna misma velocidad de rotacin y nmero de labes que en el primer tipo. El nivel deruido es bajo.

Figura 1.Rodetes y tringulos de salida de los ventiladores centrfugos: a) labes curvados hacia

adelante, b) labes rectos y c) labes curvados hacia atrs

Ventiladores axiales: El ventilador axial es de diseo aerodinmico; loscoeficientes de presin oscilan entre (0,05 - 0,6) pudiendo llegar en algunosdiseos hasta 1. Este tipo de ventilador consiste esencialmente en una hliceencerrada en una envolvente cilndrica.


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La adicin de labes-gua, detrs del rotor, convierte al ventilador tubo-axial en unventilador axial con aletas gua.Puede funcionar en un amplio rango de volmenes de aire, a presiones estticas quevan de bajas a medias y es capaz de desarrollar mayores presiones estticas que elventilador tubo-axial y ser ms eficiente; los labes-gua, en la succin o en la

descarga, o en ambas partes, se han aadido para enderezar el flujo del aire fuera dela unidad.Aprovechando la conversin del componente rotativo de la corriente de aire, esteventilador puede alcanzar una presin esttica ms alta que el de tipo de hlice deaspas rectas, a la misma velocidad axial, y hacerlo ms eficientemente.La facilidad de montaje y el flujo del aire en lnea recta los hace ideales paramuchas aplicaciones; por encima de 75 a 100 mm. De presin esttica, losventiladores axiales se usan pocas veces para servicios de ventilacin.Dentro de la clasificacin de los ventiladores axiales, tambin se pueden encontrar

los ventiladores de hlice, Este ventilador consiste en una hlice dentro de un anilloo marco de montaje. La direccin de la corriente de aire es paralela a la flecha delventilador. Se emplea para trasladar aire de un lugar a otro, o hacia el ambienteexterior, o para introducir aire fresco. Puede manejar grandes volmenes de aire auna presin esttica baja, raramente a presiones estticas mayores de 25 mm de c.a.Generalmente las unidades de poco nmero de aspas se usan en ventiladores de bajapresin y los que cuentan con un nmero mayor de aspas se emplean en aquellasaplicaciones que requieren presin. El ancho de las aspas, su ngulo, su velocidadaxial y nmero de etapas, son factores todos que intervienen en el diseo y lacapacidad.

En la figura 2 se puede apreciar un ventilador axial con alto rendimiento y diseo delabes aerodinmico.

Figura 2.Ventilador axial, para ventilacin de tneles y minas.


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Ruido en ventiladores:

El ruido es el sonido que, por su tono, intensidad o duracin, resulta desagradable al odohumano e incluso daoso a su organismo. Los ventiladores son, con frecuencia, fuente deruidos que atentan contra el confort del medio ambiente, por lo que su comportamiento

acstico constituye muchas veces un factor decisivo en la seleccin del mismo.

Causas de ruido en ventiladores:

Los labes de un ventilador crean a su alrededor un campo de presin que vara de un puntoa otro del espacio, originndose unas ondas acsticas que interaccionan entre s,propagndose por el aire, las paredes, el suelo, y en general por la estructura del edificio.Las causas son:

La frecuencia fundamental del sonido del ventilador es igual al producto de suvelocidad de rotacin por el n de labes del rodete.

La intensidad del sonido producido directamente por los labes es aproximadamenteproporcional a la velocidad perifrica de la punta de los labes y a la quinta potenciadel n de revoluciones.

Las intensidades de sonido de dos ventiladores geomtricamente semejantes sondirectamente proporcionales a la sptima potencia de la relacin de semejanza.

La distancia excesivamente pequea entre el borde de salida de los labes del rodetey la lengua de la caja espiral es causa de ruido.

El nmero de los labes directrices fijos no debe ser igual ni mltiplo del de loslabes mviles.

La corona difusora sin labes produce menos ruido que la corona de labesdirectrices.

Las vibraciones forzadas de la carcasa y de los conductos de admisin y escapepueden ser origen de ruidos de gran intensidad, sobre todo en condiciones deresonancia.

El desequilibrio esttico y dinmico del motor, y la mala alineacin de los cojinetes. El motor de accionamiento y los cojinetes de bolas, a bajo n de revoluciones, son

causa de ruido, por lo que utilizando cojinetes deslizantes se puede eliminar lacausa.

Al disminuir el rendimiento del ventilador para un mismo n de rpm aumenta la

intensidad del ruido.

Frmulas de los ventiladores:

Aunque como ya se ha dicho, todas las frmulas de las bombas aducidas en el captulo Vson aplicables a los ventiladores, en la prctica en lugar de dichas frmulas se emplean


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otras que solo se diferencian de aquellas en que en lugar de venir expresadas en alturasvienen expresadas en presiones. Por tanto, para pasar de las frmulas del captulo V paralas bombas a las frmulas de los ventiladores basta tener en cuenta que una alturacualquiera, se verifica en la ecuacin 1 como:

En la tabla se muestra las frmulas ms usuales para trabajar con los ventiladores.

Tabla1. Formulacin para ventiladores


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Curvas caractersticas de los ventiladores:

Si consideramos el ventilador como una bomba rotodinmica de gas, el trazado de suscurvas caractersticas se puede hacer de la misma forma que el de las bombas centrfugas.

Sin embargo, habr que tener en cuenta las siguientes observaciones:

Las curvas (Hman, Q) se sustituyen por las curvas (ptot, Q) siendo ptot lapresin total suministrada por el ventilador.

Entre las variables Hman y ptot existe la relacin: ptotal = g Hman Los valores medidos de Q y de ptot se suelen reducir a condiciones normales o

standard. En un ensayo bien hecho siempre hay que especificar a qu condicionesnormales se refiere el ensayo, o al menos a qu presin baromtrica y a qutemperatura ambiente se ha realizado.

En un gran nmero de aplicaciones interesa ms la presin esttica del ventiladorque la presin total; en un ventilador con un sistema difusor eficiente la presindinmica es muy pequea y la pest se acerca mucho a la ptot. En la figura 3 sehan trazado las curvas caractersticas de cuatro tipos distintos de ventiladores,expresando todas las variables en % del valor nominal o de diseo, a fin de podercomparar ms fcilmente los distintos tipos, observndose que:

a) La potencia de accionamiento Wa en los ventiladores de labes curvados hacia adelante,figura 3a, aumenta constantemente con el caudal (caracterstica de potencia consobrecarga); mientras que en los ventiladores con labes curvados hacia atrs y en losventiladores axiales la potencia no supera, figura 3d, o solo ligeramente (en un 10%aproximadamente en la figura 3c, el valor en el punto nominal o de diseo. La sobrecargase refiere al motor de accionamiento que en la figura 3a deber tener una reserva depotencia, incluso hasta el 100% de la potencia de accionamiento, si se prev que laresistencia de la red en algn caso pudiera disminuir excesivamente.

La curva caracterstica de potencia de los ventiladores de salida radial figura 3b, presentacaractersticas intermedias entre las de los ventiladores con labes curvados hacia adelantey hacia atrs, como era de esperar. La potencia absorbida en el arranque es mnima en losventiladores centrfugos figuras 3a, 3b y 3c y mxima o casi mxima en los ventiladoresaxiales figura 3d.


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Figura 3. Curvas caractersticas tpicas de ventilador, a) Con labes curvados hacia adelante; b) Conlabes de salida radial; c) Con labes curvados hacia atrs; d) Con labes axiales.

Las curvas de la figura 4 para un nmero de revoluciones n variable corresponden a un pequeo

ventilador, para instalacin en el techo, de potencia inferior a 1 kW. Los nmeros sobre las curvasindican los valores en Db del ruido del ventilador cuando funciona en dicho punto.

Las curvas de la figura 5.7a son curvas de pest, ptot y pd, en funcin del caudal para un n de

revoluciones constante (2800 rpm) de un pequeo ventilador axial.

La intensidad del ruido tiene un valor medio de 58 Db. En la figura 5.7b se presentan lascaractersticas del mismo ventilador a 1450 rpm con una intensidad media de ruido de 42 Db. En lafigura 6 se pueden ver las curvas de un ventilador axial para diferentes valores del ngulo de ataquedel rodete.


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Figura 4. Curvas caractersticas de un ventilador a diferentes rpms.

Figura 5. Curvas caractersticas de un ventilador axial, a) a 2800 rpm y b) a 1450 rpm.

Los ventiladores axiales se pueden construir:

Con labes del rodete fijos y labes directrices orientables

Con labes del rodete fijos sin labes directrices orientables Con labes del rodete orientables y labes directrices orientables Con labes del rodete orientables sin labes directrices orientables

Los labes se pueden orientar en marcha o estando el ventilador parado. Lo primero es msventajoso y mucho ms costoso. Las curvas de la figura 5.8 pertenecen a un ventilador deeste ltimo tipo.


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Figura 6. Curvas caractersticas de un ventilador axial con labes del rodete orientables.

Presin esttica, dinmica y total de un ventilador:

Un ventilador puede trabajar de tres formas distintas:

Como soplante, aspirando gas a la presin atmosfrica y comprimindolo a mayorpresin

Como exhaustor, aspirando gas a una presin inferior a la atmosfrica ycomprimindole hasta la presin atmosfrica

Como soplante y como exhaustor al mismo tiempo, figura 7.

Figura 7. Caractersticas de un mismo ventilador trabajando como soplante y como exhaustor.


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En los tres casos la altura efectiva H, as como la altura dinmica y esttica y el caudal Qdesarrollado por el ventilador en condiciones de rendimiento ptimo son idnticos; pero alvariar la densidad en cada caso, las presiones estticas, dinmicas y totales son distintas.Esto se ha de tener presente en el trazado de las curvas caractersticas, ya que, como hemosdicho, en los ventiladores no se suelen utilizar como variables las alturas, sino las

presiones.

Conocido un punto cualquiera de la caracterstica del ventilador trabajando, por ejemplo,como soplante, es fcil hallar el punto correspondiente de la misma trabajando comoexhaustor. A partir de la altura de presin esttica Hest se tienen, las ecuaciones 2, 3 y 4.

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En la que los valores sin asterisco indican soplante y con asterisco (*) exhaustor, siendo ylos valores medios de las densidades en cada caso.Si se considera que la compresin es aproximadamente isoterma, sustituyendo la ecuacinde los gases perfectos se tienen las ecuaciones 5, 6, 7, 8 y 9.

Expresin que permite obtener el punto de funcionamiento ptimo, punto A en la figura 7,o tambin pasar fcilmente de una curva caracterstica a otra.


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El parmetro adimensional del caudal, se denomina coeficiente de caudal, y determina queel caudal aumenta linealmente con la velocidad, y cbicamente con el tamao.

La velocidad especfica Ns es un parmetro adimensional, que se obtiene de losanteriores, que no depende del tamao de la mquina, sino de su morfologa. Para bombasy en general para turbo mquinas generadoras, se define velocidad especifica por larelacin entre los parmetros adimensionales (CQ) 1/2 / (CH)

4. Procedimiento experimental

Actividad N1: Ventilador centrfugo

a) Verificar la curvatura de los labes del rodete.

b) Encender el equipo con la vlvula de descarga del ventilador completamente cerrada.

c) Abrir lentamente la vlvula de descarga hasta que se encuentre completamente abierta.Ajustando el regulador de potencia del motor, seleccionar 50 Hz como la velocidad de girodel rotor.

d) Cuando el sistema se estabilice, seleccionar este punto como el de inicio de la curva

caracterstica.

e) Cerrar la vlvula de descarga hasta que el flujo de volumen disminuya un 20%,manteniendo la velocidad de giro constante; esperar que el sistema se estabilice para tomareste nuevo punto como dato.

f) Repetir el paso (e), hasta obtener la toma de datos correspondiente a la vlvula dedescarga completamente cerrada.


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5. Tabla de datos

Actividad N1: Ventilador centrfugo(con alabes curvados hacia atrs)

Tabla 2. Datos obtenidos a 50Hz

Descrip-cin

Presinplaca

orificio

Presindel

ventila-dor

Veloci-dad delmotor

Tempera-tura del

aire

Poten-cia

elctri-ca delmotor

Caudal

Presintotaldel

venti-lador

Potenciatil delventila-

dor

Eficien-cia Total

Variable dPo dPs n Ta Pe Q ptF Pu EgrUnidades Kpa Kpa Hz C Watts m3/s Kpa Watts %

Resultados

0,12 0,30 50,03 17,95 74,99 0,0325 0,3321 10,7860 14,38

0,07 0,34 50,03 17,14 66,44 0,0252 0,3560 8,9653 13,49

0,04 0,37 49,89 17,20 61,31 0,0194 0,3820 7,4005 12,070,02 0,41 50,03 17,68 56,91 0,0132 0,4139 5,4718 9,61

0,01 0,46 50,44 18,43 51,54 0,0069 0,4601 3,1809 6,17


Descrip-cin

Presinplaca

orificio

Presindel

ventila-dor

Veloci-dad del

motor

Tempera-tura del

aire

Poten-cia

elctri-

ca delmotor

Caudal

Presintotaldel

venti-lador


dor

Eficien-cia Total


Resultados

0,11 0,28 47,95 18,65 72,30 0,0305 0,3065 9,3474 12,93

0,07 0,31 48,10 17,68 66,19 0,0248 0,3274 8,1139 12,26

0,04 0,36 48,39 17,25 60,33 0,0183 0,3661 6,6830 11,08

0,02 0,38 47,98 17,36 55,20 0,0122 0,3864 4,7023 8,52

0,01 0,41 48,13 17,68 50,07 0,0076 0,4166 3,1800 6,35


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Descrip-

cin

Presinplaca

orificio

Presindel

ventila-dor

Veloci-dad del

motor

Tempera-tura del

aire

Poten-cia

elctri-

ca delmotor

Caudal

Presintotaldel

venti-lador

Potenciatil del

ventila-dor

Eficien-

cia Total


Resultados

0,08 0,27 46,11 18,11 66,68 0,0268 0,2944 7,8766 11,81

0,06 0,29 46,08 17,46 62,77 0,0224 0,3090 6,9274 11,04

0,03 0,33 45,99 17,09 57,40 0,0163 0,3386 5,5045 9,59

0,01 0,36 46,08 17,68 53,25 0,0108 0,3599 3,8848 7,30

0,01 0,39 46,40 18,06 52,27 0,0073 0,3897 2,8379 5,43

Ventilador centrfugo(con alabes curvados hacia adelante)


Descrip-cin

Presinplaca

orificio

Presindel

ventila-dor

Veloci-dad delmotor

Tempera-tura del

aire

Poten-cia

elctri-ca delmotor

Caudal

Presintotal del

venti-lador


dor

Eficien-cia Total

ar a e

dPo dPs n Ta Pe Q ptF Pu Egrn a es Pa Kpa Hz C Watts m3/s Kpa Watts %

Resultados

515,9667 680,2487 50,26869 20,20518 416,4631 6,73x 0,8093809 54,47522 13,08044281,1045 701,5444 50,0342 19,93649 363,2144 4,96 x 0,7718971 38,32918 10,55277177,6678 683,2909 50,09282 20,31265 331,7049 3,95 x 0,7277562 28,74783 8,666688104,6536 657,1275 50,12213 21,70982 308,9888 3,03 x 0,6833194 20,76575 6,72055116,42819 632,7894 49,94626 20,63507 266,4875 1,20 x 0,636901 7,654557 2,87238817,64509 627,3134 49,94626 20,42013 264,045 1,24 x 0,6317294 7,865701 2,9789256,692965 669,905 50,26869 20,31265 259,8925 7,66 x 0,67158 5,148988 1,981199

Actividad N2: Ventilador axial


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Descrip-

cin

Presinplaca

orificio

Presindel

ventila-dor

Veloci-dad del

motor

Tempera-tura del

aire

Poten-cia

elctri-

ca delmotor

Caudal

Presintotaldel

venti-lador

Potenciatil del

ventila-dor

Eficien-

cia Total


Resultados

0,05 0,05 50,24 19,02 22,67 0,0438 0,0526 2,3031 10,16

0,03 0,07 49,98 18,32 24,89 0,0340 0,0664 2,2602 9,08

0,02 0,06 49,65 19,78 24,94 0,0261 0,0648 1,6931 6,79

0,01 0,08 49,89 19,45 27,55 0,0175 0,0752 1,3170 4,78

0,00 0,08 50,03 18,11 32,76 0,0097 0,0825 0,8000 2,44

0,00 0,09 50,09 18,59 42,79 0,0013 0,0885 0,1180 0,28


Descripcin

Presin

placa

orificio

Presin

del

ventilador

Velocidad

del motor

Temperatura

del aire

Potencia

elctrica

del

motor

Caudal

Presin

total del

ventilador

Potencia

til del

ventilador

Eficiencia

Total

Variable dPo dPs n Ta Pe Q ptF Pu Egr

Unidades Kpa Kpa Hz C Watts m3/s Kpa Watts %

Resultados

0,04 0,04 45,02 17,79 21,28 0,0388 0,0448 1,7382 8,17

0,03 0,06 45,22 17,46 23,13 0,0332 0,0554 1,8409 7,96

0,02 0,06 45,15 17,57 23,06 0,0244 0,0617 1,5048 6,53

0,02 0,06 45,05 17,52 23,08 0,0210 0,0619 1,5072 6,63

0,01 0,06 45,17 17,46 24,30 0,0158 0,0595 0,9399 3,87

0,00 0,07 45,19 17,52 29,14 0,0080 0,0654 0,5218 1,79


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6. Desarrollo de los ejercicios prcticos

Ejercicio prctico 1: Ventilador centrfugo (alabes curvados hacia atrs)

Figura 10. Curvas caractersticas del ventilador centrfugo de alanes atrasados ensayado a 50Hz


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Figura 11. Curvas caractersticas del ventilador centrfugo de alabes atrasados ensayado a 48Hz


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Ventilador centrifugo (alabes curvados hacia adelante)

Figura 13. Curvas caractersticas del ventilador centrfugo de alabes adelantados ensayado a 50Hz


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Potencia til:

Eficiencia global:

Tabla 8. Resultados obtenidos por el programa y por clculos manuales.

Calculado para H= 50 Hz N= 1490 RPM Q= 0,0261 m3/s

Variable Programa Calculado

Flujo Volumtrico, Q (m3/s) 0,0261 0,027

Carga de presin, Ptf (Pa) 64,8 66,189

Potencia til, Pu (Watts) 1,6931 1,6934

Eficiencia global, Egr (%) 6,79 6,791


28/45

Ejercicio prctico 2:

Figura 13. Curvas caractersticas del ventilador axial ensayado a 50Hz y 48Hz

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

0.

0013

0.

0097

0.

0175

0.

0244

0.

0332

0.

0388

Alturatotaldelv

entilador

(HH2O)

mm.c.a

Caudal (Q) m3/s

1500 RPM

1350 RPM

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.000035.0000

40.0000

45.0000

0.00000.01000.02000.03000.04000.0500

Potencia(Pu,Pe)

Watts

Caudal (Q) m3/s

Pu 50 Hz

Pe 50 Hz

Pu 45 Hz

Pe 45 Hz

0

2

4

6

8

10

12

0.0013

0.0097

0.0175

0.0244

0.0332

0.0388

Eficienciaglobal(Egr)

%

Caudal (Q) m3/s

1500 RPM

1350 RPM


29/45


30/45

Tabla 9. Semejanza de un ventilador centrifugo con una velocidad de giro de 50 a 48

0.0312 31.2613 66.34630.0241 33.5143 58.7818

0.0186 35.9620 54.24310.0126 38.9650 50.35030.006624 43.3144 45.5992

Tabla 10. Semejanza de un ventilador centrifugo con una velocidad de giro de 50 a 46

0.0299 28.7132 58.3938

0.023184 30.7796 51.7360

0.017848 33.0276 47.74130.012144 35.7856 44.31510.006348 39.7801 40.1335


31/45

Figura 14. Semejanza de un ventilador centrifugo con una velocidad de giro de 50 a 48 y 50a 46 respectivamente.

0

5

10

15

2025

30

35

40

45

50

0 0.01 0.02 0.03 0.04

H(mm

ca)

Q (m3/s)

50Hz

48Hz

46Hz

Prototipo 46 Hz

Prototipo 48Hz

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.01 0.02 0.03 0.04

Pa(W)

Q(m3/s)

50Hz

48Hz

46Hz

Prototipo 48Hz

Prototipo 46Hz


32/45

Tabla 11. Semejanza de un ventilador axial con una velocidad de giro de 50 a 45

0,0012 6,0547 16,52640,0087 5,6349 18,1448

0,0158 5,1599 18,18130,0235 4,4514 20,08400,0306 4,5385 23,88200,0394 3,6039 31,1939

Figura 15 . Las curvas mostradas en las figuras 5 y 6, utilizando las ecuaciones de loscoeficientes adimensionales de funcionamiento. Una pgina para cada turbomquina.

0.0000

1.0000

2.0000

3.0000

4.0000

5.0000

6.0000

7.0000

8.0000

Alturatotaldelventilad

or(HH2O

)

mm.c.a

Caudal (Q) m3/s

H@50 Hz

H@45Hz

H@45Hz Prototipo

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

35.0000

40.0000

45.0000

Potenciaelectrica(Pe)

Watts

Caudal (Q) m3/s

P@50Hz

P@45Hz

P@45Hz Prototipo


33/45

2. Obtener por medio de los coeficientes adimensionales de funcionamiento de un

ventilador centrfugo y de un ventilador axial, a distintas velocidades de giro, latendencia de las curvas de carga y potencia en funcin del caudal.

Conociendo el nmero de polos y la frecuencia con la cual trabaja el ventilador centrifugo,se determina la velocidad de rotacin para as, obtener los coeficientes adimensionales.

(

)

( ) Coeficientes adimensionales de un ventilador centrifugo para una velocidad de giro de 1500RPM utilizando las ecuaciones:

Usando Ec.(18)

Usando Ec. (20)

Usando Ec. (19)

()


34/45

Tabla 12. Coeficientes adimensionales de funcionamiento del ventilador centrifugo a 50Hz.

CQ CH CP0.2413 1.49x10-3 2.07680.1871 ]1.59x10-3 1.84

0.1440 1.71x10-3 1.690.0980 1.86x10-3 1.570.0512 2.06x10-3 1.42

Tabla 13. Coeficientes adimensionales de funcionamiento del ventilador centrifugo a 48Hz.

CQ CH CP0.2359 1.49x10-3 2.260.1918 1.59x10-3 2.070.1415 1.78x10-3 1.88

0.0943 1.88x10-3 1.720.0587 2.03x10-3 1.57

Tabla14. Coeficientes adimensionales de funcionamiento del ventilador centrifugo a 46Hz.

CQ CH CP0.2163 1.56x10-3 2.37150.1807 1.64x10-3 2.23240.1315 1.79x10-3 2.04140.0871 1.91x10-3 1.8938

0.0589 2.06x10-3 1.8590


35/45

Figura16.Grfica Cp en funcin de Cq, para distintas N del ventilador centrfugo

Figura17.Grfica Ch en funcin de Cq, para distintas N del ventilador centrfugo

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Cp

Cq

50Hz

48Hz

46Hz

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Ch

Cq

50 Hz

48Hz

46Hz


36/45

Ventilador axial

Tabla 15. Coeficientes adimensionales de funcionamiento del ventilador axial a 50Hz.

CQ CP CH

0,1499 0,1724 0,0001170,1164 0,1888 0,0001470,0893 0,1902 0,0001440,0599 0,2098 0,0001670,0332 0,2484 0,0001830,0044 0,3249 0,000196

Tabla 16. Coeficientes adimensionales de funcionamiento del ventilador axial a 45Hz.

CQ CP CH

0,1475 0,2211 0,0001220,1262 0,2400 0,0001510,0928 0,2394 0,0001680,0798 0,2395 0,0001690,0601 0,2521 0,0001620,0304 0,3024 0,000179

Figura18.Grfica Cp en funcin de Cq, para distintas N del ventilador axial

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

CP

CQ

@50Hz

@45Hz


37/45

.

Figura 19.Grfica Ch en funcin de Cq, para distintas N del ventilador axial

3. Estimar utilizando las leyes de similitud la velocidad de giro de un punto arbitrariode funcionamiento ensayado, tanto para un ventilador centrfugo como para unventilador axial.

Ventilador centrfugo:

Seleccin de un punto arbitrario del ventilador centrfugo:

Se calcula entonces el valor de K para la formula de la parbola de isoeficiencia:

Se plantea entonces la ecuacin de la parbola de isoeficiencia:

Se toman valores arbitrarios de caudal y se elabora la parbola de isoeficiencia:

0

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

0.00025

CH

CQ

@50Hz

@45Hz


38/45

Tabla 17. Valores de parbola de isoeficiencia.

Q (m^3/s) H (mca)

0 0

0.02 0.02

0.025 0.031250.03 0.045

0.0325 0.0528125

0.035 0.06125

0.04 0.08

Se grafican los puntos de la parbola de isoeficiencia junto con la grfica del ventilador y seselecciona el punto de corte:

Figura 20. Grfico para la obtencin de la velocidad de giro de un punto de trabajo, pormedio de la parbola de isoeficiencia.

Usando Ec. (11)

( )

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

H (mca)

Caudal (m^3/s)

Parabola de Isoeficiencia

Curva del ventilador


39/45


40/45

Figura 21. Grfico para la obtencin de la velocidad de giro de un punto de trabajo, pormedio de la parbola de isoeficiencia.

Se calcula como en el caso anterior la velocidad de giro para el punto arbitrario:

N= 33,52 Hz

7. Anlisis de resultados

Ventilador centrifugoEjercicio prctico 1

Antes de realizar dicha prctica, se pusieron en prueba los conocimientos previosvistos en la materia Turbomquinas para as, identificar el tipo de alabe del rotor

(curvado hacia delante, curvado hacia atrs). Antes de comenzar el ensayo se regulo

la velocidad a 50 Hz con la vlvula de regulacin de caudal totalmente cerrada, esto,para evitar mayor consumo de potencia y sobrecarga del sistema, sin embargo,tericamente, el sistema debe tener una reserva de potencia, incluso hasta el 100%de la potencia de accionamiento, si se prev que la resistencia de la red en algncaso pudiera disminuir excesivamente. Luego se abre la vlvula completamente y setoman datos para el caudal mximo, tiempo despus, es importante tomar los datos

0

2

4

6

8

10

1214

16

18

Presindelventilador

(Ptf)

mm.c.a

Caudal (Q) m3/s

50 Hz

Parbola de

Isoeficiencia


41/45

correspondientes para una variacin de caudal de 20% y as lograr comparacionesperceptibles para la realizacin de anlisis.

En los grficos obtenidos se comprob la teora de ventiladores centrfugos de que,a caudales menores la potencia exigida es menor y la presin es mxima debido a

que las prdidas en el sistema son despreciables. De esta manera, en la grfica deeficiencia (Figura 9) se observ que, a medida que el caudal aumenta la eficienciaaumenta considerablemente al igual que la potencia elctrica. Dicho ensayo serealiz tambin a una velocidad de 48 Hz y 46 Hz y se observ que, para unavelocidad de rotacin menor, la eficiencia disminuye un poco al igual que lapotencia elctrica, esto, obedece a la ecuacin que involucra a la potencia elctricacon la potencia de accionamiento ( , es decir, si la velocidad de rotacin se disminuye la potencia deaccionamiento disminuye y a su vez la potencia elctrica. Este mismo ensayo debi

aplicrsele a un ventilador con rotor de alabes curvados hacia adelante pero, porrazones de tiempo, no pudo realizarse dicho montaje sin embargo, el tcnico querepresenta dicho laboratorio proporcion la tabla de datos correspondiente a dichoensayo con una velocidad de giro de 50 Hz y debido a los resultados obtenidos sepudo observar en la Figura 11 que, en comparacin al ventilador con alabescurvados hacia atrs, este maneja mayor caudal. Tambin se pudo apreciar que acaudales similares a los del rotor con alabes curvados hacia atrs la potenciaelctrica en este ensayo es mucho mayor, la eficiencia es muy similar y levantamayor presin.

Es importante resaltar, que al intentar cerrar la vlvula hasta un 0% para hacer lacaptura, se observ que, el caudal ledo no era nulo completamente, esto debido aque la manga pudo no haber estado funcionando correctamente y esto no contribuyea la realizacin de los grficos y puede observarse en las Figuras 8,9,10,11 que latendencia nunca comienza en cero.

Ventilador axial

Ejercicio Prctico 1

Se realiz un estudio de las distintas variables arrojadas por el programa, flujo volumtrico(Q), carga de presin (Ptf), potencia til (Pu) y eficiencia global (Egr) a la velocidad msalta (50 Hz). Se calcul el 55% aproximado del caudal mximo obtenido en la placa orificiopara esa velocidad obtenida del sensor ptico de velocidad y se realizaron comparacionescon los valores arrojados por el programa.


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Para establecer dichas comparaciones se realizaron los clculos correspondientes paraobtener valores manualmente y luego ser comparados con los del programa. El flujovolumtrico fue obtenido mediante la ecuacin de la placa orificio, la carga de presin atravs de la ecuacin de Bernoulli, la potencia til surge aplicando su respectiva ecuacin yluego con el valor de sta y el valor de la potencia elctrica se obtiene la eficiencia global.

Los valores obtenidos por el programa y los obtenidos manualmente difieren por muy poco,sta diferencia se debe a errores de calibracin de instrumentos ya que estos son muysensibles para el caso del ventilador axial, esto debido a que las presiones generadas poreste tipo de ventilador son muy bajas y para poder ser registradas hacen falta instrumentossensibles. Las turbulencias en el ducto de entrada generan errores en la medicin ya que loideal es que el flujo est completamente laminar, para ello se coloca una colmena aguasarriba del ventilador para evitar turbulencias bruscas en el flujo. Otro error que se comete almomento de realizar los clculos manuales, la utilizacin de los parmetros con ms omenos decimales que los registrados por el programa podra generar una leve variacin en

los resultados. A pesar de los mencionados errores, los resultados arrojados por el programatienen una variacin despreciable en comparacin con los obtenidos por clculos manuales.

Ejercicio prctico 2

En este ejercicio fueron obtenidas las variables del proceso a velocidades de 50 Hz y 45Hz, todo esto a travs del banco experimental de ventilador axial presente en el laboratorio.De las curvas generadas por el programa se utilizarn las curvas caractersticas funcionalesdel ventilador axial y se realizaron las comparaciones del comportamiento a las distintasvelocidades.

A simple vista se observa que las cargas de presin generadas a 50 Hz son mayores que a45 Hz, esto debido a que para el mismo ventilador entre mayores sean las revoluciones detrabajo pues mayor ser la carga de presin transmitida al fluido. Otro aspecto a considerares que para ambas velocidades entre mayor es el caudal menor es la carga de presingenerada por el ventilador, esto es causado porque las prdidas aumentan a medida queaumenta el caudal de trabajo, independientemente de la velocidad de giro del ventilador.

En cuanto a la potencia, se observa que la potencia elctrica disminuye a medida queaumenta el caudal, esto se debe a que no existe una recirculacin de aire, el consumo depotencia a caudal mximo es mnimo por lo cual al encender el ventilador axial debe estarla vlvula de salida completamente abierta (caudal mximo). La potencia til para ambasvelocidades es muy similar y aumenta a medida que aumenta el caudal, por lo tanto entremayor caudal maneje el ventilador pues mayor ser la potencia que se imprime al fluido.


43/45

Anlisis dimensional

Ejercicio prctico 1

Esta prctica se bas en predecir las curvas de comportamiento Carga de Mquina yPotencia de Accionamiento en funcin del Caudal Volumtrico tanto para un ventiladorcentrfugo como para uno axial, para ello se utilizaron las leyes de semejanza o similitud,para obtener as los datos correspondientes a una turbomquina anloga. Tomando los datosreales se obtuvieron los datos de un prototipo, que mediante las grficas puede observarseque es de comportamiento similar al real obtenido mediante los ensayos.

Ejercicio prctico 2

Para esta actividad se obtuvieron las curvas de coeficiente adimensional de presin ycoeficiente adimensional de altura respecto al coeficiente adimensional de caudal para cadavelocidad, utilizando las ecuaciones de los coeficientes adimensionales de funcionamiento.Se observa en las graficas una menor diferencia entre los coeficientes de presin respecto a

los de caudal para ambos ventiladores, as como menores diferencias generales para elventilador centrfugo, sin embargo puede considerarse que la utilizacin de estoscoeficientes es efectiva pues las diferencias obtenidas no son tan considerables.

Ejercicio prctico 3

Se determinaron los valores de la velocidad de giro de un punto arbitrario experimental delsegundo ensayo, utilizando la parbola de isoeficiencia y las relaciones de similitud. Setomaron puntos arbitrarios por debajo de la grafica Carga de maquina vs Caudal, quedescribe el comportamiento tanto del ventilador centrifugo como en del axial, se interceptdicha grfica con la parbola de isoeficiencia de dichos puntos arbitrarios, obteniendo

puntos de corte utilizados en las graficas de similitud para hallar la nueva velocidad de giro,ambas velocidades calculadas, tanto para el ventilador axial como el centrfugo resultaronlgicas, pues al tomar el punto arbitrario considerablemente por debajo de la grafica delventilador, las velocidades obtenidas sern considerablemente menores, tal cual seobtuvieron.

8. Conclusiones Las tendencias de las curvas experimentales obtenidas mediante el ensayo son

prximas a las tendencias de las curvas caractersticas de los ventiladores. Se confirma que, para caudales bajos el ventilador centrfugo ofrece mayor

presin.

En dicho ensayo se concluye que, el ventilador centrifugo de rotor con alabescurvados hacia atrs consume menor potencia que el de rotor con alabescurvados hacia adelante para la misma eficiencia.


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Se ratifica que para un valor mximo de eficiencia el ruido del ventiladorcentrfugo es mnimo

Se confirma la teora del ventilador centrifugo con alabes curvados haciaadelante, de que a mayor caudal la potencia absorbida crece rpidamente, lo cuales peligroso ya que es un ventilador con riesgo de sobrecarga, diferente alventilador centrfugo con alabes curvados hacia atrs que posee unacaracterstica de consumo de energa de tipo no sobrecargable (el consumomximo de energa se produce en un punto prximo al de rendimiento ptimo)

Para una misma velocidad de rotacin, el ventilador centrifugo con alabescurvados hacia adelante maneja mayor caudal que el ventilador con alabescurvados hacia atrs

A medida que se disminuye la velocidad de rotacin en un ventilador centrifugo,la eficiencia disminuye en un bajo porcentaje

El ventilador axial maneja caudales mayores que los manejados por el

ventilador centrfugo. El ventilador centrfugo alcanza presiones mayores que el ventilador axial.

El ventilador centrfugo es ms eficiente que el ventilador axial.

El ventilador centrfugo produce niveles de ruido mayores que el ventiladoraxial.

Al momento de encender un ventilador axial la vlvula salida debe estarcompletamente abierta, pues el consumo elctrico es mnimo a caudal mximo.

Al momento de encender un ventilador centrfugo la vlvula de salida debe estarcompletamente cerrada, pues el consumo elctrico es mnimo a caudal mnimo.

A medida que la velocidad de giro disminuye para un mismo valor de caudal,tambin lo hace la presin.

Para ambos casos de ventilador a medida que aumenta el caudal la cada depresin es mayor debido al aumento de las prdidas.

La utilizacin de la colmena evita que se produzcan turbulencias en el flujo.

El consumo de potencia elctrica en un ventilador axial disminuye a medida queaumenta su velocidad de trabajo.

Tanto las leyes de semejanza como los coeficientes adimensionales contribuyenal anlisis dimensional de un ventilador, prediciendo eficazmente sucomportamiento.

La parbola de isoeficiencia junto con la grafica de un ventilador permitesealar el punto en el cual el ventilador puede funcionar correctamente.


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