UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniera
MecnicaDepartamento Acadmico de Ingeniera Aplicada
Integrantes: Chvez Miranda, Jorge Eduardo Hurtado Vela,
Alexander Rafael Lancho Huarag, Vctor Daro Zevallos Portillo,
Anthony Luis 20022088B 20041117D 20081108F 20081131H
Profesor: Ing. Morales Curso: Laboratorio de Ingeniera Mecnica
III (MN464) Seccin: A Semestre: 2012-I
OBJETIVOSPodemos resumir nuestros objetivos en:
El objetivo del ensayo es conocer la performance del ventilador
centrfugo a diferentes RPM. Calcular RPM constante, diferentes
valores de Q y H; nT, potencia aerodinmica y la potencia el
eje.
Se hace lo mismo con otros RPM para as obtener el diagrama
topogrfico del ventilador
Clculo de NQ, , cifra de caudal para cada punto. Es posible
graficar vs para cada RPM
En el punto de mejor eficiencia encontrar los respectivos
valores de y Nq
Comprobar las leyes en los ventiladores
FUNDAMENTO TEORICOVentilador Centrfugo (o de Flujo Radial)Una
turbomquina o mquina de fluidos es un dispositivo mecnico que
transfiere energa de forma continua a un fluido en circulacin, o
bien la extrae de l. Con esto se tienen las siguientes
definiciones: Bomba: mquina de fluidos que aade energa al fluido.
Turbina: mquina que extrae energa del fluido.
Existen dos tipos bsicos de turbomquinas: de desplazamiento
positivo y rotodinmicas (axiales o centrfugas). Las mquinas de
desplazamiento positivo tienen unos elementos mviles que durante su
movimiento, van captando el fluido de la zona de entrada en
volmenes, aproximadamente estancados, que son progresivamente
transferidos a la zona de salida. Dentro de eta categora se
encuentran las bombas de pistones, de engranajes, de paletas, etc.
Todas las bombas de desplazamiento positivo suministran caudal con
una cierta componente peridica, debido a la intermitencia en el
proceso cinemtico de cierre de cavidades, traslacin y expulsin del
fluido. Estas mquinas suelen operar con caudales pequeos, pero con
grandes presiones de servicio (en un rango de los mil bares). Las
mquinas rotodinmicas, en cambio, la transferencia de energa est
asociada a la induccin de una variacin en el momento cintico del
fluido en su paso a travs de la mquina. El volumen circula
continuamente a travs de un rotor, en donde se encuentran los labes
que delimitan los canales de paso. Estos labes obligan a que la
corriente se deflecte, y de esta manera se vara el momento cintico
respecto al eje de accionamiento realizndose, as, un trabajo. Estas
mquinas suelen trabajar con un caudal elevado y a una presin de
servicio pequea. Por otro lado, las mquinas rotodinmicas pueden
dividirse en mquinas axiales o mquinas centrfugas (o de flujo
radial), en funcin a la direccin seguida del flujo. La turbomquina
a ensayar es un ventilador centrfugo, que es una mquina rotodinmica
que transfiere energa a un gas, en este caso a al aire. Aunque los
gases son fcilmente compresibles, las velocidades de paso y los
cambios de presin habidos a travs de los ventiladores son lo
bastante pequeos como para no afectar significativamente a la
densidad, y tpicamente se considera que el flujo es incompresible.
Al igual que las bombas centrfugas, los ventiladores centrfugos
tambin cuentan con un rodete que aspira el gas en la direccin axial
y lo impulsa radialmente hacia la salida, por la periferia del
rodete, donde es recogido por la voluta y finalmente dirigido hacia
la salida de la mquina. Como las bombas, la energa especfica que un
ventilador puede transmitir al gas es dependiente de la cantidad de
gas circulante por unidad de tiempo, que en general puede oscilar
desde 0 hasta un valor mximo. En el caso de los ventiladores esa
energa especfica se suele expresar en trminos de energa por unidad
de volumen de fluido, es decir, en unidades de presin, designndose
a dicha energa especfica como presin total del ventilador.
Por otro lado tambin la energa consumida por el ventilador y su
rendimiento son funcin del caudal en circulacin. La representacin
grfica de la presin total, la potencia consumida y el rendimiento
en funcin del caudal constituyen las llamadas curvas caractersticas
del ventilador, y suelen ser aportadas por los fabricantes en sus
catlogos, pues renen la informacin bsica para determinar las
magnitudes de operacin de la mquina en una determinada instalacin.
El esquema del banco del ventilador ensayado se puede observar en
la Figura 1.
Figura N 1 Esquema del banco del ventilador ensayado
El anlisis para las turbomquinas centrfugas (tambin para las
axiales) se hace aplicando un balance energtico entre los puntos 1
y 2 ilustrados en la Figura N 1. A continuacin, se muestran las
frmulas usadas para Bombas y para Turbina.
Bomba ( ) ( ) (1.A)
Donde H: Altura de efectiva de la bomba [m aire] P2: Presin a la
salida [Pa] V2: Velocidad del flujo a la salida [m/s] z2: Altura de
posicin a la salida [m] P1: Presin a la entrada [Pa] V1: Velocidad
del flujo a la entrada [m/s] Z1: Altura de posicin a la entrada [m]
3 aire: Peso especfico del aire [N/m ]
Por condiciones del banco de ensayo, se tiene que ecuacin:
, entonces se usar la siguiente
(1.B) Luego, definimos las siguientes ecuaciones: (2)Donde
Phidrulica: Potencia Aerodinmica [W] 3 Q: Caudal [m /s]
(3)Donde BHP: Potencia al eje [W] F: Fuerza [N] b: Brazo [m] N:
Velocidad de giro [RPM]
(4)Donde : Eficiencia de la Bomba
Tubo de PitotEl tubo de Pitot, es utilizado para calcular la
presin total, tambin llamada presin de estancamiento, presin
remanente o presin de remanso (suma de la presin esttica y de la
presin dinmica). Fue inventado por el ingeniero Henri Pitot en 1732
y fue modificado en el siglo XIX por Henry Darcy. Se utiliza mucho
para medir la velocidad del viento en aparatos areos y para medir
las velocidades de aire y gases en aplicaciones industriales. Los
tubos de Pitot miden la velocidad en un punto dado de la corriente
de flujo y no la media de la velocidad del viento.
Figura N 2 Tubo de Pitot
El tubo de Pitot usado permite hallar la presin dinmica (ver
Figura N 2), segn la siguiente ecuacin: (5)
Curvas de IsoeficienciaSi es posible probar una bomba para
diferentes velocidades, la relacin H/Q para cada velocidad puede
ser graficada como se muestra en la Figura N 3. Si los valores de
eficiencia para los puntos probados se ubican en las curvas H/Q,
entonces las lneas de igual eficiencia se pueden dibujar como se
observa y son conocidas como curvas de isoeficiencia. De esta
manera se muestra en un slo diagrama la relacin entre cabeza,
descarga, velocidad y eficiencia.Figura N 3 Curvas de
Isoeficiencia
EquiposBanco de Ensayo Ventilador Centrfugo Motor elctrico.
Potencia: 2 HP. Velocidad de giro: 1800 RPM. Sistema de Transmisin,
permite cambiar velocidades de de 450 a 4500 RPM. Ventilador
centrfugo. Ducto de 12 de dimetro. Tubo de Pitot variable a lo
largo del dimetro del ducto. Manmetro diferencial (conectado al
Tubo de Pitot) [Lquido: Agua (H2O)]. Dinammetro Colgante (Divisin
de 0 6 libras). Tacmetro digital. Regulador de caudal. Wincha
mtrica. Manmetro diferencial inclinado [Lquido: Agua (H2O)]
Procedimiento1. Se calibran los manmetros y el dinammetro. 2. Se
instala el manmetro diferencial inclinado en la succin y en la
descarga del ventilador centrfugo. 3. Se tomar la presin dinmica
basndose en la mxima velocidad del fluido a la mitad del dimetro
del ducto con el manmetro diferencial instalado en el tubo de
Pitot. 4. Se prende el motor. 5. Se grada la velocidad de rotacin
del eje del ventilador hasta 1400 RPM. 6. Se abre hasta su mxima
posicin el regulador de caudal. 7. Se toman los datos en el
manmetro diferencial inclinado, en el dinammetro y en el tacmetro.
8. Se toma la presin dinmica con el manmetro diferencial conectado
al tubo de Pitot. 9. Se cierra el regulador de caudal hasta una
posicin referencial. 10. Se repite los puntos del 7 al 9 hasta que
el regulador de caudal est totalmente abierto. 11. Se repite del
punto 5 al 10 para 1800 RPM y 2200 RPM.
CALCULOS Y RESULTADOSDatos obtenidosSe trabaj a las siguientes
condiciones y con los siguientes datos:Tabla N 1 Datos del Banco y
Condiciones ambientales
Datos y condiciones del banco de ensayo Definicin Valor Unidad
Temperatura 21 C Pbaromtrica 744 mm Hg aire Dimetro Brazo
Kturbulento Z1 Z2 1,1753 0,3048 0,254 0,82 95,8 112 kg /m m m cm
cm3
# 1 2 3 4 5
Pestatica in H2O Pa onzas
F N in H2O
Pdinamica m H2O
0,39 0,40 0,45 0,53 1,00
97,05 99,54 111,98 131,89 248,84
14 16 16,5 16,5 16,5
3,8922 4,4482 4,5872 4,5872 4,5872
0,172 0,155 0,158 0,131 0,095
0,0044 0,0039 0,0040 0,0033 0,0024
Tabla N 2 Datos obtenidos para el ventilador centrfugo
funcionando con 1400 RPM
# 1 2 3 4 5
Pestatica in H2O Pa onzas
F N in H2O
Pdinamica m H2O
0,62 0,62 0,65 0,87 1,6
154,28 154,28 161,75 216,49 398,14
22 21,5 22 22 22
6,1163 5,9773 6,1163 6,1163 6,1163
0,285 0,253 0,243 0,25 0,197
0,0072 0,0064 0,0062 0,0064 0,0050
Tabla N 3 Datos obtenidos para el ventilador centrfugo
funcionando con 1800 RPM
# 1 2 3 4 5
Pestatica in H2O Pa onzas
F N in H2O
Pdinamica m H2O
0,9 0,94 0,99 1,3 2,55
223,96 233,91 246,35 323,49 634,54
30 30 30 30 30,5
8,3404 8,3404 8,3404 8,3404 8,4794
0,498 0,48 0,395 0,322 0,182
0,0126 0,0122 0,0100 0,0082 0,0046
Tabla N 4 Datos obtenidos para el ventilador centrfugo
funcionando con 2200 RPM
ClculosEn primer lugar, se tuvo que hallar la velocidad media en
el ducto. Con esta velocidad de halla el caudal. Se usaron las
siguientes frmulas: (6)Donde: Cmedio: Velocidad media en el ducto
[m/s] K: constante de correccin (Ver tabla N1) Cmax: Velocidad
mxima [m/s]
(7)Donde: 3 Q: Caudal [m /s] 2 A: rea del ducto [m ]
# 1 2 3 4 5
H m aire
Q 3 m /s
BHP W
Paerodinamica W
Eficiencia (%)
8,58 8,79 9,87 11,60 21,74
0,5110 0,4851 0,4897 0,4459 0,3798
144,94 165,64 170,82 170,82 170,82
50,54 49,19 55,76 59,65 95,21
34,87 29,69 32,64 34,92 55,73
Tabla N 5 Resultados obtenidos a 1400 RPM
# 1 2 3 4 5
H m aire
Q 3 m /s
BHP W
Paerodinamica W
Eficiencia (%)
13,54 13,54 14,19 18,94 34,69
0,6578 0,6197 0,6074 0,6160 0,5469
292,84 286,18 292,84 292,84 292,84
102,71 96,77 99,37 134,52 218,75
35,07 33,81 33,93 45,94 74,70
Tabla N 6 Resultados obtenidos a 1800 RPM
# 1 2 3 4 5
H m aire
Q 3 m /s
BHP W
Paerodinamica W
Eficiencia (%)
19,59 20,45 21,53 28,22 55,20
0,8695 0,8536 0,7744 0,6991 0,5256
488,06 488,06 488,06 488,06 496,19
196,35 201,26 192,21 227,47 334,51
40,23 41,24 39,38 46,61 67,42
Tabla N 7 Resultados obtenidos a 2200 RPM
Altura vs Caudal para el Ventilador CentrfugoAltura (H) [m aire]
60.0 Eficiencia [%]100% 90%
50.0
80% 70% 60%
40.0
30.0
50%40%
20.0
30% 20% 10%
10.0
0.0
0%
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60
0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 Altura a 1400 RPM
Eficiencia a 1400 RPM
Caudal (Q) [m3/s]Altura a 1800 RPM Efiencia a 1800 RPM
Altura a 2200 RPM Eficiencia a 2200 RPM
Altura vs Caudal para el Ventilador CentrfugoAltura (H) [m aire]
60.0 Potencia [W]800 700
50.0600
40.0500
30.0
400 300
20.0200
10.0100
0.0
0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60
0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 Altura a 1400 RPM
P aerodinamica a 1400 RPM Altura a 1800 RPM
Caudal (Q) [m3/s]
Altura a 2200 RPM P aerodinamica a 2200 RPM
P aerodinamica a 1800 RPM
OBSERVACIONESEl motor elctrico comienza a traquetear a partir de
las 2000 RPM. No se tomo los datos del ventilador centrifugo a
Q=0.
CONCLUSIONESSe comprueba la tendencia de las curvas
caractersticas del ventilador centrfugo. A mayor RPM, se tendr una
eficiencia ms alta. Se obtiene grficas correspondientes a las
turbomquinas centrfugas. Las eficiencias mximas (mtodo grfico) para
los ensayos son: Ventilador centrfugo a 1400 RPM: 50% Ventilador
centrfugo a 1800 RPM: 68% Ventilador centrfugo a 2200 RPM: 60%
RECOMENDACIONESUsar un manmetro digital para el clculo de las
presiones dinmicas.
BIBLIOGRAFIA Apuntes de clases. ARGELLES, Katia; PARRONDO, Jorge
y FERNANDEZ, Jess (2006) PRACTICAS DE MECANICA DE FLUIDOS EN LA
UNIVERSIDAD TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS. Oviedo, Espaa:
Universidad de Oviedo. Turbina y Bomba. En el Diccionario de la
lengua espaola. Fuente electrnica [en lnea]. Madrid, Espaa: Real
Academia Espaola. CURVAS CARACTERISTICAS DE UN VENTILADOR
CENTRFUGO. Oviedo, Espaa: Universidad de Oviedo.