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
LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA III
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
Tabla 2. Datos del ventilador a 1500RPM.
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
Tabla 3. Datos del ventilador a 1800RPM.
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
Tabla 5. Resultados a 1500 rpm.
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
Tabla 6. Resultados a 1800 rpm.
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
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Caudal (m3/s)
eficiencia (%)
LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA III
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