Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA LABORATORIO DE INGENIERIA MECÁNICA MN464 “C” VENTILADOR CENTRIFUGO INTEGRANTES: Alfaro Yalico, Ramón 20022511B Egoavil Ñañez, Juan Carlos 20010087F Flores Salas, Luis 20011031D Goyburo Peña, Daniel 20022567H Torrejón Chaupis, Junior 20021116B PROFESOR: ING. Paez UNI-FIM 2007 II 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
LABORATORIO DE INGENIERIA MECÁNICA MN464 “C”
VENTILADOR CENTRIFUGO
INTEGRANTES: Alfaro Yalico, Ramón 20022511B
Egoavil Ñañez, Juan Carlos 20010087F
Flores Salas, Luis 20011031D
Goyburo Peña, Daniel 20022567H
Torrejón Chaupis, Junior 20021116B
PROFESOR: ING. Paez
2007 - II
UNI-FIM 2007 II 1
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
ENSAYO EN UN VENTILADOR CENTRÍFUGO
1. OBJETIVO:
- Estudio experimental del comportamiento de un ventilador centrifugo mediante la
determinación de sus curvas características a diferentes condiciones de operación.
- Entre las condiciones más resaltantes tenemos la operación del ventilador con
diferentes tipos de rotor.
2. FUNDAMENTO TEORICO:
EL ventilador es una bomba de aire, puede ser axial o radial según sea la dirección que
sigue el fluido en su recorrido por el rotor. El ventilador eleva la presión del aire dentro del
rango de 0 – 1000 mm de columna de agua. Los turbosopladores elevan la presión del aire
dentro de una relación de presiones PII/PI comprendida entre 1.1 y 3. Los turbocompresores
elevan la presión en una relación de presiones desde 3 a 10.
A pesar de que el aire es un fluido altamente compresible, dado el hecho de que ventilador
eleva relativamente poca la presión del aire, esta se puede considerar incompresible. Esto
sucede mientras la variación de la densidad, no exceda el 7%. Debido a esto el cálculo y
diseño de un ventilador se simplifica y se le clasifica dentro de las turbomaquinas
hidráulicas. Los ventiladores radiales, llamados también centrífugos, son utilizados cuando
el flujo de aire requerido es relativamente bajo comparado a la altura de presión 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 presión un ventilador es más eficiente
que otro. Esto se refleja en la cifra llamada número especifico de revoluciones de caudal
Nq. El rango dentro del cual un ventilador axial es más eficiente que uno radial es de 80 –
600, y los radiales Nq esta entre 20 – 80. En el sistema métrico
donde:
N = RPM. Q = m3/s. H = m.
Los ventiladores axiales tienen su aplicación en quemadores y cámaras de combustión,
ventilación, tiro forzado en calderas, torres de enfriamiento, proceso de secado, etc.
UNI-FIM 2007 II 2
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
Los ventiladores radiales o centrífugos tienen su aplicación en transporte neumático,
quemadores y cámaras de combustión, ventilación, tiro forzado y tiro inducido en calderas,
colectores de polvo, proceso de secado, chimeneas, aire acondicionado, etc.
1. Espiral.
2. Rotor.
3. Alabe.
Ensayo de un ventilador:
Un resiente estudio de los códigos para ensayo de ventiladores dio por resultado que había
65 métodos distintos. Estos métodos provienen de los códigos de uso en 10 países, que son
los mayores constructores y exportadores de ventiladores industriales. En general los
códigos difieren en la posición de los ductos de aire a los cuales va a ser conectado el
ventilador para el ensayo, en las medidas a ser tomadas, en los cálculos a ser realizados a
partir de estos datos y aun en la determinación de las cantidades a ser analizadas a partir
del ensayo.
Las diferencias no son insignificantes. Para un mismo ventilador ensayado por diferentes
métodos, se pueden observar discrepancias en su comportamiento y, eficiencia del orden
del 5% y aun 10%. Sin embargo no siempre se llega a estas diferencias. Para comparar el
funcionamiento de dos ventiladores se debe seguir el mismo método.
Se ha establecido que hay cuatro tipos de instalaciones:
TIPO A: instalación con entrada libre y salida libre.
TIPO B: instalación con entrada libre y ducto a la salida.
TIPO C: instalación con ducto a la entrada y salida libre
TIPO D: instalación con ducto tanto en la entrada como en la salida.
La medición de la presión a la salida del ventilador en el ducto de salida presenta
dificultades debido al remolino y a la distribución no uniforme de la velocidad a la salida
de la espiral.
Esto implica un exceso de energía cinética que a lo largo del ducto es parcialmente
disipada y parcialmente convertida en presión.
UNI-FIM 2007 II 3
Esquema de un ventilador centrifugo
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
Si bien la distribución no uniforme de velocidades puede amenguarse, en el ducto, este no
es el caso del remolino. Para esto se utiliza un alineador de flujo, el cual a su vez es una
fuente de error.
Este no es el caso de los ventiladores de alta eficiencia (alabes aerodinámicos) en los
cuales el flujo a la salida de la espiral es razonablemente uniforme y paralelo; al menos en
las vecindades de la presión de diseño.
En cuanto de la precisión en la medida de la presión, así como en la del caudal, se
considera muy buena dentro del 2%.
En un ensayo de un ventilador se debe medir y calcular la presión total, la presión estática,
potencia al eje, eficiencia total, volumen de aire (caudal) y las RPM del ventilador con el
objeto de conocer si el ventilador va a satisfacer los requerimientos del sistema al cual va a
ser instaladazo.
Por presión total del ventilador se entiende a la diferencia entre la presión total a la salida y
a la entrada del ventilador.
La presión estática de un ventilador es la presión total del ventilador menos la presión de
velocidad del ventilador.
Presión de velocidad del ventilador es la velocidad promedio a la salida del ventilador
(calculada dividiendo el caudal entre la boca de salida del ventilador).
El esquema de la instalación con ducto a la entrada y ducto a la salida (TIPO D):
Esquema de la instalación del laboratorio de maquinas térmicas
UNI-FIM 2007 II 4
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
4. COMPONENTES DE LA INSTALACION:
1. Ventilador Centrífugo: De alabes curvados hacia atrás (2<90º).
2. Ducto del Sistema: Cilíndrico de 12”=304.8m de diámetro. Las tuberías están
unidas mediante bridas. El sistema está provisto de un cono de regulación de
caudal.
3. Motor Eléctrico:
Marca: US ELECTRIC MOTOR
Pot. Placa: 2HP
Voltaje: 230/460 v
Intensidad: 7.2/3.6 A
Velocidad: 1600rpm
Frecuencia: 60 Hz.
4. Equipo de cambio de velocidad: Permite cambiar las velocidades desde 450 hasta
4500rpm.
5. Un manómetro inclinado: Unidades de pulgadas de columna de agua.
6. Un manómetro diferencial: Unidades en pulgadas de columna de agua.
7. Dispositivo electrónico para medir las rpm del motor.
5. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO:
1. Marcar 10 posiciones distintas del cono regulador del caudal, para las cuales se
realizará la experiencia. Para obtener 10 condiciones de funcionamiento para cada
RPM.
2. Nivelar el micro manómetro diferencial y conectarlo al tubo de pitot.
3. Chequear que el indicador de variación de velocidad en el equipo de cambio de
velocidad, este al mínimo.
4. Nivelar la plataforma para que el medidor del torque reactivo del motor eléctrico
marque cero.
5. Sujetar la plataforma basculante para evitar el golpe producido por el par de
arranque al encender el motor.
6. Encender el motor y fijar una velocidad de trabajo.
7. Se coloca el cono en la primera posición marcado previamente.
8. Para cada posición del cono, tomar las siguientes datos:
UNI-FIM 2007 II 5
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
- Presión de velocidad, presión total, (en el tubo de pitot, leído en el micro
manómetro diferencial), el torque reactivo del eje del ventilador y las RPM a las
que gira el rotor.
9. Repetir lo mismo a partir de 7 para 4 RPM distintos.
10. Una vez realizada la experiencia, llevar la velocidad de rotación al mínimo, y
apagar el motor.
6. PROCEDIMIENTO DE CALCULO:
Calculo del caudal (Q):
En la sección de medición, donde esta instalado el tubo de pitot:
donde:
- Cmax = velocidad máxima de la sección.
- Dh = altura de presión dinámica: medida en el micro manómetro diferencial (m
de aire)
- a = peso especifico del agua.
- = peso especifico del aire.
donde:
- Cmedia = velocidad media en la sección.
- k = constante de corrección para obtener la velocidad media = 0.5 para flujo
laminar, 0.82 para flujo turbulento.
El aire generalmente trabaja en flujo turbulento, para comprobarlo se calcula el número
de reynold Re.
donde:
- Cm = velocidad media calculada tomando k = 0.82 (m/s)
- D = diámetro del ducto = 0.3048 m (12”)
- r = viscosidad cinemática. Calculada con al temperatura del aire.
UNI-FIM 2007 II 6
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
Este valor suele salir por encima de 40 000, que corresponde a flujo turbulento.
Luego:
Ejemplo:
A partir de los datos obtenidos de la experiencia:
- En el tacómetro RPM = 1803, F = 1.695 Lb=0.7688 Kg, b = 0.2540m.
- En el torquimetro T = .187 N-m.
- En el tubo de pitot en la parte central del ducto:
Altura de presión total = 0.43 plg de H2O.
Altura de presión de velocidad 0.302 plg de H2O.
Longitud del ducto entre los puntos 1 y 2. L = 7.925 m.
Calculo del peso específico:
Presión atmosférica P = 1.0034 x 104 kg/cm2
Temperatura ambiente T = 16ºC = 289 K
Calculo de caudal:
=
= = 9.138m/s
Luego:
Q = Cm x A = 0.667 m3/s
Calculo de la altura efectiva H:
A partir del esquema de la instalación mostrada anteriormente:
donde:
UNI-FIM 2007 II 7
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
- = altura de presión estática en la sección respectiva (m)
- C = velocidad media en la sección (m/s)
- Z2 – Z1 = diferencias de niveles entre las dos secciones, se considera 0.
- = Sumatoria de altura de pérdidas.
Reordenando la ecuación:
donde:
- = altura de presión total manométrica en la sección 2, expresada en m de
aire; ; Pe es la presión estática manométrica.
- hp1 = Perdidas por fricción en el ducto entre las secciones 1 y 2. Según ASHAE
recomienda usar:
donde:
- L = longitud del ducto entre 1 y 2 en m.
- D = diámetro del ducto en m.
- C = velocidad media en el ducto en m/s.
Esta formula anterior es valida cuando no hay alineador de flujo como es el caso de
nuestra instalación. Si existe alineador el flujo, la ASHAE recomienda:
En donde 4D se incluye por perdidas de alineador.
donde:
- hp2 = es la perdida por efecto de entrada del aire el ducto en m.
- C1 = La velocidad media en la sección 1 cm/s.
UNI-FIM 2007 II 8
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
- k = Coeficiente de perdida de entrada que para nuestro caso podemos tomar
entre 0.5 y 0.95. asumir igual a 0.8
Ejemplo:
Calculo de la altura efectiva H
Tomemos el dato manométrica para la parte central del ducto en la sección 2:
=0.43*0.0254 m H2O x 1000/1.2 119= 9.01 m aire
Altura de presión de velocidad en el centro del ducto de sección 2:
m de aire.
Altura de presión estática que es constante en toda la sección:
Altura de la presión total en la sección:
= 2.68 +4.256 = 6.936
(manométrica)
=
H = 6.936 + 2.5536 + 3.4048
H = 12.897 m.
Calculo de la potencia aerodinámica Pa:
A partir de la formula:
UNI-FIM 2007 II 9
Laboratorio de Ingeniería mecanica III MN 464 C
donde:
- Pa = Potencia aerodinámica en HP.
- a = peso especifico del aire calculado según temperatura ambiente y presión
atmosférica kgf/m3.
- Q = caudal (m3/s)
- H = altura efectiva en m de aire.
Ejemplo:
=
Potencia al eje del ventilador BHP
A partir de la formula:
donde:
- BHP = potencia al eje en HP.
- T = torque actuante sobre el eje del rotor m-kg/F.
- RPM = revoluciones por minuto del eje del ventilador y del rotor.