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Laboratorio N°1 - Ventilador Centrífugo
Laboratorio N°1 - Ventilador Centrífugo
Laboratorio N°1 - Ventilador Centrífugo
CENTRÍFUGO
Integrantes:
Alvarado Salas, Ángel Augusto 20170102C
Chavez Condori, Jose Humberto 20179001E
Cueva Olivos, Juan20130239H
Espinoza Conislla, Juan Carlos20164521H
INTRODUCCIÓN
Las turbomáquinas son máquinas de transferencia de energía que funcionan según el
principio de cambio del momento angular que experimenta un fluido a su paso por un elemento
mecánico giratorio llamado rotor.
Turbomáquinas hidráulicas son aquellas en las que el fluido que pasa a través de ellas no
experimenta un cambio sensible en su densidad. Entre estas turbomáquinas están las turbinas
hidráulicas: Francis, Pelton y Kaplan; la bomba centrífuga de agua y los ventiladores de aire.
El ventilador es una bomba de aire; puede ser axial o radial según sea la dirección que sigue el
flujo en su recorrido por el rotor.
El ventilador eleva la presión de aire dentro del rango de de columna de agua.
Los turbosopladores elevan la presión del aire dentro de una relación de presiones
comprendida entre 1.1 y 3.
Los turbocompresores elevan la presión en una relación de presiones desde 3 a 10.
pesar de que el aire es un fluido altamente compresible, dado el hecho de que el ventilador
A
eleva relativamente poco la presión del aire, éste se puede considerar incompresible. Esto sucede
mientras la variación de la densidad no exceda el , debido a esto el cálculo y diseño de un
ventilador se simplifica y se lo clasifica dentro de las turbomáquinas hidráulicas.
Los ventiladores axiales son utilizados cuando el flujo de aire requerido es relativamente
grande comparado a la altura de presión que va a proporcionar el ventilador.
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 específico o revoluciones de caudal . El rango dentro del cual un
ventilador axial es más eficiente que uno radial es de , y los radiales están entre .
En el sistema métrico:
Los ventiladores radiales o centrífugos tienen Los ventiladores axiales tienen su aplicación
su aplicación en: en:
Transporte neumático. Quemadores y cámaras de combustión.
Quemadores y cámaras de combustión. Ventilación.
Ventilación. Tiro forzado en calderas.
Tiro forzado y tiro inducido en calderas. Torres de enfriamiento.
Colectores de polvo. Procesos de secado, etc.
Procesos de secado.
Chimeneas.
Aire acondicionado, etc.
OBJETIVOS
Determinar el comportamiento (performance) de un
ventilador centrífugo a diferentes condiciones de
funcionamiento (diferentes RPM). Es decir, calcular
a RPM constante, diferentes valores de , potencia
aerodinámica y la potencia al eje.
TRIÁNGULO DE VELOCIDADES
Conociendo el caudal :
Del triángulo:
(Este valor suele ser igual a 0 en las condiciones de diseño del
ventilador).
FACTOR
DE RESBALAMIENTO:
Existen varias fórmulas teóricos experimentales de calcular . Este factor tiene que ver con la desviación
que experimenta el flujo a la salida del rotor como consecuencia del vértice relativo y la distribución no
uniforme de velocidades a la salida del rotor.
Una forma de calcular es:
Para calcular se sigue el siguiente procedimiento:
Donde:
TRABAJO
ESPECÍFICO ISENTRÓPICO
O ALTURA ESPECÍFICA : altura efectiva es el trabajo específico entregado
La
al aire asumiendo que el fluido ha seguido un
proceso isentrópico .
A partir de la ecuación de Maxwell:
La ecuación se convierte en:
Como el ventilador es una máquina hidráulica, el se
Aplicando la primera ley de la termodinámica asume constante de .
al volumen de control (ventilador): Integrando:
5) Sujetar la plataforma basculante para evitar el golpe 10) Una vez realizada la experiencia, llevar la velocidad de
producido por el par de arranque al encender el motor. rotación al mínimo y apagar el motor.
6) Encender el motor y fijar una velocidad de trabajo NOTA: Durante la experiencia se debe tomar la presión
(Ayudarse con el tacómetro para su medición). atmosférica, temperatura de bulbo seco y húmedo.
INSTRUMENTOS Y/O
EQUIPOS
UTILIZADOS
Sistema de ductos de Fe galvanizado
de
Ventilador acoplado a un motor de 2 HP. Fig. 5.3 – Tubo de Pitot.
1 Tubo de Pitot montado en el ducto.
1 manómetro inclinado marca Dwyer, Fig. 5.1 - Motor eléctrico.
Donde:
Donde:
aire generalmente trabaja en flujo turbulento, para comprobarlo se calcula el número de
El
Reynolds :
Donde:
Este valor suele salir por encima de 40000, que corresponde a flujo turbulento.
Luego:
CÁLCULO
DE LA ALTURA EFECTIVA :
A partir del esquema de la instalación mostrada anteriormente:
Donde:
Reordenando la ecuación:
Donde:
La
fórmula anterior es válida cuando no hay
alineador de flujo como es en el caso de nuestra
instalación. Si existe alineador de flujo la ASHAE
recomienda:
En donde se incluye por pérdidas en el alineador.
Donde:
Donde:
POTENCIA
AL EJE DEL VENTILADOR :
CÁLCULO
DE LA POTENCIA
AERODINÁMICA : A partir de la fórmula:
A partir de la fórmula:
Donde:
Donde:
Donde:
CÁLCULO
DE LAS CIFRAS :
Número específico de revoluciones de Cifra de caudal :
caudal :
Donde:
Donde:
Cifra de presión :
Donde:
RESULTADOS
Ejemplo
de cálculo para:
Cálculo del peso específico del aire:
A partir de la presión atmosférica:
Temperatura ambiente:
Cálculo del caudal:
Comprobando el número de Reynolds:
Luego:
Cálculo
de la altura efectiva :
Altura
de velocidad media en la sección 2:
A partir del esquema de la instalación mostrada
anteriormente:
Se tiene el dato de
Altura de presión total en la sección:
Altura de presión de velocidad en la sección 2:
Altura de presión estática que es CTE en toda la
sección:
Cálculo de la potencia aerodinámica : Cálculo de las cifras :
Número específico de revoluciones de
caudal :
Potencia al eje del ventilador :
Cifra de presión :
Cálculo de la eficiencia total : Cifra de caudal :
Para el resto de posiciones para la RPM de 1140 el procedimiento de cálculo es el
mismo:
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
Conclusiones
Se comprueba que el método utilizado para determinar las curvas características de un
ventilador centrífugo es el correcto, basándonos en que los resultados fueron próximos a
las especificaciones técnicas de los ventiladores centrífugos encontrados en el mercado.
Se observa que a medida que aumenta las RPM del ventilador, aumenta la potencia del
aire y el caudal.
También se observa que la tendencia de las curvas para cada tipo de velocidad del
ventilador, en general son ascendentes en función de la altura del ventilador.