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8/17/2019 (533374442) MONOGRAFIAVENTILADORAXIAL-TURBOMAQUINAS
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIAMECANICA
MONOGRAFIA :Diseño de un
rotor radial CURSO :
Turbomáquinas I DOCENTE
:
INTEGRANT
ES :
SECCION
:
2010-II
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERIA
2
I ND I C E
C A P I TU L O 1 : DISEÑO DE UN VENTILADOR 3
C AP I TU L O2 : CALCULOS PARA UN RODETE AXIAL 18
A N EXOS :30
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C AP I TU L O1 :
Datos para el diseño:
Q = 0.8 m3/s aire
H=140 mm H2O
DISEÑO DE UN VENTILADOR
1. C AL CULO DE L A P O TENCI A DEL VENTILAD OR
La potencia al eje de na m!"ina #idr!lica est! dada por la si$iente %&rmla:
P = γ Q H 75η
Donde ' = 'otencia (H')
γ = 'eso espec*%ico (m3/+$)
Q = ,adal (m3/s)
H = -ltra (m)
η = %iciencia total del entilador
'ara #allar la potencia asmiremos na e%iciencia total pero tomando en centa larelaci&n si$iente:
nmn1n#=n
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amin5 para entiladores saemos "e n sele estar en el ran$o de alores 60.827
0.95 ; "e n# se encentra entre 60.
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3. NÚMERO ESPECÍFICO DE CAUDAL NQ! " CIFRA DE PRESION #!
,on el alor de elocidad encontrado podemos #allar el CBmero espec*%ico de
cadal:
n sistema mtrico:
N q=
N Q
H0.75 =
1720 0.8
116.670,75
= 43.33
-dem!s de ello:
C" 20 30 40 90
1.1 1.09 0.< 0.
Enton#es $ro#edemos a inter$olar%
43.33 − 40 =
40 − 50
ψ − 0.97 0.97 −0.9
ψ = 0.95
$. DISE ÑO DEL RODETE
'reiamente tendremos "e esco$er los !n$los de los alaes:
Ae sae "e:
β1 : 25° − 35°
β2
: 40° − 70°
Es#o&emos #on'enientemente%
β1= 30°
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β2= 60°
A(ora $asamos a #al#ular los diámetros D) * D+%,re'iamente sesabe%
ψ = 2 × g × H
2
V 2=
V 2=
2 × g × H
ψ
2 × 9.81×116.67
0.95
V 2 = 49.09m s
Ademas V =
π × D2× N
260
D = 60 × D
22
π × N D
2= 0.5453 m
De la rela#i-n si&uiente $ara rotores a.iales%
D1 ≥ 1.063× 3
ϕ............( I )
D2
Pero.
tg β1
ϕ = Q
π × D
2×V
42 2
ϕ = 0.8
π × 0.5453× 49.09
4
ϕ = 0.07
V 2
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Reem$la/amos en lae#ua#i-n 0I1%
D1 ≥ 0.526
D2
D1
≥ 0.526 × D2
D1= 28.68 cm
%. C AL CULO DEL NUM ERO DE AL A&ES
,ara #al#ular el n2mero de alabes utili/aremos la si&uiente rela#i-n%
z = k × 1 + ν
× Sen(β
1× β
2 ) .......( II )1 − ν 2
Ademas tomaremos #omo 'alor de an#(o
b3 +45mm
"abemos de los #ál#ulos
anteriores%
Ademas k : 8 −10
ν = D1 = 0.526 D
2
Enton#es tomamos k = 9Reem$la/ando en lae#ua#i-n 0II1% z = 20.488
z = 21
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'. T R I ÁN ( U L O D E VE L O C I D AD E S :
,alclo de las elocidades tan$enciales:
U = π × D
1× N
160
π × 0.2868 ×1720U
1=
60
U 1= 25.82 m
s
U = π × D
2× N
260
π ×
0.5453 ×1720
U 2 = 60
U 2= 49.109 m
s
,alclo de la elocidad meridiana
'or ser rotor radial : ,1=,m
-dem!s se sae " β1 = 30° ; β2 = 60°
De la $eometr*a del tri!n$lo:
C m= U
1× t g
(30°)
C m= 25.82 × t g (30°)
C m = 14.907m
s 6
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,alclamos la elocidad relatia:
W 1= C 2 + U 2
W 1= 14.907
2 + 25.822
W 1= 26.25 m
s
W = C
m2
sen(60°)
14.907
W 2 = sen(60°)
W 2= 17.213 m
s
). C ALCU L O D E L O S A NC* O S D E L I M P U L S O R :
,onsideramos perdidas por e%ecto del espesor del alae:
,alclamos el anc#o 1:
Q = (π × D2
− z × S 2
) × b2
× C m 2
b = Q
(π × D1− z × S
1 ) × C
m1
0.8b
1=
(π × 0.2868 − 21× 0.0025) ×14.907
b1= 6.32 cm
,alclamos el anc#o 2:
b2
= Q
(π × D2− z × S
2) ×
C m 2
0.8b
2=
(π × 0.5453 − 21× 0.0025) ×14.907
b2= 3.23 cm 7
m
1
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))
)=4>=
)54?>+
)?47+5
)64+)@
)745)
+8468+
++4875+>4>6@
+=4?6
+547@+
Como /3+) enton#es quedara de la si&uiente manera%
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DI S E Ñ O D E L A C A R C AS A D E L VE N T IL AD O R
"abemos que la e#ua#i-n &eneral de una es$iral es%
θ = 36 × k
× ∫ r
e b
×dr Q r i r
θ = 36 × k × b
× ∫ r
e 1
×dr Q r i r
θ = 36 × k × b × ln(
r e )
Q r i
Además de la e#ua#i-n de#audal% Q = π × b
2× D
2× Cm
3
K = r 2× Cu
2
log( rr)
Q = 21
× b
2 ×tg α131.7 b
3
Tenemos nalmente la e#ua#i-n de la es$iral matemáti#a que es ustamente laorma que tiene la#ar#asa de nuestro 'entilador #entru&o4
log(r
) = K ×θ2
K T
: Cons tan teorica )
r T
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θ : ngu!o que barre !a es"ira! +r : Re !acion de radio (tab!as)
2r
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)3
,ero trabaemos #on el , 0$ra#ti#o1 tendramos enton#es lo si&uiente%
Tomamos $ara #uando?8
#og ( r max ) = K ×θr 2
⇒ K P
#og ( r
max
)
= r 2
360
#og ( 2 ×
r m ax
)
K = D2 P360
Además
rMAHD+
+
J78
+ 378 +
) )4)+
84@) 846
847 )
Como + J78 ⇒ rMAHD+ 3 )En la e#ua#i-nori&inal%
! og(r
) = K ×θ2
! og( r
) = 0.000836 ×θr
2
P
r P
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A(ora tabulamos $ara dierentes án&ulos%
< r)5 +648?>8 +6467=5 +74@>?8 >84?@5 >)4578 >+4=+)85 >>4>@)+8 >=4>5)>5 >54>?
)58 >?4>7)?5 >@4=?)68 >645?)75 >74?6+)8 =8465++5 =+48=+=8 =>4+6+55 ==45=+@8 =5465+65 =@4)7
>88 =645@>)5 58>>8 5)4=?>=5 5+47@>?8 5=45+
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DIMENSIONES DE LA SALIDA DE LA CARCASA
Como tenemos una se$ara#i-n de +@4+55#mentre el radio má.imo de #ar#asa * radio delrotor
,or lotanto%
Considera#iones a tomar%
Con estas #onsidera#iones tomaremos% T U R B M A !
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C A PI T ULO2:
CALCULOS PARA UN RODETE AXIAL
l rotor asi$nado a nestro $rpo es sado en los entiladores centr*%$os5tamin denominados entiladores radiales5 son el tipo m!s #aital de entilador "e se emplea en la actalidad. As principios operatios5 an"e sonrelatiamente simples5 #an eolcionado a lo lar$o de los años #asta desemocar en m!"inas con na eleada e%iciencia aerodin!mica ; na potencia importante.
l entilador centr*%$o consiste en n rotor encerrado en na enolente de%orma espiralE el aire5 "e entra a tras del ojo del rotor paralelo a la %lec#a delentilador5 es sccionado por el rotor ; arrojado contra la enolente se descar$apor la salida en !n$lo recto a la %lec#a. n nestro rotor los Alabes de salidaradial, +2 = 90º
.
7 iene !laesE se emplean para implsar aire o $ases scios aeleada temperatra5 $racias a la %acilidad con"e son eliminados los dep&sitoss&lidos por la %er@a centr*%$a. - continaci&n se mestra el es"ema de el rotor radial de alaes rectos.
)F,-/ 1.E ,-/ 45 6745/ 696-/ 96;
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7
Figura 2 E! "a #igura $% &'$%r(a %" )ria!gu"& *% (%"&+i*a*%$ a "a $a"i*a *%" a"a'% , "a (i$)a*% %r#i" *%" r&*%)%
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C/=4
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+)
CALCULOS " RESULTADOS DEL ROTEDECENTRÍFU(O RECTO
D-OA GO?I,OA DL ?OO?
D2 23 cmD1 9.< cm72 3.429 cm71 2 cm5 0.2 cm> +2 0J
D-OA D 'L-,- D L- -QKIC- L,?I,-
'OC,I-: 1 7 0.9 H'
C: 3900 1
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N ? 1800 /@;5 MaceptaleN ;a "e se encentra dentro del ran$o 63900 1
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+3
Aaemos "e:
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. . . (9)
Donde:
: Diametro eterior del rotor.
: -nc#o en el etremo sperior del alae.
: elosidad meridiana de salida del rotor.
: ,oe%iciente de espesor.
: %iciencia olmetrica.
'ara nestro calclo consideraremos "e = 15 es decir "e todo el aire "e
in$resa es el "e sale.
Aaemos "e:
?eempla@ando alores:
La con%i$raci&n de este rotor #ace "e = 0P.
n este caso: = . ?eempla@ando alores en la ecaci&n (9) T U R B M A !
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258959 ;
-#ora nos %alta calclar la altra de rodete5 con la a;da de la %ormla:
. . . (
-
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+5
. . . (11)
l alor de + se #alla con la si$iente ecaci&n:
. . . (12)
?eempla@ando alores en la ecaci&n (12) otenemos:
De donde ? E reempla@amos en la ecaci&n (11)
? 022%31')1
Cos damos centa "e este alor es m; pr&imo ( =0.292) al "e esta en lascras caracter*sticas para entiladores del liro Somas ,entri%$as ;
trocompresores de ,arl '%leiderer pa$ina 191 para el caso del aire con n
!n$lo 2 = 0J ; = 1.29 (con el "e iniciamos #acer los calclos)5
reempla@ando en la ecaci&n (10).
? 081'11%%3
-#ora reempla@ando en la ecaci&n (4) tenemos:
44.9
-
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? 0.81%B3%B
-#ora calclaremos la potencia del entilador:
. . . (14)
?eempla@ando los alores en (13).
P ? 0.03%8)))3% *P
Rinalmente calclaremos el $rado de reacci&n con el so de la %ormla:
. . . (1)
eniendo presente "e en la @ona de aja presi&n el e%ecto de &rtice se
desprecia5 por lo "e la epresi&n para Q1 es !lida en la i$aldad anterior.
-dem!s por la $eometr*a del rotor ; los alaes saemos "e ,m1 = T1.
-#ora "e tenemos todos los alores del rotor podemos oserar la ariaci&n del
$rado de reacci&n (ecaci&n (1))5 cadal (Q)(ecaci&n (4))5 ,m15,m2 (amos de la
ecaci&n (9)) en %nci&n del C" c;os alores #an sido considerados para todo el
ran$o para el caso de entiladores centr*%$os5 recalcando "e el alor de de C es
constante e i$al a 1800 rpm otenida de la ecaci&n (3) estas ariaciones se
aprecian en la si$iente tala:
Nq !0m>Hs1 Cm) 3 Cm+3+0mH + +) + R
+8 8O8+8+++ 5O?=?=+?+ 8O6>87+)) >)O)7)?77 8O=?=?>@6
+) 8O8+++7=7 ?O++5)6=7 8O7)?8785 >@O7)>@8? 8O=5@8)@8++ 8O8+==?66 ?O6>+)@56 )O885=)=5 =5O??@@?@ 8O==6++?+
+> 8O8+?@=>6 @O=?@>76@ )O87667>+ 5=O55==@6 8O=>6)5)>
+= 8O8+7))77 6O)>865>6 )O)7?5+?= ?=O?@7)8 8O=+??@>8
+5 8O8>)57@) 6O6++5=)8 )O+76>)=+ @?O)5)?)) 8O=)>????
+? 8O8>=)@55 7O5=+=?8= )O=8=+5?@ 67O86??)= 8O>7788+)
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2 2ala 1. alores talados para Q5 ,m1 5,m2 5 U2 7U1 ; ? .
De la tala 1. Oseramos "e el ma;or $rado de reacci&n se da para C " =
20. Oteniendo para este alor:
R ? 0$'$'3)8%
Q ? 00202222 ;3
4
N U+0mHs1 U)0mHs1 Pu0m1 PR0m1 n
)@+8 +8O@)>5? 5O)>>>? +@O>>5)8 >>O58)5= 8O6)57>5
)688 +)O?@?76 5O>@+)+> +7O7>@8= >?O?78=> 8O6)57>5
)668 ++O?=8=) 5O?)866= >+O?5@+5 =8O8+=+6 8O6)57>5
)7?8 +>O?8>6> 5O6=7?=5 >5O=75@+ =>O58>86 8O6)57>5
+@ 8O8>?65=7 )8O+78?)) )O5)=>5>@ )8>O?8>=+ 8O>6+5==>+6 8O8>7?>55 ))O8??775 )O?+6?85= ))7O6+?8> 8O>?=)5+@
+7 8O8=+5)@) ))O6@)?)) )O@=@8)) )>@O66>)8 8O>=>?6)>
>8 8O8=5=777 )+O@8==57 )O6?75@+5 )5@O78@76 8O>+87@78>) 8O8=656>6 )>O5?55>7 )O77?+668 )68O8>6?6 8O+75667
>+ 8O85)@?66 )=O=5=65) +O)+@)56) +8=O=)@7+ 8O+?6+585
>> 8O85585=7 )5O>@+>75 +O+?+)6+ +>)O)7>8@ 8O+>@675=
>= 8O856==+) )?O>)6)@ +O=8)>?+ +?8O5)?)7 8O+8=?5)@
>5 8O8?)7>8= )@O+7+)68 +O5==?757 +7+O5==8+ 8O)?6>=)?
>? 8O8?55)77 )6O+7==+) +O?7+)6== >+@O=>@76 8O)+6@6+
>@ 8O8?7+)8= )7O>+=67 +O6=>6+@ >?5O>?=)@ 8O865@65)
>6 8O8@>88+) +8O>6>576 +O777?+5> =8?O=7>>5 8O8>7)5?
>7 8O8@?67=7 +)O=@85> >O)575@@? =5)O88876 =8 8O868666 ++O565@85 >O>+>?6=5 =77O8?@)7
=) 8O86=76>@ +>O@+7)8? >O=7)7=?8 558O6@?68
=+ 8O867)@7 +=O788@>7 >O??=>?++ ?8?O?)7+7
=> 8O87>=@@) +?O)88?85 >O6=87>+7 ???O=666=
== 8O87@6@5= +@O>+6@8> =O8+)?56> @>8O?6=+6
=5 8O)8+>@=6 +6O5658>> =O+8?5>6+ @77O=87)5
=? 8O)8?7@5= +7O6?7575 =O>755@+6 6@+O6@)?
=@ 8O)))?@@ >)O)6+>67 =O566@?+ 75)O+6=?5
=6 8O))?=@76 >+O5+>=)5 =O@6?)85@ )8>=O6?5@
=7 8O)+)>6>@ >>O67+?@> =O76@?8=) ))+>O6>@) 58 8O)+?>66@ >5O+78)?= 5O)7>+5@) )+)6O=+5@
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+8
+8=8 +=O5?@+5 ?O866=8? >6O=5+=@ =@O)+?6+ 8O6)57>5
+)+8 +5O5>8?@ ?O>+@)? =)O5+@=6 58O6755+ 8O6)57>5
++88 +?O=7=8 ?O5?57+6 ==O@+8@@ 5=O687) 8O6)57>5
++68 +@O=5@5) ?O68=?67 =6O8>+>+ 56O6?@@? 8O6)57>5+>?8 +6O=+87= @O8=>=58 5)O=?+)5 ?>O8@)>) 8O6)57>5
+==8 +7O>6=>? @O+6++)) 55O8)8+ ?@O=)76) 8O6)57>5
+5+8 >8O>=@@ @O5+87@+ 56O?@??8 @)O7)>+5 8O6)57>5ala 2. alores talados para C5 K25 K1 5H ; H? donde n = cte =8O6)57>57)
De la tala 2 podemos oserar "e al ariar el alor de C la e%iciencia n no
ar*a ;a "e 5 con n alor de E
5 ; como podemos darnos centa tanto HK como H?
dependen de C2
; calclar la e%iciencia se diiden ; se cancelan es por eso "e
no importa el alor de C para el calclo de la e%iciencia5 en este caso solo
depende de la $eometr*a del rotor.
Ain emar$o tamin podemos otener el alor de la ci%ra de cadal(V)
. . . (1
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RESUMEN
n resmen #emos otenido para este rotor los si$ientespar!metros:
O&SERVACIONES
'ara todo el c!lclo e%ectado se to "e asmir alores como: 5 C(nmero de polos) ; C" para
la otenci&n de los resltados mostrados. stos alores %eron asmidos estando dentro del ran$oestalecido de cada no de ellos.
l alor de 5 se oto del aneo (manal ,'A7)5 donde esta los alores de
talados en relaci&n con la temperatra
CONCLUSIONES
Le$o de reali@ar el c!lclo de los par!metros oseramos "e la ci%ra de presi&n (W = 1.29) est!
dentro del ran$o (1.2 1.9)5 se oto n cadal de m3/s5 na potencia de
0.0398
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ANEXO
L64 @/,=,@54 =/,95/,64 @/ 55==,G 59/5 59,
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7 l nBmero de los !laes directrices %ijos no dee ser i$al ni mBltiplo del de los!laes m&iles7 La corona di%sora sin !laes prodce menos rido "e la corona de !laesdirectrices7 Las iraciones %or@adas de la carcasa ; de los condctos de admisi&n ; escapepeden ser ori$en de ridosde $ran intensidad5 sore todo en condiciones deresonancia7 l dese"ilirio est!tico ; din!mico del motor5 ; la mala alineaci&n de loscojinetes7 l motor de accionamiento ; los cojinetes de olas5 a ajo nJ dereolciones5 son casa de rido5 por lo "etili@ando cojinetes desli@antes se pede eliminar la casa7 -l disminir el rendimiento del entilador para n mismo nJ de rpm amenta laintensidad del rido.
:R5
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7 Los alores medidos de Q ; de Yptot se selen redcir a condiciones normalesoa las standard. n
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n ensa;o ien #ec#o siempre #a; "e especi%icar a " condiciones normalesse re%iere el ensa;o5 o almenos a " presi&n aromtrica ; a " temperatra amiente se #a reali@ado.7 n n $ran nBmero de aplicaciones interesa m!s la presi&n est!tica delentilador "e la presi&ntotalE en n entilador con n sistema di%sor e%iciente la presi&n din!mica es m;pe"eña ; la Ypest seacerca mc#o a la Yptot.n la Ri$ I.8 se #an tra@ado las cras caracter*sticas de catro tipos distintosde entiladores5 epresandotodas las ariales en [ del alor nominal o de diseño5 a %in de podercomparar m!s %!cilmentelos distintos tipos5 oser!ndose "e5a) La potencia de accionamiento Ca en los entiladores de !laes crados#acia adelante5 Ri$ I.8a5
amenta constantemente con el cadal (caracter*stica de potencia consorecar$a)E mientras "e en losentiladores con !laes crados #acia atr!s ; en los entiladores aiales lapotencia no spera5 Ri$I.8.d5 o solo li$eramente (en n 10[ aproimadamente en la Ri$ I.8c5 el alor en el pnto nominal o dediseño. La sorecar$a se re%iere al motor de accionamiento "e en la Ri$I.8a deer! tener na reserade potencia5 inclso #asta el 100[ de la potencia de accionamiento5 si sepre "e la resistencia de lared en al$Bn caso pdiera disminir ecesiamente.
La cra caracter*stica de potencia de los entiladores de salida radial Ri$ I.85presenta caracter*sticasintermedias entre las de los entiladores con !laes crados #acia adelante ;#acia atr!s5como era de esperar. La potencia asorida en el arran"e es m*nima en losentiladores centr*%$os Ri$I.8a..c ; m!ima o casi m!ima en los entiladores aiales Ri$ I.8d.Ri$
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Ri$ I.8.7 ,ras caracter*sticas t*picas de entilador5 a) ,on !laes crados#acia adelanteE
) ,on !laes de salida radialE c) ,on !laes crados #acia atr!sE d) ,on !laesaiales.
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cras caracterisiticas
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