UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
MONOGRAFIA N°1
PREDICCION DE LOS DATOS DE DISEÑO DE UN VENTILADOR
CENTRÍFUGO
DOCENTE A CARGO: ING. HERNAN PINTO ESPINOZA
TURBOMAQUINAS 1 – MN232
UNIDAD EJECUTORA: GRUPO 1
FECHA DE REALIZACIÓN: 22 DE OCTUBRE DE 2013.
FECHA DE ENTREGA: 14 DE NOVIEMBRE DE 2013
CHINGUEL BARRIOS ALEJANDRO
CHANCATUMA HUAMAN JESUS
HUARANCCA SANCHEZ WILSON
LUNA GOIN AGAPITO ERMIS
2
RESUMEN TECNICO
Las actividades del reconocimiento del ventilador centrífugo fueron llevadas a cabo en
el Laboratorio N°05 de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional
de Ingeniería, en fecha 22 de Octubre del 2013; en el horario de 10 am a 12 pm, bajo la
supervisión del Ing. Hernán Pinto Espinoza.
La unidad procedió con la verificación de la velocidad de rotación del motor del
ventilador, mediante la medición de las rpm del eje del motor, realizadas por un
tacómetro; como el acoplamiento del motor era directo, la velocidad de rotación de
operación registrada fue de 1770 rpm, siendo la nominal 1800 rpm.
Una vez verificada las rpm de operación, la unidad procedió al desarmado de la carcasa
del ventilador, retirando dicha carcasa y el motor acoplado; pudiéndose observar
directamente el rodete del ventilador, del cual se empezaron a realizar las mediciones
de: ángulo de diseño, ancho efectivo, diámetros exterior e interior, número de álabes y
espesor de los álabes del rodete. Además, se verificó que la potencia del motor era de
60 watts. Luego se volvió a armar dicho ventilador, verificándose su óptima operación
después del armado para así volverlo a guardarlo en el almacén.
Tomados estos datos, se comenzó con la predicción de los datos de diseño de un
ventilador, utilizando los procedimientos analíticos correspondientes, obteniéndose
principalmente un caudal de 0.16576 m3/seg y una altura efectiva de 22.5989 m de aire.
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INDICE
INTRODUCCION
MARCO TEORICO
1. Ventilación
2. Ventilador
3. Ventilador centrifugo
4. Curvas características de un ventilador
PROCEDIMIENTO
1. Equipos a utilizar
2. Datos obtenidos
3. Cálculo analítico
3.1 Triangulo de velocidades
3.2 Caudal
3.3 Altura efectiva
3.4 Potencia nominal del motor
3.5 Calculo de 𝛼1
3.6 Calculo de 𝛼2
4. Cálculos adicionales
4.1 Cifras características
4.2 Números específicos
4.3 Grado de reacción
RESULTADOS Y DISCUSION
1. Tabla de resultados
CONCLUSIONES
OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
A. Armado y desarmado de un ventilador centrífugo
B. Plano del rodete del ventilador centrífugo
C. Clasificación de los ventiladores
D. Curvas características de un ventilador
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INTRODUCCION
En el desarrollo del curso de Turbomáquinas 1, estudiamos los ventiladores centrífugos
debido a que, estas turbomáquinas juegan un rol muy importante en la industria
peruana, ya sea visto desde el sector minero y sector de producción; donde los
ventiladores se utilizan para producir corrientes de aire que se manipulan para
neutralizar y eliminar la presencia de calor, polvo, humo, gases, condensaciones, olores,
etc., también se los ocupa en secadores, torres de enfriamiento, ayuda a la combustión
en hornos, transportación, o ventilación en los lugares de trabajo, que puedan resultar
nocivos para la salud de los trabajadores. Hasta en centros comerciales, instituciones
públicas o en nuestros propios hogares, donde los ventiladores son aprovechados para
el confort de las personas que transitan a diario; los ventiladores centrífugos, son
turbomáquinas a las cuales el ciudadano común ya está familiarizado.
Los objetivos la presente monografía son analizar en forma experimental y analítica,
tomando los datos de diseño del rodete de un ventilador cualquiera, la predicción de los
datos de diseño de un ventilador centrifugo, siendo éstos el caudal y la altura efectiva a
la cual fueron diseñados por el fabricante.
Esperamos que la presente monografía sea de su agrado y sirva como un documento
de referencia académica para la formación de los estudiantes de la Facultad de
Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería.
LOS AUTORES
MARCO TEORICO
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1. VENTILACIÓN
La ventilación puede definirse como la técnica de sustituir el aire ambiente interior de un
recinto, el cual se considera indeseable por falta de temperatura adecuada, pureza o
humedad, por otro que aporta una mejora. Esto es logrado mediante un sistema de
inyección de aire y otro de extracción, provocando a su paso un barrido o flujo de aire
constante, el cual se llevará todas las partículas contaminadas o no deseadas.
Entre las funciones básicas para los seres vivos, humanos o animales, la ventilación
provee de oxígeno para su respiración. También puede proporcionar condiciones de
confort afectando la temperatura del aire, la velocidad, la renovación, la humedad y/o la
dilución de olores indeseables. Entre las funciones básicas para las máquinas,
instalaciones o procesos industriales, la ventilación permite controlar el calor, la
transportación neumática de productos, la toxicidad del aire o el riesgo potencial de
explosión.
2. VENTILADOR
Un ventilador es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se
puede definir también como una turbomáquina que transmite energía para generar la
presión necesaria para mantener un flujo continuo de aire.
Dentro de una clasificación general de máquinas, los ventiladores son turbomáquinas
hidráulicas, tipo generador, para gases.
Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente eléctrico,
con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulación de velocidad,
conmutación de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le
transmite energía. Este propulsor adopta la forma de rodete con álabes, en el caso del
tipo centrífugo, o de una hélice con palas de silueta y en número diverso, en el caso de
los axiales.
El conjunto, o por lo menos el rodete o la hélice, van envueltos por una caja con paredes
de cierre en forma de espiral para los centrífugos y por un marco plano o una envoltura
tubular en los axiales. La envolvente tubular puede llevar una reja radial de álabes fijos
6
a la entrada o salida de la hélice, llamada directriz, que guía el aire, para aumentar la
presión y el rendimiento del aparato.
3. VENTILADORES CENTRÍFUGOS
En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del
rodete a la entrada y 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 básicos de rodetes:
Álabes curvados hacia adelante,
Álabes rectos,
Álabes inclinados hacia atrás / curvados hacia atrás.
En la figura puede observarse la disposición de los álabes:
FIGURA 1. Ventiladores centrífugos de alabes (a) curvados hacia adelante, (b)
radiales y (c) curvados hacia atrás
Los ventiladores de álabes curvados hacia adelante (también se llaman de jaula de
ardilla) tienen una hélice o rodete con álabes curvadas en el mismo sentido del giro.
Estos ventiladores necesitan poco espacio, poseen baja velocidad periférica y son
silenciosos. Se utilizan cuando la presión estática necesaria es de baja a media, tal
como la que se encuentran en los sistemas de calefacción, aire acondicionado o
renovación de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire
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polvoriento, ya que las partículas se adhieren a los pequeños álabes curvados y pueden
provocar el desequilibrado del rodete.
Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Además,
como su característica de potencia absorbida crece rápidamente con el caudal, ha de
tenerse mucho cuidado con el cálculo de la presión necesaria en la instalación para no
sobrecargarlo. En general, son bastante inestables funcionando en paralelo, vista su
característica caudal-presión. En la figura pueden observarse las partes mencionadas.
FIGURA 2. Ventiladores centrífugos con alabes curvados
Los ventiladores centrífugos radiales tienen el rodete con los álabes dispuestos en forma
radial. La carcasa está diseñada de forma que a la entrada y a la salida se alcancen
velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseños de
rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta
resistencia a impacto". La disposición radial de los álabes evita la acumulación de
materiales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comúnmente utilizado en las
instalaciones de extracción localizada en las que el aire contaminado con partículas
debe circular a través del ventilador. En este tipo de ventiladores la velocidad periférica
es media y se utiliza en muchos sistemas de extracción localizada.
Los ventiladores centrífugos de álabes curvados hacia atrás tienen un rodete con los
álabes inclinados en sentido contrario al de rotación. Este tipo de ventilador es el de
mayor velocidad periférica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo
y una característica de consumo de energía del tipo "no sobrecargable".
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En un ventilador "no sobrecargable", el consumo máximo de energía se produce en un
punto próximo al de rendimiento óptimo de forma que cualquier cambio a partir de este
punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultará en un consumo de
energía menor. La forma de los álabes condiciona la acumulación de materiales sobre
ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a
continuación:
Álabes de espesor uniforme
Los álabes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o húmedo. No
debe emplearse con aire conteniendo materiales sólidos ya que tienen tendencia
a acumularse en la parte posterior de los alabes.
Los álabes de ala portante
Permiten mayores rendimientos y una operación más silenciosa. Los álabes
huecos se erosionan rápidamente y se pueden llenar de líquido si la humedad
es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire
limpio.
4. CURVA CARACTERTISTICA DE UN VENTILADOR
El ensayo de ventiladores tiene por objeto determinar la capacidad del aparato para
transferir la potencia al aire que mueve. El ventilador se hace funcionar a un régimen de
giro constante, tomando valores de diferentes caudales movidos, según sea la pérdida
de carga que debe vencerse. La curva característica de un ventilador se obtiene
dibujando en unos ejes de coordenadas los distintos valores caudal-presión, obtenidos
mediante ensayo en un laboratorio.
9
PROCEDIMIENTO
1. EQUIPOS A UTILIZAR
1) Ventilador centrífugo
2) Tacómetro y regla
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2. DATOS OBTENIDOS
Diámetro exterior: 𝐷2 = 190 𝑚𝑚
Diámetro interior: 𝐷1 = 160 𝑚𝑚
𝛽1 = 90°
𝛽2 = 160°
Ancho de la entrada y salida: 𝑏 = 77 𝑚𝑚
Espesor de los alabes: 𝑒 = 1 𝑚𝑚
Número de alabes: 𝑧 = 48
Velocidad de operación: 𝑁 = 1770 𝑟𝑝𝑚
Potencia de placa del motor: 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = 60 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠
3. CALCULO ANALITICO
Antes de proceder a calcular, asumiremos lo siguiente:
Eficiencia volumétrica: 𝜂𝑉 = 95%
Eficiencia mecánica: 𝜂𝑀 = 98%
Eficiencia total: 𝜂 = 75%
Eficiencia hidráulica: 𝜂𝐻 = 77.36% (calculado)
Eficiencia del grupo (motor – acoplamiento – ventilador: 𝜂𝐺𝑅𝑈𝑃𝑂 = 98%
3.1. Construimos los triángulos de velocidades:
11
Del triángulo de velocidades:
𝐶𝑢1 = 𝑢1 … (1)
𝐶𝑢2 = 𝑢2 +𝐶𝑚2
tan (180 − 𝛽2) … (1)
Conociendo la velocidad de rotación, calculamos 𝑢1: y 𝑢2:
𝑢1 =𝜋𝐷1𝑁
60 (𝑚/𝑠) =
𝜋(0.16)(1770)
60
𝑢1 = 14.828317 𝑚/𝑠
𝑢2 =𝜋𝐷2𝑁
60 (𝑚/𝑠) =
𝜋(0.19)(1770)
60
𝑢2 = 17.6086 𝑚/𝑠
3.2 Calculo del caudal
Para calcular el caudal, utilizamos la fórmula para ventiladores:
𝑄
𝜂𝑉= 𝜋𝑏2𝐷2𝐶𝑚2 (
1
𝐾𝑒2)
𝑄 = 𝜂𝑉𝜋𝑏2𝐷2𝐶𝑚2 (1
𝐾𝑒2) … (2)
Calcularemos 𝐾𝑒2:
𝐾𝑒2 =𝑡2
𝑡2 − 𝑠2
Para 𝑡2:
𝑧𝑡2 = 𝜋𝐷2
𝑡2 =𝜋𝐷2
𝑧=
𝜋(0.19)
48
𝑡2 = 1.243547𝑥10−2 𝑚
𝑡2 = 12.43547 𝑚𝑚
Para 𝑠2:
sin(180 − 𝛽2) ≈𝑒
𝑠2
12
𝑠2 ≈𝑒
𝑠𝑒𝑛(180 − 𝛽2)=
0.001
𝑠𝑒𝑛(180 − 160)
𝑠2 = 2.9238𝑥10−3 𝑚
𝑠2 = 2.9238 𝑚𝑚
Entonces 𝐾𝑒2:
𝐾𝑒2 =12.43547
12.43547 − 2.9238
𝐾𝑒2 = 1.30739
3.3 Calculo de la altura efectiva
Para calcular la altura efectiva, luego reemplazaremos (1):
𝐻 = 𝜇𝜂𝐻𝐻𝑅∞
𝐻 = 𝜇𝜂𝐻(𝑢2𝐶𝑢2
𝑔−
𝑢1𝐶𝑢1
𝑔)
𝐻 =𝜇𝜂𝐻
𝑔[𝑢2 (𝑢2 +
𝐶𝑚2
tan(180 − 𝛽2)) − 𝑢1
2] … (3)
3.4 Potencia nominal del motor
La potencia en un ventilador:
𝑃 = 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝜂𝐺𝑅𝑈𝑃𝑂 =𝛾𝑄𝐻
𝜂 … (4)
Reemplazaremos (2) y (3) en (4):
𝑃 = 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝜂𝐺𝑅𝑈𝑃𝑂 =𝛾
𝜂[𝜂𝑉𝜋𝑏2𝐷2𝐶𝑚2 (
1
𝐾𝑒2
)] {𝜇𝜂𝐻
𝑔[𝑢2 (𝑢2 +
𝐶𝑚2
tan(180 − 𝛽2)) − 𝑢1
2] } … (5)
De acuerdo a la siguiente formula del coeficiente de resbalamiento:
𝜇 =1
1+∈
13
Según Pfleider:
𝐷1
𝐷2> 0.5
∈= (0.4 + 1.2𝐷1
𝐷2) (
2𝑘
𝑧) (
1
1 − (𝐷1𝐷2
)2)
𝐾 = 0.55 + 0.6𝑠𝑒𝑛𝛽2
𝐾 = 0.55 + 0.6𝑠𝑒𝑛160° = 0.755
Entonces:
∈= (0.4 + 1.2𝑥160
190) (
2𝑥0.755
48) (
1
1 − (160190
)2) = 0.1525579
𝜇 =1
1 + 0.1525579
𝜇 = 0.8676
Utilizaremos este coeficiente de resbalamiento para el cálculo en (5):
60𝑥0.98 =1.2𝑥9.81
0.75[0.95𝑥𝜋𝑥0.077𝑥0.19𝑥𝐶𝑚2 (
1
1.30739)] {
0.8676𝑥0.7736
9.81[17.6086 (17.6086 +
𝐶𝑚2
tan 20°) − 14.8283172] }
𝐶𝑚2 = 4.9634 𝑚/𝑠𝑒𝑔
Calculamos el caudal:
𝑄 = 0.95𝑥𝜋𝑥0.077𝑥0.19𝑥4.9634 (1
1.30739)
𝑸 = 𝟎. 𝟏𝟔𝟓𝟕𝟔𝒎𝟑
𝒔𝒆𝒈
Calculamos la altura efectiva:
𝐻 =0.8676𝑥0.7736
9.81[17.6086 (17.6086 +
4.9634
tan 20°) − 14.8283172]
𝑯 = 𝟐𝟐. 𝟓𝟗𝟖𝟗 𝒎 𝒅𝒆 𝒂𝒊𝒓𝒆
14
3.5 Calculo de 𝜶𝟏
Como el caudal permanece constante:
𝑄 = 𝜂𝑉𝜋𝑏1𝐷1𝐶𝑚1 (1
𝐾𝑒1) … (6)
Calcularemos 𝐾𝑒1:
𝐾𝑒1 =𝑡1
𝑡1 − 𝑠1
Para 𝑡1:
𝑧𝑡1 = 𝜋𝐷1
𝑡1 =𝜋𝐷1
𝑧=
𝜋(0.16)
48
𝑡1 = 1.04719755𝑥10−2 𝑚
𝑡1 = 10.4719755 𝑚𝑚
Para 𝑠1:
sen 𝛽1 ≈𝑒
𝑠1
𝑠1 ≈𝑒
𝑠𝑒𝑛𝛽1=
0.001
𝑠𝑒𝑛90°
𝑠1 = 0.001
Entonces:
𝐾𝑒1 =1.04719755𝑥10−2
1.04719755𝑥10−2 − 0.001
𝐾𝑒1 = 1.10557
Para 𝐶𝑚1:
𝑄 = 𝜂𝑉𝜋𝑏1𝐷1𝐶𝑚1 (1
𝐾𝑒1)
0.16576 = 0.95𝜋𝑥0.077𝑥0.16𝑥𝐶𝑚1 (1
1.10557)
𝐶𝑚1 = 4.984𝑚
𝑠𝑒𝑔= 𝑤1
15
Calculamos entonces 𝛼1:
𝛼1 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 (𝑤1
𝑢1) = arctan (
4.984
14.828317)
𝛼1 = 18.58°
3.6 Cálculo del 𝜶𝟐:
Del triángulo de velocidades:
𝑡𝑎𝑛𝛼2 =𝐶𝑚2
𝑢2 +𝐶𝑚2
tan(180 − 𝛽2)
𝛼2 = arctan (4.9634
17.6086 +4.9634
tan(180 − 160)
)
𝛼2 = 9.026°
𝛼2 ≈ 9°
4. CALCULOS ADICIONALES
4.1 Cifras características
Calculamos la cifra de presión 𝜓:
𝜓 =2𝑔𝐻
𝑢22 =
2𝑥9.81𝑥22.5989
17.60862
𝜓 = 1.43
Calculamos la cifra de caudal 𝜑:
𝜑 =4𝑄
𝜋𝐷22𝑢2
=4𝑥0.16576
𝜋𝑥0.192𝑥17.6086
𝜑 = 0.332
16
4.2 Números específicos
Calculamos el número específico de revoluciones de caudal NQ:
𝑁𝑄 =𝑁𝑄0.5
𝐻0.75=
1770𝑥0.165760.5
22.59890.75
𝑁𝑄 = 69.526
Calculamos el número específico de revolución de potencia NS:
𝑁𝑆 =𝑁𝑃0.5
𝐻1.25=
1770𝑥(0.0588𝑥10275
)0.5
22.59891.25
𝑁𝑆 = 10.158
4.3 Grado de reacción
𝑅∞ =𝐻𝐸
𝐻𝑅∞
𝐻𝐸 =𝑢2
2 − 𝑢12 + 𝑤1
2 − 𝑤22
2𝑔
𝐻𝑅∞ =𝑢2𝐶𝑢2
𝑔−
𝑢1𝐶𝑢1
𝑔
Del triángulo de velocidades:
𝑤2 =𝐶𝑚2
𝑠𝑒𝑛(180 − 𝛽2)=
4.9634
𝑠𝑒𝑛20°= 14.512 𝑚/𝑠𝑒𝑔
Reemplazando:
𝑅∞ = 0.1447
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RESULTADOS Y DISCUSION
PREDICCION DE DATOS DEL VENTILADOR
𝛽1
𝛽2
𝛼1
𝛼2
Cifra de presión
Cifra de caudal
Numero especifico de revoluciones de caudal
Numero especifico de revoluciones de potencia
Potencia hidráulica
Caudal
Altura efectiva
Eficiencia
Velocidad de rotación
Grado de reacción
90°
160°
18.58°
9°
1.43
0.332
69.526
10.158
58.8 watts
0.16576 m3/seg
22.5989 m de aire
75 %
1770 rpm
0.1447
18
CONCLUSIONES
De acuerdo al NQ calculado, el ventilador se encuentra en el rango permitido
para rotores centrífugos.
El ángulo de diseño 𝛽2 resultó 160°, es decir mayor que 90°, entonces, el cálculo
realizado fue para un rodete con los álabes inclinados hacia adelante.
El sentido de rotación del rodete, tiene mucha influencia para la construcción de
los triángulos de velocidad, en el ventilador indicaba el sentido horario de las rpm
del motor, así que todos los cálculos realizados son correctos.
El grado de reacción estuvo entre los valores de 0.14 y 0.18, verificándose que
nuestro ventilador es un SIROCCO.
El efecto del espesor del alabe tiene mucha consideración al momento de
calcular el caudal, ya que modifican las velocidades meridianas y absolutas a la
salida del rodete.
El número finito de alabes, tuvo efecto en el coeficiente de resbalamiento,
utilizamos la fórmula de cálculo de este coeficiente en la referencia bibliográfica
Bombas Centrifugas y Turbocompresores - Pfleiderer; sin embargo un cálculo
previo con un coeficiente de resbalamiento de 0.85 (supuesto), nos resultó un
caudal y una altura efectiva muy próximas, a las calculadas con coeficiente de
resbalamiento calculado mediante fórmulas.
La predicción de datos de diseño de un ventilador centrifugo, fue satisfactoria,
ya que los resultados son acordes a los datos típicos de un ventilador SIROCCO,
el caudal y la altura efectiva serán entonces, valores fundamentales al momento
de realizar el Diseño de un ventilador centrifugo en la segunda monografía del
curso.
19
OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
En caso de conectar un ventilador con conexión trifásica, siempre tener el debido
cuidado al momento de encenderlo, si no se sabe cómo conectarlo a la fuente
de alimentación trifásica, es preferible solicitar la ayuda de un técnico.
El coeficiente de resbalamiento para nuestro ventilador fue aproximadamente
0.9, al revisar el material bibliográfico, encontramos muchas maneras de poder
calcular este coeficiente, recomendamos utilizar el de mejor comprensión, ya que
casi todos los resultados son muy próximos.
En caso de no tener un tacómetro a la mano, para poder medir las rpm del
ventilador, para un cálculo aproximado se pudo haber utilizado la siguiente
formula:
𝑁 =120𝑓
𝑝
Donde f es la frecuencia del motor y p es el número de polos del motor eléctrico.
BIBLIOGRAFIA
20
Conversión de energía Tomo III – Kadambi
Mecanica de fluidos y turbomaquinas hidráulicas – Claudio Mataix
Bombas Centrifugas y Turbocompresores - Pfleiderer
Turbomaquinas 1 – Rael Bonilla Aviles
Turbomaquinas 1 – Salvador Gonzales Maximiliano
Ventiladores centrifugos y extractores para conductos – SODECA
Manual práctico de ventilación – Salvador Escoda
Apuntes de clase
ANEXOS
21
A. Armado y desarmado del ventilador centrifugo
FIGURA 1A. Rodete
FIGURA 2A. Motor que acciona al ventilador
FIGURA 3A. Carcasa
22
FIGURA 4A. Desarmado del ventilador
FIGURA 5A. Armado del ventilador
B. Plano del rodete
23
FIGURA 1B. Vista horizontal del rodete
24
FIGURA 2B. Vista de perfil del rodete
FIGURA 3B. Isometría del rodete
25
FIGURA 4B. Dibujo en Solidworks del rodete
FIGURA 5B. Dibujo en Solidworks del Ventilador centrífugo
26
27
C. Clasificación de los ventiladores
Los ventiladores se dividen en dos grandes grupos:
VENTILADORES AXIALES:
Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo. Se suelen
llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma. En líneas
generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Con velocidades
periféricas medianamente altas son en general ruidosas. Suelen sub-clasificarse, por la
forma de su envolvente, de la siguiente manera:
VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION
HELICOIDAL
Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma de presión dinámica.
Se aplica en circulación y extracción de aire en naves industriales. Se instalan en pared sin ningún conducto. Utilizados con objetivo de renovación de aire.
TUBE AXIAL
Tienen rendimiento algo superior al anterior y es capaz de desarrollar una presión estática mayor. Por su construcción es apto para intercalar en conductos.
Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja. También se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos.
VANE AXIAL
Con diseños de palas AIRFOIL, permiten obtener presiones medias y altas con buenos rendimientos. Las palas pueden ser fijas o de ángulo ajustable
Tiene aplicaciones similares a los TUBEAXIAL, pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestación es relativamente más pequeño que el ventilador centrifugo equiparable.
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CENTRIFOIL
Se trata de un ventilador con rotor centrífugo pero de flujo axial. Es decir reúne las ventajas del ventilador centrífugo y la facilidad de montaje de un axial con el consiguiente ahorro de espacio.
Las mismas aplicaciones que el ventilador VANEAXIAL.
VENTILADORES CENTRIFUGOS:
Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°,
entre la entrada y salida. Se suelen sub-clasificar, según la forma de las palas o álabes
del rotor, de la siguiente manera:
VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION
CURVADAS HACIA
ADELANTE
Rotor con palas curvadas hacia adelante, apto para caudales altos y bajas presiones. No es autolimitante de potencia. Para un mismo caudal y un mismo diámetro de rotor gira a menos vueltas con menor nivel sonoro.
Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.
PALAS RADIALES
Rotor de palas radiales. Es el diseño más sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecánicamente, y el rodete puede ser reparado con facilidad. El diseño le permite ser autolimpiante. La potencia aumenta de forma continua al aumentar el caudal.
Empleado básicamente para instalaciones industriales de manipulación de materiales. Se le puede aplicar recubrimientos especiales anti-desgaste. También se emplea en aplicaciones industriales de alta presión.
INCLINADAS
HACIA ATRÁS
Rotor de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrás. Es de alto rendimiento y autolimitador de potencia. Puede girar a velocidades altas.
Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.
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AIRFOIL
Similar al anterior pero con palas de perfil aerodinámico. Es el de mayor rendimiento dentro de los ventiladores centrífugos. Es autolimitante de potencia.
Es utilizado generalmente para aplicaciones en sistemas de HVAC y aplicaciones industriales con aire limpio. Con construcciones especiales puede ser utilizado en aplicaciones con aire sucio.
RADIAL TIP
Rotores de palas curvadas hacia delante con salida radial. Son una variación de los ventiladores radiales pero con mayor rendimiento. Aptos para trabajar con palas antidesgaste. Son autolimpiantes. La potencia aumenta de forma continua al aumento del caudal.
Como los radiales estos ventiladores son aptos para trabajar en aplicaciones industriales con movimiento de materiales abrasivos, pero con un mayor rendimiento.
30
D. Curvas características de los ventiladores
El ensayo de ventiladores tiene por objeto determinar la capacidad del aparato para
transferir la potencia al aire que mueve. El ventilador se hace funcionar a un régimen de
giro constante, tomando valores de diferentes caudales movidos, según sea la pérdida
de carga que debe vencerse. La curva característica de un ventilador se obtiene
dibujando en unos ejes de coordenadas los distintos valores caudal-presión, obtenidos
mediante ensayo en un laboratorio.
Para entender mejor el concepto de curva característica pondremos el siguiente
ejemplo, supongamos un ventilador tubular trabajando según indica la posición a) de la
fig 4.18. Al medir el caudal de aire que proporciona, encontramos Q1 = 10.000 m3/hora.
Si repetimos el ensayo empalmando un conducto de 10 m por el lado de admisión
(posición b) y medimos de nuevo el caudal, nos encontramos con que ha bajado a Q2 =
8.000 m3/hora. En otro ensayo, acoplamos un tubo de 50 m de longitud (posición c), y
comprobamos que el caudal ha descendido a Q3 = 5.000 m3/hora. Las experiencias
anteriores nos demuestran que no es suficiente conocer el caudal que es capaz de
suministrar un ventilador a descarga libre (posición a), esto es, sin obstrucciones, para
poder catalogarlo. Es necesario conocer qué caudales irá proporcionando según sean
las distintas pérdidas de carga que deba vencer. En la fig. 4.19 tenemos representada
una curva característica de un ventilador. Observemos en primer lugar en la figura
curvas diferentes. Cada una de ellas representa un valor distinto y su lectura se hace en
las diferentes escalas que están a la izquierda de la figura.
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Tres están relacionadas con la presión que da el ventilador para distintos caudales (son
las denominadas Pt, Pe, Pd).
Pe: es la Presión Estática
Pd: es la Presión Dinámica (debido a la velocidad)
Pt: es la Presión Total
Cumpliéndose en todo momento
Pt = Pe + Pd
Obsérvese que a descarga libre, es decir cuando la Presión Estática (Pe) es nula, el
ventilador da el máximo caudal que puede mover; en este punto la Presión Total es igual
a la Dinámica (Pt = Pd).
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Asimismo, cuando el ventilador está obturado, es decir que da el mínimo caudal, la
Presión Dinámica (Pd) es nula; en este punto, la Presión Total es igual a la Estática
(Pt=Pe).
Otra curva que podemos ver en el gráfico es: la curva de potencia absorbida (W), que
leeremos en la escala vertical situada más a la izquierda (en watts). Esta curva nos da
la potencia que consume el motor que acciona el ventilador, y podemos ver que presenta
un máximo (en la figura corresponde al punto de caudal 3.000 m3/h).
También tenemos representada la curva de rendimiento (η), que se lee en % en la escala
vertical intermedia, se puede ver que el rendimiento del ventilador depende del caudal
que está moviendo. El conjunto de estas curvas recibe el nombre de característica de
un ventilador.
La característica de un ventilador es la mejor referencia del mismo, ya que siempre nos
indicará su comportamiento según sea el caudal y la presión que esté dando. En los
catálogos comerciales, suele darse solamente una curva, que es la de mayor
importancia la de Presión Estática (Pe). Los servicios técnicos suministran más
información si se les solicita.
El punto ideal de funcionamiento del ventilador, aquél para el que ha sido diseñado, es
el correspondiente al máximo rendimiento. Cuanto más cerca de este punto trabaje el
ventilador, más económico será su funcionamiento. El punto R de la fig. 4.18 se conoce
como punto de desprendimientos, y la zona a la izquierda de éste es de funcionamiento
inestable. Debe, por tanto, escogerse el ventilador de manera que el punto de trabajo
esté a la derecha de R; de esta manera se evita la inestabilidad de funcionamiento.
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Observemos la fig. 4.20 en que se han representado las curvas características de los
tipos fundamentales de ventilación, para poder comprender mejor su comportamiento.
Los tres ventiladores que se comparan tienen el mismo diámetro de rodete. Podemos
ver que, a igualdad de caudal impulsado (Q), los ventiladores centrífugos dan más
presión que los helicentrífugos, y éstos a su vez más que los helicoidales.
También se observa que, los centrífugos mueven caudales menores que los
helicocentrífugos, y éstos menos que los helicoidales. Por tanto, puede aceptarse que
los ventiladores más adecuados cuando los caudales sean grandes y las presiones que
deban vencer sean pequeñas son los helicoidales. Este tipo de ventilador tiene además
la ventaja de la facilidad de instalación. Los ventiladores indicados para mover caudales
pequeños pero a elevada presión son los centrífugos; finalmente, un caso intermedio es
el de los ventiladores helicocentrífugos.