DISEO DE VENTILADOR CENTRIFUGO PEDIDO Dimensionar un ventilador(Exhaustor) para renovar aire del taller de macnica, superando la resistencia de las tuberas , accesorios y tomas en la exhausion del aire de acuerdo al croquis adjunto.

Las condiciones de trabajo son: Del volumen total del ambiente del taller 4/5 partes es enrarecido del mismo 25% debe ser extraido en 3 [min] Asumir la velocidad de toma 1.5[m/s] y las dimensiones del ambiente asumir 10*30*3[m]

CALCULO

Volumen total del ambiente Volamb 10 30 3 m3

:= Volamb 900 m3

=

Volumen a ventilar Vol145

Volamb:= Vol1 720 m3

=

Volumen real a ventilar Volreal 0.25 Vol1:= Volreal 180 m3

=

Tiempo en el cual debe ser extraido el volumen real t1 3min:=

Por lo tanto se tiene un caudal QrealVolreal

t1:= Qreal 1

m3

s=

Asumiendo la velocidad de la toma Vtoma 1.5m

s:=

Por recomendaciones del manual de ventilacion se asume una velocidad en las tuberias de 10[m/s]

Velocidad de las tuberias Vtub 10m

s:=

Calculamos el diametro de la tuberia a la salida de la campana

Del caudal total se divide para cada campana es decir QcampanaQreal

2:= Qcampana 0.5

m3

s=

Qcampana Vtubpi

4 Dtub

2 Dtub 4

QcampanaVtub pi

:= Dtub 25.231cm=

Para aumentar la velocidad de la fluido a extraer se recomeinda aumentar en la campana una tobera

Clculo de la presion barmetrica

Calculamos en primer lugar la presion atmosfrica local patm po

To hTo

g R

Partimos de la siguiente ecuacin:

Donde:

p.atm = Preson atmosfrica local [N/m^2 bar]

p.o=1.01325*10^5 [N/m^2] 1.01325 bar presin normal para nuestras latitudes a nivel del mar

T.o=293 K Temperatura normal para nuestras latitudes

= Coeficiente local de la variacin de temperatura [K/m]

R = 287 [J/kg*K] Constante del aire

g = aceleracin de la gravedad

To T

h

T = Temperatura promedio local [K]

h = Altura local sobre el nivel del mar

po 1.01325bar:=

To 293K:=

Rair 287J

kg K:=

hor 3706m:= Altura local de Oruro msnm

Tor 283K:= Temperatura local de Oruro

orTo Tor

hor:= or 0.003

Km

=

Finalmente la presion atmosferica

patm poTo or hor

To

gor Rair

:= patm 489.595torr=

Clculo de la densidad del aire Para el calculo de la densidad del aire partimos de la ecuacin general de los gases

p V m Rair To airpatm

Rair To:= air 0.7762

kg

m3

=

Clculo del factor de friccin

De EES se tiene 1.778 10 5 kgm s

:=

Numero de Reynolds REVtub Dtub air

:= RE 110153.68=

Calculamos el factor de friccion mediante la ecuacion de Coolebrok

La rugosidad para las tuberias de laminas de acero se tiene

0.13mm:= D 700mm:=

Valor inicial para resolver por metodos numericos 0.2:=

Dado

1

2 log

Dtub3.71

2.51RE

+

Finalmente se tiene al factor de friccin 1 Find ( ):= 1 0.02013=

Calculamos las perdidas a vencer para el tramo mas largo en nuestro caso se tiene el tramo A-I

LAD 6m:= LDI 14m:= kT 0.7:= kcodo 0.2:=

HAI 1 10( ) kT+ 4kcodo+ Vtub

2

2 g:= HAI 8.674m=

El incremento de presion total sera p total HAI air g:= p total 66.032Pa=

La potencia ser N1 p total Qreal:= N1 0.089hp=

DIMENSIONADO DEL VENTILADOR CENTRIFUGO Para el proyecto ya planteado se determinar las dimensiones principales de un ventilador de alta presion, sabiendo que el caudal es de:

DATOS DE ENTRADA

Q1 Qreal:= Q1 1000Ls

= Q1 3600m

3

hr=

La carga es: kf 1.2:= con un coeficiente de seguridad

p kf p total:= p 8.087 mmca=

p patm p+:= presion de salida p 0.654 bar=

Peso especifico del aire para las condiciones de Oruro

g air:= 7.612 N

m3

=

Numero de rpm

n 200rpm:= Es aleatorio si es que se cuenta con variador de frecuencia o un sistema de poleas

Calculamos la altura manometrica

Hp total

:=

H 8.674m= columna de aire

Calcular la velocidad especifica

ns 16.6n Q( )

4p 3

ns16.6 200 1777.778( )

411.9913

:= ns 21723.775= rpm

De acuerdo a la fig 10.21del Libro de Ventiladores Industriales de Archivald se selecciona un ventilador centrifugo de alabes Radiales

Calcular la velocidad periferica del rotor a la salida de los alabes

Como el alabe es de salida radial

2 90deg:=

U2 Vu2

La altura de elevacion ( energia cedida por los alabes al aire)

HeU2

2

g

Se la boca de salida tuviera la misma seccion que la de la entrada en la caja

V1 Vo

De modo que :

Hu H:=

y

Hu He

Hu U2

2

g

Admitamos

0.95:=

Para el rendimiento hidraulico por tanto

U2g H( )

:=

U2 9.463m

s=

Calculo el Diametro del rotorCalculo el Diametro del rotorCalculo el Diametro del rotorCalculo el Diametro del rotor

La velocidad periferica esta dado por

D22 U2( )

n:= D2 903.632mm=

Velocidad Vo de entrada del aire en la boca de entrada de la caja del ventilador. Segun Hutte

Vo1 0.25 2 g H:= y Vo2 0.5 2 g H:=

Vo1 3.261m

s= Vo2 6.522

m

s=

Vom 7.5m

s:= Se toma una media

Calculo del diametro de la boca de entrada del ventilador

pi Do2

4Q

Vom

Ley de la continuidad

Do4 Q1( )

pi Vom:= Do 412.026mm=

Diametro del borde de entrada de los alabes

Adoptamos el primero de estos valores

D1D21.25

:= D1 0.723m=

Ancho de los alabes La velocidad meridiana radial de entrada del aire en el rotor es adoptada como un valor un poco inferior al de la velocidad en la boca de entrada de la caja del ventilador esto es: Vm1 Vom<

Podemos hacer

Vm1 7.2m

s:=

el ancho b.1 de los alabes sera

b1Q1

pi D1 Vm1:=

b1 61.156mm=

Para simplificar y reducir el costo de fabricacion adoptaremos

b2 b1 61.156mm=:=

Diagrama de velocidades Velocidades meridianas de salida

Vm2Q1

pi D2 b2:= Vm2 5.76

m

s=

Velocidad relativa a la salida del alabe

A la salida

W2 Vm2 5.76m

s=:=

Velocidad absoluta de salida del alabe

V2 U22 W2

2:=

V2 7.508m

s=

2 atanW2U2

:= 2 31.329deg=

Velocidad Periferica a la entrada de los albes

U1 U2D1D2

:= U1 7.57m

s=

Angulo de inclinacion de los alabes a la entrada del rotor

tg1Vm1U1

0.951=:=

1 atan 0.451( ):= 1 24.275deg=

Velocidad relativa a la entrada del rotor

W1U1

cos 1( ):= W1 8.305 ms=

V1 W12 U1

2+ 2 W1 U1 cos 1( ):= V1 3.414 ms=

W12 V1

2 U12

+ 2 U1 V1 cos 1( )

1 acosW1

2 V12

U12

2 U1 V1

:= 1 90 deg=

Diametro de la boca de la salida

Adoptaremos

V3 18m

s:=

D34 Q1( )pi V3

:= D3 265.962mm=

Calculo de la potencia del motor del ventilador

admitiendo 0.7:=

Npot Q1 H( )

:= Npot 0.094kW= Npot 0.127hp=

Calculo del numero de alabes

1 24.275deg=

m1 2+( )

2:=

m 57.138deg= zD2 D1+( )D2 D1

sin m( ):= z 7.56= Se adoptan 8 alabes

CALCULO DE LA CARCAZACALCULO DE LA CARCAZACALCULO DE LA CARCAZACALCULO DE LA CARCAZA

La carcaza sigue la ecuacion del caracol

r ( ) a b+

El cual consta de dos constantes que se hallan a partir de los valores frontera es decir:

ro

D22

5mm+:= opi

2rad:= En el puntio donde comienza la envolente (90) se t endraun radio

igual al del rodete aumentado en 5 mm sugerencia de TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS DE ENCINAS POLO

f 2 pi rad:= La envolvente solo debe rotar 270 (desde 90 hasta 360) y al final tendra un radio igual al del rodete sumado el diametro de la salida aproximadamente y 5 mm por la chapa

rfD22

D3+ 5mm+:=

Asi se conforma el sistema

ro a o b+ rf a f b+ a

b

Find a b, ( ):=

Resolviendo el sistema se tendra: a

b

56.439368.162

mm=

Y la ecuacion de la carcaza envolvente sera:

r ( ) 56.439mm 368.162mm+:=

pi2

pi

2pi

64+

, 2 pi..:= Graficando dicha ecuacion de la carcas se tendra para el intervalo:

Ademas se grafica el rodete en polar:

r2 2( ) D22:=

0

30

6090

120

150

180

210

240270

300

330

0

0.2

0.4

0.6

0.8

r ( )r2 2( )

2,

Espesor de chapa las presiones y caudales a las que esta sometido este dispositivo no son de magnitudes considerables asi que se utiliza plancha comercial de 1/8 de pulgada.

CONCLUSION

A la finalizacion de esta practica se espera haber colmado las espectativas acerca de las bases teoricas sobre el dimensionamiento de ventiladores segun el requerimiento deseado, queda como pndiente realizar los planos respectivos para la construccion, laconstruccion propiamente dicha y la prueba del mismo para la verificacion y obtencion de parametros que relacionen el calculo con las condiciones de funcionamiento real.