2

2

CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO Requerimientos

3

3

2,1

920

800

7920

mkg

rpmn

PaP

hmQ

Coeficiente de rapidez

4

3

2

1

)800(

2.60

920

3600

7920.53

Ny .

Ny = 50,35

Tipo de ventilador Ny

Radial de alta presión 10-30

Radial de presión media y baja

-con alabes doblados hacia adelante 30-60

-con albes doblados hacia atrás 50-80

Radiales de doble entrada 50-120

Según la tabla para el coeficiente de rapidez Ny = 50,35 se encuentra entre los valores de 30 - 60 por lo que los alabes del ventilador serán son doblados hacia delante

Diámetro de entrada del ventilador (Do) y diámetro interior del rodete (D1)

k= (1.35 -1.9) asumimos k = 1.65

31 .

w

QkDDo

3

160

2.920

3600

7920

.65.1

D

cmmD 8,46468,01

Diámetro exterior

Ny

DoD

60.2

3

3

35,50

60.48,02 D

cmmD 8,55558,02

Para disminuir las perdidas de energía en la entrada del rodete se recomienda igualar velocidades y áreas.

11

2

..4

..bD

Dok

4

. 01

Dkb 5,22,1 K

4

468,0.2,11 b

mb 140,01

Número de alabes de rotor

.)(

)(

12

12

DD

DDZ

.468,0558,0

920.468,0558,0(

Z

9,35Z

Estandarizamos: Z = 36 alabes Velocidad tangencial U1

60

. .11

nDU

60

920.468,0.1

U

smU 55,221

2

0

10.

.4

D

QrCC

4682,0.

3600

7920.4

1

rC

783,121 rC

El rango optimo de β1 es entre 40° y-50° asumimos β1 =45°

Velocidad relativa W1

)90cos( 1

11

rCW

4

4

)4590cos)

783,121

W

smW 08,181

Velocidad absoluta C1

111

2

1

2

1

2

1 cos...2 WUWUC

45cos.08,18.55,22.208,1855,22 222

1C

smC 09,161

Calculo de 1

1

1.1

1C

senWsen

09,16

45.08,181

senSen

62,521

111 cosCuC

smuC 77,91

Características a la salida del rotor

60

. .22

nDU

60

920.558,0.2

U

smU 87,262

El rango deβ2 optimo es140°-160° asumimos β=150° Asumimos W1=W2

)180cos( 2222 WUuC

)150180cos(.08,1887,262 uC

smuC 53,422

)180( 222 senWrC

)150180(08,182 senrC

smrC 04,92

2

2

2

2

2

2 rCuCC 22

2 04,953,42 C

smC 48.432

5

5

2

2.2

2C

senWsen

48,43

150.08,182

senSen

122Sen

Considerando el numero finito de alabes Z = 36 k = 3

2

222 .cos`cos

zU

uCK

87,26.36

53,42.3150cos`2Cos

23,137`2

)`180(` 222 senWrC

)23,137180(.18082 senrC

smrC 27,12`2

)180(`

2

222

tg

rCUuC

23,137180(

34,3687,26`2

tguC

smuC 64,36`2

)`(` 2

2

2

22 rCuCC

22

2 )27,12()64,36(` C

smC 74,37`2

`2

2`2 `cos

C

uC

74,37

64,36`2 Cos

86,13`2

Eficiencia hidráulica del rodete

6

6

1

2

22

22

2

1

2

1

2

``180

``.cos.

cos

21

sensen

sen

D

Dh

donde: 4,0

93,0h

Presión teórica

)`( 1122 uCUuCUPt

)77,9.55,2264,36.87,26(2,1 Pt

PaPt 40,917

Presión real

hPt.Pr

93,0.40,917Pr

Pa54,853Pr

La velocidad de salida de la voluta es el 74% de la velocidad de salida del rodete C2’

`74,0 2xCCa

74,3774,0 xCa

smCa 93,27

Area de salida

Ca

QF

93,27

3600

7920

F

2079,0 mF

Magnitud de la apertura de la envoltura

90

.2 NyDA

90

35,50.558,0A

mA 312,0

Asumimos el ancho de la voluta B=0,160m

160,0

079,0`

B

FA

mA 492,0̀

Perdidas inevitables por la componente radial de la velocidad absoluta

2

2

22

rCrPc

7

7

ParPc 02,492

Perdidas por golpes durante el mezclado de flujo

2

2

2

``( CaUCPMG

PaPMG 46,59

Perdidas por fricción

2

2CakPf

PaPf 44,174

Pérdidas en la envoltura

fMG PPrPcP 2

PaP 92,282

Pérdidas en la envoltura y el rodete

otorPPt Pr

PaPt 42,346

Presión desarrollada por el ventilador

PtPtPv

PaPaPv 80054,618

RECALCULANDO

Variamos: No variamos:

45,12,11

2 D

D mDDo 468,01

38,1468,0

2 D

mD 646,02

.)468,0646,0(

)468,0646,0(

Z

68,19Z

Asumiremos Z= 36 alabes

60

920.646,0.2

U

smU 12,312

)150180cos(.08,1812,312 uC

8

8

smuC 77,462

)150180(.08,182 senrC

smrC 04,92

2

2

2

2

2

2 rCuCC

222

2 04,977,46 C

smC 64,472

Hallamos:

64,47

150.08,182

sensen

94,102

2

222

..cos`cos

Uz

uCk

12,31.36

77,46.3150cos´cos 2

138´2

)138180(

04,9.12,312̀

tguC

smuC 09,412̀

)138180(.08,182̀ senrC

smrC 14,122̀

222

2 09,4114,12` C

smC 84,422̀

84,42

138.08,182̀

sensen

4,162̀

Eficiencia hidráulica del rodete

1

2

22

22

2

1

2

1

2

``180

``.cos.

cos

21

sensen

sen

D

Dh

95,0h

9

9

Presión teórica

)`( 1122 uCUuCUPt

PaPt 95,1269

Presión real

hPt.Pr

Pa45,1206Pr

`74,0 2xCCa

smCa 131,31

Área de salida

Ca

QF

2071,0 mF

Magnitud de apertura de la envoltura

90

.2 NyDA

mA 361,0

Asumimos el ancho de la voluta B =0,160m

B

FA ̀

mA 442,0̀

Perdidas inevitables por la componente radial de la velocidad absoluta

2

2

22

rCrPc

ParPc 02,492

Perdidas por golpes durante el mezclado de flujo

2

2

2

``( CaUCPMG

PaPMG 46,59

Perdidas por fricción

2

2CakPf

PaPf 44,174

Pérdidas en la envoltura

fMG PPrPcP 2

PaP 92,282

Pérdidas en la envoltura y el rodete

otorPPt Pr

PaPt 42,346

10

10

Presión desarrollada por el ventilador

PtPtPv

PaPaPv 80053,923 ¡OK!

Eficiencia hidráulica del ventilador

Pt

PPthv

69.923

25,34669,923 hv

63,0hv

Potencia útil gastada

QPvN .

3600

7920.69,923N

WN 76,2031

Perdidas por fricción en los discos

102

51....2

1 2

25

2

3

i D

bDwk

Nfd

donde: 610.15 k

WNfd 35,56

Potencia gastada en recirculación

3600

7920.06.0%.6 QQr

smQr

3

132,0

132,0.95,1269. rQPtNpr

WNpr 63,167

Potencia total

NprNfdNNt

WNt 74,2255

Potencia perdida en rodamientos

11

11

NtNfr %.2

Factor de servicio o reserva del 20% para 5 horas diarias Potencia del motor

NtNmotor ..02,1

WNmotor 02,2761

HPNmotor 6,3

SELECCIÓN DE VENTILADOR

Para cubrir las prestaciones de 7920 m3/h y 800 Pa de pérdida de carga el ventilador a seleccionar será:

VENTILADORES CENTRIFUGOS DE BAJA Y MEDIA

SERIE 3: 1 CMT/6 - 400/165 3 CV

Características Técnicas:

Serie 3 Velocidad

(r.p.m.) Protección

Motor clase

Potencia máxima

absorbida (KW)

Intensidad máxima

absorbida (A)

Caudal máximo (m

3/h)

Nivel presión sonora (db(A))

Peso (kg)

a 230 V a 400 V

CMT/6-355/145 - 1,5 945 IP55 F 1,5 7,5 4,3 6700 72 53

CMT/6-400/165 - 2,2 920 IP55 F 2,2 10,74 6,2 8300 73 60,5

CMT/6-450/185 - 2,2 920 IP55 F 2,2 10,74 6,2 7110 76 88

Curvas características

12

12

Características acústicas

ESPECTRO DE POTENCIAS TOTAL

Descripción 63 Hz

125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

8000 Hz

Poten

cia Presi

ón

6 POLOS 6 POLOS

CMT/6-315/130 - 1,1

54 67 70 78 78 79 74 70 84 70

CMT/6-355/145 - 1,5

56 69 72 80 80 81 76 72 86 72

CMT/6-400/165 - 2,2

58 70 73 81 81 82 78 74 87 73

CMT/6-450/185 - 2,2

60 73 76 84 84 85 80 76 90 76

PRESION Serie CMT

Gama de ventiladores centrífugos, de baja y media presión, simple oído, equipados con motores trifásicos o monofásicos de 2, 4 ó 6 polos, según los modelos, en acoplamiento directo. Están previstos para vehicular aire caliente hasta una temperatura de: – 150 °C para la series 3 Cubriendo un margen de caudales comprendido entre 270 y 15930 m3/h. Carcasa Plancha de acero, protegida con pintura epoxi-poliéster de color gris. Rodete Centrífugo de alabes inclinados hacia delante, construido en plancha de acero galvanizado y equilibrados dinámicamente.

13

13

SELECCIÓN DE MOTOR ELECTRICO

Procederemos a seleccionar de acuerdo al catalogo de motores eléctricos DELCROSA. Revisando el catalogo escogeremos un motor tipo: NV112M6, el cual tiene las

siguientes características: P = 2,7 KW n = 1150 RPM f = 60 Hz Nro. de polos = 6 polos Eficiencia = 81% (nominal)

71,0cos

Ta/Tn = 2,0 Tm/Tn = 1,8 TM/Tn = 3,0 Ia/In = 5,5 In = 12,2 A (a 220 conexión delta)

ITrotor = 0,058 kg.m2

Peso del motor = 37,5 kg Se ha escogido un motor de la serie NV por ser los de menor costo y porque no se necesitan características especiales para este caso. También se recomendaría: Grado de protección: IP44 Forma constructiva: B3 Aislamiento del cobre: Por lo menos tipo B Método de arranque: En directo Tipo de diseño: B Balanceo: N

14

14

Diseño de los alabes del rodete El gráfico de los alabes del rodete se realizara por el método de "Coordenadas Polares", con este método, los puntos correspondientes a la superficie del alabe se calculan mediante la siguiente fórmula:

R

R

R

RtgR

R

tgR

dR

11.

.180

.

180

Sabemos que β1 = 45° y β2 = 138° de nuestro calculo, pero para el dibujo del Plano tomaremos (promedios aritméticos de β) para introducirlo en la tabla 1. A su vez, dividiremos el rodete en un cierto número de anillos concéntricos, los cuales son necesarios que estén igualmente espaciados entre R1 y R2 estos anillos serán Ra, Rb y Rc.

TABLA 1

Anillo R(cm) βi tgβi (R.tgβi)-1 ∆(R.tgβi)

-1prom ∆R

promRtg

R

)(

1 23,4 45 1,00000 0,04274 0 0 0 0 0

a 25,7 68,25 2,50652 0,01552 0,02913 2,30000 0,06700 3,83868 3,83868

b 27,9 91,5 -38,18846 -0,00094 0,00729 2,15000 0,01568 0,89824 4,73692

c 30,1 114,75 -2,16917 -0,01533 -0,00813 2,22500 -0,01810 -

1,03700 3,69992

2 32,3 138 -0,90040 -0,03438 -0,02486 2,22500 -0,05531 -

3,16877 0,53114

15

15

Entonces con los valores de R y , dibujaremos nuestro alabe en base a los puntos 1,

a, b, c y 2.