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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTADDEINGENIERAMECNICA
INTRODUCCIN
Las turbomaquinas son de uso frecuente en el da a da, ya sea desde
sencillos ventiladores en hogares y oficinas, bombas centrifugas de uso
comn hasta turbinas hidrulicas capaces de formar centrales
hidroelctricas, turbinas de vapor o a gas en centrales trmicas. Esto se
debe a que su principio de funcionamiento se basa en la conversin de
energa, principio que se utiliza de diversas formas.
Este hecho convierte a las turbomaquinas en objeto de gran importancia
dentro de la ingeniera mecnica, la cual dedica mucho a su estudio y
proyeccin.
En el presente documento, el tema central se posa en un ventilador, del
cual se tomaron medidas e inspecciones, para que al trmino del presente
documento se puedan predecir sus valores nominales de funcionamiento.
Para empezar el presente documento se brinda un breve fundamento
terico sobre ventiladores, y su clasificacin. Luego se presentan los datos
tomados en clase, y algunos valores asumidos por el grupo para realizar
los clculos. Se empezara por tomar en cuenta los efectos que causan el
numero finito de alabes y su espesor en el rotor de la turbomaquina, luego
se graficaran los tringulos de velocidades, para terminar con la prediccin
de los valores nominales de caudal, potencia requerida, y algunos nmeros
especficos que caracterizan al ventilador.
Se presentan tambin los planos del ventilador y su carcasa, desarrollados
en inventor, con las medidas tomadas en laboratorio.
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FUNDAMENTO TEORICO
El ventilador es una turbomquina operadora de flujo cuasi-incompresible
cuyo fin es proporcionar un incremento de energa a un cierto caudal de
gas, mezcla de gas, aire, mezcla bifsica solido-gas, para transportarlo de
un punto a otro de un sistema dado. Los ventiladores se usan
principalmente para producir flujo de gases de un punto a otro; es posible
que la conduccin del propio gas sea lo esencial, pero tambin en muchos
casos, el gas acta slo como medio de transporte de calor, humedad, etc.
o de material slido, como cenizas, polvos, etc.
1.Clasificacin de los Ventiladores:
Los ventiladores estn clasificados por distintas caractersticas en su
funcionamiento y geometra, a continuacin se presentan las
clasificaciones ms utilizadas:
1.1. Por la diferencia de presin esttica:
Se refiere al rango de presiones con el cual se trabajan los ventiladores y
son agrupados de la siguiente forma:
1.1.1. Ventiladores de baja Presin:Donde su presin total
desarrollada es inferior a 10mbar.
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Fig. 1 - Ventilador de Baja presin
1.1.2. Ventiladores de Media Presin:Donde su presin total
desarrollada es superior a los 10 mbar e inferior a los 30 mbar.
1.1.3. Ventiladores de Alta Presin:Donde su presin total
desarrollada es superior a los 30 mbar e inferior a los 100 mbar.
Aqu se ve que la compresibilidad del gas es apreciable.
1.2. Por el tipo de sistema de accionamiento:
Se refiere al mtodo utilizado para poner en marcha al ventilador:
Accionamiento Directo.
Accionamiento Indirecto por transmisin.
1.3. Por el modo de trabajo:
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Como se ha mostrado, los ventiladores han llegado a clasificarse de varias
maneras pero la clasificacin ms importante o utilizada es segn la
geometra de su rotor y por tanto segn la trayectoria del flujo.
1.3.1. Ventiladores Centrfugos:Llamados tambin ventiladores Radiales, son este tipo de
Turbomquinas que se diferencia de los dems ventiladores porque
su salida de direccin de flujo es perpendicular al de entrada. Los
ventiladores centrfugos provocan el movimiento del gas y genera
una presin gracias en parte a la accin centrfuga producida por la
rotacin del rotor y en parte a la desaceleracin del flujo en los
alabes y en la espiral.
Fig. 2 - Ventilador centrfugo
Los ventiladores centrfugos pueden ser de los siguientes tipos:
Ventiladores Centrfugos de alabes curvados hacia delante.
Ventiladores Centrfugos de alabes curvados hacia atrs.
Ventiladores Centrfugos de alabes rectos radiales.
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1.3.2. Ventiladores Axiales:
Este tipo de ventiladores mueven grandes caudales con incrementos
de presin esttica baja. La direccin del flujo a travs de estos
ventiladores es paralela al eje.
Fig. 3 - Ventilador Axial
Los ventiladores Axiales pueden ser de los siguientes tipos:
Tipo Hlice.
Tipo tubo axial.
1.3.3. Ventiladores Transversales:
La trayectoria del flujo de aire en el rodete es normal al eje tanto a la
entrada como a la salida.
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1.3.4. Ventiladores Helicocentrfugos:
Son ventiladores intermedios entre los centrfugos y los axiales, en
ellos el aire entra como en los helicoidales y sale como en los
centrfugos.
1.4. Clasificacin segn la velocidad especfica:
La velocidad especfica (Nq) es un parmetro de clasificacin y de seleccin
de los ventiladores. Se define como el nmero de revoluciones por minuto
de un prototipo, similar al que est bajo consideraciones, capaz de realizar
1 m de altura a una capacidad de 1 m3/s.
La Nq de un ventilador es aquel correspondiente a su punto de mxima
eficiencia y resulta diferente en cualquier punto de la curva altura-caudal
(H-Q) del ventilador. Para mayores velocidades especficas se requieren
mayores RPM y menores dimensiones para la misma altura y el mismo
caudal.
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DATOS
1.DATOS DEL VENTILADOR
D1=104.8 mm
D2=200.0 mm
b1=36.45 mm
b2=32.15 mm
1=80.83
2=110.75
e1= e2=1.8 mm
N=3400 RPM
2.DATOS ASUMIDOS
Eficiencia volumtrica (nv ): 96%
Eficiencia mecnica (nm ): 98%
Eficiencia hidrulica (nh ): 80%
Eficiencia total (n)=nvnhnm = 75.264 %
Aceleracin de gravedad: 9.81 m/s2
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CALCULOS
HALLANDO Ke (Por efecto de espesor de alabe)
Para alta presin:
t2=
. D2
Z =
x200
16=39.2699mm
s2=
e2
sen (2 )=
1.8
sen (110.75)=1.9249mm
ke 2=t2
t2s2=
39.2699
39.26991.9249=1.0515
Para baja presin:
t1=
. D1
Z =
x104.8
16=20.5774mm
s1=
e1
sen (1 )=
1.8
sen (80.83 )=1.8233mm
ke 1=t1
t1s1=
20.5774
20.57741.8233=1.0972
CAUDAL REAL DEL RODETE
QR= .b 2. D2 .Cm
2
ke 2= . b
1. D
1.Cm
1
ke1
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De la expresin anterior se despeja:
Cm2
Cm1=
D1
.b1
. ke 2
D2 .b 2. ke1=104.8x 36.45x 1.0515
200x 32.15x 1.0972=0.5693 (a)
CALCULANDO EL FACTOR DE RESBALAMIENTO ( )
=D
1
D2=
0.1048
0.200=0.524>0.5
k=0.55+0.6sen (2)=1.111
=(0.4+1.2(v ))x 2k
z (12)=0.1969
Se obtiene el coeficiente de resbalamiento:
= 1
1+=0.8354 (b)
HALLANDO TRIANGULOS DE VELOCIDADES
A la entrada:
1=80.83
1=90o
ke 1=1.0972
U=N . D .
60
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U1=
N . D1
.
60=18.6568m /s
C1=Cm
1=U
1. tan (1 )=115.5744m /s
W1=
U1
cos ( 1)=117.0701m /s
Tomando en cuenta el efecto de espesor de alabe.
Cm0=
Cm1
Ke1=105.3357m /s
1=atan ( Cm0U
1)=79.956 o
W 1=
U1
cos ( 1 )=106.9751m/s
C 1=Cm
0=105.3357m / s
Como en baja presin no se presenta rotacin de flujo:
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A la salida:
U=N . D .
60
U2=
N . D2.
60
=35.6047m / s
2=110.75
ke 2=1.0515
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De la expresin a:
Cm2=0.5693x Cm
1=65.7965m/ s
C!2U
2=
Cm2
tan (1802)=24.9280m /s
C!2=60.5327m /s
W2=
Cm2
sen(180
2 )=70.3604 m /s
2=atan (Cm2C!
2)=47.386o
C2=
Cm2
sen (2 )=89.4057m /s
Tomando en cuenta solo la rotacin del flujo.
De la expresin b:
C!2=".C!
2=50.5690m /s
2=atan(
Cm2
C! 2 )=52.455
o
2=180atan ( Cm2C!
2U
2)=102.813o
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W 2=
Cm2
sen (180 2 )=67.4767m /s
Cm2
( 2+C!2
2)1
2=82.9843m/sC
2=
Tomando en cuenta solo el efecto de espesor de alabe.
Cm3=
Cm2
Ke2=62.5739m /s
3=atan(Cm3C!
2)=45.95o
3=180atan ( Cm3C!
2U
2)=111.721o
W3=
Cm3
sen (180 3 )=67.3565m /s
Cm3
( 2+C!2
2)1
2=87.0614 m/ sC
3=
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Tomando en cuenta los dos efectos (efecto combinado).
C m
2=Cm
3=62.5739
m
s
C !
2=C !
2=50.5690
m
s
U2=35.6047m /s
2=atan (
C m 2
C !
2 )=51.056o
2=180atan( C m
2
C !
2U
2)=103.45o
W
2=
C m 2
sen (180 2 )=64.3383
m
s
Cm 2
( 2+C!2
2)1
2=80.4532m /sC
2=
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Hallando el caudal de diseo:
Q=#. . b1.D1.Cm
1
ke 1=0.96xx0.03645x0.1048x
115.5744
1.0972
Q=1.2135[m3
s]Altura efectiva:
$=$. . $ R %
-Como
1 = 90
$R %=C!
2U
2
& =219.699m
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$=0.80x 0.8354x 219.699=146.829m'ea()e
Potencia al eje:
*=+ . & . $ . Q
[W]
*=1.2x 9.81x 146.829x 1.2135
0.75264=2786.863W
Hallando el Nq del ventilador:
N,=N .Q
$3 /4=
34001.2135(146.829)3 /4
=88.7952
RESULTADOS
1
2
D1
D2
b1
b2
Espesor (e)
Numero de alabes
Velocidad especifica (Nq)
Caudal
80.83
110.75
104.8 mm
200 mm
36.45 mm
32.15 mm
1.8 mm
16
88.7952
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Altura efectiva
Revoluciones
Potencia requerida en el eje
n (%)
1.2135m3
/s
146.829m'e a()e
3400 RPM
2786.863 W75.264