calculo y diseño de un ventilador centrifugo
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA TURBOMAQUINAS I MN 232 – C
CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO TIPO “SIROCCO”
Datos:
H = 65 mmH2O
Q = 3 m3/s
β2 > 90°
Hallamos la Potencia:
P= ρ . g . Q . Hŋ
Siendo:
ρ= 1,2 kg/m3
Q= 3 m3/sg= 9.81 m/s2
H= 54.167 m Aireŋ= 0.55 (Asumir)
P=1.2 ×9.81×3×54.1670.55
=3478.11W
La potencia requerida es de 3478.11 W, haciendo la equivalencia a HP tenemos 4.68
En el mercado, seleccionamos un motor de 5 HP / 1800 RPM
Pero necesitamos transmitir al ventilador 600 RPM, entonces diseñamos una transmisión
por fajas.
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Procedimiento de Calculo para el diseño de transmisión por fajas:
1. Potencia de diseño: HPd
Tabla N°1 (Anexo) - Pág. 55 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila
Bombas Centrífugas - CLASE 1 – fs =1,1
fs−0.1 →3 a 5h /d
f +0.1→ 16 a24 h/d
HPd=P∗fs=5 HP∗1,2=6 HP ( fs=1.1 parabombas centr í fugas)
2. Selección de la sección de la faja
Figura N°1 (Anexo) - Pág. 58 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila
Con 6 HP y 1800 RPM se tiene
SECCIÓN A
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3. Relación de Transmisión
mg=N1
N 2
=1800600
=3
4. Selección de los diámetros de paso de las poleas
De mg=Dd
→ D=mg ×d
Tabla N°3 (Anexo) - Pág. 58 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila
Tabla 3 → dmin=66 mm ≈ 2.3 ø
76 mm<d<127 mm
3 ” ø<d<5” ø
Tabla N°4 (Anexo) - Pág. 55 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila
Tabla 4 → øs STD
Si
Dx= mg.d Pulgadas mmd= 3" → 3"(3") 9 228.6d= 3.2" → 3"(3.2") 9.6 243.84d= 3.4" → 3"(3.4") 10.2 259.08d= 3.6" → 3"(3.6") 10.8 274.32d= 3.8" → 3"(3.8") 11.4 289.56d= 4" → 3"(4") 12 304.8d= 4.2 → 3"(4.2") 12.6 320.04d= 4.4" → 3"(4.4") 13.2 335.28d= 4.6" → 3"(4.6") 13.8 350.52d= 4.8" → 3"(4.8") 14.4 365.76
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d= 5" → 3"(5") 15 381
Elegimos
d= 4” = 101.6 mm
D= 12”= 304.8 mm
5. Selección de la longitud STD si no existe restricción de C
C ≥D+3 d
2=304.8+3 × 101.6
2=304.8 mm
C ≥ D →C=304.8 mm
Tomando: C=304.8 mm
Longitud aproximada de la faja:
L=2C+1.65(D+d )
L=2×304.8+1.65×(304.8+101.6)
L=1280.16 mm
Se escoge la longitud más próxima de:
Tabla N°7 (Anexo) - Pág. 60 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila
Se tiene:
L=52.3 = 1328.42 mm → A5
K L=0.94
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Cálculo de las distancias entre centros correctos:
L=2C+ π2
( D+d )+ (D−d )2
4C
1328.42=2 C+ π2
(304.8+101.6 )+(304.8−101.6)2
4 C
C=330.2 mm
6. Potencia por faja
HPfaja= [HP fajatabla+HPad ]× Kθ × K L
Tabla N°8 (Anexo) - Pág. 62 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila
HPfajatabla 8=2.59 {d=101.6 mm y1800 RPM }
HPad=0.01618 ×1800
100{mg=3 , Sección A }
Kθ=?
D−dC
=304.8−101.6330.2
=0.615
Tabla N°5 (Anexo) - Pág. 59 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila
→ Kθ=0.907
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HPfaja= (2.59+0.29124 )× 0.907× 0.94
HPfaja=2.456
7. Número de fajas
N=HPd
HPfaja
= 62.456
=2.44 ≈ 3 fajas
Por lo tanto se concluye que se deben usar: 3 fajas A 51
Y el diámetro de las poleas debe ser:d=101.6 mm y D=304.8 mm
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.
Procedimiento de Cálculo para hallar las dimensiones del Rodete y la Voluta:
La altura estática esta dada por:
H est=H−C II
2
2 g
Siendo:
C II2
2 g=K × H , K =0.2
Sabemos:
Nq= N ×Q2
H est
34
N =600 RPM
Q= 6351.759 pies3/min =224310.252 m3/min
Hest= 2.047 pulgadas de agua
Del diagrama de Cordier:
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Para β2>90°
Nq/100 21 24.2 26.3 30 35.5Ds 0.46 0.4 0.37 0.34 0.3
Ds: diámetro específico
Ds=D2 × H 1 /4
Q1 /2
Del cuadro para:
Nq100
=27.94 → Ds=0.368
0.368=D2× 2.0471 /4
224310.2521 /2
→ D2=24.52 pulg=622.808 mm≈ 0.63 m
D1=0.85 × D2=0.51 m
b2=0.54 × D 2=0.34 m
Para hallar el número de álabes:
Z=0.7 ×√D2 ×√ 1+γ1−γ
Siendo: γ=D1
D2 ; γ=¿0.85−0.87>¿
Tomamos: γ=0.85
D2 :enmilimetros
Z=0.7 ×√622.808 ×√ 1+0.851−0.85
Z=61.35 ≈ 62 álabes
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Voluta:
BD2
=¿0.78−0.82>¿
Tomamos 0.8 :
→ B=0.8 × D2=498.348 mm
AD2
=¿1.7−2.0>¿
Tomamos 2.0 :
→ A=2× D2=1244.6 mm
LD2
=¿1.5−1.7>¿
Tomamos 1.7 :
→ L=1.7 × D2=1057.672 mm
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Procedimiento de Cálculo para hallar los triángulos de velocidades:
Siendo:
β2=150 °
β1=90 °
b1=b2
e=0.003
S1=e y S2=e
Sen(180−β2)
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Para la entrada:
Por la ecuación de flujo hallamos la velocidad meridiana:
Q=(π∗D¿¿1−z∗S1)∗b1∗Cm1¿
Q= (π∗0.51−62∗0.003 )∗0.4∗Cm1
Cm1=6.23 m /s
La velocidad tangencial
U 1=π
60∗D1∗n
U 1=π
60∗0.51∗600
U 1=16ms
La velocidad relativa:
W 1=Cm1=6.23
ms
Para la velocidad absoluta:
C1=√U 12+W 1
2
C1=√162+6.232
C1=17.17 m /s
El ángulo absoluto:
α 1=arctg (W 1
U 1
)
α 1=arctg ( 6.2316 )
α 1=21.27°
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Para la salida:
Por la ecuación de flujo hallamos la velocidad meridiana:
Q=(π∗D¿¿2−z∗S2)∗b2∗Cm2¿
Q=(π∗0.63−62∗0.003Sen30° )∗0.34∗Cm2
Cm2=5.5m /s
La velocidad tangencial U 2=π
60∗D 2∗n
U 2=π
60∗0.63∗600
U 2=19.8ms
La velocidad relativa:
W 2=Cm2
Sen30°= 5.5
Sen30 °=12.46
ms
Para la velocidad absoluta:
C2=√Cm22+¿¿
C2=√5.52+¿¿
C2=29.83 m /s
El ángulo absoluto:
α 2=arctg ( Cm2
U 2+Cm2
Tg 30 °)=arctg ( 5.5
19.8+5.5
Tg30 ° )=10.62 °
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Diagramas:
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