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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNO
FACULTAD DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA, ELECTRNICA YSISTEMAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA
LABORATORIO DE INGENIERIAMECANICA III
Curva caracterstica H Q de
Ventilador Centrifugo
PRESENTADO POR:
CAHUANA ALCA, George Jhonatan
PUNO === PER
2013
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INDICE
Pg.
RESUMEN. 2
OBJETIVO.. 2
MARCO TEORICO 2
Ventiladores Axiales ................................................................................................ 3
Ventiladores Centrfugos.............. 3
Curva caracterstica, curva del sistema de ventilacin y punto de operacin.. 3
Caudal Y Presin Del Ventilador... 7
Tubo de pitot.. 7
4. PROCEDIMIENTO. 8
5. RESULTADOS. 8
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 17
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INFORME N 1
1. RESUMEN:
Se realiz el clculo de la curva caracterstica de un ventilador centrifugo, los resultados obtenidos
en el presente ensayo fueron calculados con el procedimiento correspondiente expuesto en la parte
terica, estos resultados se obtuvieron previo anlisis de los datos tomados en el ensayo; dando
como resultado una ecuacin del ventilador igual a:
H = -43.471 Q2 - 24.676 Q+ 90.802
Para este clculo se consider el dato de radio que se dio como el valor del dimetro D= 0.3048 para
que haya concordancia pues el valor inicial de radio es demasiado grande.
La curva del sistema tiene un ecuacin caracterstica igual a:
H perd. = 12.625 Q2 - 3E-13 Q + 3E-14
2. OBJETIVO:
Graficar la curva caracterstica H - Q.
3. MARCO TEORICO
VENTILADORES
Introduccin:
Un ventilador tambin es una turbo mquina que absorbe energa mecnica y la transfiere a un gas,
proporcionndole un incremento de presin no mayor de 1.000 mmH2O. Un ventilador se
caracteriza porque el fluido impulsado es un gas (fluido compresible) al que transfiere una
potencia con un determinado rendimiento.
A pesar de que no existe convenio alguno universalmente adoptado; los ventiladores pueden
subdividirse en cuatro grupos:
ventiladores de baja presin: hasta una presin del orden 200 Mm. c agua (ventiladorespropiamente dichos).
ventiladores de media presin: entre 200 y 800 Mm. c agua (soplantes)
ventiladores de alta presin: entre 800 y 2500 Mm. c agua (turbo axiales)
ventiladores de muy alta presin , mayor a 2500 Mm. c agua (turbocompresores)
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Ventiladores axiales
Existen tres tipos bsicos de ventiladores axiales: Helicoidales, tubulares y tubulares con directrices.
Los ventiladores helicoidales se emplean para mover aire con poca prdida de carga, y su aplicacin
ms comn es la ventilacin general. Se construyen con dos tipos de alabes: alabes de disco para
ventiladores sin ningn conducto; y alabes estrechas para ventiladores que deban vencer
resistencias bajas (menos de 25 Mm. c d a). Sus prestaciones estn muy influenciadas por la
resistencia al flujo del aire y un pequeo incremento de la presin provoca una reduccin
importante del caudal.
Los ventiladores tubulares disponen de una hlice de labes estrechos de seccin constante o con
perfil aerodinmico (ala portante) montada en una carcasa cilndrica. generalmente no disponen de
ningn mecanismo para ende rezar el flujo de aire. Los ventiladores tubulares pueden mover aire
venciendo resistencias moderadas (menos de 50 Mm. cda).
Los ventiladores turboaxiales con directrices tienen una hlice de labes con perfil aerodinmico (alaportante) montado en una carcasa cilndrica que normalmente dispone de aletas enderezadoras del
flujo de aire en el lado de impulsin de la hlice. En comparacin con los otros tipos de ventiladores
axiales, stos tienen un rendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 600
Mm. cda).
Las directrices(compuertas) tienen la misin de hacer desaparecer la rotacin existente o adquirida
por el fluido en la instalacin, a la entrada del rodete o tras su paso por el mismo. Estas directrices
pueden colocarse a la entrada o a la salida del rodete, incluso las hay fijas removibles.
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VENTILADORES CENTRFUGOS
En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido sigue la direccin del eje del rodete a la
entrada y est 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 bsicos de rodetes:
labes curvados hacia adelante,
labes rectos,
labes inclinados hacia atrs/curvados hacia atrs.
Los ventiladores de labes curvados hacia adelante (tambin se llaman de jaula de ardilla) tienen
una hlice o rodete con las labes curvadas en el mismo sentido que la direccin de giro. Estos
ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad perifrica y son silenciosos. Se utilizan cuando
la presin esttica necesaria es de baja a media, tal como la que se encuentran en los sistemas de
calefaccin, aire acondicionado o renovacin de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de
ventilador con aire polvoriento, ya que las partculas se adhieren a los pequeos labes curvados y
pueden provocan el desequilibrado del rodete.
Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Adems, como sucaracterstica de potencia absorbida crece rpidamente con el caudal, ha de tenerse mucho cuidado
con el clculo de la presin necesaria en la instalacin para no sobrecargarlo. En general son
bastante inestables funcionando en paralelo vista su caracterstica caudal-presin.
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Fig. Ventiladores centrfugos de labes curvados hacia delante, radiales y atrs.
Los ventiladores centrfugos radiales tienen el rodete con los labes dispuestas en forma radial. La
carcasa est diseada de forma que a la entrada y a la salida se alcanzar velocidades de transporte
de materiales. Existen una gran variedad de diseos de rodetes que van desde los de "alta eficacia
con poco material" hasta los de "alta resistencia a impacto". La disposicin radial de los labes evita
la acumulacin de materiales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comnmente utilizadoen las instalaciones de extraccin localizada en las que el aire contaminado con partculas debe
circular a travs del ventilador. En este tipo 'de ventiladores la velocidad perifrica es media y se
utilizar en muchos sistemas de extraccin localizada que vehicular aire sucio o limpio.
Fig. Tringulos de velocidades a la salida para los distintos rodetes centrfugos
Los ventiladores centrfugos de labes curvados hacia atrs tienen un rodete con las labes
inclinados en sentido contrario al de rotacin. Este tipo de ventilador es el de mayor velocidad
perifrica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo y una caracterstica deconsumo de energa del tipo "no sobrecargable". En un ventilador "no sobrecargable", el consumo
mximo de energa se produce en un punto prximo al de rendimiento ptimo de forma que
cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultar en
un consumo de energa menor. La forma de los labes condiciona la acumulacin de materiales
sobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a continuacin:
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labes de espesor uniforme: Los labes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o
hmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales slidos ya que tienen tendencia a
acumularse en la parte posterior de los labes.
labes de ala portante: Las labes de ala portante permiten mayores rendimientos y una operacin
ms silenciosa. Los labes huecos se erosionan rpidamente y se pueden llenar de lquido si lahumedad es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire limpio.
CURVA CARACTERISTICA, CURVA DEL SISTEMA DE VENTILACION Y PUNTO DE OPERACION
La curva caracterstica de un ventilador presenta el comportamiento de la presin, potencia y
eficiencia en funcin del caudal de aire. Mientras el aire fluye a travs de un sistema de ventilacin
este ejerce resistencia e impide su paso. Este comportamiento es representado mediante la curva
del sistema la cual relaciona la presin de resistencia que ejerce el sistema a un determinado caudal.
El lugar donde se interceptan la curva caracterstica de presin y la curva del sistema se conoce
como el punto de operacin del ventilador. Ese es exactamente el punto donde operara el equipo
para las restricciones que debe vencer en el sistema de ventilacin y puede ser visualizado en la
figura.
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CAUDAL Y PRESIN DEL VENTILADOR
1. Caudal Q
El caudal de un ventilador, es la masa de aire que ste puede desplazar en una unidad de tiempo.
Se expresa en m3/h (1,7 m3/h = 1 CFM).
2. Presin dinmica (Pd)
Es la fuerza por unidad de superficie provocada por el movimiento del aire y se manifiesta en el
mismo sentido que la direccin de ste. Dicha presin es siempre positiva.
3. Presin esttica (Pe)
Es el valor de la fuerza que ejerce el aire sobre las paredes de las tuberas, en sentido perpendicular
a ellas.
Esta presin es positiva cuando es mayor que la atmosfrica. Si las paredes de la tubera fuesen
elsticas, veramos como se dilatan. (Sobrepresin).
Cuando es negativa, es decir, menor que la presin atmosfrica, las paredes se contraeran
(depresin).
4. Presin total
Es la suma de la presin esttica y dinmica.
Pt = Pe + Pd
La unidad de presin utilizada es mmH2O (milmetros columna de agua) siendo sus equivalencias:
1mmH2O = 9,80665 Pa = 1mm.Wg
1 Pa (Pascal) = 1 N/m2
TUBO PITOT
El tubo de Pitot se utiliza para calcular la presin total, tambin denominada presin de
estancamiento,presin remanente opresin de remanso (suma de la presin esttica y de la presin
dinmica).
Lo invent el ingeniero francs Henri Pitot en 1732. Lo modific Henry Darcy, en 1858. Se utiliza
mucho para medir la velocidad del viento en aparatos areos y para cuantificar las velocidades de
aire y gases en aplicaciones industriales.
Mide la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo, no la media de la velocidad del viento.
http://es.wikipedia.org/wiki/Henri_Pitothttp://es.wikipedia.org/wiki/Henry_Darcyhttp://es.wikipedia.org/wiki/Henry_Darcyhttp://es.wikipedia.org/wiki/Henri_Pitot -
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4. PROCEDIMIENTO:
Para iniciar el ensayo del ventilador, primero se debe revisar los instrumentos y condiciones
de los instrumentos y el equipo.
Seguidamente encendemos el motor elctrico que activa el ventilador, revisando si tiene
las rpm adecuadas.
Procedemos a anotar los valores que los instrumentos indican.
Teniendo estos valores procedemos a realizar el clculo terico.
5. RESULTADOS:
Los resultados que se obtuvieron son los siguientes:
Datos obtenidos en las mediciones realizadas
Numerode datos
Altura presin total Altura presinvelocidad Fuerza
1 4.118 0.018 32.3
2 3.613 0.113 39.5
3 2.916 0.216 42.1
4 2.373 0.323 42.6
5 2.123 0.373 42.2
6 1.888 0.438 42.2
7 1.771 0.471 42
8 1.637 0.487 41.8
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tubo_de_Pitot.jpg -
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Condiciones Ambientales
= 758 = 55 = 48
= 7.925 m = 0.3048 m = 2506 RPM
REALZANDO UNA CONVERSIN DE UNIDADES DE LOS DATOS
Frmulas utilizadas
Conversin de presin
= 39.372 Conversin de fuerza
= 35.274
Numerode datos
Altura presin total Altura presin velocidad Fuerza1 0.10459 0.000457 0.9157
2 0.09177 0.002870 1.1198
3 0.07406 0.005486 1.1935
4 0.06027 0.008204 1.2077
5 0.05392 0.009474 1.19636 0.04795 0.011125 1.1963
7 0.04498 0.011963 1.1907
8 0.04158 0.012369 1.1850
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o Conversin de presin
= 0.00136 o Conversin de temperatura
= 3 2 59 = + 2 7 3
Condiciones Ambientales
=1.0309 =55 = 12.775 = 285.778 = 48 = 0.889 = 281.889
Clculos
Calculo de caudal Q general
Utilizando la ecuacin del tubo de pitot
= 2 ( )Siendo:
= = 29.81( 1000 )
Para hallar utilizamos la formula
=
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=29.264 = 285.778 = =1.0309
= 1.0309 100 1
29.264 285.778
=1.2327
= 29.81( 10001.2327 ) Velocidad media
Se sabe que experimentalmente la velocidad media es
= 0 . 8 2
El caudal Q :
= = 4 = 4 0.3048
Con estas frmulas procedemos a realizar el clculo para cada dato
= . 1.2327 2.6975 2.2120 0.16151.2327 6.7588 5.5422 0.4046
1.2327 9.3446 7.6626 0.55941.2327 11.4270 9.3702 0.68401.2327 12.2797 10.0693 0.73511.2327 13.3067 10.9115 0.79651.2327 13.7989 11.3151 0.82601.2327 14.0313 11.5056 0.8399
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Altura efectiva
=
+ + = "" = =
=
+
2
= 1000 2 = 1000
=
2
2 =
2
=
2 +
2
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Realizando los clculos se obtiene la tabla
Prdidas Primarias =
2
L= 7.925 m
D = 0.7896 m
=
K= por procedimientos experimentales se considera K=0.02
Prdidas Secundarias = 2
K= por procedimientos experimentales se considera K=0.8
=
Altura
= + +
84.850 0.3709 84.479 0.249 84.729
74.445 2.3283 72.116 1.566 73.68260.083 4.4506 55.633 2.993 58.625
48.895 6.6553 42.240 4.475 46.715
43.744 7.6856 36.058 5.168 41.226
38.902 9.0249 29.877 6.068 35.945
36.491 9.7048 26.786 6.526 33.312
33.730 10.0345 23.695 6.747 30.443
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Realizando los clculos con cada dato se obtiene la siguiente tabla
Prdidas Primarias PrdidasSecundarias Sumatoriade prdidas Altura efectiva H (m)0.1297 0.1995 0.3292 85.058
0.8141 1.2525 2.0666 75.749
1.5562 2.3941 3.9503 62.576
2.3271 3.5800 5.9071 52.622
2.6873 4.1342 6.8215 48.048
3.1556 4.8547 8.0103 43.955
3.3934 5.2204 8.6138 41.925
3.5086 5.3978 8.9064 39.349
Realizando una tabla de los datos de caudal Q y altura H
Caudal Altura efectiva H (m)0.1615 85.058
0.4046 75.749
0.5594 62.576
0.6840 52.622
0.7351 48.0480.7965 43.955
0.8260 41.925
0.8399 39.349
Realizando la grfica correspondiente y ajustando la curva se obtiene:
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Caudal Sumatoria deprdidas0.1615 0.3292
0.4046 2.0666
0.5594 3.9503
0.6840 5.9071
0.7351 6.8215
0.7965 8.0103
0.8260 8.6138
0.8399 8.9064
H = -43.471 Q2 - 24.676 Q+ 90.802
0.
10.
20.
30.
40.
50.
60.
70.
80.
90.
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1
Q m^3/s
H (m)
Hperd. = 12.625 Q2 - 3E-13 Q + 3E-14
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1
sumad
eperdidas
caudal Q
Curva del sistema
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PARMETROS DE PERFORMANCE
Potencia aerodinmica
=
76
= = 1.204
Potencia al eje del ventilador
= 725.75 =
=10"0.0254 =2506
Eficiencia total
=
Torque (0.2326
0.2844
0.3032
0.3068
0.3039
0.3039
0.3024
0.3010
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Nmero especfico de revolucin de caudal
=
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
Despus de realizar los clculos correspondientes se puede logro obtener la curva
caracterstica del ventilador centrifugo, con una tendencia de una funcin cuadrtica.
Con este grafico se puede aproximar al comportamiento de un ventilador y conocer las
alturas y caudales que puede llegar a operar.
Al utilizar el dimetro igual a D= 0.3048 se obtiene datos coherentes en elcomportamiento del ventilador, por lo cual este cambio es justificado.
Se observa que el ventilador tiene un funcionamiento adecuado hasta los siguientes
valores
Caudal Altura efectiva H (m)0.4046 75.749
Estos valores se encuentran en el rango de Nq de ventiladores centrfugos.
Centrifugo Nq= 20 - 80
Se observa que cuando mayor altura se trata de alcanzar la eficiencia general del
ventilador disminuye, lo cual debemos de tener en cuenta.
PARMETROS DE PERFORMANCE
potencia aerodinmica Potencia al ejedel ventilador
eficienciatotal
Numero especifico derevolucin de caudal
0.2228 0.8031 0.2774 35.954
0.4971 0.9821 0.5061 62.080
0.5677 1.0468 0.5423 84.241
0.5838 1.0592 0.5512 106.082
0.5728 1.0493 0.5459 117.731
0.5679 1.0493 0.5412 131.016
0.5617 1.0443 0.5379 138.233
0.5360 1.0393 0.5158 146.183
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A pesar de la falta de comparacin y validacin de los datos numricos con datos
experimentales, se obtienen curvas tcnicas que concuerdan cualitativamente con los
resultados esperados por la norma tcnica.