(533374442) monografiaventiladoraxial-turbomaquinas

8/17/2019 (533374442) MONOGRAFIAVENTILADORAXIAL-TURBOMAQUINAS

1/41

UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIAMECANICA

MONOGRAFIA :Diseño de un

rotor radial CURSO :

Turbomáquinas I DOCENTE

:

INTEGRANT

ES :

SECCION

:

2010-II


2/41


2

I ND I C E

C A P I TU L O 1 : DISEÑO DE UN VENTILADOR 3

C AP I TU L O2 : CALCULOS PARA UN RODETE AXIAL 18

A N EXOS :30

T U R B M A ! U I N

A " I


3/41

C AP I TU L O1 :

Datos para el diseño:

Q = 0.8 m3/s aire

H=140 mm H2O

DISEÑO DE UN VENTILADOR

1. C AL CULO DE L A P O TENCI A DEL VENTILAD OR

La potencia al eje de na m!"ina #idr!lica est! dada por la si$iente %&rmla:

P = γ Q H 75η

Donde ' = 'otencia (H')

γ = 'eso espec*%ico (m3/+$)

Q = ,adal (m3/s)

H = -ltra (m)

η = %iciencia total del entilador

'ara #allar la potencia asmiremos na e%iciencia total pero tomando en centa larelaci&n si$iente:

nmn1n#=n

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amin5 para entiladores saemos "e n sele estar en el ran$o de alores 60.827

0.95 ; "e n# se encentra entre 60.


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3. NÚMERO ESPECÍFICO DE CAUDAL NQ! " CIFRA DE PRESION #!

,on el alor de elocidad encontrado podemos #allar el CBmero espec*%ico de

cadal:

n sistema mtrico:

N q=

N Q

H0.75 =

1720 0.8

116.670,75

= 43.33

-dem!s de ello:

C" 20 30 40 90

1.1 1.09 0.< 0.

Enton#es $ro#edemos a inter$olar%

43.33 − 40 =

40 − 50

ψ − 0.97 0.97 −0.9

ψ = 0.95

$. DISE ÑO DEL RODETE

'reiamente tendremos "e esco$er los !n$los de los alaes:

Ae sae "e:

β1 : 25° − 35°

β2

: 40° − 70°

Es#o&emos #on'enientemente%

β1= 30°

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A " I


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β2= 60°

A(ora $asamos a #al#ular los diámetros D) * D+%,re'iamente sesabe%

ψ = 2 × g × H

2

V 2=

V 2=

2 × g × H

ψ

2 × 9.81×116.67

0.95

V 2 = 49.09m s

Ademas V =

π × D2× N

260

D = 60 × D

22

π × N D

2= 0.5453 m

De la rela#i-n si&uiente $ara rotores a.iales%

D1 ≥ 1.063× 3

ϕ............( I )

D2

Pero.

tg β1

ϕ = Q

π × D

2×V

42 2

ϕ = 0.8

π × 0.5453× 49.09

4

ϕ = 0.07

V 2

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A " I


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Reem$la/amos en lae#ua#i-n 0I1%

D1 ≥ 0.526

D2

D1

≥ 0.526 × D2

D1= 28.68 cm

%. C AL CULO DEL NUM ERO DE AL A&ES

,ara #al#ular el n2mero de alabes utili/aremos la si&uiente rela#i-n%

z = k × 1 + ν

× Sen(β

1× β

2 ) .......( II )1 − ν 2

Ademas tomaremos #omo 'alor de an#(o

b3 +45mm

"abemos de los #ál#ulos

anteriores%

Ademas k : 8 −10

ν = D1 = 0.526 D

2

Enton#es tomamos k = 9Reem$la/ando en lae#ua#i-n 0II1% z = 20.488

z = 21

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'. T R I ÁN ( U L O D E VE L O C I D AD E S :

,alclo de las elocidades tan$enciales:

U = π × D

1× N

160

π × 0.2868 ×1720U

1=

60

U 1= 25.82 m

s

U = π × D

2× N

260

π ×

0.5453 ×1720

U 2 = 60

U 2= 49.109 m

s

,alclo de la elocidad meridiana

'or ser rotor radial : ,1=,m

-dem!s se sae " β1 = 30° ; β2 = 60°

De la $eometr*a del tri!n$lo:

C m= U

1× t g

(30°)

C m= 25.82 × t g (30°)

C m = 14.907m

s 6

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,alclamos la elocidad relatia:

W 1= C 2 + U 2

W 1= 14.907

2 + 25.822

W 1= 26.25 m

s

W = C

m2

sen(60°)

14.907

W 2 = sen(60°)

W 2= 17.213 m

s

). C ALCU L O D E L O S A NC* O S D E L I M P U L S O R :

,onsideramos perdidas por e%ecto del espesor del alae:

,alclamos el anc#o 1:

Q = (π × D2

− z × S 2

) × b2

× C m 2

b = Q

(π × D1− z × S

1 ) × C

m1

0.8b

1=

(π × 0.2868 − 21× 0.0025) ×14.907

b1= 6.32 cm

,alclamos el anc#o 2:

b2

= Q

(π × D2− z × S

2) ×

C m 2

0.8b

2=

(π × 0.5453 − 21× 0.0025) ×14.907

b2= 3.23 cm 7

m

1

1

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))

)=4>=

)54?>+

)?47+5

)64+)@

)745)

+8468+

++4875+>4>6@

+=4?6

+547@+

Como /3+) enton#es quedara de la si&uiente manera%

T U R B M A !

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DI S E Ñ O D E L A C A R C AS A D E L VE N T IL AD O R

"abemos que la e#ua#i-n &eneral de una es$iral es%

θ = 36 × k

× ∫ r

e b

×dr Q r i r

θ = 36 × k × b

× ∫ r

e 1

×dr Q r i r

θ = 36 × k × b × ln(

r e )

Q r i

Además de la e#ua#i-n de#audal% Q = π × b

2× D

2× Cm

3

K = r 2× Cu

2

log( rr)

Q = 21

× b

2 ×tg α131.7 b

3

Tenemos nalmente la e#ua#i-n de la es$iral matemáti#a que es ustamente laorma que tiene la#ar#asa de nuestro 'entilador #entru&o4

log(r

) = K ×θ2

K T

: Cons tan teorica )

r T

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θ : ngu!o que barre !a es"ira! +r : Re !acion de radio (tab!as)

2r


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)3

,ero trabaemos #on el , 0$ra#ti#o1 tendramos enton#es lo si&uiente%

Tomamos $ara #uando?8

#og ( r max ) = K ×θr 2

⇒ K P

#og ( r

max

)

= r 2

360

#og ( 2 ×

r m ax

)

K = D2 P360

Además

rMAHD+

+

J78

+ 378 +

) )4)+

84@) 846

847 )

Como + J78 ⇒ rMAHD+ 3 )En la e#ua#i-nori&inal%

! og(r

) = K ×θ2

! og( r

) = 0.000836 ×θr

2

P

r P

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A(ora tabulamos $ara dierentes án&ulos%

< r)5 +648?>8 +6467=5 +74@>?8 >84?@5 >)4578 >+4=+)85 >>4>@)+8 >=4>5)>5 >54>?

)58 >?4>7)?5 >@4=?)68 >645?)75 >74?6+)8 =8465++5 =+48=+=8 =>4+6+55 ==45=+@8 =5465+65 =@4)7

>88 =645@>)5 58>>8 5)4=?>=5 5+47@>?8 5=45+

T U R B M A !

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DIMENSIONES DE LA SALIDA DE LA CARCASA

Como tenemos una se$ara#i-n de +@4+55#mentre el radio má.imo de #ar#asa * radio delrotor

,or lotanto%

Considera#iones a tomar%

Con estas #onsidera#iones tomaremos% T U R B M A !

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T U R B M A !

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T U R B M A !

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C A PI T ULO2:

CALCULOS PARA UN RODETE AXIAL

l rotor asi$nado a nestro $rpo es sado en los entiladores centr*%$os5tamin denominados entiladores radiales5 son el tipo m!s #aital de entilador "e se emplea en la actalidad. As principios operatios5 an"e sonrelatiamente simples5 #an eolcionado a lo lar$o de los años #asta desemocar en m!"inas con na eleada e%iciencia aerodin!mica ; na potencia importante.

l entilador centr*%$o consiste en n rotor encerrado en na enolente de%orma espiralE el aire5 "e entra a tras del ojo del rotor paralelo a la %lec#a delentilador5 es sccionado por el rotor ; arrojado contra la enolente se descar$apor la salida en !n$lo recto a la %lec#a. n nestro rotor los Alabes de salidaradial, +2 = 90º

.

7 iene !laesE se emplean para implsar aire o $ases scios aeleada temperatra5 $racias a la %acilidad con"e son eliminados los dep&sitoss&lidos por la %er@a centr*%$a. - continaci&n se mestra el es"ema de el rotor radial de alaes rectos.

)F,-/ 1.E ,-/ 45 6745/ 696-/ 96;


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1

7

Figura 2 E! "a #igura $% &'$%r(a %" )ria!gu"& *% (%"&+i*a*%$ a "a $a"i*a *%" a"a'% , "a (i$)a*% %r#i" *%" r&*%)%

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C/=4


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+)

CALCULOS " RESULTADOS DEL ROTEDECENTRÍFU(O RECTO

D-OA GO?I,OA DL ?OO?

D2 23 cmD1 9.< cm72 3.429 cm71 2 cm5 0.2 cm> +2 0J

D-OA D 'L-,- D L- -QKIC- L,?I,-

'OC,I-: 1 7 0.9 H'

C: 3900 1


23/41

+2

N ? 1800 /@;5 MaceptaleN ;a "e se encentra dentro del ran$o 63900 1


24/41

+3

Aaemos "e:


25/41

. . . (9)

Donde:

: Diametro eterior del rotor.

: -nc#o en el etremo sperior del alae.

: elosidad meridiana de salida del rotor.

: ,oe%iciente de espesor.

: %iciencia olmetrica.

'ara nestro calclo consideraremos "e = 15 es decir "e todo el aire "e

in$resa es el "e sale.

Aaemos "e:

?eempla@ando alores:

La con%i$raci&n de este rotor #ace "e = 0P.

n este caso: = . ?eempla@ando alores en la ecaci&n (9) T U R B M A !

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26/41

258959 ;

-#ora nos %alta calclar la altra de rodete5 con la a;da de la %ormla:

. . . (


27/41

+5

. . . (11)

l alor de + se #alla con la si$iente ecaci&n:

. . . (12)

?eempla@ando alores en la ecaci&n (12) otenemos:

De donde ? E reempla@amos en la ecaci&n (11)

? 022%31')1

Cos damos centa "e este alor es m; pr&imo ( =0.292) al "e esta en lascras caracter*sticas para entiladores del liro Somas ,entri%$as ;

trocompresores de ,arl '%leiderer pa$ina 191 para el caso del aire con n

!n$lo 2 = 0J ; = 1.29 (con el "e iniciamos #acer los calclos)5

reempla@ando en la ecaci&n (10).

? 081'11%%3

-#ora reempla@ando en la ecaci&n (4) tenemos:

44.9


28/41

? 0.81%B3%B

-#ora calclaremos la potencia del entilador:

. . . (14)

?eempla@ando los alores en (13).

P ? 0.03%8)))3% *P

Rinalmente calclaremos el $rado de reacci&n con el so de la %ormla:

. . . (1)

eniendo presente "e en la @ona de aja presi&n el e%ecto de &rtice se

desprecia5 por lo "e la epresi&n para Q1 es !lida en la i$aldad anterior.

-dem!s por la $eometr*a del rotor ; los alaes saemos "e ,m1 = T1.

-#ora "e tenemos todos los alores del rotor podemos oserar la ariaci&n del

$rado de reacci&n (ecaci&n (1))5 cadal (Q)(ecaci&n (4))5 ,m15,m2 (amos de la

ecaci&n (9)) en %nci&n del C" c;os alores #an sido considerados para todo el

ran$o para el caso de entiladores centr*%$os5 recalcando "e el alor de de C es

constante e i$al a 1800 rpm otenida de la ecaci&n (3) estas ariaciones se

aprecian en la si$iente tala:

Nq !0m>Hs1 Cm) 3 Cm+3+0mH + +) + R

+8 8O8+8+++ 5O?=?=+?+ 8O6>87+)) >)O)7)?77 8O=?=?>@6

+) 8O8+++7=7 ?O++5)6=7 8O7)?8785 >@O7)>@8? 8O=5@8)@8++ 8O8+==?66 ?O6>+)@56 )O885=)=5 =5O??@@?@ 8O==6++?+

+> 8O8+?@=>6 @O=?@>76@ )O87667>+ 5=O55==@6 8O=>6)5)>

+= 8O8+7))77 6O)>865>6 )O)7?5+?= ?=O?@7)8 8O=+??@>8

+5 8O8>)57@) 6O6++5=)8 )O+76>)=+ @?O)5)?)) 8O=)>????

+? 8O8>=)@55 7O5=+=?8= )O=8=+5?@ 67O86??)= 8O>7788+)

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2 2ala 1. alores talados para Q5 ,m1 5,m2 5 U2 7U1 ; ? .

De la tala 1. Oseramos "e el ma;or $rado de reacci&n se da para C " =

20. Oteniendo para este alor:

R ? 0$'$'3)8%

Q ? 00202222 ;3

4

N U+0mHs1 U)0mHs1 Pu0m1 PR0m1 n

)@+8 +8O@)>5? 5O)>>>? +@O>>5)8 >>O58)5= 8O6)57>5

)688 +)O?@?76 5O>@+)+> +7O7>@8= >?O?78=> 8O6)57>5

)668 ++O?=8=) 5O?)866= >+O?5@+5 =8O8+=+6 8O6)57>5

)7?8 +>O?8>6> 5O6=7?=5 >5O=75@+ =>O58>86 8O6)57>5

+@ 8O8>?65=7 )8O+78?)) )O5)=>5>@ )8>O?8>=+ 8O>6+5==>+6 8O8>7?>55 ))O8??775 )O?+6?85= ))7O6+?8> 8O>?=)5+@

+7 8O8=+5)@) ))O6@)?)) )O@=@8)) )>@O66>)8 8O>=>?6)>

>8 8O8=5=777 )+O@8==57 )O6?75@+5 )5@O78@76 8O>+87@78>) 8O8=656>6 )>O5?55>7 )O77?+668 )68O8>6?6 8O+75667

>+ 8O85)@?66 )=O=5=65) +O)+@)56) +8=O=)@7+ 8O+?6+585

>> 8O85585=7 )5O>@+>75 +O+?+)6+ +>)O)7>8@ 8O+>@675=

>= 8O856==+) )?O>)6)@ +O=8)>?+ +?8O5)?)7 8O+8=?5)@

>5 8O8?)7>8= )@O+7+)68 +O5==?757 +7+O5==8+ 8O)?6>=)?

>? 8O8?55)77 )6O+7==+) +O?7+)6== >+@O=>@76 8O)+6@6+

>@ 8O8?7+)8= )7O>+=67 +O6=>6+@ >?5O>?=)@ 8O865@65)

>6 8O8@>88+) +8O>6>576 +O777?+5> =8?O=7>>5 8O8>7)5?

>7 8O8@?67=7 +)O=@85> >O)575@@? =5)O88876 =8 8O868666 ++O565@85 >O>+>?6=5 =77O8?@)7

=) 8O86=76>@ +>O@+7)8? >O=7)7=?8 558O6@?68

=+ 8O867)@7 +=O788@>7 >O??=>?++ ?8?O?)7+7

=> 8O87>=@@) +?O)88?85 >O6=87>+7 ???O=666=

== 8O87@6@5= +@O>+6@8> =O8+)?56> @>8O?6=+6

=5 8O)8+>@=6 +6O5658>> =O+8?5>6+ @77O=87)5

=? 8O)8?7@5= +7O6?7575 =O>755@+6 6@+O6@)?

=@ 8O)))?@@ >)O)6+>67 =O566@?+ 75)O+6=?5

=6 8O))?=@76 >+O5+>=)5 =O@6?)85@ )8>=O6?5@

=7 8O)+)>6>@ >>O67+?@> =O76@?8=) ))+>O6>@) 58 8O)+?>66@ >5O+78)?= 5O)7>+5@) )+)6O=+5@

T U R B M A !

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+8

+8=8 +=O5?@+5 ?O866=8? >6O=5+=@ =@O)+?6+ 8O6)57>5

+)+8 +5O5>8?@ ?O>+@)? =)O5+@=6 58O6755+ 8O6)57>5

++88 +?O=7=8 ?O5?57+6 ==O@+8@@ 5=O687) 8O6)57>5

++68 +@O=5@5) ?O68=?67 =6O8>+>+ 56O6?@@? 8O6)57>5+>?8 +6O=+87= @O8=>=58 5)O=?+)5 ?>O8@)>) 8O6)57>5

+==8 +7O>6=>? @O+6++)) 55O8)8+ ?@O=)76) 8O6)57>5

+5+8 >8O>=@@ @O5+87@+ 56O?@??8 @)O7)>+5 8O6)57>5ala 2. alores talados para C5 K25 K1 5H ; H? donde n = cte =8O6)57>57)

De la tala 2 podemos oserar "e al ariar el alor de C la e%iciencia n no

ar*a ;a "e 5 con n alor de E

5 ; como podemos darnos centa tanto HK como H?

dependen de C2

; calclar la e%iciencia se diiden ; se cancelan es por eso "e

no importa el alor de C para el calclo de la e%iciencia5 en este caso solo

depende de la $eometr*a del rotor.

Ain emar$o tamin podemos otener el alor de la ci%ra de cadal(V)

. . . (1


31/41

RESUMEN

n resmen #emos otenido para este rotor los si$ientespar!metros:

O&SERVACIONES

'ara todo el c!lclo e%ectado se to "e asmir alores como: 5 C(nmero de polos) ; C" para

la otenci&n de los resltados mostrados. stos alores %eron asmidos estando dentro del ran$oestalecido de cada no de ellos.

l alor de 5 se oto del aneo (manal ,'A7)5 donde esta los alores de

talados en relaci&n con la temperatra

CONCLUSIONES

Le$o de reali@ar el c!lclo de los par!metros oseramos "e la ci%ra de presi&n (W = 1.29) est!

dentro del ran$o (1.2 1.9)5 se oto n cadal de m3/s5 na potencia de

0.0398


32/41

>8

ANEXO

L64 @/,=,@54 =/,95/,64 @/ 55==,G 59/5 59,


33/41

1

N549/6 /696/ 4,-


34/41

>2

7 l nBmero de los !laes directrices %ijos no dee ser i$al ni mBltiplo del de los!laes m&iles7 La corona di%sora sin !laes prodce menos rido "e la corona de !laesdirectrices7 Las iraciones %or@adas de la carcasa ; de los condctos de admisi&n ; escapepeden ser ori$en de ridosde $ran intensidad5 sore todo en condiciones deresonancia7 l dese"ilirio est!tico ; din!mico del motor5 ; la mala alineaci&n de loscojinetes7 l motor de accionamiento ; los cojinetes de olas5 a ajo nJ dereolciones5 son casa de rido5 por lo "etili@ando cojinetes desli@antes se pede eliminar la casa7 -l disminir el rendimiento del entilador para n mismo nJ de rpm amenta laintensidad del rido.

:R5


35/41

>3

7 Los alores medidos de Q ; de Yptot se selen redcir a condiciones normalesoa las standard. n


36/41

n ensa;o ien #ec#o siempre #a; "e especi%icar a " condiciones normalesse re%iere el ensa;o5 o almenos a " presi&n aromtrica ; a " temperatra amiente se #a [email protected] n n $ran nBmero de aplicaciones interesa m!s la presi&n est!tica delentilador "e la presi&ntotalE en n entilador con n sistema di%sor e%iciente la presi&n din!mica es m;pe"eña ; la Ypest seacerca mc#o a la Yptot.n la Ri$ I.8 se #an tra@ado las cras caracter*sticas de catro tipos distintosde entiladores5 epresandotodas las ariales en [ del alor nominal o de diseño5 a %in de podercomparar m!s %!cilmentelos distintos tipos5 oser!ndose "e5a) La potencia de accionamiento Ca en los entiladores de !laes crados#acia adelante5 Ri$ I.8a5

amenta constantemente con el cadal (caracter*stica de potencia consorecar$a)E mientras "e en losentiladores con !laes crados #acia atr!s ; en los entiladores aiales lapotencia no spera5 Ri$I.8.d5 o solo li$eramente (en n 10[ aproimadamente en la Ri$ I.8c5 el alor en el pnto nominal o dediseño. La sorecar$a se re%iere al motor de accionamiento "e en la Ri$I.8a deer! tener na reserade potencia5 inclso #asta el 100[ de la potencia de accionamiento5 si sepre "e la resistencia de lared en al$Bn caso pdiera disminir ecesiamente.

La cra caracter*stica de potencia de los entiladores de salida radial Ri$ I.85presenta caracter*sticasintermedias entre las de los entiladores con !laes crados #acia adelante ;#acia atr!s5como era de esperar. La potencia asorida en el arran"e es m*nima en losentiladores centr*%$os Ri$I.8a..c ; m!ima o casi m!ima en los entiladores aiales Ri$ I.8d.Ri$

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37/41

>4

Ri$ I.8.7 ,ras caracter*sticas t*picas de entilador5 a) ,on !laes crados#acia adelanteE

) ,on !laes de salida radialE c) ,on !laes crados #acia atr!sE d) ,on !laesaiales.

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cras caracterisiticas

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