monografia turbomaquinas

ROTOR DEL VENTILADOR CENTRÍFUGODIMENSIONADO, CÁLCULOS TEÓRICOS Y EXPERIMENTALES

MONOGRAFÍA

CURSO DE TURBOMÁQUINAS 1 ING. SALOMÉ

SEVILLANO ARMAS, JOSÉ 19781269ITULIO NOLE, OLAYA 19720072KVILLA SALSAVILCA, WILLY 20061012C

TURBOMÁQUINAS Página 1

Contenido

I. VISTAS DE LOS COMPONENTES.......................................................................................3

1. VISTAS DEL ROTOR..........................................................................................................3

2. VISTAS DE LA CARCAZA...................................................................................................4

3. VISTAS DEL CONJUNTO....................................................................................................5

II. FUNDAMENTO TEÓRICO..................................................................................................6

III. CÁLCULOS TEÓRICOS.......................................................................................................8

IV. CÁLCULOS EXPERIMENTALES.........................................................................................12

1. DATOS EXPERIMENTALES..............................................................................................12

2. FÓRMULAS APLICADAS..................................................................................................12

3. RESULTADOS..................................................................................................................13

4. GRÁFICOS.......................................................................................................................14

5. ANÁLISIS DE LAS GRÁFICAS...........................................................................................17

V. CONCLUSIONES GENERALES..........................................................................................17


I. VISTAS DE LOS COMPONENTES

1. VISTAS DEL ROTOR

FIG. 1 Vista isométrica del rotor

FIG. 2 Vistas del rotor


2. VISTAS DE LA CARCAZA

FIG. 3 Vista isométrica de la carcasa

FIG. 4 Vista isométrica superior de la carcasa


3. VISTAS DEL CONJUNTO

FIG. 5 Vista isométrica del emsamble

FIG. 6 Vista del ensamble en conjunto


FIG. 7 Vista superior del ensamble

FIG. 8 Vista posterior del ensamble


II. FUNDAMENTO TEÓRICO

Rotor Centrifugo de Alabe Recto

El rotor asignado a nuestro grupo es usado en los ventiladores centrífugos, también

denominados ventiladores radiales, son el tipo más habitual de ventilador que se emplea en la

actualidad. Sus principios operativos, aunque son relativamente simples, han evolucionado a lo

largo de los años hasta desembocar en máquinas con una elevada eficiencia aerodinámica y

una potencia importante.

El ventilador centrífugo consiste en un rotor encerrado en una envolvente de forma espiral; el

aire, que entra a través del ojo del rotor paralelo a la flecha del ventilador, es succionado por

el rotor y arrojado contra la envolvente se descarga por la salida en ángulo recto a la flecha. En

nuestro rotor los Alabes de salida radial, β2 = 90º.- Tiene 6 álabes; se emplean para impulsar

aire o gases sucios a elevada temperatura, gracias a la facilidad con que son eliminados los

depósitos sólidos por la fuerza centrífuga. A continuación se muestra el esquema de el rotor

radial de alabes rectos.

FIG. 9 Rotor radial de alabes rectos

FIG. 10 Triángulo de velocidades a la salida del alabe del rotor.


U 2 W⃗ 2

C⃗2

Carcasa del ventilador centrífugo

La carcasa de un ventilador centrífugo es una estructura de gran tamaño, por lo general

fabricada con chapa de acero, y que se emplea para guiar el flujo de aire al "ojo" del impulsor

de forma controlada. Puede tener una admisión abierta, pero lo normal es que cuente con un

codo que permita instalar el motor separado de los conductos.

La carcasa también tiene la misión de canalizar el aire o el gas que salga por la circunferencia

exterior del impulsor. A continuación este aire o gas se expandirá, reduciendo la velocidad del

flujo y convirtiendo la energía cinética en presión estática útil, para luego ser dirigido hacia

fuera a través de la brida de escape de la carcasa.

FIG. 11 Representación real y teórica del sistema rotor-carcasa a estudiar.


III. CÁLCULOS TEÓRICOS

DATOS GEOMÉTRICOS DEL ROTOR

D2 23 cmD1 5.7 cmb2 3.425 cmb1 2 cme 0.2 cmZ 6β2 90º

Calculando las velocidades tangenciales para la salida y entrada

U 2=π D2N

60=

π (0.23 )360060

=43.354m / s

U 1=π D1N

60=

π (0.057 )360060

=10.7442m / s

Calculando la relación de diámetros

D1

D2

=10.744243.354

=0.2478


Calculando la constante ε

ε= 2k

z [1−( D1

D2)2]

=2(0.55+0.6 sin β2)

43.0409= 2.343.0409

=0.0534

ε=0.0534

Calculando la constante μ

μ= 11+ε

→μ=0.8499

Entonces reemplazando en la ecuación

μ=cu2

' ∗u2−cu1

' ¿u1cu2¿u2−cu

1¿u1

cu2

' =38 .467ms

Considerando un grado de reacción ℜ=0 .7 y reemplazando en las ecuaciones

H R∞=U 2Cu2−U 1Cu1

g=43.354∗38.467−10.7442

2

9.81=158.2325m /s

H R=μ∗HR∞=0 .8799∗158 .2325=139 .2287m

0 .7=(43.3542 -10 .74422)+(w02−w3

2 )2∗g∗139 .2287

w02−w3

2=148 .0355m2/ s2

Trabajando con las relaciones


0 .8799=cu2

' ∗u2−cu1

' ¿u1cu

2¿u2−cu

1¿u1

=cu2' ¿ 43.354−10 .74422

43 .3542−10 .74422

cm1∗(π∗5.7−6∗ 210 )∗2=cm2

¿ (π∗23−6∗ 210 )∗3 .425cm0

∗(π∗5 .7 )∗2=cm3¿ (π∗23 )∗3 .425

cm1∗33.4142=cm2

¿243.369=cm0¿35.8142=cm3

¿247 .479

cm1

cm2

=7 .2834

cm0

cm3

=6 .9101

w0=cm0

(u2−cu2

' )2+cm3

2 =w32

23 .88+cm3

2 =w32

cm0

2 −[23 .88+cm3

2 ]=148 .0355

47 .74∗cm3

2 −23 .88=148 .0355

Se obtiene los valores

cm3=1 .8976m

s

cm0=13.11m

s

cm1=14 .05m

s

cm2=1 .92m

s

Asumiendo ηh=0 .8

Hallamos teóricamente


La altura útilHu=0 .8∗

1365 .83359 .81

=111.38mEl caudal

Q=π∗5.7100

∗3 .425100

∗13 .11=0 .0804 m3

sLa potencia hidráulica

P=1 .2∗0 .0804∗111.3876∗0 .8

=0 .1767HP

P<>0.13179kw<>131.79wEl número específico de caudal

Nq=3600∗√0 .0804

111 .3834

=29 .77

Resumen de consideraciones teóricas

Grado de Reacción R=0.7

IV. CÁLCULOS EXPERIMENTALES

1. DATOS EXPERIMENTALES

Tabla 1. Datos experimentalesAbertura n F P2-P1 Psucción

cm rpm libras pulg H2O pulg H2O

0 3574 0.7 4.1 0.661 3577 0.8 4.1 3.52 3567 0.85 4 4.853 3568 0.87 3.95 5.44 3564 0.89 3.9 5.655 3559 0.9 3.89 5.86 3566 0.9 3.9 5.85


2. FÓRMULAS APLICADAS

0= Paρ. g

+ Va2

2. g Ecuación 1

Q=0.98xVax π4∅2 Ecuación 2

H=P II−P I

ρ .g+C II2−C I

2

2. gEcuación 3

Q=0.98x C II xπ4∅ 2

Ecuación 4

Q=0.98x C I xπ4∅ 2

Ecuación 5

P=FxdxRPMxπ30

Ecuación 6

Ph=γxQx H util Ecuación 7

n=PhP

Ecuación 8

3. RESULTADOS

Tabla 2. Valores calculadosPa Va Q CI CII (P2-P1)/g H

m aire m/s m^3/s m/s m/s m/s m AIRE

13.9167 16.5241 0.0318 2.5612 1.7786 86.4519 86.894373.8004 38.0521 0.0732 5.8981 4.0959 86.4519 87.4707

102.2663 44.7936 0.0862 6.9430 4.8215 84.3434 85.5426113.8635 47.2652 0.0909 7.3261 5.0876 83.2891 84.5545119.1350 48.3470 0.0930 7.4938 5.2040 82.2348 83.5291122.2979 48.9845 0.0943 7.5926 5.2727 82.0239 83.3354


123.3522 49.1952 0.0947 7.6253 5.2953 82.2348 83.5519

w Peje n

rad/s w (%)

374.2693 209.7585 15.5653

374.5834 239.9252 31.5453

373.5362 254.2078 34.2751

373.6410 260.2622 34.9169

373.2221 265.9467 34.5288

372.6985 268.5576 34.5637

373.4315 269.0858 34.7342


4. GRÁFICOS


Altura vs. Caudal

H= -3355,4 Q2 + 368,65 Q + 78,558R2 = 0,9878

83,00

83,25

83,50

83,75

84,00

84,25

84,50

84,75

85,00

85,25

85,50

85,75

86,00

86,25

86,50

86,75

87,00

87,25

87,50

87,75

88,00

88,25

88,50

88,75

89,00

0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,10 0,10

Q [caudal] metros3/seg

H [

alt

ura

] m

etr

os

de

air

e

H

Patm = 1 atmT amb = 18

Potencia al eje vs. Caudal

R2 = 0,9967

200

205

210

215

220

225

230

235

240

245

250

255

260

265

270

275

0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,10 0,10

Q [caudal] metros3/seg

Peje

[pot

enci

a] W

att

Patm = 1 atmT amb = 18



Eficiencia vs. Caudal

n = -3949,8 Q2 + 805,76 Q - 6,0788R2 = 0,9989

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

22,5

25,0

27,5

30,0

32,5

35,0

37,5

0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065 0,070 0,075 0,080 0,085 0,090 0,095 0,100

Q [Caudal] metros3/seg

n [E

ficie

ncia

] %Patm = 1 atmT amb = 18

5. ANÁLISIS DE LAS GRÁFICAS

- De las gráfica Eficiencia vs. Caudal, obtenemos que la máxima eficiencia se da para un

caudal de 0.102, donde la máxima eficiencia es igual a 35.01 %, con este caudal

obtenemos una altura de 81.25 metros de aire y una potencia de 270 watts.

Eficiencia máxima 35.01 %Caudal 0.102 m3/segAltura 81.25 metros de airePotencia al eje 270 wattsNº específico de caudal 42.09

- Observamos que las tendencias de las curvas en las graficas son similares a las

tendencias teóricas, excepto en la gráfica Potencia al eje vs. Caudal, la cual nos sale

una parábola hacia arriba, esto puede deberse a ciertos errores en la medición ya que

el rango de la variación de las fuerzas en el dinamómetro era muy pequeño, por lo

cual los datos registrados son un poco imprecisos.

V. CONCLUSIONES GENERALES

- Respecto a la comparación de la altura útil teórica con la altura experimental para la

eficiencia máxima, notamos que obtenemos un error de 27% en función del cálculo

teórico, esto puede deberse a las pérdidas mecánicas que ocurren en el equipo,

debido a su largo tiempo de uso, también a errores en la medición. Del mismo modo

con los valores de los caudales, ya que de forma teórica obtenemos el valor de 0.08

m3/seg y de forma experimental 0.102.

- En relación al cálculo del número específico de revoluciones de caudal, Nq, obtenemos

de forma teórica el valor de 29.77, y experimentalmente 42.09, los cuales son

conformes ya que encuentran dentro del rango recomendado en los textos [20 a 50] –

para rotores centrífugos y con β2 = 90º.


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