1

nnddiiccee

Introduccin...2

Requerimientos de diseo..3

Clculos preliminares........4

Calculo del rodete.....5

Trazado del perfil del alabe ..12

Diseo de la voluta del ventilador.....14

Bibliografa.16

Anexos..17

2

IInnttrroodduucccciinn

Los ventiladores son turbomquinas rotodinmicas equivalentes a las bombas con la particularidad de que transfieren energa a un gas, tpicamente aire. Aunque los gases son fcilmente compresibles, las velocidades de paso y los cambios de presin habidos a travs de los ventiladores son lo bastante pequeos como para no afectar significativamente la densidad, y tpicamente se considera que el flujo es incompresible. Al igual que las bombas centrifugas, los ventiladores centrfugos tambin cuentan con un rodete que espira el gas en la direccin axial y lo impulsa radialmente hacia la salida, por la periferia del rodete, donde es recogido por la voluta y finalmente dirigido hacia la salida de la mquina.

Los ventiladores centrfugos de labes curvados hacia atrs tienen un rodete con los 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 de consumo de energa del tipo "no sobrecargable", es decir que su consumo mximo de energa se produce en un punto prximo al de rendimiento ptimo.

La importancia de los ventiladores radica en el empleo que se les da a estos dentro de la industria. Por eso es importante saber que los ventiladores centrfugos industriales por lo general siempre tienden a estar ligados al desarrollo de tareas que tienen que ver con la refrigeracin y el aporte de un caudal de aire generalmente frio que con la direccin especial que tienen, expulsan dependiendo el tipo de ventilador centrifugo. Los ventiladores centrfugos de labes curvados hacia atrs son empleados para ventilacin, calefaccin y aire acondicionado. Tambin pueden ser usados en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.

El presente trabajo tiene como finalidad calcular y disear un ventilador centrfugo con alabes curvados hacia atrs a partir de un caudal y altura til definida. Se proceder asumiendo algunos datos, los cuales se encuentran en un rango apropiado dado en clases, a continuacin se har la eleccin de un motor elctrico, siguiendo con los clculos del rodete y los clculos necesarios para el trazado del perfil de los labes, finalmente se presentan los clculos para el diseo de la voluta y se anexan los planos correspondientes.

Esperamos que este trabajo cumpla con todos los objetivos, sea del agrado del lector y pueda servir de referencia a otros compaeros que lleven el curso.

3

CALCULO Y DISEO DE UN VENTILADOR CENTRIFUGO CON ALABES

CURVADOS HACIA ATRAS

REQUERIMIENTOS DE DISEO:

2

3

260

2.2 /

util

requerido

H mmH O

Q m s

DATOS ASUMIDOS:

Para el diseo del ventilador asumiremos algunos parmetros que se encuentran

en unos rangos recomendados por el profesor dichos parmetros son:

Eficiencias:

0.70 0.80

0.95 0.98

0.95 0.98

total

mecanica

volumetrica

ngulos de los alabes:

1

2

25 35

50 70

Parmetro K para hallar el numero de alabes:

K=6.5

Espesor de los alabes e:

e=3mm

Tambin en el diseo del ventilador tomaremos condiciones de diseo adems de

la condicin que las velocidades meridianas a la entrada y salida del rotor son

iguales matemticamente esto se expresa de la siguiente forma:

1

1 2

90

Cm Cm

4

En el siguiente cuadro se presentan los valores asumidos para el diseo de

nuestro ventilador

1 30

2 60

total 0.75

mecanica 0.97

volumetrica 0.96

hidraulica 0.81

CALCULOS PRELIMINARES:

Inicialmente calculamos todos los parmetros necesarios para hallar la potencia al

eje con lo cual seleccionaremos el motor elctrico para ello tomaremos de

referencia las condiciones del aire a nivel del mar o condiciones normales:

Propiedades del aire a condiciones normales:

212.24aireH m

Calculamos la potencia al eje:

7.48 10.03ejeP KW HP

5

Hallada la potencia seleccionaremos el motor elctrico por recomendacin se

debe seleccionar un motor que exceda la potencial al eje por las prdidas que

ocurren en el motor elctrico y la forma de acople entre el motor y el ventilador del

siguiente grafico seleccionamos el motor a usar (ver en los anexos):

De la tabla seleccionamos el motor de 4 polos de 12 HP potencia cuyo valor

nominal de sus RPM es:

min 1750no alRPM

Con este valor empezamos los clculos propios del rodete del ventilador

CALCULO DEL RODETE:

Hallamos la velocidad especfica requerida al caudal Nq:

3

4

3

4

1750 2.2

212.24

46.6798

requerido

q

util

q

q

N QN

H

N

N

6

Con ese valor de Nq buscamos el valor en la siguiente tabla:

Nq 20 30 40 50 1.1 1.05 0.97 0.90

El valor esta comprendido entre 40-50 hacemos una interpolacin simple:

0.923

Hallamos la velocidad tangencial en 2 usamos la ecuacin de la cifra de caudal:

2

2

2

2

2

2

2

2 9.81 212.24

0.923

67.17 /

util

util

gH

U

gHU

U

U m s

Con el valor de la velocidad tangencial hallamos el valor del dimetro de salida del

rotor:

22

22

2

2

60

60

60 67.17

1750

0.733

D NU

UD

N

D

D m

7

Tambin hallamos la cifra de presin por requerirse para clculos posteriores:

2

2 2

2

4

4 2.2

0.733 67.17

0.0776

requeridoQ

D U

Hallamos la relacin de dimetros que nos servir para hallar el dimetro de

entrada y despus para hallar en nmero de alabes que tendr nuestro rotor la

formula que nos permite halla dicha relacin es:

1

2 1

1

2

1

2

1.063tan

0.07761.063

tan30

0.3898

D

D

D

D

D

D

Hallamos el dimetro de entrada:

1

2

1 2

1

1

0.3898

0.3898

0.3898 0.733

0.286

D

D

D D

D

D m

8

Con la relacin de dimetros hallamos el nmero de alabes del rodete mediante la

ecuacin:

1 21

1 2

1 0.3898 30 606.5

1 0.3898 2

10.468

:

10

z K sen

z sen

z

redondeando

z alabes

Hallamos los anchos de los alabes para ello haremos unos clculos previos y

analizaremos los tringulos de velocidades en la entrada y salida del rotor:

Triangulo de velocidades en la entrada del rotor:

Hallamos la velocidad tangencial ala entrada del rodete:

11

1

1

60

0.286 1750

60

26.21 /

D NU

U

U m s

En el triangulo de velocidades a la entrada del rotor:

1 1

1

1

1 2

30

26.21 30

15.13 /

15.13 /

Cm tg U

Cm tg

Cm m s

Cm Cm m s

9

Triangulo de velocidades a la salida del rotor:

Hallamos la componente de la velocidad 2U

W :

2

2

2

2

60

15.13

60

8.735 /

U

U

U

CmW

tg

Wtg

W m s

Despus hallamos la componente 2U

C :

2 2

2

2

2

67.17 8.735

58.435 /

U U

U

U

C U W

C

C m s

Con este valor hallamos el ngulo 2 :

2

22

2

2

15.13

58.435

14.52

U

Cmtg

C

tg

10

Con el nmero de alabes y el espesor de los alabes calculamos los coeficientes de

correccin por espesor de alabe:

1,2

1,2

1,2 1,2

1,2

1,2

1,2

1,2

tKe

t s

es

sen

Dt

z

Reemplazando valores:

11

1 1

1

22

2 2

2

0.0898

0.0898 0.006

1.072

0.23

0.23 0.00346

1.015

tKe

t s

Ke

tKe

t s

Ke

Hallados todos los parmetros, por continuidad hallamos los anchos de los alabes

ala entrada y a la salida:

1,2

1,2 1,2

1,2

1

1

1 1

1

1

2

2

2 2

1

1

2.2 1.072

0.96 0.286 15.13

0.181

2.2 1.015

0.96 0.733 15.13

0.0668

volumetrica

volumetrica

volumetrica

CmQb D

Ke

Q Keb

D Cm

b

b m

Q Keb

D Cm

b

b m

11

Para finalizar lo clculos en el rodete calculamos la altura terica de Euler;

2 2 58.435 67.17

9.81

400.11

U

R

R

C UH

g

H m

Tambin el coeficiente de resbalamiento:

212.24

0.81 400.11

0.65

util

hidraulica R

H

H

Finalmente hallamos la velocidad 2

'

UC afectada por el efecto de vrtice relativo:

2 2

2

2

'

'

'

0.65 58.435

37.98 /

U U

U

U

C C

C

C m s

Hallada esta velocidad y el valor de los coeficientes de correccin por espesor de

alabe se puede graficar el triangulo de velocidades con el efecto combinado de

espesor de alabe y vrtice relativo:

12

TRAZADO DEL PERFIL DEL ALABE:

Para el trazado del perfil del alabe se usara un mtodo grafico analtico llamado el

mtodo de puntos se basa mediante la siguiente ecuacin:

2

1

180r

r

dr

rtg

Donde es un ngulo que varia linealmente segn la siguiente relacin:

1 1a r r

Para hallar la constante a reemplazamos los valores de asumidos y los radios

hallados:

60 30 0.3665 0.143

134.228

30 134.228 0.143

a

a

r

Despus de hallar la ecuacin con ayuda de una hoja de clculo y tabulando los

datos obtenidos hallamos los puntos para el trazado de nuestros alabes:

r tg

0,1430 30,0000 0,5774 12,1122 0,0000 0,0000 0,0000

0,1519 31,2000 0,6056 10,8674 0,1027 0,1027 5,8853

0,1609 32,4000 0,6346 9,7945 0,0924 0,1951 11,1771

0,1698 33,6000 0,6644 8,8630 0,0834 0,2785 15,9555

0,1788 34,8000 0,6950 8,0488 0,0756 0,3541 20,2868

0,1877 36,0000 0,7265 7,3329 0,0688 0,4228 24,2263

0,1966 37,2000 0,7590 6,6998 0,0627 0,4856 27,8202

13

0,2056 38,4000 0,7926 6,1372 0,0574 0,5429 31,1079

0,2145 39,6000 0,8273 5,6349 0,0526 0,5956 34,1228

0,2235 40,8000 0,8632 5,1844 0,0484 0,6439 36,8938

0,2324 42,0000 0,9004 4,7789 0,0445 0,6885 39,4455

0,2413 43,2000 0,9391 4,4124 0,0411 0,7295 41,7995

0,2503 44,4000 0,9793 4,0801 0,0380 0,7675 43,9745

0,2592 45,6000 1,0212 3,7778 0,0351 0,8026 45,9870

0,2682 46,8000 1,0649 3,5019 0,0325 0,8352 47,8514

0,2771 48,0000 1,1106 3,2494 0,0302 0,8653 49,5804

0,2860 49,2000 1,1585 3,0177 0,0280 0,8934 51,1855

0,2950 50,4000 1,2088 2,8045 0,0260 0,9194 52,6766

0,3039 51,6000 1,2617 2,6079 0,0242 0,9436 54,0628

0,3129 52,8000 1,3175 2,4261 0,0225 0,9661 55,3521

0,3218 54,0000 1,3764 2,2577 0,0209 0,9870 56,5517

0,3307 55,2000 1,4388 2,1014 0,0195 1,0065 57,6681

0,3399 56,4252 1,5066 1,9530 0,0185 1,0250 58,7283

0,3486 57,6000 1,5758 1,8204 0,0165 1,0415 59,6744

0,3576 58,8000 1,6512 1,6938 0,0157 1,0572 60,5744

0,3665 60,0000 1,7321 1,5753 0,0146 1,0718 61,4116

Con estos puntos podemos disear el perfil de nuestros alabes.

14

DISEO DE LA VOLUTA O ESPIRAL DEL VENTILADOR:

El diseo de la voluta se har en base de la siguiente ecuacin:

log pi

RK

r

Si:

ri = r2

R = RMAX

Entonces:

2

log 360MAX pR

Kr

2

log

360

MAX

p

R

rK

Se recomienda:

2 290 1 1.2MAXR D

Datos:

21.1MAXR D

1.1 0.733 0.8063MAXR m

Hallando KP

(

)

Luego:

log 0.0009512 ( )0.3665

MAXR

Hallada la ecuacin con ayuda de una hoja de clculo y tabulando resultados

hallamos los puntos para el perfil de la voluta o espiral:

15

R(m) R/r2 log(R/r2) ()

0.3665 1 0 0

0.39139023 1.06791331 0.028536 30

0.4000571 1.09156097 0.038048 40

0.40891588 1.11573228 0.04756 50

0.41797084 1.14043884 0.057072 60

0.4272263 1.16569249 0.066584 70

0.43668671 1.19150536 0.076096 80

0.44635662 1.21788982 0.085608 90

0.45624065 1.24485853 0.09512 100

0.46634355 1.27242443 0.104632 110

0.47667017 1.30060075 0.114144 120

0.48722547 1.329401 0.123656 130

0.49801449 1.35883899 0.133168 140

0.50904242 1.38892885 0.14268 150

0.52031456 1.41968502 0.152192 160

0.5318363 1.45112225 0.161704 170

0.54361318 1.48325561 0.171216 180

0.55565084 1.51610053 0.180728 190

0.56795507 1.54967276 0.19024 200

0.58053175 1.58398841 0.199752 210

0.59338693 1.61906394 0.209264 220

0.60652678 1.65491617 0.218776 230

0.61995759 1.69156231 0.228288 240

0.63368581 1.72901993 0.2378 250

0.64771802 1.76730701 0.247312 260

0.66206096 1.80644191 0.256824 270

0.67672151 1.8464434 0.266336 280

0.69170669 1.88733068 0.275848 290

0.70702371 1.92912336 0.28536 300

0.72267991 1.97184149 0.294872 310

0.73868279 2.01550556 0.304384 320

0.75504003 2.06013652 0.313896 330

0.77175949 2.10575577 0.323408 340

0.78884918 2.15238521 0.33292 350

0.8063173 2.20004721 0.342432 360

Con estos resultado se traza el perfil de la voluta, los trazados del perfil del alabe y

de la voluta se adjuntaran en planos al trabajo monogrfico.

16

Bibliografa

APUNTES DEL CURSO DE MAQUINAS HIDRAULICAS Ing. Hernn Pinto

BOMBAS CENTRIFUGAS Y TURBOCOMPRESORES : Carl Pfleiderer - 1960

TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS : Claudio Mataix - 1984

TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS : Manuel Polo Encinas 1975

TURBOMAQUINAS I (TEORIA Y PROBLEMAS) : Salvador Gonzales

CATALOGO DE MOTORES TRIFASICOS : SIEMENS

INTERNET Buscador: www.google.com

17

Anexos

Tabla de parmetros para un motor trifsico de induccin de 1800 rpm, 4 polos y 60 Hz

18

Tabla de medidas para montaje de un motor trifsico de induccin (en mm)

19

Vista frontal y lateral de los motores trifsicos de induccin (tamaos 71 a 160)

Despiece del motor trifsico de induccin

20

21

22

23

24

VISTA 3D del Rodete del Ventilador Centrifugo

VISTA 3D de la Voluta del Ventilador Centrifugo