Compresores Ventiladores

7/29/2019 Compresores Ventiladores

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PDVSA N TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

COMPRESORES

E1994

MDP02K05 VENTILADORES

APROBADO

MAY.96 MAY.96

MAY.960 F.R.

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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VENTILADORES MAY.960

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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice

1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 CONSIDERACIONES DE DISEO, CLASIFICACION Y APLICACIONES7

5.1 Clasificacin de Ventiladores 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Ventiladores Axiales 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 Ventiladores Centrfugos 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 GUIA PARA EL DISEO 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 NOMENCLATURA 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 OBJETIVO

El objetivo de ste captulo es presentar los fundamentos tericos que permitanuna comprensin de la terminologa usada en ventiladores.

2 ALCANCEEste Captulo presentan las definiciones bsicas y consideraciones relevantescomo una introduccin general a la utilizacin de ventiladores en servicios deproceso de planta. Una cobertura ms especfica se presenta en el Manual deDiseo de Proceso (versin 1986) en Seccin 8G Hornos (Sistemas de TiroForzado).

3 REFERENCIASPrcticas de Diseo (versin 1986).

Vol. IV, Seccin 8 Hornos: Sistemas de Tiro Forzado

Vol. VI, Seccin 9 intercambiadores de Calor Enfriados por Aire

Vol. VII, Seccin 11 Compresores

Manual de Ingeniera de Diseo

Vol. 8 Intercambiadores de Calor; Especificacin de IngenieraPDVSA90617.1.042. Intercambiadores de Enfriados por

Aire

Vol. 8 Intercambiadores de Calor; Especificacin de IngenieraPDVSAEF202R Torres de Enfriamiento de Tipo Inducido (No

combustible).

Vol.14 Equipos Rotativos; Especificacin de Ingeniera

PDVSAGB201R Compresores Centrfugos.

Vol.14 Equipos Rotativos; Especificacin de Ingeniera

PDVSAGB205 Ventiladores Centrfugos.

Otras Referencias

API Standard 661, Air Cooled Heat Exchanger for General Refinery Services.Kenny, R.S., Fans and Blowers, Machine Design, March 14, 1968.

Hichs, T., Powers Handbook on Fans, Power Magazine (McGrawHill), Oct.1951.

Ludwig, E. E., Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants,Volume 5, Gulf Publishing Company, 1983.

Baumeister, T., Marks Mechanical Engineers Handbook, 9th ed, Subsection onCentrifugal and Axial Fans, Mc GrawHill, 1967.
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Osborne W.C., The selection and use of fans, Oxford University Press, 1979

ASHRAE Guide and Data Book, 1979 Equipment Volume, American Society ofHeating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, Inc.

4 DEFINICIONESLa nomenclatura y definiciones aqui presentadas son aquellas usadasconvencionalmente en el campo de la ingeniera de ventiladores. Ellas son algodiferente de los smbolos y definiciones aplicados comnmente a los servicios decompresin y al diseo de la planta de proceso, y aqu se presentan como unareferencia conveniente para el diseador del proceso.

VentiladoresLos ventiladores son mquinas diseados para mover grandes volmenes de flujoa baja presin. Ellos emplean un tipo de impulsor con un rango de velocidades de20 a 180 m/s (70 a 600 pie/s), muchos modelos estn limitados a 60 a 75 m/s (200a 250 pie/s). Los compresores centrfugos, en contraste, generalmente operan aun mximo de 200 a 300 m/s (700 a 1000 pie/s). La diferencia entre ventiladoresy compresores es arbitraria y ha sido colocada en un incremento de densidad del7% por las pruebas de las normas ASME correspondiente a una relacin depresin de 1.1 o a un aumento de presin atmosfrica de 10 kPa (40 pulg. agua).

El trmino general soplador es a menudo usado como sinnimo de ventilador

o compresores de baja presin de varias clases. Sin embargo, soplador no tieneuna definicin explcita y se debera evitar su uso.

Presin

La presin desarrollada en ventiladores procede de dos fuentes: La fuerzacentrifuga debida a la rotacin de un volumen encerrado de gas o aire y lavelocidad impartida al aire o el gas por las aletas. La fuerza centrifuga desarrolladapor el rotor produce una compresin del aire o el gas que se denomina presinesttica; La velocidad impartida por las aletas del ventilador es convertidaparcialmente en presin por la caja del ventilador, en forma espiral o caracol.

La Presin Total de operacinPt en un punto cualquiera, es la suma de lapresin esttica ms la presin de velocidad; esto puede ser escrito de acuerdoa la ecuacin Ver Figura 1.

Pt = Ps + Pv Ec.(1)

La presin total de un ventilador, PTV el aumento de la presin total desde laentrada del ventilador a la salida. Es medida por la lectura del diferencial entre lascaras de los tubos de impacto del gas que fluye por la entrada del ventilador y quedescarga por lo ductos (por los lados). Para un ventilador de aire atmosfrico,manual, sin ducto de entrada, la presin total en el lado de entrada, Pt, es cero
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(manomtrica) y Pt en el lado de la descarga es igual al PTV. La presin total de

un ventilador, como el cabezal de un compresor, es la medida del incremento deenerga impartida por el ventilador al gas que fluye, pero por unidad de volumencomo base en vez de ser por unidad de masa.

La presin de velocidad de un ventilador, PVV, es la presin debida al promediode velocidad a travs de la salida del ventilador, Vm.

PVV = F7 (Vm)2 Ec.(2)

donde:

En unidadesmtricas

En unidadesinglesas

PVV = Presin de Velocidad de un Ventilador kPa pulg H2Or = Densidad del gas en la salida del ventilador kg/m3 lb/pie3

Vm = Q/A (m/p) m/s pie/min

Q =Velocidad de flujo volumtrico real a lascondiciones de salida

m3/s pie3/min

A = Area transversal a la salida del ventilador m2 pie2

F7 =Factor cuyo valor depende delas unidades usadas

5x104 1/1.203x106

Para aire a condiciones estndar 20C (70F), = 1.2014 kg/m3 (0.075 lb/pie3)y PVV = 6.007 x 104 Vm2 (PVV = (Vm/4005))2

El PVV est indicado por la lectura diferencial entre un tubo de impacto encarandola direccin del flujo del aire a la entrada del ventilador y la lectura esttica normaldel flujo de aire en la salida del ventilador.

La presin esttica de un ventilador, PEV, es la diferencia entre la presin totaly la velocidad de presin del ventilador. La presin esttica es indicada por lalectura diferencial del tubo de impacto encarando la direccin del aire en la entradadel ventilador, y la lectura esttica normal al flujo de aire en la salida del ventilador.

La magnitud de sta presin esttica desarrollada depende de la razn de lavelocidad del aire que sale de las puntas de las aletas a la velocidad del aire que

entra al ventilador en la base de las aspas. Por consiguiente, cuando ms largasson las aletas, tanto mayor ser la presin esttica desarrollada por el ventilador.

Densidad

La Densidad del Aire a Condiciones Estandar es 1.2014 kg/m3 (0.075 lb/pie3)correspondiente a una temperatura ambiente de 20C (70F) y a una presinambiente de 101.325 kPa (14.7 psia).

La densidad del aire puede ser evaluada en trminos de condiciones ambientalespor:


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+F8PB

T Ec. (3)

En unidadesmtricas

En unidadesinglesas

= Densidad del aire kg/m3 lb/pie3

PB = Presin baromtrica kPa pulg Hg

T = Temperatura k R

F8 =Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas

3.492 1.325

La densidad a condiciones estndar del gas combustible es 1.252 kg/m3

(0.078lb/pie3), correspondiendo a las mismas condiciones estndar (20C y 101.325 kPa(70F y 14.7 psia)) y M = 30.2. Las correcciones deben realizarse para convertirla densidad estndar a densidad a temperatura y presin particular.

Otros Trminos:

La unidad de presin es un kilopascal (una columna de una pulgada agua(densidad de agua 62.4 lb/pie3)).

El volumen (flujo) manejado por un ventilador es el nmero de metros cbicosde aire por segundo (pie cbicos de aire por minuto) expresado a las condiciones

de salida del ventilador.El rea de salida del ventilador, es el rea interior de la abertura a la salida delventilador, en metros cuadrado (en pies cuadrado).

La potencia de salida del ventilador es la potencia suministrada a la corrientede aire y es llamado caballaje de potencia del aire. Esta est basada en el volumenmanejado por el ventilador y la presin total del ventilador.

Pa = F9 Pt Q (Ec.(4)

donde:

En unidades

mtricas

En unidades

inglesas

Pa=Caballaje de potencia de aire acondiciones estndar

kW Hp

F9=Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas

1 1.57 x 104

Pt= Presin total kPa pulg H2O

El caballaje de potencia para gases diferentes al aire o para aire por debajo decondiciones no estndar es obtenido por la multiplicacin de valores cercanos a


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la relacin de la densidad real con la densidad del aire estndar 1.2014 kg/m3

(0.075 lb/pie3

).Potencia de la Presin Esttica En algunos servicios de ventiladores, lapresin de velocidad es malgastada (es decir, no es convertida especialmente) ysolamente la presin esttica es utilizada. La presin esttica, Ps, puede sersustituida por Pt para obtener la potencia de la presin esttica.

La potencia de entrada para un ventilador, es la potencia entregada en el ejedel ventilador.

Eficiencia Mecnica de un Ventilador, es la relacin entre la potencia de saliday la potencia de entrada.

Eficiencia Esttica de un Ventilador es la eficiencia mecnica multiplicada porla relacin de presin esttica a presin total.

es +em Ps

Pt Ec. (5)

PF, KWHP + Potencia del aireem+

Potencia de la presin Estticaes

Ec. (6)

Velocidades Especficas de VentiladoresEl rendimiento caracterstico de losventiladores axiales y centrfugos son convenientemente anulados, predichos y

comparados con el uso del parmetro de velocidad especfica del ventilador, elcual caracteriza el uso del impulsor. La velocidad especfica es la velocidad enrev/s a la cual se podra operar un ventilador si se redujera proporcionalmente entamao para entregar 1 m3/s contra una presin esttica de 1 kPa (es la velocidaden rpm a la cual se podra operar un ventilador si se redujera proporcionalmenteen tamao para entregar 1 pie3/min contra una presin esttica de 1 pulg de H2O):

Ns +N Q12

(Ps)34

F100.75

Ec. (7)

donde:En unidades

mtricasEn unidades

inglesas

Ns= Velocidad especfica rev/s rpm

F10=Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas

1.2014 0.075

Dimetro Especfico es el dimetro de un ventilador requerido para entregar 1m3/s de aire a condiciones estndar (1.2014 kg/m3) contra una presin estticas


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de 1 kPa dada la velocidad especfica (dimetro de un ventilador requerido para

entregar 1 pie3

/min de aire a condiciones estndar (0.075 lb/pie3

) contra unapresin esttica de 1 pulg de H2O dada la velocidad especfica).

5 CONSIDERACIONES DE DISEO, CLASIFICACION YAPLICACIONES

5.1 Clasificacin de Ventiladores

Los ventiladores son clasificados en dos tipos generales: axiales (donde el aire oel gas se mueve paralelo al eje de rotacin) y centrfugos (el aire o el gas se mueveperpendicular al eje).

Flujo Axial:

1. Ventiladores de hlice (o propela): Usado para mover grandes cantidades deaire y baja presin esttica. Comunmente usado para ventilacin en general.Se clasifican de acuerdo al tipo de propela usada: de disco usada para elmovimiento de aire limpio donde no hay ducto; y de tubo axial diseados paramover el aire en un amplio rango de volmenes a presin media.

2. Ventiladores con aletas de guaDiseados para mover aire o gases en un amplio rango de volmenes ypresiones. Construido con un diseo aerodinmico se logran desarrollaraltas presiones.

Flujo Centrfugo

Se construyen de dos tipos generales: de paletas rectas o placas de acero, dehojas curvas hacia adelante y de hojas curvas hacia atrs.

5.2 Ventiladores Axiales

1. Ventilador de Hlice AplicacionesLos ventiladores de hlice utilizanlabes largos sobre pequeos pernos para mover grandes volmenes, apresiones en el rango de 0 a 0.25 kPa (0 a 1 pulg de agua). Ellos normalmenteestn colocados dentro de un orificio o abertura, especialmente perfilado,

pero con poco o sin ningn canal en ambos lados. Los extractores de paredo techo (como ventiladores de tico) y ventiladores de pared son ejemplosde gnero sencillo y de baja potencia. Las torres de enfriamiento yventiladores de intercambiadores de calor enfriados por aire son ejemplos degneros mecanizados de alta potencia.

2. EficienciaLa eficiencia puede ser tan baja como de 10 a 20% para orificiosde diseo rstico. Las hojas anchas del tipo de ventiladores domsticotienden a ser silenciosas pero de baja eficiencia. Los labes angostos sonms eficientes pero producen mayor ruido.


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La eficiencia esttica de los ventiladores de hlice de labes largos,

tpicamente es de 30 a 35%. Las velocidades de rotacin estn limitadas a60 m/s (200 pie/s) para limitar la generacin de ruido. El promedio de lavelocidad a travs del rea del ventilador esta en el rango de 6 a 13 m/s (1200a 2500 pie/min).

Para una buena distribucin del flujo de aire en los intercambiadores de calorenfriados por aire, el dimetro del ventilador es seleccionado de manera talque el rea del ventilador sea mayor del 40% del rea base total del bancode tubo.

La eficiencia es tpicamente 20% ms baja que para el tipo de tubo axial sila abertura parcial (u orificio) es diseada para transicin de flujo lento.

3. Diseo de OrificioEl orificio o apertura en el cual un ventilador de hliceparcialmente sellado es colocado afecta significativamente elfuncionamiento del ventilador. Los tipos ms comunes de orificios son losilustrados en la Fig. 2 debido a que el diseo del orificio y la posicin delventilador influyen significativamente en el funcionamiento. Lasclasificaciones de los fabricantes de ventiladores estn basadas en orificiosde tipos y dimensiones especficas. Los factores en la configuracin delorificio que afectan el funcionamiento del ventilador son:

a. Tolerancia para Tipos de Hojas 1.5 a 2% (tolerancias diametralsobre el dimetro del ventilador) tpicamente es el nivel ptimo,comprometiendo alta eficiencia con fabricacin prctica. API estndar661 especfica 0.5% o 13 mm (1/2 pulg), el que sea ms grande.

b. Profundidad Axial del Orificio Un radio de bocina del 10% eldimetro del ventilador sobre el lado de salida optimiza la eficienciaesttica y acorta la profundidad.

c. Posicin del VentiladorLa proyeccin de la profundidad axial delos labes del ventilador ms alta del lado de la descarga del orificio,debe ser alrededor de 1/3 del total de la profundidad del labe, paraas lograr un mejor modelo de la curva de capacidad de presin yeficiencia.

d. Tipos de OrificiosDe los tres tipos comunes, de borde afilado,bocina y cilndrico, la bocina tiene las formas de las curvas de presinesttica ms pequea. Los orificios ms simples y baratos son los deborde afilado.

Torres de Enfriamiento y Ventiladores de Intercambiadores de Calor,Enfriados por Aire. Los ventiladores de hlice de baja velocidad emplean unnmero pequeo de labes largos y delgados usados para pasar el aire enfriadoa travs de las torres de enfriamiento e intercambiadores de calor enfriados poraire. Los ventiladores comnmente son usados para inducir el tiro en las torres de


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enfriamiento (es decir, en el tope del dibujo de las torres de aire ascendente) y para

el tiro forzado en intercambiadores de calor (es decir, debajo del banco de tubosoplando hacia arriba). El aumento de presin esttica para esos serviciostpicamente est cerca de 0.12 kPa (0.5 pulg de agua). En unidades de torres deenfriamiento, los motores horizontales y accionadores de engranaje de ngulorecto usualmente son usados en grandes sistemas de ejes acoplados paraconveniencia del montaje del motor. En unidades de intercambiadores del calor,los accionadores de correas son los ms usados.

Para torres de enfriamiento se utilizan de 4 a 8 labes con un dimetro de rotor de6 a 8.5 m (20 a 28 pie) (largo de la torre). Los motores de dos velocidadescomnmente son usados para un mejor control. El rendimiento puede ser ajustadomanualmente cambiando el ngulo del labe. La clasificacin de potencia para

torres grandes, tpicamente es de 75 a 150 kW (100 a 200 HP) (0.18 a 0.20 kWpor dm3/s capacidad de agua (15 a 20 HP por 1000 gpm de capacidad de agua)).Los labes son construdos de aluminio o de fibras de vidrio reforzados para queresistan la corrosin.

Los ventiladores de intercambiadores de calor enfriados por aire tienen de 4 a 12labes, los de 6 son los ms comunes. El rango de dimetros de rotores va desde1.2 a 5.5 m (4 a 18 pie) siendo los de 2.5 a 4.5 m (8 a 14 pie) los ms construidos.La clasificacin de la potencia tpicamente es de 7.5 a 30 kW (10 a 40 HP) porventilador. Los labes de ventiladores de paso variable, accionadores de dosvelocidades y rejilla de ventilacin ajustable son usados como control. Los detalles

en la seleccin del modo de controlar se incluyen en las Prcticas de Diseo(versin 1986) Vol. V Secc. 9I, Intercambiadores de Calor Enfriados por Aire.

Axial versus Centrfugos Los ventiladores axiales tienden a ser menoscostosos en el rango elevado de alto voltaje y baja presin. El tipo de ventiladoraxial con salidas cercanas y aletas de estator tienen el mismo nivel de eficienciaque los ventiladores centrfugos, pero otros tipos axiales tienen menos eficiencia.

Los ventiladores centrfugos generalmente son ms fciles de controlar,silenciosos, resistentes y verstiles que los axiales y tienen ms aplicacin parahornos de corrientes forzadas y servicios de procesos generales de plantas. Losaxiales siempre se usan para torres de enfriamiento e intercambiadores de calor

enfriados por aire, y son comunes en servicios de ventilacin industrial. Los axialestienden a ser ms ruidosos que los centrfugos, especialmente para las presionessuperiores a 1.3 kPa (5 pulg de agua).

Aleta de Gua Axial y Tubo AxialEstos tipos de ventiladores son diseadospara instalaciones interiores en conductos redondos, usando un caudal decorriente anular alrededor del rotor. Las aletas de gua axial emplean aletas deestator para dirigir el aire aguas arriba y/o aguas abajo del rotor a ngulosseleccionados para mayor eficiencia. Las aletas de gua axial adquiereneficiencias de 40 a 65% contra presiones de 0.12 a 1.5 kPa (0.5 a 6 pulg de agua).


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Aletas axiales especiales de alto funcionamiento son diseadas para presiones de

4 a 16 kPa (16 a 65 pulg de agua), algunas veces multietapas. Los tubos axialesusan rotores de soporte propulsores de gran potencia con aumento a 8 hojasanchas, pero no tienen aletas estacionarias. La presin esttica mxima es de 0.6a 0.7 kPa (2.5 a 3 pulg de agua). La eficiencia es de 35 a 55%.

5.3 Ventiladores Centrfugos

Aplicaciones Los ventiladores centrfugos son aplicados en calderas y enservicio de calentadores de tiro forzado y servicio de recirculacin de gas caliente,sistemas limpiadores de polvo y en equipos y construccin de sistemas deventilacin.

Comparacin General de Tipos de VentiladoresLos ventiladores centrfugosson rutinariamente aplicados para incrementar la presin a unos 10 kPa (40 pulgde agua), existen modelos especiales a 22.5 kPa (90 pulg de agua). El bastidores fabricado de lminas planas y curvas. Los impulsores de los ventiladorescentrfugos estn construidos en tres tipos principales de impulsores,caracterizados por la orientacin del extremo de los labes del impulsor: extremoinclinado hacia atrs, extremo radial y extremo inclinado hacia adelante. El ngulodel extremo (final de la descarga; el final de la entrada del labe es llamado base)relativo para la direccin de rotacin es el factor ms importante que determina elrendimiento y otras caractersticas. Algunas otras variaciones, tienen menorefecto sobre las caractersticas de los ventiladores. Las caractersticas generalesde los tres tipos pueden compararse tal como se muestra en la siguiente tabla.

CARACTERISTICAS RELATIVAS DE VENTILADORES CENTRIFUGOS

Caractersticas ExtremosInclinadosHacia Atrs

Extremo Radial ExtremoInclinado Hacia

Adelante

Costos Iniciales Alto Mediano Bajo

Eficiencia Alto Mediano Bajo

Estabilidad de operacin Bueno Bueno Pobre*

Requerimiento deEspacio

Mediano Mediano Pequeo

Requerimiento deVelocidad en losExtremos

Alto Mediano Bajo

Resistencia a la Abrasin Mediano Bueno Pobre

Habilidad para ManejarMateriales Viscosos

Mediano Bueno Pobre


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Caractersticas Extremo

Inclinado HaciaAdelante

Extremo RadialExtremos

InclinadosHacia Atrs

Adecuado paraCorrosin/Revestimiento resistentea la Erosin

Mediano Alto Pobre

Adecuado paraAplicacin de AltasTemperaturas

Regular Alto Bueno

Intersticio de Slida Cerrada Largo Mediano

Generacin de Ruido Bajo Alto Ms bajo

Las propiedades de los impulsores tpicos de estos tipos comunes son lossiguientes:

* Puede ser estable con controles propios y sistemas de diseo.

Tipo de Impulsor Relacin dimetro deentrada dimetro de la

rueda

Relacin anchoal dimetro

Extremo inclinado hacia atrs 0.75 0.26

Extremo radial (curvo hacia

adelante hasta la base)

0.78 0.35

Extremo radial (plano) 0.50070 0.38048

Extremo inclinado haciaadelante

0.88 0.55

Nmero de Alabes El nmero de labes en un impulsor de un ventiladorcentrfugo es seleccionado por el diseador del ventilador de acuerdo a variosfactores ptimos:

1. Un gran nmero de labes minimiza del deslizamiento, por tanto incrementa

el aumento de presin y capacidad.2. Un gran nmero de labes provee una estructura altamente rgida (impulsor

cerrado).

3. Un pequeo nmero de labes minimiza el costo de manufactura deunidades de pequea capacidad.

El nmero tpico de labes de impulsores es como sigue:

Ver Fig. 3 para las formas de las curvas de rendimiento tpico, para cada uno de estostipos.


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Tipo de Impulsores Nmero de

AlabesExtremo Curvado hacia atrs, labe de espesordelgado

12 a 16

Extremo curvado hacia atrs, labe de formaaerodinmica

8 a 12

Extremo radial, tipo de alta presin 10 a 24

Extremo radial, tipo escape 5 a 10

Extremo inclinado hacia adelante 32 a 64

Alabe de Extremo Inclinados hacia Atrs

1. Los tipos ms comunes son los de servicio de tiro forzado

2. Los tipos de mayor eficiencia, del 65 al 80% con labes delgados, del 80 al90% tienen labes aerodinmicos. La curva de requerimiento de potenciacon un mximo, por lo tanto no se sobrecargar a alto flujo y baja presin.

3. La curva de presin tiene una gradual declinacin de presin en el lado debaja presin del punto pico de presin.

4. Variedades de labes: labes curvos, planos y de superficie aerodinmica

5.

Se requieren velocidades mayores para otros tipos de ventiladorescentrfugos, para las mismas condiciones de servicio.

6. Una alta proporcin de la presin desarrollada, est en forma de presinesttica.

Alabe de Extremo Radial

1. Es el tipo ms comn para servicios de inducido en la succin.

2. Es usado en servicios de slidos aerotrasportados e impuros.

3. Usados en largos perodos de trabajo.

4. Son labes protegidos contra erosin y corrosin.

5. La eficiencia est en un rango entre 50% y 70% con un 20% tpico de presindesarrollada como velocidad.

6. Los requerimientos de potencia se incrementan continuamente a medidaque el flujo aumenta.

7. Los tipos radiales con curvaturas hacia adelante permiten mejor eficiencia,labes ms cortos y mayores velocidades.


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Alabes de Extremo Inclinado hacia Adelante

1. Escasamente usados en servicios de procesos.

2. Comnmente se usan en calentamiento residencial y sistemas de aireacondicionado.

3. Jaula de Ardilla construccin con gran nmero de labes bajos.

4. Requerimientos de baja velocidad lo que permite bajo nivel de ruido.

5. Eficiencia de 55 a 75%.

6. Tiene una penetracin en la curva de presin sobre el lado de baja presindel punto pico de presin.

7. La curva de potencia se incrementa severamente a medida que el flujoaumenta requiriendo cuidadosa seleccin del accionador y del sistema decontrol.

8. Limitado a servicios de limpieza.

9. Su funcionamiento generalmente no es estable a velocidades del impulsorsuperiores a 20 m/s (65 pie/s).

10. Su capacidad de desarrollo es 10 veces mejor que la de un ventilador axiala la misma velocidad.

Ventiladores para Servicios a Altas Temperaturas Los modelos de

ventiladores centrfugos estn disponibles para temperaturas de gases hasta540C (1000F), para servicios con tiro de combustin inducida y recirculacin degases calientes. Los impulsores para circulacin de aire estn colocados en el ejeentre la carcaza y los cojinetes, a fin de proteger los cojinetes y el acoplamientode altas temperaturas. Los cojinetes lubricados con sistemas de circulacin deaceite se utilizan en estos casos. La velocidad empleada por el diseador delventilador para servicios a altas temperaturas es menor que las velocidadesusadas para servicios a temperatura ambiente, tpicamente hasta un 96% mximoa 230C (450F) y 75% a 425C (800F).

Los impulsores radiales son usados normalmente de tal forma que la altura

requerida puede ser obtenida con un mnimo de velocidad. Se deber consultarcon los especialistas en maquinaria cuando se consideren aplicacionesespecficas.

5.4 Sopladores de Presin

Una clase de pequeos ventiladores centrfugos de alta presin existen entre elrango normal 10 kPa (40 pulg de agua) y el bajo extremo de los compresorescentrfugos de alta resistencia (r = 1.3). Estas mquinas son llamadas ventiladoresde presin, turbosopladores y sopladores centrfugos. Mquinas de esta clase


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producen presin hasta de 22.5 kPa (90 pulg de agua) para flujos de alrededor de

1.4 m3

/s (3000 pie3

/min). Normalmente son usados impulsores radialesespecialmente diseados para altas velocidades. Algunos modelos empleanmultietapa. Los servicios en este rango requieren de especificacionesindividuales, ya que las especificaciones estandarizadas no estn disponibles.

5.5 Servicios en Hornos de Tiro Forzado

Ver Prcticas de Diseo (versin 1986) Seccin 8G Hornos, en Sistemas de TiroForzado.

5.6 Control de Ventiladores Centrfugos

Los mtodos comunes de control de los ventiladores centrfugos (el primero de los

tres es disponible para operacin manual o automtica) aplicados en servicios deprocesos de planta son los siguientes:

Guas Mviles en los Alabes de Entrada estas son posicionadas para respondera la seal de control por la variacin del ngulo de prerotacin del gas de entraday por lo tanto, de la variacin de cantidades de trabajo del ventilador para poderconvertirla en presin. Este mtodo es eficiente pero requiere de equipos mscostosos que los reguladores. La potencia consumida con el control de los labesinternos hasta un 75% del flujo normal es alrededor del 75% de la normal, contracasi el 90% de la normal con los reguladores de salida. Este mtodo de control esrecomendado para calentadores accionados por motor y ventiladores de calderas.

Los reguladores de los orificios del flujo de gas, (cualquiera de los dos, ya seaen la entrada o salida del ventilador) se utilizan para variar la curva de resistenciadel sistema, y por lo tanto, mueven el punto de operacin a lo largo de la curvapresin/flujo del ventilador. Este mtodo malgasta la potencia a bajo flujo, peroutiliza equipos de bajo costo.

Los Impulsores de las Turbinas a Vapor con Velocidades Variablemuevenlas curvas presin/flujo hacia arriba y abajo por las leyes de los ventiladores, a finde ajustar el flujo. Este mtodo es eficiente pero requiere que la turbina a vaporsea lo ms econmicamente seleccionada y requiere un regulador ms costosoque el normalmente suministrado con la turbina a vapor, de propsitos generales.

La capacidad de presin a la descarga del ventilador, decrece a medida que lavelocidad es reducida, y esto no es conveniente en algunos servicios deventiladores.

El control de las velocidades variables puede venir acompaado con motores develocidad variables o motores de velocidad constante con acoplamiento de fluidoo acoplamiento magntico. Estos son escasamente usados debido al incrementoen costo de equipos y mantenimiento.

La transmisin por correas en V permiten un ajuste en el rendimiento delventilador, por medio de un cambio manual en las poleas. Este mtodo de las


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correas es ampliamente aplicado para ventiladores de grandes dimetros con

velocidades por debajo del nivel de velocidades de un motor de 6 polos (16 a 19rev/s (960 a 1150 rpm)), para tamao de accionadores por encima a 115 kW (150HP) y para servicios generales. Estos comnmente se usan en ventiladores deintercambiadores enfriado con aire. La transmisin por correas en V puede serutilizada en conjuncin con las guas de los labes y reguladores. Los cambios delrendimiento resultan de los ajustes en las velocidades, y podran estimarse si seutilizan los labes de los ventiladores Ver Prcticas de Diseo (versin 1986)Seccin 11E Compresores Centrfugos.

Requerimientos para el Diseo y Construccin de Ventiladores Centrfugos

Para servicios donde la unidad funciona largos perodos, menores de 8000 horas,

los especialistas en maquinarias dan asistencia para determinar la excepcionesque deben tomarse para minimizar costos en equipos. Hornos de reformacincataltica y calderas a vapor con ventiladores de tiro forzado algunas vecesrequieren menos de 8000 horas de funcionamiento continuo y en consecuenciapermite el uso de ventiladores de propsito general.

5.7 Curvas de Rendimiento de los Ventiladores

La Figura 3 presenta curvas de rendimiento tpicas de varios tipos de ventiladorescomunmente usados.

6 GUIA PARA EL DISEOVer PDVSAMDP02K02 para los procedimientos a ser seguidos paraservicios de compresores generales. Alguno de los pasos pueden ser omitidospara el diseo de servicio de ventiladores.

Ver Prcticas de Diseo, (versin 1986) Vol.V, Sec. 9 para procedimientos dediseo de intercambiadores. Ver Prcticas de Diseo, (versin 1986) Vol.IV, Sec.8 para procedimientos de diseo de servicio de ventiladores de tiro forzado dehornos.

Para otros tipos y servicios de ventiladores, consultar con especialistas en

maquinarias.


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7 NOMENCLATURA

En unidadesmtricas

En unidadesinglesas

A = Area transversal a la salida del ventilador m2 pie2

em = Eficiencia mecnica adim. adim.

es = Eficiencia esttica adim. adim.

N = Velocidad rev/s rpm

Fi =Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas (ver tabla al final)

Pa = Potencia del aire kW HP

PB = Presin baromtrica kPa pulg de Hg

Ps = Presin esttica del caudal kPa pulg de agua

Pt = Presin total del caudal kPa pulg de agua

Pv = Presin del caudal de velocidad kPa pulg de agua

PEV =Aumento de la presin esttica deventilador

kPa pulg de agua

PF = Potencia al freno kW HP

PVT = Aumento de la presin total del ventilador kPa pulg de agua

PVV =Aumento de la presin de velocidad de unventilador

kPa pulg de agua

Q = Flujo a la descarga m3/s pie3/min

T = Temperatura k R

Vm = Velocidad promedio de flujo m/s pie/min

= Densidad kg/m3 lb/pie3

Factores cuyo valor depende de las unidades usadas

En unidadesmtricas

En unidadesinglesas

F7= Ec.(2) 5 x 104 1/11.20 3 x 106

F8 = Ec. (3) 3.492 1.325

F9= Ec. (4) 1 1.57 x 104

F10 = Ec. (7) 1.2014 0.075


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Fig 1. METODOS PARA MEDIR PRESIONES EN UN DUCTO DE AIRE

Nota: Presin kPa (Pulg. de H2O)


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Fig 2. ORIFICIOS PARCIALES EN CARCAZA DE VENTILADORES AXIALES


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Fig 3. CURVAS DE RENDIMIENTO TIPICO DE VENTILADORES

COMUNMENTE USADOS

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