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ContenidoResumen del contenido .......................................................................................................... 2
Objetivo General ..................................................................................................................... 2
Objetivos Especficos .............................................................................................................. 2Caractersticas Tcnicas de los equipos e instrumentos empleados ..................................... 3
Descripcin del mtodo seguido ............................................................................................ 4
Datos obtenidos y calculados ................................................................................................. 4
Grficos obtenidos. ............................................................................................................. 6
Conclusin. ........................................................................................................................... 10
Apndice. .............................................................................................................................. 11
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Resumen del contenido
La experiencia E976 a desarrollar corresponde a la experiencia de ensayo de un ventilador industrial,
especficamente un ventilador centrfugo. Para lograr entender los alcances de una instalacin de
ventilador. Se analiza el comportamiento y el funcionamiento de un ventilador bajo los parmetros
aprendidos en clases.
Objetivo General
Que el alumno reconozca la instalacin de un banco de ensayo para un ventilador centrfugo
industrial. Identificar instrumentos y controles que permiten evaluar los parmetros para un
ensayo normalizado de un ventilador.
Objetivos Especficos
Determinar el coeficiente de centro del ducto.
Graficar y analizar curvas caractersticas de funcionamiento para 2000 R.P.M considerando
la variacin de 10 caudales.
Graficar y analizar la variacin de la potencia elctrica con el caudal. Efectuar estudio de
costo mensual.
Graficar y analizar variacin de la velocidad especifica con el caudal.
Graficar y analizar el perfil de velocidades en el ducto.
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Caractersticas Tcnicas de los equipos e instrumentos empleados
Ventilador Centrifugo
N aspas = 6
Tubo de Pitot - Prandtl
Termmetro Digital.
Marca: Fluke
Modelo: 52 II.
Entradas: 2
Tipos de termopares soportados: J, K, T, E.
Unidades de medicin: C, F y K
Temperatura de funcionamiento: -10 C a 50 C (14 F a 122 F).
Termocupla tipo K.
Rango de medicin: -200 C a +1372 CExactitud de la medicin: 0,05 % de la lectura + 0,3 C (0,5 F)
Dinammetro.
Marca: Toledo
Rango de Operacin 0 - 30 Kgf
Resolucin 0,1 Kgf
Fuente de Energa.
Marca: WestinghousePotencia 10 HP
Voltaje 240 Volt
Amperaje 38 A [AC]
RPM 15004500
Motor Elctrico.
Marca: Westinghouse
Frame 286-AY
Serial 15-66
Max safe speed 5000 RPM
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Descripcin del mtodo seguido
En la experiencia E976, profesor inicia la experiencia con una introduccin terica con el fin de
identificar los componentes que se emplearan y como proceder a obtener buenos resultados,
repasando brevemente los conceptos de ventilador aprendidos en clase, para luego pasar a realizar
la experienza, en la cual:
Primero es energzar el sistema y deja constante las RPM, en este caso, a 2000.
Luego, la primera parte, hay que mantener el tubo de Pitot-Prandtl (P-P) en el centro e ir
variando la posicin del obturador
Posterior a eso se establece el caudal mximo (obturador fuera) y el mnimo (obturador
tapando lo mejor posible la salida del aire). Con estos dos valores de h2se restan y dividen
por 10, y luego se procede a realizar las 10 mediciones guiandose por estos valores de h 2
obtenidos.
Luego se realiza un barrido en las posiciones 3 y 7. Esto con el fin de poder determinar la
velocidad media y, posteriormente, el coeficiente de centro del ducto.
Tras haber anotado los valores para el resto de las posiciones del obturador, se desenergisa
todo.
Datos obtenidos y calculados.
Para los valores obtenidos y recopiados en la experiencia, se muestran en la tabla 1, a continuacin.
hew hdw htw
Caudal h1 h2 h3 h4 h5 h6 F
[kgs]
T C I
[Amper]
V
[vlt]
1 56 159 88 87 162 58 1,2 14,8 5 250
2 62 152 88 86 158 63 1,3 15,5 5,5 240
3 70 145 89 85 151 70 1,4 14,8 6 240
4 77 138 90 84 144 77 1,6 16,1 6,5 230
5 84 131 91 83 140 81 1,8 15,9 7 230
6 92 124 92 82 133 88 1,9 16 7,5 230
7 101 117 94 80 126 96 2 16,3 8 230
8 107 110 95 79 121 102 2,1 16,5 8,5 230
9 113 103 96 78 116 106 2,2 16,6 9 220
10 120 96 97 77 109 112 2,8 13,7 11 240
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Valores de barrido en milmetros que indican el desplazamiento del tubo de Pitot-Prandtl.
hdw Q4 hsw Q7
Barridos h3 h4 h3 h4
2 87 87 85 89
16 87 87 85 9032 87 87 85 89
52 87 87 86 89
82 87 87 87 88
154 93 82 109 65
182 92 82 108 66
202 93 82 109 65
210 92 82 109 66
232 93 81 109 65
Tabla de datos calculados para laexperienciacaudal he mcw hd mcw ht mcw ro a ro w Vc m/s Caudal [m3/s]
1 0,103 0,001 0,104 1,2390 999,24 3,978 0,19577
2 0,090 0,002 0,095 1,2350 999,1 5,634 0,277297
3 0,075 0,004 0,081 1,2363 999,24 7,964 0,391972
4 0,061 0,006 0,067 1,2291 998,98 9,782 0,48141
5 0,047 0,008 0,059 1,2290 999,02 11,296 0,555917
6 0,032 0,010 0,045 1,2269 999 12,639 0,622055
7 0,016 0,014 0,030 1,2239 998,94 14,973 0,736918
8 0,003 0,016 0,019 1,2217 998,9 16,021 0,788474
9 -0,010 0,018 0,010 1,2202 998,88 17,003 0,836803
10 -0,024 0,020 -0,003 1,2310 999,46 17,849 0,878447
caudal N. elctrica [HP] N. mecnica [HP] N.Eolica [HP] Rend ventilador Rend. Estatico $/hra
1 1,68 1,01 0,27 26,43% 26,18% 110
2 1,77 1,10 0,35 31,57% 29,91% 116,16
3 1,93 1,18 0,42 35,33% 32,72% 126,72
4 2,01 1,35 0,42 31,40% 28,59% 131,565 2,16 1,52 0,43 28,38% 22,61% 141,68
6 2,32 1,60 0,37 22,95% 16,32% 151,8
7 2,47 1,69 0,29 17,22% 9,18% 161,92
8 2,62 1,77 0,20 11,11% 1,75% 172,04
9 2,66 1,86 0,11 5,92% 5,92% 174,24
10 3,54 2,36 0,03 1,47% 11,73% 232,32
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Grficos obtenidos.
Grafico I potencia mecanica v/s Caudal.
Grafico II rendimiento del ventilador v/s Caudal.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
PotenciaMecnica[HP]
Caudal [m3/s]
Potencia mecnica vs Caudal
0,00%
5,00%
10,00%
15,00%
20,00%
25,00%
30,00%
35,00%
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Rendimientoventilador
Caudal [m3/s]
Rendimiento ventilador vs Caudal
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Grafico III Altura esttica (mcw) v/s Caudal.
Grafico IV rendimiento del esttico v/s Caudal.
-0,040
-0,020
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8ALT
URAESTTICA[MCW]
CAUDAL [M3/S]
Altura esttica vs Caudal
0,00%
5,00%
10,00%
15,00%
20,00%
25,00%
30,00%
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Rendimientoesttico
Caudal [m3/s]
Rendimiento esttico vs Caudal
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Grafico V velocidad especifica v/s Caudal.
Grafico VI potencia elctrica v/s Caudal.
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000
velocidadespecifica
caudal en [m3/seg]
Ns vs. Caudal
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Potenciaelctrica[HP]
Caudal [m3/s]
Potencia elctrica vs Caudal
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Grafico VII Costos mensuales v/s potencia elctrica.
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Costomensual[$]
Potencia elctrica [kW]
Costo mensual vs Potencia elctrica.
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Conclusin.En la experiencia E976 se da a conocer el funcionamiento y el anlisis de un ventilador, que es una
turbo-mquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es un fluido compresible al que
transfiere una potencia con un determinado rendimiento.
En cuanto a la altura esttica se obtuvo una curva decreciente con respecto al caudal, esto se debe
a que a medida que aumenta el caudal desde que existe el menor flujo (altura esttica mximalograda) hasta que el flujo sea mximo (altura esttica mnima), la altura dinmica comienza a
incrementar mantenindose que la altura neta sea la suma de las dos (conservacin de energa), en
consecuencia es obvio que al existir un mayor desplazamiento de aire la altura esttica y la presin
al interior del ducto disminuya.
Para el anlisis del coeficiente de centro obtuvimos un valor de 1,07 [-] , este valor es una relacin
entre velocidades (media del ducto con respecto en el centro), dicho valor ayuda a tener un valor
ms cercano para el empleo en nuestros clculos.
Analizando las curvas arrojadas en el ensayo podemos apreciar en cuanto al comportamiento de
potencia mecnica ( ver grfico I) este aumenta a medida que el caudal sube, dicha conducta es laesperada, debido a que esta es la potencia encargada de mover el eje de las aspas y si estas estn
moviendo un mayor caudal se necesitara una mayor potencia.
Observando el comportamiento del rendimiento del ventilador se puede observar que se llega a un
punto ideal del rendimiento en nuestro caso fue de 35,33% luego de esto comienza a decaer su
rendimiento debido a que es una relacin entre potencia elica y potencia mecnica. (ver grafico II)
Tambin se tiene el rendimiento esttico, el cual posee un aumento hasta un punto mximo y luego
desciende, dicho punto mximo fue de 32,72 y se present cuando se tena un caudal de 3,9 [m3/s],
este comportamiento est dado por la relacin con la altura esttica y la altura total.
Al analizar el comportamiento de los perfiles de velocidad para dos valores de caudal, a simple vista
se ve que poseen un comportamiento similar, dicho comportamiento no es homogneo en todo el
barrido las velocidades mnimas se encuentran en la parte inferior del ducto considerando el
dimetro vertical y a partir del centro comienzan las velocidades mayores esto puede ser producto
a que entre la descarga del ventilador y la medicin el flujo no posee una distancia ptima para su
comportamiento .
Para el estudio de potencia elctrica versus caudal se puede observar ( ver grafico VI y VII) que existe
un aumento en la potencia elctrica a medida que se requiere ms caudal, comportamiento
razonable ya que es la potencia elctrica quien logra mover el motor y ese a sus mediante el
movimiento del eje mueve las aspas del ventilador para un mayor caudal, de este modo, a mayor
requerimiento de caudal se necesitara mayor torque en el eje lo que se traduce en una mayor
potencia elctrica para que el motor logre dicha potencia, esto sin duda se traduce a un gastoasociado, pero como se demostr el caudal mximo no es el que posee un mayor rendimiento, as
que es de vital utilidad entender el comportamiento de un ventilador para no incurrir en un error y
generar gastos innecesarios, en nuestro caso se llega a una estimacin de consumo bajo las
condiciones de la experiencia, cercano a $ 160.000 mensual, dicho costo es elevado considerando
que solo se alcanz un 35,33% d rendimiento del ventilador, para ello es que se debe tener siempre
en cuenta el alcance que tendr una instalacin versus sus costos ya que esto indicara si es viable
o no un proyecto.
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Apndice.
a) Teora del Experimento.
Ventilador: Maquina rotativa que transmite energa al fluido que circula por ella, bajo laforma de aumento de presin
Caudal: Flujo volumtrico determinado para la densidad del aire.
Presin Esttica: Presin del aire debida solo a su grado de compresin. Puede ser positiva o
negativa. En el ventilador es la diferencia entre la presin esttica de salida y la
presin total a la entrada.
Presin Dinmica: Presin del aire debida solo a su movimiento. La presin dinmica puede ser
solo positiva. En el ventilador ser la correspondiente al promedio de las
velocidades a la salida del ventilador.
Presin Total: Presin del aire debida a su compresin y movimiento. Es la suma algebraica de
las presiones dinmica y esttica en un punto determinado. Por lo tanto, si el
aire est en reposo, la presin total es igual a la presin esttica. En el
ventilador ser la diferencia entre las presiones totales determinadas a la salida
y a la entrada del mismo.
Clasificacin de los Ventiladores centrfugos.
Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su direccin, en un ngulo de 90, entre la entrada
y salida. Se suelen sub-clasificar, segn la forma de las palas o labes del rotor, de la siguiente
manera:
VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION
CURVADAS HACIA
ADELANTE
Rotor con palas curvadas
hacia adelante, apto para
caudales altos y bajas
presiones. No es
autolimitante de potencia.Para un mismo caudal y un
mismo dimetro de rotor
gira a menos vueltas con
menor nivel sonoro.
Se utiliza en instalaciones
de ventilacin, calefaccin
y aire acondicionado de
baja presin.
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PALAS RADIALES
Rotor de palas radiales. Es
el diseo ms sencillo y de
menor rendimiento. Es
muy resistente
mecnicamente, y el
rodete puede ser reparadocon facilidad. El diseo le
permite ser autolimpiante.
La potencia aumenta de
forma continua al
aumentar el caudal.
Empleado bsicamente
para instalaciones
industriales de
manipulacin de
materiales. Se le puede
aplicar recubrimientos
especiales anti-desgaste.
Tambin se emplea en
aplicaciones industriales
de alta presin.
INCLINADAS
HACIA ATRAS
Rotor de palas planas o
curvadas inclinadas hacia
atrs. Es de alto
rendimiento y auto
limitador de potencia.
Puede girar a velocidades
altas.
Se emplea para
ventilacin, calefaccin y
aire acondicionado.
Tambin puede ser usado
en aplicacionesindustriales, con
ambientes corrosivos y/o
bajos contenidos de polvo.
AIRFOIL
Similar al anterior pero con
palas de perfil
aerodinmico. Es el de
mayor rendimiento dentro
de los ventiladores
centrfugos. Es auto
limitante de potencia.
Es utilizado generalmente
para aplicaciones en
sistemas de HVAC y
aplicaciones industriales
con aire limpio. Con
construcciones especiales
puede ser utilizado enaplicaciones con aire sucio.
RADIAL TIP
Rotores de palas curvadas
hacia delante con salida
radial. Son una variacin
de los ventiladores radiales
pero con mayor
rendimiento. Aptos para
trabajar con palas
antidesgaste. Son
autolimpiantes. La
potencia aumenta de
forma continua al
aumento del caudal.
Como los radiales estos
ventiladores son aptos
para trabajar en
aplicaciones industriales
con movimiento de
materiales abrasivos, pero
con un mayor
rendimiento.
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Formulas matemticas empleadas para el desarrollo de la experiencia.
Coeficiente de Centro:c
ac
V
VC
Caudal de Aire: AdVQ aa o bien AdVCQ cca
Densidad de aire en el ducto:
3
4
273
033,1
26,29
10
m
K
T
P
a
aa
Potencia Elica: PHHQgNeo aaa .76
Potencia Mecnica:2370
MFNe
Relacin m.c.aire con m.c.agua wa
w
a HH
Velocidad media del aire:
10
1
210
1 hwgVa
wa
Velocidad especfica: = 0,5
0,75
En donde: =
+2
2