diseño de un ventilador centrifugo (2)

5/21/2018 Dise o de Un Ventilador Centrifugo (2)

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NDICE

INTRODUCCIN .................................................................................................... 3OBJETIVOS ............................................................................................................ 4

Objetivo General .................................................................................................. 4

Objetivos Especficos ........................................................................................... 4

MARCO TERICO .................................................................................................. 5

Ventiladores Centrfugos ...................................................................................... 5

CAPTULO I ............................................................................................................ 9

CLCULOS PARA EL DISEO DE UN VENTILADOR CENTRFUGO .................. 9

1. Calculo de la potencia del ventilador ................................................................ 9

Densidad del aire ............................................................................................. 9

Altura (H) en metro por columna de aire ......................................................... 10

Potencia del motor elctrico ............................................................................ 11

2. Seleccin del motor elctrico que accionara el ventilador .............................. 11

Seleccin del Nmero de Revoluciones ...................................................... 113. Nmero especfico de caudal (

y Cifra de presin

............................ 12

Velocidad de salida del rotor................................................................... 13Dimetro exterior .................................................................................... 13

4. Diseo del rodete ........................................................................................... 14

Dimetro Interior .................................................................................... 14Nmero de alabes .................................................................................... 15Correccin del dimetro interior () .............................................................. 15Espesores perifricos .................................................................. 15Paso en la entrada y salida ............................................................... 165. Trazado del tringulo de velocidades ............................................................. 16Velocidades tangenciales en la entrada y salida ............................................ 16

Velocidad meridiana .............................................................................. 17Velocidad relativa (.................................................................................... 18


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Calculo de ............................................................................................... 18Calculo de .................................................................................................. 18Calculo de ................................................................................................. 19

6. Calculo del ancho del alabe ........................................................................... 19

7. Transferencia de energa ............................................................................... 19

8. Calculo del coeficiente de resbalamiento ....................................................... 20

9. Calculo de la altura del rotor .......................................................................... 20

10. Calculo de la altura til del ventilador ........................................................... 21

11. Variacin de la velocidad por efecto de resbalamiento ................................ 21

12. Tringulo de velocidad en la zona de baja presin por efectos del espesor 22

13. Tringulo de velocidad en la zona de alta presin ....................................... 23

14. Angulo de desviacin por resbalamiento ..................................................... 24

CAPTULO II ......................................................................................................... 25

DISEO DE LOS ALABES DEL VENTILADOR .................................................... 25

1. Trazado del alabe de un motor radial (bomba) por el mtodo de los puntos . 25

CAPTULO III ........................................................................................................ 28

DISEO DE LA CARCASA DE UN VENTILADOR CENTRFUGO ...................... 28

1. Calculo de r.................................................................................................. 28

2. Calculo del ngulo de inicio del difusor .......................................................... 293. Calculo de las longitudes A y B ...................................................................... 29

CAPITULO IV ........................................................................................................ 31

CALCULO DE LAS PERDIDAS ............................................................................ 31

Prdidas por friccin en el rodete ...................................................................... 31

Prdidas por choque .......................................................................................... 32

Prdidas en el disco ........................................................................................... 33

Prdidas en la entrada del rodete ...................................................................... 34

Prdidas por expansin ..................................................................................... 34

Prdidas por espiral ........................................................................................... 34

CONCLUSIN ...................................................................................................... 35

REFERENCIAS ..................................................................................................... 35

ANEXO .................................................................................................................. 36


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INTRODUCCIN

La necesidad de crear flujos de aire ya sea para la industriamecnica o alguna rama afn nos genera el problema dedisear adecuadamente una mquina que sea capaz desatisfacer esas necesidades.

Al mismo tiempo que aplicamos los conceptos tericos yvamos materializndolos, vemos que es necesario realizar

ciertas conjeturas o suposiciones, solo para confirmarlasconforme se lleva adelante el proyecto.

Es de esta manera que este trabajo de investigacin buscadar respuesta a un problema propuesto y al mismo tiempodemostrar que cuando el conocimiento cientfico no vieneacompaado de realizaciones prcticas, somos conducidos aun sinfn de interrogantes que con habilidad intentaremossortear.


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OBJETIVOS

Objetivo General

Disear adecuadamente un ventilador centrfugo para caudal y presinasignados

Objetivos Especficos

Calcular correctamente los datos de las componentes de la velocidad tantoal ingreso como a la salida del rodete.

Aplicar dichos datos para disear la geometra de los labes y poderelaborar los clculos correspondientes.

Seleccionar un motor adecuado que satisfaga las necesidades de nuestroventilador.

Asumir razonablemente los valores de las eficiencias, preestablecidasdentro de un rango.


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MARCO TERICO

Ventiladores Centrfugos

En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido sigue la direccin del eje delrodete a la entrada y est perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salidase recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es devoluta.

Estos ventiladores tienen tres tipos bsicos de rodetes:

1. labes curvados hacia adelante,2. labes rectos,3. labes inclinados hacia atrs/curvados hacia atrs.

Los ventiladores de labes curvados hacia adelante(tambin se llaman de jaulade ardilla) tienen una hlice o rodete con las labes curvadas en el mismosentido que la direccin de giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio,baja velocidad perifrica y son silenciosos. Se utilizan cuando la presinesttica necesaria es de baja a media, tal como la que se encuentran en lossistemas de calefaccin, aire acondicionado o renovacin de aire, etc. No esrecomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, ya que laspartculas se adhieren a los pequeos labes curvados y pueden provocan eldesequilibrado del rodete.

Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera delpunto de proyecto. Adems, como su caracterstica depotencia absorbida crece rpidamente con el caudal, hade tenerse mucho cuidado con el clculo de la presinnecesaria en la instalacin para no sobrecargarlo. Engeneral son bastante inestables funcionando en paralelovista su caracterstica caudal-presin.


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Los ventiladores centrfugos radiales tienen el rodete con los labes dispuestasen forma radial. La carcasa est diseada de forma que a la entrada y a la salidase alcanzar velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedadde diseos de rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material"hasta los de "alta resistencia a impacto".

Fig. Tringulos de velocidades a la salida para los distintos rodetes centrfugos

La disposicin radial de los labes evita la acumulacin de materiales sobre lasmismas. Este tipo de ventilador es el comnmente utilizado en las instalacionesde extraccin localizada en las que el aire contaminado con partculas debecircular a travs del ventilador. En este tipo 'de ventiladores la velocidad

perifrica es media y se utilizar en muchos sistemas de extraccin localizada quevehicular aire sucio o limpio.

Los ventiladores centrfugos de labescurvados hacia atrs tienen un rodete conlas labes inclinados en sentido contrario alde rotacin. Este tipo de ventilador es el demayor velocidad perifrica y mayorrendimiento con un nivel sonororelativamente bajo y una caracterstica de

consumo de energa del tipo "nosobrecargable". En un ventilador "nosobrecargable", el consumo mximo deenerga se produce en un punto prximo alde rendimiento ptimo de forma quecualquier cambio a partir de este puntodebido a cambios de la resistencia del sistema resultar en un consumo de


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energa menor. La forma de los labes condiciona la acumulacin de materialessobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como seindica a continuacin:

labes de espesor uniforme: Los labes macizos permiten el trabajo con

aire ligeramente sucio o hmedo. No debe emplearse con aireconteniendo materiales slidos ya que tienen tendencia a acumularse enla parte posterior de los labes.

labes de ala portante: Las labes de ala portante permiten mayoresrendimientos y una operacin mssilenciosa. Los labes huecos seerosionan rpidamente y se pueden llenar de lquido si la humedad esalta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipuleaire limpio.

Punto de trabajo de un ventilador

Para conocer el punto en que trabajar un ventilador, una vez determinada laprdida de carga que debe vencer el mismo, no hay ms que, sobre el eje deordenadas, sealar la prdida de carga en columna de agua.
http://silenciosa.i.as/http://silenciosa.i.as/http://silenciosa.i.as/


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Si se dispone de la caracterstica resistente del sistema, se puede encontrar deforma fcil el punto de trabajo de un ventilador acoplado al mismo, al superponerlas curvas caractersticas del ventilador y resistente del conducto.

Si se desea construir la caracterstica resistente del sistema se debe partir del

hecho que en las instalaciones de ventilacin la prdida de carga que se originavara proporcionalmente al cuadrado del caudal que fluye a travs de lacanalizacin.

Para conocer el punto de funcionamiento de un ventilador es indispensabledisponer de las curvas caractersticas de los ventiladores susceptibles de serinstalados, para cualquier clculo e instalacin que se haga.

Las curvas deben estar avaladas por el fabricante, quien las garantizar haciendoreferencia a la norma y disposicin adoptada para su determinacin.


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CAPTULO I

CLCULOS PARA EL DISEO DE UN VENTILADORCENTRFUGO

Datos: Condiciones ambientales:

Presin y temperatura atmosfrica del callao durante el mes de mayo por lanoche:

1. Calculo de la potencia del ventilador

Densidad del aire

Dnde:


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Altura (H) en metro por columna de aire

Reemplazando:

Potencia del motor elctrico

Para un rango establecido de Eficiencias en Ventiladores Centrfugos , asumiremos un valor arbitrario. La potencia al eje de una maquina hidrulica se calcula de la siguiente manera:


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Reemplazando datos:

2. Seleccin del motor elctrico que accionara el ventilador

Segn Tyler Hick se debe de considerar para el motor elctrico una potenciamayor que la demandada por el ventilador. Por ello el motor seleccionadodeber tener una potencia cercana a 1.2 veces la potencia del ventilador:

Seleccin del Nmero de Revoluciones

Con la potencia calculada anteriormente, nos vamos al catlogo de motoresasncronos, trifsicos con tipo de jaula de ardilla,fabricante: DELCROSA quepuede ser de dos polos como tambin de cuatro polos. Pero esta vez elegimosla de 4polos, ya ms adelante al calcular el Nmero Especfico de caudal (,este cumple para un Ventilador Centrifugo.


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Seleccionamos un motor de 4 polos:

N: 1720RPM

TIPO: NV 90L

Potencia: 3HP

Peso Aproximado: 24kg

Tipo de Acoplamiento: Directo

Frecuencia: 60 Hz

De donde obtenemos:

3. Nmero especfico de caudal (y Cifra de presin Sabemos que:

Reemplazando datos:

RendimientoPeso Potencia Carcasa RPM 50% 75% 100%

24 kg 3 HP 90L 1720 81.0 82.5 83.0


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La tabla siguiente con un rango de valores especficos, que cumple para unventilador centrifugo. De esta tabla, interpolando hallamos la cifra de presin

Interpolando:

Velocidad de salida del rotorDe la Cifra de Presin:

Despejando tenemos que:

Reemplazando datos:

Dimetro exterior De la velocidad de salida:

Despejando Reemplazando:

20 25 30 35 40 45 50

1.1 1.08 1.05 1.01 0.97 0.93 0.90


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4. Diseo del rodete

Previamente tendremos que elegir los ngulos de los alabes:

Se sabe que: Convenientemente escogemos:

Dimetro Interior De la relacin siguiente para rotores radiales:

Recordamos que la Cifra de Caudal (

Reemplazando:

De la ecuacin anterior:


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Nmero de alabes Se utilizara la siguiente relacin:

Dnde:

Adems: Reemplazando:

Correccin del dimetro interior ()

De la ecuacin anterior, donde tenemos como incgnita :

Espesores perifricos Considerando


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Paso en la entrada y salida

5. Trazado del tringulo de velocidades

Velocidades tangenciales en la entrada y salida

Velocidades tangenciales en la entrada:


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17

Velocidades tangenciales en la salida:

Velocidad meridiana

Se considerara: Adems se sabe que:

De la geometra del tringulo 1


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18

Velocidad relativa (

De la geometra del segundo triangulo:

Calculo de

Calculo de


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19

Calculo de

6. Calculo del ancho del alabe

Asumimos:

Para i=

Para i=2

7. Transferencia de energa


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20

8. Calculo del coeficiente de resbalamiento

Si

Usaremos

Reemplazando:

Calculo de

Finalmente

9. Calculo de la altura del rotor


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10. Calculo de la altura til del ventilador

Pero sabemos que:

Asumimos: 5

Despejando :

Luego la altura til ser:

11. Variacin de la velocidad por efecto de resbalamiento

Anteriormente calculamos

; ; ;


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12. Tringulo de velocidad en la zona de baja presin por efectos del espesor

Del tringulo:


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23

13. Tringulo de velocidad en la zona de alta presin

De los tringulos de velocidades se tiene que:


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24

Pero sabemos que

14. Angulo de desviacin por resbalamiento


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CAPTULO II

DISEO DE LOS ALABES DEL VENTILADOR

1. Trazado del alabe de un motor radial (bomba) por el mtodo de los puntos

Si se considera que paria entre los valores limites y en funcin delradio (en ventiladores se considera una variacin lineal), se podr obtener elalabe por segmentos, llevando pequeos valores de , trazando por cada unode ellos un elemento de alabe que forme el correspondiente ngulo. Este esun proceso de integracin. Esta integracin es mejor efectuarla por clculo, dela siguiente manera:Se determina cada ngulo central y a cada valor de

Sea a partir del radio fijo En l

, cuyo lado

es el arco correspondiente al

, cuyo ngulo

en es , se tiene: Por otro lado:


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Donde

De donde

Integrando entre y :

(En radianes)

En grados sexagesimales

Se obtiene las coordenadas del alabe: enDatos calculados anteriormente:

Para ventiladores se prefiere variacin lineal de con


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Tabulando valores hallados con las ecuaciones anteriores:

0.15 30 0.5773 11.6255 0 0 00.159 32.231 0.6305 9.9751 0.108 0.108 6.1880.169 34.462 0.6863 8.6218 0.0929 0.2009 11.510.179 36.693 0.7452 8.1402 0.0838 0.2847 16.3120.189 38.924 0.8076 7.0997 0.0762 0.3609 20.6780.199 41.155 0.874 5.7495 0.0642 0.4251 24.3560.209 43.386 0.9452 5.0621 0.054 0.4791 27.450.219 45.618 1.0218 4.4688 0.0476 0.5267 30.178

0.229 47.848 1.1047 3.9529 0.0421 0.5688 32.590.239 50.08 1.1951 3.501 0.0373 0.6061 34.7270.249 52.311 1.2944 3.1026 0.033 0.6391 36.6180.259 54.542 1.4041 2.7498 0.0293 0.6684 38.2960.269 56.773 1.5132 2.4567 0.026 0.6944 39.7860.279 59.004 1.6645 2.1533 0.023 0.7174 41.1040.283 59.897 1.7249 2.0485 0.021 0.7384 42.307

Tramos los radios respectos a su ngulo respectivo y el rotor completo conlos :


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CAPTULO III

DISEO DE LA CARCASA DE UN VENTILADORCENTRFUGO

1. Calculo de r . (I)Para

optamos por:

: Asumimos:


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De (I) despejamos : ,

Tabulacin de , para diferentes ngulos:

295.687 308.453 321.77 335.662 350.153 365.27 381.04 397.491 414.652 432.553 451.228 470.709 491.031 512.23

514.344 557.414 581.479 606.583

2. Calculo del ngulo de inicio del difusor

Se sabe que:


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3. Calculo de las longitudes A y B

Para la espiral se recomienda:

Por lo tanto asumimos:

Como asumimos , se obtiene:

Trazado de radios y ngulo para la carcaza


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CAPITULO IV

CALCULO DE LAS PERDIDAS

Prdidas por friccin en el rodete

De los clculos anteriores sabemos que:

Para el clculo de :

Asumimos: En el rotor abierto:

( )


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Calculo de :

Calculo de : Sabemos que:

Remplazando valores en :



Prdidas por choque


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Para clculo de prdidas por choque: Asumimos: De los clculos anteriores tenemos:

Calculo del caudal de diseo :

Despejando el caudal: La potencia seleccionada anteriormente del catlogo de motores asncronostrifsicos es: Remplazando tenemos:


Prdidas en el disco

Conocemos:


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Remplazamos valores:

Prdidas en la entrada del rodete

Para clculo de prdidas en la entrada del rodete

Asumimos: Sabemos que: Remplazando valores, tenemos:

Prdidas por expansin

Conocemos:

Remplazando valores tenemos:


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Prdidas por espiral

Para clculo de prdidas por espiral tenemos: Asumimos: Conocemos: Remplazando valores tenemos:


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CAPITULO V

MONTAJE DEL VENTILADOR

Luego de haber calculado las simensiones necearias para l afabricacion de

1. CARCASA


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2. MOTOR de 4 polos

3. SOPORTE DE la carcas y el motor


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CARCASA DE LAMINA 1


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CARCASA DE LAMINA 2

CARCASA DE LAMINA 3


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CARCASA LATERAL DEL MOTOR


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CARCASA LATERAL DE SUCCION

PLATINA DE REFUERSO


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camisa


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CARCASA YA ENSAMBLADA


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RODETE


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BRIDA DE FIJACION

Carcasa de fijacin del motor


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Cono de succion


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CONCLUSIN

Para el diseo del ventilador centrifugo, se lleg a seleccionar, un Motorelctrico Trifsico, que opere adecuadamente con el ventilador.


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Se lleg a determinar las dimensiones necesarias para el diseo de losalabes, carcasa y rotor del ventilador centrifugo.

Observamos las prdidas que se producen en el interior del ventiladorcentrifugo (perdidas por friccin, por choque por expansin, por espiral).

Estas prdidas halladas tericamente, nos permite ver la disminucin deenerga que se produce en el interior del ventilador.

Para disear el ventilador centrifugo, nos basamos en teoras de diseo deventiladores centrfugos.

REFERENCIAS

http://www.mservice.cl/pdf/eberlemotor.pdf

ANEXO

MOTOR ELCTRICO TRIFSICO IP55USO GENERAL, seleccionado para el

diseo del ventilador centrifugo
http://www.mservice.cl/pdf/eberlemotor.pdfhttp://www.mservice.cl/pdf/eberlemotor.pdf


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