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LABORATORIO DE IQ-IVentiladores
Tabla de contenido
INDICE............................................................................................¡Error! Marcador no definido.
I. ÍNDICE DE TABLAS................................................................................................................2
II. RESUMEN.............................................................................................................................3
III. INTRODUCCION................................................................................................................4
IV. PRINCIPIOS TEÓRICOS......................................................................................................5
V. DETALLES EXPERIMENTALES..............................................................................................16
VI. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS.........................................................................20
VII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS..........................................................................................25
VIII. CONCLUSIONES..............................................................................................................26
IX. RECOMENDACIONES......................................................................................................27
X. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................................28
XI. APÉNDICE.......................................................................................................................29
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I. ÍNDICE DE TABLAS Y GRAFICAS
TABLA NO01:datos medidos para 1500RPM
TABLANO02: datos medidos para 1800RPM
TABLANO03:datos medidos para 2000RPM
TABLA NO04: datos medidos para 2500RPM
TABLA NO05:datos para el agua
TABLA NO06: datos para la tubería de descarga
TABLA NO07: velocidad teórica para cada presión diferencial
TABLA NO08: curva característica del ventilador
TABLA NO09: potencias medidas
TABLA NO10: ley de similitud
TABLA NO11: rendimiento del ventilador
Grafica No01: velocidad teórica vs presión diferencial, 1500RPM
Grafica No02: velocidad teórica vs presión diferencial, 1800RPM
Grafica No03: velocidad teórica vs presión diferencial, 2000RPM
Grafica No04: velocidad teórica vs presión diferencial, 2500RPM
Grafica No05: curva característica del ventilador, 1500RPM
Grafica No06: curva característica del ventilador, 1800RPM
Grafica No07: curva característica del ventilador, 2000RPM
Grafica No08: curva característica del ventilador, 2500RPM
Grafica No09: curva característica del ventilador, para diferentes RPM
Grafica No10: potencia vs caudal, 1500RPM
Grafica No11: potencia vs caudal, 1800RPM
Grafica No12: potencia vs caudal, 2500RPM
Grafica No13: potencia vs caudal, 2500RPM
Grafica No14: potencia vs caudal, para diferentes RPM
Grafica No15: ley de similitud
Grafica No16: curva de rendimiento, 1500RPM
Grafica No17: curva de rendimiento, 1800RPM
Grafica No18: curva de rendimiento, 2000RPM
Grafica No19: curva de rendimiento, 2500RPM
Grafica No20: curva de rendimiento, para diferentes RPM
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I. RESUMEN
La presente práctica tiene como objetivo ilustrar de manera general el
funcionamiento de los ventiladores, las curvas características de los mismos y los
sistemas en un equipo que consta de un ventilador centrífugo provisto de descarga
y de aspiración cilíndricos. Para esto se trabaja a una temperatura promedio de
23.50C y una presión de 756 mmHg.
La experiencia se basa en hacer fluir aire a través de una tubería de PVC impulsado
por un ventilador al cual se le dieron frecuencias distintas para el flujo: 2000 rpm,
2500 rpm, 1500 rpm, 2800rpm y se ira variando la válvula de descarga par acada
flujo. En cada caso también se debe anotar la potencia y temperarura. Los
manómetros del equipo leen las presiones estáticas (manómetro en U) y presiones
dinámicas (manómetro inclinado de agua).El cálculo de dichos dato, nos permite
determinar la velocidad teórica, el caudal y el rendimiento. Los resultados
obtenidos muestran una eficiencia de:31.87, 141.49 y 82.34 que aumenta
conforme disminuye la presión estática para u mismo RPM. Asi mismo estos datos
permiten verificar la ley de la similitud; 0.8180 para la relación de caudales y
0.8180 para la relación de velocidades.
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II. INTRODUCCION
Los ventiladores son equipos que trasmiten energía a los fluidos aeriformes
aumentando su presión y su velocidad; se utilizan para vencer bajos desniveles de presión
(al máximo 800mm de agua). Para perdidas de carga superiores se adoptan los
compresores es posible aplicar muchos conceptos inherentes a las bombas a los
ventiladores, aunque en este últimos caso nunca habrá que olvidar que los fluidos
aeriformes, a diferencia de los líquidos, son fluidos compresibles
Un ventilador es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se puede
definir también como una turbo máquina que transmite energía para generar la presión
necesaria para mantener un flujo continuo de aire.
Dentro de una clasificación general de máquinas, los ventiladores son turbo máquinas
hidráulicas, tipo generador, para gases.
Entre las funciones básicas para los seres vivos, humanos o animales, la ventilación
provee de oxígeno para su respiración. También puede proporcionar condiciones de
confort afectando la temperatura del aire, la velocidad, la renovación, la humedad y/o la
dilución de olores indeseables. Entre las funciones básicas para las máquinas,
instalaciones o procesos industriales, la ventilación permite controlar el calor, la
transportación neumática de productos, la toxicidad del aire o el riesgo potencial de
explosión.
En las plantas industriales se emplean dos tipos generales de sistemas de ventilación. Los
sistemas de IMPULSIÓN se utilizan para impulsar aire, habitualmente templado, a un local
de trabajo. Los sistemas de EXTRACCIÓN se emplean para eliminar los contaminantes
generados por alguna operación, con la finalidad de mantener un ambiente de trabajo
saludable.
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III. PRINCIPIOS TEÓRICOS
Ventiladores Se utilizan para impulsar grandes caudales de gas a bajas presiones, sin que apenas se produzca variación en su densidad; de hecho, no comprimen prácticamente el gas, sino que se limitan a hacerlo circular. Los ventiladores se utilizan frecuentemente en las torres de humidificación y enfriamiento de agua, para la impulsión del aire, en equipos de ventilación y acondicionamiento de aire, instalaciones de secado, eliminación de humos, etc. Se suelen clasificar según la dirección del flujo en axiales y centrífugos.Los ventiladores axiales: constan de uno o más discos dotados de aspas o álabes que giran sobre un eje paralelo a la dirección de flujo del gas, como indica la Figura 3.4. Los álabes pueden ser rectos o curvos, y el diámetro del rotor puede ser hasta de varios metros. Los ventiladores centrífugos: son similares en su funcionamiento a las bombas centrífugas estudiadas. El rotor giratorio, cuyo diseño puede diferir apreciablemente del rodete de las bombas centrífugas, puede ser de álabes rectos, curvados en la dirección de giro o curvados en la dirección contraria, como se indica en la Figura 3.5
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Los rotores de álabes rectos son de un diámetro relativamente grande, con un número reducido de álabes radiales (de 5 a 12) que giran a baja velocidad. Se utilizan frecuentemente para impulsar gases que pueden contener sólidos en suspensión. Los rotores de álabes curvados en la dirección de giro suelen ser de menor diámetro, dotados de 20 a 64 álabes, y giran a mayor velocidad que los anteriores. Por último, los rotores de álabes curvados en la dirección contraria al giro, con un número de álabes variables entre 10 y 50, son los que encuentran más aplicaciones. La teoría del funcionamiento de un ventilador centrífugo es prácticamente la misma que la de las bombas centrífugas. En este caso, la presión de descarga procede de la fuerza centrífuga debida a la rotación de la masa de gas contenida en el interior del ventilador y de la energía cinética que las paletas comunican al gas, convertida parcialmente en energía de presión en la voluta. Cuanto mayor sea la longitud de dichas paletas, compatible con el tamaño del ventilador, mayores serán los dos términos energéticos acabados de citar. El rendimiento de un ventilador centrífugo varía con los cambios de temperatura, velocidad de giro y densidad del gas. Dichas variaciones afectan de la siguiente forma: para una misma velocidad y caudal de gas, la presión de salida y la potencia varían inversamente con la temperatura absoluta, la presión y la potencia varían en razón directa con la densidad.Presión total, dinámica y estática Un fluido aeriforme puede considerarse incompresible solo si su velocidad es inferior al 30% de la velocidad de sonido (330m/s), es decir 100m/s aproximadamente.En estas condiciones es posible utilizar la ecuación de Bernoulli
12ρ v1
2+ρg h1+ p1=12ρ v2
2+ ρg h2+ p2
Si se consideran dos puntos en la misma altura (h1=h2) la ecuación es:12ρ v1
2+p1=12ρv2
2+ p2
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O bien en el caso de un solo punto por ejemplo en el interior de un tubo 12ρ v2+ ps=p t
Por lo tanto, la presión total Ptestá constituida por la suma de la presión estática Psy de la presión dinámica Pv
pt=ps+ pv
Con Pv=1/2 pv2presión dinámica La presión dinámica es generada por el movimiento del fluido (1/2 pv2)en cuanto a la presión que se mediría si el fluido no estuviera en movimiento.La presión estática puede medirse conectándose a una toma realizada en la pared de la tubería (en efecto, en este punto la velocidad es nula).
Se puede medir la presión total insertándose en una toma conectada con el centro de la tubería (en efecto en este punto la velocidad no es nula y a la presión estática se suma la presión dinámica)
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Se calcula la presión dinámica restando de la presión total el valor de la presión estática Estas consideraciones serán útiles Curvas característicasPor curva característica de un ventilador se entiende la representación gráfica de la presión estática en función del caudal entre el caudal máximo y el caudal nulo. Prácticamente, se mide la presión estática de descarga del ventilador entre el caudal nulo y el caudal máximoLa densidad del aire, la dimensión del rodete y la velocidad del ventilador se representa generalmente en la curva y son constantes.Las curvas de comportamiento de los ventiladores se obtienen a través de pruebas de laboratorio. La asociación AMCA (Air Movement and Control Association), junto con varios constructores de ventiladores, han fijado los procedimientos y las normas para las pruebas. Según estas normas, se requiere que se realicen las pruebas en todo el rango de funcionamiento del ventilador entre el caudal nulo y el caudal máximo. Se miden tanto la presión de descarga como la de la toma de aspiración luego, se traducen matemáticamente estas medidas en caudal de aire y en presión del ventilador. Generalmente se conecta el ventilador ensayado a un dinamómetro que suministra los valores de par correspondiente a cada punto de funcionamiento y se leen simultáneamente las Velocidades del ventilador. Además, se miden las temperaturas de bulbo seco y húmedo y la presión barométrica para poder calcular la densidad del aire. Luego se elaboran estos valores medidos y calculados para trazar las curvas de los ventiladores. Para cada ventilador y conducto la curva es un gráfico de la presión necesaria para mover el aire en la instalación y compensar la suma de todas las caídas de presión debidas a los diferentes componentes de la
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misma. A cada punto de la curva de sistema corresponde una determinada presión estática a un caudal definido. Un sistema fijo es aquel en el que no hay variaciones de resistencia debidas a operaciones de cierre o de abertura de válvulas, ni cambios de las condiciones de filtros y serpientes en un sistema fijo, un aumento o una disminución de la resistencia del sistema procede solo de un aumento o disminución del caudal y este cambio cae a lo largo la curva características del sistema.
Cada sistema de conductos y cada ventilador tienen su propia curva, para un determinado caudal (figura 2.3.1); la intersección de estas curvas constituye el punto de funcionamiento del ventilador. En la curva del ventilador, una disminución de la presión estática (resistencia del sistema) significara aun aumento de caudal, y viceversa. En la curva del conducto, la resistencia del sistema (presión estática) es proporcional al cuadrado del caudal.ps1
ps2=(Q1
Q2)2
En donde PS1 y PS2 son los valores de la presión estática respectivamente para los caudales Q1 Y Q2por lo tanto, la curva del conducto es de tipo parabólico con su punto mínimo correspondiente al origen de los ejes.
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Otras curvas características Si junto con la curva caudal/altura se determinan las potencias que el motor de ventilador suministra en cada condición de funcionamiento se obtiene la curva de potencia (N) en función del caudal (Q)
Se define el rendimiento Ƞ del ventilador como la relación entre la potencia útil Nu y la potencia absorbida Naη=
NU
N A
Nues la potencia realmente transferida al fluido, sin duda inferior a la que se le ha proporcionado (Na) y puede calcularse como sigue:N u=QxHxρxg
En donde:Q=caudal en m3/s H=altura en m.c.a ρ=densidad en kg/m3g=aceleración de la gravedad
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Valorando el rendimiento para cada condición de funcionamiento se obtiene la curva de rendimiento/caudal
El rendimiento es nulo con caudal nulo (presión máxima) y tiende nuevamente a cero – pasando por un máximo –al aumentar el caudal hasta su valor máximo.Trazando la curva característica de caudal/presión para diferente número de revoluciones del motor se obtiene el siguiente gráfico.
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Al aumentar el número de revoluciones la curva característica se desplaza hacia arriba porque, para un mismo caudal, aumenta la presión. Si en las curvas que se acaban de obtener se unen los puntos de funcionamiento con el mismo rendimiento se obtendrán las curvas de isorendimiento Leyes de similitud Si un ventilador debe funcionar en condiciones diferentes de las ensayadas, no es práctico ni económico efectuar nuevos ensayos para determinar sus parámetros de funcionamiento. Mediante el uso de un conjunto de ecuaciones conocidas como LEYES DE LOS VENTILADORES es posible determinar, con buena precisión, los nuevos parámetros de funcionamiento a partir de los ensayos efectuados en condiciones normalizadas. Al mismo tiempo, estas leyes permiten determinar los parámetros de una serie de ventiladores geométricamente semejantes a partir de las características del ventilador ensayado Las leyes de los ventiladores están indicadas, bajo forma de relación de magnitudes, en ecuaciones que se basan en la teoría de la mecánica de fluidos y su exactitud es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, siempre que el diferencial de presión sea inferior a 3 kPa, por encima del cual se debe tener en cuenta la compresibilidad del gas.Para los ventiladores, así como para las bombas centrifugas, son válidas dentro de ciertos límites – las leyes dichas de similitud
Q1
Q2=n1n2
El caudal es directamente proporcional a la velocidad de rotación es decir el diámetro del rodete P1P2
=(n1n2 )2
La presión es proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación, es decir al cuadrado del diámetro del rodete.
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N1
N 2=( n1n2 )
3
La potencia absorbida es proporcional al cubo de la velocidad de rotación, es decir al cubo del diámetro del rodete.Tubo de Pitot
En su forma más simple, el tubo de Pitot consta de un tubo en “L” con sus extremidades abiertas, con una extremidad sumergida en el fluido medido (con el eje alineado en paralelo a los hilos fluidos y la boca puesta en contra de la corriente del flujo), y la otra extremidad puesta verticalmente y comunicando con la atmósfera.
En la parte vertical del tubo se halla una escala graduada con la que es posible medir la columna de fluido que se crea dentro, por encima de la superficie libre del fluido (Figura).Despreciando, para simplificar, la evaluación de los coeficientes imputados a las inevitables pérdidas de carga, es posible atribuir esta elevación h dentro del tubo de Pitot a la velocidad del fluido.
h=12v2
g
De hecho, se puede demostrar que la velocidad de flujo está dada por la fórmula:
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v=k √2gh
En donde:K = una constante dependiente de la geometría del tubo de Pitoth = altura del fluido en el tubo con respecto a la superficie libreg = 9,81m/s2
Transfiriendo ahora estas consideraciones a un líquido encerrado en una tubería bajo presión (Fig.), la elevación del fluido en el tubo de Pitot se deberá a la suma de la presión estática (altura h) y de la presión total en la entrada del tubo de Pitot (altura H).
Usando un segundo tubo de medición insertado en la pared del conducto examinado (de manera que resulte apenas enfrente de este conducto), será posible medir la elevación debida a la sola presión estática (altura h), la cual se denomina por lo tanto la elevación estática.Conectando al tubo de Pitot y al tubo de determinación estática un sistema de medición de la presión deferencial, será posible determinar una magnitud directamente proporcional a la velocidad del fluido medido.
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En particular si el fluido es incomprensible (liquido o fluido aeriforme en las condiciones tales como para aplicar la ecuación de Bernoulli), se obtendrá la velocidad mediante la siguiente relación.v=√ 2∆ P
ρ
Para tener en cuenta los factores geométricos relacionados con el tubo de Pitot y los errores debidos a imperfecciones (rebabas, melladuras, etc), la ecuación anterior se reescribe como sigue:v=k √2∆ P
ρ
En donde k es un factor que se determina experimentalmente este factor tiene en cuenta el hecho de que, al estar colocado el tubo de impacto del tubo de Pitot en el centro de la tubería, el mismo medirá la velocidad máxima.En la práctica, por razones de sencillez se calibra el tubo de Pitot utilizando otro instrumento de medición por ejemplo un anemómetro electrónico.Utilizando la densidad del aire en las condiciones estándar se obtiene la velocidad estándar Pueden ser útiles las siguientes relaciones
v1v2
=√ ρ2ρ1
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ρ1ρ2
=
T2T1
∗P1
P2
En donde P1 y P2 son las presiones barométricas en diferentes condiciones
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IV. DETALLES EXPERIMENTALES
a. Detalles:
La unidad consta de un ventilador centrífugo provisto de conductos de aspiración y de
descarga cilíndricos en el conducto de aspiración están montadas una toma de presión
estática conectada a un manómetro diferencial de agua, una sonda de temperatura y una
válvula de cierre (para variar las características del conducto).
El conducto de descarga está provisto de una toma de presión estática conectada a un
manómetro diferencial de agua, un tubo de Pitot conectado a un micro manómetro una sonda
de temperatura y de una válvula.
La velocidad del motor puede variarse de modo continuo por medio de un inversor digital
que proporciona también la indicación del número de revoluciones, V, A y W.
b. Características técnicas
Estructura de acero inox AISI 304
Ventilador centrifugo, sigla P1:
Motor monofásico P=950 W, A=4,7. Autoventilado, montado sobre cojinetes de bolas
Caudal máximo =1340m3/h
Presión máxima =80mm.c.a
Grado de protección =IP44
Temperatura máxima del aire aspirado=40°C
Rodete de acero cincado con aspas curvadas hacia delante
Carcasa con caracol de acero barnizado con resina epoxidica
Tubos de aspiración y de descarga de perspex® transparente
2 sondas de temperatura con display digital sigla TI1 y TI2.
2 manómetros de vidrio con base metálica, escala de 200 ÷ 0 ÷ 200mm, sigla TI1 y TI2
Micro manómetro de vidrio, escala de 0 ÷ 100mm, sigla PdI1.
Anemómetro digital portátil, escala de 0.4 ÷ 30m/s precisión ±2%
2 válvulas de cierre regulables de acero inox AISI 304.
Inversor digital para potencias de hasta 1,1kW
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Tablero eléctrico grado de protección IP55, con interruptor automático deferencial y
pulsador de marcha /parada
c. Instalación
Colocarla unidad sobre un banco solido que tenga dimensiones apropiadas
Conectar la instalación a la red eléctrica trifásica, P=1,2kW
d. Puesta en servicio
Armar el interruptor automático deferencial
Situar el selector del ventilador P1 en la posición 1.
Variar el número de revoluciones o la frecuencia del motor usando el
potenciómetro previsto para ello
Leer en el display del inversor el número de revoluciones o la frecuencia (véase el
párrafo siguiente).
Variar las características del conducto regulado la válvula del lado de aspiración o de
descarga.
Leer en el micro manómetro la presión diferencial correspondiente al tubo de Pitot.
Leer en el manómetro PI1 la presión estática de descarga; es posible seleccionar tres
diferentes tomas de presión a lo largo del tubo de descarga interviniendo en las
válvulas previstas para ello
Leer en el PI2 la presión estática de aspiración
Leer en los termómetros TI1 y TI2 las temperaturas de aspiración y de descarga
e. Parada
Llevar a cero el número de revoluciones o la frecuencia del motor usando el
potenciómetro previsto para ello.
Situar el selector del ventilador P1 en la posición Ø
Desarmar el interruptor automático deferencial
f. El inversor digital
El inversor digital permite variar de modo continuo la frecuencia del motor y por consiguiente el número de revoluciones V,A y W
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Al encender el equipo el inversor se dispone en la modalidad de monitoreo, o sea que es activo al menú D que permite leer los valores diferentes magnitudes para visualizar la velocidad en el display actuar de la manera siguiente
Pulsar la tecla M ubicada en la placa Frontal del inversor
Con las teclas seleccionar el código D -09 (velocidad de salida)
Para visualizar la potencia en el display actuar de la manera siguiente:
Pulsar la tecla M ubicada en la placa frontal del inversor
Con las teclas seleccionar el código D -06 (potencia)
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V. TABULACI
ON DE DATOS Y RESULTADOSTabla No 01: datos medidos para 1500RPM
numero de revoluciones=1500rpm
Succión
pres. est.
V1
Descarga
pres. est.
V1
Presión
dif.
temp. Val.
Succión
temp. Val.
Descarga
Potencia
total
abierto
17 2 8.7 23.9 24.4 0.14
mod.
Desc. 1
8 11 3.5 23.9 24.4 0.11
mod.
Desc.2
3 13 0.7 23.9 24.6 0.10
numero de revoluciones=1800rpm
Succión
pres. est.
V1
Descarga
pres. est.
V1
Presión
dif.
temp. Val.
Succión
temp. Val.
Descarga
potencia
total
abierto
25 3 13 24.1 24.7 0.22
mod.
Desc. 1
14 15.5 7.5 23.9 24.6 0.16
mod.
Desc. 2
5 22 1.3 23.9 2.6 0.13
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Tabla No 02: datos medidos para 1800RPM
Tabla no 03: datos medidos para 2000RPM
numero de revoluciones=2000rpm
Succión
pres. est.
V1
Descarga
pres. est.
V1
Presión
dif.
temp. Val.
Succión
temp. Val.
Descarga
Potencia
total
abierto
31 3.5 17.5 24 24.8 0.27
mod.
Desc. 1
17 22 8.5 23.3 24.6 0.20
mod.
Desc. 2
8 28 3.5 23.9 24.7 0.14Página 23
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Tabla no 04: datos medidos para 2500RPM
Tabla no 05: datos para el aire
Tabla no 06: datos para la tubería de descarga
numero de revoluciones=2500rpm
succion
pres. est.
V1
descarga
pres. est.
V1
presiondif. temp. Val.
Succion
temp. Val.
Descarga
Potencia
total
abierto
47 7 26.5 23.8 24.8 0.52
mod.
Desc. 1
28 37 12.5 24 25 0.32
mod.
Desc. 2
8 46 4.5 24.1 25.2 0.22
agua
dens. Kg/m3 1.185
temp.(oC) 23
Diámetro Tubería 0.143
Área 0.0161
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Tabla no 07: velocidad teórica para cada presión diferencial
Tabla no 08: curva característica del ventilador
numero de
rev.=1500RPM
presiondif. veloc.
Teor.
mm.c.a. m/s
8.7 14.16
3.5 8.98
0.7 4.02
m3/h
numero de
rev.=1800RPM
presiondif. veloc.
Teor.
mm.c.a. m/s
13 17.31
7.5 13.15
1.3 5.47
m3/h
numero de
rev.=2000RPM
presiondif. veloc.
Teor.
mm.c.a. m/s
17.5 20.08
8.5 13.99
3.5 8.98
numero de
rev.=2500RPM
presiondif. veloc.
Teor.
mm.c.a. m/s
26.5 24.71
12.5 16.97
4.5 10.18
numero de rev.=2500RPM
Pres. est. veloc. Teor. caudal
mm.c.a. m/s
7 24.71 1432.19
37 16.97 983.58
46 10.18 590.03
numero de rev.=2000RPM
Pres. est. veloc. Teor. Caudal
mm.c.a. m/s
3.5 20.08 1163.84
22 13.99 810.86
28 8.98 520.48
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Tabla no 09:
potencias
medidas
numero de
rev.=1500RPM
Caudal Potencia
KW
820.71 0.14
520.48 0.11
233 0.1
m3/h
m3/hm3/h
numero de rev.=1800RPM
Pres. est. veloc. Teor. Caudal
mm.c.a. m/s
3 17.31 1003.29
15.5 13.15 762.17
22 5.47 317.04
m3/h
m3/h m3/h
numero de rev.=1500RPM
Pres. est. veloc. Teor. caudal
mm.c.a. m/s
2 14.16 820.71
11 8.98 520.48
13 4.02 233
numero de
rev.=1800RPM
Caudal potencia
KW
1003.29 0.22
762.17 0.16
317.04 0.13
numero de rev.=2500RPM
Caudal potencia
KW
1432.19 0.52
983.58 0.32
590.03 0.22
numero de
rev.=2000RPM
Caudal Potencia
KW
1163.84 0.27
810.86 0.2
520.48 0.14Página 26
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Tabla no10: ley de similitud
TOTALMENTE ABIERTORPM CAUDAL POTENCIA
(kw)m/s RPM^2 m2/s2
0 0 0 01500 820.71 0.52 14.16 2250000 200.50561800 1003.29 0.27 17.31 3240000 299.63612000 1163.84 0.22 20.08 4000000 403.20642500 1432.19 0.14 24.71 6250000 610.5841Tabla no11: rendimiento del ventilador
numero de rev.=2000RPMPotencia útil (kw)
Potencia real(kw)
Rendimiento (%)
Caudal (m3/s)
0,109416 0.27 40,5242622 0.323288890,086174 0.2 43,0870733 0.225238890,051059 0.14 36,4707771 0.14457778
numero de rev.=2500RPMPotencia útil (kw)
Potencia real(kw)
Rendimiento (%)
Caudal (m3/s)
0,210747 0.52 52.4089212 0.397830560,174217 0.32 309.151474 0.273216670,086823 0.22 335.366078 0.16389722
numero de rev.=1500RPMPotencia útil (kw)
Potencia real(kw)
Rendimiento (%)
Caudal (m3/s)
0,042492 0.14 30,3516145 0.2279750,026948 0.11 24,4980473 0.144577780,010159 0.1 10,1588 0.06472222
numero de rev.=1800RPMPotencia útil (kw)
Potencia real(kw)
Rendimiento (%)
Caudal (m3/s)
0,076551 0.22 34,7959214 0.278691670,061269 0.16 38,293088 0.211713890,023326 0.13 17,9432446 0.08806667
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Tabla N° 12 curva del sistema
Tabla N°13 puntos de operación
Q OPERACIÓN RPM651,05 1500
832,9 1800949,07 2000
1192,36 2500
Tabla N° 14 resultados de la ley de semejanza utilizando 2500 y 2000 RPM
GRÁFICA rpm Punto de operación
(m3/h)
Rpm a verificar RPM obtenida desviación
25000 1192.36 2000 1964 1.8%
p dinámica
(mm H20)
Q(m3/h)
0 0233 0,97732403
317,04 1,80951056520,48 4,87684713520,48 4,87684713590,03 6,26732225762,17 10,4577432810,86 11,8364617820,71 12,1258719983,58 17,4160697
1003,29 18,12093511163,84 24,38450181432,19 36,9259741
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VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Algunas curvas de las gráficas no se ajustan adecuadamente, esto podría ser a causa de
la calibración del equipo ya que no se pudo verificar si estaba calibrado pues el
anemómetro no funcionaba correctamente.
Para determinar el valor de la constante de pitot se debió medir la velocidad de flujo con
el anemómetro, sin embargo como no se trabajó con dicho instrumento se consideró el
valor de dicha constante igual a 4.8 y las velocidades empleadas en los cálculos y gráficas
son velocidades teóricas a partir de dicha constate.
Los manómetros diferenciales, al ser su líquido de trabajo agua, la caída de presión no es
muy apreciable. La reducción entre la descarga inmediata del ventilador y el ingreso al
tubo de descarga es demasiado pronunciada, lo que produce pérdidas que no pueden
ser calculadas con el equipo actual.
La presión llega al valor máximo cuando la válvula está cerrada ya que el caudal es nulo
pues toda la energía se convierte en presión estática. Por el contrario, cuando el caudal es
máximo la presión llega al valor mínimo. Eso se puede observar al comparar dichos
valores experimentales en la tabla no08 y en las gráficas que corresponden a las curvas
características del ventilador; ya que gran parte de la energía se utiliza para mantener el
aire en movimiento.
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VII. CONCLUSIONES
Ventiladores, se utilizan para impulsar grandes caudales de gas a bajas presiones, sin que apenas
se produzca variación en su densidad; de hecho, no compriman prácticamente el gas, sino que se
limitan a hacerlo circula.
Para trazar la Curva Característica de un ventilador, se debe llevar a cabo un procedimiento que
procure los datos necesarios.
Trabajamos con la velocidad teórica debido a que el anemómetro no funcionaba.
La característica de un ventilador es la mejor referencia del mismo ya que indica su capacidad en
función de la presión que se le exige. Según sea el ventilador, su curva característica adopta una u
otra forma.
Haciendo las curvas características notamos que se cumplen las tendencias ya establecidas
teóricamente pero no es difícil notar la poca uniformidad de las curvas.
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VIII. RECOMENDACIONES
Antes de empezar verifique toda la instalación del ventilador ubicado en una mesa rígida
libre y evitando que otros objetos estén cerca.
Leer detenidamente el manual antes de manipular el equipo y verificar la instalación
eléctrica y encender como lo indica el manual.
Para trazar la Curva Característica de un ventilador, se debe llevar a cabo un procedimiento
que procure los datos necesarios.
Verificar el funcionamiento adecuado del anemómetro.
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IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Manual de monitoreo
Caporali, Sergio Augusto; Domingues, Luis Augusto.” Pitometría: un nuevo estilo de
enseñanza”. Lima; CEPIS; 1995. 814 p. Capítulo V lección 3.Pp 23-40
Bruce Roy Munson, Donald F. Young. ”Fundamentos de Mecánica de Fluidos” – tercera
edición.
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X. APÉNDICE
EJEMPLOS DE CÁLCULOS
1. Calculo de a velocidad teórica
v=k √ 2∆ pρ
v=K √∆ p
K=k √ 2ρ ∆pdif.=8.7mm.c.a.(1500RPM)
K=4.8
v=4.8√8.7=14.16m /s
2. Calculo del caudal
Q=A×v
Dtuberia=0.143
∆pest.=2mm.c.a.(1500RPM)
Q= π4×D tub.
2×v
Q= π4×0.1432×14.16
Q=0.2274m3
s
Q=820.71m3
h
3. Cálculo de H o carga del ventilador (usando fórmula hidráulica)
P1γ
+ v12
2 g+z1= P2
γ+ v 22
2g+z 2+hf +hw
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-hw =P2−P1
γ ……. (*)
Para el primer caso (1500 rpm)
P2= P descarga= 2 mm c.a.*9.81(Pa/mm c.a.)= 19.61 Pa
P1= P succión= -17 mm c.a.*9.81=(Pa/mm c.a.)= -166.7Pa
Reemplazando las presiones y la densidad del aire en la ecuación (*)
−hw=(19.61−(−166.7 ))Pa
9.81(ms )∗1.185( kgm3 ) = 16.03m
4. Calculo del rendimiento
n=N real
N absorbida=Q×H ×ρ×G
N absorbida
n=820.71m
3
h× 1h3600 s
×16.03m×10−3×1.185 kgm3×9.81
ms2
0.14kW
n=30.35%
5. Curvas del ventilador y del sistema:
Para determinar las leyes de similitud en primera instancia se necesitan las curvas del
ventilador para los diferentes rpm trabajados así como la curva del sistema, este último se
determina graficando los caudales Vs presión dinámica. La presión dinámica se puede
obtener de la siguiente expresión:
Pdinámica=V 2× ρ2
× 0.10207mmH 2O1Pa
Donde:Pdinamica : Presión dinámica en mm.c.a.V 2 : Velocidad del pitot en m/s.ρ : 1.185 (Kg/m3).
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Reemplazando los datos para 1500 rpm y totalmente abierto
Pdinámica=(14.16m /s)2×1.185( kg
m 3)
2× 0.10207mmH 2O
1Pa=12.12mmH 2O
Pdinámica=12 .12mmH 2O (Q= 820.71 m3/h)
Cada presión estática de descarga se grafica vs Q (m3/h) para obtener curva del ventilador y
Cada presión dinámica se grafica vs Q ( m3/h) para obtener la curva del sistema
6. Leyes de semejanza
Para esta sección se tomara como ejemplo la curva del ventilador de 2500 rpm (gráfica 21)
Para esta sección es necesario
calcular la ecuación de la curva
de homologación y los puntos de
operación (se muestran en tabla
N° 13)
Hallando punto de operación QA se
igualan las ecuaciones del sistema y del
ventilador a 2500 rpm
Pventilador (2500 rpm)=P sistema
−5.225 x10−5 xQ2+0.0593 xQ+26.169=1.8x 10−5 xQ2+4.6428 x10−8 xQ+3.08610−6
Por lo tanto el caudal óptimo (QA) trabajando a 2500 rpm es:
QA=1192.36 m3/h (CAUDAL DE OPERACIÓN A 2500 rpm)
Figura 1
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Ahora se comprobara las leyes de semejanza de la curva de 2500 rpm con respecto a la curva de
2000 rpm:
Calculamos un caudal menor al óptimo (una fracción), este será QB , el cual estará dentro de la
curva del ventilador a 2500 rpm también:
QB= 0.5X1192.36=596.18 m3/h
Reemplazando QB en la ecuación del ventilador a 2500:
Hventilador(2500)= −5.225 x10−5x (596.18 )2+0.0593 x (596.18)+26.169
PB=27.23 mm H2O, con PB y QB es posible calcular la curva de homologación:
PB=Kx (QB)2……..curva de homologación
K= PBQB2
= 27.23596.182
=7.662 x10−5
Reemplazando k en la ecuación de la curva de homologación:
PB=7 .662 x10−5∗QB2…… (I)
SIENDO CURVA DEL VENTILADOR A 2500:
P ventilador (2500)= −5.225 x10−5xQ2+0.0593 xQ+26.169 ……(II)
IGUALANDO LA CURVA DE HOMOLOGACIÓN CON LA CURVA DEL VENTILADOR A 2500 RPM (I=II):
SE OBTIENE QC (guiarse de figura 1 de la página anterior)
7 .662 x 10−5∗Q 2=−5.225 x10−5 xQ2+0.0593 xQ+26.169
QC=758.54m3/h
QC Y QB son los que cumplen la ley de semejanza debido a que ambos están en la curva
de homologación:
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QB
QC=nB
nC
… (III)
Reemplazando en la ecuación III
596.18758.54
=nB
nC= 2500
nc
Despejando:
nc=1964 rpm
Se observa una desviación respecto a la curva de 2000 rpm:
desviación=(2000−1964)
2000x100%=1.81%
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GRAFICAS
Grafica No01: velocidad teórica vs presión diferencial, 1500RPM
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
2
4
6
8
10
12
14
16
f(x) = 4.80366912230323 x^0.499626486586954R² = 0.999999836750732
VELOC. TEORICA vs PRESION DIFERENCIAL1500RPM
mm.c.a.
m/s
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Grafica No02: velocidad
teórica vs presión diferencial, 1800RPM
Grafica No03: velocidad teórica vs presión diferencial, 2000RPM
0 2 4 6 8 10 12 140
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
f(x) = 4.79729153603156 x^0.500355609247872R² = 0.999999907563309
VELOC. TEORICA vs PRESION DIFERENCIAL1800RPM
mm.c.a.
m/s
2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
5
10
15
20
25
f(x) = 4.7996249594651 x^0.499990186314871R² = 0.999999801347139
VELOC. TEORICA vs PRESION DIFERENCIAL2000RPM
mm.c.a.
m/s
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Grafica
No04: velocidad
teórica vs presión
diferencial, 2500RPM
Grafica No05: curva característica del ventilador, 1500RPM
Grafica No06:
curva característica
del ventilador,
1800RPM
0 5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
30
f(x) = 4.79793242728035 x^0.500143627754219R² = 0.999999995350354
VELOC. TEORICA vs PRESION DIFERENCIAL2500RPM
mm.c.a.
m/s
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
5
10
15
20
25
CURVA CARACTERISTICA DEL VENTILADOR1800RPM
caudal
mm
.c.a.
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Grafica No07: curva característica del ventilador, 2000RPM
Grafica No08: curva característica del ventilador, 2500RPM
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13000
5
10
15
20
25
30
CURVA CARACTERISTICA DEL VENTILADOR2000RPM
caudal
mm
.c.a.
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15000
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
CURVA CARACTERISTICA DEL VENTILADOR2500RPM
caudal
mm
.c.a.
Página 41
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Grafica No09: curva característica del ventilador, para diferentes RPM
Grafica
No10:
potencia
vs caudal,
1500RPM
200 300 400 500 600 700 800 9000
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
1500RPM
Caudal
Pote
ncia
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
CURVA CARARTERISTICA PARA DIFERENTES RPM
1500RPM1800RPM2000RPM2500RPM
Caudal
mm
.c.a
.
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Grafica No11:
potencia vs caudal, 1800RPM
Grafica No12: potencia vs caudal, 2500RPM
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13000
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
2000RPM
Caudal
Pote
ncia
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
1800RPM
Caudal
Pote
ncia
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Grafica
No13: potencia vs
caudal, 2500RPM
Grafica No14: potencia vs caudal, para diferentes RPM
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
POTENCIA vs CAUDAL
1500RPM1800RPM2000RPM2500RPM
caudal
Pote
ncia
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
2500RPM
Caudal
Poten
cia
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Grafica No15: ley de similitud
200 300 400 500 600 700 800 9000
5
10
15
20
25
30
35
Q Vs n (1500 RPM)
Q Vs n (1500 RPM)
Grafica No16: curva de rendimiento, 1500RPM
0 5 10 15 20 25 300
500
1000
1500
2000
2500
3000
RPM vs VELOCIDAD
Series2
0 100 200 300 400 500 600 7000
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
7000000
RPM2 vs VELOCIDAD
SERIE1 AL CUADRADO
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200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Q Vs n 1800 RPM
Q Vs n 1800 RPM
Grafica No17: curva de rendimiento, 1800RPM
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 130032
34
36
38
40
42
44
Q Vs n 2000 RPM
Q Vs n 2000 RPM
Grafica No18: curva de rendimiento, 2000RPM
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LABORATORIO DE IQ-IVentiladores
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15000
10
20
30
40
50
60
Q Vs n 2500 RPM
Q Vs n 2500 RPM
Grafica No19: curva de rendimiento, 2500RPM
Grafica No20: curva del sistema
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Grafica No21: curva del sistema y curvas del ventilador a diferentes RPM
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LABORATORIO DE IQ-IVentiladores
Grafica No21: aplicación de las leyes de semejanza en el ventilador
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000
10
20
30
40
50
60
Pventilador 2500 rpmP sistemaP ventilador 2000 rpmCurva de homologación
Q(m3/h)
pres
ión
mm
H2O
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