practica#3_fluidos ii v2

7/21/2019 Practica#3_fluidos II v2

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Escuela Superior Politécnica del Litoral

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción

Guía de Laboratorio de Mecánica de Fluidos II

PRC!IC" # $%

VENTILADORES AXIALES Y RADIALES: CURVAS DE OPERACIÓN

&'(E!I)&S%

♦ Determinar y comparar las curvas de operación de ventiladores axiales y radiales.

♦ Seleccionar el punto de operación óptimo, utilizando las curvas del ventilador y del sistema.

F*+,"ME+!&S !E-RIC&S%

Un ventilador axial es una máquina rotodinámica donde el flujo es axial, es decir el aire entra y

sale del equipo a lo largo del respectivo eje del ducto de succión y descarga. Las condiciones de

operación para estos ventiladores son usualmente de alto a medio caudal y de media a aja

presión. Los álaes del ventilador se fijan a cierto ángulo con respecto a la dirección del aire de

entrada, lo cual genera una fuerza de sustentación deido a la diferencia de presión en el fluido y permiten desplazar el fluido a trav!s de la máquina.

"or otro lado, en un ventilador radial el fluido es succionado #acia el centro de un impeller

rotatorio y es expulsado #acia afuera por acción centr$fuga. %omo resultado de esto, ocurren

camios de energ$a en el fluido, adquiriendo mayor velocidad deido a las altas velocidades de

rotación de los álaes del impeller& mientras que la diferencia de presión entre la succión y la

descarga del ventilador ocurre deido a la conversión de esa energ$a cin!tica en energ$a de

presión.

%uando un fluido atraviesa los álaes de una máquina rotodinámica, ocurren camios en las

energ$as potencial, cin!tica y de presión. "ara entender el funcionamiento de un ventilador y ser



capaz de analizar su desempe'o se deen realizar mediciones o cálculos para

determinar esos camios de energ$a.

Si tomamos al ventilador como un volumen de control y aplicando la (ra ley de la

)ermodinámica por unidad de masa de fluido que fluye a trav!s de !l*

−W eje=d ( V 2

2 )+g.dz+∫ v.dp+ F (ec .1)

Donde,

−W eje ≡Trabajo entregado por el ejehacia el fluido

d ( V 2

2 )≡ Cambio deenergíacinética del fluido

g . dz ≡Cambio de energía potencial del fluido

∫ v . dp≡ Cambio de energía de presióndel fluido elcual paraun fluido

incompresibleesigual a dp / !

F ≡ "érdida de energía por fricciónen forma de calor hacia los alrededores o en

aumentar latemperatura del fluido #ueatraviesa ala m$#uina .

Las caracter$sticas de operación de estos ventiladores pueden ser mostradas graficando el caezal

de presión +p, la potencia +", y la eficiencia +- para diferentes caudales + para una serie de

velocidades de rotación +/. Las condiciones óptimas de operación ocurren cuando las

condiciones requeridas de traajo para presión y caudal coinciden con un punto de máxima

eficiencia.

,ESCRIPCI-+ ,EL E.*IP&%

0entilador 1xial

-l equipo consiste de un ventilador axial, impulsado por un motor el!ctrico. %uenta con ductos desucción y descarga faricados de acr$lico transparente para el monitoreo del aire que circula a

trav!s del ventilador. -l flujo de aire es controlado mediante un dispositivo de regulación

instalado al final del ducto de descarga. -n el ducto de succión



se encuentra instalado un enderezador de flujo para reducir la turulencia y la

formación de remolinos. -l equipo cuenta con sensores y un sistema de adquisición de datos. Los

datos son manejados por medio del 23D +2nterface Device para ser mostrados en un computador.

Los sensores utilizados para monitorear el desempe'o del ventilador axial son los siguientes*

- Sensor de diferencial de presión, conectado al canal ( en el 23D. Se trata de undispositivo piezo4resistivo que mide la presión desarrollada a trav!s de la placa orificio

instalada en la entrada del ducto de succión.- Sensor de diferencial de presión, conectado al canal 5 en el 23D. Se trata de un

dispositivo capacitivo, el cual mide la diferencia de presión entre la succión y la descarga

del ventilador.- Sensor de rapidez de rotación, conectado al canal 6 en el 23D. Se trata de un s7itc#

reflectivo infrarrojo óptico que mide la rapidez de rotación del impeller del ventilador.- Sensor de temperatura, conectado al canal 8 en el 23D. Se trata de un dispositivo

semiconductor el cual mide la temperatura del aire que ingresa al ventilador.

0entilador 9adial

-ste equipo cuenta con las mismas partes principales que el equipo descrito anteriormente. La

diferencia radica en el tipo de ventilador y la disposición de los ductos de succión y descarga. -l

ventilador radial consiste de una carcasa, llamada voluta, donde se aloja el impeller& los ductos de

succión y descarga son perpendiculares entre s$, al contrario del axial donde amos ductos son

colineales. -ste equipo cuenta con dos impellers intercamiales para realizar diferentes prueas*

uno con álaes curvados #acia atrás y otro con álaes curvados #acia delante. -l equipo cuentacon sensores similares a los descritos para el ventilador axial pero en este caso todos los sensores

de diferencial de presión son del tipo piezo4resistivo.

PR&CE,IMIE+!& E/PERIME+!"L%

&peración del )entilador "0ial y Radial para obtención de características del 1entilador2

( Seleccione la máxima velocidad del ventilador, ajustando el controlador de potencia #asta el

(::;.



5 1ra la válvula de descarga totalmente. Seleccione <Diagrm= y anote el valor del

flujo indicado en la parte inferior de la pantalla. "ara la toma de datos escoja alrededor de (>

incrementos entre el m$nimo y el máximo flujo.

6 %ierre la válvula completamente, es decir para que corresponda a la condición de no flujo, i.e.

?:. %uando los valores indicados en la pantalla sean razonalemente estales seleccione<)a@e Sample=.

8 1rir la válvula ligeramente para proceder con el primer incremento de flujo. %uando los

valores indicados sean razonalemente estales seleccione <)a@e Sample=.

> 9epetir el paso anterior para los diferentes incrementos de caudal. La Altima medición

corresponderá a la posición totalmente aierta de la válvula. Los datos pueden ser exportados

a una #oja de cálculo.

B Si desea otener curvas de operación adicionales para diferentes 9"C del ventilador se dee

repetir el procedimiento anterior, pero para cada punto de medición se dee ajustar elcontrolador de potencia para asegurarse que la velocidad del ventilador sea la misma para

todas las lecturas. Se empieza con una determinada frecuencia +p. ej. 5: z la cual luego se

incrementará& asegurarse que la velocidad de rotación sea la misma para todas las mediciones

y repetir todo el conjunto de mediciones para cada velocidad de rotación, tomando los datos

en forma ascendente +de menor a mayor flujo.

&peración del )entilador "0ial y Radial para obtención de la cur1a del siste3a2

( Desconectar la toma de presión a la entrada del ventilador +lado de aja presión del sensor detal manera que est! aierta a la atmósfera. Luego puede encenderse el motor para operar.

5 %oloque la posición de la válvula de descarga de tal manera que est! parcialmente cerrada y

que represente una resistencia significativa al flujo +p. ej. 5E6 cerrada. -sta configuración se

mantendrá para el resto de la toma de datos.

6 -l control del flujo se lo realizará modificando la rapidez de rotación del ventilador en el

controlador de potencia y no alterando la posición de la válvula de descarga como se #izo para la

otención de las curvas de los ventiladores. Seleccione la velocidad máxima como punto inicial+SF1( en (::;. %uando las lecturas de la presión de descarga del ventilador y la ca$da de

presión en la placa orificio sean constantes, seleccione <)a@e Sample=. -n este momento la

presión de descarga del ventilador representará a la G"resión del SistemaH ya que la toma de

presión de entrada está aierta a la atmósfera.



8 Disminuya la velocidad de rotación ligeramente y seleccione <)a@e Sample= para

las nuevas condiciones de presión del sistema. %ontinuar #asta la m$nima velocidad que pueda

alcanzarse. Luego exportar los datos a una #oja de cálculo.

,"!&S 4 CLC*L&S%"ara cada toma de datos, para la construcción de las curvas de los ventiladores, deerá calcular*

- Densidad del aire +I- %audal +- 0elocidad en el ducto de succión +0(- 0elocidad en el ducto de descarga +05- "resión )otal producida por el ventilador +pt- "otencia producida por el ventilador +"- -ficiencia gloal +-

Los cuales están dados por las siguientes fórmulas*

!= 3.468∗ pa

1000∗(273+T a)(ec .2)

%=C d∗& ∗ '

2∗ pa∗√ 2∗ !∗d po

4∗ ! (ec .3)

V 1=

%

(1

(ec .4 )

V 2= %

(2

(ec .5)

pt = ! (V

2

2−V 1

2 )2

+d p s(ec .6)

"=%∗ p (ec .7)

)= "

"e

∗100(ec .8)

Donde

- "resión arom!trica de la atmósfera +pa- )emperatura del aire en la succión +)a- %oeficiente de descarga de la placa orificio +%d- Diámetro de la placa orificio +D- Jrea transversal ducto de succión +1(- Jrea transversal ducto de descarga +15- %a$da de presión a trav!s de la placa orificio +dpo



- %a$da de presión a trav!s del ventilador +dps- "otencia de entrada al motor el!ctrico +"e

,"!&S%

)entilador RadialDiámetro ducto de succión* :.:K> m.

Diámetro ducto de descarga* :.: m.

%oeficiente de descarga de la placa orificio* :.>KB

Diámetro de la placa orificio :.:> m.

)entilador "0ial

Diámetro ducto de succión* :.(56 m.

Diámetro ducto de descarga* :.(56 m.%oeficiente de descarga de la placa orificio* :.>KB

Diámetro de la placa orificio* :.( m.

GRFIC&S%

♦ Mraficar N" vs. N, <- vs. = y <p vs. = para representar las curvas del ventilador. -n la

misma gráfica se dee representar la curva del sistema +<" vs. = del sistema. Mraficar las

mismas curvas tanto para el ventilador axial como el radial.

!"'L" ,E ,"!&S%

Tabla 1. Datos de operación de los ventiladores

"0ial (N 1= Hz) Radial (N 1= Hz)

dPo

5Pa6

dPs

5Pa6

!a

57C6

Pe

586

dPo

5Pa6

dPs

5Pa6

!a

57C6

Pe

586



Tabla 2. Datos de operación de los ventiladores

"0ial (N 2= Hz) Radial (N 2= Hz)

dPo

5Pa6

dPs

5Pa6

!a

57C6

Pe

586

dPo

5Pa6

dPs

5Pa6

!a

57C6

Pe

586

Tabla 3. Datos de operación de los ventiladores"0ial (N 3= Hz) Radial (N 3= Hz)

dPo

5Pa6

dPs

5Pa6

!a

57C6

Pe

586

dPo

5Pa6

dPs

5Pa6

!a

57C6

Pe

586



Tabla 4. Datos del sistema

"0ial RadialdPo

5Pa6

dPs

5Pa6

+

59:6

!a

57C6

dPo

5Pa6

dPs

5Pa6

+

59:6

!a

57C6

PREG*+!"S E)"L*"!I)"S%

( -n esta práctica se asumió que el aire es incompresile. %ompruee la validez de dic#a

suposición tanto para la succión como para la descarga de cada ventilador.

5 2nvestigue y explique la diferencia, en t!rminos de funcionalidad y rangos de operación, que

existe entre ventiladores, sopladores +lo7ers, compresores y omas.

6 O%uál es la diferencia entre ventiladores radiales y axialesP -xplique en t!rminos de*

caracter$sticas de construcción, rangos de operación t$picos +caudales y presiones,

eficiencias, ventajas y desventajas, y aplicailidad industrial de cada tipo de ventilador.

8 -xplique en detalle por qu! en ciertas omas o ventiladores radiales se utilizan impellers

+impulsores con álaes curvados #acia atrás y en otras los curvados #acia delante. Ou!

ventajas y desventajas existen al utilizar dic#os tipos de impellersP



> 1lgunos ventiladores utilizan álaes directores +guide vanes, Ocuál es la función

de !stosP -xplique.

6) "ara el dise'o de omas y otras turomáquinas se dee tener en cuenta los efectos en 6D del

movimiento del fluido. O%ómo #an aordado este prolema de dise'o los faricantes de

omas y otras turomáquinasP

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