Unidad 5 Ventiladores
Instituto Tecnológico Superior De Coatzacoalcos Ingeniería Mecánica Nombre del Alumno: Apellido Paterno Apellido Mater
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Instituto Tecnológico Superior De Coatzacoalcos Ingeniería Mecánica
Nombre del Alumno: Apellido Paterno
Apellido Materno
Nombre(s)
Unidad 5: Ventiladores
Nombre de la Asignatura: MAQUINA DE FLUIDOS INCOMPRENSIBLES
No. Control:
14080904
Nombre del Apellido Paterno Docente:
Periodo: _Agosto 2017- Diciembre 2017____
Semestre:
7
Apellido Materno
Grupo:
Nombre(s)
A
Máquina de Fluidos Incomprensibles
CONTENIDO Introducción........................................................................................................ 3 5.1. Características Generales Y Funcionamiento. ............................................ 4 5.2. Cálculo De Caída De Presión En Ventiladores........................................... 7 5.3. Ventiladores Centrífugos. ......................................................................... 10 5.4. Ventiladores Axiales. ................................................................................ 12 PROBLEMAS DE LA UNIDAD .................................................................... 14 Conclusión ........................................................................................................ 15 Bibliografía....................................................................................................... 15
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Máquina de Fluidos Incomprensibles
Introducción Los ventiladores son las máquinas más usadas para producir el movimiento del aire en la industria. Su funcionamiento se basa en la entrega de energía mecánica al aire a través de un rotor que gira a alta velocidad y que incrementa la energía cinética del fluido.
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Máquina de Fluidos Incomprensibles
5.1. Características Generales Y Funcionamiento. 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. Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente eléctrico, con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulación de velocidad, conmutación de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le transmite energía. Este propulsor adopta la forma de rodete con álabes, en el caso del tipo centrífugo, o de una hélice con palas de silueta y en número diverso, en el caso de los axiales. El conjunto, o por lo menos el rodete o la hélice, van envueltos por una caja con paredes de cierre en forma de espiral para los centrífugos y por un marco plano o una envoltura tubular en los axiales. La envolvente tubular puede llevar una reja radial de álabes fijos a la entrada o salida de la hélice, llamada directriz, que guía el aire, para aumentar la presión y el rendimiento del aparato. Los ventiladores se clasifican, según la dirección del flujo en el rodete, en centrífugos, diagonales o semiaxiales y axiales. Dentro de cada grupo, el tipo de ventilador queda definido por el número específico de revoluciones. 𝑛𝑞 = 𝑛
√𝑄 𝐻
3⁄ 4
Algunos de los puntos de vista más importantes a tener en cuenta en la elección de un ventilador son: Rendimiento óptimo: Para ello se debe escoger el ventilador según el número específico de revoluciones requerido. Mínimo nivel de ruido: Para ello se debe escoger el ventilador con un coeficiente de presión y elevado y número de revoluciones bajo. Gran caudal: Para ello se debe escoger un ventilador con coeficiente de caudal elevado. Gran potencia específica (volumen y masa de máquina reducidos para la potencia deseada). Forma y dimensiones determinadas en la admisión y salida. Curvas características planas: en todo el campo de trabajo del ventilador a fin de que el rendimiento se mantenga elevado. Potencia mínima absorbida a caudal nulo.
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Máquina de Fluidos Incomprensibles Curva Característica de un Ventilador Según sea el ventilador, su curva característica adopta una u otra forma, Los ventiladores centrífugos, en general, son capaces de manejar presiones altas con caudales más bien bajos. En la figura se observa una curva característica de un ventilador centrífugo en términos de la presión total, la presión estática y la presión dinámica.
Para trazar la Curva Característica de un ventilador, se debe llevar a cabo un procedimiento que procure los datos necesarios. Para poder disponer de los distintos caudales que puede manejar un ventilador según sea la pérdida de carga del sistema contra el cual esté trabajando, se ensaya el aparato variándole la carga desde el caudal máximo al caudal cero. Todos los pares de valores obtenidos caudal-presión se llevan a unos ejes coordenados, obteniéndose la Curva Característica, 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. Punto de trabajo de un ventilador Para conocer el punto en que trabajará un ventilador, una vez determinada la pérdida de carga que debe vencer el mismo, no hay más que, sobre el eje de ordenadas, señalar la pérdida de carga en mm.c.d.a. (Milímetros de columna de agua). Si se dispone de la característica resistente del sistema, se puede encontrar de forma fácil el punto de trabajo de un ventilador acoplado al mismo, al superponer las curvas características del ventilador y resistente del conducto según se indica en la Figura
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Si se desea construir la característica resistente del sistema se debe partir del hecho que en las instalaciones de ventilación la pérdida de carga que se origina varía proporcionalmente al cuadrado del caudal que fluye a través de la canalización. Para conocer el punto de funcionamiento de un ventilador es indispensable disponer de las curvas características de los ventiladores susceptibles de ser instalados, para cualquier cálculo e instalación que se haga. Las curvas deben estar avaladas por el fabricante, quien las garantizará haciendo referencia a la norma y disposición adoptada para su determinación. Las curvas características de ventiladores se obtienen en laboratorios de ensayos debidamente equipados y por analistas especializados. Ello supone la sujeción a procedimientos según normalizaciones oficiales y aparatos, túneles y cámaras calibrados. La máxima garantía se obtiene cuando el laboratorio cuenta con una acreditación oficial. Zona de funcionamiento
Según sea el ventilador, tipo y tamaño, existe una zona de su curva característica en la que es recomendable su uso. Fuera de ella pueden producirse fenómenos que hacen aumentar desproporcionadamente el consumo hundiendo el rendimiento, provocando un aumento intolerable del ruido e incluso produciendo flujos intermitentes de aire en sentido inverso. En los catálogos de ventiladores vienen indicadas las zonas de funcionamiento y sus características. Aplicaciones Ventilación en maquinaria, tableros eléctricos y de control, cuartos limpios, sistemas con filtros y de extracción de gases, humidificadores y deshumidificadores, ventiladores para equipos de aire CARACTERISTICAS TECNICAS acondicionado, ventilación de laboratorios.
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5.2. Cálculo De Caída De Presión En Ventiladores. Supongamos que nuestro sistema de ventilación consiste simplemente en un ventilador soplando un ducto circular, cuyo diámetro bes constante y contiene algunos aditamentos adicionales como pantallas, amortiguadores, etc. Nos muestra como la presión estática varía cuando nos movemos a lo largo del sistema de ventilación, notamos lo siguiente:
la presión estática ambiente cerca de la entrada del ventilador es cero.
El ventilador aumenta la presión estática a un valor máximo positivo.
La fricción del ducto reduce la presión estática en una razón baja.
La resistencia de ciertos aditamentos reduce la presión estática en una razón más inclinada.
La baja razón, debido a la fricción del ducto es recuperada.
La presión de velocidad en la salida es una pérdida, como ya se mencionó. Esto reduce la presión estática remanente en la salida del sistema a presión estática de ambiente igual a cero.
Como la presión estática varía a lo largo del sistema si el ventilador está sacando del sistema envés de estar soplando en él.
La presión estática ambiente cerca de la entrada es nuevamente cero.
A medida que la velocidad del aire se aumenta de cero a cierto valor en el ducto, la presión estática decrece a un valor negativo iguala la presión de velocidad en el ducto más la pérdida por turbulencia. El decrecimiento sería menor si el ducto estuviera equipado con una entrada (Venturi).
La fricción en el ducto reduce la presión estática a un bajo nivel, a un valor más negativo.
La resistencia de ciertos aditamentos reduce la presión estática a un nivel de mayor inclinación y a un valor aún más negativo.
Variación en la presión estática a lo largo del sistema de ventilación con un ventilador que extrae del sistema. Todas las presiones estáticas son negativas, excepto la pérdida de presión de velocidad al final del sistema.
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La razón lenta, debido a la fricción del ducto, es retomada y reduce la presión estática a un valor todavía más negativo.
El ventilador levanta la presión estática desde su valor más negativo hasta un valor ligeramente positivo.
La presión de velocidad en la salida del sistema es una pérdida que reduce la presión estática en la salida a cero presiones estáticas ambientales. Nos muestra como la presión estática variará a lo largo del sistema si el ventilador está localizado en algún lugar del medio. Las presiones estáticas son negativas en la succión y positivas en la sección de soplado.
La resistencia de ciertos aditamentos reduce la presión estática en una razón más inclinada.
La baja razón, debido a la fricción del ducto, es reasumida.
La presión de velocidad en la salida es una pérdida que reduce la presión estática remanente en la salida del sistema a cero presiones estáticas ambientales nuevamente.
Hasta el momento hemos asumido el diámetro del ducto constante. Consideremos ahora la variación de presión debido a una transición cónica convergente, como se aprecia en la figura 6.10, con el ventilador soplando dentro del sistema.
La presión estática ambiente cerca de la entrada es cero0.
El ventilador eleva la presión estática a un máximo valor positivo.
La fricción en el ducto reduce la presión estática a un bajo nivel.
La transición cónica convergente reduce la presión estática a un nivel excesivo, no solamente debido a la fricción en las paredes de transición ya que principalmente el incremento en la presión de la velocidad (energía cinética) debe ser obtenida a expensas de la presión estática (energía potencial).
A algún bajo nivel de reducción de la presión estática, debido a la fricción del ducto, es reanudada, pero no tan bajo como en el ítem 3, debido a que un diámetro de ducto más pequeño resulta en una pérdida de fricción.
La presión de velocidad tiene una pérdida considerable en este caso, debido a la reducción del diámetro del ducto. Esta pérdida reduce la presión estática en la salida volviendo la presión estática ambiente a cero.
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Máquina de Fluidos Incomprensibles VENTILADORES CENTRIFUGOS INDUSTRIALES: la mayoría de los fabricantes ofrecen estas unidades con estas cuatro opciones de tipos de rueda:
Ruedas de aire (AH) (placa trasera, cubierta, 10 aspas BI).
Ruedas de material (MH) (placa trasera, cubierta, 10 aspas BI).
Ruedas de virutas largas (LS) (lo mismo que MH pero sin cubierta)
Ruedas abiertas de virutas largas (sin placa trasera, sin cubierta, 6 aspas radiales).
Un error típico es no calcular adecuadamente la caída de presión del ventilador. Cuando eso sucede, el aire no llega; se vuelve insuficiente porque la caída está alta. Esto no es conveniente, como tampoco lo es dejarlo sobrado, con volumen de aire mayor del necesario. Aquí llegamos a la práctica del balanceo. Para esto, se debe combinar principalmente la caída de presión y la potencia del ventilador. Si la caída de presión va a ser constante en un ducto, con eso se obtiene el dato de la caída de presión. A partir de ésta se elige el tipo de ventilador. Una cuestión que no debe quedar fuera es la acústica; es decir, que debemos estar conscientes de que no es lo mismo diseñar ductos para una fábrica, en donde el ruido no importa, que para una oficina, donde sí importa, pero no mucho, o para un estudio de grabación, donde la condición de silencio absoluto es esencial. Una última consideración es analizar las características de los difusores; sobre todo, que el tiro sea el correcto. Me ha tocado ver muchas veces un difusor de cuatro vías con una de ellas apuntando hacia la pared. Obviamente, ahí no se va a instalar uno de cuatro vías, sino uno de tres. Estas cosas, que parecen tan sencillas, son las que siempre fallan.
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5.3. Ventiladores Centrífugos. VENTILADORES CENTRIFUGOS: Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°, entre la entrada y salida. Se suelen sub-clasificar, según la forma de las palas o álabes del rotor, de la siguiente manera: ENTILADOR
DESCRIPCION Rotor con palas curvadas hacia adelante, apto para caudales altos y bajas presiones. No es autolimitante de potencia. Para un mismo caudal y un CURVADAS mismo diámetro de rotor HACIA gira a menos vueltas con ADELANTE menor nivel sonoro. Rotor de palas radiales. Es el diseño más sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecánicamente, y el rodete puede ser reparado con PALAS RADIALES facilidad. El diseño le permite ser autolimpiante. La potencia aumenta de forma continua al aumentar el caudal. Rotor de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrás. Es de alto rendimiento y autolimitador de potencia. Puede girar a velocidades INCLINADAS altas. HACIA ATRAS
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APLICACION Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.
Empleado básicamente para instalaciones industriales de manipulación de materiales. Se le puede aplicar recubrimientos especiales anti-desgaste. También se emplea en aplicaciones industriales de alta presión. Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.
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AIRFOIL
RADIAL TIP
Similar al anterior pero con palas de perfil aerodinámico. Es el de mayor rendimiento dentro de los ventiladores centrífugos. Es autolimitante de potencia. Rotores de palas curvadas hacia delante con salida radial. Son una variación 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.
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Es utilizado generalmente para aplicaciones en sistemas de HVAC y aplicaciones industriales con aire limpio. Con construcciones especiales puede ser utilizado en aplicaciones con aire sucio. 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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5.4. Ventiladores Axiales. VENTILADORES AXIALES: Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo. Se suelen llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma. En líneas generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Con velocidades periféricas medianamente altas son en general ruidosos. Suelen sub-clasificarse, por la forma de su envolvente, de la siguiente manera: VENTILADOR
HELICOIDAL
TUBE AXIAL
VANE AXIAL
DESCRIPCION Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma de presión dinámica. Tienen rendimiento algo superior al anterior y es capaz de desarrollar una presión estática mayor. Por su construcción es apto para intercalar en conductos. Con diseños de palas AIRFOIL, permiten obtener presiones medias y altas con buenos rendimientos. Las palas pueden ser fijas o de ángulo ajustable
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APLICACION Se aplica en circulación y extracción de aire en naves industriales. Se instalan en pared sin ningún conducto. Utilizados con objetivo de renovación de aire.
Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja. También se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos. Tiene aplicaciones similares a los TUBEAXIAL, pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestación es relativamente más pequeño que el ventilador centrifugo equiparable.
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CENTRIFOIL
Se trata de un Las mismas aplicaciones que el ventilador con rotor ventilador VANEAXIAL. centrifugo pero de flujo axial. Es decir reúne las ventajas del ventilador centrifugo y la facilidad de montaje de un axial con el consiguiente ahorro de espacio.
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PROBLEMAS DE LA UNIDAD Ejemplo 1: En un túnel de viento de circuito cerrado la corriente de aire necesaria para los ensayos de los modelos se hace por medio de un ventilador que da un caudal de 50 m3/s (ρ = 1.2 kg/m3). La pérdida de carga en el túnel aerodinámico asciende a 2000 Pa. El rendimiento total del Ventilador es 70 %. Calcular la potencia de accionamiento del ventilador.
Ejemplo 2: Calcular el caudal de un ventilador que ha de producir 10 renovaciones de aire a la hora en una planta industrial que mide 50 x 20 x 8m.
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Conclusión Como se observó en esta unidad se abordaron temas relacionados con los ventiladores sus características principales como también su funcionamiento y los dos grandes grupos en los que se dividen los ventiladores.
Bibliografía http://www.unet.edu.ve/~maqflu/doc/LAB-1-128.htm http://libros.redsauce.net/Compresores/PDFs/6Compresores.pdf http://www.vriventilacion.com/comercial/pdf/bs.pdf
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