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TURBOMAQUINAS

2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGÍA Escuela Profesional de Ingeniería en Energía

TURBOMAQUINAS CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO

PROFESOR: ING. HERNAN JOSUE PINTO ESPINOZA

GRUPO: 04

ALUMNOS: Leon Valverde Katherine

092975D

Boggio Trujillo Ulises

090970E

Rengifo Ocrospoma Brayan

100188B

Bellavista – Callao 2013

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TURBOMAQUINAS

2013

CALCULO PARA EL DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO

Datos: DATOS

Calculo de altura de presión en metros de aire: ρ=

R = 0.287 Nm/kg.°k

Teniendo en cuenta que el aire esta: T=15°C ‹› 288°K P = 1atm ‹› 101.32kPa =(

)(

)

Por tablas tenemos al agua a 15°C: T = 15°C aproximadamente

= 1000 Kg/m3

De la relación:

γaire . Haire = γagua . Hagua = Reduciendo la expresión: = (

)(

)

;

Haire=165.3125m de aire

Calculamos la eficiencia: n= = 0.7 – 0.8 Asumimos

=0.75

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= 0.95 – 0.98

=0.97

= 0.95 – 0.98

= 0.97

n=

= 0.75 x 0.97 x 0.97

n = 0.71 Calculamos la potencia requerida por el ventilador: = =3.31kw

3.77HP

Esta es la potencia mínima que se requiere para que el ventilador funciones a las condiciones requeridas. Calculamos

(Diámetro exterior del rotor): 20 1.1

Calculamos

25 1.08

30 1.05

35 40 45 1.01 0.97 0.93

50 0.9

(Velocidad específica requerida al caudal): =

=

(

)

= 45,1456

Calculamos (Cifra de presión):

Interpolamos Ψ = 0.92913

Determinando la Velocidad Tangencial de la salida del rotor ( Si :

Ψ=

):

; 0.92913 = = 59,083m/s

Calculo de los diámetros:

3

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Calculamos el =

(

)

entonces

59,083=

(

)

= 0.5939 m Calculamos

(diámetro interno del rotor):

: (25 – 35) Calculando

(cifra de caudal): =

=

(

)(

)

Aplicando la expresión: √

√ (

√

)(

;

) m

Determinando el número de alabes: Sabemos que:

Z= (

=

) sen(

)

υ = 0.4209

Si: K = 6.5 Si se sabe el intervalo del Z=

(

) sen (

= (50 – 70) )

Z =10 alabes Espesor del alabe: Asumimos e = 1/8’’ 3mm Calculamos los espesores periféricos de los alabes:

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2013 =

En la entrada: =

=

= 6mm

=

=3.5mm

En la salida: =

Calculamos pasos de alta y baja presión: En baja presión: =

=

= 0.0785m

En alta presión: =

=

=0.1865m

Calculamos

(Coeficiente de espesor del alabe):

= En baja presión: =

=

En alta presión: =

=

Triangulo de velocidades en la zona de baja presión: Considerando entrada radial sin rotación, esto es

=90°

(Máxima transferencia de energía) Calculamos =

(Velocidad tangencial): (

=

)( )(

)

=24.871 m/s

Calculo de C 1 (velocidad absoluta Velocidad absoluta):

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C 1= Cm = U1.tan = 24.871 (tan30°) = 14.359m/s ; →C 1= Cm=14.359m/s Calculo de

(Velocidad relativa):

+

(

) +(

)

= 28.718 m/s

Triangulo de velocidades en la zona de alta presión Consideramos la velocidad meridiana:

Conociendo la velocidad tangencial:

= 59.083 m/s

Calculo de la componente tangencial de la velocidad absoluta: = U2 -

= 59.083 -

= 50.793 m/s

Calculo de la Velocidad absoluta: +

(

) +(

)

= 52.783/s

Calculo de la Velocidad relativa: =

=

Calculo del Angulo absoluto:

=16.58m/s α2=accos (

);

α2= 15.78°

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Calculo del ancho del alabe: ( ( (

) (

)

( (

) )))

(

)

Calculo de la altura teórica de Euler: Considerando { (

)(

)

Coeficiente de resbalamiento:

Como: Entonces usamos

También :

[

(

)

]

7

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[

(

]

)

Por lo tanto: Calculando la altura del rotor: (

)(

)

Altura útil del ventilador: (

)(

)

Triangulo de velocidad en la zona de baja presión (efecto del espesor del alabe) Co = Cmo =

=

= 13.201;

+ =

=

Co = Cmo =13.201 m/s

( ;

) +(

)

= 28.157m/s

27.96°

Triangulo de velocidad en la zona de alta presión (efecto del espesor del alabe) Cm3 =

=

=

=14.0912 m/s

Cm3 =13.29 m/s

= (0.7871)(50.793) ;

=39.98

Luego: -

;

59.083- 39.98 ;

19.103 m/s

=arctg

;→

=arctg

;

= 36.41°

=arctg

;→

=arctg

;

= 19.415°

Además: =

(

)

;

= 42.39m/s

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Calculo de la Velocidad relativa: +

(

) +(

)

= 23.738

m/s Angulo de desviación por deslizamiento: ∆β = β2- β3; ∆β=(60° - 36.41°);

∆β=23.59°

Cálculo de resbalamiento: ;

50.793 – 39.98 ;

Calculando el ancho del alabe: (

)(

)

Calculo De La longitud de entrada de la Espiral O Voluta:

Calculo De La Espiral O Voluta: Según la teoría:

( )

(

)

r : radio de la voluta Además: Sea: Además (

y ( Entonces teórica matemática.

)

( (

)

(

) ) )

, esta ecuación se llama espiral

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2013 Ɵ 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Calculo del

: (

Sea:

Calculo de

r 0.2969 0.3194 0.3435 0.3695 0.3975 0.4276 0.4599 0.4947 0.5322 0.5724 0.6158 0.6624 0.7125

)

(ángulo de inicio del difusor): (

)

* +

*

+

Calculo de la sección de descarga final de la espiral:

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Trazando el perfil del alabe por el método de puntos = 30°

= 60°

= 0.25 m

= 0.588 m

= 0.1250m

= 0.2940

m = 30 + a(r- ) =

a = 166.4

+ 166.4 (r- )

N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

60 = 30 + a(0.3606-0.1803)a = 166.3894

(

β 0.1250 0.1365 0.1479 0.1594 0.1708 0.1823 0.1938 0.2052 0.2167 0.2281 0.2396 0.2511 0.2625 0.2740 0.2854 0.2969

30.000 31.999 33.999 35.998 37.998 39.997 41.997 43.996 45.995 47.995 49.994 51.994 53.993 55.993 57.992 60.0

0.5774 0.6249 0.6745 0.7265 0.7812 0.8390 0.9003 0.9656 1.0354 1.1104 1.1915 1.2797 1.3760 1.4822 1.5998 1.7315

13.8564 11.7277 10.0231 8.6364 7.4926 6.5380 5.7326 5.0466 4.4574 3.9474 3.5028 3.1126 2.7683 2.4626 2.1898 1.9453

0.0000 0.1466 0.1246 0.1069 0.0924 0.0804 0.0703 0.0618 0.0545 0.0482 0.0427 0.0379 0.0337 0.0300 0.0267 0.0237

) 0 0.1466 0.2712 0.3781 0.4706 0.5510 0.6213 0.6830 0.7375 0.7857 0.8283 0.8663 0.8999 0.9299 0.9566 0.9803

0.000 8.399 15.540 21.666 26.961 31.568 35.596 39.135 42.255 45.015 47.461 49.632 51.563 53.281 54.808 56.165

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Calculo de la degradación de energía en la TURBOMAQUINA: Perdidas por fricción en el disco:

Sea: ⁄ (

)

;

Longitud del rodete:

Área total: (( ((

)

(

(

) )

)(

)

(

)

)(

(

)

(

) ) )(

(

) )

Por lo tanto: ( (

)( )(

) )(

)

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Perdidas por choque: (

[

]

⁄ y

K=0.7; Además: (

)

⁄

) ( )(

(

) )

(

)

⁄ Por lo tanto: ( (

) )

[

]

Calculo de las perdidas en el disco:

(

)(

) (

)

Calculo de las pérdidas a la entrada del rodete:

Sea: k: ⁄ Por lo tanto: ( (

) )

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Calculo de pérdidas por expansión: [ Sea:

]

⁄

(

)

[

]

Calculo de las perdidas en la espiral:

⁄

Seas: k: (

) (

)

Selección del sistema de transmisión para el accionamiento del ventilador centrífugo (Para la selección se utilizara las tablas del Texto de Diseño de Elementos de Maquina I del Ing. Alva Dávila F.) (

)

Observaciones: Considerando que el sistema de transmisión tenga una eficiencia de (n)= 98% El motor será asíncrono de corriente alterna. El ventilado prestara servicio de 8-10 hr/día Usando factor de servicio (f.s)=1.2 (Tabla 1) Calculo de la potencia de diseño (Pd): (

)

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Selección del motor: Con la potencia de diseño, nos vamos a la tabla de la marca DELCROSA y escogemos: Motor tipo NV100L Potencia 5 HP5.065cv #Polos=2 N=3470 rpm n=83% Deje del rotor =28 mm Sistema de transmisión: Tipo: Fajas en “V” Sistema Reductor de velocidad: Selección del Tipo de faja: De la figura 1 se verifica que se debe escoger fajas en “V” de sección “A” Relación de Transmisión:

Calculo del diámetro de las poleras: (

)

d=3´´ (Diámetro de paso de la polea menor) En consecuencia:

(

)

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D=6´´ (Diámetro de paso de la polea mayor) Recalculando la nueva relación de transmisión:

Calculo de la longitud de la faja (Lp) y la distancia entre sus centros (c):

Como no tenemos problemas con los límites de espacio Tomamos un primer valor de c =7.5

(

)

(

(

)

(( )

( ))

) (( )

( )) ( )

De Tabla N° 7 A31 (

)

(( )

( ))

Calculo el # de fajas: Para ello se debe calcular ( Con

(

) )

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De Tabla N° 8 RPM 3400

2.17

3470

X

3600

2.23

Interpolando

(

)

Sabemos que la relación de transmisión: De Tabla N° 6 Relación de

Sección de faja

Transmisión

A

1.52 a 1.99

0.01439

( ( Para calcular

) )

:

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De tabla N° 5

0.4 0.4112 0.5

0.94 X 0.93

Interpolando

(

)

(

)

Conclusión: Para el sistema de transmisión seleccionar 2 fajas en “V” tipo A 31 C=7.295 d=3´´ (Diámetro de paso de la polea menor) D=6´´ (Diámetro de paso de la polea mayor) Calculo del eje del ventilador: (Para el cálculo se utilizara las tablas del Texto de Diseño de Elementos de Maquinas I del Ing Alva Davila F.) Según la ASME tenemos: √(

)

(

)

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Considerando solo el momento torsor y un eje de acero con:

(

) (

)

(

)

Y como habrá un canal chavetero:

También

Entonces (

)

( )(

)

Podemos tomar una medida comercial como la del eje del motor d=12mm Diámetro del cubo Dc:

Diámetro de aspiración Ds: √

√

(

)

(

)

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