Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Turbomáquinas 1. Título de la Práctica: Ventilador Axial 2. Grupo: Grupo 8 Viernes 9 - 11 2.1. Integrantes: Garzón Rubio Josue Ariel Aguirre Gualsaqui Pablo Andrés 2.2. Fecha de realización de la práctica: 24-Noviembre-2017 2.3. Fecha de entrega del informe: 1-Diciembre-2017 3. Abstract This report presents a complete study of tests performed on an axial fan ARMFIELD FM41 at the laboratory of mechanics of fluids and turbomachines of the National Polytechnic School, obtaining RPM data of axial fan, as well as atmospheric pressure, temperature of the air circulating through it, the pressure of the orifice plate is used to measure the flow rate, the differential pressure of the fan, the discharge coefficient and the air density, in order to determine the flow rate through the Fan according to the different speeds which were perform in the tests, then here we draw the characteristic curves of the axial fan at constant speed.
4. Introducción El ventilador axial pertenece al grupo de las Turbomáquinas, las cuales funcionan con gases, a los cuales transfiere potencia con un rendimiento indicado por el ventilador. En este caso se le da el nombre de axial debido a la dirección en la que impulsa los gases, el cual es en dirección del mismo que tiene el eje de rotación de sus aspas. Existen tres tipos de ventiladores axiales, los cuales se diferencian por su aplicación y por la presión estática a la que estos trabajan.
Tipo Tube Axial: estos ventiladores contienen su motor y su rotor en el interior de una carcasa que es de forma cilíndrica. Este es el indicado para que sea instalado en ductos, también en torres de enfriamiento, instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran el uso de altos caudales y presión media.
Figura 1: Ventilador Tube Axial
Tipo Vane Axial: Tiene un grupo de paletas fijas a su carcasa, las cuales permiten que este ventilador trabaje a una más alta presión estática.
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Figura 2: Ventilador Tipo Vane Axial
Tipo Propulsor – Helicoidal: Este trabaja a una baja presión estática, y es el más utilizado para la ventilación de locales y parqueaderos subterráneos. [1]
Figura 3: Ventilador Helicoidal
5. Datos Obtenidos: Preguntas: 5.1. Realice un esquema y describa el funcionamiento de los ventiladores contra rotatorios.
Figura 4: Esquema de ventiladores Contra-Rotatorios
Los ventiladores contra-rotatorios son una variante del Ventilador Tube Axial, su funcionamiento consiste básicamente en montar dos o más ventiladores sin aletas guías. Dichos ventiladores son de etapas simples con rotores que giran en dirección contraria y de forma alternada. [2] Página 2 de 14
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5.2. Cuál es el rendimiento general de ventiladores axiales. El rendimiento general de los ventiladores axiales viene dado por:
=
∗ 100
donde: : í . : í é .
5.3. Describa las curvas características de los ventiladores en serie. Se define como ventiladores en serie cuando la descarga de un ventilador es conducida a la entrada del otro.
Figura 5: Ventiladores Axiales acoplados en serie.
Se puede observar que la presión del acoplamiento resulta ser aproximadamente el doble.
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Figura 6: Curva características de ventiladores en serie.
Estudiando con mayor profundidad y suponiendo que los ventiladores en serie son de iguales características, la presión resultante se obtiene sumando las ordenadas de la presión estática del primer ventilador a las de presión total del segundo = + . El caudal del conjunto es igual al de un solo ventilador. [3] 5.4. Describa cinco aplicaciones de los ventiladores axiales en Ingeniería Mecánica. • • • • •
Aportación y extracción de aire en naves industriales. Cabinas de pintura. Extracciones localizadas de humos. Instalaciones de calefacción. Instalaciones de aire acondicionado.
5.5. Describa la clasificación de ventiladores según su uso. Tomando en cuenta su uso tenemos la siguiente clasificación: •
Ventiladores con envolvente: Suelen ser tubulares, usados ya sea en circulación o extracción de aire. Pueden ser Impulsores, extractores o Impulsoresextractores.
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Figura 7: Ventiladores con envolvente.
•
Ventiladores Murales: Facilidad de montaje y sirven para trasladar aire de un espacio a otro.
Figura 8: Ventiladores Murales.
•
Ventiladores de chorro: Usados para proyectar una corriente de aire que incida sobre personas o cosas.
Figura 9: Ventilador de Chorro.
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Velocidad Apertura del en el Temperatura Densidad ventilador ducto de del aire del aire salida [rpm] [ºC] [kg/m3] 2159 20,9 1,184 1 2099 2099 2099 2099 1979 2340 2340 2278 2340 2278 2278 2519 2519 2519 2519 2519 2459 2758 2698 2698 2698 2698 2579 2818 2818 2818 2818 2818 2758
2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
20,9 20,8 20,7 20,8 20,9 21,0 21,0 21,0 21,0 20,9 21,0 20,9 20,9 20,9 20,9 21,0 21,1 20,9 21,0 20,9 20,9 20,9 20,9 20,8 20,8 20,8 20,7 20,8 20,8
1,184 1,184 1,185 1,184 1,184 1,183 1,183 1,184 1,184 1,184 1,184 1,184 1,184 1,184 1,184 1,184 1,183 1,184 1,184 1,184 1,184 1,184 1,184 1,185 1,184 1,185 1,185 1,185 1,184
Presión total del ventilador
Diferencial de presión Potencia Caudal ventilador Pe
[Pa]
[Pa]
[W]
[l/s]
16 18 20 25 26 28 20 25 30 31 33 34 24 27 29 36 39 41 28 34 34 43 44 46 30 37 37 45 48 52
15,8 18,1 19,8 25,1 26,2 27,7 20,3 24,9 30,4 31,4 33,3 34,2 23,7 26,9 29,0 35,7 38,8 41,5 28,2 34,1 34,3 42,8 44,4 45,9 30,2 37,2 37,4 45,3 48,5 51,5
1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,9 2,0 2,1 2,1 2,1 2,1 2,2 2,3 2,3 2,3 2,3 2,4 2,5 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,8 2,8 2,8 2,7 2,8 2,9 3,0
26,7 24,8 22,8 11,1 3,7 1,5 29,3 24,5 10,1 5,6 1,5 0,0 32,4 29,6 24,2 10,8 5,2 1,5 34,6 30,4 25,2 8,9 6,2 1,5 37,0 32,1 26,5 9,7 3,7 0,0
Tabla 1: Datos de velocidad constante
Velocidad Apertura del en el Temperatura Densidad ventilador ducto de del aire del aire salida [rpm] [ºC] [kg/m3] 2099 21,0 1,184 1 2340 2519 2698
2 3 4
20,9 20,9 20,8
1,184 1,184 1,184
Presión total del ventilador
Diferencial de presión Potencia Caudal ventilador Pe
[Pa]
[Pa]
[W]
[l/s]
16 20 24 28
15,9 19,5 23,8 28,3
1,8 2,0 2,3 2,6
26,3 29,9 32,4 34,8
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Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Turbomáquinas 2818 2099 2278 2519 2698 2758 2099 2399 2519 2758 2879 2039 2218 2519 2638 2818 1979 2218 2459 2638 2758
5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
20,6 20,6 20,9 20,8 20,8 20,7 20,7 20,7 20,8 20,7 20,8 21,0 21,0 20,9 20,9 20,8 21,1 21,3 21,4 21,5 21,6
1,185 1,185 1,184 1,184 1,184 1,185 1,185 1,185 1,185 1,185 1,184 1,183 1,184 1,184 1,184 1,184 1,183 1,182 1,182 1,181 1,181
30 19 23 27 32 34 22 27 32 38 41 26 32 38 45 49 28 34 40 48 51
30,3 18,8 22,8 26,9 31,6 34,1 21,5 27,1 32,1 38,3 41,1 26,1 32,5 38,2 45,4 49,2 27,9 33,8 40,4 47,5 51,5
2,8 1,8 2,1 2,3 2,6 2,8 1,8 2,0 2,3 2,5 2,7 1,8 2,1 2,4 2,7 2,9 2,0 2,2 2,5 2,8 3,0
36,9 24,4 27,3 29,6 32,4 33,6 16,8 18,8 20,2 22,4 23,2 3,0 3,4 3,0 3,0 3,4 1,5 1,5 1,5 1,5 2,1
Tabla 2: Datos de apertura constante
6. Ejemplos de Cálculos: Ejemplo de cálculos para apertura constante:
Velocidad Apertura del en el Temperatura Densidad ventilador ducto de del aire del aire salida [rpm] [ºC] [kg/m3] 2099 21,0 1,184 1
Presión total del ventilador
Diferencial de presión Potencia Caudal ventilador Pe
[Pa]
[Pa]
[W]
[l/s]
16
15,9
1,8
26,3
Potencia del ventilador
= Presión total del ventilador !" = Caudal volumétrico = Potencia eléctrica #$ = %& ∗ #'( ,
/
= )*. ∗ ∗ 1* # - 1000 , #$ = 0.)02 345 Página 7 de 14
Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Turbomáquinas Eficiencia total
67 = 67 =
0.)02 1.2
#$
∗ 100
#8
∗ 100 = ).9 35
Ejemplo de cálculos para velocidad constante:
Velocidad Apertura del en el Temperatura Densidad ventilador ducto de del aire del aire salida [rpm] [ºC] [kg/m3] 2159 20,9 1,184 1
Presión total del ventilador
Diferencial de presión Potencia Caudal ventilador Pe
[Pa]
[Pa]
[W]
[l/s]
16
15,8
1,8
26,7
Potencia del ventilador
= !" ∗ /
= )*.9 ∗ ∗ 1* # 1000 = 0.)9) 345 Eficiencia total
67 = 67 =
0.)9) 1.2
∗ 100
∗ 100 = ).9 35
7. Tabla de resultados: Fan Setting
[%] 60 60 60 60 60 60 70 70 70
Diferencia Diferencia Coeficiente Velocidad de de de de Velocidad Eficiencia presiones presiones descarga entrada de salida total ventilador en el orificio [Pa] [Pa] [m/s] [m/s] [%] 15,8 18,1 19,8 25,1 26,2 27,7 20,3 24,9 30,4
19,3 16,7 14,1 3,3 0,4 -0,1 23,1 16,2 2,7
0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596
2,25 2,09 1,92 0,94 0,31 0,13 2,46 2,06 0,85
2,25 2,09 1,92 0,94 0,31 0,13 2,46 2,06 0,85
23,7 25,0 25,0 15,4 5,3 2,1 29,1 29,4 14,8 Página 8 de 14
Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Turbomáquinas 70 70 70 80 80 80 80 80 80 90 90 90 90 90 90 100 100 100 100 100 100
31,4 33,3 34,2 23,7 26,9 29,0 35,7 38,8 41,5 28,2 34,1 34,3 42,8 44,4 45,9 30,2 37,2 37,4 45,3 48,5 51.5
0,9 0,1 0,0 28,3 23,7 15,9 3,2 0,7 -0,1 32,3 24,9 17,1 2,1 1,0 -0,1 37,0 27,9 19,0 2,6 0,4 0,0
0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596
0,47 0,13 0,00 2,72 2,49 2,04 0,91 0,44 0,13 2,91 2,56 2,12 0,75 0,52 0,13 3,11 2,70 2,23 0,82 0,31 0,00
0,47 0,13 0,00 2,72 2,49 2,04 0,91 0,44 0,13 2,91 2,56 2,12 0,75 0,52 0,13 3,11 2,70 2,23 0,82 0,31 0,00
8,5 2,3 0,0 33,1 34,1 30,8 16,6 8,6 2,5 37,6 39,3 33,8 14,6 10,4 2,4 40,2 42,4 36,6 15,7 6,2 0,0
Tabla 3: Resultados en condición de velocidad constante
Fan Setting
[%] 60 70 80 90 100 60 70 80 90 100 60 70 80 90 100 60 70 80 90 100 60 70 80 90
Diferencia Diferencia Coeficiente Velocidad de de de de Velocidad Eficiencia presiones presiones descarga entrada de salida total ventilador en el orificio [Pa] [Pa] [m/s] [m/s] [%] 15,9 19,5 23,8 28,3 30,3 18,8 22,8 26,9 31,6 34,1 21,5 27,1 32,1 38,3 41,1 26,1 32,5 38,2 45,4 49,2 27,9 33,8 40,4 47,5
18,7 24,1 28,3 32,8 36,9 16,1 20,1 23,7 28,4 30,6 7,6 9,6 11,0 13,6 14,6 0,2 0,3 0,2 0,2 0,3 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1
0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596 0,596
2,22 2,51 2,72 2,93 3,11 2,05 2,30 2,49 2,73 2,83 1,41 1,58 1,70 1,89 1,96 0,25 0,28 0,25 0,25 0,28 0,13 0,13 0,13 0,13
2,22 2,51 2,72 2,93 3,11 2,05 2,30 2,49 2,73 2,83 1,41 1,58 1,70 1,89 1,96 0,25 0,28 0,25 0,25 0,28 0,13 0,13 0,13 0,13
23,5 28,7 33,4 38,1 40,6 25,4 30,1 34,1 39,1 41,0 20,6 25,5 28,5 33,9 35,2 4,2 5,2 4,8 5,1 5,8 2,1 2,3 2,4 2,5 Página 9 de 14
Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Turbomáquinas 100
51,5
-0,1
0,596
0,18
0,18
3,6
Tabla 4: Resultados en condición de apertura constante
8. Gráficas:
Grafica 1: Presión vs Caudal ha apertura constante
Grafica 2: Presión vs Caudal a velocidad constante
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Grafica 3: Potencia útil vs Caudal a velocidad constante
Grafica 4: Potencia útil vs Caudal ha apertura constante
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Grafica 5: Rendimiento vs Caudal ha apertura constante
Grafica 6: Rendimiento vs Caudal a velocidad constante
9. Análisis de Resultados: En las gráficas (1 y 2) que representan la presión total versus el caudal del ventilador, podemos notar cierta tendencia en los resultados, existe una relación inversa entre la presión y el caudal, a mayor presión menor caudal. Página 12 de 14
Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Turbomáquinas Las gráficas (3 y 4) representan la Potencia útil versus el caudal, y la interpretación de estas nos recalca que la potencia útil incrementa a medida que haya mayor caudal y revoluciones por minuto del motor del ventilador. En las gráficas (5 y 6) de rendimiento versus caudal, también podemos notar un incremento del rendimiento a medida que el caudal crece. El mayor rendimiento alcanzado se da en el proceso con velocidad constante que alcanza un rendimiento aproximadamente del 45%.
10. Conclusiones: Aguirre Gualsaqui Pablo Andrés •
•
•
En las curvas características obtenidas del ventilador, se puede verificar que la tendencia de las relaciones de eficiencia y PTV son las mismas para los diferentes valores de RPM, por lo que podemos concluir que la práctica y el cálculo respectivo ha sido realizado correctamente. Se concluye que, para un mayor rendimiento del ventilador, se debe realizar su diseño y calculo respectivo dentro de la zona óptima de las curvas características de funcionamiento, para optimizar su potencia, su consumo y su rendimiento respectivo. El proceso de selección de un ventilador axial se realizará con las curvas características donde el punto de operación se localizará en el máximo rendimiento, antes de que este descienda con un aumento del caudal.
Garzón Rubio Josue Ariel •
•
•
Podemos concluir en base a las gráficas realizadas que existe una tendencia a la proporcionalidad directa entre la potencia útil con el caudal y el rendimiento con el caudal, lo contrario podemos decir de la presión ya que esta disminuye cuando el caudal aumenta. Los ventiladores abarcan un sinfín de áreas donde su uso es requerido, por esta razón, es necesario saber qué tipo de ventilador es óptimo para determinado trabajo, la herramienta para conocer las condiciones de funcionamiento son las curvas características del ventilador. Según lo comparado entre el cálculo de los resultados con los datos ya tabulados por el mismo programa, podemos notar que el margen de error es demasiado pequeño, por lo tanto aseguramos una confiabilidad de los resultados calculados.
11. Recomendaciones: Aguirre Gualsaqui Pablo Andrés •
•
Se recomienda realizar la práctica con paciencia esperando que los datos se estabilicen antes de almacenarlos. No olvidar encerar el software antes de proceder a tomar los datos.
Garzón Rubio Josue Ariel
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•
Sería de gran utilidad profundizar sobre las aplicaciones que tienen los ventiladores en la industria. Realizar la practica con mesura y respetando los tiempos de estabilización del fluido para la obtención sin errores de los datos.
12. Referencias: [1] Chicago Blower Argentina. (2006). Recuperado el 3 de Julio de 2017 de: http://www.chiblosa.com.ar/spanish/herramientas/teoria_de_los_ventiladores.htm [2] https://prezi.com/naw57vzkrcht/ventiladores-contrarrotativos/ [3] http://www.solerpalau.es/es-es/hojas-tecnicas-acoplamiento-de-ventiladores/
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