COMPARACIÓN DE RESULTADOS.

La presión acústica del ventilador con 6 álabes radiales encontrada 60 Hz (3517 rpm) es la más estable en cuanto al nivel de ruido ya que se presenta una recta ascendente, mientras que cuando se trabaja a 45 Hz (2600 rpm) se presentan variaciones en la curva de presión acústica. En la curva a 35 Hz (aprox. 2000 rpm) el comportamiento es el mejor al tener las mejores condiciones de ruido del ventilador, esto es debido a que el nivel de ruido a partir del 10% del caudal de trabajo comienza a disminuir debido a la estabilización de la máquina, en cuanto a las fluctuaciones del aire entre caracaza-impulsor. Las condiciones anteriores se presentan hasta el 70% del caudal y posteriormente se comienza a tener inestabilidad en el nivel de flujo y esto es debido a que se presentan vibraciones debido a las perturbaciones en la interacción del aire entre carcaza-impulsor (Figura 4.5).

De acuerdo al diseño de la carcaza no se tiene un buen diseño en la lengua, ya que ésta es como la que se muestra en la figura 2.5 (3) en la carzaza. Esto provoca una inestabilidad en el comportamiento del caudal de aire a la descarga del ventilador y esta se transfiere en el ducto de descarga y provoca vibración, a su vez aumenta el nivel de ruido.

Figura 4.29.- Curva de eficiencia-ruido (potencia acústica teórica y experimental) del ventilador de 6 álabes radiales a 2000 rpm.

Se muestra en la figura 4.29 el mejor comportamiento para las 3 condiciones de trabajo del ventilador centrífugo con un impulsor de 6 álabes radiales. Los datos experimentales

CAPÍTULO IV

indican que la eficiencia máxima es de 45.33% y se tiene en un 44% de caudal siendo este de 0.47 m3/s. El nivel de potencia acústica es de 101.03 dB y un nivel de presión acústica de 79.88 dB en ponderación A. También hay que mencionar que en los valores experimentales se encontró el nivel de potencia acústica teórica de 117.17 dB para el punto de eficiencia máxima. En la figura 4.29 también se observa que conforme el caudal aumenta al 44% (máximo rendimiento), el nivel de potencia acústica disminuye y al salir de esté punto de eficiencia, está disminuye y el nivel de ruido aumenta respectivamente. La diferencia que existe entre la curva teórica y experimental de la potencia acústica es que los valores empíricos son constantes en el cálculo de la potencia acústica teórica y el nivel de ruido producido por la presión y caudal se ve influenciado por la corrección de eficiencia, por lo que no se observa el mismo comportamiento de la potencia acústica experimental.

También el mejor comportamiento de la potencia acústica del ventilador con 9 álabes se encontró a 35 Hz (aprox. 2000 rpm), esto es debido a que el nivel de ruido a partir del 40% del caudal comienza a disminuir el nivel de ruido, ya que se comienza a estabilizar la máquina en cuanto a las fluctuaciones del aire entre caracaza-impulsor. Las condiciones anteriores se presentan hasta el 60% del caudal y posteriormente éste se comienza a tener inestabilidad y esto es debido a que se presentan vibraciones causadas por las perturbaciones en la interacción del aire entre carcaza-impulsor.

Figura 4.30.- Curva de eficiencia-ruido (potencia acústica teórica y experimental) del ventilador de 9 álabes radiales a 2000 rpm

CAPÍTULO IV

En la figura 4.30 la eficiencia máxima se tiene al 44% del caudal con 0.46 m3/s, siendo está de un 46.7% de eficiencia y un nivel de potencia acústica experimental de 101.64 dB y de 117.4 dB teóricamente. El nivel de presión acústica determinado por el sonómetro en este porcentaje de flujo es de 78.99 dB.

De la comparación de resultados, se observa que las curvas de eficiencia total son similares, tanto para el rodete de 6 y 9 álabes radiales, así como el mejor comportamiento se presenta a la menor velocidad de giro del motor eléctrico. También el menor nivel de potencia acústica se encontró en esta condición de trabajo, como se muestra en la figura 4.29 y 4.30. Este comportamiento es similar tanto en el nivel de potencia acústico teórico y experimental respectivamente para ambos impulsores. Al analizar los resultados de ambos ventiladores se encontró la eficiencia máxima en el ventilador de 9 álabes radiales. Esto es debido a que se disminuye la fluctuaciones del aire a la salida del paso del álabe, consecuencia del incrementó en el número de álabes; se presenta un mejor comportamiento del caudal de aire y hay una mejor del flujo de aire entre la carcasa-impulsor de este ventilador centrífugo.

Figura 4.31.- Espectro de presión acústica al 0% del caudal de aire en el ventilador de 9 álabes radiales a 2000 rpm

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La figura 4.31 muestra el comportamiento del espectro de presión acústica en frecuencias de banda de un tercio de octava para cuando se encuentra la más alta presión total del ventilador y la eficiencia tiene el valor del 0% (válvula completamente cerrada). En está figura se puede observar que el comportamiento en cada una de las frecuencias difiere; en los tonos bajos la presión acústica generada por el funcionamiento de la máquina es pequeña, mientras que en los tonos altos se presente un mayor nivel de presión acústica. En la frecuencia del paso del álabe (315 Hz) se tiene un valor intermedio de la presión acústica. También se observa que en las frecuencias de 400 Hz a 630 Hz (tonos intermedios) se encuentra el máximo nivel de presión acústica.

La figura 4.32 muestra el comportamiento del espectro de presión acústica en frecuencias de banda de un tercio de octava para cuando se encuentra la más baja presión total del ventilador y la eficiencia tiene el valor del 7.83% (válvula completamente abierta). En está figura se puede observar que el comportamiento acústico es más estable y conforme aumenta el tono de frecuencia acústica de la onda de sonido se comienza a tener un mayor nivel de presión acústica. En los tonos más bajos la presión acústica es menor a cuando se tiene la válvula completamente cerrada y son de un valor constate.

Figura 4.32.- Espectro de presión acústica al 100% del caudal de aire en elventilador de 9 álabes radiales a 2000 rpm

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En las figuras 4.31 y 4.32 se observa que conforme se aumenta el flujo de aire en la máquina se tiene un mejor comportamiento acústico y esto es debido a que la máquina comienza a estabilizarse y por ello existe una menor perturbación acústica (vibración en la estructura y fuerza de impacto de las moléculas de aire en la estructura). El comportamiento de la presión acústica de la figura 4.32 es semejante al esperado de acuerdo a la figura 2.10 y las frecuencias obtenidas del paso del álabe para cada una de las condiciones del sistema se acercan a las establecidas por la figura 2.11. También en las figura 4.31 y 4.32 se observa que el nivel de presión acústica para el motor disminuye conforme existe menos esfuerzo mecánico para obtener el giro del impulsor (resistencia del aire, menos fluctuaciones del aire). Esto se puede observar en los valores obtenidos en la tablas 4.9, 4.10 y 4.11 de potencia acústica determinada para el motor eléctrico.

La figura 4.33 muestra el comportamiento del espectro de presión acústica para la eficiencia máxima y menor nivel de ruido (44% del caudal) del ventilador de 9 álabes radiales a 35 Hz. En esta figura se puede observar que el comportamiento acústico es estable y la frecuencia de paso del álabe (315 Hz) se mantiene con un valor bajo.

Figura 4.33.- Espectro de presión acústica al 44% del caudal de aire en elventilador de 9 álabes radiales a 2000 rpm

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Con respecto a la figura 4.19, las curvas de la presión acústica encontradas en el ventilador centrífugo de 7 álabes rectos hacia atrás, Lp a 60 Hz (3544 rpm) presenta un comportamiento de línea recta ascendente conforme se va incrementando el flujo de aire, es decir que al aumenta el flujo de aire en la máquina se incrementa el nivel de ruido producido en la interacción del aire entre carcaza-impulsor. La curva de Lp a 45 Hz (2574 rpm) es la de mejor comportamiento en el 30% a 70% del caudal y disminuye el nivel de ruido. También Lp a 35 Hz (2042 rpm) tiene una ligera disminución de ruido entre el 20% al 40% del caudal de aire. Para esta máquina las mejores condiciones aerodinámicas y aeroacústicas se tiene en 45 Hz y 35 Hz, por lo que se podría trabajar este ventilador a cualquiera de las dos condiciones pero por ahorro de energía eléctrica y eficiencia de la máquina las condiciones ideales se obtiene a 35 Hz (2042 rpm) y el nivel de ruido presente es mejor, ya que se tiene un nivel de ruido menor que en los primeros porcentajes de flujo de la máquina, así como un nivel bajo de ruido en la máxima eficiencia.

Figura 4.34.- Curva de eficiencia-ruido (potencia acústica teórica y experimental) del ventilador de 7 álabes rectos hacia atrás a 2042 rpm.

La figura 4.34 presenta el mejor comportamiento aerodinámico y aeroacústico del ventilador centrifugo con un impulsor de álabes rectos hacia atrás. El punto de eficiencia máxima se determinó en un 44% del flujo de aire (0.45 m3/s) el cual difiere de la figura 2.8 en un 5% del caudal. El nivel de potencia acústica experimental de 95.02 dB y de 96.54 dB

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para la curva teórica. El nivel de presión acústica encontrado en este porcentaje de caudal es de 69.16 dB. Con respecto a la figura 4.34, la curva de potencia acústica teórica y experimental presentan un comportamiento similar al presentado en la figura 2.17 presentado por Sandra Velarde y et al; el %Q coincide con la figura 4.33 y 2.17 donde se encuentra el menor nivel de potencia acústica.

La figura 4.34 muestra que al 22% del caudal (0.22 m3/s), la eficiencia del ventilador es de 63.84%, con un valor aproximado de potencia acústica experimental de 94.99 dB y de 98.92 dB para la curva teórica. La presión acústica en este porcentaje de caudal es de 68.34 dB. También la figura 4.34 presenta que al 88% del caudal (0.9 m3/s), la eficiencia del ventilador es de 44.8 dB, con los valores aproximados de presión acústica de 69.99 dB, la potencia acústica experimental de 98.56 dB y de 101.75 dB para la curva teórica.

Figura 4.35.- Espectro de presión acústica al 22% del caudal de aire en elventilador de 7 álabes rectos hacia atrás a 2042 rpm

La figura 4.35 muestra el comportamiento del espectro de presión acústica en frecuencias de banda de un tercio de octava. En está figura se puede observar que el comportamiento en cada una de las frecuencias altas es variado; en los tonos bajos la presión acústica determinada por el funcionamiento de la máquina es bajo mientras que los tonos más altos se presente un mayor nivel de presión acústica. En la frecuencia del paso del álabe (250 Hz)

CAPÍTULO IV

se tiene un valor elevado con respecto a las frecuencia bajas de la presión acústica. También se observó que en las frecuencias de 2000 Hz (tonos intermedios) se determina el nivel máximo de presión acústica.

La figura 4.36 muestra el comportamiento del espectro de presión acústica en frecuencias de banda de un tercio de octava. En esta figura se puede observar que el comportamiento acústico es más estable y conforme aumenta el tono de frecuencia acústica de la onda de sonido se comienza a tener un menor nivel de presión acústica; en los tonos de la frecuencia del álabe (250 Hz) el nivel de presión acústica se mantiene predominando en los niveles altos, mientras que en los tonos altos se observa en la figura 4.36 que son más estables que en la figura 4.35.

Figura 4.36.- Espectro de presión acústica al 88% del caudal de aire en elventilador de 7 álabes rectos hacia atrás a 2042 rpm

En las figuras 4.35 y 4.36 se observa que conforme se aumenta el flujo de aire en la máquina se tiene un mejor comportamiento acústico en las frecuencia altas y esto es debido a que la máquina presenta un mejor línea de corriente del aire entre la carcaza-impulsor. El comportamiento de la presión acústica de la figura 4.36 es semejante al esperado de

CAPÍTULO IV

acuerdo a la figura 2.10 y las frecuencias obtenidas del paso del álabe para cada una de las condiciones del sistema se acercan a las establecidas por la figura 2.11. También en las figura 4.36 y 4.35 se observa que el nivel de presión acústica disminuye conforme se incrementa la velocidad del caudal de aire (menos fluctuaciones del aire). Esto se puede observar en los valores obtenidos en la tabla 4.14 de potencia acústica determinada para el motor.

Las curvas de presión acústica obtenida en el ventilador centrífugo de 7 álabes curvados hacia delante (figura 4.26), Lp a 60 Hz (3483 rpm) presenta un comportamiento de inestabilidad en el nivel de ruido en la presión acústica conforme se va incrementando el caudal de aire, ya que se tiene inestabilidad en los primeros porcentajes de flujo. La Lp a 45 Hz (2576 rpm) es más estable el comportamiento en esta condición de trabajo. También la curva Lp a 35 Hz (1975 rpm) tiene un ligero incremento en el nivel de presión acústica. Para esta máquina las mejores condiciones aerodinámicas y aeroacústicas se tiene en 45 Hz y 35 Hz de frecuencia eléctrica para el motor eléctrico.

De la figura 4.24 por ahorro de energía eléctrica y eficiencia de la maquina las condiciones ideales se obtiene a 1975 rpm (aproximadamente 2000 rpm). La figura 4.37 muestra un comportamiento similar al presentado en la figura 2.16 presentado por Velarde et al.

Figura 4.37.- Curva de eficiencia-ruido (potencia acústica teórica y experimental) del ventilador de 7 álabes curvados hacia adelante a 1975 rpm.

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La figura 4.37 muestra que el punto eficiencia máxima se determinó en un 33% del caudal de aire (0.43 m3/s) el cual difiere de la figura 2.8 un 10% del caudal siendo esta una referencia para el comportamiento de este tipo de ventilador, con un valor aproximado de 84.02% de eficiencia total; el nivel de potencia acústica experimental de 108.57 dB y de 104.71 dB para la curva teórica. También la figura 4.37 muestra que al 22% del caudal (0.29 m3/s), la eficiencia del ventilador es de 79.69%, con un valor aproximado de potencia acústica experimental de 105.8 dB y de 104.4 dB para la curva teórica. En la figura en el 88% del caudal (1.15 m3/s), la eficiencia del ventilador es de 46.46%, con los valores aproximados de presión acústica de 82.94 dB. La potencia acústica experimental para esta condición fue de 107.09 dB y de 102.85 dB para la curva teórica.

La figura 4.38 muestra el comportamiento del espectro de presión acústica en frecuencias de banda de un tercio de octava. En esta figura se puede observar que el comportamiento en cada una de las frecuencias altas es variado; en los tonos más bajos la presión acústica determinada por el funcionamiento de la máquina es bajo mientras que los tonos más altos se presente un mayor nivel de presión acústica. En la frecuencia del paso del álabe (250 Hz) se tiene un valor alto con respecto a las frecuencia bajas de la presión acústica. También se observó que en las frecuencias de 400 Hz (tonos intermedios) se encuentra el máximo nivel de presión acústica.

Figura 4.38.- Espectro de presión acústica al 22% del caudal de aire en el ventilador de 7 álabes curvados hacia adelante a 1975 rpm

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La figura 4.39 muestra el comportamiento del espectro de presión acústica. En esta figura se puede observar que el comportamiento acústico es más estable y conforme aumenta el tono de frecuencia acústica de la onda de sonido se comienza a tener un mayor nivel de presión acústica; en los tonos de la frecuencia del álabe (250 Hz) el nivel de presión acústica se mantiene predominando en los niveles altos.

Figura 4.39.- Espectro de presión acústica al 88% del caudal de aire en el ventilador de 7 álabes curvados hacia adelante a 1975 rpm

En las figuras 4.38 y 4.39 se observa que conforme se aumenta el flujo de aire en la máquina se tiene un mejor comportamiento acústico en las frecuencia altas y esto es debido a que la máquina comienza a estabilizarse. El comportamiento de la presión acústica de la figura 4.39 es semejante al esperado de acuerdo a la figura 2.10 y las frecuencias obtenidas del paso del álabe para cada una de las condiciones del sistema se acercan a las establecidas por la figura 2.11.

Los resultados obtenidos para el ventilador de álabes rectos hacia atrás y curvados hacia adelante son semejantes aunque en el análisis del espectro de la presión acústica difieren los resultados conforme a la frecuencia de paso del álabe y la frecuencia de giro del motor. Esto debido a que es más estable el flujo de aire en el interior del ventilador de álabes rectos hacia atrás.

CONCLUSIONES

Se realizó un estudio aeroacústico a un banco de ventiladores centrífugos industriales integrado por un ventilador de 6 álabes radiales, un ventilador de 9 álabes radiales, ventilador de 7 álabes rectos hacia atrás y ventilador de 7 álabes curvados hacia delante. En el ventilador de 6 álabes radiales a 2000 rpm (35 Hz el motor) se obtuvieron las mejores condiciones de eficiencia ruido. Los datos experimentales indican que la eficiencia máxima es de 45.33% y se tiene en un 44% de caudal siendo este de 0.47 m3/s; el nivel de potencia acústica es de 101.03 dB y un nivel de presión acústica de 79.88 dB en ponderación A. También se encontró el nivel de potencia acústica teórica de 117.17 dB para el punto de mayor eficiencia.

Las mejores condiciones de eficiencia ruido del ventilador con 9 álabes radiales se encontraron a 2000 rpm (35 Hz el motor). Los datos experimentales indican que la eficiencia máxima es de 46.7% y se tiene en un 44% de caudal siendo este de 0.46 m3/s; el nivel de potencia acústica es de 101.64 dB y un nivel de presión acústica de 78.99 dB en ponderación A determinada esta última con el sonómetro. También se encontró el nivel de potencia acústica teórica de 117.4 dB para el punto de mayor eficiencia.

Se determinó que a 2042 rpm (35 Hz el motor) se tienen el mejor comportamiento del ventilador con 7 álabes rectos hacia atrás. Los datos experimentales indican que la eficiencia máxima es de 86.6% y se tiene en un 44% de caudal siendo este de 0.45 m3/s; el nivel de potencia acústica es de 95.02 dB y un nivel de presión acústica de 69.16 dB en ponderación A. Además se encontró el nivel de potencia acústica teórica de 96.54 dB para el punto de mayor eficiencia.

El ventilador con impulsor de 7 álabes curvados hacia adelante a 1975 rpm (a 35 Hz el motor) presentó las mejores condiciones de eficiencia ruido. Los datos experimentales indican que la máxima eficiencia es de 84.02% y se tiene en un 33% de caudal siendo este de 0.43 m3/s; el nivel de potencia acústica es de 108.57 dB y un nivel de presión acústica de 85.81 dB en ponderación A. También se encontró el nivel de potencia acústica teórica de 104.71 dB para el punto de mayor eficiencia.

De la comparación del ventilador de 6 álabes radiales y 9 álabes radiales se determinó que el ventilador más eficiente es el de 9 álabes radiales con 1.67% de diferencia y este también presenta un menor nivel de ruido en todas sus condiciones del sistema, así como en los resultados teóricos obtenidos para ambos ventiladores. También se observó el mismo comportamiento del nivel de ruido, así como que el punto de eficiencia máxima se tiene en el mismo porcentaje de flujo y coincide este con el menor nivel de ruido.

De la comparación entre el ventilador de 7 álabes rectos hacia atrás y 7 álabes curvados