EXPERIENCIA C917 "LABORATORIO DE VENTILADOR CENTRÍFUGO"

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INGENIERIA CIVIL EN MECANICA

PROGRAMA DE PROSECUCIÓN DE ESTUDIOS

GUIA DE LABORATORIO

ASIGNATURA

"LABORATORIO DE MÁQUINAS HIDRÁULICAS"

CÓDIGO 9517

NIVEL 04

EXPERIENCIA C917

"LABORATORIO DE

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Wilfredo Jara T._Revisión 2016 Página 2 de 10

LABORATORIO DE VENTILADOR CENTRÍFUGO

1. OBJETIVO GENERAL

Observar y experimentar el funcionamiento real de un Ventilador Centrífugo, a través de sus curvas características.

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Curvas características para 2.000 RPM:

 Alturas total y estática = f (Q)

 Rendimientos total y estático = f (Q)

 Potencia mecánica = f (Q)

 Determinación de los coeficientes de centro, para tres condiciones de descarga de aire del ventilador.

 Perfiles de velocidades, para tres condiciones de descarga de aire del ventilador.

 Número específico (velocidad específica) y clasificación del ventilador.

3. INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Las Ventiladores Centrífugos son máquinas hidráulicas que transforman potencia mecánica en potencia Hidráulica. En esta transformación se producen pérdidas (hidráulicas, volumétricas y mecánicas). De esta forma el rendimiento de un Ventilador Centrífugo queda determinado por:

Rendimiento (



) = Potencia de salida (Ns) / Potencia Mecánica (N ) Potencia Mecánica (N) = Torque () x Velocidad angular ()

Potencia de salida (Ns) = Peso específico del aire x Caudal x Altura En las aplicaciones relacionadas con los ventiladores, se puede considerar al aire como un gas perfecto, incompresible (hipótesis de las Máquinas Hidráulicas) variando menos de un 8% la densidad dentro de la máquina. Sin embargo, la densidad del aire puede variar de un lugar a otro, en función de la presión atmosférica y la temperatura

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Ecuación de los gases perfectos

p v = R T ; v = 1 / 





p / (R T)

p : Presión (Kg/cm2)

R : Constante del gas, para aire = 29,27 (Kgm/ Kg °K)

T : Temperatura absoluta (°K) ; °K = °C + 273

Altura Real del Ventilador

La altura representa la diferencia de energías entre la salida y entrada del ventilador. En relación a la figura 1 y despreciando las pérdidas entra la entrada y salida del ventilador se tiene:

Figura. 1 Ps, Zs, Vs Pe, Ze, Ve VENTILADOR 6 OR H = Zs – Ze + (Ps – Pe) /  + (Vs2 - Ve2) /2g (m.c.aire) P =  H =  (Zs – Ze) + Ps – Pe +  (Vs2 - Ve2) / 2 (Kg/m2)  : peso específico del aire (Kg/m3)

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El término  (Zs – Ze) es despreciable (el peso específico del aire aproximadamente 1000 veces menor que el del agua), por lo cual la expresión general de la altura se reduce a:

H = (Ps – Pe) /  + (Vs2 – Ve2) /2g (m.c.aire)

Casos especiales, por ejemplo la instalación del ventilador del laboratorio del DIMEC, tiene las siguientes características:.

 Aspiración abierta a la atmósfera, Pe = 0

 Velocidad despreciable en la entrada del ventilador De esta forma, la altura del ventilador se reduce a:

H = Ps /  + Vs2 /2g (m.c.aire)

Como se puede observar, la altura está compuesta por la presión estática

( Ps /  más la presión dinámica (Vs2 /2g); Vs es la velocidad media del flujo en el ducto de salida del ventilador.

En anexo se presenta un esquema del banco de ensayos del ventilador centrífugo del DIMEC. En este esquema se observa la disposición del instrumental para determinar la presiones estática, dinámica y total. En anexo se incluyen todas las constantes, variables y fórmulas que se requieren para calcular estas presiones.

Por otro lado, y al igual que en las Bombas Centrífugas, de las leyes de semejanza (geométrica, cinemática y dinámica) se deduce el Número Específico (

n

s), resultando la siguiente expresión:

n

s = n (Q)0,5 / (Hn)0,75

Donde, la velocidad de rotación (n) está en RPM; el caudal (Q) en m3/s y la altura (H) en metros.

En una instalación de Ventiladores, el punto de funcionamiento corresponde a la intersección de la curva característica de la instalación Hnecesario = f(Q) con la

curva de descarga del ventilador H = f(Q), para velocidad de rotación constante del mismo.

En anexo se incluyen todas las constantes, variables y fórmulas que se requieren para el desarrollo de la experiencia y los cálculo posteriores, para la emisión del informe de laboratorio correspondiente.

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4. MÉTODO A SEGUIR

 Conocimiento de la instalación (esquema y físico).

 Organización del equipo de trabajo. Designación de tareas del Grupo.

 Variables y constantes a medir. Calibraciones.

 Puesta en servicio del equipo.

 Realizar un conjunto de 10 mediciones, para distintos escalones del flujo (determinación en sitio). En las mediciones 2, 5 y 9 hacer barrido con el Tubo Pitot-Prandtl para las siguientes posiciones (mm) : 2-16-32-52-82-154-182-202-218-232, leído en el vernier del instrumento.

 Verificación de la consistencia de los valores medidos.

 Detención y normalización de la instalación

5. VARIABLES A CONSIDERAR

Una vez fijada la velocidad de rotación del ventilador en 2.000 RPM, las variables a medir durante los ensayos (referencia al esquema del anexo) corresponden a:

 Presión (Pb) atmosférica (inicio y final de los ensayos).

 Temperatura (Tamb) ambiente (inicio y final de los ensayos).

 Alturas manométricas (

h

i ; i=1 a 6) representativas de las presiones

estática, dinámica y total.

 Fuerza (F).

 Temperatura del aire (Ta) en el ducto de descarga del ventilador.

 Para el conjunto de ensayos, se realizarán 10 mediciones de cada una de las variables, para distintas posiciones del regulador de flujo del ventilador; y de esta forma, se podrán trazar las curvas características de funcionamiento del ventilador Centrifugo; H = f(Q); N = f(Q);  = f(Q).

6. TEMAS DE INTERROGACIÓN

 Clasificación de los Ventiladores .

 Cinemática del flujo en los Ventiladores Centrífugos (Triángulos de velocidades).

 Concepto y determinación de la altura de los Ventiladores Centrífugos.

 Rendimientos

 Leyes de Semejanza en los Ventiladores Centrífugos. Número específico.

 Concepto de coeficiente de centro.

 Curvas características de los Ventiladores Centrífugas.

7. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR

En anexo se presenta una reproducción y un esquema del banco de ensayo de Bombas Centrífugas del DIMEC, indicando cada uno de sus

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componentes. También en el anexo se indican todas las características técnicas de los equipos e instrumentos de medida.

8. LO QUE SE PIDE EN EL INFORME

 Tapas establecida por el DIMEC aplicando las disposiciones generales para la confección del informe.

 Las características técnicas de los equipos e instrumentos empleados en el laboratorio

 Descripción del método seguido

 Tablas de valores medidos y calculados.

 Gráficos con las curvas características del Ventilador.

 Coeficientes de velocidades, para los ensayos 2, 5, 9, y el valor medio.

 Perfiles de velocidades para las condiciones del flujo correspondiente a los ensayos 2, 5,9.

 Determinación del número específico del Ventilador.

 Clasificación del rodete del Ventilador.

 Clasificación (Clase) del Ventilador según la presión y velocidad del flujo a la salida del mismo.

 El detalle de los cálculos, información complementaria y otros antecedentes que desee aportar el alumno, deberán ir en un anexo o apéndice del informe.

 Especial relevancia tienen el análisis de los resultados, las conclusiones y la estimación de los errores de las mediciones, para determinar la incertidumbre global de los resultados.

9. BIBLIOGRAFÍA

 Máquinas Hidráulicas, autor Wilfredo Jara T. Fondo Editorial INFIM, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima Perú, 1998.

 Normas AMCA para ventiladores.

 José Mesana. Ventiladores y Turbo-Compresores.

 Carrier. Manual de Aire acondicionado.

 Severns. Energía mediante el vapor, aire o gas.

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ANEXO

BANCO DE ENSAYO VENTILADOR CENTRÍFUGO

ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN PARA LOS ENSAYOS

Tubo Pitot - Prandtl

Presión total Presión estática °Ta h6 h5 h4 h3 h2 h1 VENTILADOR

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Características del Ventilador

Tipo Centrífugo. Alabes curvados hacia atrás

Rotación Sentido punteros reloj

Velocidad nominal RPM 2.000

Diámetro interior ducto mm 242

Diámetro exterior del rodete mm 390

Características del Motor

Potencia HP 5

Voltaje Volt 330

Corriente Amp 14

Velocidad RPM 1150-3600

Instrumental

Dinamómetro Kg 0 a 30 Balanza Toledo

Barómetro mmHg

Termómetro °C

Tubo Pitot - Prandtl Norma AMCA

Manómetros tubos "U". mm.c.agua

FORMULAS Y CONSTANTES

Referencia para el marco conceptual, cátedra de Máquinas Hidráulicas Profesor Wilfredo Jara

g 9,8

w 1000

p 3,1416

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NOMENCLATURA

A m2 Area interior del ducto de salida del ventilador 0,045996166

Cc Coeficiente de centro

Di mm Diámetro interior del ducto de salida del Ventilador

D2 mm Diámetro exterior del rodete

F Kg Fuerza en el dinamómetro

g m/s2 Aceleración de gravedad

H m.c.aire Altura total del Ventilador

He m.c.aire Altura estática del Ventilador

hi mm.c.agua Altura columna de agua en los tubos en "U"

he mm.c.agua Altura de presión estática

hd mm.c.agua Altura de presión dinámica

ht mm.c.agua Altura de presión total

n RPM Velocidad de rotación

ns Número específico

Ns HP Potencia Eólica total

Nse HP Potencia Eólica estática

N HP Potencia mecánica en el eje de la Bomba

Ps Kg/m 2 Presión estática Pd Kg/m 2 Presión dinámica Pt Kg/m 2 Presión total Pb mmHg Presión atmosférica Q m3/s Caudal

R Kgm / Kg °K Constante de los gases para el aire

T °K Temperatura absoluta

Tamb °C Temperatura ambiente

Ta °C Temperatura aire

U m/s Velocidad tangencial del rodete

Vi m/s Velocidad del flujo, en el punto i, en el ducto de salida del Ventilador

Vs m/s Velocidad media del flujo en el ducto de salida del Ventilador

Vc m/s Velocidad en el centro del ducto de salida del Ventilador

 Kg/m3 Peso específico del aire

 Kg s2/m4 Densidad del aire

 Kg/m3 Peso específico del agua

 Rendimiento global del Ventilador

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Wilfredo Jara T._Revisión 2016 Página 10 de 10  = P_b / (R T) T = °C + 273 H = P_s / + V_s2 / 2g H_e = P_s /  Ps /  = ( h₂ - h₁ ) _w/  h_e = h₂ - h₁ h_d = h₃ - h₄ h_t = h₅ - h₆ N = F n / 2370 N_s =  Q H / 76 N_se =  Q H_e/ 76 Q = V_s A V_s = C_c V_c V_i = ( 2g h_di _w /  )0,5  = N_s / N _E = ( He / H )  Q1 / Q2 = n1 / n2 H₁ / H₂ = ( n1 / n2 ) 2 N₁ / N₂ = ( n₁ / n₂ )3 ns = n (Q)0,5 / (H)0,75