ROTOR DEL VENTILADOR CENTRÍFUGODIMENSIONADO, CÁLCULOS TEÓRICOS Y EXPERIMENTALES
MONOGRAFÍA
CURSO DE TURBOMÁQUINAS 1 ING. SALOMÉ
SEVILLANO ARMAS, JOSÉ 19781269ITULIO NOLE, OLAYA 19720072KVILLA SALSAVILCA, WILLY 20061012C
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Contenido
I. VISTAS DE LOS COMPONENTES.......................................................................................3
1. VISTAS DEL ROTOR..........................................................................................................3
2. VISTAS DE LA CARCAZA...................................................................................................4
3. VISTAS DEL CONJUNTO....................................................................................................5
II. FUNDAMENTO TEÓRICO..................................................................................................6
III. CÁLCULOS TEÓRICOS.......................................................................................................8
IV. CÁLCULOS EXPERIMENTALES.........................................................................................12
1. DATOS EXPERIMENTALES..............................................................................................12
2. FÓRMULAS APLICADAS..................................................................................................12
3. RESULTADOS..................................................................................................................13
4. GRÁFICOS.......................................................................................................................14
5. ANÁLISIS DE LAS GRÁFICAS...........................................................................................17
V. CONCLUSIONES GENERALES..........................................................................................17
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I. VISTAS DE LOS COMPONENTES
1. VISTAS DEL ROTOR
FIG. 1 Vista isométrica del rotor
FIG. 2 Vistas del rotor
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2. VISTAS DE LA CARCAZA
FIG. 3 Vista isométrica de la carcasa
FIG. 4 Vista isométrica superior de la carcasa
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3. VISTAS DEL CONJUNTO
FIG. 5 Vista isométrica del emsamble
FIG. 6 Vista del ensamble en conjunto
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II. FUNDAMENTO TEÓRICO
Rotor Centrifugo de Alabe Recto
El rotor asignado a nuestro grupo es usado en los ventiladores centrífugos, también
denominados ventiladores radiales, son el tipo más habitual de ventilador que se emplea en la
actualidad. Sus principios operativos, aunque son relativamente simples, han evolucionado a lo
largo de los años hasta desembocar en máquinas con una elevada eficiencia aerodinámica y
una potencia importante.
El ventilador centrífugo consiste en un rotor encerrado en una envolvente de forma espiral; el
aire, que entra a través del ojo del rotor paralelo a la flecha del ventilador, es succionado por
el rotor y arrojado contra la envolvente se descarga por la salida en ángulo recto a la flecha. En
nuestro rotor los Alabes de salida radial, β2 = 90º.- Tiene 6 álabes; se emplean para impulsar
aire o gases sucios a elevada temperatura, gracias a la facilidad con que son eliminados los
depósitos sólidos por la fuerza centrífuga. A continuación se muestra el esquema de el rotor
radial de alabes rectos.
FIG. 9 Rotor radial de alabes rectos
FIG. 10 Triángulo de velocidades a la salida del alabe del rotor.
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U 2 W⃗ 2
C⃗2
Carcasa del ventilador centrífugo
La carcasa de un ventilador centrífugo es una estructura de gran tamaño, por lo general
fabricada con chapa de acero, y que se emplea para guiar el flujo de aire al "ojo" del impulsor
de forma controlada. Puede tener una admisión abierta, pero lo normal es que cuente con un
codo que permita instalar el motor separado de los conductos.
La carcasa también tiene la misión de canalizar el aire o el gas que salga por la circunferencia
exterior del impulsor. A continuación este aire o gas se expandirá, reduciendo la velocidad del
flujo y convirtiendo la energía cinética en presión estática útil, para luego ser dirigido hacia
fuera a través de la brida de escape de la carcasa.
FIG. 11 Representación real y teórica del sistema rotor-carcasa a estudiar.
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III. CÁLCULOS TEÓRICOS
DATOS GEOMÉTRICOS DEL ROTOR
D2 23 cmD1 5.7 cmb2 3.425 cmb1 2 cme 0.2 cmZ 6β2 90º
Calculando las velocidades tangenciales para la salida y entrada
U 2=π D2N
60=
π (0.23 )360060
=43.354m / s
U 1=π D1N
60=
π (0.057 )360060
=10.7442m / s
Calculando la relación de diámetros
D1
D2
=10.744243.354
=0.2478
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Calculando la constante ε
ε= 2k
z [1−( D1
D2)2]
=2(0.55+0.6 sin β2)
43.0409= 2.343.0409
=0.0534
ε=0.0534
Calculando la constante μ
μ= 11+ε
→μ=0.8499
Entonces reemplazando en la ecuación
μ=cu2
' ∗u2−cu1
' ¿u1cu2¿u2−cu
1¿u1
cu2
' =38 .467ms
Considerando un grado de reacción ℜ=0 .7 y reemplazando en las ecuaciones
H R∞=U 2Cu2−U 1Cu1
g=43.354∗38.467−10.7442
2
9.81=158.2325m /s
H R=μ∗HR∞=0 .8799∗158 .2325=139 .2287m
0 .7=(43.3542 -10 .74422)+(w02−w3
2 )2∗g∗139 .2287
w02−w3
2=148 .0355m2/ s2
Trabajando con las relaciones
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0 .8799=cu2
' ∗u2−cu1
' ¿u1cu
2¿u2−cu
1¿u1
=cu2' ¿ 43.354−10 .74422
43 .3542−10 .74422
cm1∗(π∗5.7−6∗ 210 )∗2=cm2
¿ (π∗23−6∗ 210 )∗3 .425cm0
∗(π∗5 .7 )∗2=cm3¿ (π∗23 )∗3 .425
cm1∗33.4142=cm2
¿243.369=cm0¿35.8142=cm3
¿247 .479
cm1
cm2
=7 .2834
cm0
cm3
=6 .9101
w0=cm0
(u2−cu2
' )2+cm3
2 =w32
23 .88+cm3
2 =w32
cm0
2 −[23 .88+cm3
2 ]=148 .0355
47 .74∗cm3
2 −23 .88=148 .0355
Se obtiene los valores
cm3=1 .8976m
s
cm0=13.11m
s
cm1=14 .05m
s
cm2=1 .92m
s
Asumiendo ηh=0 .8
Hallamos teóricamente
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La altura útilHu=0 .8∗
1365 .83359 .81
=111.38mEl caudal
Q=π∗5.7100
∗3 .425100
∗13 .11=0 .0804 m3
sLa potencia hidráulica
P=1 .2∗0 .0804∗111.3876∗0 .8
=0 .1767HP
P<>0.13179kw<>131.79wEl número específico de caudal
Nq=3600∗√0 .0804
111 .3834
=29 .77
Resumen de consideraciones teóricas
Grado de Reacción R=0.7
IV. CÁLCULOS EXPERIMENTALES
1. DATOS EXPERIMENTALES
Tabla 1. Datos experimentalesAbertura n F P2-P1 Psucción
cm rpm libras pulg H2O pulg H2O
0 3574 0.7 4.1 0.661 3577 0.8 4.1 3.52 3567 0.85 4 4.853 3568 0.87 3.95 5.44 3564 0.89 3.9 5.655 3559 0.9 3.89 5.86 3566 0.9 3.9 5.85
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2. FÓRMULAS APLICADAS
0= Paρ. g
+ Va2
2. g Ecuación 1
Q=0.98xVax π4∅2 Ecuación 2
H=P II−P I
ρ .g+C II2−C I
2
2. gEcuación 3
Q=0.98x C II xπ4∅ 2
Ecuación 4
Q=0.98x C I xπ4∅ 2
Ecuación 5
P=FxdxRPMxπ30
Ecuación 6
Ph=γxQx H util Ecuación 7
n=PhP
Ecuación 8
3. RESULTADOS
Tabla 2. Valores calculadosPa Va Q CI CII (P2-P1)/g H
m aire m/s m^3/s m/s m/s m/s m AIRE
13.9167 16.5241 0.0318 2.5612 1.7786 86.4519 86.894373.8004 38.0521 0.0732 5.8981 4.0959 86.4519 87.4707
102.2663 44.7936 0.0862 6.9430 4.8215 84.3434 85.5426113.8635 47.2652 0.0909 7.3261 5.0876 83.2891 84.5545119.1350 48.3470 0.0930 7.4938 5.2040 82.2348 83.5291122.2979 48.9845 0.0943 7.5926 5.2727 82.0239 83.3354
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123.3522 49.1952 0.0947 7.6253 5.2953 82.2348 83.5519
w Peje n
rad/s w (%)
374.2693 209.7585 15.5653
374.5834 239.9252 31.5453
373.5362 254.2078 34.2751
373.6410 260.2622 34.9169
373.2221 265.9467 34.5288
372.6985 268.5576 34.5637
373.4315 269.0858 34.7342
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4. GRÁFICOS
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Altura vs. Caudal
H= -3355,4 Q2 + 368,65 Q + 78,558R2 = 0,9878
83,00
83,25
83,50
83,75
84,00
84,25
84,50
84,75
85,00
85,25
85,50
85,75
86,00
86,25
86,50
86,75
87,00
87,25
87,50
87,75
88,00
88,25
88,50
88,75
89,00
0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,10 0,10
Q [caudal] metros3/seg
H [
alt
ura
] m
etr
os
de
air
e
H
Patm = 1 atmT amb = 18
Potencia al eje vs. Caudal
R2 = 0,9967
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,10 0,10
Q [caudal] metros3/seg
Peje
[pot
enci
a] W
att
Patm = 1 atmT amb = 18
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Eficiencia vs. Caudal
n = -3949,8 Q2 + 805,76 Q - 6,0788R2 = 0,9989
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
30,0
32,5
35,0
37,5
0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065 0,070 0,075 0,080 0,085 0,090 0,095 0,100
Q [Caudal] metros3/seg
n [E
ficie
ncia
] %Patm = 1 atmT amb = 18
5. ANÁLISIS DE LAS GRÁFICAS
- De las gráfica Eficiencia vs. Caudal, obtenemos que la máxima eficiencia se da para un
caudal de 0.102, donde la máxima eficiencia es igual a 35.01 %, con este caudal
obtenemos una altura de 81.25 metros de aire y una potencia de 270 watts.
Eficiencia máxima 35.01 %Caudal 0.102 m3/segAltura 81.25 metros de airePotencia al eje 270 wattsNº específico de caudal 42.09
- Observamos que las tendencias de las curvas en las graficas son similares a las
tendencias teóricas, excepto en la gráfica Potencia al eje vs. Caudal, la cual nos sale
una parábola hacia arriba, esto puede deberse a ciertos errores en la medición ya que
el rango de la variación de las fuerzas en el dinamómetro era muy pequeño, por lo
cual los datos registrados son un poco imprecisos.
V. CONCLUSIONES GENERALES
- Respecto a la comparación de la altura útil teórica con la altura experimental para la
eficiencia máxima, notamos que obtenemos un error de 27% en función del cálculo
teórico, esto puede deberse a las pérdidas mecánicas que ocurren en el equipo,
debido a su largo tiempo de uso, también a errores en la medición. Del mismo modo
con los valores de los caudales, ya que de forma teórica obtenemos el valor de 0.08
m3/seg y de forma experimental 0.102.
- En relación al cálculo del número específico de revoluciones de caudal, Nq, obtenemos
de forma teórica el valor de 29.77, y experimentalmente 42.09, los cuales son
conformes ya que encuentran dentro del rango recomendado en los textos [20 a 50] –
para rotores centrífugos y con β2 = 90º.
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