Calculo de Esfuerzos en Ventiladores

Cálculo de Fuerzas que actuan en los Rodamientos Fd

Ft

Fa

WE WR

FrA

FrB

Para encontrar el valor de las cargas, se emplea el siguiente procedimiento:

• Se establece la masa total del rodete, eje, acoplamiento o polea. • Cálculo de fuerzas adicionales generadas por la transmisión. La fuerza adicional depende del tipo de transmisi ón utilizada para mover el ventilador. © SKF Group

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Fuerza Tangencial en Transmisión por Correas

La fuerza tangencial generada por  la transmisión es:

F 

t  =

19,1 x10

P

6

nd  p

* f c

Ft = Fuerza tangencial (N) P = Potencia (KW) n = Velocidad motor (rpm) dp = Diámetro de la polea (mm) Fc = factor de corrección.

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La fuerza se multiplica por un factor que depende del tipo de correa. Correas Trapezoidales = 2-2.5 Correas Planas = 4 Correas Sincrónicas = 1.5

EJEMPLO CALCULO DE F t

Y multiplicando la fuerza tangencial por el factor debido al tipo de correa:

Un ventilador Industrial es movido por medio de una transmisión por correas trapezoidales. El motor es de 150 HP, HP, y gira a 3600 rpm. rpm. La polea del eje del ventilador tiene un di ámetro de 150 mm. mm. Calcular la fuerza tangencial generada por la transmisión.

Fc = 2-2.5

F t  = 19,1 x10

P

6

nd  p

FT

P

=

150  HP *

F t 

=

746 W  1 HP

19,1 x10

F t  = F *  f c

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=

111900 W 

=

111 . 9 kW 

111.9kW 

6

3600rpm *150mm =

=

3958 N * 2 = 7916 N 

3958 N 

Fuerza Radial en Transmisión por Acoplamiento

Se calcula la fuerza radial del acoplamiento por medio de la P ecuaci F ón:= 5600 r 

n

Fr = Carga aplicada perpendicularmente sobre el acople. (N) P = Potencia (KW). n = velocidad (rpm)

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EJEMPLO TRANSMISI ÓN POR ACOPLAMIENTO

Un ventilador Industrial est á acoplado directamente a un motor el éctrico de 150 HP, HP, y gira a 3600 rpm. rpm. Calcular la fuerza radial resultante en el acople.

Fr

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F r 

P = 100 HP *

=

5600

746W  1 HP

F 

=

5600

F 

=

1022  N 

=

P n

119900W  = 119.9kW 

119 , 9 kW  3600 rpm

=

104 , 25 kgf 

Fuerza Axial en Ventiladores Sección de Succión circular

presión es un factor  •La determinante de la carga axial.

F a

π  

=

2

*  D s  H 

4 x10

6

• Uno de los rodamientos soporta carga axial cuando el ventilador esta funcionando. • Cuando el eje del ventilador es vertical, la masa total actua como carga axial, y se suma o resta de la carga axial producida por el rodete. Fa = Fuerza Axial. (N) Sección de Succión cuadrada F a

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=

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 A *  H 

Ds = Diametro del inductor (mm) H = Diferencial de Presión. (Pa)

Cálculo de la Fuerza Axial

Fa

Tiene un diferencial de presión de 100 mm c.a. c.a. Fa = Fuerza Axial. (N)

2

*  D s  H 

F a

=

 H 

=

100 mm .c . a *

 H 

=

980 , 67 Pa

 D s Calcular la fuerza axial que se genera en un  fugo, que opera con un ventilador centr ífugo, inductor de sección circular de diámetro 6”.

π  

=

4 x10

6 "*

π  

F a

=

F a

=

25 . 4 mm

17 , 88  N 

c.a.: columna de agua 30 August 2012

1 mm .c .a .

=

152 , 4 mm

2

6

H = Diferencial de Presión. (Pa)

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1"

9 ,8067 Pa

* (152 , 4 mm ) * 980 , 67 Pa

Ds = Diametro del inductor (mm)

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6

=

4 x10 1,825 kgf 

Cálculo Fuerza Axial

Calcular la fuerza axial total en el ventilador vertical de la figura, si se sabe que el diámetro de la succi ón es de 500 mm y el diferencial de presi ón es igual a 3,5 mbar  El conjunto eje, rodete y polea tienen un peso total de 300 N 5

W

 H 

=

3 , 5  X  10

 H 

=

350 Pa

 D s

=

Fa

LauParts

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=

F a

=

F aTotal

3

bar  *

10 Pa 1bar 

500 mm

π  

F a

−

2

* ( 500 mm ) * 350 Pa 6

4 x10 68 , 72  N  = 7 , 01 kgf 

=

300  N 

+

68 , 72  N 

=

368 , 72 N 

Fuerzas de Desequilibrio

VELOCIDAD

DESEQUILIBRIO

rpm

% masa rodete

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1000

30

2000

60

3000

90

4000

125

5000

150

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El cálculo aproximado de estas fuerzas, se obtiene de expresarlas como un porcentaje de la masa del rodete.

•Un ventilador que gira a 1800 rpm, y su rodete tiene una masa de 150 kg, calcular fuerza de desequilibrio. •Se halla el porcentaje de acuerdo a la velocidad de operación.

F d 

=

0,6W  R

F d 

=

0,6 * (150kg * 9,81 sm2 ) = 882,9 N 

Factor de Reducción f m

Para obtener la carga equivalente para los rodamientos, se calcula la fuerza media que resulta de la carga fija y la carga rotativa (desequilibrio)

Fm=f m(F1+F2)

F1 = Carga de dirección constante F2 = Carga Rotativa

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Se hace la relacion F1 /F1+F2 y se lee fm del diagrama.

EJEMPLO CALCULO Fm

Hallar Fm para un ventilador que tiene un rodete que pesa 1480 N, y tiene una Fd = 882,9 N.

• Se hace la relación F1 /F1+F2

0.77

F1 = Peso Rodete F2 = Fuerza de Desequilibrio 1480 N 

F1 /F1+F2 =

1480 N  + 882,9 N 

=

0.626

0.626

Fm=f m(F1+F2) Fm = 0.77(1480 N + 882,9 N) Fm = 1819,4 N

fm = 0.77

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Carga Dinámica Equivalente.

P = XFr  + Yf a cuando Fa/Fr  > e P = Fr  cuando Fa/Fr  < e Rígidos de Bolas

P = Fr

 C    L10 =     P 

p

CARB

P = 0,67Fr + Y2Fa cuando Fa /Fr > e P = Fr + Y1Fa cuando Fa /Fr < e Rodillos a Rótula

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EJEMPLO CÁLCULO COMPLETO

Fra

Fd

Fa

N = 50 HP n = 300 rpm WR = 2118 N

WE

WR

FrA

WR= Peso Rodete FrA= Fuerza Radial Rod Rod.. A WE= Peso Eje. FrB= Fuerza Radial Rod Rod.. B

FrB

Diametro del Eje: 85 mm Longitud Eje: 1200 mm WE = 1100 N Diametro de Succión: 4000 mm. H = 22,86 kg/m2

Fra = Fuerza en el acople.

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Ejemplo de Aplicaci ón Cálculo de la fuerza radial en el acople.

F 

P = 50 HP *

=

5600

746W  1 HP

F  = 5600

=

P n

37300W  = 37,3kW 

37 ,3kW 

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π  

F a

=

 H 

=

4 x10 22 ,86

π  

F a

=

F a

=

2

*  D s  H  6

kg m2

*

1 N  0 ,102 kg

=

2

224 , 2 Pa

* ( 4000 mm ) * 224 , 2 Pa 4 x 10

300 rpm

F  = 1975  N  = 201 , 45 kgf 

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Cálculo de la fuerza axial.

2817 , 4 N 

=

6

287 , 4 kgf 

Ejemplo de Aplicaci ón Cálculo de la fuerza de desbalanceo.

F d 

=

0,6W  R

F d 

=

0,6 * (2118) = 1270,8 N 

f m 0.77

Cálculo de la fuerza media 0.625

F1 = Peso Rodete F2 = Fuerza de Desequilibrio

Fm=f m(F1+F2) Fm = 0.77(2118 N + 1270,8 N)

F1 /F1+F2 =

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2118 N  2118 N  + 1270,8 N 

=

0,625

Fm = 2609,4 N

Cálculo de reacciones en los rodamientos 1,2m 0,3

0,3

Fra 1975 N

0,3

Fa

2817,4 N

2609,4 N

1100 N Fm

WE FrA

∑ M  ∑ M 

 B =

0

(1975 x0,3) − (1100 x0,3) + ( F  RA x0,6) − (2609,4 x0,9)

 B =

F  RA = 3872,2 N 

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FrB

∑ Fy ∑ Fy

=

0

=

3872,2 N −1100 N − 2609,4 N −1975 N + F  RB = 0

F  RB = 1812,2 N 

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Selección de Rodamientos

SRB

Fa /Fr > e

P = 0,67F r + Y2Fa

P = 0,67(3872,2) + (4,2)*(2817,4) P = 14430 N = 14,43 kN

 C    L10 =     P 

 p

>

100000 h

CARB

P = Fr = 1812,2 N = 1,812 kN © SKF Group

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 C    L10 =     P 

 p

>

100000 h

Importancia de un ajuste correcto

Ajustes demasiado holgados: • Permiten movimientos relativos entre las superficies de contacto (Creep) • Calor • Adherencias

Desgaste Incisiones

Corrosión de contacto Fractura de aros

Ajustes demasiado apretados: • Crean reducción del juego interior  • Aumenta la temperatura de operaci ón • Peligro de generar una fractura fr ágil de los aros • Se requiere mayor esfuerzo para el montaje y desmontaje

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