CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO Requerimientos

Q  7920 m

3

h

P  800 Pa n  920 rpm

  1,2 kg

m3

Coeficiente de rapidez 1

 7920  2  920  53.   .2 3600   60   . Ny  3 (800) 4 Ny = 50,35

Tipo de ventilador Radial de alta presión Radial de presión media y baja -con alabes doblados hacia adelante -con albes doblados hacia atrás Radiales de doble entrada

Ny 10-30 30-60 50-80 50-120

Según la tabla para el coeficiente de rapidez Ny = 50,35 se encuentra entre los valores de 30 - 60 por lo que los alabes del ventilador serán son doblados hacia delante

Diámetro de entrada del ventilador (Do) y diámetro interior del rodete (D1) k= (1.35 -1.9) asumimos k = 1.65

Do  D1  k .3

Q w

 7920    3600   3 D1  1.65. 920.2 60 D1  0,468m  46,8cm Diámetro exterior

D2 

Do.60 Ny 2

3

0,48.60 50,35 D2  0,558m  55,8cm D2 

Para disminuir las perdidas de energía en la entrada del rodete se recomienda igualar velocidades y áreas.

k . .Do 2   .D1 .b1 4 k .D0 K  1,2  2,5 b1  4 1,2.0,468 b1  4 b1  0,140m Número de alabes de rotor

( D2  D1 ) . ( D2  D1 ) (0,558  0,468.920 Z . 0,558  0,468 Z  35,9

Z

Estandarizamos: Z = 36 alabes

Velocidad tangencial U1

U1 

 .D1. n

60  .0,468.920 U1  60 U 1  22,55 m s

4.Q  .D02  7920  4.  3600  C1 r    .0,4682 C1r  12,783 C0  C1 r 

El rango optimo de β1 es entre 40° y-50° asumimos β1 =45°

Velocidad relativa W1

W1 

C1 r cos(90  1 ) 3

4

12,783 cos)90  45) W1  18,08 m s W1 

Velocidad absoluta C1

C12  U12  W12  2.U1 .W1 . cos 1 C12  22,552  18,082  2.22,55.18,08. cos 45 C1  16,09 m s Calculo de 1

W1. sen1 C1 18,08.sen45 Sen 1  16,09 1  52,62 sen 1 

C1u  C1 cos 1 C1u  9,77 m s Características a la salida del rotor

U2 

 .D2. n

60  .0,558.920 U2  60 U 2  26,87 m s

El rango deβ2 optimo es140°-160° asumimos β=150° Asumimos W1=W2

C2 u  U 2  W2 cos(180   2 ) C2 u  26,87  18,08. cos(180  150) C 2 u  42,53 m s C2 r  W2 sen(180   2 ) C2 r  18,08sen(180  150) C 2 r  9,04 m s C2  C2 u 2  C2 r 2 2

C2  42,532  9,04 2 C 2  43.48 m s

4

5

W2. sen 2 C2 18,08.sen150 Sen 2  43,48 Sen 2  12 sen 2 

Considerando el numero finito de alabes Z = 36

k=3

C u cos  `2  cos  2  K . 2   zU 2   42,53  Cos 2 ` cos 150  3.   36.26,87   2 ` 137,23

C2 r` W2 sen(180   `2 ) C2 r  1808.sen(180  137,23) C 2 r ` 12,27 m s   C2 r  C 2 u` U 2    tg (180   2 )    36,34  C 2 u` 26,87    tg (180  137,23  C 2 u` 36,64 m s

C`2  (C2 u`2 C2 r 2 ) C2 ` (36,64) 2  (12,27) 2 C 2 ` 37,74 m s C 2 u` C 2` 36,64 Cos 2 ` 37,74  2 ` 13,86 cos  2` 

Eficiencia hidráulica del rodete

5

6

  cos 2 1  h  1   2 D 2  sen 2 `  2 . cos  `.  sen 2 1  2      D1   sen180   2 ` 2 `   donde:   0,4 h  0,93

      

Presión teórica

Pt   (U 2 C2 u`U1C1u) Pt  1,2(26,87.36,64  22,55.9,77) Pt  917,40Pa

Presión real

Pr  Pt .h Pr  917,40.0,93 Pr  853,54Pa

La velocidad de salida de la voluta es el 74% de la velocidad de salida del rodete C 2’

Ca  0,74 xC 2 ` Ca  0,74 x37,74 Ca  27,93 m s

Area de salida

Q Ca  7920    3600   F 27,93 F  0,079m 2 F

Magnitud de la apertura de la envoltura

D2. Ny 90 0,558.50,35 A 90 A  0,312m A

Asumimos el ancho de la voluta B=0,160m

F 0,079  B 0,160 A` 0,492m

A`

Perdidas inevitables por la componente radial de la velocidad absoluta

C2 r 2 Pc 2 r   2 6

7

Pc 2 r  49,02Pa Perdidas por golpes durante el mezclado de flujo

(C 2U ``Ca 2  59,46Pa

PMG   PMG

2

Perdidas por fricción

Ca 2 Pf  k 2 Pf  174,44Pa Pérdidas en la envoltura

P  Pc 2 r  PMG  Pf

P  282,92Pa Pérdidas en la envoltura y el rodete

 Pt   P   Pr otor Pt  346,42Pa

Presión desarrollada por el ventilador

Pv  Pt  Pt Pv  618,54Pa  800Pa

RECALCULANDO Variamos:

No variamos:

D2  1,2  1,45 D1 D2  1,38 0,468 D2  0,646 m

Do  D1  0,468m

(0,646  0,468) . (0,646  0,468) Z  19,68 Z

Asumiremos Z= 36 alabes

U2 

 .0,646.920

60 U 2  31,12 m

s C2 u  31,12  18,08. cos(180  150)

7

8 C 2 u  46,77 m

s

C2 r  18,08.sen(180  150) C 2 r  9,04 m s C2  C2 u 2  C2 r 2 2

C2  46,77 2  9,04 2 C 2  47,64 m s 2

Hallamos:

18,08.sen150 47,64  2  10,94 sen 2 

Cu cos  `2  cos  2  k . 2   z.U 2   46,77  cos  ´2  cos 150  3.   36.31,12   ´2  138

9,04 tg (180  138) C `2 u  41,09 m s C`2 r  18,08.sen(180  138) C `2 r  12,14 m s C `2 u  31,12.

C`2  12,14 2  41,09 2 C`2  42,84 m s 2

sen `2 

18,08.sen138 42,84

 `2  16,4 Eficiencia hidráulica del rodete

  cos 2 1  h  1   2 D 2  sen 2 `  2 . cos  `.  sen 2 1  2      D1   sen180   2 ` 2 `   h  0,95

8

      

9 Presión teórica

Pt   (U 2 C2 u`U1C1u) Pt  1269,95Pa

Presión real

Pr  Pt .h Pr  1206,45Pa

Ca  0,74 xC 2 ` Ca  31,131 m s Área de salida

Q Ca F  0,071m 2 F

Magnitud de apertura de la envoltura

D2. Ny 90 A  0,361m

A

Asumimos el ancho de la voluta B =0,160m

F B A` 0,442m

A`

Perdidas inevitables por la componente radial de la velocidad absoluta

C2 r 2 Pc 2 r   2 Pc 2 r  49,02Pa Perdidas por golpes durante el mezclado de flujo

PMG PMG

(C U ``Ca  2 2  59,46Pa

2

Perdidas por fricción

Ca 2 Pf  k 2 Pf  174,44Pa Pérdidas en la envoltura

P  Pc 2 r  PMG  Pf P  282,92Pa Pérdidas en la envoltura y el rodete

 Pt   P   Pr otor Pt  346,42Pa

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Presión desarrollada por el ventilador

Pv  Pt  Pt Pv  923,53Pa  800 Pa ¡OK!

Eficiencia hidráulica del ventilador

hv 

Pt   P

Pt 923,69  346,25 hv  923.69 hv  0,63 Potencia útil gastada

N  Pv.Q

 7920  N  923,69.   3600  N  2031,76 W Perdidas por fricción en los discos 2 b 5  k . .w 3 .D2 .1  5 2 i 1 D2  Nfd  102

  

donde: k  15.10 6

Nfd  56,35 W Potencia gastada en recirculación

 7920  Qr  6%.Q  0.06.   3600  3 Qr  0,132 m s Npr  Pt.Qr  1269,95.0,132 Npr  167,63 W Potencia total

Nt  N  Nfd  Npr Nt  2255,74 W

Potencia perdida en rodamientos

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Nfr  2%.Nt Factor de servicio o reserva del 20% para 5 horas diarias Potencia del motor

Nmotor  1,02..Nt Nmotor  2761,02 W Nmotor  3,6HP

SELECCIÓN DE VENTILADOR Para cubrir las prestaciones de 7920 m3/h y 800 Pa de pérdida de carga el ventilador a seleccionar será: VENTILADORES CENTRIFUGOS DE BAJA Y MEDIA SERIE 3: 1 CMT/6 - 400/165 3 CV

Características Técnicas:

Serie 3

Intensidad Potencia Nivel Caudal máxima Velocidad Motor máxima presión Peso Protección máximo absorbida (A) (r.p.m.) clase absorbida sonora (kg) (m3/h) (KW) (db(A)) a 230 V a 400 V

CMT/6-355/145 - 1,5

945

IP55

F

1,5

7,5

4,3

6700

72

53

CMT/6-400/165 - 2,2

920

IP55

F

2,2

10,74

6,2

8300

73

60,5

CMT/6-450/185 - 2,2

920

IP55

F

2,2

10,74

6,2

7110

76

88

Curvas características

11

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Características acústicas

Descripción

63 Hz

125 Hz

ESPECTRO DE POTENCIAS 250 500 1000 2000 4000 Hz Hz Hz Hz Hz 6 POLOS

CMT/6-315/130 - 1,1

54

67

70

78

78

79

74

70

84

70

56

69

72

80

80

81

76

72

86

72

58

70

73

81

81

82

78

74

87

73

60

73

76

84

84

85

80

76

90

76

CMT/6-355/145 - 1,5 CMT/6-400/165 - 2,2 CMT/6-450/185 - 2,2

8000 Hz

TOTAL Poten Presi cia ón 6 POLOS

PRESION Serie CMT Gama de ventiladores centrífugos, de baja y media presión, simple oído, equipados con motores trifásicos o monofásicos de 2, 4 ó 6 polos, según los modelos, en acoplamiento directo. Están previstos para vehicular aire caliente hasta una temperatura de: – 150 °C para la series 3 Cubriendo un margen de caudales comprendido entre 270 y 15930 m3/h. Carcasa Plancha de acero, protegida con pintura epoxi-poliéster de color gris. Rodete Centrífugo de alabes inclinados hacia delante, construido en plancha de acero galvanizado y equilibrados dinámicamente.

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SELECCIÓN DE MOTOR ELECTRICO Procederemos a seleccionar de acuerdo al catalogo de motores eléctricos DELCROSA. Revisando el catalogo escogeremos un motor tipo: NV112M6, el cual tiene las siguientes características: P = 2,7 KW n = 1150 RPM f = 60 Hz Nro. de polos = 6 polos Eficiencia = 81% (nominal)

cos   0,71

Ta/Tn = 2,0 Tm/Tn = 1,8 TM/Tn = 3,0 Ia/In = 5,5 In = 12,2 A (a 220 conexión delta) ITrotor = 0,058 kg.m2 Peso del motor = 37,5 kg Se ha escogido un motor de la serie NV por ser los de menor costo y porque no se necesitan características especiales para este caso. También se recomendaría: Grado de protección: IP44 Forma constructiva: B3 Aislamiento del cobre: Por lo menos tipo B Método de arranque: En directo Tipo de diseño: B Balanceo: N

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Diseño de los alabes del rodete El gráfico de los alabes del rodete se realizara por el método de "Coordenadas Polares", con este método, los puntos correspondientes a la superficie del alabe se calculan mediante la siguiente fórmula:

dR 180 R R   .  R1 R.tg  R 1 R.tg 180

R

Sabemos que β1 = 45° y β2 = 138° de nuestro calculo, pero para el dibujo del Plano tomaremos (promedios aritméticos de β) para introducirlo en la tabla 1. A su vez, dividiremos el rodete en un cierto número de anillos concéntricos, los cuales son necesarios que estén igualmente espaciados entre R1 y R2 estos anillos serán Ra, Rb y Rc. TABLA 1 ∆(R.tgβi) prom

∆R

R ( Rtg  ) prom





0,04274

0

0

0

0

0

2,50652

0,01552

0,02913

2,30000

0,06700

3,83868 3,83868

91,5

-38,18846

-0,00094

0,00729

2,15000

0,01568

30,1

114,75

-2,16917

-0,01533

-0,00813

2,22500

-0,01810

32,3

138

-0,90040

-0,03438

-0,02486

2,22500

-0,05531

0,89824 4,73692 3,69992 1,03700 0,53114 3,16877

Anillo

R(cm)

βi

tgβi

(R.tgβi)

1

23,4

45

1,00000

a

25,7

68,25

b

27,9

c 2

-1

-1

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Entonces con los valores de R y  , dibujaremos nuestro alabe en base a los puntos 1, a, b, c y 2.

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