Informe 2 - Ventiladores Completo

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Informe 2: Ventiladores Integrantes: Docente: García Perez Curso: Turbomáquinas Grupo horario: 01T Fecha de entrega: 09/10/18

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I.

RESUMEN

Para mover el aire a través de un sistema de ventilación es necesario suministrar energía  para vencer las pérdidas de presión del sistema. En la gran mayoría de los casos el suministro de energía proviene de máquinas denominadas ventiladores. Su funcionamiento se basa en el suministro de energía mecánica al aire a través de un rotor que gira a alta velocidad y que incrementa la energía cinética del aire, que luego se transforma parcialmente en presión estática. Los ventiladores se dividen en dos grandes grupos: los ventiladores axiales y los ventiladores centrí fugos. Ventiladores axiales son aquellos en los cuales el movimiento del aire a través del rotor conserva la dirección del eje de este. En los ventiladores centrífugos, el aire entra paralelo al eje del rotor y sale expulsado de manera perpendicular. Estos tipos de ventiladores se subdividen en otros subtipos según los ángulos de  posicionamiento de sus alabes.

II.

INTRODUCCIÓN

Antes de que existiera el ventilador, las personas solían utilizar cualquier tipo de objetos  para mover el aire como por ejemplo las hojas de los árboles. Uno de los primeros ventiladores semimecánicos ya se usaba 500 años antes de Cristo en la India y Medio Oriente. El “punkah” era un ventilador que se colgaba col gaba del techo, cubierto  por un marco de tela, que funcionaba cuando los sirvientes (o “punkawallahs”) tiraban unas cuerdas que permitían mover el ventilador. Sin embargo, las versiones autónomas sin necesidad de sirvientes que lo impulsaran no aparecerían hasta la Revolución Industrial, en el siglo XIX. Ya en tiempos modernos a partir de 1820 se emplearon algunos ventiladores poco funcionales en las minas para intentar mejorar la ventilación de estas aunque eran demasiado grandes y su funcionalidad era poco eficiente, se llamaban ventiladores volumigénicos. Los primeros ventiladores mecánicos o "bomba de aire" apareció en 1832 construido por Omar-Raeen Jumala, el aparato usaba grandes aspas metálica s o de madera y estaba pensado para la industria, las hojas eran impulsadas inicialmente con ruedas hidráulicas, y se usaron en minas de carbón y fábricas . En 1849 William Brunto inventó un ventilador que funcionaba a vapor de 6 m de radio que fue exhibido en la Exposición Universal de 1851. A partir de este modelo el francés Theophile Guibal en 1856 solucionó los problemas de los otros ventiladores aplicados a las minas, inventó un ventilador dinámico provisto de paletas envueltas en una cámara estanca que captaba el aire de las minas y lo expulsaban fuera renovando así el aire del

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En 1902 Willis Carrier estableció las bases de la maquinaria de refrigeración moderna. En 1922 Carrier logró fabricar la enfriadora centrífuga, las que se instalaron por primera vez en 1924, en Detroit en los almacenes Hudson. Al año siguiente mas de estas en cines de Nueva York y en algunas fábricas, hoteles y oficinas. Los ventiladores en la actualidad se usan los climatizadores, en los acondicionadores de aire, el ventilador también es usado en la industria, pues es una turbomáquina que sirve  para producir flujo de gases de un punto a otro.

III. a)  b) c) d) e)

IV.

OBJETIVOS Conocer la clasificación de los ventiladores para sus respectivas áreas de trabajo. Conocer la aplicación de los diferentes tipos ti pos de ventiladores. Conocer las diferencias entre los diferentes tipos de ventiladores. Conocer y poder identificar las partes de los venti ladores. Describir el funcionamiento de los ventiladores.

MARCO TEÓRICO

1. DEFINICIÓN DE VENTILADOR Un ventilador es una turbomáquina, que convierte la energía mecánica de un motor en energía neumática (presión y caudal), a través de un rotor con aspas o álabes, que le imprimen energía cinética al aire (Gutiérrez , Sanz, Oliveros, & Orozco, 2012). También podemos decir que un ventilador es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se puede definir también como una turbomáquina que transmite energía para generar la presión necesaria para mantener un flujo continuo de aire. Dentro de una clasificación general de máquinas, los ventiladores son turbomáquinas hidráulicas, tipo generador, para gases. Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente eléctrico, con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulación de velocidad, conmutación de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le transmite energía. Este propulsor adopta la forma de rodete con álabes, en el caso del tipo centrífugo, o de una hélice con palas de silueta y en número diverso, en el caso de los axiales. El conjunto, o por lo menos el rodete o la l a hélice, van envueltos por una caja ca ja con paredes de cierre en forma de espiral para los centrífugos y por un marco plano o una envoltura tubular en los axiales. La envolvente tubular puede llevar una reja radial de álabes fijos a la entrada o salida de la hélice, llamada directriz, que guía el aire, para aumentar la presión y el rendimiento del aparato.

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2.- CARCAZA, elemento en la cual se aloja la turbina y permite, junto con la turbina, la conversión de energía del motor a energía de movimiento del gas. 3.- FLECHA O EJE, que conecta la turbina al motor por medio de algún tipo de transmisión mecánica, normalmente poleas y bandas o cople flexible. 4.- RODAMIENTOS, que permiten la rotación del eje y turbina con una mínima perdida  por fricción 5.- BASE, sobre la cual están apoyados todos estos elementos. 6.- MOTOR, el cual proporciona la energía suficiente para mover el gas.

Fig. 1. Principales partes de un ventilador

Fuente: (AIRTEC Tecnología en Ventilación, 2012)

2. CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE VENTILADORES 2.1. VENTILADOR AXIAL Transmiten la energía al aire por medio de un movimiento de giro en remolino provocado  por el rotor. En este tipo de ventiladores, el movimiento del aire a través del rotor se realiza conservando la dirección del eje de este (ver figura 2).

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Fig. 2. Ventilador axial

Fuente: (Echeverri, 2011) 

APLICACIONES

Suele utilizarse en lugares que necesiten un alto caudal de aire a una baja presión estática. Otra aplicación de los ventiladores axiales se encuentra en el campo de la ventilación general y se les conoce con el nombre de extractores ex tractores o inyectores de aire. 

CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE VENTILADORES AXIALES

a. VENTILADOR AXIAL CON ALETAS GUÍA El ventilador axial con aletas guía incorpora aletas de salida de aire, y es, por tanto, el ventilador de mayor eficacia de los ventiladores axiales. Los ventiladores axiales con aletas guía generan unos niveles de ruido ligeramente mayores que los centrífugos. Su espectro posee un componente muy alto de frecuencia del álabe (Harris, 1995).

Aplicaciones Este ventilador posee cualidades relativas de alta presión que lo hacen adecuado para sistemas generales de calefacción, ventilación y aire acondicionado para aplicaciones a  bajas, medias o altas presiones. También se emplea en instalaciones industriales y en ventiladores de aspiración mecánica o inducida en calderas de uso público (ver figuras 3 y 4).

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Fig. 3. Axial con aletas guía

Fuente: (Echeverri, 2011)

Fig. 4. Parte de un axial con aletas guía

Fuente: (Echeverri, 2011)

b. VENTILADOR HELICOIDAL Descripción Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones . Son de bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma de  presión dinámica. Están indicados para instalaciones a muy bajas presiones (muchos funcionan bajo condiciones de nula o casi nula impulsión) y son capaces de soportar grandes caudales de aire (Echeverri, 2011).

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Fig. 5. Helicoidal 

Fuente: (Echeverri, 2011)

Fig. 6 Partes de un helicoidal 

Fuente: (Echeverri, 2011)

Aplicaciones Se emplean para mover aire con poca pérdida de carga y su aplicación más común es la ventilación general (Goberna, 1992). Los ventiladores helicoidales se fabrican con una gran variedad de diseños de álabes. Se

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Fig. 7. Un ventilador de hélice de 24 pulgadas con transmisión por correa

Fuente: (Chapter 3 Fans and blowers)

Componentes: o o o o o

Base de apoyo (bearing base) Aspa del Ventilador (Fan Blade) Base del Motor (Motor base) Cojinetes (Bearings) Panel de carcasa Venturi (Venturi Housing Panel)

Características o o o o o o o

Desarrollar altas tasas de flujo de aire y bajas presiones.  No es adecuado para trabajos extensos Eficiencias relativamente bajas Barato Comparativamente ruidoso Los requisitos de potencia disminuyen al aumentar el flujo de aire Máxima eficiencia a baja entrega de presión

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Fig. 8. Ventilador tuveaxial accionado directamente por el motor en el lado de entrada (en el fondo) y con una rueda del ventilador que tiene una relación del 33 por ciento del cubo y con diez aspas

Fuente: (Chapter 3 Fans and blowers)

Componentes o o o

Puerta de Acceso (Access Door) Carcasa Cilíndrica (Cylindrical housing) Impulsor del hélice de la rueda del ventilador(Fan Wheel impeller propeller)

Características o o o o o

Media tensión Alto flujo Alta eficiencia comparada al de hélice Caída de la curva de presión –  presión  –  flujo  flujo antes del punto de máxima presión El flujo de aire genera moderado ruido.

El ventilador tuveaxial genera un nivel de ruido ligeramente mayor que el del ventilador axial con aletas guía. Su espectro contiene un componente muy alto de frecuencia del álabe (Harris, 1995).

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Fig. 9. Tuveaxial 

Fuente: (Echeverri, 2011)

Fig. 10. Tuveaxial

Fuente: (Echeverri, 2011)

Aplicaciones Este ventilador se emplea en algunos conductos a presiones bajas, medias y altas, para instalaciones de calefacción, calefacci ón, ventilación y aire acondicionado (Echeverri, 2011).

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Características o o

o

o

El perfil de flujo de aire es uniforme. Cuando está equipado con balizas de paso variable, se puede ajustar para cambiar el ángulo de ataque a la corriente de aire entrante y la tasa de suministro de aire Altamente eficiente: cuando está equipado con aspas aerodinámicas y construido con espacios pequeños, se pueden lograr eficiencias de hasta el 85 por ciento  Normalmente unido directamente al eje del motor

Aplicaciones o

o

o o

 Normalmente se utiliza en aplicaciones de presión pr esión media a alta, como el servicio se rvicio de tiro inducido para un escape de caldera. Baja masa de rotación, lo que les permite alcanzar una velocidad de operación relativamente rápida. Ventilación de emergencia Inversión de la dirección del flujo de aire

Los ventiladores vane-axiales, un refinamiento sobre el ventilador axial que involucra  paletas para enderezar el flujo, tienen una curva característica como se muestra en la figura 5

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Fig. 12. Ventilador vaneaxial con transmisión por correa de un motor eléctrico y con una rueda de ventilador que contiene un 46% de relación de punta de cubo y 9 aspas aerodinámicas. (Cortesía de General Resource Corporation, Hopkins, Minn.)

Fuente: (Chapter 3 Fans and blowers)

2.2. VENTILADOR CENTRÍFUGO Los ventiladores centrífugos son aquellos en los que el aire entra paralelo al eje del rotor y sale expulsado de manera perpendicular (Gutiérrez , Sanz, Oliveros, & Orozco, 2012).

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Fig. 13. Partes de un ventilador centrífugo

(Echeverri, 2011)

FUNCIONAMIENTO

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Fig. 14. Ventilador centrífugo

Fuente: (Gutiérrez , Sanz, Oliveros, & Orozco, 2012).

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a. VENTILADORES DE ÁLABES INCLINADOS HACIA ADELANTE. Son también llamados de jaula de ardilla, tienen una hélice o rodete con las palas curvadas en el mismo sentido que la dirección de giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio,  baja velocidad periférica y son silenciosos (Goberna, 1992).

Aplicaciones Se utilizan cuando la presión estática necesaria es de baja a media tal como las que se encuentran en sistemas de calefacción, aire acondicionado o renovación de aire. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador ventila dor con aire polvoriento ya que las partículas se adhieren a las pequeñas palas curvadas y provocan el desequilibrado del rodete (Goberna, 1992).  No debe utilizarse este tipo de rodete en aquellos casos que el aire contenga materias abrasivas, ya que con la alta velocidad y la curvatura de los alabes, estos llegan a erosionarse rápidamente.

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Fig. 18. Ventilador de paletas inclinadas hacia atrás

Fuente: (Quinchia, 1988)

Fig. 19. Ventilador de paletas con perfil aerodinámico

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deslizan mejor sobre paletas rectas que curvadas, auto limpiándose si trasiegan aire cargado de polvo. Para evitar choques de aire a la l a entrada de los alabes se s e construyen también estos con una curvatura apropiada en su arranque aunque la velocidad relativa sigue r adial a la salida, consiguiendo así un mejor rendimiento. La figura 20 representa álabes de este tipo.

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Fig. 22. Álabes radiales para instalaciones forzosas

Fuente: (Echeverri, 2011) El tipo de ventilador radial que muestra la figura 22 se emplea en servicios difíciles de instalaciones industriales, por ejemplo, cuando deban pasar directamente a través del ventilador materiales extraños (tales como virutas de madera, ar ena o partículas de papel). Este rotor posee álabes radiales planos que permiten realizar ciertas reparaciones en el

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Estos ventiladores son aptos para trabajar en aplicaciones industriales con movimiento de materiales abrasivos, pero con un mayor rendimiento.

Fig. 24. Alabes tipo Radial Tip

Fuente: (Vargas, 2013)

V.

APRECIACIÓN CRÍTICA Y/O COMENTARIOS

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 b. Los ventiladores axiales son más adecuados para suministrar flujos ma yores a baja  presión (tareas de alta velocidad específica) mientras que los ventiladores centríugos están mejor adaptados para proporcionar flujos menores a alta presión (tareas de baja velocidad específica). c. Es imposible dar recomendación alguna sobre el “mejor ventilador” ya que antes de elegir un determinado tipo, se debe considerar los requisitos particulares de aplicación para cada caso que se requiera. d. Los ventiladores son fuente de ruidos que atentan contra el confort del medio donde se trabaja, por lo que su comportamiento acústico constit uye muchas veces un factor decisivo en la selección del mismo. e. La elevada inercia de un ventilador centrífugo implica que requiere más electricidad para ponerse en funcionamiento que los demás, esto puede resultar un factor significativo si la planta tiene limitaciones de suministro eléctrico.

VII.

REFERENCIAS