Informe Ventilador Axial Sfuentes

c

c c c Los ventiladores se dividen en dos grandes grupos: ‘‘c


 c 

Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo. Se suelen llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma. En líneas generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Con velocidades periféricas medianamente altas son en general ruidosos. Suelen sub-clasificarse, por la forma de su envolvente, de la siguiente manera: c VENTILADOR

HELICOIDAL

TUBE AXIAL

c

DESCRIPCION

APLICACION

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.

Se aplica en circulación y extracción de aire en naves industriales. Se instalan en pared sin ningún conducto. Utilizados con objetivo de renovación de aire.

Tienen rendimiento algo superior al anterior y es capaz de desarrollar una presión estática mayor. Por su construcción es apto para intercalar en conductos.

Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja. También se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos.

VANE AXIAL

CENTRIFOIL

Con diseños de palas AIRFOIL, permiten obtener presiones medias y altas con buenos rendimientos. Las palas pueden ser fijas o de ángulo ajustable

Tiene aplicaciones similares a los TUBEAXIAL, pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestación es relativamente más pequeño que el ventilador centrifugo equiparable.

Se trata de un ventilador con rotor centrifugo pero de flujo axial. Es decir reúne las ventajas del ventilador centrifugo y la facilidad de montaje de un axial con el consiguiente ahorro de espacio.

Las mismas aplicaciones que el ventilador VANEAXIAL.

c

‘  cccc
 c   Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°, entre la entrada y salida. Se suelen sub-clasificar, según la forma de las palas o álabes del rotor, de la siguiente manera:

VENTILADOR

CURVADAS HACIA ADELANTE

c

DESCRIPCION

APLICACION

Rotor con palas curvadas hacia adelante, apto para caudales altos y bajas presiones. No es autolimitante de potencia. Para un mismo caudal y un mismo diámetro de rotor gira a menos vueltas con menor nivel sonoro.

Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.

PALAS RADIALES

INCLINADAS HACIA ATRAS

AIRFOIL

RADIAL TIP

Rotor de palas radiales. Es el diseño más sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecánicamente, y el rodete puede ser reparado con facilidad. El diseño le permite ser autolimpiante. La potencia aumenta de forma continua al aumentar el caudal.

Empleado básicamente para instalaciones industriales de manipulación de materiales. Se le puede aplicar recubrimientos especiales antidesgaste. También se emplea en aplicaciones industriales de alta presión.

Rotor de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrás. Es de alto rendimiento y autolimitador de potencia. Puede girar a velocidades altas.

Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.

Similar al anterior pero con palas de perfil aerodinámico. Es el de mayor rendimiento dentro de los ventiladores centrífugos. Es autolimitante de potencia.

Es utilizado generalmente para aplicaciones en sistemas de HVAC y aplicaciones industriales con aire limpio. Con construcciones especiales puede ser utilizado en aplicaciones con aire sucio.

Rotores de palas curvadas hacia delante con salida radial. Son una variación de los ventiladores radiales pero con mayor rendimiento. Aptos para trabajar con palas antidesgaste. Son autolimpiantes. La potencia aumenta de forma continua al aumento del caudal.

Como los radiales estos ventiladores son aptos para trabajar en aplicaciones industriales con movimiento de materiales abrasivos, pero con un mayor rendimiento

En síntesis, en esta experiencia de laboratorio utilizamos un ventilador de flujo axial, el cual expulsa el aire a lo largo del eje del ventilador y después sale en la misma dirección. Para vencer la resistencia al flujo de aire que pasa por los ductos, se debe suministrar energía al aire, en forma de presión. Esto se logra c

mediante el impulsor rotatorio del ventilador, que ejerce fuerza sobre el aire y origina tanto flujo del aire como aumento de su presión. El experimento del ventilador fue desarrollado en el laboratorio de Gestión Energética I, con el fin de abordar el problema de forma teórica y experimental. c c


c

El experimento del ventilador axial tiene como objetivo llevar a cabo ensayos con los cuales se puedan hacer comparaciones entre una gama de posibilidad lo teórico y lo experimental, in embargo, es necesario conocer algunos conceptos, tales como:


c

Maquina rotativa que transmite energía al fluido que circula por ella, bajo la forma de aumento de presión



Flujo volumétrico determinado para la densidad del aire.

  c c Presión del aire debida solo a su grado de compresión. Puede ser positiva o negativa. En el ventilador es la diferencia entre la presión estática de salida y la presión total a la entrada.

  c Presión del aire debida solo a su movimiento. La presión dinámica puede ser solo positiva. En el ventilador será la correspondiente al promedio de las velocidades a la salida del ventilador.

  c 

Presión del aire debida a su compresión y movimiento. Es la suma algebraica de las presiones dinámica y estática en un punto determinado. Por lo tanto, si el aire está en reposo, la presión total es igual a la presión estática. En el ventilador será la diferencia entre las presiones totales determinadas a la salida y a la entrada del mismo.

c

Con estos conceptos, intentaremos estudiar cómo se comporta un fluido gaseoso, en este caso aire a temperatura ambiente y presión atmosférica, al ser sometido al ventilador axial a través de una tubería. Se medirán distintas variables y con los c

datos obtenidos se buscará corroborar la teoría, basándonos en la literatura proporcionada.

A través de la observación se intentara entender y explicar el funcionamiento del dispositivo en términos de caudal, potencia y diferencias de presión. Estableciendo las relaciones correspondientes. Por último se estudiaran los conceptos de eficiencia y rendimiento, con el objetivo de comprender cuales son las variables que se deben considerar para seleccionar un ventilador.

c

åc c

   c  c Los

experimentos

se

desarrollaron

para

determinar

las

curvas

características del ventilador y se hicieron en dos partes: å ‘ c c 
  c Con la válvula abierta a un 100% se lleva el ventilador a diferentes números de revoluciones para registrar las medidas de caudal y diferencial de presión para cada punto, se seleccionaron 8 puntos. c

Figura

3.1.: Modelo de Demostración Ventilador Axialc c

c c

c å  c cc 
 ccc  c
 c En esta segunda parte, se fijaron las revoluciones a su máximo valor con la válvula abierta a un 100% (Figura 3.2), y se registraron las medidas de caudal y diferencial de presión para este punto. Luego se cerró levemente la válvula, dejándola abierta aproximadamente un 98%, una vez que se estabilizaron los valores de medición se registraron nuevamente las medidas de caudal y diferencial de presión, y así sucesivamente hasta dejar completamente cerrada la válvula (Figura 3.3).

Figura 3.2: Válvula abierta.

c

Figura 3.3: Válvula cerrada.

†c

 cc  c

† ‘ c  c c c c  c c  c c  c


c  c

        

c

m

      

ù        

†  c  c c c c  c c  c c  c  cc  cc

 c

m
                            

c

†åc

 c

c † å ‘ c  c c    c c c 
c c c  c !c c   c  c c c  c c  c " c c  c   cc
 c" c‘#c c$‘%&‘%'#c

c

† å  cccccc
cc
c ] c c  c cc
cc (c
c  cc cc 
 c c c De la primera curva se puede observar una proporcionalidad directa entre el caudal y el número de revoluciones, es decir, al aumentar el número de revoluciones aumenta también el caudal. La curva característica ¨p vs Q nos muestra como disminuye la presión de impulsión dependiendo del caudal, lo que depende directamente de la construcción del ventilador. Para caudales cercanos a 200 m3/h la presión de impulsión alcanza sus valores más bajos y la potencia hidráulica los valores más altos. Valores superiores a 2500 rpm no tienen gran efecto sobre el caudal entregado por el ventilador ni en la presión, por lo se deduce que existe cierta velocidad óptima después de la cual no ya no es eficiente operar el ventilador, en lo cual existe una correlación negativa entre el ¨P con El Q c m
   
            

c

   Ë   

  

 Ë
    





 


c







cc

Curva característica de caudal a diferentes revoluciones La función representativa para la correlación directa entre caudal de aire v/s revoluciones es una relación lineal con pendiente positiva. El coeficiente de correlación R2 = 0.9948, vislumbrando la exactitud de la regresión lineal definida para los datos obtenidos con el experimento

m
                            

    ù

 Ë



   ù
     











Ë


Curva característica de presión de impulsión en función del caudal

La función representativa para la correlación presión de impulsión v/s caudal de aire es un polinomio cuadrático negativo. Se observa finalmente una correlación negativa entre las 2 variables analizadas. c

El coeficiente de correlación R2 = 0.9877, vislumbra la exactitud de la relación cuadrática. Como la relación es de Menor Revolución el Caudal es menor pero la mayor seria la presión por ser una correlación negativa, a menor revoluciones menor caudal y mayor presión.

c

† å åcc c c  c  c c  c c c  c c  c c  c c
 c c  c cc" cc c c cc‘)c#c *cc cc 
c   cc
 +c c Para evaluar el rendimiento del ventilador se tiene el siguiente balance de energía: B1 + Wv = B2 + ǻHf + ǻHk B1y2

Bernoulli de entrada y salida del ventilador

ǻHf

Pérdidas por fricción

ǻHk

Pérdidas debido al equipo, es decir, largo equivalente

Wv

Energía aportada por el ventilador

Teniendo presente el supuesto que no consideramos pérdidas por fricción, se tiene lo siguiente:

Wv = B2 ± B1

Wv = P2 + V²2 + Z2 ± (P1/ȡaire + V²1 /2g + Z1) Puesto que las velocidades son iguales y la altura es la misma para la entrada y salida se tiene lo siguiente:

Wv = P2 ± P1 = ǻP

ȡaire

ȡaire

Luego, como ȡ aire = 1,238 [kg/m3] tenemos que la potencia real sobre la potencia ideal, esto es el rendimiento del ventilador, se muestra en la siguiente tabla (en función a los diferenciales de presión y caudales medidos): Pot Entregado= W* ȡ* Q

Wv=¨P/ȡ c

Pot Entregado= ¨P/ȡ * ȡ* Q Pot Entregado= ¨P* Q

ù       

ù        

Ë      

  ù Ë       

!"#$%&'()%"
&%*  +&
#,-  

      

       

  

     

      

    









 

Se observa que el rendimiento del ventilador aumenta a medida que aumenta el del caudal. Por lo tanto el ventilador presenta un mayor rendimiento cuando le entrega mas energía al sistema.

c

     

† å † c  c c  c c c c

c c

  cc
 ccc  ccc c%†',c*cc 
cc +c c D=

P R*T

Donde: D = densidad [kg/m3] P = presion [Pa] (98658,55 Pa=740 mmHg) R = constante de los gases [J/(kg*°K)] = 287.05 para el aire seco T = temperatura [°K] (40ºC = 313ºK)

D= 740[mmHg]/(287.05 [J/Kg*ºK] *313[ºK]) c%c‘ '-.c/012å c3c4c5678c%c‘ å.c/012å

c

 ccc  c c Ô

La curva presión de diferencial v/s caudal de aire no presenta una evolución constante ya que para algunos rangos de aumento del caudal, no se genera aumentos de presión.

Ô

Podemos suponer que estos comportamientos se deben a efectos hidrodinámicos por la composición y características del sistema.

c c c)

c  c Podemos concluir de acuerdo a lo experimentado, que una variación creciente en las revoluciones o velocidad en el ventilador axial genera un aumento del caudal de aire que circula a través de la tubería. Por otra parte, al mantener la velocidad del ventilador constante y variar el área de circulación por medio del cierre de la válvula mariposa, es posible notar que las diferencias de presión comienzan a aumentar, experimentando una relación negativa entre las secciones y las variaciones de presión, llegando a su máximo ǻp una vez que la el caudal de circulación llega a cero. Los criterios para seleccionar un ventilador son: 0

Caudal en condiciones de trabajo

0

El rendimiento para el caudal requerido

0

La presión estática o total.

0

Las condiciones de trabajo: densidad, temperatura, composición y características de los gases, porcentaje de humedad

c

0

Velocidad de salida máxima

0

Revoluciones por minuto