diseño y fabricación de ventilador industrial...
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Proyecto Fin de Carrera
Departamento de Ingeniería Energética
Escuela Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Diseño y fabricación de
ventilador industrial ATEX
Autor: Alberto Romero López
Tutor: Amalia Santana Hidalgo
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Contenido
1 INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................. 5
1.1 ANTECEDENTES............................................................................................................................................ 5
2 AEIB VENTILATEURS.................................................................................................................................... 6
2.1 HISTORIA...................................................................................................................................................... 6 2.2 ESTRUCTURA DE LA EMPRESA ...................................................................................................................... 7 2.3 INSTALACIONES............................................................................................................................................ 8 2.4 TAREAS DEL DEPARTAMENTO TÉCNICO...................................................................................................... 11
3 VENTILADORES CENTRÍFUGOS. SEMEJANZA ................................................................................... 13
3.1 CURVA DE FUNCIONAMIENTO DE UN VENTILADOR ..................................................................................... 14 3.2 PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES .............................................................................................................. 14 3.3 SEMEJANZA ................................................................................................................................................ 15
4 VENTILADOR HPB ATEX 850..................................................................................................................... 17
4.1 CARACTERÍSTICAS EXIGIDAS POR EL CLIENTE ............................................................................................ 18
5 NORMATIVA TENIDA EN CUENTA EN EL DISEÑO............................................................................. 21
5.1 DIRECTIVA 98/37/CE SOBRE SEGURIDAD EN MÁQUINAS ........................................................................... 21 5.2 DIRECTIVA 97/23/CE SOBRE EQUIPOS A PRESIÓN ...................................................................................... 22 5.3 DIRECTIVA 94/9/CE ATEX........................................................................................................................ 23
5.3.1 Análisis de riesgo .................................................................................................................................. 24 5.3.2 Limitación de temperatura .................................................................................................................... 25 5.3.3 Comportamiento ante choques.............................................................................................................. 26 5.3.4 Estanqueidad de la voluta ..................................................................................................................... 26 5.3.5 Resistencia mecánica del rodete ........................................................................................................... 26 5.3.6 Asociación de materiales ...................................................................................................................... 26 5.3.7 Vibración............................................................................................................................................... 27 5.3.8 Depósitos en el interior de la voluta ..................................................................................................... 27 5.3.9 Juego entre elementos móviles y fijos ................................................................................................... 28 5.3.10 Fijación rodete-eje............................................................................................................................ 28 5.3.11 Corrosión.......................................................................................................................................... 28 5.3.12 Resistencia al fuego .......................................................................................................................... 28 5.3.13 Protección contra partículas exteriores ........................................................................................... 29 5.3.14 Material eléctrico ............................................................................................................................. 29 5.3.15 Cargas electrostáticas ...................................................................................................................... 29 5.3.16 Placa identificativa ........................................................................................................................... 29 5.3.17 Documentación para el usuario........................................................................................................ 30
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6 DISEÑO HIDRÁULICO DEL VENTILADOR ............................................................................................ 31
6.1 DESCRIPCIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS Y PROGRAMAS DE CÁLCULO......................................................... 31 6.1.1 Ventajas e inconvenientes del método de diseño................................................................................... 32
6.2 OBTENCIÓN DE LAS DIMENSIONES CARACTERÍSTICAS ................................................................................ 33
7 DISEÑO DE DETALLE DEL VENTILADOR............................................................................................. 40
7.1 MATERIAL.................................................................................................................................................. 41 7.2 GEOMETRÍA DEL RODETE ........................................................................................................................... 42 7.3 GEOMETRÍA DE LA VOLUTA........................................................................................................................ 44 7.4 REFUERZO TUBO DE ASPIRACIÓN................................................................................................................ 45 7.5 MOTOR....................................................................................................................................................... 46 7.6 ESTANQUEIDAD DE LA VOLUTA.................................................................................................................. 47 7.7 ESTRUCTURA SOPORTE............................................................................................................................... 49 7.8 SUSPENSIÓN ............................................................................................................................................... 51
8 PROCESOS DE FABRICACIÓN .................................................................................................................. 53
8.1 CORTE DE PIEZAS EN CHAPA....................................................................................................................... 53 8.2 PLEGADO DE PIEZAS EN CHAPA................................................................................................................... 55 8.3 MECANIZADO DE PIEZAS ............................................................................................................................ 56 8.4 SOLDADURA............................................................................................................................................... 57 8.5 DECAPADO DE PIEZAS ................................................................................................................................ 59 8.6 EQUILIBRADO DEL RODETE ........................................................................................................................ 60 8.7 MONTAJE FINAL ......................................................................................................................................... 60
9 ENSAYOS......................................................................................................................................................... 62
9.1 NORMA AFNOR NF X 10-200................................................................................................................... 62 9.1.1 Ámbito de aplicación............................................................................................................................. 62 9.1.2 Principios del método de ensayo........................................................................................................... 63 9.1.3 Descripción de la instalación................................................................................................................ 63
9.2 OBTENCIÓN DE LOS PUNTOS DE FUNCIONAMIENTO .................................................................................... 67 9.2.1 Magnitudes a medir............................................................................................................................... 67 9.2.2 Parámetros necesarios.......................................................................................................................... 68 9.2.3 Cálculo del caudal másico ................................................................................................................... 68 9.2.4 Cálculo del caudal volumétrico ............................................................................................................ 69 9.2.5 Cálculo del incremento de presión del ventilador................................................................................. 69 9.2.6 Cálculo del rendimiento ........................................................................................................................ 71
9.3 COMENTARIOS ACERCA DEL ENSAYO ......................................................................................................... 73 9.4 DESCRIPCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN .................................................................................................... 73
9.4.1 Conducto de ensayos............................................................................................................................. 74 9.4.2 Variador de frecuencia.......................................................................................................................... 74 9.4.3 Manómetro ............................................................................................................................................ 75 9.4.4 Analizador de energía eléctrica ............................................................................................................ 76 9.4.5 Pinza amperimétrica ............................................................................................................................. 77
4
9.4.6 Tacómetro ............................................................................................................................................. 77 9.4.7 Termómetro........................................................................................................................................... 78
9.5 PROTOCOLO DE REALIZACIÓN DE ENSAYOS................................................................................................ 78 9.6 REALIZACIÓN DEL ENSAYO ........................................................................................................................ 80 9.7 RESULTADOS OBTENIDOS ........................................................................................................................... 80
10 OTROS ENSAYOS...................................................................................................................................... 83
10.1 TEMPERATURA MÁXIMA DE SUPERFICIE ..................................................................................................... 83 10.2 IMPACTO .................................................................................................................................................... 83 10.3 ESTANQUEIDAD.......................................................................................................................................... 84 10.4 RESISTENCIA DEL RODETE.......................................................................................................................... 85 10.5 VIBRACIÓN................................................................................................................................................. 85
11 PRESUPUESTO .......................................................................................................................................... 86
12 CONCLUSIONES........................................................................................................................................ 87
13 BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................................... 88
ANEXOS.................................................................................................................................................................... 90
A. PLANOS DE FABRICACIÓN........................................................................................................................ 91
B. DIMENSIONES DEL TÚNEL DE ENSAYOS ............................................................................................. 93
C. FICHA DE RESULTADO DE ENSAYOS .................................................................................................... 94
D. INSTRUCCIONES DE INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO............................................................... 95
E. OTRAS APLICACIONES DEL PROCESO DE DISEÑO Y FABRICACIÓN ......................................... 96
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1 Introducción
1.1 Antecedentes
El presente proyecto fin de carrera surge a partir de las prácticas realizadas por el
autor en la empresa AEIB Ventilateurs, con sede en Burdeos (Francia), en el marco del
programa europeo Cronos-Leonardo da Vinci entre septiembre y diciembre de 2005.
AEIB Ventilateurs es una sociedad dedicada a la fabricación y comercialización de
ventiladores industriales de distintos tipos, entre ellos máquinas a medida de
fabricación especial. Para el estudio y elaboración de los proyectos de dichas
máquinas, la empresa dispone de un departamento técnico específico. Es en este
departamento en el que el autor desarrolló su trabajo.
En este documento se pretende describir el proceso de diseño y fabricación de
ventiladores utilizado en una pequeña sociedad industrial como AEIB, aplicado a uno
de los proyectos llevados a cabo por el autor. Igualmente se trata de justificar cada
una de las decisiones técnicas tomadas, para lo que se expondrán los medios
disponibles y las limitaciones de una empresa de este tipo, las exigencias de la
normativa vigente en Francia y del cliente, así como las distintas consideraciones
teóricas tenidas en cuenta.
En primer lugar se hará una breve presentación de AEIB y de sus instalaciones. A
continuación se realizará una descripción de los ventiladores centrífugos y de su
funcionamiento, así como de alguna noción teórica. Los siguientes capítulos están
dedicados al ventilador HPB ATEX 850: exigencias del cliente, normativa, diseño,
fabricación y ensayos. Por último se enumerarán otros proyectos en los que ha
participado el autor de este documento con el objetivo de ofrecer una idea de la clase
de proyecto en que trabaja habitualmente el departamento técnico de AEIB y la forma
general de proceder ante ellos.
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2 AEIB Ventilateurs
AEIB (Appareillages Electro-Industriels Bordelais) Ventilateurs es una sociedad
dedicada a la fabricación y comercialización de ventiladores industriales, en general en
pequeñas partidas. Con más de 25 años de experiencia, la empresa se ha centrado en
la atención a clientes con necesidades especiales. En su amplio catálogo se puede
encontrar una gran variedad de máquinas aptas para casi cualquier aplicación
industrial, de distintas potencias, materiales y configuraciones, así como sus
accesorios. Además, su departamento técnico diseña máquinas a medida con el
objetivo de adaptarse a las características de los proyectos más exigentes. AEIB ofrece
igualmente asesoramiento técnico en proyectos relacionados con ventilación o
impulsión de gases.
2.1 Historia
La sociedad AEIB Ventilateurs fue creada en la ciudad francesa de Burdeos en 1969
por el señor y la señora Morin como sociedad comercial dedicada a la venta de
ventiladores helicoidales, hélices y motores. Tras la compra de los almacenes LAMEL
(empresa relacionada también con el sector de los ventiladores) en 1971, la sociedad
aumenta su oferta con accesorios antideflagrantes, entre otros productos.
Cinco años más tarde, la sociedad decide cambiar de instalaciones, añadiendo a las
nuevas un pequeño taller de fabricación y montaje que le permitirá acrecentar su
gama de productos y satisfacer mejor las necesidades de sus clientes.
En 1982 se abre una agencia comercial en Marsella para facilitar el acceso al mercado
de aquella zona del país.
En 1984 la sociedad vuelve a necesitar mayores instalaciones y cambia su sede a los
locales que ocupa actualmente, con una superficie de 9500 m2, de los que 5000 m2
están destinado a fabricación y almacenaje.
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En el año 2000 se abre una nueva agencia comercial, esta vez en Lyon.
En 2003 AEIB es auditada y obtiene la certificación ISO 9001 y la notificación ATEX
(atmósferas explosivas).
A lo largo de todos estos años, la sociedad fue aumentando la gama de productos
ofertados, incluyendo ventiladores centrífugos. Actualmente AEIB comercializa
ventiladores industriales dentro de un gran rango de puntos de funcionamiento,
adaptados a todo tipo de atmósfera (explosivas, corrosivas...) y de condiciones (alta
temperatura, presión...), en distintos materiales (acero, acero inoxidable, aluminio,
materiales compuestos...), así como sus accesorios. Además de las gamas estándares,
AEIB también diseña y fabrica máquinas especiales por encargo. El volumen de
negocio de AEIB es de unos 3 millones de euros, de los que el 5 % procede de la
exportación.
2.2 Estructura de la empresa
Actualmente trabajan en AEIB 22 personas, organizadas de la siguiente forma:
• Dirección: Sra Beauquin, actual propietaria de la empresa
• Departamento técnico:
o Responsable del departamento: Sr Saldou
o Equipo: 1 ingeniero y 1 técnico
• Servicio comercial: 4 técnicos en Burdeos, 1 en Marsella y 1 en Lyon
• Departamento de compras: 1 técnico
• Administración: 2 empleados
• Expedición / recepción / almacén: 1 empleado
• Producción:
o 1 responsable de producción
o 2 soldadores
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o 4 caldereros
o 1 mecánico-electricista
2.3 Instalaciones
La sede social y centro de producción de AEIB se encuentra en la zona industrial de la
Bastide, en el 131 rue des Vivants de Burdeos (Francia). Sus instalaciones constan de
una nave principal de fabricación y almacenaje de 5000 m2 y varios edificios anexos en
los que sitúan las oficinas, los vestuarios, el comedor y pequeños almacenes de
material diverso. En la nave principal se encuentra también la sala de ensayos.
Fig. 2.3a) y b) Instalaciones de AEIB: Taller, almacén y oficinas
En el taller de fabricación se realizan operaciones de corte y plegado de chapa,
mecanizado, soldadura, decapado, pintura, equilibrado y montaje. Para ello se dispone
de:
- 1 máquina de corte por plasma de control numérico
- 1 puesto de corte por plasma manual
- 1 cizalladora de control numérico
- 1 punzonadora
- 1 sierra circular
- 2 fresadoras
- 1 torno
- 1 mortajadora
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- 1 plegadora de control numérico
- 1 plegadora manual
- 1 equipo de rodillos para enrollar chapa
- 8 puestos de soldadura MIG
- 1 puesto de soldadura TIG
- 2 máquinas de equilibrado dinámico
- 1 cabina de pintura
- 1 cuba de ácido para decapado
- 1 puente grúa de 3,5 toneladas
Fig. 2.3c) Máquina de corte por plasma
Fig. 2.3d) Plegadora
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Para la realización de ensayos, además de los instrumentos de medida, variadores de
frecuencia... AEIB cuenta con un cajón de ensayos AMCA y 3 tubos de diferentes
diámetros para ensayos de “cajón reducido”.
Fig. 2.3e) Cajón de ensayos AMCA
Fig. 2.3f) Tubo para ensayos con el método del “cajón reducido”
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2.4 Tareas del departamento técnico
El procedimiento utilizado en AEIB para afrontar un proyecto de ejecución de una
máquina es esencialmente siempre el mismo:
1. Recepción del dossier del proyecto del departamento comercial.
2. Estudio de las características exigidas a la máquina y de las particularidades del
proyecto (temperatura, presión en la aspiración, fluido a impulsar, restricción
de dimensiones, normativa a respetar...) y prediseño básico (dimensiones
básicas, potencia requerida, sistema de estanqueidad, materiales, procesos de
fabricación...).
3. Presentación del proyecto al responsable del departamento, discusión de las
soluciones adoptadas y elaboración de un presupuesto inicial.
4. Entrega al departamento comercial de la oferta a realizar al cliente.
5. En caso de aceptación de la oferta, diseño hidráulico de la máquina utilizando el
programa de cálculo de que dispone AEIB.
6. Elección de un motor teniendo en cuenta la potencia en eje necesaria y las
características especiales del proyecto.
7. Diseño del ventilador. Para ello se realiza un modelo en 3D de cada pieza
respetando en lo posible las dimensiones obtenidas en el programa de cálculo,
pero realizando las modificaciones que se consideren oportunas para adaptarse
a las características del proyecto y para simplificar la fabricación. A continuación
se realiza el montaje de las piezas y se comprueba que las dimensiones son
correctas. El programa utilizado ha sido Pro Desktop.
8. Elección de elementos especiales (piezas de conexión, válvulas de seguridad,
sensores, compensadores de dilatación, elementos de estanqueidad...) e
inclusión en el modelo 3D.
9. Diseño de la estructura soporte, cajones insonorizados... según el proyecto.
10. Comprobación de resistencia mecánica de las piezas y rediseño en los casos en
que sea necesario.
11. Elaboración de los planos de las piezas que no puedan ser cortadas en AEIB
para consulta de precios. Contacto con proveedores de motores y otras piezas.
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12. Elaboración de planos y envío al cliente para aprobación.
13. Realización de las modificaciones exigidas y elaboración de planos de
fabricación.
14. Entrega al departamento de compras de la solicitud de compra de piezas y
materiales y envío a taller del dossier de fabricación.
15. Seguimiento de la fabricación.
16. Realización de ensayos.
17. Redacción de documentos a entregar al cliente.
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3 Ventiladores Centrífugos. Semejanza
Un ventilador es, como se sabe, una máquina destinada a impulsar gases, a poner una
masa de gas en movimiento generando una corriente. Las características que definen
el funcionamiento de un ventilador son el caudal de gas que es capaz de impulsar y el
salto de presión que vence dicho caudal gracias a la acción de la máquina. Los
ventiladores se diferencian de los compresores en que estos últimos están diseñados
para diferencias de presión entre entrada y salida grandes, siendo su objetivo principal
comprimir el gas, mientras que los ventiladores tienen por misión más importante
generar una corriente de gas, siendo la diferencia de presión a salvar pequeña.
Existen distintos tipos de ventilador: centrífugos, helicoidales, mixtos… Los ventiladores
centrífugos están compuestos por un recipiente o voluta con un conducto de entrada y
otro de salida en cuyo interior gira un rodete. Este rodete aspira el gas por su abertura
central (que coincide con el conducto de aspiración de la voluta, siendo la entrada
básicamente axial) y lo impulsa radialmente gracias a la fuerza centrífuga. El gas
acumulado en la periferia de la voluta se ve forzado a salir por el conducto de salida de
la voluta, estableciéndose la corriente deseada.
Fig. 3a) y b) Ventilador centrífugo con la voluta montada y sin ella
Los ventiladores desarrollados por encargo por el departamento de diseño de AEIB son
prácticamente todos centrífugos.
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3.1 Curva de funcionamiento de un ventilador
Como se ha comentado previamente, un ventilador centrífugo consta de una voluta y
un rodete que gira en su interior. Dado un ventilador con una geometría determinada y
girando a una velocidad dada, para cada diferencia de presión a salvar entre entrada y
salida (por ejemplo las pérdidas de carga del circuito en que esté instalada la máquina)
el caudal vendrá también dado. Las distintas combinaciones caudal-presión que se
pueden conseguir con un ventilador girando a una velocidad de giro concreta forman
su “curva de funcionamiento”. A continuación se presenta una curva de
funcionamiento típica de un ventilador centrífugo. Como se observa hay una relación
inversa entre diferencia de presión a salvar y caudal impulsado.
Caudal
Incr
emen
to d
e pr
esió
n
Fig. 3.1a) Curva característica de un ventilador centrífugo
3.2 Parámetros más importantes
Hay una gran cantidad de parámetros que influyen en el funcionamiento de un
ventilador centrífugo, pero se pueden resumir en tres: la geometría del ventilador, su
velocidad de giro y las propiedades y estado del gas impulsado. Se puede demostrar
aplicando las leyes de la dinámica de fluidos que el caudal desplazado por un
ventilador centrífugo y la diferencia de presión salvada son:
vbDQ ωηπ 222=
hDp ηωρ 222=Δ
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donde
D2: diámetro exterior del rodete
b2: anchura del rodete en la circunferencia exterior
ω: velocidad de giro del rodete
ρ: densidad del gas
ηv: rendimiento volumétrico
ηh: rendimiento hidráulico
Es decir, el caudal que da un ventilador centrífugo aumenta al aumentar el diámetro
exterior, la distancia entre discos o la velocidad de giro del rodete. La diferencia de
presión vencida aumenta con el cuadrado del diámetro exterior y con el cuadrado de la
velocidad de giro. Los rendimientos volumétrico e hidráulico vendrán dado por las
condiciones de funcionamiento así como por como el resto de dimensiones del
ventilador, las características del fluido...
3.3 Semejanza
El movimiento de los fluidos en el interior de las máquinas es muy complejo, por lo que
se recurre muchas veces en el diseño de máquinas hidráulicas a las leyes de
semejanza, con las que se puede obtener la curva de funcionamiento de una máquina
a partir de otra geométricamente semejante. Esto permite el diseño por medio de
prototipos. Dos máquinas son semejantes geométricamente cuando los ángulos
semejantes son iguales en ambas máquinas y la relación entre dimensiones
semejantes es constante, es decir cuando son exactamente iguales en sus
proporciones pero tienen distinto tamaño. Compararemos ahora los caudales y las
diferencias de presión de dos ventiladores geométricamente semejantes:
vbbbb
vaaaa
b
a
bDbD
ηωπηωπ
222
222=
hbbbb
haaaa
b
a
DD
pp
ηωρηωρ
222
222=
ΔΔ
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La semejanza geométrica implica que:
b
a
b
a
bb
DD
2
2
2
2 =
Además podemos considerar que los rendimientos volumétrico e hidráulico son iguales,
ya que los puntos de funcionamiento dos máquinas dinámica y geométricamente
semejantes son homólogos. De esta forma nos queda que:
bbb
aaa Q
DD
Qωω
32
32=
bbbb
aaaa p
DD
p Δ=Δ 222
222
ωρωρ
Gracias a estos resultados podemos obtener a partir de la curva de funcionamiento de
un ventilador centrífugo las curvas de funcionamiento de toda la familia de
ventiladores semejantes a él, para cualquier velocidad de giro y densidad del gas a
impulsar. Hay que tener en cuenta sin embargo que, cuando las dimensiones de la
máquina son suficientemente pequeñas como para que el efecto de la rugosidad del
material tenga sensibilidad, las relaciones de partida (las mostradas en el apartado
anterior) se ven afectadas por el efecto de la viscosidad, lo que invalida las relaciones
de semejanza. Teniendo en cuenta que la potencia transmitida al fluido es proporcional
al producto de caudal y salto de presión tenemos también la relación de semejanza de
potencia:
bbbb
aaaa W
DD
W 352
352
ωρωρ
=
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4 Ventilador HPB ATEX 850
La máquina que se va a utilizar como ejemplo para presentar el proceso de diseño y
fabricación empleado en AEIB es el ventilador HPB ATEX 850. Se trata de un ventilador
centrífugo realizado en acero inoxidable por construcción mecánico-soldada, impulsado
por un motor eléctrico de 30 kW.
El ventilador HPB ATEX 850 fue encargado por la ingeniería SOGEQUIP para formar
parte de una instalación de tratamiento de gases en el centro de Val de Reuil
propiedad de la sociedad farmacéutica PFIZER. Se trata de un proyecto de carácter
confidencial, por lo que sólo se describirá la instalación de forma esquemática. Los
gases a tratar se generan en algunos de los procesos que tienen lugar en la planta, y
consisten fundamentalmente en nitrógeno con un pequeño porcentaje de oxígeno y
una concentración importante de COV (compuestos orgánicos volátiles). Estos COV son
hidrocarburos suspendidos y son contaminantes, por lo que no deben ser vertidos a la
atmósfera. El objetivo de la instalación es el de limpiar los gases procedentes de los
reactores antes de su evacuación.
La instalación consta de dos grupos de impulsión de gases (ventiladores HPB ATEX 545
y ventilador HPB ATEX 850), una unidad criogénica de condensación de disolventes y
una unidad de adsorción sobre lecho de carbono activo. Los gases son extraídos del
reactor por los ventiladores HPB ATEX 545 e impulsados en la unidad de enfriamiento.
El ventilador HPB ATEX 850 se encarga de establecer la corriente que hace que los
gases ya fríos atraviesen la unidad de adsorción en que se quedan retenidos los COV,
consiguiéndose de esta forma limpiar el gas. Por estar fuera del objetivo de este
documento no se describirá con más detalle la instalación, que es en realidad algo más
compleja, con algunos elementos que no se han mencionado, sistemas de recirculación
y bypass, sistema de control en continuo…
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HPB ATEX 545
HPB ATEX 545
REACTOR
UNIDADCRIOGÉNICA HPB ATEX 850
UNIDAD DEADSORCIÓN
Salidade gasestratados
Fig. 4a) Esquema de la instalación de tratamiento de gases
El diseño de la instalación corresponde completamente a SOGEQUIP, que definió las
características de funcionamiento de cada equipo, siendo la labor de AEIB únicamente
el diseño y construcción de los ventiladores conforme a las condiciones exigidas.
Los tres ventiladores se diseñaron y construyeron entre octubre y diciembre de 2005,
ocupándose del proyecto el autor de este documento, bajo la supervisión del
responsable del departamento técnico Olivier Saldou. Los tres ventiladores están
actualmente instalados en la planta de PFIZER en Val de Reuil.
4.1 Características exigidas por el cliente
El cliente (SOGEQUIP) aportó al realizar el pedido un documento con las condiciones a
cumplir por cada ventilador. La más importante es el punto de funcionamiento nominal
que debe alcanzarse para que la máquina cumpla con su cometido dentro de la
instalación, pero también se exigían otras características como que la voluta fuera
estanca o que las piezas en contacto con el fluido estuviesen fabricadas en acero
inoxidable. Además se ponían límites a los niveles de ruido generado, y otras
condiciones que se expondrán a continuación.
El documento de SOGEQUIP también daba información necesaria para el diseño, como
las fuentes de alimentación eléctrica disponibles en el centro, las bridas de unión
empleadas en la instalación… Uno de los datos más importantes era la advertencia de
que tanto el gas a impulsar por el ventilador como la atmósfera en que éste iba a
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situarse serían potencialmente explosivos, lo que condicionaría el diseño con vistas a
evitar este riesgo cumpliendo la normativa ATEX.
El punto de funcionamiento del ventilador HPB ATEX 850 en condiciones ambiente (es
decir, cuando el gas impulsado es aire a 20 ºC y a una presión de 1 atmósfera) debía
ser:
• Caudal nominal: 2500 Nm3/h
• Altura manométrica total nominal: 140 hPa
Sobre el gas a transportar se suministró la siguiente información:
• Presión de aspiración: -5 / +5 hPa
• Presiones extremas: -10 a +200 hPa
• Temperatura nominal de entrada: -40ºC
• Fluido: Nitrógeno y COV con posibilidad de presencia de oxígeno
• Composición aproximada del gas:
o Di-cloro metano: 25 g/Nm3
o Otros compuestos orgánicos: 50 g/Nm3 (Metanol, acetona, etanol...)
o Monóxido de carbono: 300 ppm
o Dióxido de carbono: 100 ppm
o Oxígeno: 5 %v (como máximo 15 %v)
o Nitrógeno: El complemento a 100 %
o Punto de rocío mayor: 4 ºC
o Trazas eventuales de ácido clorhídrico
o Partículas: Ninguna
Entre las condiciones constructivas se encuentran:
• El fabricante garantizará la adecuación de la máquina a la normativa
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• La voluta del ventilador será estanca sin ninguna entrada de aire
• En el rango de temperaturas y presiones de funcionamiento es posible la
condensación de disolventes en la voluta, por lo que estará equipada con
purgas, encargándose Sogequip de la recogida del líquido condensado
• Uniones con el resto de la instalación: DN 250 PN 16 según AFNOR
• La estructura soporte será diseñada por el fabricante
• Las piezas en contacto con el fluido estarán fabricadas en acero inoxidable 316L
• Las juntas serán elegidas por el fabricante
• No se tolerará la presencia de amianto
• Los materiales utilizados serán conformes con la normativa AFNOR
• Acabado:
o Interior: Elementos en contacto con el gas en acero inoxidable no
pintado
o Exterior (partes de acero inoxidable): Decapado
o Exterior (otros materiales): Pintura anti-corrosión
• Insonorización: Presión sonora máxima de 76 dB(A) medidos según AFNOR
• Alimentación eléctrica: 400 V, 50 Hz, trifásico + tierra
• La velocidad de giro del ventilador debe ser variable para adaptarse a las
variación de las pérdidas de carga de la instalación
También se facilitaron los siguientes datos:
• Régimen de funcionamiento: 7 días sobre 7
• Implantación: Exterior bajo abrigo
• Clasificación ATEX del ambiente exterior: ATEX II 3G – II B T4
• Clasificación ATEX del ambiente interior: ATEX II 2G – II B T4
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5 Normativa tenida en cuenta en el diseño
El diseño de una máquina está condicionado, además de por lo pactado con el cliente,
por las exigencias de seguridad de las distintas normas aplicables. En el diseño del
ventilador HPB ATEX 850 se tuvieron en cuenta las siguientes directivas europeas:
• Directiva 98/37/CE sobre Seguridad en Máquinas
• Directiva 97/23/CE sobre Equipos a Presión
• Directiva 94/9/CE ATEX (Aparatos y Sistemas de Protección para Uso en
Atmósferas Potencialmente Explosivas)
Estas directivas se desarrollan en cada país en normas concretas. Las normas
francesas, redactadas por la AFNOR, suelen establecer en primer lugar un sistema de
clasificación del aparato para evaluar su peligrosidad en relación a un determinado
aspecto. Si la máquina es suficientemente peligrosa, se suele obligar a realizar un
análisis de riesgos y a proponer medidas para eliminar o reducir los riesgos asociados
al aparato y a su funcionamiento. En algunos casos las normas también pueden
realizar exigencias de diseño concretas, obligar a la realización de determinados
ensayos…
5.1 Directiva 98/37/CE sobre Seguridad en Máquinas
La norma que recoge las exigencias de esta directiva para ventiladores industriales es
la NF ISO 12499 “Seguridad mecánica de ventiladores”. Según esta norma deben
evaluarse los fenómenos relacionados con el ventilador y su funcionamiento que
pueden ser motivo de lesiones para las personas y eliminarlos si es posible, y si no lo
es establecer medios de protección e informar al usuario de los riesgos. La lista de
riesgos evaluados y las disposiciones adoptadas son las siguientes:
• Contacto con piezas móviles: Las piezas móviles están situadas en el interior de
la voluta, que dispondrá de rejillas en la entrada y la salida. Se informará al
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cliente de que no se debe desmontar la voluta hasta que no se haya
comprobado que la rueda está completamente parada.
• Arrastre por la corriente de aspiración: Hay rejillas en la aspiración y el
ventilador está conectado a un conducto. Se informará al cliente del peligro de
ser arrastrado por la corriente de aspiración.
• Objeto despedido a gran velocidad por la impulsión o la aspiración: Las rejillas
evitarán la penetración de elementos extraños que puedan ser posteriormente
despedidos.
• Rotura de algún elemento del ventilador: Se informará al cliente de que ante
cualquier signo de fallo estructural de alguna pieza se debe parar la máquina y
avisar al fabricante.
• Contacto con superficies a alta temperatura: Se realizará un estudio de
temperatura superficial para comprobar que las temperaturas alcanzadas no
sean peligrosas. En caso de que lo sean, se informará al cliente del riesgo.
• Apertura no autorizada o accidental de la carcasa: Todas las rejillas, tapas y
elementos de cierre de la voluta estarán fijadas con dispositivos (como
tornillos) que sólo puedan ser retirados haciendo uso de herramientas para
evitar que alguien pueda acceder al interior de la voluta accidentalmente.
• Contacto eléctrico: Todas las masas de la máquina estarán conectadas a tierra.
Se exigirá al fabricante del motor que cumpla la reglamentación
correspondiente.
Se incluye en anexo el documento que entrega AEIB a sus clientes con las
instrucciones de seguridad de sus ventiladores.
5.2 Directiva 97/23/CE sobre Equipos a Presión
Esta directiva es de aplicación para todos aquellos recipientes cuya presión interior es
distinta de la exterior, condicionando su diseño y su fabricación en función de su
peligrosidad con el objeto de reducir el riesgo de accidentes por fallo mecánico.
23
Siguiendo esta directiva, el ventilador HPB ATEX 850 queda clasificado como no
peligroso en cuanto a recipiente sometido a presión. Esto era de esperar, ya que la
presión del gas en la aspiración según los datos facilitados por el cliente es del orden
de la atmosférica, y el incremento de presión que genera un ventilador es pequeño,
por lo que los incrementos de presión máximos en el interior de la voluta serán del
orden de un 20% de la atmosférica, que es un valor muy pequeño.
La directiva clasifica en primer lugar el fluido, que por ser potencialmente explosivo
será de grupo 1. Para recipientes conteniendo gases de grupo 1 bajo una presión
inferior al 50 % de la atmosférica no son aplicables las normas de diseño de
recipientes bajo presión, por lo que no tenemos en este sentido más obligaciones que
respetar las “normas del buen hacer”.
5.3 Directiva 94/9/CE ATEX
Esta directiva regula el diseño y fabricación de aparatos que van a ser usados en
presencia de atmósferas explosivas o potencialmente explosivas. La directiva clasifica
el equipo en función de las condiciones de funcionamiento (características de los gases
presentes, uso previsto…) y a continuación remite a las normas específicas aplicables a
cada tipo de máquina en cada país.
La clasificación ATEX del ventilador fue llevada a cabo por el cliente. Su categorización
fue ATEX II 2G-II B T4, es decir:
• Aparato de grupo II: No apto para uso minero
• Categoría 2: Aparatos destinados a un ambiente en el que atmósferas
explosivas debidas a mezclas de aire y gas, de vapores o polvos inflamables se
manifestarán probablemente. Los medios de protección de estos aparatos
deben asegurar el nivel de protección requerido durante su funcionamiento
normal y en el caso de disfunciones previsibles.
• Grupo G: Atmósfera explosiva debida a gas o vapores
• Grupo de gases explosivos IIB
• Clase de temperatura T4: Temperatura máxima de superficie admisible 135 ºC
24
En AEIB se procedió a seguir la normativa francesa para ventiladores industriales con
esta clasificación ATEX. Las normas tenidas en cuenta en el diseño de la máquina han
sido la NF EN 13463-1 Material no eléctrico para uso en atmósferas explosivas y la Pr
NF EN 14986 Diseño de ventiladores para atmósferas explosivas. Las consideraciones
de estas normas que se tuvieron en cuenta se exponen a continuación.
5.3.1 Análisis de riesgo
La normativa ATEX exige para los aparatos de categoría 2 una lista de todas las
posibles causas de inflamación durante el funcionamiento normal y en el caso de una
disfunción. Los riesgos evaluados durante el funcionamiento normal, las medidas
aplicadas para evitarlos y los sistemas de protección utilizados han sido:
• Rozamiento entre piezas móviles y fijas (turbina y voluta): Se respetarán los
juegos establecidos por la norma
• Descarga de electricidad estática: Se verificará la continuidad eléctrica entre
todos los elementos del ventilador estarán y se limitará el espesor de la capa de
pintura según norma
• Choque de algún elemento extraño sobre la voluta que origine una deformación
sobre la misma y un rozamiento entre ésta y la turbina: Se realizará un ensayo
de resistencia a choque de la voluta según norma
• Aumento de la temperatura en la superficie de las piezas por encima de 135
ºC: Se llevará a cabo un ensayo de temperatura superficial
• Sobrecalentamiento del motor: El motor estará protegido por correctamente
para evitar sobrecalentamientos
Las disfunciones previsibles que se han encontrado han sido:
• Falta de apriete del tornillo de fijación del rodete al eje del motor permitiendo
un rozamiento entre piezas: Deberá verificarse periódicamente el apriete de
tuercas y tornillos
25
• Vibraciones que originen una deterioro de la turbina o una falta de apriete de
tuercas y tornillos: Deberá verificarse periódicamente el nivel de vibración del
ventilador
• Acumulación de partículas o suciedad en el espacio entre piezas móviles
próximas: Limpieza periódica del ventilador
• Entrada de algún elemento extraño la voluta durante el funcionamiento: Se
instalarán rejillas en las vías de entrada y salida
• Fallo eléctrico en el motor: Se exigirá al fabricante del motor que cumpla la
normativa ATEX correspondiente
Como disfunción rara se encuentra la posible ruptura de la turbina, riesgo que se
minimizará sobredimensionando esta pieza y sus cordones de soldadura.
Todas las medidas de seguridad que tengan que ser tenidas en cuenta por el cliente en
la puesta en marcha o durante el funcionamiento del ventilador se incluyen en el
manual del usuario anexo.
5.3.2 Limitación de temperatura
La temperatura de superficie máxima será 135 ºC. La norma exige que la evaluación
de esta temperatura se realice tomando el mayor de estos valores:
a) La temperatura máxima de superficie obtenida en ensayo en
condiciones ambiente aumentada en 5ºC
b) La temperatura máxima del fluido en la impulsión multiplicada por 1.2
cuando la temperatura de aspiración es de 60 ºC
Estas temperaturas son mucho menores que la máxima permitida, la primera de ellas
por la experiencia de AEIB (lo que se comprobará en el ensayo correspondiente) y la
segunda por ser muy pequeña la relación de compresión del ventilador, con lo que el
aumento de temperatura del gas debido a la compresión es insignificante.
26
5.3.3 Comportamiento ante choques
Debe comprobarse que si la máquina recibe un choque de una energía de 7 julios
ninguna parte móvil entrará en contacto con partes fijas. Para ello se llevará a cabo un
ensayo conforme a la norma, en el que se hará caer una masa desde una altura
determinada sobre la zona más débil de la voluta para comprobar que no se producen
deformaciones permanentes.
5.3.4 Estanqueidad de la voluta
Para ventiladores con motores de más de 15 kW se exige que la voluta esté soldada en
continuo. Se exige una categoría de fuga D según la tabla 4 de la norma ISO
13349:1999. No lo exige la norma, pero se llevará a cabo un ensayo hidráulico a una
vez y media la presión de servicio para comprobar que la voluta es estanca.
También deberá garantizarse la estanqueidad en las uniones de la voluta con otros
elementos, esto es en las bridas de unión con la instalación, para lo que se usarán
juntas apropiadas, y en la unión con el motor, en la que se instalará un sistema de
estanqueidad basado en discos de carbono fragmentados.
5.3.5 Resistencia mecánica del rodete
Se sobredimensionará el rodete para garantizar que no se romperá durante el
funcionamiento de la máquina, lo que sería muy peligroso. Además la norma exige la
realización de un ensayo con una velocidad de giro 1.15 veces la velocidad máxima de
funcionamiento.
5.3.6 Asociación de materiales
En la elección del material en que van a ser fabricados los distintos componentes
deben tenerse en cuenta las siguientes condiciones:
27
• Sólo podrán usarse aleaciones de menos del 15% de aluminio y de estructura
homogénea.
• Las pinturas y revestimientos deberán tener menos del 10% de aluminio.
• En el caso de elementos de acero inoxidable debe tenerse en cuenta:
o El acero debe ser austenítico y no magnético, para evitar la inducción de
magnetismo
o El contenido en cromo debe ser al menos del 18,5%. Los aceros
inoxidables utilizados habitualmente son de contenido en cromo menor
que el 16,5 % y pueden ser causa de inflamación por frotamiento
o Si el ventilador tiene elementos de acero inoxidable debe realizarse un
control de vibración
• Composición de piezas entre las que exista rozamiento: Sólo habrá rozamiento
en el mecanismo de estanqueidad de la unión voluta-motor. La composición de
los elementos de este mecanismo debe ser tal que esa fricción no pueda ser
causa de inflamación por un aumento de temperatura, por acumulación de
electricidad estática… Se han elegido con este fin discos de carbono que se
describen en el apartado correspondiente.
5.3.7 Vibración
La norma exige que se realice un ensayo de vibración para comprobar que no rebasa
unos determinados límites. Además, durante la vida del ventilador se realizarán
ensayos periódicos con el objetivo de detectar posibles disfunciones. Para que el nivel
de vibraciones sea el mínimo, la rueda será equilibrada conforme a la norma ISO
14694.
5.3.8 Depósitos en el interior de la voluta
La suciedad acumulada en el interior de la voluta puede ser causa de inflamación, por
lo que el diseño de la voluta debe permitir su desmontaje para facilitar su inspección y
limpieza. Además debe elegirse un diseño que no favorezca la acumulación de
depósitos y suciedad.
28
5.3.9 Juego entre elementos móviles y fijos
El juego mínimo entre un elemento en rotación y uno fijo será del 1% del diámetro de
contacto, y nunca menor a 2 mm. No son necesarios juegos mayores de 20 mm. Las
zonas en que no sea posible este juego deben ser claramente identificadas,
estudiándose una solución apropiada que garantice que el rozamiento no constituya un
riesgo de inflamación. Esto sólo ocurre en el mecanismo de estanqueidad de la unión
voluta-motor, cuyo sistema basado en anillos de carbono se describe más adelante.
5.3.10 Fijación rodete-eje
La norma obliga a utilizar un sistema de unión del rodete al eje del motor que no
permita ningún rozamiento entre piezas. Este sistema constará de una arandela y un
tornillo a atornillar en el extremo del eje del motor para fijar el rodete al mismo. Para
evitar el giro relativo rodete-eje se elegirá un ajuste adecuado y se usará un pasador
de eje longitudinal normalizado.
5.3.11 Corrosión
Los materiales de construcción deben estar protegidos contra la acción corrosiva de la
atmósfera ambiente y del fluido impulsado.
5.3.12 Resistencia al fuego
La norma establece que los materiales utilizados deben resistir una breve exposición a
una llama. Esta exigencia se satisface si los componentes no son destruidos ni
comienza su combustión al ser expuestos a una llama de Bec Bunsen (propano) a lo
largo de unos 150 mm durante 30 segundos sin alimentación suplementaria de aire.
Los materiales de construcción del ventilador cumplen esta condición.
29
5.3.13 Protección contra partículas exteriores
La normativa exige una protección contra la penetración de partículas que corresponda
al menos al índice IP 20, a menos que el ventilador funcione conectado a una
instalación con un conducto de aspiración y otro de impulsión, en cuyo caso bastará
con que las instrucciones de uso informen al usuario del riesgo que supone la
penetración de partículas.
5.3.14 Material eléctrico
El material eléctrico debe cumplir la normativa correspondiente, lo que se exigirá al
fabricante del motor.
5.3.15 Cargas electrostáticas
Para eliminar el riesgo de inflamación debido a cargas electrostáticas se comprobará
que hay continuidad eléctrica entre todos los elementos de la máquina, y todas las
masas estarán conectadas a tierra. Además la norma establece para la clasificación
ATEX de este ventilador un espesor máximo de pintura de 2 mm.
5.3.16 Placa identificativa
El ventilador debe estar equipado de una placa de identificación permanente, colocada
en un lugar visible y fácilmente accesible. Esta placa debe contener, al menos, la
siguiente información:
• Nombre y dirección del fabricante
• Año de fabricación
• Identificación de la serie o tipo de máquina (si está definido)
• El número de serie o de identificación del aparato
• Información relativa a las características asignadas (presión y temperatura de la
voluta)
30
• Condiciones de utilización
• Número de la norma aplicable
• Referencia a las instrucciones de instalación, de montaje y de puesta en
servicio
• Marcaje de seguridad
5.3.17 Documentación para el usuario
La norma obliga a incluir una información mínima en la documentación a entregar al
usuario con el ventilador, en la que se comuniquen las medidas de seguridad a aplicar
en su transporte, instalación, puesta en servicio… para evitar daños o errores de
montaje que puedan ser origen de futuras inflamaciones. También se debe informar de
las inspecciones, ensayos y operaciones de mantenimiento a realizar sobre la máquina
a lo largo de su vida.
31
6 Diseño hidráulico del ventilador
Como se ha comentado previamente, dado un ventilador definido por su geometría y
girando a una determinada velocidad, para cada diferencia de presión a salvar entre
entrada y salida el caudal vendrá también dado por su curva de funcionamiento.
Cuando estamos en el caso opuesto, es decir, cuando conocemos el caudal y la
diferencia de presión que necesitamos vencer, lo que debemos hacer es buscar un
ventilador en cuya curva de funcionamiento esté incluido el punto de funcionamiento
deseado. A este proceso de búsqueda de un ventilador que sea capaz de funcionar en
el punto exigido le llamaremos “diseño hidráulico” del ventilador, y consiste en
determinar la forma y las dimensiones de voluta y rodete (diámetros interiores y
exteriores, anchura…) y la velocidad de giro en que debe trabajar.
6.1 Descripción de los procedimientos y programas de cálculo
En AEIB el diseño hidráulico de los ventiladores especiales centrífugos se realiza por
semejanza utilizando una serie de hojas de cálculo desarrolladas experimentalmente.
En ellas se recogen los resultados de los ensayos realizados sobre ventiladores
clasificados en tres gamas.
Las máquinas de cada gama tienen una geometría distinta, y ofrecen una relación
entre caudal e incremento de presión adimensionales en el punto de mayor
rendimiento diferente, estando diseñada la gama A para grandes caudales e
incrementos de presión moderados, la gama B para caudales y saltos de presión
medios y la gama C para caudales pequeños e incrementos de presión altos. La
geometría de los ventiladores de cada gama está completamente definida en función
de dos parámetros: los diámetros interior y exterior del rodete (D0 y D2). A su vez cada
gama está dividida en familias semejantes, definidas por la proporción D0/D2. La tabla
de cálculo dispone de las curvas de funcionamiento adimensionales de más de 30
familias, de forma que en el diseño se procede de la forma siguiente:
32
1. Preselección de la familia: En la hoja de preselección se introducen el caudal y
el salto de presión deseados (punto de funcionamiento). Una tabla nos muestra
para cada familia el diámetro D2 y la velocidad de giro que debería tener la
rueda para alcanzar ese punto. La tabla de cálculo también permite imponer
una velocidad de giro o un diámetro de rueda, calculando por interpolación la
otra variable y la relación D0/D2 de una familia intermedia imaginaria.
2. Una vez elegida una familia se introduce la tabla de puntos de funcionamiento
adimensionales junto con los parámetros específicos del ventilador deseado en
una segunda hoja que genera la curva de funcionamiento del mismo. Este
proceso puede realizarse con cuantas familias se crea oportuno para elegir la
máquina de curva característica más apropiada al proyecto en estudio.
3. Para obtener la geometría del ventilador elegido, introducimos su referencia
(gama, diámetro de la rueda D2 y proporción D0/D2) en una tercera hoja de
cálculo.
La familia elegida será aquella para la que el diámetro de la rueda y la velocidad de
giro sean más apropiadas. Esta idoneidad dependerá por supuesto de los
condicionantes de cada proyecto: Si la máquina debe hacerse en un material muy caro
o si tenemos limitaciones de espacio se procurará que la rueda sea pequeña, sin
embargo si nos preocupan especialmente el ruido o las vibraciones será más
conveniente elegir una velocidad de giro menor aunque sea a costa de aumentar el
diámetro D2.
6.1.1 Ventajas e inconvenientes del método de diseño
El principal inconveniente de esta manera de diseñar los ventiladores es claramente la
limitación que supone tener que ceñirse a la treintena de familias contenidas en la hoja
de cálculo. Sin embargo el ahorro de tiempo y esfuerzo supone una gran ventaja
frente a otros métodos, como el uso de los complejos (y costosos) programas de
cálculo de mecánica de fluidos existentes en el mercado, así como el hecho de que no
sea necesario realizar prototipos ni comprobaciones de ninguna clase, ya que la hoja
de cálculo está ya basada en los resultados de pruebas experimentales. En definitiva,
para una sociedad de las características de AEIB donde las máquinas se fabrican
33
prácticamente a la unidad y las exigencias de rendimiento de las mismas son
moderadas el método de diseño puede considerarse bastante acertado.
6.2 Obtención de las dimensiones características
Al introducir en la hoja de preselección el punto de funcionamiento que buscamos
(diferencia de presión de 140 hPa y caudal de 2500 Nm3), el programa nos devuelve
una tabla en la que se recoge el diámetro de rodete y velocidad de giro que deberían
tener los ventiladores de cada familia. Hay que tener en cuenta que en esta tabla debe
introducirse el punto de funcionamiento cuando el gas impulsado es aire en
condiciones ambiente (20ºC y 1 atm), por lo que habría que corregir los datos de
entrada utilizando semejanza (no es necesario en este caso por habernos dado el
cliente el punto de funcionamiento nominal deseado ya referido a aire en condiciones
ambiente).
Tabla 6.2a.1) Tabla de preselección gama A
GAMA A Referencia: SOGEQUIP Caudal requerido (m3/h): 2682 Incremento de presión total (Pa): 14000
Familia Diámetro exterior D2 (mm) Velocidad de giro (rpm)
0.447 257 11563 0.473 243 12248 0.501 229 12974 0.531 216 13743 0.562 204 14557 0.596 193 15420 0.631 182 16334 0.668 172 17301 0.708 162 18327 0.750 153 19413 0.794 144 20563
34
GAMA B Referencia: SOGEQUIP Caudal requerido (m3/h): 2682 Incremento de presión total (Pa): 14000
Familia Diámetro exterior D2 (mm) Velocidad de giro (rpm)
0.200 820 2969 0.211 774 3145 0.224 731 3332 0.237 690 3529 0.251 651 3738 0.266 615 3960 0.282 581 4194 0.299 548 4443 0.316 517 4706 0.335 488 4985 0.355 461 5281 0.376 435 5593 0.398 411 5925 0.422 388 6276 0.447 366 6648 0.473 346 7042 0.501 326 7459 0.531 308 7901 0.562 291 8369 0.596 275 8865 0.631 259 9390
Tabla 6.2a.2) Tabla de preselección gama B
En la preselección se excluyeron desde el inicio las familias de la gama C por ser más
compleja su fabricación, por lo que se usan sólo cuando las gamas A y B no pueden
alcanzar los puntos requeridos. El primer criterio de selección es la velocidad de giro.
Los motores eléctricos asíncronos de dos polos como el que vamos a usar tienen una
velocidad nominal de unas 3000 rpm cuando funcionan a 50 Hz. Tomaremos entonces
la familia 0.200 de la gama B, ya que el diámetro de rodete que ofrece también es
adecuado.
Lo que obtenemos de la tabla de preselección no es más que una lista de los
ventiladores de cada familia para los que el punto de funcionamiento deseado es el de
mayor rendimiento, es decir, no conocemos la curva de funcionamiento de cada
ventilador, la potencia que consume… Para comprobar que un ventilador es apto para
ser usado necesitamos estos datos. Por ello, una vez preseleccionada la familia, se
pasa a la tabla de selección del ventilador. En ella, dada una familia, se introduce el
35
diámetro de rodete y la velocidad de giro, obteniéndose las curvas presión total-
caudal, presión estática-caudal y potencia en eje-caudal. También pueden incluirse en
esta tabla otros datos que afectan a la curva de funcionamiento del ventilador:
• Diámetro de obstáculos: El programa tiene en cuenta la posibilidad de que el
ventilador deseado presente algún obstáculo en la vía de aspiración, como por
ejemplo en el caso de que el eje motor la atraviese.
• Efecto de escala: Cuando el diámetro del rodete es menor a uno determinado
para cada gama, se debe incluir este factor corrector según un gráfico
elaborado por el autor del programa de cálculo. Este factor sirve para tener en
cuenta el efecto de la rugosidad superficial que para diámetros de rodete muy
pequeños se hace importante invalidando las relaciones de semejanza.
• Coeficientes correctores: Estos coeficientes penalizan el caudal, la presión y la
potencia. Se incluyen para tener en cuenta las diferencias que habrá entre el
diseño que propone el programa y el que finalmente realicemos (que será
menos eficiente, ya que tenemos limitaciones de juego, simplificaremos algunas
piezas para facilitar su fabricación…).
• Densidad del gas: En la tabla de preselección los cálculos están hechos
suponiendo que el gas es aire en condiciones ambiente (20ºC y 1 atm). En la
tabla de selección sí se puede incluir la densidad real del gas.
Una vez preseleccionada la familia e introducidos todos los datos en la tabla de
selección, se ajusta el valor del diámetro de rodete y de la velocidad de giro para
obtener una curva de funcionamiento adecuada. Los resultados obtenidos en este
proceso se presentan en la tabla 6.2b).
Los parámetros adimensionales PHI y PSIT están definidos de la siguiente manera:
( ) )/()()/(
222
3
segmUmSsegmQPHI
asp ⋅=
( )22
3 )/(*)/()(204,1
segmUmKgmmCApPSIT
ρΔ⋅
=
Donde:
36
• Q es el caudal
• ∆p es el incremento de presión total
• Sasp es el área de aspiración corregida teniendo en cuenta el diámetro de los
posibles obstáculos
• U2 es la velocidad perimetral del rodete
• ρ es la densidad del fluido
Los parámetros de adimensionalización se calculan internamente a partir de los datos
generales introducidos en la tabla.
DATOS GENERALES Referencia: SOGEQUIP OF 4133 Diámetro de rodete D2 (mm): 860 Velocidad de giro (rpm): 2950 Densidad (kg/m3): 1.204 Diámetro de obstáculo (mm): 0 Efecto de escala: 1 Coeficiente corrector caudal: 0.95 Coeficiente corrector presión: 0.95 Coeficiente corrector potencia: 1 Identificación de la familia: Familia 0.200 B
VALORES ADIMENSIONALES PHI PSIT PSIT corregido Rendimiento 0 0.085 0.085 0
0.1 0.088 0.088 0.41 0.2 0.089 0.089 0.615
0.25 0.0885 0.0885 0.66 0.3 0.085 0.085 0.65 0.4 0.069 0.069 0.57 0.5 0.042 0.042 0.41
VALORES REALES CORREGIDOS Caudal (m3/h)
∆Presión total (Pa)
∆Presión estática (Pa)
Potencia en eje (W)
0 14025 14025 6904 1056 14520 14497 11506 2111 14685 14594 15516 2639 14602 14461 17971 3167 14025 13821 21030 4222 11385 11023 25957 5278 6930 6365 27457
Tabla 6.2b) Características hidráulicas de diseño del ventilador
La curva de funcionamiento calculada se muestra a continuación:
37
HPB 860 020-2-30 kW ATEX 2950 rpm1,204 kg/m3
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Caudal (m3/h)
Incr
. Pre
sión
(Pa)
0
5
10
15
20
25
30
Pote
ncia
(kW
)
Presión total (Pa)Presión estática (Pa)Potencia en eje (kW)
Fig. 6.2a) Curva de funcionamiento de diseño del ventilador
El siguiente paso es introducir la referencia de la familia y el diámetro del rodete en
una tercera tabla que nos da todas las dimensiones necesarias para definir
completamente rodete y voluta en base a los planos adimensionales de cada gama.
Las dimensiones que propone el programa de diseño se muestran en la tabla 6.2c. En
las figuras 6.2b y 6.2c se definen dichas dimensiones.
38
DATOS Referencia: SOGEQUIP Familia: 0.200 B Diámetro exterior del rodete D2 (mm): 860
RODETE Diámetro D2 (mm) 860 R2 (mm) 430 Do (mm) 172 So (m2) 0.023235 D1ar (mm) 172 D1av (mm) 192.99 B1th (mm) 43.2 coeficiente KL 1.33 B1 real (mm) 57.27 S1 real (m2) 0.034721 S1 real/So 1.494 Beta1 (D1av) (º) 33 Beta2 (p.pl.) (º) 79.15 B2 (mm) 57.27 S2 (m2) 0.154726 S2/So 6.659 Rb (mm) 9.67 D3 (mm) 910.96
VOLUTA A (mm) 172.00 A' (mm) 192.99 B (mm) 108.52 Sr (m2) 0.020944 Sr/So 0.901 l (mm) 542.623 r0 (mm) 541.34 H0 (mm) 456.62 theta0 (º) 57.51 r4 (mm) 628.62 theta4 (rad) 5.72 M 0.026152 r1 (mm) 555.74 r2 (mm) 579.04 r3 (mm) 603.32 G (mm) 608.83 Rbq (mm) 21.60 Hb (mm) 435.02
PAVILLON D2p (mm) 153.3 R4p (mm) 30.59 D1p (mm) 214.47 L1p (mm) 5.44
Tabla 6.2c) Dimensiones del ventilador
39
Figura 6.2b) Dimensiones teóricas de la voluta
Figura 6.2c) Dimensiones teóricas del rodete
40
7 Diseño de detalle del ventilador
A partir de aquí comienza el diseño del ventilador real, en el que habrá que tener en
cuenta:
• Las dimensiones propuestas por el programa de diseño hidráulico, que deberán
respetarse en la medida de lo posible para que el ventilador que finalmente se
fabrique pueda cumplir con su objetivo correctamente. No obstante, gracias a
los coeficientes correctores que se han introducido en la obtención de la curva
de funcionamiento son admisibles ligeras variaciones sobre estas dimensiones,
con lo que podremos modificar el diseño para simplificar la fabricación, para
cumplir las restricciones de la normativa…
• La resistencia mecánica de las piezas.
• Los procesos de fabricación disponibles en el taller y las operaciones que
puedan contratarse a otras empresas sin incurrir en costes demasiado
elevados.
• Los componentes disponibles en el mercado y su precio.
• Las condiciones impuestas por el cliente y por la normativa.
• La necesidad de desmontar el ventilador para su limpieza, mantenimiento… y la
de trasladarlo.
A lo largo del proceso de diseño se van realizando modelos 3D (usando el programa
Pro Desktop) de cada una de las piezas diseñadas y de los componentes
seleccionados. A la vez se va montando el modelo del ventilador completo,
comprobándose que las piezas encajan correctamente, que se respetan los juegos
necesarios… y se realizan las modificaciones oportunas a cada pieza. También se
puede comprobar si la fabricación y montaje son fáciles de llevar a cabo, evitándose
futuros problemas.
41
Fig. 7a) Despiece del ventilador
Las piezas que componen el ventilador son (de izquierda a derecha en la figura 7a)):
• Motor
• Mecanismo de estanqueidad en eje
• Estructura soporte (con el contradisco de cierre soldado)
• Rodete
• Arandela de fijación del rodete al eje motor
• Voluta
• Soportes antivibratorios
Se adjuntan en anexo los planos de fabricación de todas las piezas y planos de
dimensiones generales de los componentes y conjuntos.
7.1 Material
42
El cliente exigió que las piezas en contacto con el fluido se fabricasen en acero
inoxidable 316L, por lo que el rodete y la voluta serán de este material. El 316L es un
acero inoxidable austenítico de bajo contenido en carbono (< 0,03%), alto contenido
en cromo y ausencia total de aluminio, por lo que está aceptado para este uso por la
normativa aplicable. Su contenido en molibdeno le confiere una gran resistencia a la
corrosión, sobre todo de picaduras y grietas en presencia de derivados del cloro.
Además sus buenas características de resistencia, soldabilidad, y su buen
comportamiento incluso a bajas temperaturas lo hacen muy recomendable para esta
máquina. Se usará también para el resto de piezas a que componen el ventilador, ya
que se trata de un buen acero y resulta ventajoso usar el mismo material a la hora de
soldar sin ser mucho más caro que otros materiales. Además, al fabricar todas las
piezas en acero inoxidable no será necesario pintarlas ni darles ningún tratamiento
aparte del decapado. La tornillería será de acero inoxidable A2 / A4, que son también
aceros inoxidables austeníticos (el A2 es equivalente al acero inoxidable 304 y el A4 al
316).
7.2 Geometría del rodete
El rodete es el elemento más importante de la máquina, ya que es el que tiene más
influencia en el funcionamiento final de la misma. Pequeñas variaciones en sus
dimensiones pueden alterar la curva de funcionamiento deseada, por lo que se
respetarán en la medida de lo posible las cotas obtenidas en el programa de cálculo.
Fig. 7.2a) Rodete
El rodete estará compuesto de dos discos entre los que dispondremos los álabes. Para
los ventiladores de gama B se aconseja usar 11 álabes (lo que evita la aparición de
43
fenómenos de resonancia) que se posicionarán sobre los discos con la ayuda de unas
muescas, y se soldarán a los mismos. El disco posterior se fabricará en chapa de 6 mm
de espesor, el anterior de 3 mm y los álabes de 4 mm. Por experiencia de AEIB con
estos espesores se garantiza sobradamente la resistencia y rigidez del rodete. Cuando
en algún nuevo ventilador las dimensiones o las características del rodete son tales que
la experiencia adquirida no es suficiente para asegurar su rigidez, se realiza una
comprobación de estos espesores con el programa de elementos finitos ACORD-CP.
Fig. 7.2b) Despiece del rodete
Para acoplar la rueda al eje del motor se fabricará un cubo de pasador de eje
respetando las dimensiones recomendadas por la normativa para poder usar un
pasador longitudinal normalizado. Este cubo se mecanizará a partir de un cilindro de
acero, y se acoplará al disco posterior por medio de 8 tornillos M10. No se utilizarán
tuercas, sino que se fileteará directamente sobre la pieza para que la unión cubo-disco
posterior sea más rígida. También se practicarán dos orificios fileteados M8 para poder
extraer más fácilmente el rodete del eje del motor cuando se quiera desmontar el
ventilador.
44
7.3 Geometría de la voluta
La voluta será desmontable para permitir el acceso a su interior y el montaje del
rodete. Se compondrá por lo tanto de dos piezas: la voluta propiamente dicha y un
disco de cierre. La voluta en sí se fabricará enrollando una lámina de chapa con el
contorno deseado (lo más parecido posible a la espiral que propone el programa de
cálculo) y soldándole un disco delantero con un agujero en el centro para la aspiración
y un disco trasero con un agujero por el que quepa la turbina. En la boca de aspiración
se soldará el conjunto tolva-brida y en la impulsión igual. El disco de cierre se
atornillará al disco trasero, y tendrá un agujero para el eje del motor.
Fig. 7.3a) Voluta
Las dimensiones de la voluta variarán un poco de las dictadas por el programa de
diseño, ya que el cliente debe instalar el ventilador en un espacio algo reducido. De
esta forma se acortará el conducto de impulsión, que será sustituido por una tolva que
servirá para adaptar la sección de salida rectangular a la brida circular. En la aspiración
también se soldará una tolva (cónica) con su brida correspondiente. Las bridas serán
bridas normalizadas DN250 PN16 según AFNOR, como pide el cliente para que sean
acoplables a los conductos de la instalación. En el punto más bajo de la voluta, se
instalará una purga. La distancia entre los discos delantero y trasero viene marcada
fundamentalmente por los juegos que debe haber entre las piezas móviles y las fijas
según la normativa ATEX. En efecto se puede comprobar que dichas exigencias se
cumplen (ver planos).
45
Los discos posterior y anterior se fabricarán en chapa de 6 mm, el disco de cierre de 8
mm y la lámina del contorno en 4 mm. Las tolvas se harán en chapa de 3 mm. Los
elementos estarán soldados en continuo para garantizar la estanqueidad de la voluta.
Fig. 7.3b) Despiece de la voluta
Los refuerzos que pueden observarse en las figuras forman parte de la estructura de
soporte de la que se hablará más adelante.
7.4 Refuerzo tubo de aspiración
Una vez lanzada la fabricación de la máquina se decidió añadir unos refuerzos al disco
delantero de la voluta en su unión con el tubo de aspiración para dar mayor rigidez en
esa zona, ya que la vibración de la máquina en los primeros ensayos fue algo mayor
de la esperada. Por este motivo los refuerzos no aparecen en el modelo 3D ni en los
planos de fabricación.
46
7.5 Motor
Como es natural, el motor no podemos diseñarlo a nuestro antojo, sino que debemos
elegirlo de entre los disponibles en el mercado. Esta disponibilidad tiene influencia
hasta en el diseño hidráulico del ventilador, como se ha comentado en el apartado
correspondiente. En la elección del motor hay que tener en cuenta las características
de funcionamiento que necesitamos (potencia y velocidad de giro), las características
de la instalación eléctrica del cliente y los condicionantes especiales (atmósfera
explosiva). Del catálogo de motores antideflagrantes Leroy-Somer se seleccionó un
motor eléctrico asíncrono de 2 polos con las siguientes características:
• Denominación: FLSD 200L
• Potencia nominal a 50 Hz: 30 kW
• Velocidad de giro nominal: 2955 rpm
• Par nominal: 97 Nm
• Rendimiento: 0.91
• Factor de potencia: 0.91
Una vez seleccionado el modelo hay que contactar con el fabricante para solicitarle un
presupuesto para un motor que cumpla las con las características especiales de
nuestro proyecto. Habrá que informarle de la clasificación ATEX requerida, del peso y
dimensiones de la turbina a impulsar, de las velocidades de giro que se quieren
alcanzar con el variador de frecuencia que se instalará posteriormente, de la fuente de
alimentación disponible… Estas condiciones influirán en las dimensiones exteriores del
motor, que nos interesan para el diseño de otras piezas. A lo largo del proceso de
diseño se irá contactando con el fabricante del motor hasta llegar a un acuerdo sobre
las dimensiones y características del eje motor, del soporte del motor…
47
Fig. 7.5a) Motor
Finalmente el motor que se compró tenía las siguientes características:
• Modelo FLSD 200L – 2 polos – 30kW – 3x 400V triángulo 50Hz – IP55 – B3
Aislamiento clase F – Calentamiento clase B – Temperatura ambiente < 40º C
• ATEX zona 1 – II2G Eexd IIBT4
• Acabado Corrobloc con pintura sistema IIIa-epoxi
• Variación de velocidad de 25 a 50Hz a par constante de 87Nm máximo, y de 50
a 60Hz a potencia constante de 27kW máximo
• Eje de diámetro 60 x 50mm + 55 x 110mm
Se incluye en anexo el plano de dimensiones generales acordado con el fabricante.
7.6 Estanqueidad de la voluta
La voluta debe ser completamente estanca. Para ello las piezas que la componen
estarán soldadas en continuo, quedando sólo por garantizar la estanqueidad en las
uniones con otros elementos. En las uniones con los conductos de aspiración e
impulsión se instalarán juntas de PTFE de 2mm de espesor, al igual que entre el disco
de cierre y el disco posterior de la voluta, y entre este último y el mecanismo de
estanqueidad en la holgura del eje motor.
48
La zona donde es más difícil controlar las fugas es en la abertura por la que entra el
eje del motor. Entre el eje y el contradisco de cierre debe haber un cierto juego para
evitar el contacto, fijado por la norma ATEX en 2mm como mínimo. Para evitar fugas
por esta holgura se instalará un sistema de anillos de carbono fragmentados como el
que se muestra en la figura:
Fig. 7.6a) Sistema de anillos de carbono fragmentados. El mecanismo instalado es similar al representado
en la figura pero sólo consta de dos discos
El mecanismo está compuesto por un cuerpo cilíndrico de acero inoxidable que se fija a
la voluta, dos discos de carbono fragmentados y una “camisa” cilíndrica de acero
inoxidable que encaja en el eje del motor. El cuerpo está formado por dos piezas
semicilíndricas que al montarse dejan una cámara interna, con aberturas circulares en
ambas bases por las que se introduce el eje con su “camisa”. Se instala un disco de
carbono junto a cada abertura en ranuras dentro de la cámara. Estos discos están
formados por tres piezas de carbono en forma de queso unidos por un resorte que los
ajustan a la “camisa”, quedando holgados en la ranura del cuerpo principal. Una vez
montado el mecanismo quedan tres zonas: el interior de la voluta, la cámara interna
del cuerpo cilíndrico y el atmósfera exterior. Para que no haya fugas lo que se hace es
inyectar nitrógeno en la cámara a una presión mayor que la atmosférica y que la del
interior de la voluta, con lo que los discos de carbono se pegan a la superficie interior
de la cámara y la aíslan. Además, la mayor presión en la cámara garantiza que en caso
de que hubiese alguna fuga sería de nitrógeno, bien hacia el interior de la voluta o
hacia la atmósfera, lo que no sería peligroso.
Fig. 7.6b) Discos de carbono fragmentados
49
Ante las condiciones de servicio que se exigieron a Burgmann (diámetro del eje,
velocidad de giro, composición del gas, temperatura, presión diferencial…), el
fabricante propuso un conjunto WDKS70-40ND compuesto por:
• 1 cuerpo de acero inoxidable Φ 70/190mm y longitud 40mm en dos partes con
fijación por 4 agujeros Φ 15mm sobre Φ 150mm y conexión para inyectar
nitrógeno G1/2”
• 2 Discos de carbono en tres partes en E10K
• Camisa tipo WDB212 de diámetros 60/70mm y longitud 50mm
Las principales ventajas de este sistema están en las propiedades del carbono, que se
comporta muy bien ante la fricción a la los discos van a exponerse. Su carácter
autolubricante y sus buenas propiedades como conductor evitan el aumento excesivo
de la temperatura en las zonas de contacto, así como la aparición de chispas que
puedan resultar peligrosas.
7.7 Estructura soporte La estructura soporte consistirá en una silla sobre la que descansará el motor y a la
que irá soldado el disco de cierre. Además la voluta llevará soldadas dos soportes en
su disco anterior.
Fig. 7.7a) Estructura soporte del ventilador
50
La silla para el motor está compuesta por un asiento de chapa plegada de 6mm con un
refuerzo transversal y una estructura fabricada con esquineras de 60x60x6mm. La
estructura tiene aberturas para fijar el motor y las suspensiones, y dos orificios que
pueden servir de agarraderas.
Fig. 7.7b) Asiento del motor
Al disco anterior de la voluta se soldará una pequeña estructura de soporte formada
por esquineras de 50x50x5mm. También tendrá orificios que servirán de agarradera y
otros para las suspensiones.
Fig. 7.7c) Refuerzo y pie de la voluta
51
7.8 Suspensión Para evitar problemas de ruido y vibración es fundamental emplear soportes
antivibratorios que sirvan de amortiguadores durante el funcionamiento de la máquina.
Para la elección de estos soportes se ha hecho uso del manual de cálculo que
proporciona AMC Mecanocaucho en su catálogo comercial. Se han elegido soportes de
metal y caucho DSD, que al tener gran elasticidad radial y axial son muy apropiados
para las suspensiones de máquinas que presentan vibraciones de componentes vertical
y horizontal. Están constituidos por dos armaduras planas unidas por una masa de
caucho en forma de cúpula adherida a las mismas. La armadura superior es cilíndrica
con un agujero pasante para la unión con la máquina, y la inferior es elíptica, con dos
taladros para la unión al suelo.
Fig. 7.8a) Soporte antivibratorio
La masa total de la máquina es de unos 600kg, repartidos bastante uniformemente,
por lo que puede suponerse que la carga de cada soporte es de unos 100kg. Se
recomienda que la carga nominal de la suspensión esté entre el 50 y el 75% de la
máxima de diseño, por lo que se optó por soportes DSD 150 de dureza 45. Con las
gráficas dadas por Mecanocaucho en su catálogo, se obtuvo que para esta carga el
soporte elegido tiene una flecha de unos 6mm y una frecuencia natural de unos 7’5Hz
(equivalentes a 450rpm). Como la velocidad nominal de giro del ventilador es de unas
3000rpm, el porcentaje de atenuación de vibraciones es de cerca del 98%, lo que
confirma que los soportes están bien elegidos.
52
Fig. 7.8b) Gráficas de selección de soportes DSD
Fig. 7.8c) Gráfica de atenuación de vibraciones
53
8 Procesos de fabricación
La fabricación se realiza de la siguiente forma:
1. Corte de piezas en chapa
2. Plegado de piezas en chapa
3. Mecanizado de piezas
4. Soldadura de piezas
5. Decapado tras soldadura
6. Equilibrado del rodete
7. Montaje final
8.1 Corte de piezas en chapa
Las piezas a cortar en chapa de acero inoxidable hasta 10mm de espesor se cortan por
láser en la sociedad ALASER de Burdeos. Con el corte por láser se consigue una gran
precisión dimensional y muy buenos acabados a un precio aceptable para piezas que
no se fabrican en serie. Las piezas encargadas a ALASER fueron:
• Discos delantero y trasero de la voluta
• Disco de cierre de la voluta
• Contorno de la voluta
• Tolvas de aspiración e impulsión
• Discos delantero y trasero del rodete
• Álabes del rodete
• Asiento de la estructura soporte
• Arandela de fijación del rodete al eje motor
54
Fig. 8.1a) y b) Piezas cortadas por láser suministradas por ALASER
Las máquinas de corte de ALASER son de control numérico, por lo que no hay que
mandarles más que los contornos de las piezas en archivos DXF. También mandamos
los planos para tener una referencia del pedido y para facilitar la fabricación en caso de
dudas.
Las cartelas de rigidización del disco delantero se cortaron en AEIB con la máquina de
corte por plasma. Normalmente se habrían mandado cortar a láser como las piezas
anteriores, ya que el acabado de los cortes en acero inoxidable con la máquina de
plasma no es muy bueno. Sin embargo como se ha indicado en el apartado 7.4, se
decidió añadir estos rigidizadores una vez comenzada la fabricación del ventilador y
para no retrasar la fecha de entrega y dado que la función de la pieza no exigía un
acabado especialmente bueno se optó por cortar sobre la marcha con la máquina
55
disponible. Para ello se creó el archivo DXF con el contorno de la pieza y se introdujo
en el programa ACTCUT junto con los parámetros de corte (material, dimensiones de
la chapa, espesor, número de piezas a cortar...). A partir de estos datos, el programa
dibuja automáticamente el patrón de corte con el que se minimiza la cantidad de acero
sobrante y crea un archivo de control que se envía al taller.
Fig. 8.1c) Corte de los rigidizadores de la voluta con la máquina de corte por plasma
8.2 Plegado de piezas en chapa
Como los radios de curvatura del contorno de la voluta y la tolva de aspiración eran
relativamente grandes, se pudo conseguir esta curvatura con una máquina formada
por un conjunto de rodillos Roll Rite.
Fig. 8.2a) Plegado del contorno de la voluta
56
El asiento de la estructura soporte se plegó con la plegadora automática AMADA, con
la que se puede plegar chapa de hasta 6mm con los útiles disponibles en AEIB. En esta
máquina sólo es necesario posicionar la pieza e indicar el espesor de la pieza y el
ángulo deseado. También se plegó aquí la tolva de impulsión.
8.3 Mecanizado de piezas
Con las piezas a mecanizar la situación es parecida a la de las piezas de chapa. A pesar
de disponer de máquinas de corte en AEIB, los acabados conseguidos en sociedades
especializadas y los precios que éstas ofrecen son más interesantes, por lo que se opta
por encargar las piezas a empresas de este tipo. En este proyecto, la única pieza a
mecanizar fue el cubo del rodete, que fue fabricado por la sociedad SOMEDEC de
Poitiers.
Fig. 8.3a) Cubo del rodete
Las bridas normalizadas se fabrican en serie y se pueden comprar a empresas
comercializadoras de productos de acero, igual que la tornillería. Estos elementos se
compraron a CHARRON.
57
Fig. 8.3b) Bridas de la voluta
8.4 Soldadura
Los procesos de soldeo disponibles en AEIB son:
• TIG: Con material de aporte en una mano y arco eléctrico en la otra.
o Mejor acabado
o Menos poros
o Garantiza mejor la estanqueidad
o Más lento y trabajoso
o Difícil acceso a algunos puntos
o Se usa en el exterior de la voluta
• MIG: Todo en la misma pistola
o A una sola mano
o Peor acabado
o Acceso más fácil a zonas interiores
o Más rápido
o Se usa en el interior de la voluta, y en todos los demás componentes
Debido a las características descritas de cada uno de los procesos, las piezas del rodete
se sueldan con MIG, al igual que las de la estructura soporte, ya que la función de los
58
cordones de estas piezas es garantizar la resistencia mecánica de las uniones. Las
piezas de la voluta (discos, contorno, tolvas y bridas) se sueldan con cordones
continuos externos en soldadura TIG para garantizar la estanqueidad. Además se
refuerzan interiormente con cordones MIG. También se sueldan al disco posterior de la
voluta los tornillos de la unión con el disco de cierre para permitir el montaje de la
voluta (a cuyo interior no se puede acceder una vez cerrada para el apriete de la
tornillería de esta unión).
Fig. 8.4a) y b) Cordones de soldadura exterior e interior
59
8.5 Decapado de piezas
El calor producido durante la soldadura de las piezas puede provocar que los cordones
y las zonas colindantes se oxiden superficialmente, lo que puede empeorar las
características del acero utilizado. Para solucionar este problema se someten todas las
piezas soldadas a un proceso de decapado consistente en un baño de unas 4 o 5 horas
en una solución de ácido nítrico (HNO3), ácido fluorhídrico (HF) y agua. Transcurrido
ese tiempo las piezas se sacan de la cuba y se enjuagan con agua comprobándose con
un papel medidor de PH que se ha eliminado totalmente el ácido de todas la
superficies.
Fig. 8.5a) Introducción de la voluta en el baño de ácido
60
8.6 Equilibrado del rodete
Antes de proceder al montaje final de la máquina, se equilibra el rodete añadiéndole
masa en el lugar en que corresponda. Esta operación es fundamental para disminuir
vibraciones nunca deseadas en las máquinas, disminuyendo el ruido producido,
aumentando la vida a fatiga... Este equilibrado se realiza en una de las máquinas
disponibles en el taller conforme a la norma ISO 14694.
Fig. 8.6a) Equilibrado del rodete
8.7 Montaje final
Por último se montan las distintas piezas (silla, motor, mecanismo de estanqueidad en
eje, turbina, voluta y rejillas), asegurándonos de que el apriete de la tornillería es el
adecuado. Hay que tener especial cuidado al introducir el eje del motor en el
mecanismo de estanqueidad, ya que los anillos de carbono son muy frágiles y se
rompen fácilmente.
Tiene especial importancia el marcaje de la máquina, debiendo realizarse las siguientes
comprobaciones:
a) Placa de marcaje del ventilador completa y correctamente cumplimentada
b) Placa de marcaje del motor completa y correctamente cumplimentada
61
c) Flecha indicando el sentido de giro del rodete (fundamental para comprobar tras la
instalación que la conexión eléctrica está bien realizada)
Fig. 8.7a) Ventilador HPB ATEX 850
62
9 Ensayos
Para la obtención de la curva de funcionamiento del ventilador una vez fabricado, nos
basamos en la norma AFNOR NF X 10-200 (Ventiladores industriales – Reglas de
ensayos de funcionamiento en conductos normalizados de ventiladores con carcasa de
impulsión y de aspiración-impulsión – Método del cajón reducido en la impulsión), que
propone un método para el ensayo de ventiladores industriales como el que nos ocupa.
Para ello define un conducto a conectar a la salida del ventilador y propone unas
fórmulas con las que calcular los puntos de funcionamiento de la máquina a partir de
unas pocos parámetros fáciles de medir. En realidad esta norma ha sido sustituida por
la ISO 5801, pero esta última no hace sino recopilar varios métodos para obtener la
curva de funcionamiento, entre ellos el de la NF X 10-200.
9.1 Norma AFNOR NF X 10-200
9.1.1 Ámbito de aplicación
Esta norma es de aplicación a ventiladores con carcasa de impulsión o de aspiración-
impulsión conforme a la norma AFNOR E 51-001 (Ventiladores-Vocabulario-
Clasificación) dentro de los límites siguientes:
- Incremento de presión del ventilador Δpst<30.000 Pa
- Área de impulsión A2<3 m2
La norma E 51-001 define:
- Ventilador con carcasa: Ventilador insertado en un conducto
relativamente largo en relación con sus dimensiones radiales o
dispuesto en un extremo de un conducto de este tipo y que sirven para
hacer circular un gas por dicho conducto.
- Ventilador de impulsión: Ventilador con carcasa instalado a la entrada
de un circuito y aspirando el fluido de un recinto de grandes
dimensiones.
63
- Ventilador de aspiración-impulsión: Ventilador con carcasa instalado en
cualquier punto de un circuito y conectado a un conducto tanto por la
entrada como la salida.
9.1.2 Principios del método de ensayo
Con este método medimos el caudal de aire aspirado directamente de la atmósfera por
el ventilador que atraviesa un orificio practicado en una lámina delgada (diafragma)
situada al final de un conducto estanco conectado a la salida de la máquina. Por medio
de investigaciones de laboratorio se ha comprobado que realizando el montaje con las
precauciones que indica la norma se obtiene un valor preciso del caudal en el
momento del ensayo a partir de un número muy reducido de medidas.
El método consiste en deducir, conociendo la potencia absorbida por el motor PR, las
características del ventilador a partir de una serie de medidas realizadas para un punto
de funcionamiento correspondiente a un diámetro del orificio (D8), a una velocidad de
rotación del rodete (n), a una presión de remanso en la aspiración pst1 (igual a la
presión atmosférica pa0) y a una temperatura de remanso en la aspiración Tst1 (igual a
la temperatura ambiente θa0). Estas características son:
- Caudal másico qm
- Caudal volumétrico de remanso en la aspiración qvst1
- Incremento de presiones de remanso del ventilador Δpst
- Potencia por unidad de masa transmitida al fluido y
- Rendimiento del ventilador η
9.1.3 Descripción de la instalación
El montaje comprende, en el sentido de circulación del aire, los siguientes elementos:
- Ventilador a ensayar
- Empalme salida del ventilador-entrada del tramo de rectificación
- Tramo de rectificación
64
- Divergente cónico
- Cajón reducido cilíndrico con dispositivo de regularización y toma de
presión
- Diafragma
Fig. 9.1.3a) Instalación para ensayo con el método del cajón reducido
Fig. 9.1.3b) Dimensiones del conducto de ensayo
Local de ensayo: En las cercanías de la aspiración y la impulsión no debe haber
ningún obstáculo. La norma recomienda dejar libre una distancia por delante de la
aspiración mayor a dos veces el diámetro de aspiración D1 y mayor a dos veces el
diámetro del diafragma D8 tras la impulsión.
Ventilador Tramo de rectificación
Empalme
Divergente cónico
Cajón reducido
Empalme Láminas radiales
Divergente Tramo de rectificación
Dispositivo regularizador
65
Empalme ventilador-tubo de ensayo: En el caso de una impulsión de sección
circular como la que nos ocupa, este empalme deberá ser cónico y de longitud D4.
Debe cumplirse 0,95<D4/D2<1,1 siendo D2 el diámetro de la vía de impulsión del
ventilador y D4 el del tramo de rectificación. Si fuera necesario un codo intermedio por
no poder montarse el tubo de ensayo coaxialmente a la salida del ventilador, este debe
respetar las restricciones de la siguiente figura:
Fig. 9.1.3c) Empalme ventilador-conducto de ensayo
Tramo de rectificación de la corriente: En este tramo, de longitud 4,5D4 y
diámetro D4, se pretende reducir la eventual componente angular de la velocidad de
avance de la corriente a lo largo del conducto. Para ello dispone de un dispositivo
antigiro compuesto por ocho láminas radiales de longitud 2D4 como se observa en la
figura. Se recomiendan cuatro tomas de presión dispuestas radialmente junto a la
salida de este tramo por si en algún momento es necesario tomar medidas.
Fig. 9.1.3d) Dimensiones del tramo de rectificación
66
Divergente cónico: Este tramo es un tronco de cono de 7º. Su diámetro de salida D6
debe ser al menos dos veces el de entrada D4 con el fin de que la velocidad de salida
del aire sea como mucho una cuarta parte de la de entrada.
Cajón reducido: Es un elemento cilíndrico de diámetro D6 y longitud 1,2D6. A su
entrada se encuentra un dispositivo regularizador formado por dos series
perpendiculares de cinco láminas cada una. Las láminas paralelas serán equidistantes,
siendo el paso entre ellas de 0,15D6 y tendrán un espesor máximo de 0,003D6. Este
dispositivo ocupará una longitud de 0,45D6. A una distancia de 0,825D6 de la entrada
al cajón debe haber cuatro tomas de presión.
Fig. 9.1.3e) Dimensiones del cajón reducido
Tomas de presión: Las tomas de presión serán como se indica en la figura.
Fig. 9.1.3f) Dimensiones de las tomas de presión
Láminas de chapa de espesor
máximo
67
Diafragma: Al fondo del cajón se colocará esta pieza consistente en un disco delgado
con un orificio circular en el centro. Este disco debe ser desmontable, ya que a lo largo
del ensayo se utilizarán diafragmas de distintos diámetros que generarán pérdidas de
carga diferentes en el túnel, lo que nos permitirá pasar por varios puntos de
funcionamiento del ventilador. Las dimensiones de los diafragmas deben respetar:
- D’8>1,25D8+4e’’
- e’>0,003D’8
- e’<0,1D6 si D8/D6>0,03
- si e’>0,01D8, se debe hacer un chaflán de 30º para que la longitud del
orificio no sobrepase 0,01D8
Fig. 9.1.3g) Dimensiones de los diafragmas
9.2 Obtención de los puntos de funcionamiento
Para obtener la curva característica de un ventilador haremos que trabaje en distintos
puntos de dicha curva variando la resistencia a la circulación del aire a través del
conducto de ensayo (cambiando los diafragmas en cada medida). Cada punto de
funcionamiento está definido por un caudal desplazado, un incremento de presión de
remanso entre la entrada y la salida del ventilador y un rendimiento. Por supuesto
estas magnitudes están referidas a las condiciones en que se realiza cada medida, por
lo que después debemos adimensionalizar cada punto de funcionamiento, obtener la
curva de funcionamiento adimensional y de ella la curva característica para las
condiciones de trabajo nominales de la máquina.
9.2.1 Magnitudes a medir
Para determinar un punto de funcionamiento, deberán realizarse con cada diafragma
las siguientes medidas:
Sentido de la corriente
68
- Presión atmosférica pa0
- Presión efectiva en el cajón reducido pe6
- Temperatura seca en el local θs
- Temperatura húmeda en el local θh
- Humedad relativa hu
- Temperatura ambiente en las inmediaciones de la aspiración θa0
- Velocidad de rotación del ventilador n
- Potencia consumida por el motor PR
9.2.2 Parámetros necesarios
Para la obtención de los puntos de funcionamiento deben conocerse los siguientes
datos:
- Capacidad calorífica del aire húmedo a presión constante Cp
- Constante del aire húmedo R
- Exponente isentrópico κ (para el aire húmedo κ=1,4)
- Áreas A1, A2, A4, A6 y A8
9.2.3 Cálculo del caudal másico
El caudal másico qm se obtiene a partir de las siguientes fórmulas:
(1) 668 2 ρα em pAq =
(2) p
m
mp
Rst cA
qqc
PTT 2
626
2
16 2 ρ−+=
(3) 6
066
)(RT
pp ae +=ρ
69
El valor de α se obtiene de la tabla de la norma en función de la relación entre el
diámetro del orificio del diafragma y el del cajón reducido D8/D6 y de la pérdida de
carga relativa en el diafragma ε=pe6/pst1:
Este sistema de tres ecuaciones puede resolverse por iteración suponiendo en principio
una densidad del aire en el cajón reducido igual a la de aspiración (ρ6=ρst1=ρa0),
calculando con ella el caudal en la ecuación (1), introduciendo qm en (2) para obtener
T6 y con esta temperatura recalcular la densidad ρ6 con la ecuación (3). Con tres o
cuatro iteraciones se consiguen aproximaciones aceptables.
9.2.4 Cálculo del caudal volumétrico
El caudal volumétrico (definido como el caudal en las condiciones de presión y
temperatura de la aspiración) se obtiene directamente de
011
a
m
st
mvst
qqq
ρρ==
9.2.5 Cálculo del incremento de presión del ventilador
Para obtener la presión a la salida del ventilador calcularemos en primer lugar el
coeficiente de pérdida de carga en el conducto de ensayos:
612
4
2
6
43,012,0)2(26 2
12,0)Re42,0005,0(5,3Re95,044
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−+++= −−
ba
AA
AA
DD πχξ
siendo:
46
4Re
4 Dqm
D πμ= Número de Reynolds en el tramo de rectificación, teniendo
en cuenta la viscosidad en el cajón reducido.
666 10)048,01,17( −⋅+≈ θμ Viscosidad del aire en el cajón reducido.
70
Cada término de la ecuación anterior corresponde a la pérdida de carga en una zona
del túnel de ensayos:
12,04
Re95,0 −D Pérdida de energía en el dispositivo en estrella del tramo
rectificador.
)Re42,0005,0(5,3 3,04
−+ D Pérdida de energía en el resto del tramo rectificador.
6
412,0AA
− Pérdida de energía en el difusor.
61
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
ba
πχ
Pérdida de energía en el codo (con χ en radianes).
A continuación y partiendo de las siguientes ecuaciones:
∗= ppp
6
2
∗= ρρρ
6
2
26
22
AAn =
6622
2
21
ρκκγ
pAqm−
=
Aplicando las leyes de la termodinámica y las ecuaciones de comportamiento de los
gases, tenemos que la relación de densidades ρ∗ es solución de la ecuación:
0)( 012
23
3 =++−= ∗∗∗∗ BBBBF ρρρρ
con
)1(2)2(13 −
−−=
κγκ nB
)1(212 −+=
κκγnB
71
γξκκ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−⋅
−= 1)1(
)1(2)2(
261B
γξκκ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⋅
−= )1(
)1(2)2(
260B
Esta ecuación puede resolverse iterando con un método de convergencia como:
[ ][ ]i
iii F
F)(')(
)()( 1 ∗
∗∗
+∗ −=
ρρ
ρρ
122
3 23)(' BBBF +−= ∗∗∗ ρρρ
Comenzando por (ρ*)1=1 e iterando tres o cuatro veces se llega generalmente a
resultados satisfactorios. Una vez resuelta esta ecuación tenemos que:
*)1(**
ργγρ −+= np
*62 ppp ⋅=
*62 ρρρ ⋅=
La presión de remanso a la salida del ventilador será:
1
2222
2
22 211
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⋅⋅
−+=
κκ
ρκκ
pAq
pp mst
Y el incremento de presión forzado por el ventilador es finalmente:
12 ststst ppp −=Δ
9.2.6 Cálculo del rendimiento
El rendimiento de la máquina viene dado por la relación:
72
R
m
R
u
Pyq
PP
==η
donde Pu y PR son las potencias transmitida al fluido y absorbida por el motor
respectivamente, y es el trabajo por unidad masa transmitido al fluido y qm el caudal
másico. Para obtener y necesitamos conocer la presión p1 y la densidad del aire ρ1 en
la aspiración a partir de las magnitudes de remanso. Para ello tomaremos:
112
1
221 2
)1(
stst
m
pAq
mρκ
κ⋅⋅⋅
−=
1
11 T
TX st=
y haciendo uso de las leyes de la termodinámica y de comportamiento de los gases,
tenemos que debe cumplirse:
01)( 11
1211 =+−= −
+
XXmXG κκ
ecuación que puede resolverse por iteración con el método de convergencia de
Newton-Raphson:
[ ][ ]i
iii XG
XGXX
)(')(
)()(1
1111 −=+
111)(' 1
2211 −
−+
= −κ
κκ XmXG
Comenzando por (X1)0=1 se llega a resultados aceptables en tres o cuatro iteraciones.
Una vez obtenido X1 tenemos:
11
11
−
=κκ
X
pp st
11
1
11
−
=κ
ρρ
X
st
21
21
2
22
22
2
21
12
22)(2
ρρρρ Aq
Aqppy mm −+
+−
=
Finalmente tenemos el rendimiento
R
m
Pyq
=η
73
9.3 Comentarios acerca del ensayo
• Hay que tener en cuenta que los ensayos que propone esta norma se realizan
con aire a temperatura y presión ambiente, por lo que habrá que extrapolar los
resultados obtenidos a las características del fluido a impulsar en la práctica.
• Por estar basadas estas fórmulas en relaciones de semejanza, se debe tener
cuidado con los valores del número de Reynolds en los que nos movemos, y
comprobar en cada medida que sea lo suficientemente alto para que su
variación no tenga efecto sobre los valores de α dados por la norma. Por ello
en cada muestra se debe verificar:
68
2
epD ≥
• Los valores de α que da la norma están calculados para regímenes
estacionarios, por lo que habrá que garantizar que las fluctuaciones de presión,
velocidad y temperatura en el momento de tomar las medidas sean pequeñas.
• El rendimiento que estamos calculando es la relación entre la potencia
transmitida al aire y la absorbida por el motor, por lo que se trata del
rendimiento de la máquina en su conjunto (motor y ventilador).
• La norma, además de las características del montaje ya comentadas, propone
los materiales, rugosidades y tolerancias para la fabricación del túnel de
ensayos, así como la instrumentación a utilizar, forma de tomar las medidas y
cálculo de errores, información que no se ha considerado necesaria incluir en
este proyecto.
9.4 Descripción de la instrumentación
Los instrumentos necesarios para la realización de los ensayos son:
- Conducto de ensayos normalizado
- Variador de frecuencia
- Manómetro
- Pinza amperimétrica
74
- Analizador de energía eléctrica
- Tacómetro
- Termómetro
9.4.1 Conducto de ensayos
Este conducto y los diafragmas están diseñados según la norma AFNOR NF X 10-200.
Su diámetro nominal es de 500 mm, y sirve para ensayar ventiladores con un rango de
presiones de ± 25.000 Pa. Se incluyen en anexo planos con sus dimensiones exactas.
Fig. 9.4.1a) Conducto de ensayos utilizado
9.4.2 Variador de frecuencia
Con este instrumento se consigue actuar sobre la velocidad de giro del rodete. De esta
forma se puede realizar un arranque suave del motor aumentando progresivamente la
velocidad hasta alcanzar la deseada. Es además necesario para la realización de
ensayos que deben realizarse a velocidades de giro distintas a las que impondría la
frecuencia de la red eléctrica. En los ensayos se ha utilizado un variador de frecuencia
de 22 kW marca OMRON con las siguientes características:
• Modelo: OMRON Varispeed E7
• Potencia: 22 kW
75
• Input: AC3PH 380-480 V, 50/60 Hz, 50 A
• Output: AC3PH 0-480 V, 0-200 Hz, 45 A, 34 kVA
• Masa: 21 kg
Fig. 9.4.2a) Variador de frecuencia utilizado
9.4.3 Manómetro
En estos ensayos se utilizó el manómetro diferencial de columna de líquido que se
muestra en la figura 9.4.3a, con un rango de medida de entre 0 y 3000 mm de
columna de agua y una precisión de 5 mm de CA.
Fig. 9.4.3a) Manómetro diferencial de columna de líquido
76
9.4.4 Analizador de energía eléctrica
Este instrumento (de marca Chauvin Arnoux) se usa para medir las siguientes
magnitudes:
• Tensión eficaz (V): Hasta 600 V, con una precisión de ± 0,5% de la lectura
±0,5% del fin de escala
• Intensidad eficaz (A): Entre 1 A y 500 A, con una precisión de ± 0,5% de la
lectura ± 0,5% del fin de escala más el error intrínseco de la pinza que es del
orden del 1% de la lectura
• Potencia activa (W): Entre 30 y 300 kW en monofásico
• Factor de potencia (cos Φ): Entre -0 y +0
• Potencia aparente (VA): Entre 30 y 300 kVA en monofásico
• Potencia reactiva (var): Entre -300 kvar y +300 kvar
• Frecuencia (Hz): Entre 30 y 999 Hz
Puede utilizarse para realizar medidas eléctricas en redes monofásicas o trifásicas
equilibradas.
Fig. 9.4.4a) Analizador de energía eléctrica utilizado
77
9.4.5 Pinza amperimétrica
Se usa para medir resistencia eléctrica.
Fig. 9.4.5a) Pinza amperimétrica
9.4.6 Tacómetro
Este instrumento sirve para medir la velocidad de giro del rodete. Para ello se colocará
una pegatina reflactante sobre una de las aletas de refrigeración del motor situadas en
la parte posterior del mismo (y que están solidariamente unidas al eje y por lo tanto
giran a la misma velocidad que el rodete). El tacómetro se coloca paralelo al eje y a la
distancia del mismo a la que se haya colocado el adhesivo y se anota la medida que
aparece en pantalla. Este instrumento (de marca Chauvin Arnoux) es capaz de medir
entre 60 y 99.999 rpm.
Fig. 9.4.6 a) Tacómetro utilizado
78
9.4.7 Termómetro
El termómetro utilizado en los ensayos, de marca Chauvin Arnoux, es capaz de medir
entre -50ºC y +1300ºC, con una precisión de ±1ºC ±0,5% de la lectura.
Fig. 9.4.7a) Termómetro
9.5 Protocolo de realización de ensayos
Para la realización de los ensayos de funcionamiento de ventiladores centrífugos por el
método del cajón reducido, el manual de calidad de AEIB recoge el siguiente protocolo
de actuación:
1. Instalar el ventilador a ensayar sobre el túnel correspondiente
2. Realizar las conexiones eléctricas del motor (referirse a la placa de identificación
del motor)
3. Enrollar uno de los cables de fase en diez bucles. La falta de exactitud a nivel de
potencia absorbida y de intensidad medida se divide por diez.
4. Instalar un diafragma con la ayuda de los alicates
5. Eliminar el posible juego entre el ventilador y el túnel con junta de espuma y cinta
aislante
6. Conectar las tomas de presión a los manómetros
7. Verificar los niveles y los ceros de los manómetros
8. Hacer girar el ventilador y comprobar que el rodete gira en el sentido correcto
79
9. Esperar unos 10 minutos para que el motor alcance su temperatura de
funcionamiento
10. Verificar que tomas las tomas de presión están bien conectadas al túnel y a los
manómetros. Verificar que no hay fugas en las tomas
11. Realizar la primera medida con el diafragma sin abertura (Φ 0)
12. Tomar las medidas necesarias:
a. Analizador de energía eléctrica: Con las dos pinzas pequeñas se mide la
tensión, y con la pinza la intensidad
b. Taquímetro: Asegurarse de que hay un pequeño cuadrado de cinta
adhesiva reflectante sobre el rodete o sobre las aletas de refrigeración del
motor. La medida se realiza en rpm
c. Pinza amperimétrica: Medir la resistencia eléctrica entre fases
d. Termómetro e higrómetro: Medir la temperatura ambiente o la temperatura
del aire a la entrada del ventilador. La temperatura, la presión atmosférica y
la humedad relativa del aire (que se pedirá la estación de Meteorología de
Francia en el número de teléfono 0033 05 57 29 11 73) influyen en la
densidad del aire
13. Realizar un ensayo en vacío después de haber efectuado todas las medidas
concernientes a los puntos de funcionamiento del ventilador. Para ello:
a. Desmontar el rodete (verificar que todos los elementos están apagados y
parados)
b. Conectar el motor (que girará ahora sin carga)
c. Realizar las medidas eléctricas
Todas las medidas a efectuar están indicadas en la FICHE DE RELEVES D’ESSAIS
CAISSON REDUIT AU REFOULEMENT (Hoja de anotaciones de ensayos de cajón
reducido en la impulsión)
14. Calcular la densidad del aire para las condiciones del ensayo.
15. Obtención de resultados: Utilizar la hoja de cálculo FICHE DE RESULTATS D’ESSAIS
DE CAISSON REDUIT AU REFOULEMENT (Hoja de resultados de ensayos de cajón
reducido en la impulsión)
16. Introducir en la hoja de cálculo la referencia del ventilador ensayado y del motor
utilizado y a continuación todos los valores medidos en las casillas correspondientes
80
17. Imprimir la hoja de resultados
9.6 Realización del ensayo
El montaje se realizó conforme a la norma NF X 10-200 anteriormente detallada,
utilizando los instrumentos ya mencionados. Debido a la urgencia que corría la entrega
de la máquina, no se realizó el ensayo completo, de forma que en vez de medir en
once puntos como indica el procedimiento interno se llevaron a cabo sólo tres
mediciones. Con estos tres puntos será suficiente para comparar la curva de
funcionamiento real del ventilador con la esperada en el diseño.
9.7 Resultados obtenidos
Las medidas tomadas durante el ensayo en la Hoja de anotaciones (en anexo) se
introdujeron en la hoja de cálculo disponible en AEIB en la que están programados
todos los cálculos necesarios para obtener la curva de funcionamiento experimental del
ventilador, que se han explicado anteriormente. De esta forma se obtiene la Hoja de
resultados de ensayos que se incluye en el anexo correspondiente. Para que la
comparación con la curva de funcionamiento de diseño sea válida, se aplica semejanza
a los resultados obtenidos en dicha hoja. Los datos más relevantes son los puntos de
funcionamiento (caudal y presión), potencia consumida y rendimiento total de la
máquina.
81
Curvas de funcionamiento esperada y obtenida(a 2950 rpm y 1,204 kg/m3)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000Caudal (m3/h)
Incr
. Pre
sión
(Pa)
P est (Pa)
P est ensayos (Pa)
Pto de funcionamiento
Fig. 9.7a) Curvas de funcionamiento teórica y experimental
Potencia en eje esperada y obtenida(a 2950 rpm y 1,204 kg/m3)
0
5
10
15
20
25
30
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000Caudal (m3/h)
Pote
ncia
(kW
)
Pot en eje (kW)
Pot en eje ensayos (kW)
Fig. 9.7b) Potencia en eje teórica y experimental
82
Rendimiento esperado y obtenido
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Caudal (m3/h)
Rend
imie
nto
rendimiento esperadorendimiento obtenido
Fig. 9.7c) Rendimiento teórico y experimental
Como era de suponer, las simplificaciones realizadas en el diseño para facilitar la
fabricación han resultado perjudiciales para el rendimiento de la máquina. No obstante,
como ya se comentó anteriormente, el hecho de que el ventilador se haya fabricado a
medida y de que sólo se haya encargado una unidad justifica el sacrificio de parte de
su eficiencia con el fin de reducir considerablemente los costes de fabricación.
También puede comentarse que el pequeño sobredimensionamiento que se dio a la
máquina en el cálculo hidráulico han permitido que la curva de funcionamiento real
obtenida se ajuste al punto de funcionamiento demandado por el cliente, lo que
demuestra que los coeficientes correctores utilizados fueron adecuados.
83
10 Otros ensayos
10.1 Temperatura máxima de superficie
La normativa ATEX exigía que se comprobase que la temperatura máxima superficial
aumentada en 5ºC fuese menor a la máxima admisible (135ºC). Se debe considerar
como temperatura final la alcanzada en el momento en que el aumento de
temperatura es inferior a 2 K/h. Se comprobó que esta temperatura era
considerablemente menor a la exigida por la normativa ATEX, y que no constituye
peligro alguno para las personas como exige la directiva de Seguridad en Máquinas.
10.2 Impacto
Según la normativa ATEX y de seguridad en máquinas, se deben realizar ensayos de
impacto sobre:
• Rejillas de entrada y salida
• Zonas de la carcasa de menos de 1 mm de espesor
Deberá comprobarse que las piezas resisten el impacto y que la deformación obtenida
no supone una fuente potencial de inflamación. Al ser toda la carcasa de más de 1 mm
de espesor sólo hay que realizar este ensayo sobre las rejillas. La energía de impacto
según la norma debe ser de 7 julios, lo que se consigue dejando caer una masa de 1
kg desde una altura de 70 cm. La masa tiene que ser un cilindro de acero con una
punta semiesférica de 25 mm de diámetro. Se realizó este ensayo sobre una rejilla
igual a las que se colocaron finalmente, comprobándose que la deformación tras el
choque fue mínima.
84
Fig. 10.2a) Mecanismo utilizado para la realización de ensayos de impacto
10.3 Estanqueidad
Se realizó un ensayo hidráulico para comprobar la estanqueidad completa de la voluta.
Se cerraron las vías de aspiración e impulsión, la entrada del eje del motor y la purga,
y se inyectó agua con una bomba hasta que la presión en el interior alcanzó los X bar,
manteniéndose así durante 10 minutos. Pasado este tiempo se comprobó que no
existían fugas en los cordones de soldadura.
Fig. 10.3a) Bomba utilizada en el ensayo de estanqueidad
85
10.4 Resistencia del rodete
Para verificar la resistencia mecánica del rodete, la norma exige que se le haga girar a
1.15 veces la velocidad máxima de funcionamiento. Con el variador de frecuencia se
llegó a velocidades superiores a las 3450 rpm sin que se advirtiese ningún problema.
10.5 Vibración
Para comprobar los niveles de vibración se fue aumentando gradualmente la velocidad
de giro del rodete con el variador de frecuencia mientras se iban realizando mediciones
en determinados puntos del motor y del ventilador con un medidor de vibraciones
marca CEMB de sensibilidad máxima de 0,1 µm y 0,05 mm/s. Se verificó que los
niveles de vibración en el rango de frecuencias de trabajo e incluso para velocidades
de giro mayores que las de diseño eran aceptables.
Fig. 10.5a) Instrumento medidor de vibraciones
86
11 Presupuesto
El presupuesto del ventilador es el siguiente:
Compras:
o Mecanismo de estanqueidad en eje Burgmann 1285€
o Motor ATEX Leroy Somer 30kW 2 polos 2485,5€
o 2 Bridas DN250 PN16 inox 316L 440€
o Cubo del rodete en inox 316L + material 393€
o Corte de piezas en chapa inox 316L + material 1500€
Trabajo AEIB:
o Estudio técnico 1600€
o Fabricación 1600€
TOTAL: 9303,5€
Precio de venta: 13120€ IVA no incluido y transporte por cuenta de AEIB
Nota: Este presupuesto no incluye los costes recurrentes (electricidad, maquinaria,
gastos de gestión…) imputables a la fabricación del ventilador, así como el coste de
elementos (tornillería, embalaje…) que se tomaron del stock de AEIB, ni el de las
suspensiones, suministradas por el instalador.
87
12 Conclusiones
El procedimiento de trabajo seguido por AEIB para la fabricación de ventiladores bajo
pedido tiene como principal desventaja que los rendimientos obtenidos no son
excesivamente altos, tanto por el método de diseño, durante el que no se realiza un
estudio de detallado que permita optimizar el comportamiento hidráulico del ventilador,
como por los procesos de fabricación utilizados, que requieren un diseño sencillo. Sin
embargo todas estas simplificaciones permiten fabricar máquinas a medida que se
adaptan perfectamente a las necesidades de cada cliente a un coste moderado. En la
solución de compromiso entre rendimiento y costes de diseño y fabricación puede
considerarse que el modelo de AEIB es bastante apropiado, al tratarse de máquinas
hechas a medida y de las que generalmente no se fabrica más que una o dos
unidades.
La fabricación del ventilador HPB ATEX 850 y sus ensayos concluyeron a mediados de
diciembre de 2005. La máquina se encuentra actualmente instalada y en
funcionamiento en la planta química de PFIZER en Val de Reuil.
88
13 Bibliografia
1. Association Française de Normalisation. E 51-001 Ventilateurs – Vocabulaire -
Classification (Ventiladores-Vocabulario-Clasificación). 1968. AFNOR
2. Association Française de Normalisation. NF EN 13463-1 Matériels non
électriques pour utilisation en atmosphères explosibles (Material no eléctrico
para uso en atmósferas explosivas), 2002. AFNOR
3. Association Française de Normalisation. NF ISO 12499 Ventilateurs industriels:
Sécurité mécanique des ventilateurs (Ventiladores industriales: Seguridad
mecánica de los ventiladores), 1999. AFNOR
4. Association Française de Normalisation. NF S 31-021 Acoustique – Mesurage en
plate-forme du bruit émis par les ventilateurs à enveloppe – Méthode du
caisson réduit au refoulement (Acústica – Medida en conductos normalizados
del ruido emitido por los ventiladores con carcasa – Método del cajón reducido
en la impulsión). 1982. AFNOR
5. Association Française de Normalisation. NF X 10-200 Ventilateurs industriels -
Règles d’essais aérauliques en plate-forme des ventilateurs à enveloppe
refoulants et aspirants-refoulants – Méthode du caisson réduit au refoulement
(Ventiladores industriales – Reglas de ensayos de funcionamiento en conductos
normalizados de ventiladores con carcasa de impulsión y de aspiración-
impulsión – Método del cajón reducido en la impulsión). 1986. AFNOR
6. Association Française de Normalisation. Pr NF EN 14986 Conception des
ventilateurs pour les athmosphères explosibles (Diseño de ventiladores para
atmósferas explosivas), 2004. AFNOR
7. Cherkasski. Bombas, ventiladores y compresores, 1986. Editorial MIR Moscú
8. Lexis, Joseph. Pratique des ventilateurs (Manual práctico de ventiladores),
1991. Les Éditions Parisiennes
9. Parlamento Europeo y Consejo de la Unión Europea. Directiva 94/9/CE sobre
Aparatos y Sistemas de Protección para Uso en Atmósferas Potencialmente
Explosivas, 1994. DOCE
10. Parlamento Europeo y Consejo de la Unión Europea. Directiva 97/23/CE sobre
Equipos a Presión, 1997. DOCE
89
11. Parlamento Europeo y Consejo de la Unión Europea. Directiva 98/37/CE sobre
Seguridad en Máquinas, 1998. DOCE
12. Recknagel – Sprenger – Hönmann. Manuel pratique de génie climatique
(Manual práctico de ingeniería climática), 1986. PYC Edition
13. Saldou, Olivier. Manual de calidad AEIB
90
Anexos
A. Planos de fabricación
B. Dimensiones del túnel de ensayos
C. Ficha de resultados de ensayos
D. Instrucciones de puesta en marcha y mantenimiento
E. Otros proyectos
91
A. Planos de fabricación
Índice de planos:
4133-00 Plano de dimensiones generales del ventilador HPB ATEX 850
4133-01 Voluta
4133-02 Disco anterior de la voluta
4133-03 Disco posterior de la voluta
4133-04 Contorno de la voluta
4133-05 Desarrollo del contorno de la voluta
4133-06 Disco de cierre de la voluta
4133-07 Tolva de aspiración
4133-08 Tolva de impulsión
4133-09 Bridas DN250 PN16
4133-10 Rodete
4133-11 Disco anterior del rodete
4133-12 Disco posterior del rodete
4133-13 Álabe
4133-14 Cubo del rodete
4133-15 Mecanismo de estanqueidad eje motor-voluta
+ Plano del fabricante
4133-16 Estructura soporte
4133-17 Asiento del motor
4133-18 Desarrollo del asiento del motor
4133-19 Soporte de la voluta
4133-20 Arandela de fijación del rodete al eje motor
4133-21 Motor
+ Plano del fabricante
92
4133-22 Juntas
4133-23 Desarrollo de la tolva de aspiración
4133-24 Desarrollo de la tolva de impulsión
+ Dossier de cálculo del desarrollo
4133-25 Rejilla de conductos de aspiración e impulsión
Plano de fabricación de refuerzos de la voluta
93
B. Dimensiones del túnel de ensayos
94
C. Ficha de resultado de ensayos
AEIB VENTILATEURS SPECIAUX DATE DE L'ESSAI 20-dec.-06
131, Rue des Vivants OPERATEUR O.S.
33 100 BORDEAUX (FRANCE)
Tél . : (00 33) 05 57 80 79 79 Fax : (00 33) 05 56 40 92 20 CAISSON AEIB DIAMETRE (m) 0.5
FICHE DE RESULTATS D'ESSAIS DIAMETRE DU TRONCON COMMUN (m) 0.32
CAISSON REDUIT AU REFOULEMENT VENTILATEUR MOTEUR
Type de ventilateur SOGEQUIP B 860 020 Type Pôles Puissance Tension Cos phi Intensité Fréquence Vitesse V. synchro.Type de roue 860 (kW) (V) (A) (Hz) (tr/min) (tr/min)Diamètre aspir. (mm) 260 FLSD 200L2 2 30 400 0.91 55 50 2955 3000Section refoul. (m²) 0.053091
M.vol. sous Hr M.vol. sous HrESSAI A VIDE (MOTEUR CHAUD - DONNEES CONSTRUCTEUR) AMBIANCE et 101325Pa et P atm.
I0 (A) T0 (V) P0 abs. (W) R0 (Ohms) 2 ph. P J0 (W) P fer (W) T°(°C) P. atm.(Pa) Hr (%) (kg/m3) (kg/m3)16.475 400 2480 0.1187 48.3 2431.7 12.5 101890 77 1.231 1.238
CARACTERISTIQUES AERAULIQUES DANS CONDITIONS D'ESSAIS
POINT Pe6 (Dp diaphragme) d diaph. A B C Eps Alpha RO 6 caisson RO asp. Re d Condition surAlpha d/D Débit ma. Débit vol. V. REF. VENT.
Coeff./DP Départ (mm CE) Rel. (mm CE) Calcul. (Pa) (m) (kg/m3) (kg/m3) d>=2/PE6^0,5 (kg/s) (m3/h) DE./Sd (m/s) 1 1 2.5 1470.0 14396 0.07710 0.60267 0.25081 0.07721 0.14129 0.58224 1.413 1.238 0 0.01667 0.154 0.513 1492 7.81 2 1 2.5 1450.0 14200 0.09919 0.60455 0.25214 0.07834 0.13937 0.58423 1.410 1.238 0 0.01678 0.198 0.846 2462 12.88 3 1 2.5 1310.0 12827 0.12430 0.60710 0.25429 0.08018 0.12589 0.58844 1.394 1.238 0 0.01766 0.249 1.272 3701 19.36 4 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00 5 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00 6 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00 7 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00 8 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00 9 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00 10 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00
11 0 0.59930 0.24900 0.07570 0.00000 0.59930 1.238 1.238 0 Non défini 0.000 0.000 0 0.00
CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES RELEVEES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES ET AERAULIQUES CALCULEES
Point T I P abs. N R entre 2 phases Pj st. Pj rt. Perte totale Gliss. P arbre mot. Rend. mot. p stat x débit Rend. stat. p tot x débit Rend. tot.ROUE
(V) (A) (kW) (tr/min) (Ohms) (W) (W) (W) (W) (%) (W) (%) (W) (%) 1 395 27.5 16.00 2984 0.1187 134.7 71.6 2638.0 0.01 13362 83.5 5957.8 44.6 5975.7 44.7 2 393 32.5 19.50 2975 0.1187 188.1 140.7 2760.4 0.01 16740 85.8 9661.9 57.7 9741.9 58.2 3 393 45.8 27.00 2970 0.1187 373.5 241.9 3047.1 0.01 23953 88.7 13021.0 54.4 13289.5 55.5 4 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini 5 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini 6 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini 7 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini 8 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini 9 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini 10 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini 11 0.0 -2431.7 0.0 1.00 0 Non défini 0.0 Non défini 0.0 Non défini
PRINCIPAUX RESULTATS
Point Pe6 (Pa) Ra (kg/m3) R6 (kg/m3) Dé. (m3/h) Pdyn. (Pa) ref. Reynolds tronçoncommun (ReD4) Coeff. perte banc DP TOT. VENT. (Pa)
ERREURRELATIVE SUR
DP TOT.DP. STAT. (Pa) P. ARBRE
(W)R. TOT.
ROUE(%)R. MOT.(%
)R. MOTO.VENT. (%)
1 14396 1.238 1.413 1492 43 115362 0.196224 14414 0.000 14371 13362 44.7 83.5 37.32 14200 1.238 1.410 2462 117 190279 0.187561 14247 0.000 14130 16740 58.2 85.8 50.03 12827 1.238 1.394 3701 261 286040 0.181043 12928 0.000 12667 23953 55.5 88.7 49.24 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.05 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.06 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.07 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.08 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.09 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.0
10 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.011 0 1.238 1.238 0 0 0 Non défini 0 0.000 0 0 Non défini Non défini 0.0
95
D. Instrucciones de instalación y mantenimiento
96
E. Otras aplicaciones del proceso de diseño y fabricación
En los meses pasados en AEIB, el autor participó, en mayor o menor medida, en los
siguientes proyectos, que se describen a continuación:
• Ventilador centrífugo HPBI DESP 450 020
• Ventiladores centrífugos HPB ATEX 850 y HPB ATEX 545
• Agitadores tipo Harmattan A800 PR071
• Ventilador centrífugo MAI 402 RD90
• Aerotermo eléctrico de 15 kW con ventilador HCAS 1040 Standard
• Ventilador centrífugo HPB ISE ATEX 650 LG270
97
Ventilador centrífugo HPBI DESP 450 020
Descripción
Máquina para hacer circular nitrógeno mezclado con un gas trazador a lo largo de una red de tuberías.
Este ventilador forma parte de un sistema de detección de microfugas para el reactor Phenix de la
planta nuclear de Marcoule, en el centro Valrhô (Bagnols-sur-Cèze, Francia). La principal característica
del proyecto son las condiciones de alta temperatura (>400ºC) y presión (7.5 bar) del fluido a impulsar.
98
Características del ventilador
Cliente: CEA (Commissariat à l'énergie atomique)
Fluido: Nitrógeno a 425 ºC y 7.5 bar (3.4 kg/m3)
Punto de funcionamiento nominal (en condiciones de funcionamiento): caudal de 80 m3/h e
incremento de presión de 154 mbar
Motor: 7.5 kW, 4500 rpm
Variador de frecuencia
Material del ventilador: INOX 316L
Diámetro de la rueda: 450 mm
Diámetro de la voluta: 650 mm
Peso: 366 kg
Presupuesto: 38.000 €
Características especiales
La voluta del ventilador debe cumplir la reglamentación de recipientes sometidos a presión y su
cálculo y fabricación deben estar certificados por un organismo cualificado
Equipado de válvula de seguridad y compensadores de dilatación
Estanqueidad ventilador-motor estática
Motor especial estanco para soportar la presión y temperatura requeridos
Trabajo realizado por el alumno
Diseño hidráulico
Modelo 3D y diseño de las piezas
Elaboración de planos
Elección de componentes y búsqueda de proveedores
Contacto con el organismo de certificación Bureau Veritas y elaboración del documento
justificativo del cumplimiento de la reglamentación de recipientes a presión
99
Ventiladores centrífugos HPB ATEX 850 y HPB ATEX 545
Descripción
Ventiladores para sistema de extracción de gases procedentes de los reactores de la planta química de
PFIZER en Val de Reuil e impulsión en la instalación de tratamiento. Los dos ventiladores HPB ATEX
545, conectados en paralelo, aseguran la extracción de los gases del reactor, mientras que el HPB
ATEX 850 está situado a continuación de un equipo de condensación criogénica e impulsa el fluido a
través de una unidad de adsorción de disolventes. El gas a impulsar es potencialmente explosivo. El
ventilador HPB ATEX 850 es el que se ha escogido para el desarrollo de este proyecto.
100
Características del ventilador
Cliente: Sogequip / PFIZER
Fluido: Nitrógeno, COV y entre un 5 y un 10 % de oxígeno
Presión de funcionamiento: Ambiente
Temperatura de funcionamiento: Ambiente para los HPB ATEX 545 y – 40 ºC para el HPB
ATEX 850
Punto de funcionamiento nominal (en condiciones normales): caudal de 2500 Nm3/h e
incremento de presión de 140 mbar para el HPB ATEX 850 y de 50 mbar para los HPB ATEX
545 (que funcionarán alternativamente)
Motor: 11 kW, 2935 rpm (HPB ATEX 545) y 30 kW, 2955 rpm (HPB ATEX 850)
Variadores de frecuencia
Material de los ventiladores: INOX 316L
Diámetro de la rueda: 545 mm / 860 mm
Peso: 250 kg / 600 kg
Presupuesto total: 43.300 €
Características especiales
Los ventiladores deben diseñarse conforme a la normativa de atmósferas explosivas
Equipados con cajones de insonorización
Estanqueidad ventilador-motor dinámica (anillos de carbono fragmentados)
Trabajo realizado por el alumno
Diseño hidráulico
Modelo 3D y diseño de las piezas
Diseño de los cajones de insonorización
Elaboración de planos
Elección de componentes y búsqueda de proveedores
Seguimiento de la fabricación
Ensayos
101
Agitadores tipo Harmattan A800 PR071
Descripción
Ventiladores para hacer circular el aire en el interior de hornos (dos para hornos a 300 ºC y dos para
600 ºC). El ventilador se monta sobre el techo del horno, quedando el rodete en el interior y el chasis
con el motor y el sistema de transmisión en el exterior. En la placa inferior del chasis y para separarlo de
la rueda se montó un tapón aislante que encaja perfectamente en la ventana abierta en el horno.
Características del ventilador
Cliente: M2G Meci Fours
Fluido: Aire a 300 / 600 ºC y presión ambiente
Punto de funcionamiento nominal (a 20 ºC): Caudal de 30000 m3/h e incremento de presión
de 60 mm CA
Motor: 15 kW, 1500 rpm, eje 1300 rpm
Material: INOX 316Ti (para 600 ºC) / INOX 304L (para 300 ºC)
102
Diámetro de la rueda: 800 mm
Peso: 550 kg
Presupuesto: 20.000 €
Características especiales
No se instalará voluta, sólo la rueda
Paneles aislantes entre la rueda (que se sitúa en el interior del horno) y el chasis (que está en el
exterior) de 250 mm de lana de roca para el horno de 600 ºC y de 150 mm para el de 300 ºC
Control de rotación con detector inductivo
Transmisión por correas
Eje apoyado en cojinetes con depósitos de lubricación externa
Trabajo realizado por el alumno
Diseño hidráulico
Diseño de piezas y modelo 3D
Elección de componentes mecánicos
Contacto con proveedores
Elaboración de planos
103
Ventilador centrífugo MAI 402 RD90
Descripción
Máquina para hacer circular aire en una instalación de ventilación.
Características del ventilador
Cliente: GTIE Synertec
Fluido: Aire
Caudal nominal: 1000 a 2000 m3/h
Incremento de presión: 200 a 300 mm CA
Motor: 3 kW, 2800 rpm
Material: INOX 304L
Diámetro de la rueda: 400 mm
Dimensiones de la voluta: 580 x 625 mm
104
Peso: 75 kg
Presupuesto: 2400 €
Trabajo realizado por el alumno
Diseño hidráulico
Diseño de piezas y modelo 3D
Elección de componentes
Elaboración de planos
Contacto con proveedores
105
Aerotermo eléctrico de 15 kW con ventilador HCAS 1040 Standard
Descripción
Equipo de ventilación y calentamiento de aire para mantenimiento de la temperatura en un almacén. La
impulsión se realiza con un ventilador estándar del catálogo de AEIB y el calentamiento por medio de
una batería de resistencias eléctricas en el interior del cajón.
Características del ventilador
Cliente: TBM-STERI CHEM
Fluido: Aire
Caudal nominal: 2000 a 3000m3/h
Incremento de presión: 400 a 600 Pa
Motor: 1.5 kW
106
Material: acero galvanizado
Dimensiones del cajón: 650x650x650
Diámetro de la rueda: 300 mm
Diámetro de la voluta: 500 mm
Presupuesto: 1.300 €
Características especiales
Calentamiento del aire por batería de resistencias eléctricas de 15 kW
Trabajo realizado por el alumno
Selección de componentes
Diseño mecánico y modelo 3D
Contacto con proveedores
Elaboración de planos
Elaboración de presupuesto
107
Ventilador centrífugo HPB ISE ATEX 650 LG270
Descripción
Ventilador ATEX para aspirar las emisiones de COV de un proceso de una planta farmacéutica (2
unidades). El gas aspirado es explosivo.
Características del ventilador
Cliente: Sanofi Aventis
Fluido: Emisiones de COV a una presión máxima de 400 mmCA y temperaturas entre –20 y 40
ºC
Punto de funcionamiento nominal (en condiciones normales): Caudal de 4200 m3/h e
incremento de presión de 4000 Pa
Motor: ATEX 18.5 kW, 3000 rpm, equipado con variador de frecuencia
Material: INOX 316L
Diámetro de la rueda: 650 mm
108
Diámetro de la voluta: 930 mm
Peso: 2000 kg
Presupuesto: 150.000 €
Características especiales
La máquina debe cumplir la reglamentación para atmósferas explosivas
Parallamas con sensor de temperatura Protego
Estanqueidad voluta-motor por medio de discos de carbono fragmentados
Compensadores de dilatación
Ensayo hidráulico a 11 bar
Ensayos de explosión en laboratorios
Cajones insonorizados
Trabajo realizado por el alumno
Ensayos hidráulicos de las volutas
Ensayos de funcionamiento
Montaje