UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

MONOGRAFIA N°1

PREDICCION DE LOS DATOS DE DISEÑO DE UN VENTILADOR

CENTRÍFUGO

DOCENTE A CARGO: ING. HERNAN PINTO ESPINOZA

TURBOMAQUINAS 1 – MN232

UNIDAD EJECUTORA: GRUPO 1

FECHA DE REALIZACIÓN: 22 DE OCTUBRE DE 2013.

FECHA DE ENTREGA: 14 DE NOVIEMBRE DE 2013

CHINGUEL BARRIOS ALEJANDRO

CHANCATUMA HUAMAN JESUS

HUARANCCA SANCHEZ WILSON

LUNA GOIN AGAPITO ERMIS

2

RESUMEN TECNICO

Las actividades del reconocimiento del ventilador centrífugo fueron llevadas a cabo en

el Laboratorio N°05 de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional

de Ingeniería, en fecha 22 de Octubre del 2013; en el horario de 10 am a 12 pm, bajo la

supervisión del Ing. Hernán Pinto Espinoza.

La unidad procedió con la verificación de la velocidad de rotación del motor del

ventilador, mediante la medición de las rpm del eje del motor, realizadas por un

tacómetro; como el acoplamiento del motor era directo, la velocidad de rotación de

operación registrada fue de 1770 rpm, siendo la nominal 1800 rpm.

Una vez verificada las rpm de operación, la unidad procedió al desarmado de la carcasa

del ventilador, retirando dicha carcasa y el motor acoplado; pudiéndose observar

directamente el rodete del ventilador, del cual se empezaron a realizar las mediciones

de: ángulo de diseño, ancho efectivo, diámetros exterior e interior, número de álabes y

espesor de los álabes del rodete. Además, se verificó que la potencia del motor era de

60 watts. Luego se volvió a armar dicho ventilador, verificándose su óptima operación

después del armado para así volverlo a guardarlo en el almacén.

Tomados estos datos, se comenzó con la predicción de los datos de diseño de un

ventilador, utilizando los procedimientos analíticos correspondientes, obteniéndose

principalmente un caudal de 0.16576 m3/seg y una altura efectiva de 22.5989 m de aire.

3

INDICE

INTRODUCCION

MARCO TEORICO

1. Ventilación

2. Ventilador

3. Ventilador centrifugo

4. Curvas características de un ventilador

PROCEDIMIENTO

1. Equipos a utilizar

2. Datos obtenidos

3. Cálculo analítico

3.1 Triangulo de velocidades

3.2 Caudal

3.3 Altura efectiva

3.4 Potencia nominal del motor

3.5 Calculo de 𝛼1

3.6 Calculo de 𝛼2

4. Cálculos adicionales

4.1 Cifras características

4.2 Números específicos

4.3 Grado de reacción

RESULTADOS Y DISCUSION

1. Tabla de resultados

CONCLUSIONES

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

ANEXOS

A. Armado y desarmado de un ventilador centrífugo

B. Plano del rodete del ventilador centrífugo

C. Clasificación de los ventiladores

D. Curvas características de un ventilador

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INTRODUCCION

En el desarrollo del curso de Turbomáquinas 1, estudiamos los ventiladores centrífugos

debido a que, estas turbomáquinas juegan un rol muy importante en la industria

peruana, ya sea visto desde el sector minero y sector de producción; donde los

ventiladores se utilizan para producir corrientes de aire que se manipulan para

neutralizar y eliminar la presencia de calor, polvo, humo, gases, condensaciones, olores,

etc., también se los ocupa en secadores, torres de enfriamiento, ayuda a la combustión

en hornos, transportación, o ventilación en los lugares de trabajo, que puedan resultar

nocivos para la salud de los trabajadores. Hasta en centros comerciales, instituciones

públicas o en nuestros propios hogares, donde los ventiladores son aprovechados para

el confort de las personas que transitan a diario; los ventiladores centrífugos, son

turbomáquinas a las cuales el ciudadano común ya está familiarizado.

Los objetivos la presente monografía son analizar en forma experimental y analítica,

tomando los datos de diseño del rodete de un ventilador cualquiera, la predicción de los

datos de diseño de un ventilador centrifugo, siendo éstos el caudal y la altura efectiva a

la cual fueron diseñados por el fabricante.

Esperamos que la presente monografía sea de su agrado y sirva como un documento

de referencia académica para la formación de los estudiantes de la Facultad de

Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería.

LOS AUTORES

MARCO TEORICO

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1. VENTILACIÓN

La ventilación puede definirse como la técnica de sustituir el aire ambiente interior de un

recinto, el cual se considera indeseable por falta de temperatura adecuada, pureza o

humedad, por otro que aporta una mejora. Esto es logrado mediante un sistema de

inyección de aire y otro de extracción, provocando a su paso un barrido o flujo de aire

constante, el cual se llevará todas las partículas contaminadas o no deseadas.

Entre las funciones básicas para los seres vivos, humanos o animales, la ventilación

provee de oxígeno para su respiración. También puede proporcionar condiciones de

confort afectando la temperatura del aire, la velocidad, la renovación, la humedad y/o la

dilución de olores indeseables. Entre las funciones básicas para las máquinas,

instalaciones o procesos industriales, la ventilación permite controlar el calor, la

transportación neumática de productos, la toxicidad del aire o el riesgo potencial de

explosión.

2. VENTILADOR

Un ventilador es una máquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se

puede definir también como una turbomáquina que transmite energía para generar la

presión necesaria para mantener un flujo continuo de aire.

Dentro de una clasificación general de máquinas, los ventiladores son turbomáquinas

hidráulicas, tipo generador, para gases.

Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente eléctrico,

con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulación de velocidad,

conmutación de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le

transmite energía. Este propulsor adopta la forma de rodete con álabes, en el caso del

tipo centrífugo, o de una hélice con palas de silueta y en número diverso, en el caso de

los axiales.

El conjunto, o por lo menos el rodete o la hélice, van envueltos por una caja con paredes

de cierre en forma de espiral para los centrífugos y por un marco plano o una envoltura

tubular en los axiales. La envolvente tubular puede llevar una reja radial de álabes fijos

6

a la entrada o salida de la hélice, llamada directriz, que guía el aire, para aumentar la

presión y el rendimiento del aparato.

3. VENTILADORES CENTRÍFUGOS

En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del

rodete a la entrada y perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge

perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.

Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes:

Álabes curvados hacia adelante,

Álabes rectos,

Álabes inclinados hacia atrás / curvados hacia atrás.

En la figura puede observarse la disposición de los álabes:

FIGURA 1. Ventiladores centrífugos de alabes (a) curvados hacia adelante, (b)

radiales y (c) curvados hacia atrás

Los ventiladores de álabes curvados hacia adelante (también se llaman de jaula de

ardilla) tienen una hélice o rodete con álabes curvadas en el mismo sentido del giro.

Estos ventiladores necesitan poco espacio, poseen baja velocidad periférica y son

silenciosos. Se utilizan cuando la presión estática necesaria es de baja a media, tal

como la que se encuentran en los sistemas de calefacción, aire acondicionado o

renovación de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire

7

polvoriento, ya que las partículas se adhieren a los pequeños álabes curvados y pueden

provocar el desequilibrado del rodete.

Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Además,

como su característica de potencia absorbida crece rápidamente con el caudal, ha de

tenerse mucho cuidado con el cálculo de la presión necesaria en la instalación para no

sobrecargarlo. En general, son bastante inestables funcionando en paralelo, vista su

característica caudal-presión. En la figura pueden observarse las partes mencionadas.

FIGURA 2. Ventiladores centrífugos con alabes curvados

Los ventiladores centrífugos radiales tienen el rodete con los álabes dispuestos en forma

radial. La carcasa está diseñada de forma que a la entrada y a la salida se alcancen

velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseños de

rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta

resistencia a impacto". La disposición radial de los álabes evita la acumulación de

materiales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comúnmente utilizado en las

instalaciones de extracción localizada en las que el aire contaminado con partículas

debe circular a través del ventilador. En este tipo de ventiladores la velocidad periférica

es media y se utiliza en muchos sistemas de extracción localizada.

Los ventiladores centrífugos de álabes curvados hacia atrás tienen un rodete con los

álabes inclinados en sentido contrario al de rotación. Este tipo de ventilador es el de

mayor velocidad periférica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo

y una característica de consumo de energía del tipo "no sobrecargable".

8

En un ventilador "no sobrecargable", el consumo máximo de energía se produce en un

punto próximo al de rendimiento óptimo de forma que cualquier cambio a partir de este

punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultará en un consumo de

energía menor. La forma de los álabes condiciona la acumulación de materiales sobre

ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a

continuación:

Álabes de espesor uniforme

Los álabes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o húmedo. No

debe emplearse con aire conteniendo materiales sólidos ya que tienen tendencia

a acumularse en la parte posterior de los alabes.

Los álabes de ala portante

Permiten mayores rendimientos y una operación más silenciosa. Los álabes

huecos se erosionan rápidamente y se pueden llenar de líquido si la humedad

es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire

limpio.

4. CURVA CARACTERTISTICA DE UN VENTILADOR

El ensayo de ventiladores tiene por objeto determinar la capacidad del aparato para

transferir la potencia al aire que mueve. El ventilador se hace funcionar a un régimen de

giro constante, tomando valores de diferentes caudales movidos, según sea la pérdida

de carga que debe vencerse. La curva característica de un ventilador se obtiene

dibujando en unos ejes de coordenadas los distintos valores caudal-presión, obtenidos

mediante ensayo en un laboratorio.

9

PROCEDIMIENTO

1. EQUIPOS A UTILIZAR

1) Ventilador centrífugo

2) Tacómetro y regla

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2. DATOS OBTENIDOS

Diámetro exterior: 𝐷2 = 190 𝑚𝑚

Diámetro interior: 𝐷1 = 160 𝑚𝑚

𝛽1 = 90°

𝛽2 = 160°

Ancho de la entrada y salida: 𝑏 = 77 𝑚𝑚

Espesor de los alabes: 𝑒 = 1 𝑚𝑚

Número de alabes: 𝑧 = 48

Velocidad de operación: 𝑁 = 1770 𝑟𝑝𝑚

Potencia de placa del motor: 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = 60 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠

3. CALCULO ANALITICO

Antes de proceder a calcular, asumiremos lo siguiente:

Eficiencia volumétrica: 𝜂𝑉 = 95%

Eficiencia mecánica: 𝜂𝑀 = 98%

Eficiencia total: 𝜂 = 75%

Eficiencia hidráulica: 𝜂𝐻 = 77.36% (calculado)

Eficiencia del grupo (motor – acoplamiento – ventilador: 𝜂𝐺𝑅𝑈𝑃𝑂 = 98%

3.1. Construimos los triángulos de velocidades:

11

Del triángulo de velocidades:

𝐶𝑢1 = 𝑢1 … (1)

𝐶𝑢2 = 𝑢2 +𝐶𝑚2

tan (180 − 𝛽2) … (1)

Conociendo la velocidad de rotación, calculamos 𝑢1: y 𝑢2:

𝑢1 =𝜋𝐷1𝑁

60 (𝑚/𝑠) =

𝜋(0.16)(1770)

60

𝑢1 = 14.828317 𝑚/𝑠

𝑢2 =𝜋𝐷2𝑁

60 (𝑚/𝑠) =

𝜋(0.19)(1770)

60

𝑢2 = 17.6086 𝑚/𝑠

3.2 Calculo del caudal

Para calcular el caudal, utilizamos la fórmula para ventiladores:

𝑄

𝜂𝑉= 𝜋𝑏2𝐷2𝐶𝑚2 (

1

𝐾𝑒2)

𝑄 = 𝜂𝑉𝜋𝑏2𝐷2𝐶𝑚2 (1

𝐾𝑒2) … (2)

Calcularemos 𝐾𝑒2:

𝐾𝑒2 =𝑡2

𝑡2 − 𝑠2

Para 𝑡2:

𝑧𝑡2 = 𝜋𝐷2

𝑡2 =𝜋𝐷2

𝑧=

𝜋(0.19)

48

𝑡2 = 1.243547𝑥10−2 𝑚

𝑡2 = 12.43547 𝑚𝑚

Para 𝑠2:

sin(180 − 𝛽2) ≈𝑒

𝑠2

12

𝑠2 ≈𝑒

𝑠𝑒𝑛(180 − 𝛽2)=

0.001

𝑠𝑒𝑛(180 − 160)

𝑠2 = 2.9238𝑥10−3 𝑚

𝑠2 = 2.9238 𝑚𝑚

Entonces 𝐾𝑒2:

𝐾𝑒2 =12.43547

12.43547 − 2.9238

𝐾𝑒2 = 1.30739

3.3 Calculo de la altura efectiva

Para calcular la altura efectiva, luego reemplazaremos (1):

𝐻 = 𝜇𝜂𝐻𝐻𝑅∞

𝐻 = 𝜇𝜂𝐻(𝑢2𝐶𝑢2

𝑔−

𝑢1𝐶𝑢1

𝑔)

𝐻 =𝜇𝜂𝐻

𝑔[𝑢2 (𝑢2 +

𝐶𝑚2

tan(180 − 𝛽2)) − 𝑢1

2] … (3)

3.4 Potencia nominal del motor

La potencia en un ventilador:

𝑃 = 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝜂𝐺𝑅𝑈𝑃𝑂 =𝛾𝑄𝐻

𝜂 … (4)

Reemplazaremos (2) y (3) en (4):

𝑃 = 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝜂𝐺𝑅𝑈𝑃𝑂 =𝛾

𝜂[𝜂𝑉𝜋𝑏2𝐷2𝐶𝑚2 (

1

𝐾𝑒2

)] {𝜇𝜂𝐻

𝑔[𝑢2 (𝑢2 +

𝐶𝑚2

tan(180 − 𝛽2)) − 𝑢1

2] } … (5)

De acuerdo a la siguiente formula del coeficiente de resbalamiento:

𝜇 =1

1+∈

13

Según Pfleider:

𝐷1

𝐷2> 0.5

∈= (0.4 + 1.2𝐷1

𝐷2) (

2𝑘

𝑧) (

1

1 − (𝐷1𝐷2

)2)

𝐾 = 0.55 + 0.6𝑠𝑒𝑛𝛽2

𝐾 = 0.55 + 0.6𝑠𝑒𝑛160° = 0.755

Entonces:

∈= (0.4 + 1.2𝑥160

190) (

2𝑥0.755

48) (

1

1 − (160190

)2) = 0.1525579

𝜇 =1

1 + 0.1525579

𝜇 = 0.8676

Utilizaremos este coeficiente de resbalamiento para el cálculo en (5):

60𝑥0.98 =1.2𝑥9.81

0.75[0.95𝑥𝜋𝑥0.077𝑥0.19𝑥𝐶𝑚2 (

1

1.30739)] {

0.8676𝑥0.7736

9.81[17.6086 (17.6086 +

𝐶𝑚2

tan 20°) − 14.8283172] }

𝐶𝑚2 = 4.9634 𝑚/𝑠𝑒𝑔

Calculamos el caudal:

𝑄 = 0.95𝑥𝜋𝑥0.077𝑥0.19𝑥4.9634 (1

1.30739)

𝑸 = 𝟎. 𝟏𝟔𝟓𝟕𝟔𝒎𝟑

𝒔𝒆𝒈

Calculamos la altura efectiva:

𝐻 =0.8676𝑥0.7736

9.81[17.6086 (17.6086 +

4.9634

tan 20°) − 14.8283172]

𝑯 = 𝟐𝟐. 𝟓𝟗𝟖𝟗 𝒎 𝒅𝒆 𝒂𝒊𝒓𝒆

14

3.5 Calculo de 𝜶𝟏

Como el caudal permanece constante:

𝑄 = 𝜂𝑉𝜋𝑏1𝐷1𝐶𝑚1 (1

𝐾𝑒1) … (6)

Calcularemos 𝐾𝑒1:

𝐾𝑒1 =𝑡1

𝑡1 − 𝑠1

Para 𝑡1:

𝑧𝑡1 = 𝜋𝐷1

𝑡1 =𝜋𝐷1

𝑧=

𝜋(0.16)

48

𝑡1 = 1.04719755𝑥10−2 𝑚

𝑡1 = 10.4719755 𝑚𝑚

Para 𝑠1:

sen 𝛽1 ≈𝑒

𝑠1

𝑠1 ≈𝑒

𝑠𝑒𝑛𝛽1=

0.001

𝑠𝑒𝑛90°

𝑠1 = 0.001

Entonces:

𝐾𝑒1 =1.04719755𝑥10−2

1.04719755𝑥10−2 − 0.001

𝐾𝑒1 = 1.10557

Para 𝐶𝑚1:

𝑄 = 𝜂𝑉𝜋𝑏1𝐷1𝐶𝑚1 (1

𝐾𝑒1)

0.16576 = 0.95𝜋𝑥0.077𝑥0.16𝑥𝐶𝑚1 (1

1.10557)

𝐶𝑚1 = 4.984𝑚

𝑠𝑒𝑔= 𝑤1

15

Calculamos entonces 𝛼1:

𝛼1 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 (𝑤1

𝑢1) = arctan (

4.984

14.828317)

𝛼1 = 18.58°

3.6 Cálculo del 𝜶𝟐:

Del triángulo de velocidades:

𝑡𝑎𝑛𝛼2 =𝐶𝑚2

𝑢2 +𝐶𝑚2

tan(180 − 𝛽2)

𝛼2 = arctan (4.9634

17.6086 +4.9634

tan(180 − 160)

)

𝛼2 = 9.026°

𝛼2 ≈ 9°

4. CALCULOS ADICIONALES

4.1 Cifras características

Calculamos la cifra de presión 𝜓:

𝜓 =2𝑔𝐻

𝑢22 =

2𝑥9.81𝑥22.5989

17.60862

𝜓 = 1.43

Calculamos la cifra de caudal 𝜑:

𝜑 =4𝑄

𝜋𝐷22𝑢2

=4𝑥0.16576

𝜋𝑥0.192𝑥17.6086

𝜑 = 0.332

16

4.2 Números específicos

Calculamos el número específico de revoluciones de caudal NQ:

𝑁𝑄 =𝑁𝑄0.5

𝐻0.75=

1770𝑥0.165760.5

22.59890.75

𝑁𝑄 = 69.526

Calculamos el número específico de revolución de potencia NS:

𝑁𝑆 =𝑁𝑃0.5

𝐻1.25=

1770𝑥(0.0588𝑥10275

)0.5

22.59891.25

𝑁𝑆 = 10.158

4.3 Grado de reacción

𝑅∞ =𝐻𝐸

𝐻𝑅∞

𝐻𝐸 =𝑢2

2 − 𝑢12 + 𝑤1

2 − 𝑤22

2𝑔

𝐻𝑅∞ =𝑢2𝐶𝑢2

𝑔−

𝑢1𝐶𝑢1

𝑔

Del triángulo de velocidades:

𝑤2 =𝐶𝑚2

𝑠𝑒𝑛(180 − 𝛽2)=

4.9634

𝑠𝑒𝑛20°= 14.512 𝑚/𝑠𝑒𝑔

Reemplazando:

𝑅∞ = 0.1447

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RESULTADOS Y DISCUSION

PREDICCION DE DATOS DEL VENTILADOR

𝛽1

𝛽2

𝛼1

𝛼2

Cifra de presión

Cifra de caudal

Numero especifico de revoluciones de caudal

Numero especifico de revoluciones de potencia

Potencia hidráulica

Caudal

Altura efectiva

Eficiencia

Velocidad de rotación

Grado de reacción

90°

160°

18.58°

9°

1.43

0.332

69.526

10.158

58.8 watts

0.16576 m3/seg

22.5989 m de aire

75 %

1770 rpm

0.1447

18

CONCLUSIONES

De acuerdo al NQ calculado, el ventilador se encuentra en el rango permitido

para rotores centrífugos.

El ángulo de diseño 𝛽2 resultó 160°, es decir mayor que 90°, entonces, el cálculo

realizado fue para un rodete con los álabes inclinados hacia adelante.

El sentido de rotación del rodete, tiene mucha influencia para la construcción de

los triángulos de velocidad, en el ventilador indicaba el sentido horario de las rpm

del motor, así que todos los cálculos realizados son correctos.

El grado de reacción estuvo entre los valores de 0.14 y 0.18, verificándose que

nuestro ventilador es un SIROCCO.

El efecto del espesor del alabe tiene mucha consideración al momento de

calcular el caudal, ya que modifican las velocidades meridianas y absolutas a la

salida del rodete.

El número finito de alabes, tuvo efecto en el coeficiente de resbalamiento,

utilizamos la fórmula de cálculo de este coeficiente en la referencia bibliográfica

Bombas Centrifugas y Turbocompresores - Pfleiderer; sin embargo un cálculo

previo con un coeficiente de resbalamiento de 0.85 (supuesto), nos resultó un

caudal y una altura efectiva muy próximas, a las calculadas con coeficiente de

resbalamiento calculado mediante fórmulas.

La predicción de datos de diseño de un ventilador centrifugo, fue satisfactoria,

ya que los resultados son acordes a los datos típicos de un ventilador SIROCCO,

el caudal y la altura efectiva serán entonces, valores fundamentales al momento

de realizar el Diseño de un ventilador centrifugo en la segunda monografía del

curso.

19

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

En caso de conectar un ventilador con conexión trifásica, siempre tener el debido

cuidado al momento de encenderlo, si no se sabe cómo conectarlo a la fuente

de alimentación trifásica, es preferible solicitar la ayuda de un técnico.

El coeficiente de resbalamiento para nuestro ventilador fue aproximadamente

0.9, al revisar el material bibliográfico, encontramos muchas maneras de poder

calcular este coeficiente, recomendamos utilizar el de mejor comprensión, ya que

casi todos los resultados son muy próximos.

En caso de no tener un tacómetro a la mano, para poder medir las rpm del

ventilador, para un cálculo aproximado se pudo haber utilizado la siguiente

formula:

𝑁 =120𝑓

𝑝

Donde f es la frecuencia del motor y p es el número de polos del motor eléctrico.

BIBLIOGRAFIA

20

Conversión de energía Tomo III – Kadambi

Mecanica de fluidos y turbomaquinas hidráulicas – Claudio Mataix

Bombas Centrifugas y Turbocompresores - Pfleiderer

Turbomaquinas 1 – Rael Bonilla Aviles

Turbomaquinas 1 – Salvador Gonzales Maximiliano

Ventiladores centrifugos y extractores para conductos – SODECA

Manual práctico de ventilación – Salvador Escoda

Apuntes de clase

ANEXOS

21

A. Armado y desarmado del ventilador centrifugo

FIGURA 1A. Rodete

FIGURA 2A. Motor que acciona al ventilador

FIGURA 3A. Carcasa

22

FIGURA 4A. Desarmado del ventilador

FIGURA 5A. Armado del ventilador

B. Plano del rodete

23

FIGURA 1B. Vista horizontal del rodete

24

FIGURA 2B. Vista de perfil del rodete

FIGURA 3B. Isometría del rodete

25

FIGURA 4B. Dibujo en Solidworks del rodete

FIGURA 5B. Dibujo en Solidworks del Ventilador centrífugo

26

27

C. Clasificación de los ventiladores

Los ventiladores se dividen en dos grandes grupos:

VENTILADORES AXIALES:

Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo. Se suelen

llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma. En líneas

generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Con velocidades

periféricas medianamente altas son en general ruidosas. Suelen sub-clasificarse, por la

forma de su envolvente, de la siguiente manera:

VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION

HELICOIDAL

Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma de presión dinámica.

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

TUBE AXIAL

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

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

VANE AXIAL

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

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

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CENTRIFOIL

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

Las mismas aplicaciones que el ventilador VANEAXIAL.

VENTILADORES CENTRIFUGOS:

Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°,

entre la entrada y salida. Se suelen sub-clasificar, según la forma de las palas o álabes

del rotor, de la siguiente manera:

VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION

CURVADAS HACIA

ADELANTE

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

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

PALAS RADIALES

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

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

INCLINADAS

HACIA ATRÁS

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

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

29

AIRFOIL

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

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

RADIAL TIP

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

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

30

D. Curvas características de los ventiladores

El ensayo de ventiladores tiene por objeto determinar la capacidad del aparato para

transferir la potencia al aire que mueve. El ventilador se hace funcionar a un régimen de

giro constante, tomando valores de diferentes caudales movidos, según sea la pérdida

de carga que debe vencerse. La curva característica de un ventilador se obtiene

dibujando en unos ejes de coordenadas los distintos valores caudal-presión, obtenidos

mediante ensayo en un laboratorio.

Para entender mejor el concepto de curva característica pondremos el siguiente

ejemplo, supongamos un ventilador tubular trabajando según indica la posición a) de la

fig 4.18. Al medir el caudal de aire que proporciona, encontramos Q1 = 10.000 m3/hora.

Si repetimos el ensayo empalmando un conducto de 10 m por el lado de admisión

(posición b) y medimos de nuevo el caudal, nos encontramos con que ha bajado a Q2 =

8.000 m3/hora. En otro ensayo, acoplamos un tubo de 50 m de longitud (posición c), y

comprobamos que el caudal ha descendido a Q3 = 5.000 m3/hora. Las experiencias

anteriores nos demuestran que no es suficiente conocer el caudal que es capaz de

suministrar un ventilador a descarga libre (posición a), esto es, sin obstrucciones, para

poder catalogarlo. Es necesario conocer qué caudales irá proporcionando según sean

las distintas pérdidas de carga que deba vencer. En la fig. 4.19 tenemos representada

una curva característica de un ventilador. Observemos en primer lugar en la figura

curvas diferentes. Cada una de ellas representa un valor distinto y su lectura se hace en

las diferentes escalas que están a la izquierda de la figura.

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Tres están relacionadas con la presión que da el ventilador para distintos caudales (son

las denominadas Pt, Pe, Pd).

Pe: es la Presión Estática

Pd: es la Presión Dinámica (debido a la velocidad)

Pt: es la Presión Total

Cumpliéndose en todo momento

Pt = Pe + Pd

Obsérvese que a descarga libre, es decir cuando la Presión Estática (Pe) es nula, el

ventilador da el máximo caudal que puede mover; en este punto la Presión Total es igual

a la Dinámica (Pt = Pd).

32

Asimismo, cuando el ventilador está obturado, es decir que da el mínimo caudal, la

Presión Dinámica (Pd) es nula; en este punto, la Presión Total es igual a la Estática

(Pt=Pe).

Otra curva que podemos ver en el gráfico es: la curva de potencia absorbida (W), que

leeremos en la escala vertical situada más a la izquierda (en watts). Esta curva nos da

la potencia que consume el motor que acciona el ventilador, y podemos ver que presenta

un máximo (en la figura corresponde al punto de caudal 3.000 m3/h).

También tenemos representada la curva de rendimiento (η), que se lee en % en la escala

vertical intermedia, se puede ver que el rendimiento del ventilador depende del caudal

que está moviendo. El conjunto de estas curvas recibe el nombre de característica de

un ventilador.

La característica de un ventilador es la mejor referencia del mismo, ya que siempre nos

indicará su comportamiento según sea el caudal y la presión que esté dando. En los

catálogos comerciales, suele darse solamente una curva, que es la de mayor

importancia la de Presión Estática (Pe). Los servicios técnicos suministran más

información si se les solicita.

El punto ideal de funcionamiento del ventilador, aquél para el que ha sido diseñado, es

el correspondiente al máximo rendimiento. Cuanto más cerca de este punto trabaje el

ventilador, más económico será su funcionamiento. El punto R de la fig. 4.18 se conoce

como punto de desprendimientos, y la zona a la izquierda de éste es de funcionamiento

inestable. Debe, por tanto, escogerse el ventilador de manera que el punto de trabajo

esté a la derecha de R; de esta manera se evita la inestabilidad de funcionamiento.

33

Observemos la fig. 4.20 en que se han representado las curvas características de los

tipos fundamentales de ventilación, para poder comprender mejor su comportamiento.

Los tres ventiladores que se comparan tienen el mismo diámetro de rodete. Podemos

ver que, a igualdad de caudal impulsado (Q), los ventiladores centrífugos dan más

presión que los helicentrífugos, y éstos a su vez más que los helicoidales.

También se observa que, los centrífugos mueven caudales menores que los

helicocentrífugos, y éstos menos que los helicoidales. Por tanto, puede aceptarse que

los ventiladores más adecuados cuando los caudales sean grandes y las presiones que

deban vencer sean pequeñas son los helicoidales. Este tipo de ventilador tiene además

la ventaja de la facilidad de instalación. Los ventiladores indicados para mover caudales

pequeños pero a elevada presión son los centrífugos; finalmente, un caso intermedio es

el de los ventiladores helicocentrífugos.