MÁQUINAS HIDRÁULICAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS y NEUMÁTICAS

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1 Página 1 de 5 GUIA DE LABORATORIO MÁQUINAS HIDRÁULICAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS y NEUMÁTICAS CURVAS CARACTERISTICAS DE VENTILADORES Sem I Marzo 2011 ORURO - BOLIVIA

2 Página 2 de INTRODUCCIÓN Un ventilador es esencialmente una bomba de gas en vez de líquido, por tanto; ventilador es una turbomáquina hidráulica generadora para gases. 2.- OBJETIVOS 2.1 Objetivo general Determinar los parámetros teóricos y parámetros medibles del ventilador centrifugo. 3.- MARCO TEÓRICO 3.1. Descripción General Un ventilador puede definirse como una máquina hidráulica impulsora para gases. Si el cambio en la densidad del gas al atravesar la máquina es pequeño (lo que ocurre cuando el salto de presión, P, es también pequeño), la teoría desarrollada para máquinas hidráulicas será perfectamente válida para el estudio de los ventiladores. En general para saltos de presión inferiores a 300 mm.c.a. (milímetros de columna de agua) es decir unos 3000 Pa, se habla de ventiladores y para saltos de presión superiores a 1000 mm.c.a (104 Pa) se habla de turbocompresores. A su vez, pueden distinguirse ventiladores de: Baja presión: P ~ 100 mm.c.a Media presión: P entre 100 mm.c.a. y 300 mm.c.a Alta presión: P entre 300 mm.c.a. y 1000 mm.c.a Atendiendo a la geometría y evolución del flujo dentro de la máquina se pueden distinguir: Ventiladores centrífugos: De flujo radial, suelen proporcionar saltos de presión medios o altos y caudales bajos. Ventiladores axiales: Para caudales más elevados, proporcionan saltos de presión bajos. Ventiladores tangenciales: Comparten características de las máquinas de desplazamiento positivo y de los ventiladores centrífugos. Cuando se trabaja con ventiladores es usual describir su funcionamiento en términos del salto de presión total, P, como función del caudal, Q. La relación entre el salto de presión total y la altura de impulsión H es: P *g*h siendo la densidad del gas impulsado (en el caso del aire p=1,2 Kgr/m3 en condiciones estándar) para otros casos se debe calcular su valor utilizando la ecuación de los gases perfectos curvas características de los ventiladores centrífugos

3 Página 3 de 5 Las curvas características de un ventilador son similares a las de una bomba pero se suelen expresar como P en función de Q. Su forma depende, al igual que en las bombas, fundamentalmente del tipo de máquina y del diseño del rodete. Una parte considerable de la presión suministrada por el ventilador lo es en forma de presión dinámica, Pd, ya que la velocidad de salida del fluido suele ser más alta que en el caso de bombas. De forma que el salto de presión total proporcionado por el ventilador es la suma del salto de presión dinámica más el salto de presión estática:. P P d P e En el caso de una instalación en la que el ventilador aspira de la atmósfera e impulsa aire a través de un conducto como indica la figura 1 se pueden calcular fácilmente los saltos de presión estática y dinámica. Fig.1 Esquema de una instalación de pruebas de ventiladores Aplicando la ecuación de la energía entre la entrada y la salida se tiene para el incremento de energía o presión total a través del ventilador: P P v 2 gz) S P v 2 gz) E donde el subíndice S corresponde a la salida y E a la entrada. Se debe tener en cuenta que las cotas de entrada y salida son las mismas ( ze =zs ). Además, la velocidad del aire aguas arriba de la aspiración, donde se tiene la presión atmosférica, es cero. Por tanto: P P S P atm S v S 2 P e P d Como se ve, en una configuración como la indicada, el salto en la presión estática se corresponde con el valor de la presión manométrica en salida del ventilador, y el salto en la presión dinámica con la energía cinética del flujo a la salida (suponiendo un perfil de velocidades uniforme): P d S v S 2 P e P S P atm

4 Página 4 de 5 4. MÉTODO DE EXPERIMENTACIÓN Antes del inicio de la práctica debe verificarse si se cuenta con los siguientes materiales, equipos e instrumentos y si estos están en condiciones de trabajar con precisión, confiabilidad y seguridad. 4.1 Material y equipo experimental Banco de pruebas de ventilador. Cargador de baterías Tubos de pitod y piezómetros. Manómetros U con fluido manométrico agua. Tubo de Prandtl. Manómetro diferencial electrónico con lector de velocidad para el tubo de pitod. Termómetro. 4.2 Operación del Equipo Verificar la correcta instalación del banco de pruebas. Verificar la correcta instalación de los instrumentos tanto en la entrada como en la salida del ventilador. Conectar el cargador de baterías a las terminales del motor del ventilador graduar la tensión y la corriente. Colocar la válvula de mariposa en posición 0 (Totalmente abierto). Arrancar el equipo y tomar los datos marcados por los instrumentos tanto a la entrada como a la salida. Colocar la válvula en la siguiente posición y tomar nuevamente los datos. Generalmente se debe esperar entre 10 y 20 segundos para obtener una medida estable de las presiones. Es muy importante al realizar medidas con tubo de Pitot asegurarse de que el tubo está perfectamente alineado con la dirección de la corriente. Repetir el anterior paso hasta cerrar totalmente la válvula de mariposa y retornar de manera inversa hasta la posición 0. Una vez concluida la toma de datos, desenergizar el banco de pruebas. Desinstalar los instrumentos y dejar todo como se lo encontró. 4.3 Obtención y registro de datos Temperatura ambiente:... atmosférica a nivel del mar : 760 mm Hg Densidad del aire: kg/m 3 atmosférica local :... Densidad del aire local: Se procede a la toma de datos como se sugiere en la tabla siguiente: N Angulo de válvula Datos a la entrada al vent. dif Prandtl Veloci dad Temp estática Datos a la salida del ventilador diferenci al dinámica Temp [RPM] 1 2 Tabla -1. Tabla de registro de datos

5 Página 5 de Cálculos.- Determinar las velocidades y caudal que circulan tanto en la entrada como en la salida del ventilador para cada posición de la válvula mariposa. Graficar el caudal obtenido vs la presión total obtenida en la salida del ventilador. Debe considerarse que en realidad la fórmula numérica escrita en bibliografía a nivel del mar para la velocidad es estrictamente correcta sólo si se trabaja en condiciones estándar, es decir si la presión estática es 760 mmhg y la temperatura 20ºC. esto no va a ser nunca estrictamente cierto ya que en el interior del conducto de soplado difícilmente se tendrá una presión estática de 760 mmhg cuando el ventilador esté funcionando aun cuando la presión ambiente lo sea. La fórmula corregida teniendo en cuenta la variación de la densidad del aire con la presión y la temperatura es: 4.- CUESTIONARIO 4.1. Cuáles son las características relevantes de los distintos tipos de rodete para ventiladores? 4.2. Realice un análisis de la grafica del comportamiento de las presiones dinámica, estática y total vs el caudal que pasa por el ramal de salida del ventilador Comente acerca de la potencia transmitida al fluido en base a los resultados obtenidos durante las pruebas. Nº de Revisión Elaborado por Observación 1 Ing. Carlos A. Flores Para realización Revisado por Ing. Carlos A. Flores Castillo Fecha