fluidos informe sistemas hidraulicos aranguiz

7/23/2019 fluidos informe sistemas hidraulicos aranguiz

1/13

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA.

Universidad de Santiago de Chile

ContenidoResumen del contenido .......................................................................................................... 2

Objetivo General ..................................................................................................................... 2

Objetivos Especficos .............................................................................................................. 2Caractersticas Tcnicas de los equipos e instrumentos empleados ..................................... 3

Descripcin del mtodo seguido ............................................................................................ 4

Datos obtenidos y calculados ................................................................................................. 4

Grficos obtenidos. ............................................................................................................. 6

Conclusin. ........................................................................................................................... 10

Apndice. .............................................................................................................................. 11


2/13



Resumen del contenido

La experiencia E976 a desarrollar corresponde a la experiencia de ensayo de un ventilador industrial,

especficamente un ventilador centrfugo. Para lograr entender los alcances de una instalacin de

ventilador. Se analiza el comportamiento y el funcionamiento de un ventilador bajo los parmetros

aprendidos en clases.

Objetivo General

Que el alumno reconozca la instalacin de un banco de ensayo para un ventilador centrfugo

industrial. Identificar instrumentos y controles que permiten evaluar los parmetros para un

ensayo normalizado de un ventilador.

Objetivos Especficos

Determinar el coeficiente de centro del ducto.

Graficar y analizar curvas caractersticas de funcionamiento para 2000 R.P.M considerando

la variacin de 10 caudales.

Graficar y analizar la variacin de la potencia elctrica con el caudal. Efectuar estudio de

costo mensual.

Graficar y analizar variacin de la velocidad especifica con el caudal.

Graficar y analizar el perfil de velocidades en el ducto.


3/13



Caractersticas Tcnicas de los equipos e instrumentos empleados

Ventilador Centrifugo

N aspas = 6

Tubo de Pitot - Prandtl

Termmetro Digital.

Marca: Fluke

Modelo: 52 II.

Entradas: 2

Tipos de termopares soportados: J, K, T, E.

Unidades de medicin: C, F y K

Temperatura de funcionamiento: -10 C a 50 C (14 F a 122 F).

Termocupla tipo K.

Rango de medicin: -200 C a +1372 CExactitud de la medicin: 0,05 % de la lectura + 0,3 C (0,5 F)

Dinammetro.

Marca: Toledo

Rango de Operacin 0 - 30 Kgf

Resolucin 0,1 Kgf

Fuente de Energa.

Marca: WestinghousePotencia 10 HP

Voltaje 240 Volt

Amperaje 38 A [AC]

RPM 15004500

Motor Elctrico.

Marca: Westinghouse

Frame 286-AY

Serial 15-66

Max safe speed 5000 RPM


4/13



Descripcin del mtodo seguido

En la experiencia E976, profesor inicia la experiencia con una introduccin terica con el fin de

identificar los componentes que se emplearan y como proceder a obtener buenos resultados,

repasando brevemente los conceptos de ventilador aprendidos en clase, para luego pasar a realizar

la experienza, en la cual:

Primero es energzar el sistema y deja constante las RPM, en este caso, a 2000.

Luego, la primera parte, hay que mantener el tubo de Pitot-Prandtl (P-P) en el centro e ir

variando la posicin del obturador

Posterior a eso se establece el caudal mximo (obturador fuera) y el mnimo (obturador

tapando lo mejor posible la salida del aire). Con estos dos valores de h2se restan y dividen

por 10, y luego se procede a realizar las 10 mediciones guiandose por estos valores de h 2

obtenidos.

Luego se realiza un barrido en las posiciones 3 y 7. Esto con el fin de poder determinar la

velocidad media y, posteriormente, el coeficiente de centro del ducto.

Tras haber anotado los valores para el resto de las posiciones del obturador, se desenergisa

todo.

Datos obtenidos y calculados.

Para los valores obtenidos y recopiados en la experiencia, se muestran en la tabla 1, a continuacin.

hew hdw htw

Caudal h1 h2 h3 h4 h5 h6 F

[kgs]

T C I

[Amper]

V

[vlt]

1 56 159 88 87 162 58 1,2 14,8 5 250

2 62 152 88 86 158 63 1,3 15,5 5,5 240

3 70 145 89 85 151 70 1,4 14,8 6 240

4 77 138 90 84 144 77 1,6 16,1 6,5 230

5 84 131 91 83 140 81 1,8 15,9 7 230

6 92 124 92 82 133 88 1,9 16 7,5 230

7 101 117 94 80 126 96 2 16,3 8 230

8 107 110 95 79 121 102 2,1 16,5 8,5 230

9 113 103 96 78 116 106 2,2 16,6 9 220

10 120 96 97 77 109 112 2,8 13,7 11 240


5/13



Valores de barrido en milmetros que indican el desplazamiento del tubo de Pitot-Prandtl.

hdw Q4 hsw Q7

Barridos h3 h4 h3 h4

2 87 87 85 89

16 87 87 85 9032 87 87 85 89

52 87 87 86 89

82 87 87 87 88

154 93 82 109 65

182 92 82 108 66

202 93 82 109 65

210 92 82 109 66

232 93 81 109 65

Tabla de datos calculados para laexperienciacaudal he mcw hd mcw ht mcw ro a ro w Vc m/s Caudal [m3/s]

1 0,103 0,001 0,104 1,2390 999,24 3,978 0,19577

2 0,090 0,002 0,095 1,2350 999,1 5,634 0,277297

3 0,075 0,004 0,081 1,2363 999,24 7,964 0,391972

4 0,061 0,006 0,067 1,2291 998,98 9,782 0,48141

5 0,047 0,008 0,059 1,2290 999,02 11,296 0,555917

6 0,032 0,010 0,045 1,2269 999 12,639 0,622055

7 0,016 0,014 0,030 1,2239 998,94 14,973 0,736918

8 0,003 0,016 0,019 1,2217 998,9 16,021 0,788474

9 -0,010 0,018 0,010 1,2202 998,88 17,003 0,836803

10 -0,024 0,020 -0,003 1,2310 999,46 17,849 0,878447

caudal N. elctrica [HP] N. mecnica [HP] N.Eolica [HP] Rend ventilador Rend. Estatico $/hra

1 1,68 1,01 0,27 26,43% 26,18% 110

2 1,77 1,10 0,35 31,57% 29,91% 116,16

3 1,93 1,18 0,42 35,33% 32,72% 126,72

4 2,01 1,35 0,42 31,40% 28,59% 131,565 2,16 1,52 0,43 28,38% 22,61% 141,68

6 2,32 1,60 0,37 22,95% 16,32% 151,8

7 2,47 1,69 0,29 17,22% 9,18% 161,92

8 2,62 1,77 0,20 11,11% 1,75% 172,04

9 2,66 1,86 0,11 5,92% 5,92% 174,24

10 3,54 2,36 0,03 1,47% 11,73% 232,32


6/13



Grficos obtenidos.

Grafico I potencia mecanica v/s Caudal.

Grafico II rendimiento del ventilador v/s Caudal.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

PotenciaMecnica[HP]

Caudal [m3/s]

Potencia mecnica vs Caudal

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%

35,00%

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Rendimientoventilador

Caudal [m3/s]

Rendimiento ventilador vs Caudal


7/13



Grafico III Altura esttica (mcw) v/s Caudal.

Grafico IV rendimiento del esttico v/s Caudal.

-0,040

-0,020

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8ALT

URAESTTICA[MCW]

CAUDAL [M3/S]

Altura esttica vs Caudal

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Rendimientoesttico

Caudal [m3/s]

Rendimiento esttico vs Caudal


8/13



Grafico V velocidad especifica v/s Caudal.

Grafico VI potencia elctrica v/s Caudal.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000

velocidadespecifica

caudal en [m3/seg]

Ns vs. Caudal

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Potenciaelctrica[HP]

Caudal [m3/s]

Potencia elctrica vs Caudal


9/13



Grafico VII Costos mensuales v/s potencia elctrica.

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Costomensual[$]

Potencia elctrica [kW]

Costo mensual vs Potencia elctrica.


10/13



Conclusin.En la experiencia E976 se da a conocer el funcionamiento y el anlisis de un ventilador, que es una

turbo-mquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es un fluido compresible al que

transfiere una potencia con un determinado rendimiento.

En cuanto a la altura esttica se obtuvo una curva decreciente con respecto al caudal, esto se debe

a que a medida que aumenta el caudal desde que existe el menor flujo (altura esttica mximalograda) hasta que el flujo sea mximo (altura esttica mnima), la altura dinmica comienza a

incrementar mantenindose que la altura neta sea la suma de las dos (conservacin de energa), en

consecuencia es obvio que al existir un mayor desplazamiento de aire la altura esttica y la presin

al interior del ducto disminuya.

Para el anlisis del coeficiente de centro obtuvimos un valor de 1,07 [-] , este valor es una relacin

entre velocidades (media del ducto con respecto en el centro), dicho valor ayuda a tener un valor

ms cercano para el empleo en nuestros clculos.

Analizando las curvas arrojadas en el ensayo podemos apreciar en cuanto al comportamiento de

potencia mecnica ( ver grfico I) este aumenta a medida que el caudal sube, dicha conducta es laesperada, debido a que esta es la potencia encargada de mover el eje de las aspas y si estas estn

moviendo un mayor caudal se necesitara una mayor potencia.

Observando el comportamiento del rendimiento del ventilador se puede observar que se llega a un

punto ideal del rendimiento en nuestro caso fue de 35,33% luego de esto comienza a decaer su

rendimiento debido a que es una relacin entre potencia elica y potencia mecnica. (ver grafico II)

Tambin se tiene el rendimiento esttico, el cual posee un aumento hasta un punto mximo y luego

desciende, dicho punto mximo fue de 32,72 y se present cuando se tena un caudal de 3,9 [m3/s],

este comportamiento est dado por la relacin con la altura esttica y la altura total.

Al analizar el comportamiento de los perfiles de velocidad para dos valores de caudal, a simple vista

se ve que poseen un comportamiento similar, dicho comportamiento no es homogneo en todo el

barrido las velocidades mnimas se encuentran en la parte inferior del ducto considerando el

dimetro vertical y a partir del centro comienzan las velocidades mayores esto puede ser producto

a que entre la descarga del ventilador y la medicin el flujo no posee una distancia ptima para su

comportamiento .

Para el estudio de potencia elctrica versus caudal se puede observar ( ver grafico VI y VII) que existe

un aumento en la potencia elctrica a medida que se requiere ms caudal, comportamiento

razonable ya que es la potencia elctrica quien logra mover el motor y ese a sus mediante el

movimiento del eje mueve las aspas del ventilador para un mayor caudal, de este modo, a mayor

requerimiento de caudal se necesitara mayor torque en el eje lo que se traduce en una mayor

potencia elctrica para que el motor logre dicha potencia, esto sin duda se traduce a un gastoasociado, pero como se demostr el caudal mximo no es el que posee un mayor rendimiento, as

que es de vital utilidad entender el comportamiento de un ventilador para no incurrir en un error y

generar gastos innecesarios, en nuestro caso se llega a una estimacin de consumo bajo las

condiciones de la experiencia, cercano a $ 160.000 mensual, dicho costo es elevado considerando

que solo se alcanz un 35,33% d rendimiento del ventilador, para ello es que se debe tener siempre

en cuenta el alcance que tendr una instalacin versus sus costos ya que esto indicara si es viable

o no un proyecto.


11/13



Apndice.

a) Teora del Experimento.

Ventilador: Maquina rotativa que transmite energa al fluido que circula por ella, bajo laforma de aumento de presin

Caudal: Flujo volumtrico determinado para la densidad del aire.

Presin Esttica: Presin del aire debida solo a su grado de compresin. Puede ser positiva o

negativa. En el ventilador es la diferencia entre la presin esttica de salida y la

presin total a la entrada.

Presin Dinmica: Presin del aire debida solo a su movimiento. La presin dinmica puede ser

solo positiva. En el ventilador ser la correspondiente al promedio de las

velocidades a la salida del ventilador.

Presin Total: Presin del aire debida a su compresin y movimiento. Es la suma algebraica de

las presiones dinmica y esttica en un punto determinado. Por lo tanto, si el

aire est en reposo, la presin total es igual a la presin esttica. En el

ventilador ser la diferencia entre las presiones totales determinadas a la salida

y a la entrada del mismo.

Clasificacin de los Ventiladores centrfugos.

Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su direccin, en un ngulo de 90, entre la entrada

y salida. Se suelen sub-clasificar, segn la forma de las palas o labes 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 dimetro de rotor

gira a menos vueltas con

menor nivel sonoro.

Se utiliza en instalaciones

de ventilacin, calefaccin

y aire acondicionado de

baja presin.


12/13



PALAS RADIALES

Rotor de palas radiales. Es

el diseo ms sencillo y de

menor rendimiento. Es

muy resistente

mecnicamente, y el

rodete puede ser reparadocon facilidad. El diseo le

permite ser autolimpiante.

La potencia aumenta de

forma continua al

aumentar el caudal.

Empleado bsicamente

para instalaciones

industriales de

manipulacin de

materiales. Se le puede

aplicar recubrimientos

especiales anti-desgaste.

Tambin se emplea en

aplicaciones industriales

de alta presin.

INCLINADAS

HACIA ATRAS

Rotor de palas planas o

curvadas inclinadas hacia

atrs. Es de alto

rendimiento y auto

limitador de potencia.

Puede girar a velocidades

altas.

Se emplea para

ventilacin, calefaccin y

aire acondicionado.

Tambin puede ser usado

en aplicacionesindustriales, con

ambientes corrosivos y/o

bajos contenidos de polvo.

AIRFOIL

Similar al anterior pero con

palas de perfil

aerodinmico. Es el de

mayor rendimiento dentro

de los ventiladores

centrfugos. Es auto

limitante de potencia.

Es utilizado generalmente

para aplicaciones en

sistemas de HVAC y


con aire limpio. Con

construcciones especiales

puede ser utilizado enaplicaciones con aire sucio.

RADIAL TIP

Rotores de palas curvadas

hacia delante con salida

radial. Son una variacin

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


con movimiento de

materiales abrasivos, pero

con un mayor

rendimiento.


13/13



Formulas matemticas empleadas para el desarrollo de la experiencia.

Coeficiente de Centro:c

ac

V

VC

Caudal de Aire: AdVQ aa o bien AdVCQ cca

Densidad de aire en el ducto:

3

4

273

033,1

26,29

10

m

K

T

P

a

aa

Potencia Elica: PHHQgNeo aaa .76

Potencia Mecnica:2370

MFNe

Relacin m.c.aire con m.c.agua wa

w

a HH

Velocidad media del aire:

10

1

210

1 hwgVa

wa

Velocidad especfica: = 0,5

0,75

En donde: =

+2

2

Documents

fluidos informe sistemas hidraulicos aranguiz