CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO
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2
CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO Requerimientos
3
3
2,1
920
800
7920
mkg
rpmn
PaP
hmQ
Coeficiente de rapidez
4
3
2
1
)800(
2.60
920
3600
7920.53
Ny .
Ny = 50,35
Tipo de ventilador Ny
Radial de alta presión 10-30
Radial de presión media y baja
-con alabes doblados hacia adelante 30-60
-con albes doblados hacia atrás 50-80
Radiales de doble entrada 50-120
Según la tabla para el coeficiente de rapidez Ny = 50,35 se encuentra entre los valores de 30 - 60 por lo que los alabes del ventilador serán son doblados hacia delante
Diámetro de entrada del ventilador (Do) y diámetro interior del rodete (D1)
k= (1.35 -1.9) asumimos k = 1.65
31 .
w
QkDDo
3
160
2.920
3600
7920
.65.1
D
cmmD 8,46468,01
Diámetro exterior
Ny
DoD
60.2
3
3
35,50
60.48,02 D
cmmD 8,55558,02
Para disminuir las perdidas de energía en la entrada del rodete se recomienda igualar velocidades y áreas.
11
2
..4
..bD
Dok
4
. 01
Dkb 5,22,1 K
4
468,0.2,11 b
mb 140,01
Número de alabes de rotor
.)(
)(
12
12
DD
DDZ
.468,0558,0
920.468,0558,0(
Z
9,35Z
Estandarizamos: Z = 36 alabes Velocidad tangencial U1
60
. .11
nDU
60
920.468,0.1
U
smU 55,221
2
0
10.
.4
D
QrCC
4682,0.
3600
7920.4
1
rC
783,121 rC
El rango optimo de β1 es entre 40° y-50° asumimos β1 =45°
Velocidad relativa W1
)90cos( 1
11
rCW
4
4
)4590cos)
783,121
W
smW 08,181
Velocidad absoluta C1
111
2
1
2
1
2
1 cos...2 WUWUC
45cos.08,18.55,22.208,1855,22 222
1C
smC 09,161
Calculo de 1
1
1.1
1C
senWsen
09,16
45.08,181
senSen
62,521
111 cosCuC
smuC 77,91
Características a la salida del rotor
60
. .22
nDU
60
920.558,0.2
U
smU 87,262
El rango deβ2 optimo es140°-160° asumimos β=150° Asumimos W1=W2
)180cos( 2222 WUuC
)150180cos(.08,1887,262 uC
smuC 53,422
)180( 222 senWrC
)150180(08,182 senrC
smrC 04,92
2
2
2
2
2
2 rCuCC 22
2 04,953,42 C
smC 48.432
5
5
2
2.2
2C
senWsen
48,43
150.08,182
senSen
122Sen
Considerando el numero finito de alabes Z = 36 k = 3
2
222 .cos`cos
zU
uCK
87,26.36
53,42.3150cos`2Cos
23,137`2
)`180(` 222 senWrC
)23,137180(.18082 senrC
smrC 27,12`2
)180(`
2
222
tg
rCUuC
23,137180(
34,3687,26`2
tguC
smuC 64,36`2
)`(` 2
2
2
22 rCuCC
22
2 )27,12()64,36(` C
smC 74,37`2
`2
2`2 `cos
C
uC
74,37
64,36`2 Cos
86,13`2
Eficiencia hidráulica del rodete
6
6
1
2
22
22
2
1
2
1
2
``180
``.cos.
cos
21
sensen
sen
D
Dh
donde: 4,0
93,0h
Presión teórica
)`( 1122 uCUuCUPt
)77,9.55,2264,36.87,26(2,1 Pt
PaPt 40,917
Presión real
hPt.Pr
93,0.40,917Pr
Pa54,853Pr
La velocidad de salida de la voluta es el 74% de la velocidad de salida del rodete C2’
`74,0 2xCCa
74,3774,0 xCa
smCa 93,27
Area de salida
Ca
QF
93,27
3600
7920
F
2079,0 mF
Magnitud de la apertura de la envoltura
90
.2 NyDA
90
35,50.558,0A
mA 312,0
Asumimos el ancho de la voluta B=0,160m
160,0
079,0`
B
FA
mA 492,0̀
Perdidas inevitables por la componente radial de la velocidad absoluta
2
2
22
rCrPc
7
7
ParPc 02,492
Perdidas por golpes durante el mezclado de flujo
2
2
2
``( CaUCPMG
PaPMG 46,59
Perdidas por fricción
2
2CakPf
PaPf 44,174
Pérdidas en la envoltura
fMG PPrPcP 2
PaP 92,282
Pérdidas en la envoltura y el rodete
otorPPt Pr
PaPt 42,346
Presión desarrollada por el ventilador
PtPtPv
PaPaPv 80054,618
RECALCULANDO
Variamos: No variamos:
45,12,11
2 D
D mDDo 468,01
38,1468,0
2 D
mD 646,02
.)468,0646,0(
)468,0646,0(
Z
68,19Z
Asumiremos Z= 36 alabes
60
920.646,0.2
U
smU 12,312
)150180cos(.08,1812,312 uC
8
8
smuC 77,462
)150180(.08,182 senrC
smrC 04,92
2
2
2
2
2
2 rCuCC
222
2 04,977,46 C
smC 64,472
Hallamos:
64,47
150.08,182
sensen
94,102
2
222
..cos`cos
Uz
uCk
12,31.36
77,46.3150cos´cos 2
138´2
)138180(
04,9.12,312̀
tguC
smuC 09,412̀
)138180(.08,182̀ senrC
smrC 14,122̀
222
2 09,4114,12` C
smC 84,422̀
84,42
138.08,182̀
sensen
4,162̀
Eficiencia hidráulica del rodete
1
2
22
22
2
1
2
1
2
``180
``.cos.
cos
21
sensen
sen
D
Dh
95,0h
9
9
Presión teórica
)`( 1122 uCUuCUPt
PaPt 95,1269
Presión real
hPt.Pr
Pa45,1206Pr
`74,0 2xCCa
smCa 131,31
Área de salida
Ca
QF
2071,0 mF
Magnitud de apertura de la envoltura
90
.2 NyDA
mA 361,0
Asumimos el ancho de la voluta B =0,160m
B
FA ̀
mA 442,0̀
Perdidas inevitables por la componente radial de la velocidad absoluta
2
2
22
rCrPc
ParPc 02,492
Perdidas por golpes durante el mezclado de flujo
2
2
2
``( CaUCPMG
PaPMG 46,59
Perdidas por fricción
2
2CakPf
PaPf 44,174
Pérdidas en la envoltura
fMG PPrPcP 2
PaP 92,282
Pérdidas en la envoltura y el rodete
otorPPt Pr
PaPt 42,346
10
10
Presión desarrollada por el ventilador
PtPtPv
PaPaPv 80053,923 ¡OK!
Eficiencia hidráulica del ventilador
Pt
PPthv
69.923
25,34669,923 hv
63,0hv
Potencia útil gastada
QPvN .
3600
7920.69,923N
WN 76,2031
Perdidas por fricción en los discos
102
51....2
1 2
25
2
3
i D
bDwk
Nfd
donde: 610.15 k
WNfd 35,56
Potencia gastada en recirculación
3600
7920.06.0%.6 QQr
smQr
3
132,0
132,0.95,1269. rQPtNpr
WNpr 63,167
Potencia total
NprNfdNNt
WNt 74,2255
Potencia perdida en rodamientos
11
11
NtNfr %.2
Factor de servicio o reserva del 20% para 5 horas diarias Potencia del motor
NtNmotor ..02,1
WNmotor 02,2761
HPNmotor 6,3
SELECCIÓN DE VENTILADOR
Para cubrir las prestaciones de 7920 m3/h y 800 Pa de pérdida de carga el ventilador a seleccionar será:
VENTILADORES CENTRIFUGOS DE BAJA Y MEDIA
SERIE 3: 1 CMT/6 - 400/165 3 CV
Características Técnicas:
Serie 3 Velocidad
(r.p.m.) Protección
Motor clase
Potencia máxima
absorbida (KW)
Intensidad máxima
absorbida (A)
Caudal máximo (m
3/h)
Nivel presión sonora (db(A))
Peso (kg)
a 230 V a 400 V
CMT/6-355/145 - 1,5 945 IP55 F 1,5 7,5 4,3 6700 72 53
CMT/6-400/165 - 2,2 920 IP55 F 2,2 10,74 6,2 8300 73 60,5
CMT/6-450/185 - 2,2 920 IP55 F 2,2 10,74 6,2 7110 76 88
Curvas características
12
12
Características acústicas
ESPECTRO DE POTENCIAS TOTAL
Descripción 63 Hz
125 Hz
250 Hz
500 Hz
1000 Hz
2000 Hz
4000 Hz
8000 Hz
Poten
cia Presi
ón
6 POLOS 6 POLOS
CMT/6-315/130 - 1,1
54 67 70 78 78 79 74 70 84 70
CMT/6-355/145 - 1,5
56 69 72 80 80 81 76 72 86 72
CMT/6-400/165 - 2,2
58 70 73 81 81 82 78 74 87 73
CMT/6-450/185 - 2,2
60 73 76 84 84 85 80 76 90 76
PRESION Serie CMT
Gama de ventiladores centrífugos, de baja y media presión, simple oído, equipados con motores trifásicos o monofásicos de 2, 4 ó 6 polos, según los modelos, en acoplamiento directo. Están previstos para vehicular aire caliente hasta una temperatura de: – 150 °C para la series 3 Cubriendo un margen de caudales comprendido entre 270 y 15930 m3/h. Carcasa Plancha de acero, protegida con pintura epoxi-poliéster de color gris. Rodete Centrífugo de alabes inclinados hacia delante, construido en plancha de acero galvanizado y equilibrados dinámicamente.
13
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SELECCIÓN DE MOTOR ELECTRICO
Procederemos a seleccionar de acuerdo al catalogo de motores eléctricos DELCROSA. Revisando el catalogo escogeremos un motor tipo: NV112M6, el cual tiene las
siguientes características: P = 2,7 KW n = 1150 RPM f = 60 Hz Nro. de polos = 6 polos Eficiencia = 81% (nominal)
71,0cos
Ta/Tn = 2,0 Tm/Tn = 1,8 TM/Tn = 3,0 Ia/In = 5,5 In = 12,2 A (a 220 conexión delta)
ITrotor = 0,058 kg.m2
Peso del motor = 37,5 kg Se ha escogido un motor de la serie NV por ser los de menor costo y porque no se necesitan características especiales para este caso. También se recomendaría: Grado de protección: IP44 Forma constructiva: B3 Aislamiento del cobre: Por lo menos tipo B Método de arranque: En directo Tipo de diseño: B Balanceo: N
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14
Diseño de los alabes del rodete El gráfico de los alabes del rodete se realizara por el método de "Coordenadas Polares", con este método, los puntos correspondientes a la superficie del alabe se calculan mediante la siguiente fórmula:
R
R
R
RtgR
R
tgR
dR
11.
.180
.
180
Sabemos que β1 = 45° y β2 = 138° de nuestro calculo, pero para el dibujo del Plano tomaremos (promedios aritméticos de β) para introducirlo en la tabla 1. A su vez, dividiremos el rodete en un cierto número de anillos concéntricos, los cuales son necesarios que estén igualmente espaciados entre R1 y R2 estos anillos serán Ra, Rb y Rc.
TABLA 1
Anillo R(cm) βi tgβi (R.tgβi)-1 ∆(R.tgβi)
-1prom ∆R
promRtg
R
)(
1 23,4 45 1,00000 0,04274 0 0 0 0 0
a 25,7 68,25 2,50652 0,01552 0,02913 2,30000 0,06700 3,83868 3,83868
b 27,9 91,5 -38,18846 -0,00094 0,00729 2,15000 0,01568 0,89824 4,73692
c 30,1 114,75 -2,16917 -0,01533 -0,00813 2,22500 -0,01810 -
1,03700 3,69992
2 32,3 138 -0,90040 -0,03438 -0,02486 2,22500 -0,05531 -
3,16877 0,53114
15
15
Entonces con los valores de R y , dibujaremos nuestro alabe en base a los puntos 1,
a, b, c y 2.