ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL

LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN

REPORTE DE LABORATORIO DE TERMODINÁMICA II

PRACTICA # 1: Energía Transferida en un ventilador.

FECHA DE REALIZACION: 9 de agosto del 2012

FECHA DE ENTREGA DEL REPORTE: 16 de agosto del 2012

REALIZADO POR: Kevin Daniel Mirallas Secaira

I TERMINO 2011-2012

RESUMEN

En la presente práctica de Energía transferida en un ventilador se hará el análisis

energético de un ventilador axial y un ventilador centrifugo que están conectados a

un PLC y un sistema de adquisición de datos que mediante los dispositivos de

medición de presión y temperatura colocados antes y después del ventilador, luego

del ventilador axial haciendo variar el Área de salida del aire obtendremos

mediciones de flujo volumétrico, Trabajo del motor, Frecuencia del ventilador y la

Presión total del ventilador, una vez obtenidos estos datos procedemos a calcular el

trabajo del ventilador mediante la Ecuación de la Primera Ley de la Termodinámica,

y la eficiencia del ventilador; una vez obtenidos estos valores podemos graficar el

Trabajo del Ventilador vs. el Trabajo del motor y la Eficiencia del ventilador vs. la

frecuencia del ventilador, una vez obtenidas estas graficas las analizamos. Luego

conectamos el ventilador centrifugo y haciendo variar la potencia obtendremos los

datos para luego proceder de igual manera que el ventilador axial.

OBJETIVOS

Conocer las características de operación de un ventilador.

Aplicar la primera ley de la termodinámica y realizar un balance de energía

del ventilador.

Realizar la toma de datos, analizarlos y dar conclusiones a lo observado.

MARCO TEÓRICO

El principio de Bernoulli o Ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un

fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente y expresa que en un fluido

ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto

cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su

recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres

componentes:

1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que

posee.

Donde:

V = velocidad del fluido en la sección considerada.

g = aceleración gravitatoria

z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

P = presión a lo largo de la línea de corriente.

ρ = densidad del fluido.

Al aplicar la Primera Ley de la Termodinámica usando los términos energéticos de la

ecuación de Bernoulli tenemos que:

(

) ∫

Donde:

-Ws es el trabajo que hace el ventilador sobre el fluido

D(v2/2) es el cambio de energía cinética en cada punto del fluido

gdz es el cambio de energía potencial en cada punto del fluido

∫ es el trabajo realizado por el fluido debido al cambio en la presión

F es una medida de la energía empleada en vencer las fuerzas de fricción a través

del recorrido del fluido

Diremos que 1 es el punto a la entrada del ducto acoplado al ventilador y 2 el punto a la

salida del ducto, entonces tendremos que:

(

) (

)

Donde:

𝜌 es la densidad del fluido que está circulando por el sistema

Al ignorar el cambio de energía potencial y la pérdida friccional, tenemos el factor de la

ecuación de Bernoulli, que es la presión total del ventilador y se representa por la siguiente

expresión:

(

)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Los ventiladores axial y centrífugo están acoplados respectivamente a un ducto que

produce succión de aire atmosférico y lo descarga a mayor presión, los datos obtenidos son

transmitidos a un sistema de adquisición para ser almacenados en el computador

Ventilador axial

TABLA DE DATOS

[

⁄ ]

[ ]

n

[ ]

[ ]

1 0,0419 20,03 45,90 0,0404

2 0,0326 20,59 43,12 0,0459

3 0,0277 20,57 42,62 0,0489

4 0,0162 20,76 40,98 0,0492

5 0,0114 20,98 39,45 0,0484

6 0,0065 21,49 35,76 0,0422

.- Flujo Volumétrico

.- Trabajo del motor

.- Frecuencia del ventilador

.- Presión total del ventilador

n.- Rotación del Motor

RESULTADOS

CÁLCULOS REPRESENTATIVOS

Trabajo del ventilador

N° 1

[ ]

[ ]

Eficiencia del ventilador

= 8,472

TABLA DE RESULTADOS

[ ]

[%]

1 1,697 8,472

2 1,496 7,267

3 1,355 6,585

4 0,797 3,839

5 0,552 2,629

6 0,2743 1,276

ANÁLISIS DE DATOS

1. Graficar

21,621,421,221,020,820,620,420,220,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

W'm

W'v

Gráfica W'v vs. W'm

2. Graficar

Gráfica

45,042,540,037,535,0

9

8

7

6

5

4

3

2

1

n[HZ]

η[%

]

Gráfica η vs n

Ventilador Centrífugo

TABLA DE DATOS

[

⁄ ]

[ ]

n

[ ]

[ ]

1 0,1122 329,02 59,09 1,1418

2 0,1050 317,64 57,60 1,0207

3 0,1026 289,69 55,72 0,9556

4 0,0990 250,37 54,17 0,8773

5 0,0878 237,76 47,04 0,6753

6 0,0728 191,91 37,81 0,4331

.- Flujo Volumétrico

.- Trabajo del motor

.- Frecuencia del ventilador

.- Presión total del ventilador

n.- Rotación del Motor

RESULTADOS

CÁLCULOS REPRESENTATIVOS

Trabajo del ventilador

N° 1

[ ]

[ ]

Eficiencia del ventilador

= 38,94

TABLA DE RESULTADOS

[ ]

[%]

1 128,11 38,94

2 107,17 33,74

3 98,04 33,85

4 86,85 34,69

5 59,29 24,94

6 31,53 16,43

ANÁLISIS DE DATOS

3. Graficar

340320300280260240220200

140

120

100

80

60

40

20

W'm

W'v

Gráfica W'v vs.W'm

4. Graficar

6055504540

40

35

30

25

20

n [HZ]

η[%

]

Gráfica η vs n

CONCLUSIONES

En la presente práctica de Energía transferida en un ventilador conocimos las

características de operación de los ventiladores axial y centrífugo en los cuales se

pudo realizar el análisis energético del sistema de cada ventilador, se pudo aplicar la

primera ley de la termodinámica en la cual nos dimos cuenta que no toda la energía

entregada al sistema se convirtió en trabajo añadido para transmitirle al flujo desde

el punto de menor presión al punto de mayor presión.

Las gráficas de Eficiencia vs. RPM y nos proporciona la visualización

para decir que existe una relación directa en ambos casos, esto quiere decir que a

medida que se aumenta las RPM la eficiencia aumentará; y a medida que aumenta el

trabajo del motor eléctrico aumentara el trabajo del ventilador.

OBSERVACIONES

Se aplica en el sistema la primera ley de la termodinámica.

En el ventilador centrífugo el fluido entra al centro de un impulsor rotatorio, al cual

se le puede calibrar la velocidad, el fluido pasa por el equipo y se lanza al exterior

por la acción centrifuga.

BIBLIOGRAFÌA

http://www.extractores.com.mx/ventiladores%20axiales.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbomaquin

http://www.unet.edu.ve/~maqflu/doc/LAB-1-128.htm

PREGUNTAS EVALUATIVAS

¿Cómo se puede demostrar lo siguiente?:

*Aplicar la primera ley de la termodinámica y encontrar una expresión para ptF.

ANEXOS