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
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