UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA TURBOMAQUINAS I MN 232 – C

CÁLCULO Y DISEÑO DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO TIPO “SIROCCO”

Datos:

H = 65 mmH2O

Q = 3 m3/s

β2 > 90°

Hallamos la Potencia:

P= ρ . g . Q . Hŋ

Siendo:

ρ= 1,2 kg/m3

Q= 3 m3/sg= 9.81 m/s2

H= 54.167 m Aireŋ= 0.55 (Asumir)

P=1.2 ×9.81×3×54.1670.55

=3478.11W

La potencia requerida es de 3478.11 W, haciendo la equivalencia a HP tenemos 4.68

En el mercado, seleccionamos un motor de 5 HP / 1800 RPM

Pero necesitamos transmitir al ventilador 600 RPM, entonces diseñamos una transmisión

por fajas.

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Procedimiento de Calculo para el diseño de transmisión por fajas:

1. Potencia de diseño: HPd

Tabla N°1 (Anexo) - Pág. 55 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila

Bombas Centrífugas - CLASE 1 – fs =1,1

fs−0.1 →3 a 5h /d

f +0.1→ 16 a24 h/d

HPd=P∗fs=5 HP∗1,2=6 HP ( fs=1.1 parabombas centr í fugas)

2. Selección de la sección de la faja

Figura N°1 (Anexo) - Pág. 58 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila

Con 6 HP y 1800 RPM se tiene

SECCIÓN A

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3. Relación de Transmisión

mg=N1

N 2

=1800600

=3

4. Selección de los diámetros de paso de las poleas

De mg=Dd

→ D=mg ×d

Tabla N°3 (Anexo) - Pág. 58 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila

Tabla 3 → dmin=66 mm ≈ 2.3 ø

76 mm<d<127 mm

3 ” ø<d<5” ø

Tabla N°4 (Anexo) - Pág. 55 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila

Tabla 4 → øs STD

Si

Dx= mg.d Pulgadas mmd= 3" → 3"(3") 9 228.6d= 3.2" → 3"(3.2") 9.6 243.84d= 3.4" → 3"(3.4") 10.2 259.08d= 3.6" → 3"(3.6") 10.8 274.32d= 3.8" → 3"(3.8") 11.4 289.56d= 4" → 3"(4") 12 304.8d= 4.2 → 3"(4.2") 12.6 320.04d= 4.4" → 3"(4.4") 13.2 335.28d= 4.6" → 3"(4.6") 13.8 350.52d= 4.8" → 3"(4.8") 14.4 365.76

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d= 5" → 3"(5") 15 381

Elegimos

d= 4” = 101.6 mm

D= 12”= 304.8 mm

5. Selección de la longitud STD si no existe restricción de C

C ≥D+3 d

2=304.8+3 × 101.6

2=304.8 mm

C ≥ D →C=304.8 mm

Tomando: C=304.8 mm

Longitud aproximada de la faja:

L=2C+1.65(D+d )

L=2×304.8+1.65×(304.8+101.6)

L=1280.16 mm

Se escoge la longitud más próxima de:

Tabla N°7 (Anexo) - Pág. 60 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila

Se tiene:

L=52.3 = 1328.42 mm → A5

K L=0.94

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Cálculo de las distancias entre centros correctos:

L=2C+ π2

( D+d )+ (D−d )2

4C

1328.42=2 C+ π2

(304.8+101.6 )+(304.8−101.6)2

4 C

C=330.2 mm

6. Potencia por faja

HPfaja= [HP fajatabla+HPad ]× Kθ × K L

Tabla N°8 (Anexo) - Pág. 62 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila

HPfajatabla 8=2.59 {d=101.6 mm y1800 RPM }

HPad=0.01618 ×1800

100{mg=3 , Sección A }

Kθ=?

D−dC

=304.8−101.6330.2

=0.615

Tabla N°5 (Anexo) - Pág. 59 - Diseño de Elementos de Máquinas I - Fortunato Alva Dávila

→ Kθ=0.907

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HPfaja= (2.59+0.29124 )× 0.907× 0.94

HPfaja=2.456

7. Número de fajas

N=HPd

HPfaja

= 62.456

=2.44 ≈ 3 fajas

Por lo tanto se concluye que se deben usar: 3 fajas A 51

Y el diámetro de las poleas debe ser:d=101.6 mm y D=304.8 mm

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.

Procedimiento de Cálculo para hallar las dimensiones del Rodete y la Voluta:

La altura estática esta dada por:

H est=H−C II

2

2 g

Siendo:

C II2

2 g=K × H , K =0.2

Sabemos:

Nq= N ×Q2

H est

34

N =600 RPM

Q= 6351.759 pies3/min =224310.252 m3/min

Hest= 2.047 pulgadas de agua

Del diagrama de Cordier:

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Para β2>90°

Nq/100 21 24.2 26.3 30 35.5Ds 0.46 0.4 0.37 0.34 0.3

Ds: diámetro específico

Ds=D2 × H 1 /4

Q1 /2

Del cuadro para:

Nq100

=27.94 → Ds=0.368

0.368=D2× 2.0471 /4

224310.2521 /2

→ D2=24.52 pulg=622.808 mm≈ 0.63 m

D1=0.85 × D2=0.51 m

b2=0.54 × D 2=0.34 m

Para hallar el número de álabes:

Z=0.7 ×√D2 ×√ 1+γ1−γ

Siendo: γ=D1

D2 ; γ=¿0.85−0.87>¿

Tomamos: γ=0.85

D2 :enmilimetros

Z=0.7 ×√622.808 ×√ 1+0.851−0.85

Z=61.35 ≈ 62 álabes

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Voluta:

BD2

=¿0.78−0.82>¿

Tomamos 0.8 :

→ B=0.8 × D2=498.348 mm

AD2

=¿1.7−2.0>¿

Tomamos 2.0 :

→ A=2× D2=1244.6 mm

LD2

=¿1.5−1.7>¿

Tomamos 1.7 :

→ L=1.7 × D2=1057.672 mm

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Procedimiento de Cálculo para hallar los triángulos de velocidades:

Siendo:

β2=150 °

β1=90 °

b1=b2

e=0.003

S1=e y S2=e

Sen(180−β2)

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Para la entrada:

Por la ecuación de flujo hallamos la velocidad meridiana:

Q=(π∗D¿¿1−z∗S1)∗b1∗Cm1¿

Q= (π∗0.51−62∗0.003 )∗0.4∗Cm1

Cm1=6.23 m /s

La velocidad tangencial

U 1=π

60∗D1∗n

U 1=π

60∗0.51∗600

U 1=16ms

La velocidad relativa:

W 1=Cm1=6.23

ms

Para la velocidad absoluta:

C1=√U 12+W 1

2

C1=√162+6.232

C1=17.17 m /s

El ángulo absoluto:

α 1=arctg (W 1

U 1

)

α 1=arctg ( 6.2316 )

α 1=21.27°

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Para la salida:

Por la ecuación de flujo hallamos la velocidad meridiana:

Q=(π∗D¿¿2−z∗S2)∗b2∗Cm2¿

Q=(π∗0.63−62∗0.003Sen30° )∗0.34∗Cm2

Cm2=5.5m /s

La velocidad tangencial U 2=π

60∗D 2∗n

U 2=π

60∗0.63∗600

U 2=19.8ms

La velocidad relativa:

W 2=Cm2

Sen30°= 5.5

Sen30 °=12.46

ms

Para la velocidad absoluta:

C2=√Cm22+¿¿

C2=√5.52+¿¿

C2=29.83 m /s

El ángulo absoluto:

α 2=arctg ( Cm2

U 2+Cm2

Tg 30 °)=arctg ( 5.5

19.8+5.5

Tg30 ° )=10.62 °

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Diagramas:

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