Diseño de ventiladores axiales – Programa VENAX.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA
Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
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Informe Técnico
Diseño de ventiladores axiales – Programa VENAX.
Contenido:
Páginas
Figuras
Tablas
41.
7.
1.
Director de Dpto.:
Tomas R. Calvi
................................
Autor/es:
Marcelo F. Macias
................................
Mayo de 1999
AGRADECIMIENTO
BT PVaPSTRT [P eP[X^bP
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Ä=3824
Ä=3824X
;8BC0 34 BÄ<1>;>B XX
BD1Ä=3824B XXX
INTRODUCCIÓN #
CONCEPTOS TEÓRICOS $
1. CONSIDERACIONES PRELIMINARES $
X
;8BC0 34 BÄ<1>;>B
A
c
CD
Cl
CL
h
i
k
K
N
p
R
u
U
w
C
D
F
∆h
∆H
∆p
GS
U
Z
L
N
.
9
Alargamiento [ -- ]
Cuerda de la pala en cualquier estación radial [ m ]
Coeficiente de resistencia [ -- ]
Coeficiente de sustentación local [ -- ]
Coeficiente de sustentación total [ -- ]
Presión total local [Pa ]
Ángulo de entrada [ # ]
Coeficiente adimensional de presión total local [ -- ]
Coeficiente adimensional de presión total media [ -- ]
Número de palas del rotor o álabes del estator [ -- ]
Presión estática local [Pa ]
Radio externo del disco del rotor del ventilador [ m ]
Componente axial de la velocidad en cualquier estación del ventilador [ m/s ]
Velocidad axial media [ m/s ]
Velocidad relativa a las palas del rotor o estator [ m/s ]
Ángulo de incidencia [ # ]
Ángulo de calaje con respecto al plano de rotación [ # ]
Ángulo de salida [ # ]
Salto de presión total local a través de cualquier etapa de la unidad [Pa ]
Salto de presión total media a través de cualquier etapa de la unidad [Pa ]
Incremento local de presión estática [Pa ]
Coeficiente de swirl [ -- ]
Solidez [ -- ]
Ángulo de stagger o ángulo de calaje respecto a un plano axial [ # ]
Ángulo entre w y el plano de rotación [ # ]
Coeficiente de flujo en una estación de radio r [ -- ]
Coeficiente de flujo referido al radio R [ -- ]
Velocidad angular del rotor [ 1/s ]
XX
BD1Ä=3824B
0 Estación arbitraria pero fija
Valor medio ente las secciones 1 y 2
12
Valor medio ente las secciones 2 y 3
23
Secciones antes y después del rotor, después del post-rotor y el carenado
1,2,3,4
Parámetro correspondiente al radio del cubo
b
Relativo a la difusión
D
Difusor
DIF
Efectivo
EFECT
Estator
EST
Índice de iteración
i
Valor medio
m
Rotor
ROT
Derivado de swirl
S
Swirl
SW
Tip (puntera)
t
Valor total
T
Teórico
th
Nota: otros son aclarados en el texto.
XXX
INTRODUCCIÓN
Debido a que el flujo de aire generado por la acción de un ventilador es
relativamente complejo, resulta de utilidad el desarrollo de un modelo matemático y
su correspondiente programa de cálculo para facilitar la tarea de diseño. Esto ha
sido realizado mediante un programa en lenguaje FORTRAN basado en
consideraciones teóricas propuestas en Ref. 1, el cual es ejecutable bajo el sistema
operativo DOS.
El cálculo comienza con la formulación de una hipótesis en lo referente a la
distribución de la velocidad tangencial del aire a lo largo de la pala del rotor. Luego,
esto es utilizado para determinar las distribuciones de velocidades axiales y los
coeficientes aerodinámicos a lo largo del radio necesarias para cumplir con las
condiciones de diseño impuestas, en particular, caudal y salto de presión. Sin
embargo, las pérdidas son evaluadas en una estación representativa, en la cual la
velocidad axial local es igual a la velocidad axial media, lo cual es consistente con la
hipótesis de que dichas pérdidas están uniformemente distribuidas a lo largo de la
pala.
El programa realiza un proceso iterativo para calcular el rendimiento global de la
unidad, con control de convergencia; los valores de las pérdidas de carga en el
primer paso de la iteración son considerados nulos y se ajustan en los pasos
sucesivos con la estimación de dichas pérdidas, hasta alcanzar un error inferior al
0.1% en el valor del rendimiento.
Asimismo se aplica el control sobre el cálculo de las velocidades a los fines de
cumplir con condiciones de continuidad.
Los resultados del programa permiten conocer los coeficientes aerodinámicos y
parámetros geométricos correspondientes a una distribución discreta de estaciones
a lo largo del radio, tanto para el rotor como para el estator.
No se efectúa ningún análisis mecánico ni estructural, los cuales deberían ser
realizados antes de proceder con la fabricación del ventilador diseñado mediante
este programa.
#
CONCEPTOS TEÓRICOS
1. CONSIDERACIONES PRELIMINARES
En este trabajo se supone que la unidad ventilador está constituida por un rotor,
un post-rotor (estator) y un carenado. No se incluye el pre-rotor ni tampoco rotores
contrarotativos debido a que estos son incorporados en unidades que, por estar
sometidas a exigencias especiales, justifican su mayor costo. Para los ventiladores
de uso corriente estos elementos no son necesarios, ya que pueden obtenerse
rendimientos comparables a los de aquéllos que sí los utilizan y, evidentemente, a
un costo sensiblemente menor.
El usuario establece los requerimientos en términos del caudal que debe ser
entregado por la unidad ventilador, y del salto de presión necesario para que dicho
caudal pueda circular por el sistema donde el ventilador va a ser utilizado. La tarea
de diseño para satisfacer los requerimientos puede, en el caso más general, abarcar
al rotor, al post-rotor y al carenado. El rotor es la componente que imparte al fluido la
energía necesaria para cumplir con las performances exigidas. El post-rotor es un
estator destinado a remover la rotación que el fluido adquiere luego de su paso por
el rotor, transformándola en presión. Si bien ya en el estator la velocidad axial de la
corriente fluida experimenta una difusión, la mayor contribución a la difusión de dicha
velocidad se produce en la zona del carenado, cuya función es, precisamente,
desacelerar el fluido y minimizar así las pérdidas.
El programa computacional desarrollado permite realizar el diseño de cada una de
las componentes mencionadas, las cuales pueden o no ser incorporadas de manera
conjunta en cada unidad ventilador. Por ello permite las opciones de prescindir del
post-rotor o del carenado, o de ambos a la vez. En este último caso resultará una
unidad cuya única componente es el rotor, que si bien será de menor costo, es
menos eficiente desde el punto de vista operativo.
SIGUE ...............
Solicitar el informe COMPLETO al Dpto. de Aeronautica
$