“SELECCIÓN DE UN MOTOR VENTILADOR” CICLO: V SECCION: G1 – “I” DOCENTE: Ing. Ernesto Jimeno Carranza Ing. Alfonso Fiestas Elías ALUMNO: - Alvarado Marquina Robert - Carranza López, Yamir - Castillo Alza Diego Martin - Cruzado Becerra, Percy - Cruzado García, José - Fernández Solano, Jhoan - Heros Maldonado, Fredson - Huaccha Soto, Wilmer - Miñano Ruiz, Xesar 2017-I 1.1. INTRODUCCIÓN En la actualidad la mayoría de empresas y microempresas tienden a mantener ventiladas sus áreas de trabajo y más aún cuando en esas áreas se laboran con sustancias tóxicas dañinas para el ser humano. Es por eso que se ha creado diversos sistemas de ventilación apoyado de un sistema de tuberías para llevar las masas de aire contaminada al exterior de las instalaciones, además en este proyecto hablaremos sobre la correcta selección de un motor ventilador para mantener ventilada eficientemente una cierta área especificada. 1.2. REALIDAD PROBLEMÁTICA Hoy en día el uso de cabinas de soldadura se ha hecho muy común en la industria mecánica, debido a que la demanda de manufactura en este ámbito es muy requerido para la producción de nuevos productos hechos a base de piezas de acero. Por eso se necesita una buena selección del motor ventilador para mantener un área libre de gases tóxicos producto de la los gases que emanan los electrodos. Muchas industrias utilizan motores para su ventilación pero no saben si es el motor adecuado para el espacio que se desea ventilar. Para el uso industrial de un motor ventilador es necesario saber las dimensiones del área a ventilar, el flujo de aire requerido y el tipo de motor que satisfaga esa necesidad. 1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA En este trabajo se estudió la selección de un motor ventilador que será de utilidad en las instalaciones de TECSUP. 1.4. JUSTIFICACIONES JUSTIFICACIÓN TEÓRICA: Este proyecto se justifica ya que utilizará los conocimientos de la Tecnología mecánica eléctrica para dar solución al problema planteado en la realidad problemática. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA: En este proyecto se utilizan las metodologías de tecnología mecánica eléctrica con la finalidad de poder adaptarlas y ejecutarlas en el diseño de un módulo de sistema de bombeo en la que vamos a desarrollar nuestro proyecto. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA: En la descripción del proyecto habla de diseñar un sistema de succión para un sistema de bombeo, todo esto nos conlleva a que no existe un módulo de este tipo en TECSUP por lo tanto luego de la realización de este proyecto la institución gozará con este módulo de aprendizaje. 2.1. OBJETIVO GENERAL Seleccionar un motor ventilador para el área de soldadura de las instalaciones de TECSUP. 2.2. OBJETIVO ESPECÍFICO Medir el área a ventilar. Realizar cálculos de pérdidas en los ductos. Medición del caudal promedio. Seleccionar el motor ventilador. 2.3. DELIMITACION DEL PROYECTO Falta de experiencia para seleccionar un motor de ventilación, debido a que nosotros estamos en un proceso de aprendizaje. Falta de experiencia en pruebas de campo respecto a tuberías y sistemas de ventilación. Desconocimiento de algunos materiales y equipos que vamos a utilizar en la realización de este proyecto. 2.4. MARCO REFERENCIAL Actualmente la mayoría de fábricas cuenta con un área de soldadura mecánica necesita de la intervención de un motor ventilador ara mantener el área libre de exceso de gas tóxico dañino para el ser humano; es por eso que se han creado diversos sistemas y circuitos de ventilación, es por eso que en este proyecto explicaremos sobre la selección de un motor ventilador. Este presente trabajo tiene la finalidad de informar cuales son los parámetros de selección de un motor ventilador por lo que se determinó una serie de pasos a seguir. 2.5. ANTECEDENTES El diseño y selección del motor ventilador de este sistema de ventilación fue realizado por los alumnos de TECSUP en un lapso de 3 semanas aproximadamente, el cual precedió al trabajo realizado en este informe, se estipuló lo siguiente: Se requiere de una problemática a base de una necesidad para realizar la selección de un motor ventilador Se requiere la adecuada selección medición del área a ventilar Se necesita datos de caudal producto de un motor mal seleccionado en las instalaciones de soldadura de TECSUP. 1.1. MARCO REFERENCIAL 1.1.1. Generalidades. Para mover el aire a través de una extracción localizada o un sistema de ventilación general de un local es necesario aportar energía para vencer las pérdidas de carga del sistema. En la gran mayoría de los casos el aporte de energía proviene de máquinas denominadas ventiladores aunque, en algunos casos, la ventilación se puede realizar por convección natural sin el uso de los ventiladores. Los ventiladores son las máquinas más usadas para producir el movimiento del aire en la industria. Su funcionamiento se basa en la entrega de energía mecánica al aire a través de un rotor que gira a alta velocidad y que incrementa la energía cinética del fluido, que luego se transforma parcialmente en presión estática. Se dividen en dos grandes grupos: los ventiladores axiales y los ventiladores centrífugos. 1.1.1.1. Ventiladores axiales En los ventiladores axiales, el movimiento del flujo a través del rotor, con álabes o palas de distintas formas, se realiza conservando la dirección del eje de éste Se usan para mover grandes cantidades de aire en espacios abiertos; como la resistencia al flujo es muy baja, se requiere generar una presión estática pequeña, del orden de los 5 a 25 milímetros de columna de agua (mmcda). Debido a esto, la principal aplicación de los ventiladores axiales se encuentra en el campo de la ventilación general y se los conoce con el nombre de extractores o inyectores de aire. Sin embargo, este tipo de ventiladores, cuando se los construye con álabes en forma de perfil de ala y de paso variable, llegan a generar alturas de presión estáticas del orden de los 300 milímetros de columna de agua (mmcda) y se los usa en aplicaciones diversas. Figura #: Ventilador axial industrial 1.1.1.2. Ventiladores centrífugos En estos ventiladores el aire ingresa en dirección paralela al eje del rotor, por la boca de aspiración, y la descarga se realiza tangencialmente al rotor, es decir que el aire cambia de dirección noventa grados (90 °). Este tipo de ventiladores desarrolla presiones mucho mayores que los ventiladores axiales, alcanzando presiones de hasta 1500 milímetros de columna de agua (mmcda) y son los empleados, mayormente, en los sistemas de ventilación localizada. El principio de funcionamiento de los ventiladores centrífugos es el mismo de las bombas centrífugas. Están constituidos por un rotor que posee una serie de paletas o álabes, de diversas formas y curvaturas, que giran aproximadamente entre 200 y 5000 rpm dentro de una caja o envoltura. Figura #: Ventilador centrífugo. 1.1.2. SELECCIÓN DE VENTILADORES La selección de un ventilador consiste en elegir aquel que satisfaga los requisitos de caudal y presión con que debe circular el aire, para la temperatura de la operación y la altitud de la instalación y además se debe determinar su tamaño, el número de revoluciones a las que debe girar el rotor, la potencia que debe ser entregada a su eje, el rendimiento con el que funciona, la disposición de la transmisión, el ruido generado, etc. Los fabricantes de los ventiladores proporcionan la información necesaria para realizar una correcta selección. Todos los ventiladores que entre si poseen medidas proporcionales, o sea que son semejantes, pertenecen a una misma “SERIE”. 1.1.2.1. Curva característica del sistema de conductos Como resultado final del cálculo de un sistema de conductos, se obtiene el caudal total de aspiración (Q) que circula por el mismo y la presión requerida por el sistema. La presión se puede indicar como la presión total del ventilador, expresada en altura de columna de agua (h T V) o como la presión estática del ventilador, también expresada en altura de columna de agua (h E V). La curva característica del sistema de conductos es la representación gráfica de la presión requerida en función del caudal que circula por dicho sistema. La pérdida de presión es proporcional al cuadrado del caudal. 1.1.2.2. Curva característica del ventilador Para un ventilador de tamaño dado (D), la presión (Δh) desarrollada por el ventilador, expresada como presión total o como presión estática, se representa en función del caudal (Q). Pero en este caso se indican distintas curvas h – Q, cada una correspondiente, a su vez, a un número de revoluciones por minuto (rpm) del rotor. De las distintas curvas posibles, una sola intercepta a la curva característica del sistema en el punto de funcionamiento “A”. Por lo tanto, el ventilador de tamaño “D” solo puede funcionar a un número de revoluciones por minuto (rpm) tal que la curva pase por el punto de funcionamiento “A” requerido por el sistema. Para otros tamaños de los ventiladores, las curvas pasarán por el mismopunto “A” , cuando los rotores giren a distintos números de revoluciones por minuto (rpm). Al respecto se comenta que las distintas velocidades de giro se logran transmitiendo el movimiento del motor eléctrico al eje del ventilador por medio de correas montadas sobre poleas que está colocadas en el eje del motor eléctrico y en el eje del ventilador; según sea la relación entre los diámetros de estas poleas se obtendrán distintas velocidades de giro del eje del ventilador. También se puede realizar un acople directo entre el motor eléctrico y el ventilador, pero en este caso la velocidad depende del número de polos del primero y no se obtiene la misma gama amplia de velocidades. En el mismo gráfico se puede además representar las curvas correspondientes al consumo de potencia y al rendimiento, siempre en función del caudal. Algunos fabricantes dan a conocer el funcionamiento de los ventiladores mediante sus curvas características. 1.1.2.3. TABLAS CARACTERÍSTICAS DE LOS VENTILADORES También los fabricantes suelen presentar la información referida a los ventiladores, mediante una serie de tablas en las que se indican el tamaño de éstos, el caudal y la presión requeridos por el sistema y a partir de estos datos de obtienen la velocidad de giro y la potencia consumida. En las tablas se indican, como ya se ha dicho, la caída de presión total o la caída de presión estática del ventilador, expresadas en milímetros o pulgadas de columna de agua o también se suelen expresar las presiones en pascales (N/m2). Una vez obtenidas las características básicas del ventilador, se debe calcular el rendimiento con el que trabaja. El rendimiento (η) se define, según lo visto en el Capítulo 3, como el cociente entre la potencia que entrega el ventilador al aire (Pot a) dividida por la potencia que el ventilador recibe en su eje (Pot V), ambas expresadas en las mismas unidades: La potencia entregada al aire por el ventilador depende del caudal quecircula y la presión necesaria para vencer las pérdidas que ofrece el sistema de conductos y resulta igual a: Donde: Q(m^3/s): Caudal de aire HTV (mmcda): Altura de presión total a entregar por el ventilador g(m/s^2): Aceleración de la gravedad La potencia que recibe el ventilador en su eje se obtiene de los datos de funcionamiento provistos por los fabricantes y depende del tamaño de ventilador seleccionado, para una situación determinada. 4.1. PROCEDIMIENTO Como primer punto debemos conocer las condiciones climaticas a la que será expuesto nuestro ventilador. Datos geográficos de la ciuda de trujillo. País Región Provincia Ubicación Perú La Libertad Trujillo Superficie Fundación Altitud 50 km2 5 Marzo 1535 34 msnm 8°06′43″S 79°01′44″O Selección de densidad de aire según la altura de la ciudad 4.1.1. Calculo de la presión estática Densidad aire: 1.1965 Kg/m3 g: Aceleración de la gravedad 9.8 m/s2 h: Altura de fluido 2.5 m Entonces: Se selecciona un ventilador tipo centrífugo por la presión que debe manejar. Hallar altura estática del ventialdor en el punto dos Fórmula generalizada 𝑣12 𝑣22 𝑃1 + + ℎ1 − ℎ𝑝 − 𝐻𝑣 = 𝑃2 + + ℎ2 2𝑔 2𝑔 Despejando −ℎ𝑝 − ℎ𝑠 − 𝐻𝑣 = ℎ2 Medida y diámetros equivalentes de los ductos de succión hasta la salida. Datos de primer tramo de tubería. D. Eq. mm D. Eq. cm D. Eq. M Área Presión Din. 302 30.2 0.302 0.0716 94.48 mmcda Datos de segundo tramo de tubería. D. Eq. mm D. Eq. cm Área Presión Din. 400 40 0.125 31.01 mmcda Datos de tercer tramo de tubería. D. Eq. mm D. Eq. cm área PresiónDin. 500 50 0.196 12.62 mmcda D. Eq. mm D. Eq. cm cauda m3/h área m Presión Din. 590 59 10137 0.273 6.51 Datos cuarto tramo de tubería. Datos del punto A. datos del punto 1 Presión 1 Atm Altura 10.33 mca velocidad 0 m/s H1 0 m Datos punto B. Datos del punto 2 Presión 1 Atm Altura 10.33 mca velocidad 0 m/s H2 0.67 m Calcular de velocidades desconocidas. Velocidad de salida 10.3 m/s. Hallo velocidades en los tramos desconocidos A4 * V4 = A3 * V3 0.273 * 10.3 = 0.196* V3 V3 14.34 m/s A3 * V3 = A2 * V2 0.196 * 14.34 = 0.125 * V2 V2 22.48 m/s A2 * V2 = A1 * V1 0.125 * 22.48 = 0.0716 * V1 V1 39.24 m/s Cálculo de pérdidas con el APP Soler & Palau (Hp). Primer tramo - Diámetro pequeño Pérdida 7.12 mmca 0.00712 mca Segundo tramo - Diámetro mediano Pérdida 1.75 mmca 0.00175 mca Tercer tramo - semi grande Pérdida 0.57 mmca 0.00057 mca Cuarto tramo - Diámetro grande Pérdida 1.3 mmca 0.0013 mca Cálculo de pérdidas con el APP Soler & Palau (Hs). Pérdida primeros codos de succión 85.03 * 2 170 mmdca 0.17006 mca Pérdida segundo codo succión 27.91*2 55.82 mmcda 0.05582 mca Pérdida tercer codo de succión 11.36 * 2 22.72 mmcda 0.02272 mca Pérdida codos del ducto 5.86 * 5 29.3 mmcda 0.0293 mca Pérdida ensanchamiento 1 94.48 mca 18.9 mmdca 0.0189 mca Pérdida ensanchamiento 2 30.01 mmca 3 mmcda 0.003 mca Sumatoria de pérdidas HP HS 0.03264 mca 0.2779 mca Aplicando la ecuación de Bernoulli. Despejando: Entonces: Hv 10.33 mca 0.98054 mca -0.98054 mca 1 Atm 101000 Pa 0.09492 9587 Pa Ir a tablas características con la presión estática y hallar el ventilador adecuado. 4.1.2. SEGÚN EL FABRICANTE SODECA. 4.1.3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS. 4.1.4. CARACTERÍSTICAS ACÚSTICAS. 4.1.5. DIMENSIONES 4.1.6. CURVAS CARACTERÍSTICAS. 4.1.7. ORIENTACIONES 5.1. DISCUSIÓN DE RESULTADOS. La elección de un motor ventilador nos permite elegir un ventilador adecuado de acuerdo a la necesidad del cliente, ya que dependerá de la presión estática en la salida del ventilador. Es evidente que la mayoría de establecimientos que requieren de un sistema de ventilación prefieren elegir el ventilador sin respetar los parámetros o haciendo el estudio necesario, sin tener en cuenta que podrían estar perdiendo dinero, eficiencia y vida útil del equipo. 5.2. ANEXOS. Imágenes del app Soler & Palau. Figura 1: Menú principal. Figura 2: Diámetro equivalente. Figura 3: Calculo de caudal. Figura 5: Cálculo de presión. Figura 4: Cálculo de velocidad. Figura 6: Cálculo de pérdidas . Figura 7: Pérdida de carga en codo. Figura 8: Pérdida carga expansio 5.2.1. Medidas Planos: 5.3.Bibliografía: Ebmpapst, Calidad y Confianza Ventiladores Axiales y Centrífugos Con Motor CA de 094 / 110 / 138. Recuperado. 12 de julio de 2017. sitio web. http://www.indubel.com.ar/pdf/biblioteca/ebmpapst/articulos-tecnicos/ventiladoresaxiales-y-centrifugos-gigantes.pdf ventiladores. 12 de julio de 2017. sitio web. http://www.fi.uba.ar/archivos/posgrados_apuntes_CAPITULO_VENTILADORES.pdf Sodeca. extractores axiales de alta presión. recuperado. 14 de julio de 2017. sitio web. http://www.sodeca.com/upload/imgCatalogos/ES/FO18_HTP-HBA_ES.pdf http://www.sodeca.com/Content/img/es/InformacioTecnica_01.pdf Airtec. Ventilador axial para minería. recuperado. 14 de julio de 2017. sitio web. https://es.scribd.com/document/350918272/Ventiladores-axiales-pdf salvador escoda. manual práctico de ventilación. Barcelona; editorial paper ecológico. recuperado. 15 de julio de 2017. sitio web. http://148.208.231.5/portalitp/archivos/mecanica/manuales/Manual-Ventilacion.pdf Greenheck. 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