Calefactor de aire

G - 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

1

UNSA

G - 1

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

MÓDULO: CALEFACTOR DE AIRE

GRUPO: 1

INGENIERA ESPERANZA MEDINA

AREQUIPA-PERU2011

MÓDULO CALEFACTOR DE AIRE

1. OBJETIVOS GENERALES:

Determinar el sistema a utilizar. Estudiar una de las operaciones unitarias que se llevan a cabo en el módulo: Flujo de

Fluidos compresibles (aire).

1.1. Objetivos Específicos:

Analizar si existe relación entre la potencia del motor y el caudal obtenido a partir de la medición de velocidad.

Construir las curvas del ventilador en función a la velocidad del aire y del trabajo eléctrico para distintas temperaturas.

2. MARCO TEÓRICO:

El módulo de calefacción de aire permite el estudio de tres operaciones unitarias:

a. Flujo de Fluidos Compresibles (Aire): El cual es realizado por un soplador que succiona el aire atmosférico y lo conduce a través de una boquilla convergente

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Figura 1. Soplador

b. Transferencia de Calor: Por medio de tres resistencias eléctricas, las cuales transfieren el calor que generan por conducción y convección al flujo de aire que ingresa.

Figura 2. Cámara Calefactora

c. Secado y Humidificación: En una cámara donde se puede secar alimentos o crear atmósferas húmedas.

Figura 3. Cámara de Secado

2.1. Flujo de Fluidos Compresibles:

En muchas aplicaciones de la mecánica de fluidos es necesario tener en cuenta las variaciones de densidad. El campo de los fluidos compresibles es muy dilatado, y comprende amplios intervalos de presión, temperatura y velocidad. En la práctica de la ingeniería química

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interviene un área relativamente pequeña de este campo. En el flujo de fluidos no compresibles, el parámetro fundamental es el número deReynolds, el cual es también un parámetro importante en algunas aplicaciones del flujo de fluidos compresibles. En el flujo de fluidos compresibles, a densidades ordinarias y velocidades elevadas, el parámetro fundamental es el número de Mach. A densidades muy bajas, para las que el recorrido libre medio de las moléculas es considerable, en comparación con el tamaño del aparato o de los cuerpos sólidos en contacto con el gas, es preciso tener en cuenta otros factores.

El número de Mach, que se designa por NMa, se define como la relación entre la velocidad u del fluido y la velocidad a del sonido en el fluido, para las condiciones de flujo.

Se entiende por velocidad del fluido, el valor de la velocidad relativa del fluido con respecto al sólido que lo limita o en el cual está sumergido, bien considerando que el sólido es estacionario y el fluido se mueve sobre él, o bien que el fluido está estacionario y el sólido se mueve a través del fluido. El primer caso es el más corriente en ingeniería química, mientras que el segundo es de mayor importancia en aeronáutica y en el movimiento de proyectiles, cohetes y otros cuerpos sólidos a través de la atmósfera. Por definición, el número de Mach es igual a la unidad, cuando la velocidad del fluido es igual a la del sonido en el mismo, a la presión y temperatura del fluido. Según que el número de Mach sea menor, igual o mayor que la unidad, el flujo recibe el nombre de subsónico, sónico o supersónico.

Los cambios en densidad son solamente del orden del 2% de valor medio, para valores de M< 0.3. Así, los gases que fluyen con M < 0.3 se pueden considerar como incompresibles; un valor de M = 0.3 en el aire bajo condiciones normales corresponde a una velocidad de aproximadamente 100 m/s.

2.2.1. Ecuaciones empleadas:

La ecuación de energía mecánica puede utilizarse en el flujo de fluidos no compresibles suponiendo simplemente, que la densidad es constante. Para que puedan aplicarse al flujo en fluidos compresibles, es necesario relacionar la densidad con la temperatura y la presión. La relación más sencilla y de gran utilidad en ingeniería, es la ley de los gases ideales:

Donde:

R = constante de la, ley de los gases ideales, en unidades de energía mecánica por mol y por grado de temperatura absoluta

M = peso molecular

2.2.2. Procesos de flujo de Fluidos Compresibles:

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Dentro de la conducción pueden tener lugar los siguientes procesos:

a. Expansión isentrópica. En este proceso el área de la sección transversal de la conducción tiene que variar y por consiguiente se trata de un proceso con área variable. Debido a que el proceso es adiabático, la temperatura de estancamiento no varía dentro de la conducción.

b. Flujo adiabático con fricción a través de una conducción de sección transversal constante. Este proceso es irreversible y la entropía del gas aumenta pero puesto que Q = 0 y, la temperatura de estancamiento es constante en toda la conducción.

c. Flujo isotérmico con fricción a través de una conducción de sección transversal constante, acompañada de flujo de calor a través de la pared, con velocidad suficiente para mantener constante la temperatura. Este proceso no es adiabático ni isentrópico; la temperatura de estancamiento varía durante el proceso puesto que T es constante y, T, varía con u.

2.2.3. Flujo a través de conducciones de área variable

Una conducción adecuada para el flujo isentrópico recibe el nombre de boquilla. Una boquilla completa está formada por una sección convergente y otra divergente, unidas por una

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garganta, que es una pequeña longitud en la cual la pared de la conducción es paralela al eje de la boquilla. En algunas aplicaciones una boquilla puede estar formada solamente por una sección divergente unida directamente al recipiente por la garganta.

Las boquillas se diseñan de forma que la fricción de pared sea mínima y que no tenga lugar la separación de capa límite. La sección convergente puede ser corta, ya que la separación no tiene lugar en una conducción convergente. Para prevenir la separación, el ángulo en la sección divergente ha de ser pequeño y esta sección es por tanto relativamente larga.

El objeto de la sección convergente es aumentar la velocidad y disminuir la presión del gas. Para números de Mach bajos, el proceso cumple esencialmente la relación de Bernoulli para el flujo de fluidos no compresibles. En la sección convergente el flujo es siempre subsónico, pero puede llegar a ser igual a la velocidad del sonido en la garganta. En una boquilla convergente no pueden originarse números de Mach mayores que la unidad.

2.2.4. Maquinaria para el movimiento de gases

La maquinaria para mover gases comprende dispositivos mecánicos que se usan para comprimir y mover gases los cuales se clasifican o se consideran generalmente desde el punto de vista de las cargas de presión producidas, y son ventiladores para presiones bajas, sopladores (o ventiladores) para presiones intermedias y compresores para presiones elevadas.

2.2.4.1. Ventiladores.

El método más común para mover volúmenes pequeños de gases (a presiones bajas) consiste en el empleo de un ventilador. Los ventiladores grandes suelen ser centrífugos y su principio de operación es similar al de las bombas centrífugas. Las cargas de descarga son bajas, desde 0.1 m a 1.5 m de H20. Sin embargo, en algunos casos, gran parte de la energía añadida al ventilador se convierte en energía cinética y otra pequeña cantidad en carga de presión. En un ventilador centrífugo, la fuerza centrífuga producida por el rotor causa una compresión del gas, llamada carga estática depresión. Además, puesto que la velocidad del gas aumenta, se produce también una carga de velocidad. Al estimar la eficiencia y la potencia se debe incluir tanto la elevación de la carga estática de presión como el incremento de la carga de velocidad. Las eficiencias de operación varían entre 40 y 70%. La presión de operación de un ventilador casi siempre se expresa en pulgadas de agua manométricas y es la suma de la carga de velocidad y de la presión estática del gas que sale del ventilador. Para calcular la potencia de los ventiladores se puede usar la teoría del flujo incompresible.

Los ventiladores que se emplean comúnmente se pueden dividir en tres tipos generales, de hélice, axiales y centrífugos. Los ventiladores se pueden disponer con variedad de posiciones de descarga y con rotación del impulsor, ya sea en el sentido de las agujas del reloj o viceversa. Salvo raras excepciones, se pueden proporcionar para acoplamiento directo o para bandas V.

a. Ventilador de hélice:

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Consiste en una hélice dentro de un anillo o marco de montaje. La dirección de la corriente de aire es paralela a la flecha del ventilador. Se emplea para trasladar aire de un lugar a otro, o hacia el ambiente exterior, o para introducir aire fresco. Puede manejar grandes volúmenes de aire a una presión estática baja, raramente a presiones estáticas mayores de 25 mm de c.a. Se fabrica en muchos estilos y tipos para trabajos específicos. Los ventiladores de extracción (extractores) de uso normal, pueden tener desde 2 hasta 16 aspas, dependiendo ello del funcionamiento particular del ventilador.

Generalmente las unidades de poco número de aspas se usan en ventiladores de baja presión y los que cuentan con un número mayor de aspas se emplean en aquellas aplicaciones que requieren presión. El ancho de las aspas, su ángulo, su velocidad axial y número de etapas, son factores todos que intervienen en el diseño y la capacidad.

b. Ventilador axial:

Los coeficientes de presión Ψ oscilan entre (0,05 ÷ 0,6) pudiendo llegar en algunos diseños hasta 1. Este tipo de ventilador consiste esencialmente en una hélice encerrada en una envolvente cilíndrica y es de diseño aerodinámico La adición de álabes-guía, detrás del rotor, convierten al ventilador tubo-axial en un ventilador axial con aletas guía. Puede funcionar en un amplio rango de volúmenes de aire, a presiones estáticas que van de bajas a medias y es capaz de desarrollar mayores presiones estáticas que el ventilador tubo-axial y ser más eficiente; los álabes-guía, en la succión o en la descarga, o en ambas partes, se han añadido para enderezar el flujo del aire fuera de la unidad. Aprovechando la conversión del componente rotativo de la corriente de aire, este ventilador puede alcanzar una presión estática más alta que el de tipo de hélice de aspas rectas, a la misma velocidad axial, y hacerlo más eficientemente. La facilidad de montaje y el flujo del aire en línea recta los hace ideales para muchas aplicaciones; por encima de 75 a 100 mm.de presión estática, los ventiladores axiales se usan pocas veces para servicios de ventilación.

c. Ventilador centrífugo:

Consiste en un rotor encerrado en una envolvente de forma espiral; el aire, que entra a través del ojo del rotor paralelo a la flecha del ventilador, es succionado por el rotor y arrojado contra la envolvente se descarga por la salida en ángulo recto a la flecha; puede ser de entrada sencilla o de entrada doble. En un ventilador de entrada doble, el aire entra por ambos lados de la envolvente succionado por un rotor doble o por dos rotores sencillos montados lado a lado. Los rotores se fabrican en una gran variedad de diseños, pudiéndose clasificar, en general, en aquellos cuyas aspas son radiales, o inclinadas hacia adelante, o inclinadas hacia atrás del sentido de la rotación.

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En la siguiente figura se presentan tres formas corrientes de la realización del difusory las diferentes posiciones que puede tomar la salida del ventilador:

A. Curvas características del soplador:

Las curvas características de un ventilador son similares a las de una bomba pero se suelen expresar como ΔP en función de Q. Su forma depende, al igual que en las bombas, fundamentalmente del tipo de máquina y del diseño del actuador o rodete. Es bastante

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frecuente que los ventiladores centrífugos de alta presión presenten una curva característica con forma de silla (un mínimo relativo), más típico de diseños axiales, debido al empleo de álabes curvados hacia adelante. Una curva característica de este tipo se muestra en la figura 1.

Una parte considerable de la presión suministrada por el ventilador lo es en forma de presión dinámica, Pd, ya que la velocidad de salida del fluido suele ser más alta que en el caso de bombas.De forma que el salto de presión total proporcionado por el ventilador es la suma del salto de presión dinámica más el salto de presión estática:

En el caso de una instalación en la que el ventilador aspira de la atmósfera e impulsa aire a través de un conducto como indica la figura 2 se pueden calcular fácilmente los saltos de presión estática y dinámica.

Aplicando la ecuación de la energía entre la entrada y la salida se tiene para el incremento de energía o presión total a través del ventilador:

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Donde el subíndice S corresponde a la salida y E a la entrada. Se debe tener en cuenta que las cotas de entrada y salida son las mismas. Además, la velocidad del aire aguas arriba de la aspiración, donde se tiene la presión atmosférica, es cero. Por tanto:

Como se ve, en una configuración como la indicada, el salto en la presión estática se corresponde con el valor de la presión manométrica en salida de ventilador, y el salto en la presión dinámica con la energía cinética de flujo a la salida (supondremos un perfil de velocidades uniforme):

La dependencia de las presiones dinámica y estática en función M caudal tiene una forma como la indicada en la figura 3:

Para la estimación de las pérdidas de carga entre la salida del ventilador y la posición de medida de presión se admitirá una dependencia proporcional respecto a la energía cinética del flujo promedio, mediante la expresión:

Donde ξ es un coeficiente adimensional de pérdidas de carga, que es función del número de Reynolds y que según la norma British Standard mencionada se obtiene a partir de la correlación empírica:

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G - 1

El número de Reynolds puede calcularse mediante la siguiente expresión, donde ν es la viscosidad cinemática del aire, la cual se puede estimar en 1.5·10-5 m2/s:

La presión total se obtendrá entonces, reuniendo toda la información anterior:

La medida de la potencia se realizará mediante un vatímetro conectado a la toma de corriente, que mide el consumo realizado por el motor eléctrico. Para calcular la potencia consumida por el ventilador debe tenerse en cuenta el rendimiento del motor, que es dependiente de la carga según la curva del diagrama de la figura 3. La potencia consumida por el ventilador se calcula pues multiplicando la potencia eléctrica leída en el vatímetro por el rendimiento del motor:

El cálculo del rendimiento del ventilador puede realizarse a partir los resultados anteriores mediante la siguiente expresión:

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1

2

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G - 1

MÓDULO DE CALEFACCIÓN DE AIRE

MATRIZ 1: ANALISIS INSUMO / PRODUCTO

MATERIAS PRIMAS, INSUMOS, SERVICIOS, PRODUCTOS, SUB-PRODUCTOS Y EFLUENTES

Objeto de Análisis

Materia prima: MPInsumo: INProducto: PRSub.- Producto: SPServicios: SS

Identificación de VariablesTipo de Variable

C: ControlM: ManipulableR: RespuestaI: IndependienteD: Dependiente

Rango Operativo de

Variables

R: RangoP: Parámetro

Referencia de Costos

(Donde sea Pertinente)

Aspectos Técnicos a tomar en cuenta, antes (A), durante (E) y

después (D), del proceso de experimentación

Referidos a seguridad, impacto ambiental, eficiencia operativa,

entre otros.

Modelos Matemáticos

Leyes Implicadas o Teorías

Relacionadas de Eficiencia

Nombre Símbolo

SSAIRE

Temperatura de ingreso

T ai C,M,D R(A) Revisar el estado de las resistencias y el motorRevisar las conexiones eléctricas.(E) Manipular cuidadosamente el tablero de control. Para fijar la temperatura de salida, no exceder el rango establecido (máx. 150ºC).Si se va a utilizar multímetro para medir con mayor precisión el voltaje y la intensidad, revisar las conexiones para evitar cortocircuitos.No variar bruscamente la velocidad de succión del soplador.(D) Dejar enfriar las resistencias antes de cerrar el equipo.

ρ= PRT

Ley de Ohm

Ley de Watt

P=IV

Velocidad va M,D R

Presión Pa I P

Densidad ρa D R

SSCORRIENTE ELÉCTRICA

Voltaje V I R

Intensidad I M R

MATRIZ 2: ANALISIS DE PROCESOS “Donde hay un cambio hay un Proceso”

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Nombre del Proceso Ingresos

Operadores de Cambio Salidas

Análisis de variables(Nombre Símbolo)

Contexto

Entrada Operadores Salida Factores Favorables

Factores Desfavorables

Transferencia de calor

Aire a temperatura

ambiente

Calefactor de aire mediante

resistencias eléctricas

Aire caliente

Temperatura de entrada

(T a ,1 )Velocidad de

entrada(va ,1 )

Presión de entrada

(Pa , 1 )Densidad de

entrada

(ρa ,1 )

Voltaje (V)Intensidad (I)

Temperatura de salida

(T a ,2 )Velocidad de

salida(va ,2 )

Presión de salida

(Pa , 2 )Densidad de

salida

(ρa ,2 )

Se puede regular la

cantidad de aire de ingreso.

Se puede variar la intensidad de las resistencias para alcanzar la temperatura de salida deseada.

Tiempo de residencia del

aire en el calefactor.

El calefactor presenta fugas

debido al desgaste de sus

empaques.

Flujo de Fluidos Compresibles

Aire a temperatura

ambienteVentilador

Aire a temperatura

ambiente

Velocidad de Entrada

(va ,0 )

Voltaje (V)Intensidad (I)

Velocidad de salida

(va ,1 )

El soplador cuenta con un

filtro en la entrada para

evitar el ingreso de polvo

El tamaño del soplador.

La resistencia en la entrada del aire provoca

mayor consumo de corriente.

La orientación del ventilador.

Secado

Aire caliente seco

Alimento húmedo

Cámara de salida

Aire caliente húmedoAlimento

con menor humedad

Temperatura de entrada

(T a ,2 )Masa inicial

(m1 )

Altura de la bandeja

(h)

Masa final

(m2 )El tamaño de la

cámara de secado

La entrada del aire es pequeña

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G - 1

Matriz Nª3: Análisis de Sistemas

15

Identificación de Sistemas Tipificación Dinámica del

SistemaT: TransformadorF. FlujoS: StockE: EstacionarioNE: No EstacionarioA: AbiertoC: CerradoA: Aislado

Análisis de VariablesInstrumentos de Medición de Variables

Especificar: Marca, Rango, Energía

Modelos Matemáticos

Sistemas e interfases

Procesos que tienen lugar en el sistema

Macro procesos en los que se inscribe el

sistema

Nombre Símbolo TipoE: EspecificaciónC: ControlM: ManipulableR: RespuestaI: IndependienteD: Dependiente:

S: El circuito desde el

ventilador(Pto. 1) hasta el

calefactor de aire (Pto. 2)

I: Zona de entrada del ventilador y

salida del calefactor

Flujo de Fluidos

Flujo de Fluidos A,E,F

Temperatura de entrada del

aireTemperatura de salida del

aire

Velocidad de salida del aire

VoltajeIntensidad

¿T a ,1T a ,2

va ,1

V VIV

I

M,E

R

ID

Sensor de Temperatura


Fórmula

Anemómetro

MultímetroAmperímetro

Qaire=[(H 2+v2

2

2 )−(H 1+v1

2

2 )] mv1=v

0A0

A1

A1=π4D1

2

m=ρ v100

ρ= PRT a ,2

A2=π4D2

2

ntérmica=Qaire

Qresistenciasx100

PV=IV V Vv=A1 v1

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MATRIZ Nº 4: ANALISIS DE VARIABLES

MATRIZ Nº 4A: RELACION DE VARIABLES IDENTIFICADAS (esta matriz se llena recogiendo información de las matrices anteriores)

Variables Rangos de las variables

Instrumento de medición

Sistema al que pertenecen las variables Modelos matemáticos implicados

Nombre Símbolo

Temperatura de entrada del aire

T a ,1 18 – 22 ºC Sensor de Temperatura

El circuito desde el ventilador(Pto. 1) hasta el calefactor de aire (Pto. 2)

Calefactor:

Qaire=[(H 2+v2

2

2 )−(H 1+v1

2

2 )] mv1=v

0A0

A1

A1=π4D1

2

m=ρ v

ρ= PRT a ,2

v=A2 v2

A2=π4D2

2

ntérmica=Qaire

Qresistenciasx100

Resistencias:Qresistencias=P=IRV R

Ventilador: PV=IV V VQ= v=A1 v1

Temperatura de salida del aire

T a ,2 0- 150 ºC Sensor de Temperatura

Voltaje de las Resistencias

V R 0-220 V Voltímetro

Intensidad de las Resistencias

IR 0 – 16 A Amperímetro


v1,0 Variable Anemómetro

16

G - 1

A1=π4D1

2

W e=PvQ×δMATRIZ Nº: 4B VALORACION Y PRIORIZACION DE VARIABLES

Análisis de Conectividad entre las variables Relación de variables identificadas en orden

de importancia

Razones técnicasque sustentan lapriorización de

variables

Valores que tomarían

las variablesen la

experimentación

Variables

T a ,1 T a ,2 va ,2 V R IR v1,0 V V IV m1 m2 hNº De

conexiones

Nombre Símbolo

> < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > <

T a ,1 X X X 3Voltaje de

las Resistencias

V RPermiten calcular la potencia de las

resistencias0-220 V

T a ,2 X X X X 4Intensidad

de las Resistencias

IRPermiten calcular la potencia de las

resistencias0 – 16 A

va ,2 X X X X 4Temperatura de salida

del aire

T a ,2Permiten calcular

el gradiente de temperatura

0- 125 ºC

V R X X X X X 5Velocidad

de salida del aire

va ,2Determina el

caudal de aire que sale

Variable

IR X X X X X 5Temperatura de entrada

del aireT a ,1

Permiten calcular el gradiente de

temperatura18 – 22 ºC

v1,0 X X X 3 Velocidad de entrada

v1,0Permite

determinar el Variable

17

G - 1

del airecaudal de salida del ventilador

MATRIZ Nº 5 ANALISIS DE TECNOLOGIA

Objeto de análisis

Equipos: EQInstrumentos:

INS

Funciones que cumplen

Fabricación y Costos

Dinámica Operativa

Continua: CON

Discontinua: DIS

Capacidad

Nominal: N

Efectiva: E

Otras Variables a Considerar

Rango Operativo de

variables

R: RangoP:

Parámetro

Tipo de variable

E: EspecificaciónC: ControlM:

ManipulableI:

IndependenciaD:

Dependiente

Aspectos técnicos a tomar en cuenta antes durante o después del experimento

Nombre Símbolo

Calefactor de aire


por convección

CON E

Diámetro de zona de entrada

Diámetro de la zona de

salida

D1

D2

P

P

E

E

(A) Prender el motor antes que el tablero. Asegurarse

que no haya fugas.(E)Las resistencias se

comenzarán a calentar cuando la temperatura que

se fije sea mayor a la temperatura de salida.

(D)Apagar las resistencias y solo dejar circular aire frío.

Resistencias eléctricas


por conducción

CON N Diámetro DR P E

(A) Verificar su buen funcionamiento.

(E) Fijar la temperatura de salida para que trabajen al

100%.Ventilador Succionar

aireCON N Diámetro de

zona de entrada

D0 P E (A)Asegurar las conexiones del soplador al calefactor

de aire.

18

G - 1

Diámetro de la zona de

salidaD1

PE

MATRIZ Nº 6: ANALISIS DE SEGURIDAD

Identificación de riesgos Descripción Medidas a tomar Instrumentos requeridos

Quemaduras por el aire calienteEl aire calentado sale a una elevada

temperatura tras tener contacto con las resistencias.

Utilizar guantes para la manipulación del equipo. Guantes.

Cortocircuito

El fluido eléctrico puede ocasionar electrocuciones si llega a tener

contacto con los operarios del equipo y el tablero electrónico.

Tener cuidado con la medida de voltaje e intensidad, y con los

tomacorrientes del equipo.Conocimientos previos.

MATRIZ Nº 7: ANALISIS DE SEGURIDAD

OBJETIVOS DE LA EXPERIMENTACIÓN 1. Construir las curvas del ventilador en función de la velocidad del aire y del trabajo mecanico para distintas temperaturas.

Materiales a emplear

Servicios necesarios Equipos Sistemas a Evaluar Variables a Medir Instrumentos

Aire - Calefactor mediante resistencias

- Ventilador- Cámara de Secado Ventilador- Calefactor

Temperatura de entrada del aire


Temperatura de salida del aire



Anemómetro

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G - 1

Voltaje del ventilador Multímetro

Intensidad del Ventilador Amperímetro

MODELOS MATEMÁTICOS Calefactor:

Qaire=[(H 2+v2

2

2 )−(H 1+v1

2

2 )] mv1=v

0A0

A1

A1=π4D1

2

m=ρ v

ρ= PRT a ,2

v=A2 v2

A2=π4D2

2

ntérmica=Qaire

Qresistenciasx100

Resistencias:

Qresistencias=P=IRV R

Ventilador:

PV=IV V V (1)

Q= v=A1 v1 (2)

20

1

2

G - 1

A1=π4D1

2 (3)

W e=PvQ×δ

(4)

ALGORITMO

Velocidad (v): 1 (bajo)-2 (medio)-3 (alto) Temperatura (T): 1 (bajo 19°C)-2 (medio 26°C)-3 (alto 30°C)

VariablesNúmero de Pruebas para el sistema Ventilador - Secador

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Observaciones

T 1 1 1 2 2 2 3 3 3 Se realizaran 4 mediciones.

V 1 2 3 1 2 3 1 2 3

SISTEMA: VENTILADOR- CALEFACTOR

1.- Objetivo:

- Construir la curva del ventilador

21

G - 1

-

1.1.Modelos Matemáticos a usar:

1) PV=IV V V2) Q= v=A1 v1

3) A1=π4D1

2

4) W e=PvQ×δ

2.- Ficha de recojo de Información

Equipo de Trabajo Características Generales del ExperimentoNombres Cargos

El experimento permite construir la curva de un ventilador centrífugo (con alabes hacia adelante). Para esto

analizaremos las velocidades de salida del aire como también la potencia consumida por el motor eléctrico.

Chambi Tacca Elizabeth CoordinadoraCondori Apaza Gina Encargada en Seguridad

HuamaniSuaña Eliana OperarioNeyraHuamaniAngeles OperarioPeralta Ramos Katerine SecretariaVelasquez Vilca Miriam Operario

Hora

Valores de las Variables

Nº de Prueba ObservacionesParámetros AREA

D1= 0.0005m CERO

22

G - 1

Voltaje (V)

Intensidad (A) T (°C)

v1

(m/s)

9:52 a.m. 210 16 18.5 5.7

1 Debemos aclarar que la tapa de la entrada del aire no estaba correctamente ajustada por lo que, cuando el área era cero siempre entraba aire.

La zona de entrada cuenta con una malla de metal usada como filtro de aire

210 16 24 6.92

210 16 32 7.65 3

23

G - 1

Hora


Nº de Prueba ObservacionesParámetros AREA

D1=0.045 m MEDIO

Voltaje (V)


v1

(m/s)

10:05 a.m. 210 16 18.6 6.21

La zona de entrada cuenta con una malla de metal usada como filtro de aire 210 16 23.25 6.3

2

210 16 33.75 6.53

Hora


Nº de Prueba Observaciones

Parámetros

D1=0.085 m AREA GRANDE

Voltaje (V)


v1

(m/s)

10:18 a.m. 210 16 19 10.651 El excesivo uso del motor provoco calentamiento del

mismo. El área de entrada de aire es mayor al área de salida

de aire. La zona de entrada cuenta con una malla de metal

usada como filtro de aire

210 16 24 11.32

210 16 32 11.853

24

G - 1

3.-Resultados:

Parámetros:

D1=0.005 m Área 1 =0.0000002 m2

D2=0.045 m Área 2 =0.0015904 m2

D3=0.085 m Área 3 =0.0056745 m2

Temperatura: 18ρ=1.218Kg /m3

Datos:

Voltaje Intensidad

v1 Potencia Caudal Trabajo eléctrico

(V) (A) (m/s) (W) (m3/s) (J/Kg)

220 16 5.7 3520 0.00000114

2535073315

220 16 6.2 3520 0.00986067

293081.998

220 16 10.65 3520 0.06043339

47820.9722

Parámetros:Temperatura: 24 ρ=1.0877Kg /m3

Datos:

VoltajeIntensida

d v1 Potencia CaudalTrabajo eléctrico

(V) (A) (m/s) (W) (m3/s) (J/Kg)

220 16 6.9 3520 0.00000138

2345062644

220 16 6.3 3520 0.0100197 322982.092

25

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07900

140019002400290034003900

Potencia vs Caudal

Caudal (m3/s)

Pote

ncia

(W)

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07900

140019002400290034003900

Potencia vs Caudal

Caudal (m3/s)

Pote

ncia

(W)

G - 1

1

220 16 11.3 3520 0.06412182

50469.3516

Parámetros:

Temperatura: 33ρ=1.154Kg /m3

Datos:

VoltajeIntensida

d v1 Potencia CaudalTrabajo eléctrico

(V) (A) (m/s) (W) (m3/s) (J/Kg)

220 16 7.65 3520 0.00000153

1993633964

220 16 6.5 3520 0.01033779

295059.061

220 16 11.85 3520 0.06724279

45361.8897

4.- Interrelación de las variables:

26

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07900

140019002400290034003900

Potencia vs Caudal

Caudal (m3/s)

Pote

ncia

(W)

G - 1

ANÁLISIS:

La siguiente gráfica muestra la relación entre Potencia y caudal, la cual es una recta que tiene su pico máximo en 3520 watts y el caudal máximo en 0.0672; notando que la potencia no es directamente proporcional al caudal de trabajo sino que este asume un valor máximo para una determinada potencia en las resistencias, ya que la potencia es constante.

OBSERVACIÓN: Las densidades son sacadas de tabla para diferentes temperaturas a 1 atm de presión.

27

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07900

1400

1900

2400

2900

3400

3900

Potencia vs Caudal

T = 18 °CT = 24°CT = 33°C

Caudal (m3/s)

Pote

ncia

(W)

G - 1

ANÁLISIS:

La siguiente gráfica muestra la relación entre Trabajo eléctrico y velocidad, la cual es una curva que tiene su pico máximo enJ/Kg y la velocidad máxima en 11.85 m/s; notamos que a la temperatura de 18ºC el We es máxima ya esta es la primera temperatura, y en esta empieza a calentar las resistencias.

En cambio a las otras temperaturas ya solo mantiene la temperatura, no comenzando de 0 (la variación de temperatura es menor).

CONCLUSIONES:

Analizamos cual sería el sistema ya que el secador no funcionaba y se quería trabajar flujo de fluidos compresibles, más no transferencia de calor.

En cuanto a potencia y caudal no se encontró relación ya que la potencia a diferentes temperaturas es la misma (constante), resultándonos una recta en todos los casos.

Se calculó el trabajo eléctrico en función de velocidades de salida del aire a diferentes temperaturas, notando que hay mayor trabajo eléctrico al inicio del proceso, en cambio en las temperaturas sucesivas solo es incrementar un poco el calor a la temperatura ya mantenida.

BIBLIOGRAFIA JOAQUIN OCON, ANGEL VIAN. Elementos de ingeniería química-operaciones unitarias. Ing. ROSA ENRIQUEZ GALLEGOS, Ing. MANUEL ACOSTA CALDERON, Ing. MARLENI A. GONZALES IQUIRA. Manual de

propiedades termo físicas de fluidos y sólidos en ingeniería.

28

5 6 7 8 9 10 11 12 13-500000000

0

500000000

1000000000

1500000000

2000000000

2500000000

3000000000

1993633964.27317

295059.060970516

45361.8897116426

2345062643.8183

322982.092158909

50469.3516332459

2535073315.47259

293081.998032184

47820.9722409354

Trabajo eléctrico Vs velocidad

T=18°CT=24°CT=33°C

v (m/s)

We

(J/Kg

)

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