Ventilacion-para-un-taller-de-soldadura

1. Ventiladores y Compresores UNSA
DISEÑO DE VENTILADOR AXIAL
1. CONSIDERACIONES DEL DISEÑO:
Se va realizar el diseño de un sistema de ventilación para un taller de
soldadura. Para poder diseñar el sistema de ventilación, así como el
tipo de ventilador adecuado requerimos de ciertos parámetros
básicos como el caudal de aire de recambio, la presión a elevar en el
sistema y el número de revoluciones del rodete del ventilador.
1.1 Caudal de aire (Q)
Para el cálculo del caudal requerido en el taller, tenemos las
siguientes dimensiones para el taller:
m
o
l
m
ancho
m
altura
00
.
65
arg
00
.
55
00
.
4
=
=
=
Estas dimensiones nos permiten calcular el volumen del taller de
soldadura:
3
10725
00
.
65
00
.
55
3
.
. m
x
x
l
a
h
Vol =
=
=
Con ayuda de la tabla “Cambios sugeridos del aire para una
ventilación apropiada” (Tabla Nº1 del apéndice), seleccionamos para
el aparcamiento la relación 8
6
Re
º
−
=
Hora
novaciones
N
Para la máxima capacidad del taller tomamos 6
Re
º
=
Hora
novaciones
N
.
Entonces el caudal requerido será:
=
Q 64350 m3
/hora
1.2 Presión del sistema de ventilación (P):
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica

2. Ventiladores y Compresores UNSA
Para poder determinar la presión del sistema de ventilación primero
necesitamos diseñar el sistema de ventilación como se aprecia en el
siguiente esquema:
Para el sistema propuesto tenemos los siguientes accesorios
• 12 rejillas de ventilación
• 2 compuerta
• 2 uniones de 45º
De la tabla “Guía para la presión estática” (Tabla Nº2 del apéndice)
tenemos:
• Presión por longitud de ducto:
O
H
pu
m
O
H
pu
Pl 2
2
lg
6398
.
0
)
4
4
57
(
*
48
.
30
lg
3
.
0
=
+
+
=
• Presión por accesorios
O
H
pu
O
H
pu
Paccesorios 2
2 lg
28
.
1
16
*
lg
08
.
0 =
=
• Presión Total
Pa
O
H
pu
P
P
P accesorios
l 72
.
477
lg
9198
.
1
28
.
1
6398
.
0 2 =
=
+
=
+
=
Por seguridad tomamos P = 480 Pa
Luego se utilizara 2 ventiladores axiales =
Q 32175 m3
/hora y P =
240 Pa
1.3 RPM del ventilador:
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica

3. Ventiladores y Compresores UNSA
Se empleará un acople motor-rotor por correa. Se utilizará un motor
de 1 par de polos que gira a 3600 rpm y mediante una transmisión
por correas el rotor del ventilador girará a 1100 rpm.
2. DISEÑO DEL VENTILADOR:
2.1 Selección del tipo de ventilador:
Primeramente realizamos el cálculo del coeficiente de rapidez (ny). De
acuerdo al valor de este parámetro seleccionamos el tipo de
ventilador a emplear
4
3
2
1
4
3
2
1
240
2
*
)
60
/
1100
(
*
)
3600
/
32175
(
*
53
*
53 π
=
=
P
w
Q
ny
327
.
299
=
y
n
Para el valor de ny obtenido, de la “Tabla de selección” (Tabla Nº3
proporcionada en el apéndice), seleccionamos: Ventilador axial con
álabes torcidos planos.
2.2 Diámetro periférico del rodete (D):
• Tenemos la ecuación empírica:
( )
n
P
b
n
D
y *
*
4
*
545
.
0
*
32
.
0 +
=
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica

4. Ventiladores y Compresores UNSA
Donde “b” es el ancho del álabe y varía entre 30 y 100 mm.
Tomamos b = 100 mm
Reemplazando valores:
( )
1100
240
*
1
.
0
*
4
327
.
299
*
545
.
0
*
32
.
0 +
=
D
7370
.
0
=
D (Según la ecuación empírica)
• Tenemos la siguiente ecuación derivada de la ecuación de
continuidad:
3
3
2
*
*
)
1
(
1
*
9
.
2
n
K
Q
D
y
ν
ν −
=
Donde:
D
Dcubo
=
ν , es el diámetro relativo del cubo, varía entre 0.4 y 0.8.
Tomamos 6
.
0
=
ν
cubo
a
y
u
C
K = , varía entre 0.6 y 1.0. Tomamos 8
.
0
=
y
K
Reemplazando valores, tenemos:
3
3
2
1100
*
8
.
0
3600
32175
*
)
6
.
0
1
(
*
6
.
0
1
*
9
.
2
−
=
D
m
D 864
.
0
= (Según la ecuación de continuidad)
Tomamos un diámetro medio entre los valores obtenidos por ambas
ecuaciones:
m
D 80
.
0
=
2.3 Velocidad tangencial periférica del ventilador (u):
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica

5. Ventiladores y Compresores UNSA
s
m
n
D
u 077
.
46
60
1100
*
8
.
0
*
60
*
*
=
=
=
π
π
Verificamos que “u” obtenido es menor que 100 m/s que es el valor
límite para las velocidades tangenciales de los ventiladores axiales
(mayores velocidades empeoran sus características acústicas).
s
m
s
m
u 100
077
.
46 <
=
2.4 Coeficientes de caudal y presión para el área total:
Hallamos área proyectada del ventilador (F):
2
2
2
50265
.
0
4
8
.
0
*
4
*
m
D
F =
=
=
π
π
• Coeficiente de caudal (ϕ′):
38589
.
0
077
.
46
*
50265
.
0
3600
32175
*
=
=
=
′
u
F
Q
ϕ
• Coeficiente de presión (ψ ):
1884
.
0
077
.
46
*
2
.
1
240
*
2
*
2
2
2
=
=
=
u
P
ρ
ψ
Para halla el coeficiente de presión teórico castigamos el valor
obtenido por 1.25
2355
.
0
1884
.
0
*
25
.
1
*
25
.
1 =
=
= ψ
ψt
2.5 Diámetro del cubo (Dcubo):
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica

6. Ventiladores y Compresores UNSA
m
D
D
D
cubo
cubo
48
.
0
8
.
0
*
6
.
0
*
=
=
=ν
2.6 Longitud de las paletas (l):
m
l
D
D
l cubo
16
.
0
2
48
.
0
8
.
0
2
)
(
=
−
=
−
=
2.7 Diámetro de la carcasa (Dcarcasa):
Consideramos una holgura de 0.01m entre el diámetro periférico del
rodete y el diámetro de la carcasa, por lo que tenemos:
m
D
Dcaracasa 82
.
0
02
.
0
8
.
0
01
.
0
*
2 =
+
=
+
=
2.8 Área anular (F1):
2
1
2
2
1
321696
.
0
)
6
.
0
1
(
*
50265
.
0
)
1
(
m
F
F
F
F
F cubo
=
−
=
−
=
−
= ν
2.9 Coeficiente de caudal para área anular (ϕ):
6028
.
0
6
.
0
1
38589
.
0
1 2
2
=
−
=
−
′
=
ν
ϕ
ϕ
2.10 Velocidad de entrada (Ca):
s
m
C
u
C
a
a
775
.
27
077
.
46
*
6028
.
0
*
=
=
=ϕ
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7. Ventiladores y Compresores UNSA
2.11 Desarrollo del álabe:
Dividimos la paleta en una serie de secciones anulares por la longitud
entre 7 a 10 divisiones) y para cada una se efectúa el cálculo
respecto a su radio medio. Tomamos 8 divisiones.
A continuación se presentan las fórmulas empleadas para calcular los
valores de la “Tabla de Desarrollo del Álabe”
• Radio medio (ri):
)
1
2
(
*
00125
.
0
24
.
0
8
*
2
)
1
2
(
*
16
.
0
2
48
.
0
2
)
1
2
(
*
2
−
+
=
−
+
=
−
+
=
i
r
i
r
m
i
l
D
r
i
i
cubo
i
Donde: “m” es el número de divisiones
“i” es número de zona
• Radio relativo ( i
r ):
4
.
0
2
8
.
0
i
i
i
i
i
r
r
r
r
r
r
=
=
=
Donde “r” es el radio periférico del rodete
• Velocidad tangencial (ui):
i
i
i
i
i
r
u
r
n
r
u
19
.
115
60
1100
*
*
2
60
*
*
2
=
=
=
π
π
• Componente tangencial de la velocidad absoluta (C2u i)
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8. Ventiladores y Compresores UNSA
i
ui
i
h
i
ui
u
C
u
u
P
C
2222
.
222
90
.
0
*
*
2
.
1
240
*
*
2
2
=
=
=
η
ρ
La eficiencia ( h
η ) varía entre 0.75 y 0.92. Tomamos 0.90
• Ángulo de entrada ( i
1
β ):








=








=
i
i
a
i
u
u
C 775
.
27
arctan
arctan
1
β
• Ángulo medio ( m
i
β ):












−
=












−
=
2
775
.
27
arctan
2
arctan
2
2 ui
i
ui
i
a
mi
C
u
C
u
C
β
• Ángulo de salida ( i
2
β ):








−
=








−
=
ui
i
ui
i
a
i
C
u
C
u
C
2
2
2
775
.
27
arctan
arctan
β
• Carga aerodinámica ( ( )i
y
C τ ):
( )
( )
058875
.
0
cos
*
2355
.
0
4
cos
*
2
2
−
=
−
=
i
mi
i
y
t
i
mi
t
i
y
r
C
r
C
β
τ
ψ
β
ψ
τ
Donde 2355
.
0
=
t
ψ (calculado anteriormente)
• Número de paletas (Z):
Asumimos Cy= 0.7
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9. Ventiladores y Compresores UNSA
Calculamos la relación cuerda-paso ( p
ro
m
τ ) para el radio promedio
67735
.
0
7
.
0
47415
.
0
)
(
=
=
=
y
prom
y
prom
C
C τ
τ
Entonces para el número de paletas tenemos:
64
.
10
10
.
0
625
.
0
*
8
.
0
*
67735
.
0
*
*
*
*
=
=
=
Z
Z
b
r
D
Z
prom
prom
π
τ
π
Tomamos Z =12 paletas (Número par para el balanceo)
• Relación cuerda-paso para cada sección ( i
τ ):
i
i
i
i
r
r
r
D
b
Z 47746
.
0
*
8
.
0
*
1
.
0
*
12
*
*
*
=
=
=
π
π
τ
• Coeficiente de sustentación (Cyi):
( )
i
i
y
yi
C
C
τ
τ
=
Para los valores obtenidos de Cyi tenemos que el valor de Cy = 0.7
asumido anteriormente es adecuado al encontrarse dentro de los
mismos.
2.12 Eficiencia Total ( total
η ):
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10. Ventiladores y Compresores UNSA
Anteriormente asumimos 90
.
0
=
hidraulica
η , la cual contempla la
eficiencia de cascada, pérdidas hidráulicas, pérdidas de entrada y
salida, pérdidas por fricción, etc.
Se debe considerar las pérdidas por fricción en los rodamientos, en la
transmisión por fajas, etc, por lo que se debe considerar una
eficiencia mecánica. La eficiencia mecánica ( m
ec
η ) varía entre 0.94 y
0.98. Asumimos 97
.
0
=
mec
η
Entonces:
%
30
.
87
873
.
0
97
.
0
*
9
.
0
*
=
=
=
=
total
total
mec
hidraulica
total
η
η
η
η
η
2.13 Potencia del motor (N):
Hp
N
Hp
N
w
N
P
Q
N
total
4
2949
.
3
0446
.
2457
873
.
0
240
*
3600
32175
*
≈
≈
=
=
=
η
3. APÉNDICE
3.1 Cambios Sugeridos del aire para una Ventilación
Apropiada
Por último, si el ambiente en el cual nos encontramos no queda
comprendido por la reglamentación del RITE y son insuficientes los
caudales previstos en el Real Decreto 486/1997 cuyos apartados más
importantes, en lo que respecta a la ventilación, vimos en la hoja
anterior, deberemos ceñirnos a la tradicional, pero no por ello menos
útil, tabla de renovaciones/hora. En efecto, en función del grado de
contaminación del local se deberá aplicar un mayor o menor número
de renovaciones/hora de todo el volumen del mismo, según se
observa en la tabla 1.
Renovación del aire en locales habilitados Nº Renovaciones/hora
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11. Ventiladores y Compresores UNSA
Catedrales 0,5
Iglesias modernas (techos bajos) 1 - 2
Escuelas, aulas 2 - 3
Oficinas de bancos 3 - 4
Cantinas (de Fábricas o militares) 4 - 6
Hospitales 5 - 6
Oficinas generales 5 - 6
Bar del hotel 5 - 8
Restaurantes lujosos (espaciosos) 5 - 6
Laboratorios (con campanas localizadas) 6 - 8
Talleres de mecanizado 5 - 10
Tabernas (con cubas presentes) 10 - 12
Fábricas en general 5 - 10
Salas de juntas 5 - 8
Aparcamientos 6 - 8
Salas de baile clásico 6 - 8
Discotecas 10 - 12
Restaurante medio (un tercio de fumadores) 8 - 10
Gallineros 6 - 10
Clubs privados (con fumadores) 8 - 10
Café 10 - 12
Cocinas domésticas (mejor instalar campana) 10 - 15
Teatros 10 - 12
Lavabos 13 - 15
Sala de juego (con fumadores) 15 - 18
Cines 10 - 15
Cafeterías y Comidas rápidas 15 - 18
Cocinas industriales (indispensable usar campana) 15 - 20
Lavanderías 20 - 30
Fundiciones (sin extracciones localizadas) 20 - 30
Tintorerías 20 - 30
Obradores de panaderías 25 - 35
Naves industriales con hornos y baños (sin campanas) 30 - 60
Talleres de pintura (mejor instalar campana) 40 - 60
Tabla 1. Tabla de renovaciones/hora
Esta tabla se basa en criterios de Seguridad e Higiene en el trabajo y
pretende evitar que los ambientes lleguen a un grado de
contaminación ambiental que pueda ser perjudicial para los operarios,
pero sin partir ni del número de los mismos ni de criterios más
científicos.
Obsérvese que, a medida que el grado de posible contaminación del
recinto es mayor, aumenta la cantidad de renovaciones a aplicar
siendo más dificil determinar con precisión cual es el número exacto
de renovaciones para conseguir un ambiente limpio con plenas
garantías, por lo que será la propia experiencia la que nos oriente en
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica

12. Ventiladores y Compresores UNSA
casos como éstos, especialmente si se alcanzan niveles de
contaminación importantes.
3.2 Guía para la presión estática
Sin ducto 0.05 a 0.20 pulg de H2O
Con ducto 0.20 a 0.40 pulg de H2O por cada
100 pies de ducto
Instalación 0.08 pulg de H2O por cada
elemento instalado (codo, rejilla,
compuerta, etc)
Tabla Nº2.-Guía para la presión estática (Tomada del Manual del usuario de
ventiladores Greenheck )
3.3 Selección del tipo de ventilador:
Tipo del Ventilador ny
Radial de alta presión 10 – 30
Radial con álabes doblados hacia delante 30 – 60
Radial con álabes doblados hacia atrás 50 – 80
Radial con doble entrada 80 – 120
Axial para altas presiones 120 – 200
Axial con álabes torcidos planos 200 – 400
Tabla Nº3: Selección del tipo de ventilador
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