Investigación experimental sobre la influencia de la voluta en el ...
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Proyecto Fin <strong>de</strong> Carrera<br />
Ing<strong>en</strong>iería Industrial<br />
<strong>Investigación</strong> <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> <strong>sobre</strong> <strong>la</strong><br />
<strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
comportami<strong>en</strong>to y r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo “Sirocco”<br />
www.htw-berlin.<strong>de</strong> www.unizar.es eina.unizar.es www.unizar.es/amf<br />
Director Autor Pon<strong>en</strong>te<br />
Prof. Dr.-Ing. Stefan Frank D. Ricard Terés Duaso Dr. Guillermo Hauke Bernardos<br />
Area of Mechanical <strong>en</strong>gineering NIA: 571339 Área <strong>de</strong> Mecánica <strong>de</strong> fluidos<br />
HTW Berlin Universidad <strong>de</strong> Zaragoza Universidad <strong>de</strong> Zaragoza<br />
Stefan.Frank@htw-berlin.<strong>de</strong> 571339@c<strong>el</strong>es.unizar.es ghauke@unizar.es<br />
Área <strong>de</strong> Mecánica <strong>de</strong> Fluidos<br />
Departam<strong>en</strong>to <strong>de</strong> Ci<strong>en</strong>cia y Tecnología <strong>de</strong> Materiales y Fluidos<br />
Julio <strong>de</strong> 2011
<strong>Investigación</strong> <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> <strong>sobre</strong> <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
comportami<strong>en</strong>to y r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo “Sirocco”<br />
Resum<strong>en</strong><br />
El objetivo <strong>de</strong> este proyecto ha sido investigar, mediante mo<strong>de</strong>los diseñados,<br />
construidos y evaluados, <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo<br />
Sirocco (v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores c<strong>en</strong>trífugos con rotor <strong>de</strong> á<strong>la</strong>bes curvados hacia a<strong>de</strong><strong>la</strong>nte). Ha sido<br />
<strong>de</strong>sarrol<strong>la</strong>do bajo <strong>el</strong> marco <strong>de</strong> investigación "Cálculos Numéricos y Diseño <strong>de</strong><br />
V<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores tipo Sirocco" <strong>en</strong> alemán "Numerische Berechnung und von Auslegung<br />
Tromm<strong>el</strong>läufer-V<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>tor<strong>en</strong>" (NUBAT) <strong>en</strong> <strong>la</strong> Universidad <strong>de</strong> Ci<strong>en</strong>cias Aplicadas <strong>de</strong><br />
Berlín (HTW Berlín).<br />
Más concretam<strong>en</strong>te, <strong>el</strong> objetivo principal <strong>de</strong> este trabajo fue evaluar <strong>el</strong><br />
comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco según difer<strong>en</strong>tes configuraciones<br />
correspondi<strong>en</strong>tes <strong>en</strong> variaciones <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> y <strong>en</strong> <strong>el</strong> <strong>de</strong>sp<strong>la</strong>zami<strong>en</strong>to<br />
re<strong>la</strong>tivo <strong>de</strong>l rotor <strong>en</strong> su interior. Se esperaba <strong>en</strong>contrar un mejor funcionami<strong>en</strong>to y lograr<br />
un mayor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático. Los v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores comunes tipo Sirocco están <strong>en</strong>tre 30-<br />
55%.<br />
Para lograr este objetivo, fueron necesarias tres tareas principales. La primera fue<br />
<strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo y fabricación <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> prueba apropiados. La segunda fue <strong>el</strong> diseño,<br />
organización e implem<strong>en</strong>tación <strong>de</strong> una campaña <strong>de</strong> medición utilizando un banco <strong>de</strong><br />
pruebas exist<strong>en</strong>te. La última tarea fue <strong>la</strong> recopi<strong>la</strong>ción y evaluación <strong>de</strong> los resultados.<br />
Tras una profunda revisión <strong>de</strong> <strong>la</strong> literatura y t<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>ta los consejos <strong>de</strong> los<br />
miembros <strong>de</strong>l equipo, seis nuevos mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor fueron diseñados usando<br />
software <strong>de</strong> diseño 3D a<strong>de</strong>cuado. Los ficheros con los bocetos <strong>de</strong> estos diseños fueron<br />
<strong>en</strong>viados a un taller externo a fin <strong>de</strong> ser fabricados. Tras recibir <strong>la</strong>s nuevas piezas, estas<br />
fueron pulidas y preparadas para <strong>la</strong> sigui<strong>en</strong>te fase.<br />
Se organizó una campaña <strong>de</strong> medición con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> evaluar los mo<strong>de</strong>los. La<br />
matriz <strong>de</strong> medición consi<strong>de</strong>raba <strong>la</strong> suma <strong>de</strong> 144 difer<strong>en</strong>tes variaciones <strong>en</strong> <strong>la</strong><br />
configuración <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. Las mediciones fueron registradas mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong><br />
equipos <strong>de</strong> tecnología avanzada como una cámara <strong>de</strong> medición <strong>de</strong> alta precisión, un<br />
s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par “contactless” y un banco <strong>de</strong> pruebas multifuncional para v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores.<br />
Todos los datos fueron recopi<strong>la</strong>dos y evaluados. Las mediciones fueron<br />
convertidas <strong>en</strong> gráficos para apreciar más fácilm<strong>en</strong>te <strong>el</strong> comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor.<br />
Se obtuvieron <strong>la</strong>s curvas características para salto <strong>de</strong> presión estática, par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje y<br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático. Se <strong>de</strong>sarrolló un amplio estudio para <strong>en</strong>contrar <strong>la</strong> configuración<br />
con <strong>el</strong> mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático. Las <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> diseño fueron<br />
evaluadas.<br />
Realizando este proyecto, se ha <strong>en</strong>contrado interesante información <strong>sobre</strong> <strong>el</strong><br />
comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> los nuevos mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco diseñados. El mejor<br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático registrado se <strong>el</strong>eva a 69% para una v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación <strong>de</strong> 1000<br />
rpm. Por otra parte, se han apreciado ciertas <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias al evaluar <strong>la</strong>s<br />
curvas características que han sido incluidas <strong>en</strong> este trabajo.
Agra<strong>de</strong>cimi<strong>en</strong>tos<br />
Me gustaría expresar mi más sincero agra<strong>de</strong>cimi<strong>en</strong>to al<br />
Prof. Dr.-Ing. Stepan Frank qui<strong>en</strong> me dio <strong>la</strong> oportunidad<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrol<strong>la</strong>r este proyecto fin <strong>de</strong> carrera <strong>en</strong> <strong>el</strong> equipo <strong>de</strong><br />
investigación <strong>de</strong> ing<strong>en</strong>iería mecánica <strong>en</strong> <strong>la</strong> HTW Berlín.<br />
Agra<strong>de</strong>zco especialm<strong>en</strong>te su apoyo y ori<strong>en</strong>tación durante<br />
todo <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> mi trabajo allí.<br />
Estoy muy agra<strong>de</strong>cido a Adam Stuchlik por sus consejos<br />
y constante asist<strong>en</strong>cia, a todos los miembros <strong>de</strong>l equipo<br />
por su ayuda <strong>en</strong> mom<strong>en</strong>tos complicados y a mi tutor <strong>en</strong><br />
España, <strong>el</strong> Dr. Guillermo Hauke.<br />
Estoy agra<strong>de</strong>cido también a mi familia que <strong>en</strong> <strong>la</strong> distancia<br />
siempre me ha expresado <strong>el</strong> amor y <strong>el</strong> apoyo que necesitaba.<br />
A todos vosotros, gracias<br />
Ricard Terés Duaso<br />
Berlín, Junio <strong>de</strong> 2011
Memoria
Cont<strong>en</strong>ido<br />
1 Introducción<br />
1.1 Descripción <strong>de</strong>l problema .............................................................................. 1<br />
1.2 Objetivos <strong>de</strong> este proyecto ............................................................................. 2<br />
1.3 Proyectos previos ........................................................................................... 3<br />
1.4 Estructura <strong>de</strong>l proyecto .................................................................................. 4<br />
2 Piezas diseñadas para <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> este proyecto<br />
2.1 Parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco ....................................... 5<br />
2.1.1 Parámetros fijos para <strong>la</strong> geometría <strong>de</strong>l rotor ....................................... 6<br />
2.1.2 Parámetros variables para <strong>la</strong> geometría <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> ........................... 6<br />
2.2 Piezas <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to ............................................................................. 8<br />
2.3 Compon<strong>en</strong>tes necesarios para <strong>la</strong> pre calibración <strong>de</strong>l s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par ............... 9<br />
2.4 Fabricación <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los ......................................................................... 10<br />
3 Campaña <strong>de</strong> medición<br />
3.1 Matriz <strong>de</strong> medición ...................................................................................... 13<br />
3.2 Procedimi<strong>en</strong>to previo a <strong>la</strong> medición ............................................................ 15<br />
3.3 Ejecución <strong>de</strong> <strong>la</strong> medición ............................................................................. 17<br />
4 Datos obt<strong>en</strong>idos<br />
4.1 Datos más r<strong>el</strong>evantes or<strong>de</strong>nados según familias <strong>de</strong> αs ................................ 24<br />
4.1.1 Voluta con ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> espiral logarítmica αs = 4,0° . 24<br />
5 Evaluación <strong>de</strong> los resultados<br />
5.1 R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos máximos <strong>en</strong>contrados ........................................................... 27<br />
5.1.1 Máximo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>de</strong> toda <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición ....... 27<br />
5.1.2 Máximos r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos estáticos para cada punto <strong>de</strong> caudal ............. 28<br />
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas ...................................... 30<br />
5.2.1 Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to ................................................ 30<br />
5.2.2 Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> .......................................................... 32<br />
5.2.3 Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>el</strong> rotor ............................................. 33<br />
6 Comparación <strong>de</strong> los resultados<br />
6.1 Comparación con simu<strong>la</strong>ción CFD .............................................................. 37<br />
6.2 Comparación con los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es obt<strong>en</strong>idos por Roth ................. 39<br />
7 Conclusiones .................................................................................................. 43
Cont<strong>en</strong>ido<br />
8 Bibliografía ...................................................................................................... 45<br />
9 Nom<strong>en</strong>c<strong>la</strong>tura .................................................................................................. 47<br />
Anexo. Proyecto fin <strong>de</strong> carrera completo <strong>en</strong> inglés...............………….…….…49<br />
.<br />
ii
1.1 Descripción <strong>de</strong>l problema<br />
1 Introducción<br />
El tipo Sirocco es un v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor c<strong>en</strong>trífugo también l<strong>la</strong>mado "<strong>de</strong> jau<strong>la</strong> <strong>de</strong> ardil<strong>la</strong>" y<br />
<strong>en</strong> l<strong>en</strong>gua inglesa “Blower” o “Drum runner”. Está formado principalm<strong>en</strong>te por dos<br />
partes. La primera es un compon<strong>en</strong>te móvil, <strong>el</strong> rotor, que es básicam<strong>en</strong>te un disco<br />
c<strong>en</strong>tral <strong>en</strong> <strong>el</strong> que están distribuidos una serie <strong>de</strong> á<strong>la</strong>bes curvados hacia a<strong>de</strong><strong>la</strong>nte. La<br />
segunda es una <strong>voluta</strong> responsable <strong>de</strong> reunir <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> aire proce<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> los á<strong>la</strong>bes y<br />
<strong>de</strong> crear un único que abandona <strong>la</strong> unidad. En <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco, <strong>el</strong> principio<br />
<strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to es una combinación <strong>de</strong> dos efectos: <strong>la</strong> fuerza c<strong>en</strong>trífuga y <strong>la</strong><br />
<strong>de</strong>flexión <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> aire <strong>de</strong>bida a <strong>la</strong> curvatura <strong>de</strong> los á<strong>la</strong>bes. Ver bibliografía [1, 2, 3,<br />
4, 5]. Una imag<strong>en</strong> actual <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor, se muestra <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 1-1.<br />
Figura 1-1: Ejemplo actual <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco (fu<strong>en</strong>te: www.jouning-blower.com)<br />
El v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco se utiliza hoy <strong>en</strong> día <strong>en</strong> una amplia gama <strong>de</strong> productos<br />
comerciales y domésticos. Computadoras, secadoras <strong>de</strong> ropa, proyectores, coches y<br />
sistemas <strong>de</strong> refrigeración son algunos ejemplos. Ver refer<strong>en</strong>cias [11, 12, 13, 14, 15]. Las<br />
fortalezas <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor son <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> bajo niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> ruido <strong>en</strong> funcionami<strong>en</strong>to y<br />
los bajos costes <strong>de</strong> fabricación. Pero no todo es favorable <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. Este pres<strong>en</strong>ta<br />
un r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático muy pobre. Cuando al r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to total proporcionado por <strong>el</strong><br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor, se le resta <strong>la</strong> aportación <strong>de</strong> <strong>la</strong> presión dinámica, <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático más<br />
alto fluctúa alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>l 30-55%. Esto significa que <strong>la</strong> <strong>en</strong>ergía <strong>el</strong>éctrica o mecánica<br />
necesaria para su funcionami<strong>en</strong>to es <strong>de</strong>masiado alta <strong>en</strong> comparación con <strong>la</strong> pot<strong>en</strong>cia útil<br />
<strong>en</strong> <strong>la</strong> salida. Este es un factor importante a consi<strong>de</strong>rar <strong>en</strong> <strong>el</strong> contexto actual don<strong>de</strong> son<br />
solicitadas, cada vez más, regu<strong>la</strong>ciones <strong>sobre</strong> alto r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to.
1.2 Objetivos <strong>de</strong> este proyecto<br />
La principal razón <strong>de</strong> su bajo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to se <strong>de</strong>be al flujo altam<strong>en</strong>te turbul<strong>en</strong>to y<br />
tridim<strong>en</strong>sional que normalm<strong>en</strong>te pres<strong>en</strong>ta <strong>en</strong> su funcionami<strong>en</strong>to. Según simu<strong>la</strong>ciones <strong>de</strong><br />
fluidos CFD (Computational Fluid Dynamics), <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> aire sale <strong>de</strong> los á<strong>la</strong>bes<br />
prematuram<strong>en</strong>te y <strong>de</strong>ja <strong>de</strong> ser guiado. El resultado es una gran cantidad <strong>de</strong> turbul<strong>en</strong>cias<br />
que produc<strong>en</strong> gran<strong>de</strong>s pérdidas <strong>de</strong> <strong>en</strong>ergía. Los á<strong>la</strong>bes impactan contra una masa <strong>de</strong> aire<br />
que se mueve <strong>en</strong> todas direcciones. Ver bibliografía [10].<br />
El comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> este tipo v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores no se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>ducir directam<strong>en</strong>te <strong>de</strong><br />
<strong>la</strong> ecuación <strong>de</strong> Euler. Esta es una <strong>de</strong> <strong>la</strong>s razones <strong>de</strong> <strong>la</strong> falta <strong>de</strong> estudio <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong><br />
tipo Sirocco. La investigación <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> es necesaria <strong>en</strong> esta área <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to<br />
para obt<strong>en</strong>er mejoras <strong>en</strong> su funcionami<strong>en</strong>to.<br />
El grupo <strong>de</strong> investigación <strong>de</strong> "Cálculos Numéricos y Diseño <strong>de</strong> V<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores tipo<br />
Sirocco" <strong>en</strong> alemán "Numerische Berechnung und von Auslegung Tromm<strong>el</strong>läufer-<br />
V<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>tor<strong>en</strong>" (NUBAT) <strong>de</strong> <strong>la</strong> Universidad <strong>de</strong> Ci<strong>en</strong>cias Aplicadas <strong>de</strong> Berlín (HTW) ha<br />
estado trabajando durante tres años con este tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. El propósito <strong>de</strong> esta<br />
investigación es optimizar su r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> simu<strong>la</strong>ciones CFD y <strong>de</strong><br />
investigaciones <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es.<br />
1.2 Objetivos <strong>de</strong> este proyecto<br />
Como estudiante co<strong>la</strong>borador <strong>en</strong> este ambicioso proyecto, voy a contribuir<br />
mediante una parte <strong>de</strong> él. Mi tarea consiste <strong>en</strong> investigar <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>m<strong>en</strong>te <strong>la</strong><br />
<strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco con <strong>el</strong> fin<br />
conseguir increm<strong>en</strong>tar su bajo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to.<br />
Para lograr este objetivo son necesarias varias tareas. En primer lugar me sumerjo<br />
<strong>en</strong> <strong>la</strong> literatura exist<strong>en</strong>te para t<strong>en</strong>er una visión a<strong>de</strong>cuada <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> tema. Con <strong>el</strong><br />
conocimi<strong>en</strong>to proporcionado por estos libros y con los consejos <strong>de</strong>l director y <strong>de</strong> los<br />
miembros <strong>de</strong>l equipo <strong>de</strong>l proyecto, estoy <strong>en</strong> condiciones <strong>de</strong> com<strong>en</strong>zar este trabajo. Si es<br />
posible aum<strong>en</strong>tar <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor mediante <strong>la</strong> optimización <strong>de</strong> los<br />
parámetros <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong>, sé <strong>de</strong> qué forma podría ser posible. En segundo lugar, es<br />
necesario s<strong>el</strong>eccionar los parámetros <strong>de</strong> diseño para <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> para <strong>el</strong> estudio. A<br />
continuación, una campaña con 144 configuraciones está lista para <strong>de</strong>sarrol<strong>la</strong>rse.<br />
Algunas piezas mecánicas nuevas <strong>de</strong>b<strong>en</strong> ser diseñadas mediante software 3D con <strong>el</strong> fin<br />
<strong>de</strong> ser <strong>en</strong>viadas a <strong>la</strong> empresa exterior para ser fabricadas. Mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> <strong>la</strong>s<br />
insta<strong>la</strong>ciones avanzadas <strong>de</strong>l <strong>la</strong>boratorio <strong>de</strong> dinámica <strong>de</strong> fluidos <strong>de</strong> <strong>la</strong> HTW Berlín, los<br />
nuevos mo<strong>de</strong>los son evaluados <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> una campaña <strong>de</strong> medición. Posteriorm<strong>en</strong>te<br />
todos los datos son recopi<strong>la</strong>dos y evaluados para comprobar <strong>la</strong>s expectativas <strong>de</strong><br />
increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático. Por último vamos a ser capaces <strong>de</strong> <strong>de</strong>cir si <strong>el</strong><br />
objetivo <strong>de</strong> este trabajo ti<strong>en</strong>e un final exitoso. A<strong>de</strong>más, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> este estudio es<br />
posible concretar algunas t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias favorables para obt<strong>en</strong>er un mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco.<br />
Como resum<strong>en</strong>, <strong>en</strong>umeramos a continuación los objetivos <strong>de</strong> este trabajo:<br />
1. Diseño <strong>de</strong> nuevas <strong>voluta</strong>s adaptadas a un banco <strong>de</strong> pruebas multifuncional para<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores utilizando herrami<strong>en</strong>tas <strong>de</strong> análisis y software 3D a<strong>de</strong>cuado.<br />
2
1.3 Proyectos previos<br />
2. Obt<strong>en</strong>ción <strong>de</strong> los bocetos y otros datos necesarios para <strong>la</strong> fabricación <strong>de</strong> <strong>la</strong>s<br />
piezas <strong>en</strong> una empresa externa o <strong>en</strong> <strong>el</strong> taller <strong>de</strong> HTW Berlín.<br />
3. Montaje y verificación <strong>de</strong> <strong>la</strong>s piezas fabricadas.<br />
4. Diseño, organización y <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> una campaña <strong>de</strong> medición <strong>de</strong> acuerdo con<br />
<strong>el</strong> equipo <strong>de</strong>l <strong>la</strong>boratorio <strong>de</strong> dinámica <strong>de</strong> fluidos <strong>en</strong> HTW Berlín.<br />
5. Compi<strong>la</strong>ción y evaluación <strong>de</strong> los datos registrados con los nuevos diseños con<br />
respeto a funcionami<strong>en</strong>to y r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to.<br />
1.3 Proyectos previos<br />
Como se ha m<strong>en</strong>cionado antes, este proyecto es parte <strong>de</strong> una investigación mayor<br />
<strong>sobre</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong>l tipo Sirocco. Algunos estudiantes han contribuido con los<br />
sigui<strong>en</strong>tes trabajos:<br />
Monteiro Sot<strong>el</strong>o, Iago. Analysis of the air flow in a tumble dryer by means of<br />
<strong>la</strong>ser Doppler and hotwire anemometry. Master thesis, Berlín: 2008. Ing<strong>en</strong>iero<br />
Industrial por <strong>la</strong> Universidad <strong>de</strong> Vigo. En este trabajo, <strong>el</strong> autor registró los datos <strong>de</strong><br />
v<strong>el</strong>ocidad y turbul<strong>en</strong>cias <strong>de</strong> un v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor Sirocco tipo comercial. Esta información fue<br />
utilizada como dato <strong>de</strong> partida para simu<strong>la</strong>ciones mediante <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos finitos.<br />
López Martínez, José Ramón. Analysis and <strong>de</strong>sign of Sirocco fans using<br />
differ<strong>en</strong>t philosophies. Master thesis, Berlín: 2009. Ing<strong>en</strong>iero Industrial por <strong>la</strong><br />
Universidad <strong>de</strong> Vigo. En su trabajo, <strong>el</strong> autor diseñó tres v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores difer<strong>en</strong>tes tipo<br />
Sirocco sigui<strong>en</strong>do los criterios <strong>de</strong> tres autores difer<strong>en</strong>tes. El objetivo final fue<br />
comprobar <strong>la</strong>s difer<strong>en</strong>cias <strong>en</strong> <strong>el</strong> diseño y <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> estos tres tipos.<br />
Lückemann, Andreas. Laseroptische Strömungsmessung<strong>en</strong> an<br />
Tromm<strong>el</strong>läufern. Master thesis, Berlín: 2009. En este trabajo, <strong>el</strong> autor diseñó y<br />
construyó una <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> metacri<strong>la</strong>to y otros compon<strong>en</strong>tes para llevar a cabo una<br />
campaña <strong>de</strong> mediciones utilizando tecnología PIV y una cámara <strong>de</strong> medición <strong>de</strong> alta<br />
precisión.<br />
Salinas Cortés, David. Caracterización <strong>de</strong> <strong>la</strong> v<strong>el</strong>ocidad y turbul<strong>en</strong>cias <strong>de</strong> flujo<br />
<strong>de</strong> salida <strong>de</strong> un v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco con un anemómetro <strong>la</strong>ser-doppler.<br />
Proyecto fin <strong>de</strong> carrera, Zaragoza 2010. Ing<strong>en</strong>iero Industrial por <strong>la</strong> Universidad <strong>de</strong><br />
Zaragoza. En su trabajo, <strong>el</strong> autor realizó una campaña <strong>de</strong> mediciones <strong>en</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> un<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong>l tipo Sirocco mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> un anemómetro láser Doppler.<br />
Posteriorm<strong>en</strong>te, <strong>el</strong> autor comparó <strong>la</strong> verosimilitud <strong>de</strong> los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es<br />
registrados con <strong>la</strong>s simu<strong>la</strong>ciones CFD.<br />
Darvish, Manoochehr. Numerical Investigations on the Performance<br />
Characteristic of Radial Fans with Froward curved b<strong>la</strong><strong>de</strong>s by means of CFD.<br />
Master thesis, Berlín: 2010. El autor realizó un estudio mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> CFD <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco. El objetivo principal era pre<strong>de</strong>cir <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to<br />
<strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores y comparar<strong>la</strong>s con los resultados <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es. El autor<br />
utiliza para <strong>el</strong>lo difer<strong>en</strong>tes mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> turbul<strong>en</strong>cia y difer<strong>en</strong>tes mal<strong>la</strong>dos.<br />
3
1.4 Estructura <strong>de</strong>l proyecto<br />
1.4 Estructura <strong>de</strong>l proyecto<br />
El pres<strong>en</strong>te proyecto ha sido realizado durante mi estancia como estudiante <strong>de</strong><br />
intercambio <strong>en</strong> Berlín, fruto <strong>de</strong>l acuerdo <strong>de</strong> estudios internacional <strong>en</strong>tre <strong>la</strong> Universidad<br />
<strong>de</strong> Zaragoza y <strong>la</strong> Escue<strong>la</strong> superior <strong>de</strong> Tecnología y Economía <strong>de</strong> Berlín (HTW Berlín).<br />
El proyecto final <strong>de</strong> carrera es <strong>la</strong> única asignatura que no admite <strong>el</strong><br />
reconocimi<strong>en</strong>to automático <strong>de</strong> créditos <strong>en</strong> <strong>la</strong> Universidad <strong>de</strong> Zaragoza durante <strong>el</strong><br />
intercambio. De esta forma y sigui<strong>en</strong>do <strong>la</strong> normativa vig<strong>en</strong>te <strong>sobre</strong> proyectos <strong>la</strong><br />
memoria ha sido redactada <strong>en</strong> l<strong>en</strong>gua españo<strong>la</strong>.<br />
La pres<strong>en</strong>te memoria <strong>en</strong> cast<strong>el</strong><strong>la</strong>no refleja <strong>en</strong> aproximadam<strong>en</strong>te 10000 pa<strong>la</strong>bras <strong>el</strong><br />
trabajo realizado durante <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l proyecto, como <strong>la</strong> normativa recomi<strong>en</strong>da.<br />
Está estructurada <strong>de</strong> forma lógica sigui<strong>en</strong>do <strong>la</strong> progresión natural <strong>de</strong> <strong>la</strong>s tareas<br />
necesarias para <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l proyecto.<br />
El primer capítulo es una introducción que sirve para <strong>de</strong>scribir c<strong>la</strong>ram<strong>en</strong>te <strong>el</strong><br />
objetivo y alcance <strong>de</strong>l proyecto, <strong>el</strong> trabajo previo <strong>en</strong> que se apoya y <strong>el</strong> contexto <strong>en</strong> que<br />
se realiza.<br />
El segundo capítulo <strong>de</strong>scribe como se han ing<strong>en</strong>iado y diseñado <strong>la</strong>s piezas<br />
necesarias para llevar a cabo <strong>el</strong> proyecto, dando explicaciones técnicas pero<br />
sufici<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te c<strong>la</strong>ras como para compr<strong>en</strong><strong>de</strong>r<strong>la</strong>s.<br />
En <strong>el</strong> capítulo tercero se expone c<strong>la</strong>ram<strong>en</strong>te como se estructura <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong><br />
medición que será aplicada a <strong>la</strong>s piezas <strong>de</strong>scritas <strong>en</strong> <strong>el</strong> capítulo anterior.<br />
Los capítulos cuarto, quinto y sexto son <strong>el</strong> reflejo <strong>de</strong> los datos obt<strong>en</strong>idos <strong>en</strong> <strong>la</strong>s<br />
mediciones, su posterior evaluación y contraste con otras fu<strong>en</strong>te para i<strong>de</strong>ntificar su<br />
veracidad.<br />
Finalm<strong>en</strong>te se redacta un capítulo <strong>de</strong> conclusiones, <strong>el</strong> séptimo, don<strong>de</strong> aparec<strong>en</strong> los<br />
puntos más importantes que se <strong>de</strong>spr<strong>en</strong><strong>de</strong>n <strong>de</strong> <strong>la</strong> investigación llevada a cabo con <strong>el</strong><br />
pres<strong>en</strong>te proyecto.<br />
Se aña<strong>de</strong>n dos capítulos más refer<strong>en</strong>tes a <strong>la</strong> bibliografía más importante necesaria<br />
para <strong>de</strong>sarrol<strong>la</strong>r este proyecto y una recopi<strong>la</strong>ción <strong>de</strong> los símbolos utilizados con su<br />
<strong>de</strong>scripción y unida<strong>de</strong>s correspondi<strong>en</strong>tes.<br />
Por último se adjunta un único Anexo que conti<strong>en</strong>e <strong>el</strong> proyecto fin <strong>de</strong> carrera<br />
completo <strong>en</strong> l<strong>en</strong>gua inglesa. Este ha sido pres<strong>en</strong>tado y evaluado positivam<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>la</strong><br />
universidad <strong>de</strong> acogida. Se hac<strong>en</strong> continuas refer<strong>en</strong>cias a él <strong>en</strong> esta memoria <strong>de</strong>seando<br />
que <strong>el</strong> hecho que esté redactado <strong>en</strong> inglés no suponga ningún obstáculo para qui<strong>en</strong> lo<br />
consulte. Fue redactado con <strong>la</strong> categoría <strong>de</strong> “Master thesis” ya que <strong>la</strong> estructuración <strong>de</strong><br />
estudios <strong>en</strong> Alemania no coinci<strong>de</strong> exactam<strong>en</strong>te <strong>en</strong> sus nom<strong>en</strong>c<strong>la</strong>tura con <strong>la</strong> españo<strong>la</strong>,<br />
aunque su cont<strong>en</strong>ido es prácticam<strong>en</strong>te <strong>el</strong> mismo.<br />
4
2 Piezas diseñadas para <strong>el</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> este proyecto<br />
Para lograr los objetivos <strong>de</strong> este trabajo, se <strong>de</strong>b<strong>en</strong> diseñar nuevas piezas<br />
mecánicas. Necesitamos seis nuevas <strong>voluta</strong>s, sus correspondi<strong>en</strong>tes piezas <strong>de</strong><br />
posicionami<strong>en</strong>to, y algunas piezas auxiliares para calibrar <strong>el</strong> s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par. En este<br />
capítulo se pue<strong>de</strong>n <strong>en</strong>contrar todos los <strong>de</strong>talles <strong>de</strong> estas nuevas piezas.<br />
2.1 Parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
Recogi<strong>en</strong>do <strong>la</strong> her<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> Werner Roth, <strong>en</strong> su estudio integral <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo<br />
Sirocco, ver bibliografía [1], po<strong>de</strong>mos utilizar <strong>la</strong> <strong>de</strong>scripción <strong>de</strong> <strong>la</strong>s variables que<br />
intervi<strong>en</strong><strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores (ver Figura 2-1)<br />
Geometría <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong>:<br />
αs: Ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
espiral logarítmica<br />
αt: Ángulo <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> l<strong>en</strong>gua<br />
Se: distancia mínima <strong>en</strong>tre rotor<br />
y <strong>voluta</strong><br />
Rt: Radio <strong>de</strong> <strong>la</strong> l<strong>en</strong>gua<br />
B: Anchura <strong>de</strong> <strong>voluta</strong><br />
Geometría <strong>de</strong>l rotor:<br />
D1: Diámetro interior<br />
D2: Diámetro exterior<br />
b: Anchura <strong>de</strong> rotor<br />
Rb: Radio <strong>de</strong> á<strong>la</strong>be<br />
βs1: Ángulo <strong>de</strong> <strong>en</strong>trada <strong>de</strong>l á<strong>la</strong>be<br />
βs2: Ángulo <strong>de</strong> salida <strong>de</strong>l á<strong>la</strong>be<br />
Figura 2-1: Parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor según Roth
2.1 Parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
Como esta investigación se c<strong>en</strong>tra <strong>en</strong> <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor, los parámetros <strong>de</strong>l rotor permanec<strong>en</strong> invariables.<br />
Comprobamos <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong>. A<strong>de</strong>más, se evalúa <strong>el</strong> efecto<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trar ligeram<strong>en</strong>te <strong>la</strong> posición original <strong>de</strong>l rotor <strong>en</strong> <strong>el</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. En resum<strong>en</strong>:<br />
• Parámetros fijos para <strong>la</strong> geometría <strong>de</strong>l rotor<br />
• Parámetros variables para <strong>la</strong> geometría <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong><br />
• Una vez fabricadas <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s, mediante <strong>la</strong> aplicación <strong>de</strong> <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l<br />
rotor, ver <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor.<br />
2.1.1 Parámetros fijos para <strong>la</strong> geometría <strong>de</strong>l rotor<br />
El rotor utilizado para este trabajo provi<strong>en</strong>e <strong>de</strong> <strong>la</strong> empresa alemana Punker 1 .<br />
Trabajamos con este rotor, porque se asume que ya cu<strong>en</strong>ta con un diseño optimizado y<br />
porque este trabajo se c<strong>en</strong>tra <strong>en</strong> <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco. Ver Figura 2-2.<br />
El mo<strong>de</strong>lo utilizado para <strong>la</strong> investigación ti<strong>en</strong>e <strong>la</strong>s sigui<strong>en</strong>tes propieda<strong>de</strong>s:<br />
Geometría <strong>de</strong>l rotor:<br />
D1 = 130 mm<br />
D2 = 160 mm<br />
b = 62 mm<br />
Rb = 15 mm<br />
βs1 = 77,3 º<br />
βs2 = 165,4º<br />
Estos parámetros no va a cambiar durante <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición por lo tanto no<br />
hay necesidad <strong>de</strong> diseño para <strong>el</strong> rotor.<br />
2.1.2 Parámetros variables para <strong>la</strong> geometría <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong><br />
Esta sección es uno <strong>de</strong> los puntos más importantes <strong>en</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>la</strong>s nuevas<br />
piezas. Para llevar a cabo estos diseños utilizamos para un <strong>la</strong>do, una vez más <strong>la</strong>s<br />
1 Punker: Blower whe<strong>el</strong>s and Fan Technology (www.punker.<strong>de</strong>)<br />
6<br />
Figura 2-2: Parámetros <strong>de</strong> diseño para <strong>el</strong> rotor
2.1 Parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
refer<strong>en</strong>cias proporcionadas por Roth <strong>en</strong> su estudio, y por otro <strong>la</strong>do, <strong>el</strong> conocimi<strong>en</strong>to<br />
proporcionado por un trabajo previo <strong>de</strong> un miembro <strong>de</strong>l equipo (Lückemann, [7]).<br />
Roth experim<strong>en</strong>tó con <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo siroco y llegó a <strong>la</strong> conclusión <strong>de</strong> que para<br />
<strong>el</strong> mejor funcionami<strong>en</strong>to, estas re<strong>la</strong>ciones son necesarias:<br />
αs = 5º<br />
B/b = 1,08<br />
Se/D2 = 0,08<br />
Rt/D2 = 0,05<br />
αt = 65º<br />
Lückemann experim<strong>en</strong>tó con <strong>el</strong> mismo tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>en</strong> su trabajo con bu<strong>en</strong>os<br />
resultados sigui<strong>en</strong>do los criterios sigui<strong>en</strong>tes:<br />
αs = 7º<br />
B/b = 1,08<br />
Se/D2 = 0,075<br />
Rt/D2 = 0,05<br />
αt = 67º<br />
Como vemos <strong>la</strong>s re<strong>la</strong>ciones para <strong>la</strong> obt<strong>en</strong>ción <strong>de</strong> altos r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos son<br />
prácticam<strong>en</strong>te <strong>la</strong>s mismas. La difer<strong>en</strong>cia principal radica <strong>en</strong> αs.<br />
El interés <strong>de</strong> este trabajo nace <strong>en</strong> <strong>el</strong> hecho que Roth experim<strong>en</strong>tó exhaustivam<strong>en</strong>te<br />
<strong>en</strong> muchos aspectos <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco: rotor, á<strong>la</strong>bes, <strong>voluta</strong>, tobera, l<strong>en</strong>gua, etc,<br />
pero con esa cantidad <strong>de</strong> experim<strong>en</strong>tación no se podía incurrir con tanto <strong>de</strong>talle como<br />
para llegar a conclusiones <strong>de</strong>finitivas. Él expresa este hecho <strong>en</strong> sus propias pa<strong>la</strong>bras,<br />
a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> aludir a <strong>la</strong> falta <strong>de</strong> experim<strong>en</strong>tación <strong>en</strong> este tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores.<br />
Por ejemplo, cuando comprueba <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
espiral logarítmica (αs), utiliza difer<strong>en</strong>tes valores. Estos ángulos son αs = 3º, 5º, 7º, 9º y<br />
11º, es <strong>de</strong>cir, cada 2 grados. El ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to que da <strong>el</strong> mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to para<br />
él es <strong>de</strong> 5º. Pero podría suce<strong>de</strong>r que <strong>el</strong> máximo real fuera otro, por ejemplo, <strong>en</strong> 4,5º o<br />
5,5º. Por esta razón <strong>en</strong> este trabajo se experim<strong>en</strong>ta con divisiones más cortas <strong>en</strong> torno a<br />
ese máximo.<br />
Para <strong>la</strong> nueva investigación se hac<strong>en</strong> divisiones cada 0,5 grados <strong>sobre</strong> <strong>la</strong> esca<strong>la</strong> <strong>de</strong><br />
3,0º a 5,5º. Más concretam<strong>en</strong>te los ángulos <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to incluidos <strong>en</strong> <strong>el</strong> estudio son<br />
αs: 3,0º, 3,5º, 4,0º, 4,5º, 5,0º, 5,5º.<br />
Comprobamos también, dos valores para <strong>el</strong> ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> que son 67 mm y 87<br />
mm. Utilizando <strong>el</strong> parámetro adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> anchura <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> queda B/b = 67/62,<br />
87/62 = 1,08, 1,4. Según Roth, <strong>la</strong> re<strong>la</strong>ción B/b = 1,08 <strong>de</strong>be ser mejor, pero queremos<br />
repetir <strong>el</strong> experim<strong>en</strong>to y ver este resultado por nosotros mismos.<br />
7
2.2 Piezas <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to<br />
Sobre <strong>el</strong> parámetro <strong>de</strong> <strong>la</strong> mínima separación <strong>en</strong>tre <strong>el</strong> rotor y <strong>voluta</strong>, utilizamos <strong>el</strong><br />
criterio <strong>de</strong> Se/D2 = 0,075. Si <strong>el</strong> diámetro exterior <strong>de</strong>l rotor es fijo D2 = 160 mm,<br />
<strong>en</strong>tonces esta distancia <strong>de</strong>be ser Se = 0,075 · 160 = 12 mm.<br />
El radio <strong>de</strong> <strong>la</strong> l<strong>en</strong>gua se fija <strong>en</strong> función <strong>de</strong> <strong>la</strong> re<strong>la</strong>ción Rt/D2 = 0,05. Conoci<strong>en</strong>do <strong>el</strong><br />
valor <strong>de</strong> D2, <strong>el</strong> valor <strong>de</strong> este radio queda Rt = 0,05 · 160 = 8 mm<br />
Para <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> posición <strong>de</strong> <strong>la</strong> l<strong>en</strong>gua utilizamos <strong>el</strong> criterio <strong>de</strong> αt = 67 º<br />
Como resum<strong>en</strong> <strong>de</strong>l diseño <strong>de</strong> <strong>la</strong>s nuevas <strong>voluta</strong>s, se muestra un esquema final <strong>en</strong><br />
<strong>la</strong> Figura 2.3:<br />
8<br />
Geometría <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong>:<br />
Constante Variable<br />
αt: 67º αs: 3,0º; 3,5º; 4,0º; 4,5º; 5,0º; 5,5º<br />
Se: 12 mm B: 67; 87 mm<br />
Rt: 8 mm<br />
Figura 2-3: Parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong><br />
Para obt<strong>en</strong>er los puntos <strong>de</strong>l contorno sigui<strong>en</strong>do una espiral logarítmica con los<br />
difer<strong>en</strong>tes valores <strong>de</strong> αs, hemos creado una herrami<strong>en</strong>ta que permite exportar estos<br />
puntos directam<strong>en</strong>te a software <strong>de</strong> diseño 3D. Para más <strong>de</strong>talles, consultar <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo:<br />
App<strong>en</strong>dix A. Tool for obtaining the points of the spiral curve.<br />
2.2 Piezas <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to<br />
Esta pieza se utiliza para alinear <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>la</strong> posición <strong>de</strong> orig<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> tablero <strong>de</strong>l<br />
banco <strong>de</strong> pruebas <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> proce<strong>de</strong>r a <strong>la</strong> medición.
2.3 Compon<strong>en</strong>tes necesarios para <strong>la</strong> pre calibración <strong>de</strong>l s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par<br />
Como hemos construido seis <strong>voluta</strong>s, necesitamos seis piezas <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to.<br />
El diseño <strong>de</strong> esta pieza es fácil <strong>de</strong> obt<strong>en</strong>er, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> t<strong>en</strong>er <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
correspondi<strong>en</strong>te <strong>voluta</strong>. Esta pieza <strong>de</strong> c<strong>en</strong>trado ti<strong>en</strong>e que po<strong>de</strong>r insertarse <strong>en</strong> <strong>el</strong> interior<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong>. A<strong>de</strong>más, se necesita un agujero <strong>en</strong> <strong>el</strong> punto c<strong>en</strong>tral <strong>de</strong> valor igual al<br />
diámetro <strong>de</strong>l eje <strong>de</strong>l rotor que es <strong>de</strong> 10 mm.<br />
Figura 2-4: Pieza <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to para <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> 5º<br />
Se muestra un ejemplo <strong>de</strong> una pieza <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to para <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> 5 grados<br />
<strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 2-4.<br />
2.3 Compon<strong>en</strong>tes necesarios para <strong>la</strong> pre calibración <strong>de</strong>l s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong><br />
par<br />
El s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par permite conocer <strong>el</strong> par pres<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor necesario<br />
para calcu<strong>la</strong>r <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l conjunto.<br />
Antes <strong>de</strong> montar <strong>el</strong> s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par <strong>en</strong> <strong>el</strong> banco <strong>de</strong> pruebas <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor, llevamos a<br />
cabo una verificación manual <strong>de</strong> los valores otorgados por este s<strong>en</strong>sor aún t<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do un<br />
certificado <strong>de</strong> <strong>la</strong> calibración <strong>de</strong>l mismo.<br />
Para <strong>el</strong>lo, necesitamos una nueva pieza. Esta ti<strong>en</strong>e que fijar o <strong>de</strong>jar libre <strong>el</strong> eje con<br />
<strong>el</strong> fin <strong>de</strong> po<strong>de</strong>r registrar <strong>el</strong> mom<strong>en</strong>to estático creado cuando una masa está colgada <strong>en</strong> <strong>la</strong><br />
barra. Ver Figura 2-5.<br />
9
2.4 Fabricación <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los<br />
2.4 Fabricación <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los<br />
10<br />
Figura 2-5: Set <strong>de</strong> pre calibración <strong>de</strong>l s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par<br />
La pieza para calibrar <strong>el</strong> s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par se ha fabricado <strong>en</strong> <strong>el</strong> taller <strong>de</strong> <strong>la</strong> HTW<br />
Berlín. Para <strong>la</strong> fabricación <strong>de</strong> esta pieza, que se utiliza <strong>en</strong> <strong>la</strong> pre calibración <strong>de</strong>l s<strong>en</strong>sor<br />
<strong>de</strong> par, hemos creado un boceto <strong>en</strong> 2-D a mano. Luego se r<strong>el</strong>l<strong>en</strong>ó <strong>la</strong> hoja regu<strong>la</strong>toria<br />
para <strong>en</strong>viar al taller <strong>de</strong> <strong>la</strong> universidad.<br />
Para fabricar <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s, estas fueron <strong>en</strong>viadas a un taller externo. Decidimos<br />
cortar <strong>la</strong>s piezas <strong>en</strong> una empresa externa especializada <strong>en</strong> ma<strong>de</strong>ra. Con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> cortar<br />
<strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s se tuvo que <strong>en</strong>viar un archivo con los ficheros <strong>de</strong> los bocetos dibujados con<br />
software <strong>de</strong> diseño para su inserción <strong>en</strong> una máquina <strong>de</strong> corte por CNC. En total son<br />
seis bocetos: para <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s <strong>de</strong> 3,0º, 3,5º, 4,0º, 4,5º, 5,0º y 5,5º. A<strong>de</strong>más otros seis<br />
ficheros para <strong>la</strong> fabricación <strong>de</strong> <strong>la</strong>s piezas <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to.<br />
Las restricciones para <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s eran cortar <strong>la</strong>s piezas <strong>en</strong> un bloque<br />
<strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra MDF (tablero <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad media) <strong>de</strong> 300 x 300 mm. Todos los<br />
diseños se adaptaron a esta geometría. A modo <strong>de</strong> ejemplo, se pue<strong>de</strong> apreciar <strong>el</strong> boceto<br />
para <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> 5 grados <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 2-6.
Figura 2-6: Esquema <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> 5º<br />
2.4 Fabricación <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los<br />
Para más <strong>de</strong>talles <strong>sobre</strong> <strong>la</strong> geometría final <strong>de</strong> <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s y <strong>de</strong> <strong>la</strong>s piezas<br />
posicionami<strong>en</strong>to por favor consultar <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo: App<strong>en</strong>dix G. Specifications of the<br />
compon<strong>en</strong>ts.<br />
La Figura 2.8 muestra <strong>el</strong> <strong>de</strong>talle <strong>de</strong> <strong>la</strong> difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong> <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
espiral logarítmica <strong>sobre</strong> <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s fabricadas.<br />
Figura 2-7: Detalle <strong>de</strong> <strong>la</strong> difer<strong>en</strong>cia producida por <strong>el</strong> increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to<br />
<strong>en</strong> <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s.<br />
Para concluir este capítulo, po<strong>de</strong>mos apreciar una imag<strong>en</strong> conjunta <strong>de</strong> todas <strong>la</strong>s<br />
piezas fabricadas para este proyecto.<br />
11
2.4 Fabricación <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los<br />
En <strong>la</strong> Figura 2-8 se pue<strong>de</strong> apreciar todo <strong>el</strong> conjunto <strong>de</strong> piezas necesarias para este<br />
proyecto. En primer p<strong>la</strong>no se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran <strong>la</strong>s piezas <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to. En mitad <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
imag<strong>en</strong>, están <strong>la</strong>s piezas complem<strong>en</strong>tarias <strong>de</strong> <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s que sirv<strong>en</strong> para aum<strong>en</strong>tar <strong>la</strong><br />
anchura <strong>de</strong> estas a 87 mm. Finalm<strong>en</strong>te, <strong>en</strong> <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong> <strong>la</strong> imag<strong>en</strong>, <strong>la</strong>s seis <strong>voluta</strong>s <strong>de</strong> 67<br />
milímetros <strong>de</strong> ancho.<br />
12<br />
Figura 2-8: Set completo <strong>de</strong> piezas diseñadas para <strong>el</strong> proyecto
3 Campaña <strong>de</strong> medición<br />
El objetivo <strong>de</strong> <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición es registrar <strong>el</strong> comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> los<br />
nuevos mo<strong>de</strong>los diseñados. Esta campaña se <strong>de</strong>sarrol<strong>la</strong> utilizando equipos <strong>de</strong> tecnología<br />
avanzada tales como una cámara <strong>de</strong> medición <strong>de</strong> alta precisión, un s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par<br />
“contacless” y un banco <strong>de</strong> pruebas multifuncional para v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores. Este equipami<strong>en</strong>to<br />
está ubicado <strong>en</strong> <strong>el</strong> <strong>la</strong>boratorio <strong>de</strong> fluido dinámica <strong>de</strong> <strong>la</strong> HTW. Para ver una <strong>de</strong>scripción<br />
<strong>de</strong>l mismo, por favor consultar <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo <strong>el</strong> apartado Chapter 3 Test Rig.<br />
3.1 Matriz <strong>de</strong> medición<br />
Esta campaña <strong>de</strong> medición concierne por un <strong>la</strong>do <strong>la</strong> evaluación <strong>de</strong> <strong>la</strong>s nuevas<br />
<strong>voluta</strong>s y por otro <strong>la</strong>do, <strong>la</strong> evaluación <strong>de</strong> los efectos <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor<br />
cuando <strong>el</strong> rotor es ligeram<strong>en</strong>te <strong>de</strong>sp<strong>la</strong>zado <strong>de</strong> <strong>la</strong> posición <strong>de</strong> diseño original. Todas estas<br />
variaciones son contemp<strong>la</strong>das <strong>en</strong> esta campaña <strong>de</strong> medición. Detal<strong>la</strong>mos a continuación<br />
sus partes.<br />
T<strong>en</strong>emos seis <strong>voluta</strong>s <strong>de</strong> acuerdo a los valores <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
espiral logarítmica que queremos estudiar.<br />
Tab<strong>la</strong> 3-1: Valores evaluados para ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong> espiral logarítmica<br />
αs: Ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong> espiral logarítmica<br />
3,0º 3,5º 4,0º 4,5º 5,0º 5,5º<br />
T<strong>en</strong>emos seis partes complem<strong>en</strong>tarias <strong>de</strong> <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s para aum<strong>en</strong>tar su ancho <strong>de</strong> 67<br />
mm a 87 mm que es lo mismo que <strong>el</strong> aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l parámetro adim<strong>en</strong>sional B/b <strong>de</strong> 1,08 a<br />
1,4.<br />
Tab<strong>la</strong> 3-2: Valores evaluados para <strong>el</strong> parámetro adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong><br />
B/b: Parámetro adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong><br />
1,08 1,4<br />
Para <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trar <strong>el</strong> rotor <strong>de</strong> <strong>la</strong> posición original, usamos como refer<strong>en</strong>cia <strong>la</strong><br />
separación mínima <strong>en</strong>tre <strong>el</strong> rotor y <strong>voluta</strong> (Se). El diseño original es <strong>de</strong> acuerdo con <strong>la</strong><br />
re<strong>la</strong>ción Se/D2 = 0,075. Queremos <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trar <strong>el</strong> rotor a <strong>la</strong>s posiciones Se/D2 = 0,025;
3.1 Matriz <strong>de</strong> medición<br />
0,050, 0,10 y 0,15. Esto es lo mismo que mover <strong>el</strong> rotor para t<strong>en</strong>er una separación<br />
mínima <strong>de</strong> Se = 4, 8, 16 y 20 mm.<br />
Tab<strong>la</strong> 3-3: Valores evaluados para <strong>el</strong> parámetro adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> separación mínima rotor-<strong>voluta</strong><br />
14<br />
Se/D2: Parámetro adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> separación mínima rotor-<strong>voluta</strong><br />
0,025 0,050 0,075 0,100 0,150<br />
Adicionalm<strong>en</strong>te queremos situar estas cinco posiciones <strong>de</strong> separación mínima <strong>en</strong><br />
dos ángulos adicionales. A parte <strong>de</strong> <strong>la</strong> posición original (23º), se <strong>de</strong>sea establecer <strong>la</strong><br />
separación mínima <strong>en</strong> 0º y -23º <strong>de</strong> acuerdo con los ángulos g<strong>en</strong>erales. Con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> no<br />
confundirlo con <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> <strong>la</strong> posición <strong>de</strong> <strong>la</strong> l<strong>en</strong>gua (αt), vamos a crear una nueva<br />
variable <strong>de</strong>nominada αe (ángulo <strong>de</strong> exc<strong>en</strong>tricidad) para <strong>de</strong>finir <strong>la</strong> posición <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
separación mínima <strong>en</strong>tre <strong>el</strong> rotor y <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> (Se). En <strong>la</strong> Figura 6.1 se pue<strong>de</strong> apreciar con<br />
más c<strong>la</strong>ridad <strong>de</strong> qué manera queremos <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trar <strong>la</strong> posición <strong>de</strong>l rotor.<br />
Figura 3-1: Desc<strong>en</strong>trado <strong>de</strong>l rotor según los parámetros Se y αe<br />
Aunque esta forma <strong>de</strong> <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trar <strong>el</strong> rotor ti<strong>en</strong>e una <strong>de</strong>finición po<strong>la</strong>r <strong>de</strong><br />
coor<strong>de</strong>nadas (Se, αe = 4 mm, 0º, por ejemplo), t<strong>en</strong>emos que establecer <strong>la</strong>s posiciones <strong>en</strong><br />
coor<strong>de</strong>nadas cartesianas respeto los ejes X-Y, porque es <strong>la</strong> forma <strong>en</strong> que opera <strong>el</strong><br />
servomecanismo. Se pue<strong>de</strong>n <strong>en</strong>contrar todos los valores utilizados para <strong>el</strong> <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trado<br />
<strong>de</strong>l rotor <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo como App<strong>en</strong>dix B. Values for <strong>de</strong>c<strong>en</strong>tering the rotor.<br />
Tab<strong>la</strong> 3-4: Valores evaluados para <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> exc<strong>en</strong>tricidad<br />
αe: Ángulo <strong>de</strong> exc<strong>en</strong>tricidad para <strong>la</strong> separación mínima rotor-<strong>voluta</strong><br />
23º 0º -23º
3.2 Procedimi<strong>en</strong>to previo a <strong>la</strong> medición<br />
Agrupando estos parámetros, po<strong>de</strong>mos resumir toda <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición,<br />
como sigue. Las configuraciones <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo sirocco que se van a medir son:<br />
1) αs= 3,0º; 3,5º; 4,0º; 4,5º; 5,0º; 5,5º 6 configuraciones<br />
2) B/b = 1,08; 1,4 2 configuraciones<br />
3) Se/D2 = 0,025; 0,050; 0,075; 0,100; 0,150 5 configuraciones<br />
4) αe = 23º; 0º; -23º 3 configuraciones<br />
Total 144 configuraciones<br />
En resum<strong>en</strong>, t<strong>en</strong>emos 144 configuraciones difer<strong>en</strong>tes para evaluar.<br />
3.2 Procedimi<strong>en</strong>to previo a <strong>la</strong> medición<br />
Todas <strong>la</strong>s configuraciones <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco son evaluadas a una<br />
v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación <strong>de</strong> 1000 rpm. El procedimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> medición se explica a<br />
continuación:<br />
En primer lugar es necesario un cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l banco <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayos <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor.<br />
Lo primero que se <strong>de</strong>be hacer es cal<strong>en</strong>tar <strong>el</strong> motor. La v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación<br />
nominal es <strong>de</strong> 1000 rpm, como se ha m<strong>en</strong>cionado arriba. El criterio utilizado para<br />
cal<strong>en</strong>tar este dispositivo es conectar <strong>el</strong> motor a una v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación <strong>de</strong>l 20% <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
nominal, es <strong>de</strong>cir, a 200 rpm durante 20 minutos.<br />
Este cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to es requerido para proporcionar a todas <strong>la</strong>s partes <strong>de</strong>l conjunto<br />
una temperatura a<strong>de</strong>cuada antes <strong>de</strong> iniciar <strong>la</strong>s mediciones. Las partes involucradas <strong>en</strong><br />
este proceso son <strong>el</strong> propio motor, <strong>el</strong> <strong>en</strong>granaje <strong>de</strong> ángulo recto, <strong>el</strong> eje, <strong>el</strong> s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> par,<br />
acop<strong>la</strong>mi<strong>en</strong>tos y cojinetes.<br />
La cámara <strong>de</strong> medición ti<strong>en</strong>e un proceso <strong>de</strong> cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to al mismo tiempo. De<br />
nuevo utilizando <strong>el</strong> mismo criterio <strong>de</strong>l 20%, <strong>el</strong> caudal se fija a 100 m 3 /h durante 20<br />
minutos.<br />
Esto es necesario para <strong>el</strong>evar <strong>la</strong> temperatura <strong>de</strong> <strong>la</strong>s partes internas <strong>de</strong> <strong>la</strong> cámara,<br />
como <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor auxiliar, conductos internos a través <strong>de</strong> los cuales fluye <strong>la</strong> corri<strong>en</strong>te<br />
<strong>de</strong> aire, etc. Para apreciar <strong>en</strong> <strong>de</strong>talle los compon<strong>en</strong>tes <strong>de</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición, por<br />
favor consultar <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo <strong>el</strong> apartado Chapter 1 Introduction / state-of-the-art /<br />
Chamber test rig.<br />
Una vez que <strong>el</strong> sistema llega a <strong>la</strong> temperatura <strong>de</strong> operación, <strong>el</strong> sigui<strong>en</strong>te paso es<br />
acop<strong>la</strong>r <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> al banco <strong>de</strong> pruebas <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. Cuando <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> se monta <strong>en</strong> los<br />
servo brazos, es necesario situar<strong>la</strong> <strong>en</strong> <strong>la</strong> posición <strong>de</strong> orig<strong>en</strong>. El servomecanismo es<br />
contro<strong>la</strong>do digitalm<strong>en</strong>te mediante un software l<strong>la</strong>mado RSterm 2 y utiliza dos servo<br />
2 RSterm: Serial terminal software v1.0<br />
15
3.2 Procedimi<strong>en</strong>to previo a <strong>la</strong> medición<br />
brazos para mover <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> según los ejes X-Y. Sin embargo, <strong>la</strong> posición inicial <strong>de</strong>be<br />
ser ajustada manualm<strong>en</strong>te.<br />
Para <strong>el</strong>lo, se utilizan <strong>la</strong>s piezas <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to. En primer lugar, esta pieza se<br />
introduce <strong>en</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong>, que <strong>de</strong>be coincidir con <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to correspondi<strong>en</strong>te,<br />
como se aprecia <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 3-2.<br />
16<br />
Figura 3-2: Situando <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>la</strong> posición inicial mediante <strong>la</strong>s piezas <strong>de</strong> c<strong>en</strong>trado<br />
Posteriorm<strong>en</strong>te, actuamos <strong>de</strong> forma manual los brazos <strong>de</strong> servo para <strong>en</strong>contrar <strong>el</strong><br />
orig<strong>en</strong>. Po<strong>de</strong>mos ajustar <strong>el</strong> servomecanismo utilizando los botones correspondi<strong>en</strong>tes<br />
situados <strong>en</strong> s<strong>en</strong>dos extremos <strong>de</strong> los servobrazos. El eje <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong>be estar<br />
alineado con <strong>el</strong> agujero <strong>de</strong> <strong>la</strong> pieza <strong>de</strong> posicionami<strong>en</strong>to. T<strong>en</strong>emos que guardar esta<br />
posición. Una vez se ha grabado, se pue<strong>de</strong> <strong>en</strong>viar <strong>la</strong> or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> <strong>de</strong>sp<strong>la</strong>zar <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> a <strong>la</strong><br />
posición que se <strong>de</strong>sea evaluar.<br />
A continuación se <strong>de</strong>be alojar <strong>el</strong> rotor <strong>en</strong> <strong>el</strong> extremo <strong>de</strong>l eje, <strong>en</strong> su posición <strong>de</strong><br />
funcionami<strong>en</strong>to. Después po<strong>de</strong>mos mover <strong>la</strong> unidad <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor hasta su posición<br />
final <strong>de</strong>slizando <strong>la</strong> parte móvil hacia <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición. Finalm<strong>en</strong>te se fija <strong>en</strong> su<br />
posición final con <strong>la</strong> ayuda <strong>de</strong> seis tornillos.<br />
En este mom<strong>en</strong>to, todo <strong>el</strong> sistema está listo para <strong>la</strong> medición. Una acción<br />
importante a realizar, es resetear los s<strong>en</strong>sores <strong>de</strong> presión. Posteriorm<strong>en</strong>te, po<strong>de</strong>mos<br />
conectar <strong>el</strong> motor y proce<strong>de</strong>r con <strong>la</strong>s mediciones.<br />
La medición se realiza <strong>de</strong> forma manual mediante <strong>el</strong> software <strong>de</strong> control <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
cámara <strong>de</strong> medición. El criterio para registrar cada punto <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor es esperar <strong>en</strong> <strong>el</strong> punto hasta llegar a estado estacionario y luego grabar los<br />
valores tras diez segundos <strong>de</strong> espera. El software toma los valores promedio <strong>de</strong> diez<br />
segundos.<br />
El paso utilizado para registrar los sucesivos puntos <strong>de</strong> <strong>la</strong>s curvas características<br />
es un increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l caudal <strong>de</strong> 25 m 3 /h <strong>en</strong>tre punto y punto. Esto significa avanzar<br />
según caudales <strong>de</strong> 0, 25, 50, 100, 150, m 3 /h ... etc.
3.3 Ejecución <strong>de</strong> <strong>la</strong> medición<br />
3.3 Ejecución <strong>de</strong> <strong>la</strong> medición<br />
Para contro<strong>la</strong>r <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición y proce<strong>de</strong>r al registro <strong>de</strong> <strong>la</strong>s curvas<br />
características utilizamos <strong>el</strong> software proporcionado por <strong>la</strong> misma empresa que ha<br />
fabricado <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición (ILK Dres<strong>de</strong>n).<br />
Figura 3-3: Pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> control <strong>de</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición<br />
En <strong>la</strong> Figura 3-3 t<strong>en</strong>emos una visión g<strong>en</strong>eral <strong>de</strong>l software. La pantal<strong>la</strong> se pue<strong>de</strong><br />
dividir <strong>en</strong> cinco partes que se <strong>de</strong>scrib<strong>en</strong> a continuación.<br />
La primera, <strong>en</strong> <strong>la</strong> parte superior izquierda, es <strong>el</strong> pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> control.<br />
Figura 3-4: Pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> control manual<br />
Como se aprecia <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 3-4, t<strong>en</strong>emos difer<strong>en</strong>tes opciones para regu<strong>la</strong>r <strong>el</strong><br />
caudal que queremos establecer <strong>en</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición. Nosotros usamos <strong>la</strong> opción<br />
17
3.3 Ejecución <strong>de</strong> <strong>la</strong> medición<br />
manual (Handsteuerung) para registrar <strong>la</strong>s curvas características, ya que con esta opción<br />
se ti<strong>en</strong>e un control total <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> caudal.<br />
Los controles más importantes <strong>en</strong> <strong>el</strong> pan<strong>el</strong> manual son <strong>el</strong> que regu<strong>la</strong> <strong>la</strong> apertura <strong>de</strong><br />
<strong>la</strong> compuerta <strong>de</strong> <strong>en</strong>trada <strong>de</strong> flujo (Dross<strong>el</strong>k<strong>la</strong>ppe) y <strong>el</strong> que regu<strong>la</strong> <strong>el</strong> régim<strong>en</strong> <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor auxiliar (Stützv<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>tor).<br />
El primer punto que se <strong>de</strong>be registrar para cualquier configuración <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor<br />
es para caudal nulo. Para conseguirlo, tanto <strong>la</strong> compuerta <strong>de</strong> <strong>en</strong>trada como <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor<br />
auxiliar <strong>de</strong>b<strong>en</strong> ser ajustados a cero. Esto significa que <strong>la</strong> compuerta está completam<strong>en</strong>te<br />
cerrada y <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor auxiliar está <strong>de</strong>sconectado.<br />
Cuando se quiere avanzar <strong>sobre</strong> <strong>la</strong> curva característica <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor, se ti<strong>en</strong>e que<br />
aum<strong>en</strong>tar <strong>el</strong> caudal proporcionado por <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición hacia <strong>el</strong> sigui<strong>en</strong>te punto <strong>de</strong><br />
caudal que es <strong>de</strong> 25 m 3 /h. Para lograr este caudal lo primero es proce<strong>de</strong>r a <strong>la</strong> apertura <strong>de</strong><br />
<strong>la</strong> compuerta <strong>de</strong> <strong>en</strong>trada <strong>de</strong> flujo. Si esto no es sufici<strong>en</strong>te, po<strong>de</strong>mos usar <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor<br />
auxiliar.<br />
18<br />
Figura 3-5: Pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> estado <strong>de</strong>l sistema<br />
Si queremos ir más allá <strong>sobre</strong> los valores <strong>de</strong> caudal, <strong>el</strong> pan<strong>el</strong> que se muestra <strong>en</strong> <strong>la</strong><br />
Figura 3-5 <strong>de</strong>be ser consi<strong>de</strong>rado.<br />
La cámara <strong>de</strong> medición ti<strong>en</strong>e tres esca<strong>la</strong>s <strong>de</strong> medida. Para caudales <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 12 hasta<br />
120 m 3 /h se utiliza <strong>el</strong> primer conducto <strong>de</strong> medición. De 70 a 680 m 3 /h se utiliza <strong>el</strong><br />
segundo conducto <strong>de</strong> medición. Por último, <strong>de</strong> 150 a 2000 m 3 /h se utiliza <strong>el</strong> tercer<br />
conducto <strong>de</strong> medición. Se pue<strong>de</strong> cambiar <strong>en</strong>tre estos difer<strong>en</strong>tes conductos actuando<br />
<strong>sobre</strong> este pan<strong>el</strong>, clicando <strong>en</strong> <strong>la</strong> flecha <strong>de</strong> <strong>la</strong> parte superior <strong>de</strong>recha.<br />
En <strong>la</strong> esquina superior <strong>de</strong>recha se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra <strong>el</strong> pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> valores instantáneos. En él<br />
po<strong>de</strong>mos comprobar <strong>el</strong> estado <strong>de</strong> los valores instantáneos implicados <strong>en</strong> <strong>la</strong> medición. En<br />
<strong>la</strong> Figura 3-6 t<strong>en</strong>emos una vista <strong>de</strong> este.
Figura 3-6: Pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> valores instantaneous <strong>de</strong>l sistema<br />
3.3 Ejecución <strong>de</strong> <strong>la</strong> medición<br />
En <strong>la</strong> parte superior <strong>de</strong>l pan<strong>el</strong>, se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran los indicadores <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
compuerta <strong>de</strong> apertura <strong>de</strong> flujo (Dross<strong>el</strong>k<strong>la</strong>ppe), <strong>de</strong>l régim<strong>en</strong> <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor auxiliar<br />
(Stützv<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>tor) y <strong>de</strong>l salto <strong>de</strong> presión (Prüfdruck) registrado <strong>en</strong> <strong>la</strong> cámara. Se muestran<br />
<strong>en</strong> valores porc<strong>en</strong>tuales. Es evi<strong>de</strong>nte que cuando una magnitud indica 100% significa<br />
que es <strong>el</strong> máximo que pue<strong>de</strong> asumir <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición.<br />
Justo <strong>de</strong>bajo, a <strong>la</strong> izquierda hay algunos indicadores repres<strong>en</strong>tados por círculos<br />
iluminados. Entre <strong>el</strong>los, los indicadores más importantes son: conexión <strong>en</strong>tre <strong>la</strong> cámara<br />
y <strong>el</strong> PC (Netzwerkverbindung), estado <strong>de</strong> los s<strong>en</strong>sores <strong>de</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición<br />
(S<strong>en</strong>sor<strong>en</strong>) y estado <strong>de</strong> conexión <strong>de</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición (Licht).<br />
A <strong>la</strong> <strong>de</strong>recha, están repres<strong>en</strong>tados los valores instantáneos que los s<strong>en</strong>sores están<br />
proporcionando a <strong>la</strong> cámara. Los más importantes son: salto <strong>de</strong> presión (Pruefdruck),<br />
caudal (Volum<strong>en</strong>strom), v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación (Drezhal) y par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje (Drehmom<strong>en</strong>t).<br />
Al hacer clic junto al nombre <strong>de</strong>l valor que se pue<strong>de</strong> agregar al pan<strong>el</strong> gráfico.<br />
El pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> gráficos se muestra <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 3-7, aquí se pue<strong>de</strong>n repres<strong>en</strong>tar los<br />
valores s<strong>el</strong>eccionados según difer<strong>en</strong>tes ejes X: tiempo (Zeit) o caudal (Volum<strong>en</strong>strom).<br />
Este pan<strong>el</strong> es muy útil para t<strong>en</strong>er una visión global <strong>de</strong> toda <strong>la</strong> medición.<br />
19
3.3 Ejecución <strong>de</strong> <strong>la</strong> medición<br />
20<br />
Figura 3-7: Pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> gráficos<br />
En <strong>el</strong> ejemplo <strong>de</strong> <strong>la</strong> Figura 3-7 se muestran los sigui<strong>en</strong>tes parámetros <strong>en</strong> <strong>el</strong> tiempo<br />
(eje X):<br />
• Salto <strong>de</strong> presión estática <strong>en</strong> Pa (línea negra)<br />
• Caudal <strong>en</strong> m 3 /h (línea roja)<br />
• Par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje <strong>en</strong> Nm (línea ver<strong>de</strong>)<br />
• V<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación <strong>en</strong> rpm (línea azul)<br />
Po<strong>de</strong>mos ver los caudales utilizados <strong>en</strong> <strong>la</strong>s consecutivas mediciones (línea roja)<br />
que se increm<strong>en</strong>tan <strong>en</strong> pasos <strong>de</strong> 25 m 3 /h. Hay una caída <strong>de</strong>l caudal cuando se llega a 100<br />
m 3 /h. La razón es que <strong>el</strong> rango <strong>de</strong> medición <strong>de</strong>l primer conducto está muy cerca <strong>de</strong> su<br />
máximo. Si queremos continuar a<strong>de</strong><strong>la</strong>nte para valores más altos <strong>de</strong> caudal, t<strong>en</strong>emos que<br />
cambiar al sigui<strong>en</strong>te conducto. Cuando queremos intercambiar conductos <strong>de</strong> medición,<br />
es necesario regresar a caudal nulo. De lo contrario <strong>la</strong> cámara <strong>de</strong> medición podría<br />
resultar dañada.<br />
La última parte es <strong>el</strong> pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> datos registrados manualm<strong>en</strong>te. Lo po<strong>de</strong>mos<br />
apreciar <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 3-8, don<strong>de</strong> se muestran los valores registrados para esta concreta<br />
configuración. Se registran <strong>en</strong> pasos <strong>de</strong> 25 m 3 /h. Para cada punto <strong>el</strong> software nos <strong>en</strong>trega<br />
<strong>la</strong> sigui<strong>en</strong>te información:<br />
• Tiempo <strong>de</strong> medición <strong>en</strong> s<br />
• Caudal <strong>en</strong> m 3 /h<br />
• Salto <strong>de</strong> presión estática <strong>en</strong> Pa<br />
• D<strong>en</strong>sidad <strong>de</strong>l aire <strong>en</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>en</strong> Kg/m 3<br />
• Temperatura <strong>en</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>en</strong> ºC<br />
• Caudal másico <strong>en</strong> kg/h<br />
• Humedad <strong>de</strong>l aire <strong>en</strong> <strong>la</strong> cámara <strong>en</strong> g/Kg<br />
• Temperatura <strong>en</strong> <strong>la</strong> sa<strong>la</strong> <strong>en</strong> ºC<br />
• V<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación <strong>en</strong> 1/min<br />
• Par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje <strong>en</strong> Nm
Figura 3-8: Pan<strong>el</strong> <strong>de</strong> datos registrados manualm<strong>en</strong>te<br />
3.3 Ejecución <strong>de</strong> <strong>la</strong> medición<br />
Estos datos se pue<strong>de</strong>n exportar como hoja <strong>de</strong> datos para un tratami<strong>en</strong>to más<br />
a<strong>de</strong>cuado. Para obt<strong>en</strong>er información más <strong>de</strong>tal<strong>la</strong>da acerca <strong>de</strong> los datos y <strong>el</strong> formato <strong>de</strong><br />
esta exportación, por favor consulte <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo: App<strong>en</strong>dix C. Data provi<strong>de</strong>d by the<br />
chamber test rig.<br />
.<br />
21
4 Datos obt<strong>en</strong>idos<br />
Este capítulo es una recopi<strong>la</strong>ción <strong>de</strong> los datos adquiridos <strong>en</strong> <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong><br />
medición.<br />
Los datos están or<strong>de</strong>nados según familias correspondi<strong>en</strong>tes al ángulo <strong>de</strong><br />
crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> espiral logarítmica (αs) y se muestran mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> gráficos<br />
autocont<strong>en</strong>idos. Todos los <strong>de</strong>talles <strong>de</strong> cada gráfico se pue<strong>de</strong> <strong>en</strong>contrar <strong>en</strong> <strong>la</strong> información<br />
que los acompaña así como <strong>en</strong> <strong>la</strong>s correspondi<strong>en</strong>tes ley<strong>en</strong>das. Para cada sección se<br />
muestran, <strong>la</strong>s sigui<strong>en</strong>tes curvas características <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor:<br />
• Salto <strong>de</strong> presión estática <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l caudal<br />
• Par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l caudal<br />
• R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l caudal<br />
A<strong>de</strong>más, al final <strong>de</strong> cada sección se adjunta información adicional para ac<strong>la</strong>rar los<br />
<strong>de</strong>talles <strong>de</strong> cada configuración evaluada. Esto se muestra mediante un gráfico <strong>en</strong> 3-D<br />
con <strong>la</strong>s configuraciones <strong>de</strong>l rotor medidas.<br />
En este capítulo sólo se muestran los datos más r<strong>el</strong>evantes <strong>de</strong> <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong><br />
medición. Cuando 144 configuraciones implican una gran cantidad <strong>de</strong> datos, sólo los<br />
más interesantes <strong>de</strong> acuerdo a r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to y comportami<strong>en</strong>to son mostrados.<br />
A título <strong>de</strong> ejemplo solo se muestran <strong>la</strong>s curvas características para αs = 4,0º. Para<br />
consultar los datos que completan este apartado por favor consultar <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo <strong>el</strong><br />
apartado Chapter 7 Collected data.
4.1 Datos más r<strong>el</strong>evantes or<strong>de</strong>nados según familias <strong>de</strong> αs<br />
4.1 Datos más r<strong>el</strong>evantes or<strong>de</strong>nados según familias <strong>de</strong> αs<br />
4.1.1 Voluta con ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> espiral logarítmica αs = 4,0°<br />
Increase of static pressure in Pa<br />
Torque on shaft in Nm<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
0,25<br />
0,2<br />
0,15<br />
0,1<br />
0,05<br />
0<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450<br />
Flow rate in m3 /h<br />
24<br />
Q-∆p characteristic curves<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=4°; B/b=variable, Rotor position: Se/D 2=variable; αe=variable<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m 3 /h; Rotational speed: 1000 rpm<br />
B/b=1,08; Se/D2=0,075; αe=23°<br />
B/b=1,08; Se/D2=0,025; αe=0°<br />
B/b=1,4; Se/D2=0,075; αe=23°<br />
B/b=1,4; Se/D2=0,025; αe=0°<br />
Figura 4-1: Salto <strong>de</strong> presión estática <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l caudal <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
D160x62mm a 1000rpm, <strong>voluta</strong> con ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> 4º<br />
Q-M characteristic curves<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=4°; B/b=variable, Rotor position: Se/D 2=variable; αe=variable<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m 3 /h; Rotational speed: 1000 rpm<br />
B/b=1,08; Se/D2=0,075; αe=23°<br />
B/b=1,08; Se/D2=0,025; αe=0°<br />
B/b=1,4; Se/D2=0,075; αe=23°<br />
B/b=1,4; Se/D2=0,025; αe=0°<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450<br />
Flow rate in m3 /h<br />
Figura 4-2: Par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l caudal <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco D160x62mm a<br />
1000rpm, <strong>voluta</strong> con ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> 4º
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
4.1 Datos más r<strong>el</strong>evantes or<strong>de</strong>nados según familias <strong>de</strong> αs<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450<br />
Flow rate in m3 /h<br />
Figura 4-3: R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l caudal <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
D160x62mm a 1000rpm, <strong>voluta</strong> con ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> 4º<br />
Ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to: αs = 4°<br />
B/b = 1,08<br />
B/b = 1,4<br />
Se/D2 = 0,075; αe = 23°<br />
Se/D2 = 0,025; αe = 0°<br />
Q-η characteristic curves<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=4°; B/b=variable, Rotor position: Se/D 2=variable; αe=variable<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m 3 /h; Rotational speed: 1000 rpm<br />
B/b=1,08; Se/D2=0,075; αe=23°<br />
B/b=1,08; Se/D2=0,025; αe=0°<br />
B/b=1,4; Se/D2=0,075; αe=23°<br />
B/b=1,4; Se/D2=0,025; αe=0°<br />
25
5 Evaluación <strong>de</strong> los resultados<br />
En este capítulo, se analizan todas <strong>la</strong>s curvas registradas <strong>en</strong> <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong><br />
medición <strong>en</strong> busca <strong>de</strong> los mejores comportami<strong>en</strong>tos <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco.<br />
El dato más interesante para nosotros, <strong>en</strong> esta investigación, es <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to<br />
estático. Es uno <strong>de</strong> los objetivos <strong>de</strong> este trabajo. Por lo tanto, se lleva a cabo un análisis<br />
<strong>de</strong>tal<strong>la</strong>do <strong>en</strong> busca <strong>de</strong> los valores más altos. Un aspecto importante es también, observar<br />
para que valores <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> diseño se obti<strong>en</strong><strong>en</strong> estos máximos. Tratamos <strong>de</strong><br />
<strong>en</strong>contrar <strong>la</strong> combinación más favorable <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> diseño para alcanzar <strong>el</strong><br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático máximo.<br />
En esta sección se muestran los resultados más importantes <strong>de</strong>l estudio. Para<br />
consultarlo completo por favor ver <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo <strong>el</strong> apartado Chapter 8 Evaluation of the<br />
results.<br />
Para concluir <strong>el</strong> capítulo, <strong>en</strong> <strong>la</strong> última parte se reve<strong>la</strong>n algunas <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y<br />
t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas <strong>sobre</strong> los parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco.<br />
5.1 R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos máximos <strong>en</strong>contrados<br />
5.1.1 Máximo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>de</strong> toda <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición<br />
De acuerdo con los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es, <strong>el</strong> mayor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático es 69,1%.<br />
La configuración que ofrece este máximo se <strong>de</strong>tal<strong>la</strong> <strong>en</strong> <strong>la</strong> Tab<strong>la</strong> 5-1:<br />
Tab<strong>la</strong> 5-1: Máximo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>de</strong> toda <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición<br />
ηmax Configuración<br />
αs ηmax B/b Se/D2 αe fichero<br />
° % - - ° -<br />
5 69,1 1,08 0,075 -23 110126_67_5_160x62_-23_12_1000
5.1 R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos máximos <strong>en</strong>contrados<br />
Increase of static pressure in Pa<br />
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
28<br />
Q-∆P-M-η characteristic curves<br />
Configuration with highest effici<strong>en</strong>cy point ηmax=69,1%<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=5°; B/b=1,08, Rotor position: Se/D 2=0,075 αe=-23°<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m 3 /h; Rotational speed: 1000 rpm<br />
ηmax=69,1%<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450<br />
Flow rate in m3 /h<br />
Figura 5-1: Curvas características <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco D160x62mm para <strong>la</strong><br />
configuración con <strong>el</strong> máximo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático<br />
En <strong>la</strong> Figura 5-1 po<strong>de</strong>mos apreciar <strong>el</strong> comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong> configuración <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco con <strong>el</strong> mayor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>de</strong> <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición.<br />
En <strong>la</strong> gráfica, po<strong>de</strong>mos ver tres curvas que reflejan: <strong>el</strong> salto <strong>de</strong> presión estática, <strong>el</strong> par <strong>en</strong><br />
<strong>el</strong> eje y, por último, <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático.<br />
Tanto <strong>la</strong> curva <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión estática como <strong>la</strong> <strong>de</strong> par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje ti<strong>en</strong><strong>en</strong> un<br />
comportami<strong>en</strong>to suave. La curva <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático ti<strong>en</strong>e un comportami<strong>en</strong>to<br />
suavem<strong>en</strong>te <strong>de</strong>ntado que pres<strong>en</strong>ta su máximo <strong>en</strong> <strong>el</strong> punto <strong>de</strong> caudal 75 m 3 /h.<br />
Este valor <strong>de</strong> 69,1% repres<strong>en</strong>ta un paso a<strong>de</strong><strong>la</strong>nte <strong>en</strong> <strong>el</strong> estudio <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo<br />
Sirocco <strong>en</strong> <strong>el</strong> <strong>de</strong>partam<strong>en</strong>to <strong>de</strong> dinámica <strong>de</strong> fluidos <strong>en</strong> <strong>la</strong> HTW Berlín. Como refer<strong>en</strong>cia,<br />
<strong>el</strong> último valor máximo <strong>en</strong>contrado para <strong>el</strong> mismo tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor a 1000 rpm fue <strong>de</strong><br />
50%. Este fue registrado por un estudiante <strong>de</strong>l <strong>de</strong>partam<strong>en</strong>to un año atrás. Consultar [7].<br />
Esto significa que se ha conseguido aum<strong>en</strong>tar <strong>el</strong> último r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>en</strong> un<br />
38,2%, se ha pasado pues, <strong>de</strong>l 50% al 69,1% <strong>de</strong> acuerdo con <strong>la</strong>s mediciones realizadas.<br />
Para obt<strong>en</strong>er información más <strong>de</strong>tal<strong>la</strong>da <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> esta<br />
configuración por favor consultar <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo: App<strong>en</strong>dix E. Details of the configuration<br />
with highest static effici<strong>en</strong>cy.<br />
5.1.2 Máximos r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos estáticos para cada punto <strong>de</strong> caudal<br />
En <strong>la</strong> sección anterior, se han analizado <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático<br />
mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong>l sigui<strong>en</strong>te criterio: Búsqueda <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> máximo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
curva. Pero po<strong>de</strong>mos p<strong>en</strong>sar que un dispositivo como un v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor pue<strong>de</strong> trabajar <strong>en</strong><br />
distintos puntos <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to. Dep<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> cómo interactú<strong>en</strong> <strong>la</strong> curva característica<br />
0,25<br />
0,20<br />
0,15<br />
0,10<br />
0,05<br />
0,00<br />
Torque on shaft in Nm
5.1 R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos máximos <strong>en</strong>contrados<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor y <strong>la</strong> curva <strong>de</strong> resist<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l sistema. De acuerdo con esa posibilidad, <strong>la</strong><br />
variación <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> operación <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor pue<strong>de</strong> producir una variación <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to que <strong>en</strong>trega. Por lo tanto, podría ser interesante <strong>en</strong>contrar <strong>la</strong> configuración<br />
que manti<strong>en</strong>e <strong>el</strong> mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to a lo <strong>la</strong>rgo <strong>de</strong> su curva característica.<br />
Para <strong>en</strong>contrar esta configuración, se han evaluado para cada punto <strong>de</strong> caudal,<br />
todas <strong>la</strong>s curvas características <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>en</strong> busca <strong>de</strong>l máximo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático<br />
<strong>en</strong> <strong>el</strong> intervalo <strong>de</strong> 0 a 450 m 3 /h. Como <strong>la</strong> medición se ha realizado sigui<strong>en</strong>do pasos <strong>de</strong> 25<br />
m 3 /h se ti<strong>en</strong><strong>en</strong> que evaluar 18 puntos.<br />
Tab<strong>la</strong> 5-2: Máximos r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos estáticos para cada punto <strong>de</strong> caudal<br />
ηmax <strong>en</strong> cada punto <strong>de</strong> caudal Configuración<br />
Max<br />
Caudal r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to B/b Se/D2 αe fichero<br />
m3/h % - - °<br />
0 0,0 -<br />
25 48,7 1,08 0,125 -23 110126_67_5_160x62_-23_20_1000<br />
50 62,6 1,08 0,125 23 110126_67_5_160x62_23_20_1000<br />
75 69,1 1,08 0,075 -23 110126_67_5_160x62_-23_12_1000<br />
100 65,4 1,08 0,075 0 110126_67_5_160x62_0_12_1000<br />
125 65,4 1,08 0,075 23 110125_67_45_160x62_23_12_1000<br />
150 63,3 1,08 0,075 23 110126_67_5_160x62_23_12_1000<br />
175 59,3 1,4 0,075 23 110127_87_45_160x62_23_12_1000<br />
200 59,8 1,4 0,075 23 110128_87_55_160x62_23_12_1000<br />
225 57,3 1,4 0,075 23 110128_87_55_160x62_23_12_1000<br />
250 55,3 1,4 0,075 23 110128_87_55_160x62_23_12_1000<br />
275 52,7 1,4 0,075 23 110128_87_55_160x62_23_12_1000<br />
300 46,0 1,4 0,075 23 110128_87_55_160x62_23_12_1000<br />
325 40,6 1,4 0,075 23 110128_87_55_160x62_23_12_1000<br />
350 34,9 1,4 0,075 23 110128_87_55_160x62_23_12_1000<br />
375 20,3 1,4 0,05 0 110128_87_5_160x62_0_8_1000<br />
400 14,9 1,4 0,05 0 110128_87_5_160x62_0_8_1000<br />
425 6,9 1,4 0,05 0 110128_87_5_160x62_0_8_1000<br />
450 0,7 1,4 0,05 0 110128_87_5_160x62_0_8_1000<br />
En <strong>la</strong> Tab<strong>la</strong> 5-2 po<strong>de</strong>mos ver <strong>la</strong> configuración con <strong>el</strong> mayor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático<br />
para cada punto <strong>de</strong> caudal. Los mejores r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos se hal<strong>la</strong>n <strong>en</strong> <strong>la</strong> primera parte <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
tab<strong>la</strong>, es <strong>de</strong>cir, para caudales pequeños. En <strong>el</strong> apartado anterior, todos los valores<br />
correspon<strong>de</strong>n a esta parte <strong>de</strong>l caudal.<br />
En <strong>la</strong> tab<strong>la</strong> se pue<strong>de</strong> observar esta t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia: los mayores r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos provi<strong>en</strong><strong>en</strong><br />
<strong>de</strong> pequeños caudales para <strong>la</strong>s <strong>voluta</strong>s con <strong>la</strong> re<strong>la</strong>ción B/b = 1,08. Para una mejor<br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to a caudales gran<strong>de</strong>s, se necesitan <strong>voluta</strong>s con re<strong>la</strong>ción <strong>de</strong> anchura B/b = 1,4.<br />
La tab<strong>la</strong> completa <strong>de</strong> este estudio <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo:<br />
App<strong>en</strong>dix D. Study of maximal static effici<strong>en</strong>cies.<br />
29
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas<br />
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas<br />
Después <strong>de</strong> evaluar todas <strong>la</strong>s curvas y los datos registrados <strong>en</strong> <strong>la</strong>s mediciones, se<br />
han hal<strong>la</strong>do algunas t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias c<strong>la</strong>ras e <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> diseño. Estas se<br />
expon<strong>en</strong> <strong>en</strong> esta sección.<br />
5.2.1 Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to<br />
En cuanto al ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> espiral logarítmica (αs), po<strong>de</strong>mos anunciar<br />
dos puntos principales. El primero está re<strong>la</strong>cionado con <strong>el</strong> caudal máximo alcanzado y<br />
<strong>el</strong> segundo <strong>sobre</strong> <strong>la</strong> ubicación <strong>de</strong> los puntos <strong>de</strong> mayor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong><br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Siroco.<br />
Increase of static pressure in Pa<br />
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
30<br />
Q-ΔP-η characteristic curves (influ<strong>en</strong>ce of op<strong>en</strong>ing angle)<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Rotor position: D2/Sz=0,075;αe=23º Housing: B/b=1,08; αs variable<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m3 160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=variable; B/b=1,08 , Rotor position: Se/D<br />
/h; Rotational 2=0,075; αe=23°<br />
speed: 1000 rpm<br />
Interpo<strong>la</strong>ted curves from <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> data; Rotational speed: 1000 rpm<br />
3,5º Housing<br />
4,5º Housing<br />
5,5º Housing<br />
system charact. curve<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450<br />
Flow rate in m 3 /h<br />
Figura 5-2: Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
1) Como mayor es <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to, mayor es <strong>el</strong> caudal proporcionado<br />
por <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. Un increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l valor <strong>de</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to concreto<br />
produce un increm<strong>en</strong>to proporcional ∆ <strong>en</strong> <strong>la</strong> curva <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión estática.<br />
En <strong>la</strong> Figura 5-2 esta <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> se manifiesta c<strong>la</strong>ram<strong>en</strong>te gracias a <strong>la</strong> puesta <strong>en</strong><br />
común <strong>de</strong> tres curvas <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión estática para tres ángulos consecutivos. En este<br />
ejemplo, <strong>el</strong> aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong> 0,5 grados <strong>en</strong> <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to produce un aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l<br />
salto <strong>de</strong> presión <strong>de</strong> unos 60 m 3 /h. Las curvas características son intersectadas por una<br />
curva <strong>de</strong> resist<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l sistema aleatoria para mostrar los puntos <strong>de</strong> operación <strong>en</strong> cada<br />
caso y <strong>el</strong> increm<strong>en</strong>to ∆ producido.<br />
Esta <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to significa que po<strong>de</strong>mos esperar mayores<br />
caudales, si diseñamos con ángulos mayores <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Siroco. El punto <strong>de</strong><br />
vista alternativo <strong>de</strong> esta <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> se re<strong>la</strong>ciona con <strong>el</strong> punto máximo <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to<br />
estático. Como vemos <strong>en</strong> <strong>la</strong> misma figura, <strong>el</strong> aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l valor <strong>de</strong> ángulo <strong>de</strong><br />
∆<br />
∆
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas<br />
crecimi<strong>en</strong>to no respon<strong>de</strong> siempre a un aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático. De hecho, <strong>la</strong><br />
ubicación <strong>de</strong> estos puntos sigue una t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia parabólica. Eso significa que hay un valor<br />
máximo <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to. Este hecho se<br />
explica más c<strong>la</strong>ram<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>el</strong> sigui<strong>en</strong>te punto.<br />
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
Q-η characteristic curves (influ<strong>en</strong>ce of op<strong>en</strong>ing angle, 2)<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=variable; B/b=1,08 , Rotor position: Se/D 2=0,075; αe=23°<br />
Interpo<strong>la</strong>ted curves from <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> data; Rotational speed: 1000 rpm<br />
Figura 5-3: Localización <strong>de</strong> los puntos <strong>de</strong> máximo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático<br />
3º Housing<br />
3,5º Housing<br />
4º Housing<br />
4,5º Housing<br />
5º Housing<br />
5,5º Housing<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
Flow rate in m3/h<br />
2) Los puntos con mayor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong><br />
crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> espiral logarítmica pres<strong>en</strong>tan una distribución<br />
aproximadam<strong>en</strong>te parabólica, con un máximo alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 5º.<br />
En <strong>la</strong> Figura 5-3 po<strong>de</strong>mos apreciar <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático para todos<br />
los valores <strong>de</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to evaluados <strong>en</strong> <strong>la</strong>s mediciones (3,0º-5,5º). El punto<br />
<strong>de</strong> mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to se remarca con un círculo <strong>de</strong>l mismo color. Se ha dibujado una<br />
línea <strong>de</strong> t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia que recoge estos seis puntos.<br />
El r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático máximo va aum<strong>en</strong>tando <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> ángulo inicial <strong>de</strong> 3,0º<br />
hasta alcanzar un máximo. Este máximo es para 5,0º. Posteriorm<strong>en</strong>te, se produce una<br />
caída, como vemos para <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> 5,5º. El caudal correspondi<strong>en</strong>te a cada uno <strong>de</strong> los<br />
máximos va aum<strong>en</strong>tando hacia <strong>la</strong> <strong>de</strong>recha <strong>de</strong> acuerdo con <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> que se explica <strong>en</strong><br />
<strong>el</strong> punto anterior.<br />
Esta t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia significa que existe un máximo según <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to. En<br />
nuestras mediciones <strong>el</strong> valor mayor <strong>de</strong> este parámetro es para 5,0º. Pero <strong>de</strong> acuerdo con<br />
<strong>la</strong> línea <strong>de</strong> t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia dibujada <strong>en</strong> <strong>la</strong> figura, es probable que <strong>el</strong> máximo real se sitúe <strong>en</strong>tre<br />
4,5º y 5,0º.<br />
31
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas<br />
5.2.2 Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong><br />
Hemos observado una c<strong>la</strong>ra <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> anchura <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> (B/b) <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor que se explica a continuación.<br />
Increase of static pressure in Pa<br />
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Figura 5-4: Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
3) Sólo se pue<strong>de</strong>n esperar r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos estáticos máximos <strong>en</strong> <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo<br />
Sirocco cuando se diseña <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> lo más <strong>de</strong>lgada posible <strong>en</strong> re<strong>la</strong>ción a <strong>la</strong><br />
anchura <strong>de</strong>l rotor.<br />
El efecto positivo <strong>de</strong> aum<strong>en</strong>tar <strong>el</strong> ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> es <strong>el</strong> aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l caudal<br />
máximo conseguido y un aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l salto <strong>de</strong> presión estática proporcionada por <strong>el</strong><br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor, como se ve <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 5-4. Por otro <strong>la</strong>do, este hecho produce una<br />
disminución <strong>de</strong>l r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático máximo para caudales más pequeños don<strong>de</strong> se<br />
<strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra normalm<strong>en</strong>te <strong>el</strong> máximo.<br />
El aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l caudal máximo aportado por <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong>sp<strong>la</strong>za <strong>el</strong> punto <strong>de</strong><br />
mayor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to hacia <strong>la</strong> <strong>de</strong>recha como ocurre cuando se aum<strong>en</strong>ta <strong>el</strong> valor <strong>de</strong>l ángulo<br />
<strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to.<br />
Cuando se requiere, por necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> diseño, una <strong>voluta</strong> mucho más ancha que<br />
<strong>el</strong> rotor, <strong>el</strong> mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to se logra mediante <strong>el</strong> emp<strong>la</strong>zami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l rotor lo más cerca<br />
posible <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>en</strong>trada <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. De esta manera, <strong>la</strong> distribución <strong>de</strong> <strong>la</strong> corri<strong>en</strong>te <strong>de</strong><br />
aire es <strong>la</strong> más homogénea <strong>de</strong> acuerdo con <strong>la</strong>s mediciones.<br />
32<br />
Q-ΔP-η characteristic curves (influ<strong>en</strong>ce of housing width)<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=4,5°; B/b=variable, Rotor position: Se/D2=variable; αe=variable<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m3 160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=4,5°; B/b=variable, Rotor position: Se/D2=0,025; αe=0°<br />
Interpo<strong>la</strong>ted curves from <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> /h; data; Rotational speed: speed: 1000 1000 rpm rpm<br />
B/b=1,08<br />
B/b=1,4<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450<br />
Flow rate in m3 /h
5.2.3 Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>el</strong> rotor<br />
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas<br />
El <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l rotor <strong>de</strong> <strong>la</strong> posición original fue una <strong>de</strong> <strong>la</strong>s opciones<br />
contemp<strong>la</strong>das <strong>en</strong> <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> medición. Ha t<strong>en</strong>ido una importante <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>en</strong> los<br />
resultados, por ejemplo, <strong>de</strong>bido a que <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático máxima se <strong>de</strong>rivó <strong>de</strong> este<br />
procedimi<strong>en</strong>to. Aparte <strong>de</strong> este hecho, hemos observado algunas <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor que se explican a continuación.<br />
Increase of static pressure in Pa<br />
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Q-ΔP-η characteristic curves (influ<strong>en</strong>ce of gap rotor-housing)<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=5°; B/b=1,08 , Rotor position: Se/D 2=variable; αe=0°<br />
Interpo<strong>la</strong>ted curves from measurem<strong>en</strong>ts; Rotational speed: 1000 rpm<br />
Se/D2=0,025<br />
Se/D2=0,075<br />
Se/D2=0,125<br />
0 50 100 150 200<br />
Flow rate in m<br />
250 300 350 400<br />
3 /h<br />
Figura 5-5: Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> <strong>la</strong> separación mínima rotor-<strong>voluta</strong> <strong>en</strong> <strong>la</strong> curva <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión<br />
estática <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
4) Como más pequeña es <strong>la</strong> separación mínima <strong>en</strong>tre rotor y <strong>voluta</strong> mayor es <strong>el</strong><br />
salto <strong>de</strong> presión estática inicial.<br />
En <strong>la</strong> Figura 5-5 se pue<strong>de</strong> ver <strong>la</strong>s curvas características <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión estática<br />
y <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático para tres configuraciones don<strong>de</strong> <strong>el</strong> único cambio <strong>en</strong>tre <strong>el</strong><strong>la</strong>s es<br />
<strong>el</strong> valor <strong>de</strong> esta separación mínima. El valor inicial <strong>de</strong>l salto <strong>de</strong> presión estática aum<strong>en</strong>ta<br />
cuando <strong>la</strong> separación mínima se reduce <strong>de</strong> 0,125 (curva ver<strong>de</strong>) a 0,025 (curva roja) <strong>en</strong><br />
alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 35 Pa. Esto repres<strong>en</strong>ta un aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l 35%.<br />
33
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas<br />
Increase of static pressure in Pa<br />
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Figura 5-6: Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l ángulo <strong>de</strong> exc<strong>en</strong>tricidad <strong>en</strong> <strong>el</strong> comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo<br />
Sirocco<br />
5) El parámetro <strong>de</strong> ángulo <strong>de</strong> exc<strong>en</strong>tricidad αe, se pue<strong>de</strong> utilizar para corregir<br />
<strong>la</strong>s osci<strong>la</strong>ciones <strong>de</strong> presión que aparec<strong>en</strong> para caudales <strong>en</strong> torno a 75 m 3 /h <strong>en</strong><br />
algunas configuraciones <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong> tipo Sirocco.<br />
De acuerdo con <strong>la</strong>s mediciones, algunas configuraciones <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo<br />
Sirocco pres<strong>en</strong>tes gran<strong>de</strong>s osci<strong>la</strong>ciones <strong>en</strong> <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión estática para un<br />
caudal aproximado <strong>de</strong> 75 m 3 /h, como se pue<strong>de</strong> apreciar <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura. En particu<strong>la</strong>r, <strong>en</strong><br />
<strong>la</strong>s configuraciones que manti<strong>en</strong><strong>en</strong> <strong>la</strong>s sigui<strong>en</strong>tes re<strong>la</strong>ciones: Se/D2 = 0,075 y αe = 23º.<br />
Mediante <strong>el</strong> <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l rotor a un m<strong>en</strong>or ángulo <strong>de</strong> exc<strong>en</strong>tricidad para<br />
<strong>la</strong>s osci<strong>la</strong>ciones se pue<strong>de</strong>n corregir y se obti<strong>en</strong><strong>en</strong> curvas suaves, como se aprecia <strong>en</strong> <strong>la</strong><br />
figura anterior.<br />
La última t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia observada durante <strong>la</strong>s mediciones se explica a continuación.<br />
34<br />
Q-∆P-η characteristic curves (influ<strong>en</strong>ce of angle of ecc<strong>en</strong>tricity)<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=5°; B/b=1,08 , Rotor position: Se/D 2=0,075; αe=variable<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m 3 /h; Rotational speed: 1000 rpm<br />
Se/D2=0,075; αe=23°<br />
Se/D2=0,075; αe=0°<br />
Se/D2=0,075; αe=23°<br />
Se/D2=0,075; αe=0°<br />
0 50 100 150 200<br />
Flow rate in m<br />
250 300 350 400<br />
3 /h
Increase of static pressure in Pa<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
5.2 Resum<strong>en</strong> <strong>de</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong>s y t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncias <strong>en</strong>contradas<br />
Q-ΔP characteristic curves (influ<strong>en</strong>ce of <strong>de</strong>c<strong>en</strong>tering the rotor)<br />
160x62 mm Rotor ; Refer<strong>en</strong>ce air <strong>de</strong>nsity ρ=1,2 Kg/m3<br />
Housing: αs=5°; B/b=1,08 , Rotor position: Se/D 2=variable; αe=variable<br />
Manual measurem<strong>en</strong>t: steps of 25 m 3 /h; Rotational speed: 1000 rpm<br />
Se/D2=0,025; αe=23° Se/D2=0,1; αe=0°<br />
Se/D2=0,05; αe=23° Se/D2=0,125; αe=0°<br />
Se/D2=0,075; αe=23° Se/D2=0,025; αe=-23°<br />
Se/D2=0,1; αe=23° Se/D2=0,05; αe=-23°<br />
Se/D2=0,125; αe=23° Se/D2=0,075; αe=-23°<br />
Se/D2=0,025; αe=0° Se/D2=0,1; αe=-23°<br />
Se/D2=0,05; αe=0° Se/D2=0,125; αe=-23°<br />
Se/D2=0,075; αe=0°<br />
0 50 100 150 200<br />
Flow rate in m<br />
250 300 350 400<br />
3 /h<br />
Figura 5-7: Punto común <strong>en</strong> <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión <strong>de</strong> una misma familia <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco<br />
6) Todas <strong>la</strong>s configuraciones <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor con ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to común y<br />
mismo ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> ti<strong>en</strong><strong>en</strong> un punto común <strong>en</strong> sus curvas <strong>de</strong> salto <strong>de</strong><br />
presión estática.<br />
En <strong>la</strong> Figura 5-7 se pue<strong>de</strong> apreciar que todas <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión ti<strong>en</strong><strong>en</strong><br />
un punto <strong>en</strong> común. Se han dibujado <strong>la</strong>s curvas características correspondi<strong>en</strong>tes a<br />
ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to αs = 5º y <strong>el</strong> ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> B/b = 1,08.<br />
Este hecho podría significar que <strong>el</strong> <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l rotor ti<strong>en</strong>e algunos efectos<br />
<strong>sobre</strong> <strong>el</strong> comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor re<strong>la</strong>cionado con <strong>el</strong> aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l salto <strong>de</strong>presión<br />
estática inicial, como se explica anteriorm<strong>en</strong>te, pero no es <strong>de</strong> tanta trasc<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia como<br />
por ejemplo cambiar un parámetro principal <strong>de</strong> diseño como <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to o<br />
<strong>el</strong> ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong>. En cambio mediante <strong>el</strong> <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l rotor se consigue un<br />
refinami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor que permite obt<strong>en</strong>er máximos<br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos.<br />
35
6 Comparación <strong>de</strong> los<br />
resultados<br />
Hemos registrado <strong>la</strong>s mediciones <strong>de</strong> <strong>la</strong>s difer<strong>en</strong>tes configuraciones <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor<br />
usando una cámara <strong>de</strong> medición <strong>de</strong> alta precisión. Las incertidumbres <strong>de</strong> esta cámara<br />
son conocidas y precisas (véase <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo <strong>el</strong> aparado Chapter 5 Uncertainty of<br />
measurem<strong>en</strong>t), <strong>de</strong> forma que po<strong>de</strong>mos contrastar nuestros resultados con otras fu<strong>en</strong>tes<br />
<strong>de</strong> información.<br />
T<strong>en</strong>emos principalm<strong>en</strong>te dos refer<strong>en</strong>cias para comparar nuestros resultados. La<br />
primera es comparar con los resultados <strong>de</strong> <strong>la</strong>s simu<strong>la</strong>ciones CDF proporcionada por un<br />
miembro <strong>de</strong>l equipo. La otra es comparar con los resultados <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es que Roth<br />
obtuvo <strong>en</strong> su estudio <strong>de</strong> los v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores tipo Sirocco (Roth, [1]).<br />
6.1 Comparación con simu<strong>la</strong>ción CFD<br />
La dinámica <strong>de</strong> fluidos computacional (<strong>en</strong> inglés CFD: Computational fluid<br />
dynamics) es una rama <strong>de</strong> <strong>la</strong> mecánica <strong>de</strong> fluidos que utiliza métodos numéricos y<br />
algoritmos para resolver y analizar problemas que involucran un flujo <strong>de</strong> fluido. Los<br />
or<strong>de</strong>nadores se usan para realizar los cálculos necesarios para po<strong>de</strong>r simu<strong>la</strong>r <strong>la</strong><br />
interacción <strong>de</strong> líquidos y gases con superficies <strong>de</strong>finidas por <strong>la</strong>s condiciones <strong>de</strong><br />
contorno.<br />
Los experim<strong>en</strong>tos se utilizan, <strong>en</strong> g<strong>en</strong>eral, con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> validar los cálculos CFD y<br />
para proporcionar valores iniciales y condiciones <strong>de</strong> contorno. A<strong>de</strong>más, <strong>el</strong> CFD permite<br />
obt<strong>en</strong>er <strong>de</strong>talles <strong>de</strong> todo <strong>el</strong> campo <strong>de</strong>l flujo: líneas <strong>de</strong> corri<strong>en</strong>te, t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> corte,<br />
distribuciones <strong>de</strong> presión y v<strong>el</strong>ocidad, trayectorias <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s, etc.<br />
Figura 6-1: Ejemplo <strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> v<strong>el</strong>ocida<strong>de</strong>s <strong>en</strong> un v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco con αs = 7º<br />
(fu<strong>en</strong>te: Darvish, 2010)
6.1 Comparación con simu<strong>la</strong>ción CFD<br />
En <strong>la</strong> Figura 6-1 se muestra un ejemplo <strong>de</strong> simu<strong>la</strong>ción CFD aplicada a un<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco don<strong>de</strong> se aprecia <strong>la</strong> distribución <strong>de</strong> v<strong>el</strong>ocida<strong>de</strong>s <strong>en</strong> m/s.<br />
Se pue<strong>de</strong> establecer una comparación con <strong>la</strong>s simu<strong>la</strong>ciones CFS obt<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do <strong>la</strong><br />
información a<strong>de</strong>cuada. Un compañero <strong>de</strong> equipo ha aplicado CFD a una <strong>de</strong> <strong>la</strong>s<br />
configuraciones <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco evaluada <strong>en</strong> <strong>la</strong> campaña <strong>de</strong> medición:<br />
38<br />
αs = 5º ; B/b = 1,08 ; Se/D2 = 0,075 ; αe = 23º<br />
Los resultados se muestran <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura 9.2 mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> gráficos. En este<br />
gráfico se pres<strong>en</strong>tan <strong>la</strong>s curvas características habituales <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión, par <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
eje y <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>en</strong> función <strong>de</strong>l caudal. En color rojo t<strong>en</strong>emos <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong><br />
nuestros datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es y <strong>de</strong> color azul t<strong>en</strong>emos <strong>la</strong>s curvas proporcionadas por <strong>la</strong><br />
simu<strong>la</strong>ción CFD.<br />
Increase of static pressure in Pa<br />
Static effici<strong>en</strong>cy in %<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Comparison CFD-Experim<strong>en</strong>t<br />
CFD simu<strong>la</strong>tion<br />
Experim<strong>en</strong>tal data<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400<br />
Flow rate in m3/h<br />
Figura 6-2: Comparación <strong>en</strong>tre los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es <strong>de</strong> este proyecto y <strong>la</strong>s simu<strong>la</strong>ciones<br />
CFD para <strong>la</strong> volute <strong>de</strong> αs = 5º<br />
Los datos están cualitativa y cuantitativam<strong>en</strong>te <strong>en</strong> acuerdo. La <strong>de</strong>sviación <strong>de</strong> los<br />
datos se sitúa <strong>en</strong>tre 5% y 10%.<br />
La curva <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión concuerda con alta precisión <strong>en</strong> <strong>el</strong> rango <strong>de</strong> caudal<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> 175 hasta 275 m 3 /h. Para valores mayores <strong>de</strong> caudal, <strong>la</strong>s difer<strong>en</strong>cias aum<strong>en</strong>tan, así<br />
como para <strong>el</strong> punto inicial. La <strong>de</strong>sviación media <strong>en</strong> <strong>el</strong> salto <strong>de</strong> presión es <strong>de</strong>l 4%.<br />
El par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje es <strong>la</strong> curva con <strong>la</strong> mayor afinidad. En <strong>el</strong> punto inicial <strong>la</strong> <strong>de</strong>sviación<br />
es <strong>de</strong> 1,5%, aum<strong>en</strong>ta ligeram<strong>en</strong>te con <strong>el</strong> caudal hasta llegar al 5%. El par <strong>en</strong> <strong>el</strong> eje<br />
<strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> es siempre ligeram<strong>en</strong>te m<strong>en</strong>or que <strong>el</strong> simu<strong>la</strong>do. La <strong>de</strong>sviación media<br />
t<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>ta todo <strong>el</strong> rango es <strong>de</strong> 3,4%.<br />
0,4<br />
0,35<br />
0,3<br />
0,25<br />
0,2<br />
0,15<br />
0,1<br />
0,05<br />
0<br />
Torque on shaft in Nm
6.2 Comparación con los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es obt<strong>en</strong>idos por Roth<br />
El r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático ti<strong>en</strong>e <strong>la</strong> mayor <strong>de</strong>sviación <strong>de</strong> <strong>la</strong>s tres curvas características.<br />
Esto pue<strong>de</strong> ser asumido consi<strong>de</strong>rando que hay <strong>de</strong>sviaciones <strong>en</strong> <strong>el</strong> salto <strong>de</strong> presión y <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
par <strong>en</strong> eje. De hecho, <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático se calcu<strong>la</strong> utilizando estos dos valores. Las<br />
difer<strong>en</strong>cias <strong>en</strong> estos dos repercut<strong>en</strong> finalm<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>el</strong> cálculo <strong>de</strong>l r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático.<br />
Para obt<strong>en</strong>er los <strong>de</strong>talles <strong>de</strong> <strong>la</strong>s fórmu<strong>la</strong>s y cálculos utilizados, por favor consultar <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
Anexo <strong>el</strong> apartado Chapter 4 Mathematical foundations.<br />
La <strong>de</strong>sviación <strong>de</strong>l r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático <strong>en</strong> <strong>el</strong> rango <strong>de</strong> caudal <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 175 hasta 275<br />
m 3 /h se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra <strong>en</strong> torno al 6%. Esta aum<strong>en</strong>ta para caudal mayores así como <strong>el</strong> primer<br />
punto, don<strong>de</strong> <strong>la</strong>s difer<strong>en</strong>cias son superiores al 15%. T<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>ta todo <strong>el</strong> rango, <strong>el</strong><br />
promedio <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>de</strong>sviación <strong>de</strong>l r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático es 8,7%.<br />
Para información más <strong>de</strong>tal<strong>la</strong>da acerca <strong>de</strong> <strong>la</strong>s <strong>de</strong>sviaciones <strong>en</strong> cada punto,<br />
consultar <strong>la</strong> Tab<strong>la</strong> 6-1:<br />
Tab<strong>la</strong> 6-1: Desviación <strong>en</strong>tre los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es y <strong>la</strong> simu<strong>la</strong>ción CFD para <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> αs = 5º<br />
Para terminar esta comparación <strong>en</strong>tre los resultados <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es y los datos<br />
obt<strong>en</strong>idos <strong>de</strong> <strong>la</strong> simu<strong>la</strong>ción CFD, se concluye que <strong>la</strong> concordancia <strong>en</strong>tre <strong>el</strong>los es muy<br />
bu<strong>en</strong>a, tanto cualitativa como cuantitativam<strong>en</strong>te.<br />
6.2 Comparación con los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es obt<strong>en</strong>idos por Roth<br />
Roth obtuvo, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> su amplio estudio <strong>sobre</strong> los v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores tipo Sirocco,<br />
una gran cantidad <strong>de</strong> tab<strong>la</strong>s don<strong>de</strong> se refleja <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong>s difer<strong>en</strong>tes variables <strong>de</strong>l<br />
v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. La más interesante para nosotros, <strong>en</strong> nuestro estudio, se muestra <strong>en</strong> <strong>la</strong> Figura<br />
6-3.<br />
39
6.2 Comparación con los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es obt<strong>en</strong>idos por Roth<br />
40<br />
Figura 6-3: Gráficos obt<strong>en</strong>idos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>m<strong>en</strong>te por Roth<br />
En estos dos gráficos po<strong>de</strong>mos apreciar <strong>la</strong>s curvas características <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor <strong>de</strong><br />
tipo Sirocco para ángulos <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to difer<strong>en</strong>tes (3º, 5º, 7º, 9º, 11º), todos <strong>el</strong>los <strong>de</strong><br />
acuerdo a <strong>la</strong> re<strong>la</strong>ción <strong>de</strong> anchura <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> B/b = 1,08.<br />
La curva característica que podríamos utilizar para <strong>la</strong> comparación es <strong>la</strong> <strong>de</strong> 5º.<br />
Debido a <strong>la</strong> dificultad que pres<strong>en</strong>ta comparar ambos resultados proce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong><br />
difer<strong>en</strong>tes gráficos, se ha <strong>de</strong>cidido unirlos todos <strong>en</strong> uno solo gráfico. Para lograr este<br />
objetivo, los puntos <strong>de</strong> <strong>la</strong>s curvas <strong>de</strong> Roth han sido leídos cuidadosam<strong>en</strong>te a mano y se<br />
ha creado una tab<strong>la</strong>. Para los <strong>de</strong>talles <strong>de</strong> esta tab<strong>la</strong> por favor, consulte <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo:<br />
App<strong>en</strong>dix F. Data collected from Roth’s graphs.<br />
Seguidam<strong>en</strong>te esta lista <strong>de</strong> puntos se ha insertado <strong>en</strong> una hoja <strong>de</strong> cálculo para<br />
fusionar todas <strong>la</strong>s curvas <strong>en</strong> un mismo gráfico.<br />
Hemos comparado los datos utilizando una configuración registrada <strong>en</strong> nuestra<br />
campaña <strong>de</strong> medición correspondi<strong>en</strong>te a:<br />
αs = 5º ; B/b = 1,08 ; Se/D2 = 0,075 ; αe = 23º
ψf<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
0<br />
6.2 Comparación con los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es obt<strong>en</strong>idos por Roth<br />
Experim<strong>en</strong>tal vs. Roth's characteristic curves<br />
5° Experim<strong>en</strong>t: Housing: αs=5°; B/b=1,08 , Rotor position: Se/D 2=0,075; αe=23°<br />
5° Roth<br />
5° Experim<strong>en</strong>t<br />
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4<br />
Figura 6-4: Comparación <strong>en</strong>tre los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es <strong>de</strong>l pres<strong>en</strong>te proyecto y los datos<br />
obt<strong>en</strong>idos por Roth<br />
En <strong>la</strong> Figura 6-4, po<strong>de</strong>mos apreciar ambas curvas <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión estática<br />
juntas <strong>en</strong> <strong>el</strong> mismo gráfico. Los valores para dibujar <strong>la</strong>s curvas características están <strong>de</strong><br />
acuerdo fr (número adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> caudal) y ψf (número adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> salto <strong>de</strong><br />
presión). Nosotros usamos los mismos parámetros que Roth utiliza para mostrar sus<br />
curvas. Para más <strong>de</strong>talles <strong>sobre</strong> estos parámetros, consulte <strong>en</strong> <strong>el</strong> Anexo <strong>el</strong> apartado<br />
Chapter 4 Mathematical foundations.<br />
Estas dos curvas se ajustan bi<strong>en</strong> cualitativam<strong>en</strong>te. La curva medida <strong>en</strong> este<br />
proyecto pres<strong>en</strong>ta <strong>la</strong> misma t<strong>en</strong><strong>de</strong>ncia que <strong>la</strong> obt<strong>en</strong>ida por Roth, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> un mejor<br />
comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>bido al hecho que consigue un mayor caudal máximo.<br />
Para t<strong>en</strong>er una comparación más precisa hemos construido <strong>la</strong> sigui<strong>en</strong>te tab<strong>la</strong> que<br />
conti<strong>en</strong>e <strong>la</strong> <strong>de</strong>sviación <strong>en</strong>tre cada uno <strong>de</strong> los puntos medidos.<br />
fr<br />
41
6.2 Comparación con los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es obt<strong>en</strong>idos por Roth<br />
42<br />
Tab<strong>la</strong> 6-2: Desviación <strong>en</strong>tre los datos <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es <strong>de</strong>l pres<strong>en</strong>te proyecto y los obt<strong>en</strong>idos<br />
por Roth<br />
Como se pue<strong>de</strong> apreciar <strong>en</strong> <strong>la</strong> Tab<strong>la</strong> 6-2, <strong>la</strong> <strong>de</strong>sviación media <strong>en</strong>tre los resultados<br />
<strong>experim<strong>en</strong>tal</strong>es y los datos <strong>de</strong> Roth es sustancial para <strong>el</strong> punto inicial y los puntos<br />
finales. La <strong>de</strong>sviación media <strong>de</strong> estos puntos es <strong>de</strong> 25%. La <strong>de</strong>sviación <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> rango<br />
completo es <strong>de</strong>l 15,1%<br />
De <strong>la</strong> curva <strong>de</strong> Roth para ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> 5º, sabemos exactam<strong>en</strong>te los<br />
valores <strong>de</strong> dos parámetros que utilizó para <strong>la</strong> obt<strong>en</strong>ción <strong>de</strong> esta curva. El ángulo <strong>de</strong><br />
crecimi<strong>en</strong>to es αs = 5 º y <strong>la</strong> re<strong>la</strong>ción <strong>de</strong> anchura <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> es B/b = 1,08. Pero no están<br />
<strong>de</strong>scritos <strong>el</strong> resto <strong>de</strong> <strong>de</strong>talles, <strong>en</strong>tre <strong>el</strong>los, uno <strong>de</strong> los más importantes es <strong>el</strong> valor <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
longitud <strong>de</strong> <strong>la</strong> salida. (Ver Figura 2.1)<br />
Por otro <strong>la</strong>do, <strong>la</strong> afinidad <strong>de</strong> <strong>la</strong> curva <strong>experim<strong>en</strong>tal</strong> registrada para este proyecto<br />
para <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> αs = 5º está <strong>en</strong> bu<strong>en</strong>a concordancia con los puntos<br />
medios, (fr) <strong>de</strong> 0,1 a 0,2. La <strong>de</strong>sviación media <strong>de</strong> estos puntos es <strong>de</strong> aproximadam<strong>en</strong>te<br />
<strong>el</strong> 6%.<br />
Como conclusión <strong>de</strong> este capítulo, po<strong>de</strong>mos <strong>de</strong>cir, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> comparar <strong>la</strong>s<br />
<strong>de</strong>sviaciones con simu<strong>la</strong>ciones CFD y datos <strong>de</strong> Roth, que t<strong>en</strong>emos:<br />
-Bu<strong>en</strong>a concordancia con los experim<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> CFD<br />
-Bu<strong>en</strong>a concordancia con los datos obt<strong>en</strong>idos por Roth <strong>en</strong> los puntos intermedios<br />
<strong>de</strong> su curva característica.
7 Conclusiones<br />
La <strong>voluta</strong> <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor tipo Sirocco es altam<strong>en</strong>te responsable <strong>de</strong> lograr <strong>el</strong> mejor<br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> este tipo <strong>de</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. Suponi<strong>en</strong>do que <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong>l rotor está hoy <strong>en</strong><br />
día fuertem<strong>en</strong>te optimizado, <strong>la</strong> <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> juega <strong>el</strong> pap<strong>el</strong><br />
<strong>de</strong>finitivo para permitir que <strong>la</strong> unidad alcance un alto niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to. En tal <strong>voluta</strong><br />
alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>l 75% <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>en</strong>ergía dinámica producida por <strong>el</strong> rotor se convierte <strong>en</strong> presión<br />
estática.<br />
Después <strong>de</strong> <strong>la</strong>s mediciones aplicadas a <strong>la</strong>s nuevas <strong>voluta</strong>s diseñadas <strong>en</strong> este<br />
proyecto y <strong>de</strong> acuerdo con los resultados obt<strong>en</strong>idos, se ha logrado un r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to<br />
estático máximo <strong>de</strong>l 69% para una v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación <strong>de</strong> 1000 rpm. Esto pue<strong>de</strong><br />
repres<strong>en</strong>tar un increm<strong>en</strong>to notable <strong>en</strong> comparación con los v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores tipo Sirocco<br />
comunes.<br />
El mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to se logra mediante <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong>l contorno <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> según<br />
una curva espiral logarítmica i<strong>de</strong>al. Los ángulos <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to más apropiados para<br />
construir <strong>la</strong> curva fueron 4,5º y 5,0º, según los resultados <strong>de</strong> esta investigación. Hubo<br />
una disminución significativa <strong>en</strong> <strong>el</strong> r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to para <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> <strong>de</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to<br />
<strong>de</strong> 5,5º, así como para los más pequeños. Incluso mediante <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong>l contorno <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
<strong>voluta</strong> <strong>en</strong> pasos <strong>de</strong> 0,5º, es <strong>de</strong>cir <strong>de</strong> 3,0º a 5,5º, no es posible concluir que para 5,0º se<br />
produce <strong>la</strong> cumbre <strong>de</strong>l r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to. Podría ser conv<strong>en</strong>i<strong>en</strong>te <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> diseños más<br />
precisos para comprobar dón<strong>de</strong> está exactam<strong>en</strong>te <strong>el</strong> valor óptimo, <strong>de</strong>p<strong>en</strong>di<strong>en</strong>do este<br />
parámetro <strong>de</strong> diseño. Por ejemplo, diseñando para contornos <strong>de</strong> αs 4,5º a 5,5º <strong>en</strong> pasos<br />
más pequeños.<br />
El ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> espiral logarítmica ti<strong>en</strong>e una <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> evi<strong>de</strong>nte <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
caudal máximo <strong>en</strong>tregado por <strong>el</strong> v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. Como mayor es <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to<br />
más gran<strong>de</strong> es <strong>el</strong> caudal alcanzado. Los resultados <strong>de</strong> este estudio muestran que un<br />
increm<strong>en</strong>to ∆α <strong>en</strong> <strong>el</strong> ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to se correspon<strong>de</strong> con un increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong> ∆Q<br />
para <strong>el</strong> caudal máximo.<br />
Un r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to alto solo pue<strong>de</strong> ser esperado si <strong>el</strong> ancho <strong>de</strong> <strong>voluta</strong> no es mucho<br />
mayor que <strong>el</strong> <strong>de</strong>l rotor. Por ejemplo, mediante <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> acuerdo a <strong>la</strong> re<strong>la</strong>ción <strong>de</strong><br />
dim<strong>en</strong>siones <strong>de</strong> <strong>la</strong> anchura según B/b < 1,1. Cuando por requisitos <strong>de</strong> diseño no se<br />
pue<strong>de</strong> satisfacer este requisito, <strong>el</strong> mejor r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to se logra colocando <strong>el</strong> rotor lo más<br />
cercano posible a <strong>la</strong> <strong>en</strong>trada <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor.<br />
El <strong>de</strong>sc<strong>en</strong>trami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l rotor <strong>de</strong> <strong>la</strong> posición <strong>de</strong> diseño tuvo efectos positivos <strong>en</strong> <strong>el</strong><br />
r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor. La posición <strong>de</strong>l rotor más apropiada fue Se/D2 = 0,075 y αe<br />
= -23 º. Como se m<strong>en</strong>cionó anteriorm<strong>en</strong>te, podría ser interesante realizar un estudio más
Conclusiones<br />
<strong>de</strong>tal<strong>la</strong>do <strong>en</strong> este parámetro. Por ejemplo, realizando divisiones más pequeñas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l<br />
rango Se/D2 = 0,05 a 0,1.<br />
La distancia mínima <strong>en</strong>tre <strong>el</strong> rotor y <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> ti<strong>en</strong>e una c<strong>la</strong>ra <strong>influ<strong>en</strong>cia</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> salto<br />
<strong>de</strong> presión para caudales bajos. Cuanto m<strong>en</strong>or es <strong>la</strong> separación mínima, mayor es <strong>el</strong><br />
salto <strong>de</strong> presión inicial.<br />
Algunas <strong>de</strong> <strong>la</strong>s configuraciones <strong>de</strong>l v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor pres<strong>en</strong>taron osci<strong>la</strong>ciones <strong>en</strong> <strong>la</strong><br />
presión cuando se operaba <strong>en</strong> <strong>el</strong> rango <strong>de</strong> 50 a 125 m 3 /h. Sucedió principalm<strong>en</strong>te para<br />
los parámetros Se/D2 = 0,075 y αe = 23 º. El ángulo <strong>de</strong> exc<strong>en</strong>tricidad <strong>de</strong>l rotor (αe)<br />
pue<strong>de</strong> ser utilizado para evitar estas osci<strong>la</strong>ciones <strong>de</strong> presión.<br />
44
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[18] www.sew-eurodrive.com<br />
[19] www.tramec.it<br />
[20] www.rw-america.com<br />
[21] www.snr-bearings.com<br />
46
9 Nom<strong>en</strong>c<strong>la</strong>tura<br />
Símbolo Significado Unidad<br />
D1 Diámetro interior <strong>de</strong>l rotor m<br />
D2 Diámetro exterior <strong>de</strong>l rotor m<br />
b Anchura <strong>de</strong>l rotor m<br />
Rb Radio <strong>de</strong> á<strong>la</strong>be <strong>de</strong> rotor m<br />
B Anchura <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>voluta</strong> m<br />
Rt Radio <strong>de</strong> <strong>la</strong> l<strong>en</strong>gua m<br />
Se Separación mínima <strong>en</strong>tre rotor-<strong>voluta</strong> m<br />
βs1 Ángulo <strong>de</strong> <strong>en</strong>trada <strong>de</strong>l á<strong>la</strong>be º<br />
βs2 Ángulo <strong>de</strong> salida <strong>de</strong>l á<strong>la</strong>be º<br />
αs Ángulo <strong>de</strong> crecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> espiral logarítmica º<br />
αt Ángulo <strong>de</strong> posición <strong>de</strong> <strong>la</strong> l<strong>en</strong>gua º<br />
αe Caudal m 3 /s<br />
∆Pst Salto <strong>de</strong> presión estática Pa<br />
M Par <strong>en</strong> eje Nm<br />
f Número adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> caudal -<br />
ψ Número adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> salto <strong>de</strong> presión -<br />
σ Número adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> v<strong>el</strong>ocidad -<br />
δ Número adim<strong>en</strong>sional <strong>de</strong> geometría -<br />
ηst R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to estático %<br />
ρ D<strong>en</strong>sidad <strong>de</strong> fluido Kg/m 3<br />
n V<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> rotación u/s<br />
Pmec Pot<strong>en</strong>cia mecánica W<br />
Phyd Pot<strong>en</strong>cia hidráulica W