Perfiles de velocidad alrededor de un ventilador centrifugo de confort

Stefan Zarea ¹, Juan Pedro Marval ²

¹ Departamento de Conversion y Transporte de Energia, Universidad Simon Bolivar. Caracas, Venezuela. A.P.89.000. szarea@usb.ve 

² Departamento de Energetica. Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Punto Fijo, Edo. Falcon, Venezuela. jpmarval@unefm.edu.ve 

RESUMEN

Las componentes de la velocidad del flujo de aire a la entrada y salida del rotor de un ventilador centrifugo sin carcasa fueron medidas con un anemometro de hilo caliente, en condiciones controladas. El ventilador centrifugo de confort provisto de rejilla de proteccion y pedestal fue ubicado en un espacio aislado de corrientes de aire exteriores. Las mediciones de las velocidades axiales, radiales y tangenciales se realizaron sobre un plano horizontal que corta al ventilador simetricamente por el eje. Los resultados se presentaron en 13 graficos, en dos formas: curvas de velocidad adimensionales en funcion de la distancia adimensional respecto del ventilador y curvas de isovelocidad. El perfil de velocidad axial a la succion es aproximadamente simetrico respecto del eje del ventilador. Las velocidades radiales y tangenciales son del mismo orden de magnitud. Se cuantificaron los parametros que caracterizan el chorro cuasi-radial de descarga y el flujo de succion.

Palabras clave: Perfiles de velocidad, Flujo giratorio, Ventilador centrifugo, Anemometro, Hilo caliente.

Velocity profiles around of the comfort centrifugal fan

ABSTRACT

The components of air flow velocity in inlet and outlet of a centrifugal fan without volute were measured with a hot wire anemometer, in controlled conditions. The centrifugal fan, provided with grill and pedestal, was placed in an isolated space of exterior air draught. The measures of axial, radial and tangential velocities were made on a horizontal plane that cut the fan symmetrically by the shaft. The results are shown in 13 graphs, in two forms: Dimensionless Velocity Curves in function of dimensionless distance with regard to the fan and isovelocity curves. The axial velocity profile on the suction is approximately symmetrical with regard to the axis of the fan. The radial and tangential velocities were of same order of magnitude. The parameters that characterize the cuasi-radial jet discharge and the suction flow were calculated.

Keywords: Velocity profile,Vortex flow, Centrifugal fan, Anemometer, Hot wire.

Recibido: abril de 2006  Revisado: marzo de 2007

INTRODUCCION

La determinacion del campo de velocidades alrededor de un ventilador centrifugo de confort es util para evaluar el efecto del control de la temperatura en los recintos habitados. El flujo de succion en un ventilador centrifugo de confort es cuasi-axialsimetrico y es sometido a la influencia del flujo de descarga. La componente tangencial de la velocidad en el flujo de descarga es relativamente grande. Las condiciones de contorno y el movimiento giratorio global que imprime el flujo de descarga en el aire circundante, generan torbellinos locales y una asimetria en la distribucion de las velocidades tal como se ha puesto en evidencia en estudios cualitativos de visualizacion (Zarea & Marval, 2004).

El objetivo del presente trabajo consistio en mostrar los resultados de una investigacion experimental consagrada a la medicion de los campos de velocidades en el flujo de succion y descarga del ventilador de confort R4E280 fabricado por la empresa Alemana Ziehl.

Para tal fin se realizo un montaje experimental que permitio medir, con la ayuda de un anemometro de hilo caliente las tres componentes: axial, radial y tangencial de la velocidad en un plano horizontal que pasa por el eje del ventilador. Debido a la expansion radial del chorro de descarga la dimension del area de succion y medicion de las velocidades en sentido de expulsion del aire, es 2,5 veces mas grande que la correspondiente a la direccion axial.

Los resultados de las mediciones se han resumido en 13 graficas, en dos clases de curvas que representan la distribucion de las velocidades en un sistema de coordenadas cilindricas. Tambien se han graficado las curvas de isovelocidades para las tres componentes de la velocidad. Los resultados experimentales permitieron cuantificar los campos de velocidades y confirmar el analisis cualitativo previo al estudio de visualizacion del flujo en el exterior del ventilador centrifugo de confort evaluado.

ANTECEDENTES

Las mediciones de los campos de velocidades relativas o absolutas en ventiladores centrifugos con carcasa espiral han sido temas de estudio experimental desde hace varias decadas, utilizandose anemometros de hilo caliente (Howard & Lennmann, 1971; Kjork & Lofdahl, 1989) y mas recientemente con anemometros laser (Powell et al. 1981; Hessami Azizi et al. 2005).

Los ventiladores centrifugos sin carcasa espiral han sido poco estudiados excepto los trabajos para determinar el desarrollo de la capa limite sobre los alabes (Litval & Preszler, 1969) y la distribucion de velocidades a la salida de un rotor centrifugo (Howard et al. 1971; Raj & Swin, 1981; Petersson et al. 1996; Velarde-Suarez et al. 2001).

La visualizacion del flujo absoluto de entrada y a la salida del rotor de un ventilador centrifugo sin carcasa y la determinacion del campo de velocidades han sido realizadas recientemente (Marval, 1999; Zarea & Marval, 2004).

MONTAJE EXPERIMENTAL

El estudio experimental del flujo, en el exterior del ventilador de confort R4E280, se realizo ubicando el ventilador, provisto de sus rejillas de proteccion y el pedestal, en una habitacion con un area de 20 m2. En el piso del recinto, en la zona central, se delimito un area de 2000x820 mm, en la cual se realizo un mallado cartesiano con un paso de 20mm.

En la figura 1 se muestra una vista global del arreglo experimental que contiene los siguientes componentes: 1) ventilador centrifugo de confort, 2) mesa soporte para el ventilador centrifugo, 3) anemometro digital de hilo caliente, 4) tripode para camaras fotograficas, 5) arreglo de coordenadas equidistante marcadas en el piso (mallado), 6) nylon y plomada conica, 7) computadora personal para adquisicion de datos (no aparece en la figura 1). La mesa que sirvio de soporte tenia una altura de 1.100 mm respecto al piso y ocupaba un area de 400 x 1.400 mm.

Figura 1. Vista superior frontal del montaje experimental. Apreciacion general del conjunto.

La sonda de medicion del anemometro fue colocada sobre un tripode, sujeto a traves de un dispositivo disenado para tal fin. En la figura 2 se presenta el dispositivo de sujecion de la sonda del anemometro, ubicada en la posicion de medicion de la componente tangencial de la velocidad del flujo.

Figura 2. Vista lateral del montaje experimental. Detalle de la sonda de medicion y del dispositivo de sujecion.

La sonda tiene un diametro de 8 mm y una longitud de 235 mm. En la punta del cilindro hay dos perforaciones perpendiculares al eje del mismo, en las cuales se ubican el filamento de medicion de velocidad y el dispositivo de medicion de temperatura.

El agarre entre el dispositivo de sujecion y la sonda se realizo con cuatro tornillos (figuras 2 y 3). Este dispositivo permitio sujetar la sonda de medicion y alinearla con respecto al piso y al eje del ventilador, ademas de nivelarlo horizontalmente.

Figura 3. Vista superior del conjunto anemometro y tripode. Detalle del visor del anemometro.

La posicion relativa del tripode con respecto al mallado realizado en el piso, se controlo con la ayuda de una plomada conica suspendida desde la parte central del tripode (figura 4).

Figura 4. Detalle de la plomada conica y su ubicacion con respecto a la cuadricula del piso.

El origen del sistema de coordenadas cilindricas y la identificacion del plano derecho y el plano izquierdo se muestran en la figura 5.

Figura 5. Esquema de ubicacion del plano de medicion. Vista posterior y de planta.

El origen de las coordenadas esta situado en la corona interior del ventilador estudiado sobre el eje del mismo, por lo que para calcular la coordenada de medicion, con respecto al sistema de referencia, se midio la distancia entre el centro del tripode y el filamento de la sonda. De esta manera ha sido posible determinar con precision las coordenadas de la sonda con respecto al origen.

METODOLOGIA DE MEDICION

Las mediciones han requerido de una sucesion de operaciones correspondientes al objetivo principal de la exploracion del campo de velocidades en el flujo de succion y de descarga del ventilador centrifugo de confort R4E280. Se fijaba la sonda del anemometro en el tripode segun la componente de la velocidad que se deseaba medir. Luego se posicionaba el tripode sobre el mallado de manera que la plomada conica coincidiera con el punto de medicion requerido.

Se encendia el ventilador y se esperaba aproximadamente 10 segundos para que el flujo de aire se estabilizara. Se encendia el anemometro digital seleccionando el rango adecuado de velocidad. En cada punto se registraron 10 valores sucesivos de la velocidad indicada por el anemometro. El procedimiento se repitio para todos los puntos de la cuadricula trazada en el piso de la habitacion, es decir en puntos situados a 20 mm uno del otro.

Las mediciones se realizaron en 4.000 puntos y se obtuvieron mas de 100.000 registros de velocidad. El rango de medicion se selecciono segun la velocidad del aire registrada por el anemometro. En las cercanias del ventilador se utilizo el rango de velocidad 0-7 m/s, mientras que en las zonas donde la velocidad descendio por debajo de 3 m/s se utilizo el rango entre 0 y 3 m/s. En ambos casos se registraron velocidades con dos digitos de precision.

Para el registro de la informacion suministrada por el anemometro se utilizo una computadora personal, en la cual se introdujeron los datos y luego se promediaron 10 valores continuos de la velocidad en un tiempo aproximado de 5 segundos por cada punto de medicion.

Las mediciones de las tres componentes de la velocidad no se realizaron simultaneamente, debido a la limitacion del anemometro que permite medir solo una componente de la velocidad segun se ubicara la sonda. Se midieron las componentes de la velocidad por separado, realizando barridos sobre la cuadricula al desplazar el tripode en una sola posicion de la sonda de medicion del anemometro, permitiendo medir una sola componente por barrido.

ERRORES DE MEDICION

Los resultados finales fueron influenciados por los errores inevitables en las diferentes actividades en el proceso de medicion. A continuacion se mencionan las operaciones que originaron imprecisiones y los valores de los errores respectivos:

- Ubicacion y orientacion del anemometro de hilo caliente, 4%,

- Ubicacion del tripode y la identificacion del punto de medicion, 3%.

El error resultante de las mediciones, Er, resulto ser:

PROCESAMIENTO DE LOS RESULTADOS

Los resultados experimentales registrados en la computadora fueron procesados utilizando tres programas: Microsoft Excel 97, Surfer 6.04 y Grapher 1.3.

Se hicieron dos tipos de graficas que representan los datos obtenidos de la medicion. Un primer grupo de 7 graficas consistio en representar las velocidades como curvas bidimensionales parametrizadas, mientras que el otro grupo correspondio a 6 graficas de contorno de velocidad constante. En la figura 6 se presenta un esquema explicativo de las graficas parametrizadas. En el primer cuadrante se muestra un chorro casi-radial en la descarga del ventilador apreciandose los perfiles genericos de velocidades axial y radial, ademas se indican las lineas de parametrizacion: r=ctte y z=ctte.

Figura 6. Esquema explicativo para graficas parametrizadas.

En el esquema de la figura 7 se identifican las tres zonas (1,2,3) para las cuales se trazaron las familias de curvas Vz (r;z), figuras 11, 12 y 13, V_θ(z;r), figuras 16 y 17 y Vr (z,r) figuras 20 y 21 llamadas tambien curvas parametrizadas.

Figura 7. Esquema sobre la ubicación relativa de las tres zonas donde se presentan las gráficas.

Las graficas de velocidad axial V_z se realizaron sobre lineas z=constante en el plano de medicion (figuras 11, 12 y 13). La velocidad tangencial se mide sobre lineas de r=constante, (figuras 16 y 17) al igual que las velocidades radiales, tal como se evidencia en los graficos de las figuras 18 y 20.

La zona 1 corresponde a las mediciones realizadas sobre el plano situado en el segundo cuadrante, mientras que la zona 3 se refiere al plano correspondiente al primer cuadrante.

La zona 2, simetrica respecto al eje del rotor, abarca en el plano de medicion una franja de ancho igual al diametro exterior del rotor: la mitad de esta zona esta situada en el primer cuadrante y la otra en el segundo cuadrante del sistema de coordenadas utilizado.

La zona 2 fue utilizada para la presentacion de las graficas parametrizadas con lineas r=constante, mostrando los perfiles de velocidad axial que se generan en el flujo de acceso por accion de la succion del ventilador centrifugo de confort R4E280.

Las graficas parametrizadas se realizaron en el programa Grapher 1.3, aproximandose los datos con el metodo <<spline>>. Esta aproximacion tiene la peculiaridad que la curva ajustada pasa suavemente por todos los puntos, independientemente del espaciado y del factor de tension que se utiliza en la aplicacion del <<spline>>.

En todas las graficas se utilizaron magnitudes adimensionales. Las coordenadas r y z adimensionales son:

Cabe señalar que se tomo el diametro externo del rotor del ventilador para calcular los valores adimensionales de toda la geometria del montaje experimental y no es el radio R2 como es usual.

Los valores de las componentes V_r, V_θ y V_z de la velocidad adimensional se obtuvieron dividiendo los valores locales dimensionales por el valor maximo que alcanzo cada una de estas magnitudes:

Las graficas de contorno de velocidad constante fueron realizadas utilizando el codigo Surfer 6.04, que permitio procesar los datos con tres coordenadas generando superficies tridimensionales. El ajuste implementado sobre los datos de velocidad fue procesado por el metodo <<Kriging>> de mallado geoestadistico.

En la figura 8 se muestra un esquema cualitativo de las corrientes de flujos esperados en los alrededores del ventilador centrifugo de confort. En la zona 1 se senala un flujo de descarga que es succionado inmediatamente por el rotor y en la zona 3 un flujo que es parcialmente succionado conservando un desarrollo radial-axial significativo. En la zona 2 se espera un flujo axial hacia la succion del ventilador.

Figura 8. Esquema de los flujos principales generados por el ventilador a su alrededor. Vista de planta del ventilador (plano horizontal de medición).

Velocidad axial

La medicion de los campos de velocidad arrojo resultados que confirmaron la presencia de las estructuras de flujo descritas en el estudio de visualizacion (Marval, 1999), como la interaccion succion-descarga en el ventilador que origina la presencia de un chorro cuasi-radial rotatorio.

La figura 9 representa esquematicamente un resultado generico clasico, donde el perfil de velocidad actual en el flujo de succion no perturbado, se asemeja a una parabola con un maximo de la velocidad sobre el eje z, caracteristico de un flujo axial simetrico, situacion que se manifiesta solamente parcialmente a una distancia z relativamente grande en el ventilador en estudio. A continuacion se presentan las graficas correspondientes a las mediciones de la componente axial de la velocidad sobre el ventilador centrifugo.

Figura 9. Perfiles genericos de la velocidad axial en el flujo de succion no perturbado de un ventilador centrifugo (zona 2).

En la figura 10 se exponen los resultados de las mediciones de velocidad axial sobre el plano horizontal estudiado, como contornos de velocidad constante. Este tipo de grafico resulta ilustrativo para delimitar chorros y mostrar la existencia de torbellinos.

Figura 10. Contornos de velocidad axial adimensional Vz=ctte alrededor del ventilador.

El anemometro de hilo caliente al igual que la mayoria de los aparatos de medicion existentes en la actualidad, excepto los anemometros de cabeza esferica con cinco tomas, no pueden medir el sentido de las componentes de la velocidad, solo miden la magnitud del vector de velocidad en la direccion que se desee. En consecuencia resulta util representar los datos obtenidos a traves de contornos donde la velocidad es constante, con lo cual el sentido de la velocidad no tiene importancia. Se conoce el sentido de la velocidad de la corriente global, pero no localmente en las zonas donde existen torbellinos.

Como se puede apreciar en la figura 10 la zona mas oscura corresponde a las velocidades mas altas, llegandose a registrar velocidades axiales de hasta 4.96 m/s aproximadamente. Resulta resaltante la asimetria del campo de velocidad axial con respecto al eje <<z>> (r=0). Aunque en la zona de descarga izquierda existen velocidades mayores, el alcance del chorro cuasi-radial es pequeno en comparacion con la penetracion del chorro por el plano derecho (zona 3).

La zona de mayor velocidad en la figura 10 se observa en la succion y en la descarga del ventilador por el plano izquierdo. El hecho de que en la succion del ventilador se encuentre una velocidad alta se debe a que el area de flujo en la succion del ventilador es menor que el area de flujo de descarga y el caudal de aire es constante (flujo incompresible).

Asumiendo una velocidad de delimitacion del chorro de un 0,5 m/s (aprox. 0.1 adimensional), se puede identificar este con un ancho promedio aproximado de 35 cm a la descarga del ventilador, medido perpendicularmente sobre la direccion diagonal dominante del flujo de descarga sobre el plano derecho (zona 3).

Igualmente se observa que el alcance del chorro en el plano izquierdo del ventilador es menor que en el plano derecho, apreciandose que el flujo en las cercanias del ventilador posee una gran componente de la velocidad axial. Para r>1,25 en el plano izquierdo y r>2,5 en el plano derecho de la figura 10 la componente axial es muy baja (menos de 0,25 m/s).

El sentido de giro del ventilador y el valor grande de la componente tangencial del flujo de salida, aunados al efecto de pared que ejerce la base y la mesa donde esta el ventilador, ocasionan que el chorro de aire tenga la tendencia a desarrollarse en el plano derecho. El alcance axial en el plano derecho es de mas de 56 cm aproximadamente, considerando una velocidad minima de perturbacion del aire circundante de 0,5 m/s como criterio de definicion del alcance.

El fenomeno ocurrido en el plano izquierdo (zona 1) muestra la existencia de un flujo descargado por el ventilador que es arrastrado inmediatamente hacia la succion, sin posibilidades de desarrollarse y expandirse como el chorro ubicado sobre el plano derecho. El fenomeno antes mencionado fue visualizado y explicado en el estudio de Visualizacion (Zarea & Marval, 2004) como una interaccion succion-descarga que es una de las causas de esta fuerte recirculacion.

La recirculacion entre la descarga y la succion del ventilador no se presenta en ventiladores centrifugos normales, ya que al existir una caja espiral, la descarga y la succion quedan aisladas y la recirculacion ocurre en la zona delantera de la voluta.

La velocidad axial sobre el plano izquierdo (zona 1) presentada en la figura 11 muestra la curva correspondiente a z=0.43 con un perfil de velocidad axial adimensional alto en la zona cercana a la descarga del ventilador (r/D₂=0.6) en comparacion con el resto de las curvas.

Figura 11. Velocidad axial adimensional sobre el plano izquierdo (zona 1), parametrizada segun z=ctte.

Las curvas para z=0 y 0.71 representan perfiles de velocidad similares pero con menores velocidades maximas locales que la curva correspondiente a z=0.43. El resultado anterior demuestra la presencia de una corriente de aire que se desplaza desde la descarga del ventilador hacia la succion. Esta zona corresponde, segun la visualizacion, con un area de recirculacion permanente que se manifiesta en el ventilador equipado con rejilla y pedestal.

La figura 12 muestra los perfiles de velocidad axial adimensional sobre el plano derecho (zona 3), evidenciandose que las mayores velocidades axiales se encuentran en la cercania del ventilador.

Figura 12. Velocidad axial adimensional sobre el plano derecho (zona 3) parametrizada segun z=ctte.

La coordenada de parametrizacion z=0 se encuentra dentro del ancho de salida del ventilador. Si se toma en cuenta que b₂/D₂=0.285, las lineas contiguas z=0.43 y superiores se encuentran fuera del ancho del ventilador, mostrando que el maximo del perfil de velocidad axial correspondiente disminuye proporcionalmente con el incremento de z, es decir, al alejarse del ventilador.

La curva V_z(r) correspondiente a z=0 (sobre el eje r) muestra un comportamiento decreciente a medida que se aleja del ventilador (r >), situacion que pone de manifiesto la asimetria radial del flujo de descarga, tendiente mas bien a dirigirse hacia la succion, como se demostro anteriormente.

La velocidad axial aumenta en las curvas correspondientes a z=0.43, 0.71 y 1.36, indicando la presencia de un flujo con mayor componente axial hacia el frente del ventilador, para luego caer precipitadamente hacia las distancias z=2.21 y 2.93.

Los perfiles de velocidad mostrados en la figura 12 sugieren la presencia de un chorro diagonal, que se ve reflejado al comparar las curvas de V_z(r) para z=0 y z=1.36. En efecto, para z=0 el valor maximo de V_z ocurre en la cercania del ventilador, mientras que para z=1.36 el maximo de la velocidad axial esta situado lejos del eje del rotor (≈r=1.8). Para z є¸ (0,1.36) los valores maximos de la velocidad suceden a distancias r є¸ (0.70,1.90).

Los perfiles de velocidad axial V_z(r) adimensional en la zona de succion del ventilador (zona 2), reportados en la figura 13, tienen un comportamiento correspondiente a chorro coaxial con el ventilador, alcanzando los valores maximos sobre el eje del rotor.

Figura 13. Velocidad Axial adimensional sobre la zona 2, parametrizada segun z=ctte.

Para z=0.93 se nota una disminucion progresiva de la velocidad axial, y ademas una asimetria del flujo axial en la zona 2, la cual esta relacionada con los fenomenos de interaccion presentes entre el flujo de succion y el flujo de descarga del ventilador.

Los valores maximos de la velocidad axial senalados en la grafica 13 son mayores del lado derecho que en el lado izquierdo. Esta asimetria se debe a la presencia del pedestal del ventilador que genera una perturbacion en el flujo de descarga, que altera tambien la simetria del flujo de succion reflejado en la grafica 13.

Velocidad tangencial

Los contornos de la velocidad tangencial constante Vq(r,z)=ctte, en el plano izquierdo del ventilador (zona 1), se pueden apreciar en la figura 14. Las velocidades tangenciales mas altas en el rango z є¸(0,200mm), ocurren a la descarga del ventilador.

Figura 14. Contornos de velocidad tangencial adimensional V_θ=ctte en el plano izquierdo del Ventilador (zona 1).

La zona de alta velocidad tangencial antes mencionada esta asociada con la presencia de la recirculacion existente sobre el lado izquierdo del ventilador, por tal razon en esta grafica no se aprecia un chorro que se desarrolle axial y radialmente lejos del ventilador.

La figura 15, donde se presentan las curvas V_θ(r,z)=ctte en la zona 3, confirma lo antes expuesto en la figura 8 acerca de la existencia de un chorro diagonal que se ha denominado cuasi-radial por sus caracteristicas antes visualizadas y ahora medidas. Se aprecia un chorro bien delimitado si se toma como criterio de definicion del alcance la velocidad de 0.5 m/s, teniendo una influencia hasta los 600mm radialmente y 450mm axialmente hacia el frente del ventilador.

Figura 15. Contorno de velocidad tangencial adimensional V_θ=ctte en el plano derecho del Ventilador (zona 3).

El sentido del flujo de aire en el plano izquierdo (zona 1) figura 14 es trigonometrico (+θ), lo que corrobora el caracter ascendente predominante del flujo de descarga, ya antes senalado en la visualizacion con humo, mientras que en la zona 3 (figura 15) el sentido del flujo es horario (-θ), es decir descendente.

Las figuras 16 y 17 presentan resultados de gran importancia para la descripcion de la estructura cinematica del chorro cuasi-radial, concretados en la ubicacion de los valores mayores de la velocidad tangencial a una distancia z=0.3, siendo en la zona 1 V_θmax=0.80 (figura 16), mientras que en la zona 3 V_θmax=1.00 (figura 17).

Figura 16. Velocidad tangencial adimensional sobre el plano derecho (zona 1) parametrizada segun r=ctte.

Figura 17. Velocidad tangencial adimensional sobre el plano izquierdo (zona 3) parametrizada segun r=ctte.

En la zona 1 se nota un decrecimiento monotono en la magnitud de las velocidades tangenciales (figura 16). En la zona 3 se observa un corrimiento del valor maximo local de la velocidad tangencial para cada linea r=ctte (figura 17).

Para la zona 3, a una distancia de 1.7D2 del eje del ventilador existe todavia una velocidad tangencial de 1,44 m/s aproximadamente, valor que es de interes para la ventilacion de espacios cerrados.

Velocidad radial

En la figura 18 se muestran 7 contornos de velocidad radial constante e la zona 1, observandose que la mayor velocidad radial esta justamente en el frente del ventilador sobre los 200mm en el eje z, situacion que indica la presencia de un torbellino causado por el arrastre que el flujo de descarga sufre por efecto de la succion del rotor. Asi se confirma la presencia del fenomeno de recirculacion que se manifiesta en el ventilador centrifugo de descarga libre.

Figura 18. Contornos de velocidad radial Vr=ctte en la zona 1.

La velocidad radial en la region de la grafica 18 comprendida entre z=150-250 mm posee un sentido en el plano derecho, mientras que en la descarga (hasta z=100 mm) el sentido en el plano izquierdo es lo contrario, lo que lleva a inferir la presencia de una estructura de flujo tipo vortice en dicha zona.

La existencia de un chorro cuasi-radial con componente radial en el plano derecho se confirma con lo mostrado en la figura 19, donde se presentan los contornos de la velocidad radial Vr=ctte (zona 3) de un chorro de descarga con caracteristicas similares al encontrado en las graficas homologas de velocidad axial y tangencial.

Figura 19. Contornos de velocidad radial adimensional Vr=ctte en la zona 3.

De la grafica 19 se puede inferir la presencia del chorro cuasi- radial delimitado con una velocidad de 1.2 m/s, aunque en zonas mas alejadas, como la comprendida entre z=300- 400 mm y r=500-600 mm, se presentan velocidades superiores que llegan hasta los 2 m/s.

Los perfiles de la velocidad radial de la zona 1 (figura 20) muestran un comportamiento similar entre si, apreciandose que el maximo local de la velocidad radial de los perfiles se ubican sobre z=0.8. Los valores de la velocidad radial para esta zona son inferiores a los mostrados para la velocidad radial en la zona 3 (figura 21).

Figura 20. Velocidad radial adimensional vs. Z sobre la zona 1, parametrizada segun r=ctte.

Figura 21. Velocidad radial adimensional vs. Z en la zona 3, parametrizada segun r=ctte.

El maximo de la velocidad radial adimensional igual 0.45 (figura 20) se ubico sobre la curva correspondiente a r=0.79 y equivale a 2.25 m/s para la velocidad absoluta.

Las curvas de la figura 21 ponen en evidencia un comportamiento peculiar del flujo que consiste en el corrimiento del maximo local de la velocidad radial por perfil de velocidad, este desplazamiento va de derecha a izquierda, o con respecto al ventilador, va desde las cercanias de la descarga del ventilador alejandose radialmente de este.

El hecho antes descrito coincide con la posicion del chorro visualizado en la figura 19, confirmando la presencia de un chorro cuasi-radial, al mantenerse el maximo local de la velocidad radial sobre una linea diagonal que pasa por el centro del ventilador.

El maximo de la velocidad radial encontrado radialmente correspondio a 5.0 m/s, el cual represento la mayor velocidad registrada en todo el proceso de medicion.

En la figura 22 se puede apreciar una representacion tridimensional de la velocidad tangencial en la zona 3, visualizandose el chorro cuasi-radial, dirigido segun la diagonal de la zona 3.

Figura 22. Representacion 3-D de la velocidad tangencial en el plano derecho (zona 3).

El mayor valor de las velocidades se registro en la componente radial sobre el plano derecho, llegando a ser de hasta 5 m/s.

CONCLUSIONES

El estudio experimental realizado permite formular las siguientes conclusiones:

Las graficas bidimensionales de cada una de las tres componentes de la velocidad permitieron cuantificar e ilustrar el comportamiento del flujo alrededor del ventilador estudiado.

Las curvas de isovelocidad ofrecen informacion adicional sobre la distribucion tridimensional de las velocidades y ayudan en la definicion de la estructura cinematica de los flujos analizados.

Existencia de un chorro cuasi-radial de caracter tridimensional del lado derecho del ventilador centrifugo de confort.

Presencia marcada de un torbellino en el lado izquierdo, por motivo de la recirculacion entre la descarga y la succion del rotor del ventilador.

El perfil de la velocidad axial a la succion es aproximadamente simetrico.

El chorro cuasi-radial de descarga tiene un marcado caracter rotacional.

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