Perfiles de velocidad alrededor de un ventilador centrifugo de confort

STEFAN ZAREA ¹, JUAN PEDRO MARVAL ²

¹ Departamento de Conversión y Transporte de Energía, Universidad Simón Bolívar. Caracas, Venezuela. A.P.89.000. szarea@usb.ve

² Departamento de Energética. Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Punto Fijo, Edo. Falcón, 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 centrífugo sin carcasa fueron medidas con un anemómetro de hilo caliente, en condiciones controladas. El ventilador centrífugo de confort provisto de rejilla de protección 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 simétricamente por el eje. Los resultados se presentaron en 13 gráficos, en dos formas: curvas de velocidad adimensionales en función de la distancia adimensional respecto del ventilador y curvas de isovelocidad. El perfil de velocidad axial a la succión es aproximadamente simétrico respecto del eje del ventilador. Las velocidades radiales y tangenciales son del mismo orden de magnitud. Se cuantificaron los parámetros que caracterizan el chorro cuasi-radial de descarga y el flujo de succión.

Palabras clave: Perfiles de velocidad, Flujo giratorio, Ventilador centrífugo, Anemómetro, 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

INTRODUCCIÓN

La determinación del campo de velocidades alrededor de un ventilador centrífugo de confort es útil para evaluar el efecto del control de la temperatura en los recintos habitados. El flujo de succión en un ventilador centrífugo de confort es cuasi-axialsimétrico y es sometido a la influencia del flujo dedescarga. La componente tangencial de la velocidad en elflujo de descarga es relativamente grande. Las condicionesde contorno y el movimiento giratorio global que imprime elflujo de descarga en el aire circundante, generan torbellinoslocales y una asimetría en la distribución de las velocidades tal como se ha puesto en evidencia en estudios cualitativos de visualización (Zarea y Marval, 2004).

El objetivo del presente trabajo consistió en mostrar losresultados de una investigación experimental consagrada a la medición de los campos de velocidades en el flujo desucción y descarga del ventilador de confort R4E280 fabricado por la empresa Alemana Ziehl.

Para tal fin se realizó un montaje experimental que permitiómedir, con la ayuda de un anemómetro de hilo caliente las tres componentes: axial, radial y tangencial de la velocidaden un plano horizontal que pasa por el eje del ventilador.Debido a la expansión radial del chorro de descarga la dimensióndel área de succión y medición de las velocidadesen sentido de expulsión del aire, es 2,5 veces más grandeque la correspondiente a la dirección axial.

Los resultados de las mediciones se han resumido en 13 graficas, en dos clases de curvas que representan la distribuciónde las velocidades en un sistema de coordenadas cilíndricas. También 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 análisis cualitativo previo al estudio de visualización del flujo en el exterior del ventilador centrífugo de confort evaluado.

ANTECEDENTES

Las mediciones de los campos de velocidades relativas o absolutas en ventiladores centrífugos con carcasa espiral han sido temas de estudio experimental desde hace variasdécadas, utilizándose anemómetros de hilo caliente (Howardy Lennmann, 1971; Kjörk y Löfdahl, 1989) y másrecientemente con anemómetros láser (Powell et al. 1981; Hessami Azizi et al. 2005).

Los ventiladores centrífugos sin carcasa espiral han sidopoco estudiados excepto los trabajos para determinar eldesarrollo de la capa límite sobre los alabes (Litval y Preszler,1969) y la distribución de velocidades a la salida de un rotorcentrífugo (Howard et al., 1971; Raj y Swin, 1981; Petersson et al., 1996; Velarde-Suarez et al., 2001).

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

MONTAJE EXPERIMENTAL

El estudio experimental del flujo, en el exterior del ventiladorde confort R4E280, se realizó ubicando el ventilador, provistode sus rejillas de protección y el pedestal, en una habitacióncon un área de 20 m2. En el piso del recinto, en la zonacentral, se delimitó un área de 2000x820 mm, en la cual serealizó 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 centrífugo de confort, 2) mesa soporte para elventilador centrífugo, 3) anemómetro digital de hilo caliente,4) trípode para cámaras fotográficas, 5) arreglo decoordenadas equidistante marcadas en el piso (mallado), 6)nylon y plomada cónica, 7) computadora personal paraadquisición de datos (no aparece en la figura 1). La mesaque sirvió de soporte tenia una altura de 1.100 mm respecto al piso y ocupaba un área de 400 x 1.400 mm.

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

La sonda de medición del anemómetro fue colocada sobreun trípode, sujeto a través de un dispositivo diseñado para tal fin. En la figura 2 se presenta el dispositivo de sujeción de la sonda del anemómetro, ubicada en la posición de medición de la componente tangencial de la velocidad del flujo.

Figura 2. Vista lateral del montaje experimental. Detalle de la sonda de medición y del dispositivo de sujeción.

La sonda tiene un diámetro de 8 mm y una longitud de 235 mm. En la punta del cilindro hay dos perforacionesperpendiculares al eje del mismo, en las cuales se ubican elfilamento de medición de velocidad y el dispositivo de medición de temperatura.

El agarre entre el dispositivo de sujeción y la sonda se realizó con cuatro tornillos (figuras 2 y 3). Este dispositivo permitió sujetar la sonda de medición y alinearla con respecto al piso y al eje del ventilador, además de nivelarlo horizontalmente.

Figura 3. Vista superior del conjunto anemómetro y trípode. Detalle del visor del anemómetro.

La posición relativa del trípode con respecto al mallado realizado en el piso, se controló con la ayuda de una plomada cónica suspendida desde la parte central del trípode (figura 4).

Figura 4. Detalle de la plomada cónica y su ubicación con respecto a la cuadricula del piso.

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

Figura 5. Esquema de ubicación del plano de medición. Vista posterior y de planta.

El origen de las coordenadas está situado en la corona interior del ventilador estudiado sobre el eje del mismo, por lo que para calcular la coordenada de medición, con respecto al sistema de referencia, se midió la distancia entre el centro del trípode y el filamento de la sonda. De esta manera hasido posible determinar con precisión las coordenadas de la sonda con respecto al origen.

METODOLOGÍA DE MEDICIÓN

Las mediciones han requerido de una sucesión de operaciones correspondientes al objetivo principal de laexploración del campo de velocidades en el flujo de succióny de descarga del ventilador centrífugo de confort R4E280. Se fijaba la sonda del anemómetro en el trípode según lacomponente de la velocidad que se deseaba medir. Luego se posicionaba el trípode sobre el mallado de manera que la plomada cónica coincidiera con el punto de medición requerido.

Se encendía el ventilador y se esperaba aproximadamente10 segundos para que el flujo de aire se estabilizara. Seencendía el anemómetro digital seleccionando el rango adecuado de velocidad. En cada punto se registraron 10 valores sucesivos de la velocidad indicada por el anemómetro. El procedimiento se repitió para todos lospuntos de la cuadricula trazada en el piso de la habitación, es decir en puntos situados a 20 mm uno del otro.

Las mediciones se realizaron en 4.000 puntos y se obtuvieron más de 100.000 registros de velocidad. El rango de mediciónse seleccionó según la velocidad del aire registrada por elanemómetro. En las cercanías del ventilador se utilizó elrango de velocidad 0-7 m/s, mientras que en las zonas dondela velocidad descendió por debajo de 3 m/s se utilizó el rango entre 0 y 3 m/s. En ambos casos se registraronvelocidades con dos dígitos de precisión.

Para el registro de la información suministrada por el anemómetro se utilizó una computadora personal, en la cual se introdujeron los datos y luego se promediaron 10 valorescontinuos de la velocidad en un tiempo aproximado de 5 segundos por cada punto de medición.

Las mediciones de las tres componentes de la velocidad nose realizaron simultáneamente, debido a la limitación delanemómetro que permite medir sólo una componente de la velocidad según se ubicara la sonda. Se midieron las componentes de la velocidad por separado, realizando barridos sobre la cuadrícula al desplazar el trípode en una sola posición de la sonda de medición del anemómetro, permitiendo medir una sola componente por barrido.

ERRORES DE MEDICIÓN

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

- Ubicación y orientación del anemómetro de hilo caliente, 4%,

- Ubicación del trípode y la identificación del punto de medición, 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 gráficas que representan los datos obtenidos de la medición. Un primer grupo de 7 gráficas consistió en representar las velocidades como curvasbidimensionales parametrizadas, mientras que el otro grupocorrespondió a 6 gráficas de contorno de velocidad constante.

En la figura 6 se presenta un esquema explicativo de lasgráficas parametrizadas. En el primer cuadrante se muestra un chorro casi-radial en la descarga del ventilador apreciándose los perfiles genéricos de velocidades axial y radial, además se indican las líneas de parametrización: r=ctte y z=ctte.

Figura 6. Esquema explicativo para gráficas parametrizadas. apreciándose los perfiles genéricos de velocidades axial y radial, además se indican las líneas de parametrización: r=ctte y z=ctte.

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 también curvas parametrizadas.

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

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

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

La zona 2, simétrica respecto al eje del rotor, abarca en el plano de medición una franja de ancho igual al diámetroexterior del rotor: la mitad de esta zona está situada en elprimer cuadrante y la otra en el segundo cuadrante del sistema de coordenadas utilizado.

La zona 2 fue utilizada para la presentación de las gráficas parametrizadas con líneas r=constante, mostrando los perfiles de velocidad axial que se generan en el flujo de acceso por acción de la succión del ventilador centrífugo de confort R4E280.

Las gráficas parametrizadas se realizaron en el programa Grapher 1.3, aproximándose los datos con el método«spline». Esta aproximación tiene la peculiaridad que la curva ajustada pasa suavemente por todos los puntos, independientemente del espaciado y del factor de tensión que se utiliza en la aplicación del «spline».

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

Cabe señalar que se tomo el diámetro externo del rotor del ventilador para calcular los valores adimensionales de todala geometría 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 velocidadadimensional se obtuvieron dividiendo los valores localesdimensionales por el valor máximo que alcanzó cada una de estas magnitudes:

Las gráficas de contorno de velocidad constante fueron realizadas utilizando el código Surfer 6.04, que permitióprocesar los datos con tres coordenadas generandosuperficies tridimensionales. El ajuste implementado sobre los datos de velocidad fue procesado por el método «Kriging» de mallado geoestadístico.

En la figura 8 se muestra un esquema cualitativo de las corrientes de flujos esperados en los alrededores delventilador centrífugo de confort. En la zona 1 se señala un flujo de descarga que es succionado inmediatamente por el rotor y en la zona 3 un flujo que es parcialmente succionadoconservando un desarrollo radial-axial significativo. En la zona 2 se espera un flujo axial hacia la succión 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 medición de los campos de velocidad arroj resultados que confirmaron la presencia de las estructuras de flujodescritas en el estudio de visualización (Marval, 1999), comola interacción succión-descarga en el ventilador que origina la presencia de un chorro cuasi-radial rotatorio.

La figura 9 representa esquemáticamente un resultado genérico clásico, donde el perfil de velocidad actual en el flujo de succión no perturbado, se asemeja a una parábola con un máximo de la velocidad sobre el eje z, característico de un flujo axial simétrico, situación que se manifiesta solamente parcialmente a una distancia z relativamentegrande en el ventilador en estudio. A continuación sepresentan las gráficas correspondientes a las medicionesde la componente axial de la velocidad sobre el ventilador centrífugo.

Figura 9. Perfiles genéricos de la velocidad axial en el flujo de succión no perturbado de un ventilador centrífugo (zona 2). 

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

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

El anemómetro de hilo caliente al igual que la mayoría de los aparatos de medición existentes en la actualidad, excepto los anemómetros de cabeza esférica con cinco tomas, no pueden medir el sentido de las componentes de la velocidad,sólo miden la magnitud del vector de velocidad en ladirección que se desee. En consecuencia resulta útilrepresentar los datos obtenidos a través de contornos donde la velocidad es constante, con lo cual el sentido de la velocidad no tiene importancia. Se conoce el sentido de lavelocidad de la corriente global, pero no localmente en las zonas donde existen torbellinos.

Como se puede apreciar en la figura 10 la zona más oscura corresponde a las velocidades mas altas, llegándose a registrar velocidades axiales de hasta 4.96 m/s aproximadamente. Resulta resaltante la asimetría 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 pequeño en comparación con la penetración del chorro por el plano derecho (zona 3).

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

Asumiendo una velocidad de delimitación del chorro de un 0,5 m/s (aprox. 0.1 adimensional), se puede identificar éstecon un ancho promedio aproximado de 35 cm a la descargadel ventilador, medido perpendicularmente sobre la direccióndiagonal 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,apreciándose que el flujo en las cercanías del ventiladorposee 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 efectode pared que ejerce la base y la mesa donde esta el ventilador,ocasionan que el chorro de aire tenga la tendencia adesarrollarse en el plano derecho. El alcance axial en el planoderecho es de más de 56 cm aproximadamente, considerandouna velocidad mínima de perturbación del aire circundante de 0,5 m/s como criterio de definición del alcance.

El fenómeno ocurrido en el plano izquierdo (zona 1) muestrala existencia de un flujo descargado por el ventilador que esarrastrado inmediatamente hacia la succión, sin posibilidades de desarrollarse y expandirse como el chorro ubicado sobreel plano derecho. El fenómeno antes mencionado fuevisualizado y explicado en el estudio de Visualización (Zarea,Marval, 2004) como una interacción succión-descarga que es una de las causas de esta fuerte recirculación.

La recirculación entre la descarga y la succión del ventilador no se presenta en ventiladores centrífugos normales, ya que al existir una caja espiral, la descarga y la succión quedanaisladas y la recirculación 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 correspondientea z=0.43 con un perfil de velocidad axial adimensional altoen la zona cercana a la descarga del ventilador (r/D2=0.6) en comparación con el resto de las curvas

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

Las curvas para z=0 y 0.71 representan perfiles de velocidad similares pero con menores velocidades máximas 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 succión. Esta zona corresponde, según la visualización, con un área de recirculación permanente que se manifiesta en el ventilador equipado con rejilla y pedestal.

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

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

La coordenada de parametrización z=0 se encuentra dentro del ancho de salida del ventilador. Si se toma en cuenta que b₂/D₂=0.285, las líneas contiguas z=0.43 y superiores se encuentran fuera del ancho del ventilador, mostrando queel máximo 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 delventilador (r>), situación que pone de manifiesto la asimetríaradial del flujo de descarga, tendiente mas bien a dirigirsehacia la succión, como se demostró anteriormente.

La velocidad axial aumenta en las curvas correspondientesa z=0.43, 0.71 y 1.36, indicando la presencia de un flujo conmayor componente axial hacia el frente del ventilador, paraluego 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 máximo de V_z ocurre en la cercanía delventilador, mientras que para z=1.36 el máximo de la velocidad axial está situado lejos del eje del rotor (≈r=1.8). Para zЄ (0,1.36) los valores máximos de la velocidad suceden a distancias rЄ (0.70,1.90).

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

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

Para z=0.93 se nota una disminución progresiva de la velocidad axial, y además una asimetría del flujo axial en la zona 2, la cual está relacionada con los fenómenos de interacción presentes entre el flujo de succión y el flujo de descarga del ventilador.

Los valores máximos de la velocidad axial señalados en la gráfica 13 son mayores del lado derecho que en el lado izquierdo. Esta asimetría se debe a la presencia del pedestal del ventilador que genera una perturbación en el flujo de descarga, que altera también la simetría del flujo de succión reflejado en la gráfica 13.

Velocidad tangencial

Los contornos de la velocidad tangencial constante V_q(r,z)=ctte, en el plano izquierdo del ventilador (zona 1), sepueden apreciar en la figura 14. Las velocidades tangencialesmás altas en el rango zЄ (0,200mm), ocurren a la descarga del ventilador.

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

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

La figura 15, donde se presentan las curvas Vθ(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 denominadocuasi-radial por sus características antes visualizadas y ahora medidas. Se aprecia un chorro bien delimitado si se tomacomo criterio de definición 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 Vθ=ctte en el plano derecho del Ventilador (zona 3).

El sentido del flujo de aire en el plano izquierdo (zona 1) figura 14 es trigonométrico (+θ), lo que corrobora el carácterascendente predominante del flujo de descarga, ya antes señalado en la visualización 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 descripción de la estructura cinemática del chorrocuasi-radial, concretados en la ubicación de los valoresmayores 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 según r=ctte.

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

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

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

Velocidad radial

En la figura 18 se muestran 7 contornos de velocidad radial constante e la zona 1, observándose que la mayor velocidad radial está justamente en el frente del ventilador sobre los 200mm en el eje z, situación que indica la presencia de un torbellino causado por el arrastre que el flujo de descarga sufre por efecto de la succión del rotor. Así se confirma lapresencia del fenómeno de recirculación que se manifiesta en el ventilador centrífugo de descarga libre.

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

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

Los perfiles de la velocidad radial de la zona 1 (figura 20) muestran un comportamiento similar entre sí, apreciándoseque el máximo local de la velocidad radial de los perfiles seubican sobre z=0.8. Los valores de la velocidad radial paraesta 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 según r=ctte.

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

La velocidad radial en la región de la gráfica 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 enel plano izquierdo es lo contrario, lo que lleva a inferir lapresencia de una estructura de flujo tipo vórtice 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 velocidadradial Vr=ctte (zona 3) de un chorro de descarga concaracterísticas similares al encontrado en las gráficas homólogas de velocidad axial y tangencial.

De la gráfica 19 se puede inferir la presencia del chorro cuasi- radial delimitado con una velocidad de 1.2 m/s, aunqueen zonas más 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 sí, apreciándose que el máximo local de la velocidad radial de los perfiles se ubican sobre z=0.8. Los valores de la velocidad radial paraesta zona son inferiores a los mostrados para la velocidad radial en la zona 3 (figura 21).

El máximo de la velocidad radial adimensional igual 0.45(figura 20) se ubicó 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 elcorrimiento del máximo local de la velocidad radial por perfilde velocidad, este desplazamiento va de derecha a izquierda,o con respecto al ventilador, va desde las cercanías de la descarga del ventilador alejándose radialmente de éste.

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

El máximo de la velocidad radial encontrado radialmente correspondió a 5.0 m/s, el cual representó la mayor velocidad registrada en todo el proceso de medición.

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

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

El mayor valor de las velocidades se registró 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 información adicionalsobre la distribución tridimensional de las velocidades y ayudan en la definición de la estructura cinemática de los flujos analizados.

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

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

El perfil de la velocidad axial a la succión es aproximadamente simétrico.

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

REFERENCIAS

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