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Maquinas Termicas

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UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PEREIRA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICACIENCIAS TRMICAS

MQUINAS TRMICAS

SELECCIN DEL MOTOR Y DISEO DE EJE PARA VENTILADOR DISEADO A PARTIR DEL CATLOGO BARRY SERIES 7000 AIRFOIL FAN, N. 7330

Juan Sebastin MartnezJuan Carlos PradillaJeison Alejandro Moreno

15 de Mayo de 2015INTRODUCCIN

Se denomina transmisin mecnica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o ms elementos dentro de una mquina. En gran mayora de los casos, estas transmisiones se realizan a travs de elementos rotantes, ya que la transmisin de energa por rotacin ocupa mucho menos espacio que aquella por translacin.

Una transmisin mecnica es una forma de intercambiar energa mecnica distinta a las transmisiones neumticas o hidrulicas, ya que para ejercer su funcin emplea el movimiento de cuerpos slidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisin. Tpicamente, la transmisin cambia la velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocia habitualmente las transmisiones como los automviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ngulos rectos en molinos de viento o agua y mquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevacin.

En general, las transmisiones reducen una rotacin inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad ms baja con par de giro ms alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayora de las relaciones se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro, sin embargo, las relaciones ms altas pueden ser sobre marcha que aumentan la velocidad de salida.

1. Los datos iniciales para nuestro clculo son:Diseo de transmisin de potencia, seleccin de motor y diseo de eje para un ventilador centrifugo operando a :Velocidad: 488 RPMPotencia Mquina: 1,79 HPCaudal: 10143 cfmSp: 7/8 0,783 Jornadas de trabajo de 7 horas cada una, el accionamiento durar 17 aos.Dentro de las disposiciones mostradas en clase se elige la disposicion NUMERO 9 para el motor y la transmisin. Se calculara con una transmisin por correa la cual es apta para altas velocidades.Todos los clculos se realizan a la altura sobre el nivel del mar.

: Eficiencia del accionamiento:: Correccin por efectos de ventilacin delmotor:

De la tabla 1 segn Ocampo los valores medios de rendimiento de diferentes transmisiones sin tener en cuenta las prdidas en los apoyos: Tabla 1.Tipo de transmisinEn bao de aceiteAbierta

Dentada con ruedas cilndricas0,95 a 0,980,92 a 0,94

Dentada con ruedas cnicas0,94 a 0,970,91 a 0,93

Por cadena0,95 a 0,970,90 a 0,93

Por correa0,95 a 0,96

Por friccon0,90 a 0,960,75 a 0,88

La tabla 2 muestra las diferentes eficiencias para la diferencia de alturas y temperaturas, tomada del catlogo SIEMENS.

Tabla 2. Diferentes eficiencias para la diferencia de alturas.

2. Clculo de la frecuencia de giro del motor y distribucin de la relacin de transmisin.

2.1 Clculo de frecuencia de giro del motor

De la Tabla 3 valores recomendados de la relacin de transmisin.

Se elige transmisin por correa trapezoidal (2-4).

La frecuencia de giro dada multiplicado por la relacin de trasmisin inferior a la izquierda y entre la superior a la derecha, dando como resultado un rango para la seleccin del motor.

Para determinar la velocidad de rotacin del motor, se busca que este dentro de los rangos especificados, se elige 1200 rpm, aunque tambin podra ser 1800.Para un valor de 1200 rpm, con este dato vamos a la Tabla de MOTORES TRIFSICOS DE USO SEVERO. (Anexado 1 al final).1200 60 hz- Pot: 2 Hp 1014 rpm reales-nominales. Motor a 220 V3. Distribucin de la relacin de transmisin

Los rboles giran a una velocidad determinada vindose afectada por la relacin de transmisin siendo este un eje conectado el ventilador en un lado y al otro a la polea:

4. Clculo de los pares torsores de los rboles.

Para un rbol de seccin transversal circular al cual se gira a determinada velocidad angular N [rps] y recibe potencia P [watts], se conoce que el par de torsin es:

5. Clculo dimetros previo del rbol:

La ecuacin para el esfuerzo cortante mximo que soporta un rbol de seccin transversal circular es: , de esta expresin se concluye:

Para el esfuerzo admisible se seguir la recomendacin propuesta [OCAMPO]:

Tabla 4. Dimetros estndares para ejes en mm.De VALORES ESTANDAR PARA DIMETROS DE EJES EN mm deben redondearse a los siguientes valores : 10, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 60, 63, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 220, 240, 260, 280, 300.Las medidas de los dimetros interiores de las pistas internas de los rodamientos (equivalente al dimetro del eje o rbol) son:Rodamientos rgidos de bolas con una hilera: 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 17, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400,

420, 440, 460, 480, 500, 530, 560, 600, 670, 750, 850.

Los dimetros se deben incrementar 5 mm donde se colocaran los apoyos y 5mm ms donde se ubicaran los elementos de transmisin de potencia.

DIMETROAPOYOELEMENTO

16 mm21 mm26 mm

6. Clculo de transmisin por correas.

Se considera tipo de correa trapezoidal.

a. Potencia de diseo.

(6) Del anexo 2 Coeficiente de servicio Ks.Con este dato vamos a la Grfica Tabla 2. Y ubicamos el tipo de banda. Con la potencia 2,4 Hp Y 1014 RPM.

Grfica 1. Seleccin de correa Fuente [1]

Banda tipo A.

Ya que se tiene la banda se procede a hallar los dimetros de las poleas. De la TABLA 5. Anexo 3 Dimetros mnimos recomendado de las poleas en mm para correas en V. Se obtiene el dato de dimetro recomendado para polea de en el catlogo correas MARTIN. Banda tipo A. Despejamos En el catlogo no esta este valor se elige el ms cercano superior, ya que mayor el dimetro de la polea la correa durara ms

. Relacin de transmisin corregida:

A. Velocidad perifrica de la correa.

(8)

B. Distancia entre centros (Preliminar).

C. Longitud de la correa (Preliminar) (10)

Segn teora la circunferencia primitiva de correas convencionales seDetermina sumando a la longitud interior de la correa en este caso, En el Anexo 4. Para correa tipo A encontramos la longitud primitiva el dato correspondiente a N 31.

D. Clculo de la distancia entre centros precisa.

E. Potencia nominal de la correa.

(12)

De la Tabla 7 Anexo 4 . Coeficientes a, b y c. Para correa tipo A. Potencia en Cv. Velocidad en m/min =242,4 Dimetro en cm = 7,62 cm

De la Tabla 8 Anexo 4. Coeficiente del dimetro. Con esta relacin entre1, 815 y 2,948 se tiene .

F. Potencia nominal de la correa corregida.

(13)

De la tabla 9. Anexo 5 coeficiente . Con Interpolo entre 0.30 y 0.40 para correa en v-plana dando como resultado:

De la tabla 10. Anexo 6 coeficientes . Se halla interpolando en la columna Longitud nominal entre 31 ya que se obtuvo una correa de 31 in, para obtener en la columna clase de correa A el valor requerido. Dando como resultado:

G. Nmero de correas.

(14)

H. ngulo de abrazamiento.

(15)

I. Fuerza lados tirantes y flojos sobre el rbol.Formula de Euler.

Del Anexo 7. Valores medios del coeficiente de rozamiento entre la correa y la llanta de la polea. Con correa encauchotada y polea en fundicin o acero.

De la Tabla 11 Anexo 6 Relacin , con el ngulo de contacto o abrazamiento hallado interpolamos entre 145 y 150. As, para:

Se tiene Entonces: (a). (b).

(c)Reemplazando a en c y luego b en c se obtienen los valores de las fuerzas por estos dos mtodos.

Elijo la menor:

J. Fuerzas sobre los rboles que soportan las poleas.

Nos dirigimos al catlogo MARTIN STROKE ANEXO 3, all ubicamos para el dimetro correspondiente el cdigo que lo identifica, y el peso sin buje de la polea QD. Datos para la polea de 4 ranuras.

N de partePESO SIN BUJE300 SH1,9 lb

N de partePESO SIN BUJE600 SK7,5 lb

De la Tabla Bujes QD estndar Martin. Buscamos un buje para el dimetro de 3 in segn la polea SH para la correa y para el caso de la polea de dimetro 6 in la referencia SK. Hechos en acero.

(17)

7. CONCLUSIONES.

Al realizar el proceso de diseo de la transmisin de potencia basados en procesos previamente estudiados pudimos suplir la necesidad en revoluciones del ventilador a partir de la seleccin de un motor de catlogo. Al proponer la transmisin de banda como nuestra forma de transmisin de potencia se puede determinar que es la ms acertada ya que esta cumple con todos los parmetros necesarios sin exceder la complejidad del montaje. Es importante calcular la potencia corregida ya que esta tiene en cuenta factores climticos (temperatura) y geogrficos (altitud) y muestra el valor de potencia que el motor podra dar, en consecuencia brinda un parmetro para la seleccin de elementos de proteccin pues estos ltimos tambin se ven afectados por los factores antes mencionados.

8. BLIBLIOGRAFA

[1] OCAMPO, Luis Hernando (1993