MIERNICTWO I BADANIE MASZYN

ĆWICZENIE NR 3

Temat: Pomiar wentylatora.

Grupa:

1. Alicja Pawlak

2. Małgorzata Socha

3. Klaudia Roszak

4. Michał Górak

5. Daria Balicka

6. Jarek Wesołowski

1. Cel pomiarów:

Celem przeprowadzonych pomiarów było wyznaczenie charakterystyki pracy wentylatora, do której należą: wydajność objętościowa, spiętrzenie statyczne, spiętrzenie całkowite, moc doprowadzona i moc użyteczna oraz sprawność całkowita wentylatora. Uzyskane pomiary i wyniki mają na celu stworzenie charakterystyki wentylatora.

1. Opis przebiegu eksperymentu:

Doświadczenie zostało wykonane dla trzech różnych ustawień przesłony stożkowej oraz różnych prędkości obrotowych z zakresu od $2600\frac{\text{obr}}{\min}$ do $800\frac{\text{obr}}{\min}$. Na początku pomiarów nastawiono przesłonę stożkową na ustawienie pierwsze i nastawiono na maksymalne obroty. Dla ustabilizowanego przepływu odczytano parametry: napięcia, natężenia, temperatur przed i za wentylatorem, oraz wysokości spadku ciśnień oraz wysokości podciśnienia. Całość pomiarów wykonano sześciokrotnie dla pierwszego ustawienia przesłony. Pomiary były wykonywane co $400\frac{\text{obr}}{\min}$, za wyjątkiem ostatniego wykonanego po pomniejszeniu obrotów o $200\frac{\text{obr}}{\min}$. Wszystkie czynności zostały powtórzone dla dwóch kolejnych ustawień przesłony stożkowej.

1. Tabele pomiarowe:

Tabela 1. Pomiary dla pierwszego ustawienia przesłony stożkowej

Lp.	n	U	I	hz	hz	h1	hs
	$$\frac{\mathbf{\text{obr}}}{\mathbf{\min}}$$	V	A	mm H2O	mm H2O	mm H2O	mm H2O
1.	2600	180	22	156	22	170	170
2.	2200	150	11,5	112	15	122	123
3.	1800	125	12	76	10	83	85
4.	1400	100	8,5	46	6	50	49
5.	1000	70	5	25	4	26	27
6.	800	55	2,5	16	3	17	18

Tabela 2. Pomiary dla drugiego ustawienia przesłony

Lp.	n	U	I	hz	hz	h1	hs
	$$\frac{\mathbf{\text{obr}}}{\mathbf{\min}}$$	V	A	mm H2O	mm H2O	mm H2O	mm H2O
1.	2600	175	22	72	96	131	133
2.	2200	150	20	50	69	92	93
3.	1800	125	15	36	48	65	65
4.	1400	100	10	24	29	44	40
5.	1000	80	5,5	14	9	22	22
6.	800	55	5	13	10	15	14

Tabela 3. Pomiary dla trzeciego ustawienia przesłony

Lp.	n	U	I	hz	hz	h1	hs
	$$\frac{\mathbf{\text{obr}}}{\mathbf{\min}}$$	V	A	mm H2O	mm H2O	mm H2O	mm H2O
1.	2600	170	26	25	132	105	106
2.	2200	150	25	19	98	77	80
3.	1800	125	15	15	66	53	54
4.	1400	100	10	10	40	32	33
5.	1000	70	5,5	6	22	18	13
6.	800	55	5	4	13	12	13

Tabela 4. Pomiary temperatur

Lp.	I ustawienie przesłony	II ustawienie przesłony	III ustawienie przesłony
	t1	t2	t1
1.	24	21,8	24
2.		23,2
3.		22,9
4.		22,5
5.		22,3
6.		22,2

Tabela 5. Potrzebne dane metrologiczne

pot	φ	pn	ρH2O
hPa	%	Pa	$$\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$
1013	68,4	2337	998,2

1. Schemat układu pomiarowego:

1. Przykłady obliczeń:

Ciśnienie bezwzględne w rurociągu ssącym:

p_z = p_ot − ρ_H2O • g • h_z = 101300 − 998, 2 • 9, 81 • 0, 156 = 99772 Pa

Stopień zawilżenia powietrza w rurociągu wlotowym:

$$X = 0,622\frac{\frac{\varphi}{100}{\bullet p}_{n}}{p_{z} - \frac{\varphi}{100} \bullet p_{n}} = 0,622\frac{\frac{68,4}{100} \bullet 2337}{99772 - \frac{68,4}{100} \bullet 2337} = 0,0101$$

Gęstość powietrza w rurociągu ssącym:

$$\rho_{z} = \frac{p_{z} \bullet (1 + X)}{\left( 287,04 + 461,5 \bullet X \right) \bullet (t_{p} + 273)} = \frac{99772 \bullet (1 + 0,0101)}{\left( 287,04 + 461,5 \bullet 0,0101 \right) \bullet (24 + 273)} = 1,16\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

Ciśnienie różnicowe na kryzie:

p_z = (ρ_H2O−ρ_z) • g • h_z = (998,2−1,16) • 9, 81 • 0, 022 = 215, 2 Pa

Strumień objętości powietrza przepływający przez kryzę:

$$q_{\text{vz}} = \frac{C}{\sqrt{1 - \beta^{4}}} \bullet \varepsilon \bullet A_{k}\sqrt{\frac{2 \bullet p_{z}}{\rho_{z}}} = \frac{0,595}{\sqrt{1 - {0,728}^{4}}} \bullet 0,993 \bullet \frac{\pi \bullet {0,2248}^{2}}{4}\sqrt{\frac{2 \bullet 215,2}{1,16}} = 0,533\ \frac{m^{3}}{s}$$

gdzie:

C = 0, 595

ε = 0, 993

$$\beta = \frac{d_{k}}{D} = 0,728$$

Ciśnienie bezwzględne na wlocie do wentylatora:

p₁ = p_ot − ρ_H2O • g • h₁ = 101300 − 998, 2 • 9, 81 • 0, 170 = 99635 Pa

Stopień zwilżenia powietrza na wlocie do wentylatora:

$$X_{1} = 0,622\frac{\frac{\varphi}{100}{\bullet p}_{n}}{p_{1} - \frac{\varphi}{100} \bullet p_{n}} = 0,622\frac{\frac{68,4}{100} \bullet 2337}{99635 - \frac{68,4}{100} \bullet 2337} = 0,0101$$

Gęstość powietrza na wlocie do wentylatora:

$$\rho_{1} = \frac{p_{1} \bullet (1 + X_{1})}{\left( 287,04 + 461,5 \bullet X_{1} \right) \bullet (t_{p} + 273)} = \frac{99635 \bullet (1 + 0,0101)}{\left( 287,04 + 461,5 \bullet 0,0101 \right) \bullet (24 + 273)} = 1,16\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

Strumień objętości powietrza na wlocie do wentylatora:

$$q_{v1} = \frac{q_{\text{vz}} \bullet \rho_{z}}{\rho_{1}} = \frac{0,533 \bullet 1,16}{1,16} = 0,533\frac{m^{3}}{s}$$

Spiętrzenie statyczne wentylatora:

p_s = (ρ_H2O−ρ_z) • g • h_s = (998,2−1,16) • 9, 81 • 0, 170 = 1662, 8 Pa

Ciśnienie bezwzględne powietrza na wylocie z wentylatora:

p₂ = p₁ + p_s = 101297, 8 Pa

Stopień zawilżenia na wylocie z wentylatora:

$$X_{2} = 0,622\frac{\frac{\varphi}{100}{\bullet p}_{n}}{p_{2} - \frac{\varphi}{100} \bullet p_{n}} = 0,622\frac{\frac{68,4}{100} \bullet 2337}{101297,8 - \frac{68,4}{100} \bullet 2337} = 0,00997$$

Gęstość powietrza na wylocie z wentylatora:

$$\rho_{2} = \frac{p_{2} \bullet (1 + X_{2})}{\left( 287,04 + 461,5 \bullet X_{2} \right) \bullet (t_{p} + 273)} = \frac{101297,8 \bullet (1 + 0,00997)}{\left( 287,04 + 461,5 \bullet 0,00997 \right) \bullet (24 + 273)} = 1,18\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

Strumień objętości na wylocie z wentylatora:

$$q_{v2} = \frac{q_{v1} \bullet \rho_{1}}{\rho_{2}} = \frac{0,533 \bullet 1,16}{1,18} = 0,524\frac{m^{3}}{s}$$

Spiętrzenie całkowite wentylatora:

$$p_{c} = p_{s} + \frac{\rho_{2} \bullet \left( \frac{q_{v2}}{A_{2}} \right)^{2}}{2} - \frac{\rho_{1} \bullet \left( \frac{q_{v1}}{A_{1}} \right)^{2}}{2} = 1662,8 + \frac{1,18 \bullet \left( \frac{0,533}{0,360 \bullet 0,196} \right)^{2}}{2} - \frac{1,16 \bullet \left( \frac{0,533}{\frac{\pi \bullet {0,302}^{2}}{4}} \right)^{2}}{2} = 1664,4\ Pa$$

Moc użyteczna wentylatora:

P_u = p_c • q_v1 = 887 W

Moc na wale wentylatora:

P = U • I − P₀(n) = 180 • 11 − 525 = 1455 W

Sprawność całkowita wentylatora:

$$\eta_{c} = \frac{P_{u}}{P} = \frac{887}{1455} \bullet 100 = 61\%$$

1. Tabele wynikowe:

Tabela 6. Wyniki dla pierwszego ustawienia przesłony

Lp.	pz	X	ρz	pz	qvz	p1	X1	ρ1	qv1	ps
	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	Pa	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa
1.	99772	0,0106	1,179	215	0,528	99635	0,0106	1,177	0,529	1664
2.	100203	0,0105	1,184	147	0,435	100105	0,0106	1,183	0,436	1204
3.	100556	0,0105	1,188	98	0,355	100487	0,0105	1,187	0,355	832
4.	100850	0,0105	1,192	59	0,274	100810	0,0105	1,191	0,274	480
5.	101055	0,0105	1,194	39	0,224	101045	0,0105	1,194	0,224	264
6.	101143	0,0104	1,195	29	0,194	101134	0,0104	1,195	0,194	176

Lp.	p2	X2	ρ2	qv2	pc	Pu	P0(n)	P	ηc
	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa	W	W	W	%
1.	101299	0,0104	1,197	0,520	1664	880	525	3435	26
2.	101309	0,0104	1,197	0,430	1204	525	380	1945	27
3.	101319	0,0104	1,197	0,352	832	295	270	1230	24
4.	101290	0,0104	1,197	0,273	480	132	175	675	20
5.	101310	0,0104	1,197	0,223	264	59	100	250	24
6.	101310	0,0104	1,197	0,193	176	34	70	150	23

Tabela 7. Wyniki obliczeń dla drugiego ustawienia

Lp.	pz	X	ρz	pz	qvz	p1	X1	ρ1	qv1	ps
	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	Pa	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa
1.	100595	0,0105	1,189	939	1,099	100017	0,0106	1,182	1,105	1301
2.	100810	0,0105	1,191	675	0,930	100399	0,0105	1,186	0,934	910
3.	100947	0,0105	1,193	469	0,775	100663	0,0105	1,189	0,778	636
4.	101065	0,0105	1,194	284	0,602	100869	0,0105	1,192	0,604	391
5.	101163	0,0104	1,195	88	0,335	101085	0,0105	1,194	0,336	215
6.	101173	0,0104	1,195	98	0,354	101153	0,0104	1,195	0,354	137

Lp.	p2	X2	ρ2	qv2	pc	Pu	P0(n)	P	ηc
	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa	W	W	W	%
1.	101318	0,0104	1,197	1,091	1303	1440	525	3325	43
2.	101309	0,0104	1,197	0,926	912	852	380	2620	33
3.	101300	0,0104	1,197	0,773	638	496	270	1605	31
4.	101261	0,0104	1,197	0,601	393	237	175	825	29
5.	101300	0,0104	1,197	0,335	216	72	100	340	21
6.	101290	0,0104	1,197	0,353	137	49	70	205	24

Tabela 8. Wyniki obliczeń dla trzeciego ustawienia

Lp.	pz	X	ρz	pz	qvz	p1	X1	ρ1	qv1
	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	Pa	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$
1.	101055	0,0105	1,194	1291	1,285	100272	0,0105	1,185	1,295
2.	101114	0,0105	1,195	959	1,107	100546	0,0105	1,188	1,113
3.	101153	0,0104	1,195	646	0,908	100781	0,0105	1,191	0,912
4.	101202	0,0104	1,196	391	0,707	100987	0,0105	1,193	0,709
5.	101241	0,0104	1,196	215	0,524	101124	0,0105	1,195	0,525
6.	101261	0,0104	1,197	127	0,403	101182	0,0104	1,196	0,403

Lp.	p2	X2	ρ2	qv2	pc	Pu	P0(n)	P	ηc
	Pa	−	$$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$	$$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$$	Pa	W	W	W	%
1.	101308	0,0104	1,197	1,282	1041	1348	525	3895	35
2.	101329	0,0104	1,197	1,105	786	875	380	3370	26
3.	101309	0,0104	1,197	0,907	531	484	270	1605	30
4.	101310	0,0104	1,197	0,706	325	230	175	825	28
5.	101251	0,0104	1,196	0,524	128	67	100	285	24
6.	101310	0,0104	1,197	0,403	128	52	70	180	29

1. Wykresy:

2. Wnioski: