Ventiladores para sistemas de ventilación por conductos.
Este módulo analiza los ventiladores centrífugos y axiales utilizados para sistemas de ventilación por conductos y considera aspectos seleccionados, incluidas sus características y atributos operativos.
Los dos tipos de ventiladores comunes utilizados en los servicios de construcción para sistemas de conductos se denominan genéricamente ventiladores centrífugos y axiales, nombre que deriva de la dirección que define el flujo de aire a través del ventilador. Estos dos tipos se dividen a su vez en una serie de subtipos que se han desarrollado para proporcionar características particulares de flujo volumétrico/presión, así como otros atributos operativos (incluidos tamaño, ruido, vibración, facilidad de limpieza, mantenibilidad y robustez).
Tabla 1: Datos de eficiencia máxima de ventiladores publicados en EE. UU. y Europa para ventiladores >600 mm de diámetro
Algunos de los tipos de ventiladores más frecuentes utilizados en HVAC se enumeran en la Tabla 1, junto con eficiencias máximas indicativas que se han recopilado1 a partir de datos publicados por una variedad de fabricantes estadounidenses y europeos. Además de estos, el ventilador "enchufable" (que en realidad es una variante del ventilador centrífugo) ha experimentado una creciente popularidad en los últimos años.
Figura 1: Curvas de abanico genéricas. Los fanáticos reales pueden diferir mucho de estas curvas simplificadas.
Las curvas características de los ventiladores se muestran en la Figura 1. Estas son curvas idealizadas y exageradas, y los ventiladores reales pueden diferir de éstas; sin embargo, es probable que presenten atributos similares. Esto incluye las áreas de inestabilidad que se deben a oscilaciones, donde el ventilador puede oscilar entre dos posibles caudales a la misma presión o como consecuencia de que el ventilador se cale (consulte el cuadro Estancamiento del flujo de aire). Los fabricantes también deberían identificar en su literatura los rangos de trabajo "seguros" preferidos.
ventiladores centrífugos
Con los ventiladores centrífugos, el aire ingresa al impulsor a lo largo de su eje y luego se descarga radialmente desde el impulsor con el movimiento centrífugo. Estos ventiladores son capaces de generar altas presiones y altos caudales volumétricos. La mayoría de los ventiladores centrífugos tradicionales están encerrados en una carcasa tipo espiral (como en la Figura 2) que actúa para dirigir el aire en movimiento y convertir eficientemente la energía cinética en presión estática. Para mover más aire, el ventilador se puede diseñar con un impulsor de "doble entrada y doble ancho", lo que permite que el aire entre por ambos lados de la carcasa.
Figura 2: Ventilador centrífugo en carcasa tipo espiral, con impulsor inclinado hacia atrás
Hay varias formas de aspas que pueden formar el impulsor, siendo los tipos principales curvados hacia adelante y hacia atrás; la forma de la aspa determinará su rendimiento, eficiencia potencial y la forma de la curva característica del ventilador. Los otros factores que afectarán la eficiencia del ventilador son el ancho de la rueda del impulsor, el espacio libre entre el cono de entrada y el impulsor giratorio y el área utilizada para descargar el aire del ventilador (la llamada "área de explosión"). .
Este tipo de ventilador ha sido tradicionalmente accionado por un motor con disposición de correa y polea. Sin embargo, con la mejora de los controles electrónicos de velocidad y la mayor disponibilidad de motores con conmutación electrónica ('EC' o sin escobillas), los accionamientos directos se utilizan con mayor frecuencia. Esto no sólo elimina las ineficiencias inherentes a una transmisión por correa (que pueden ser desde un 2% hasta más de un 10%, según el mantenimiento2), sino que también es probable que disminuya la vibración, reduzca el mantenimiento (menos cojinetes y requisitos de limpieza) y haga que el ensamblaje sea más eficiente. más compacto.
Ventiladores centrífugos curvados hacia atrás
Los ventiladores curvados hacia atrás (o "inclinados") se caracterizan por tener aspas que se inclinan en dirección opuesta a la dirección de rotación. Pueden alcanzar eficiencias cercanas al 90% cuando se utilizan palas aerodinámicas, como se muestra en la Figura 3, o con palas planas formadas en tres dimensiones, y un poco menos cuando se utilizan palas curvas planas, y menos cuando se utilizan palas de placa plana simple inclinadas hacia atrás. El aire sale de las puntas del impulsor a una velocidad relativamente baja, por lo que las pérdidas por fricción dentro de la carcasa son bajas y el ruido generado por el aire también es bajo. Pueden estancarse en los extremos de la curva operativa. Impulsores relativamente más anchos proporcionarán mayores eficiencias y pueden emplear fácilmente las palas con perfil aerodinámico más sustancial. Los impulsores delgados mostrarán pocos beneficios al usar perfiles aerodinámicos, por lo que tienden a usar palas de placa plana. Los ventiladores curvados hacia atrás se destacan particularmente por su capacidad de producir altas presiones combinadas con poco ruido y tienen una característica de potencia sin sobrecarga; esto significa que a medida que la resistencia se reduce en un sistema y el caudal aumenta, la potencia consumida por el motor eléctrico se reducirá. . Es probable que la construcción de los ventiladores curvos hacia atrás sea más robusta y bastante más pesada que la del ventilador curvo hacia adelante, menos eficiente. La velocidad relativamente lenta del aire a través de las aspas puede permitir la acumulación de contaminantes (como polvo y grasa).
Figura 3: Ilustración de impulsores de ventiladores centrífugos
Ventiladores centrífugos curvados hacia adelante
Los ventiladores curvados hacia adelante se caracterizan por una gran cantidad de aspas curvadas hacia adelante. Como normalmente producen presiones más bajas, son más pequeños, más livianos y más baratos que el ventilador eléctrico curvo hacia atrás equivalente. Como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4, este tipo de impulsor de ventilador incluirá más de 20 aspas que pueden ser tan simples como estar formadas por una sola hoja de metal. Se obtienen eficiencias mejoradas en tamaños más grandes con hojas formadas individualmente. El aire sale de las puntas de las palas con una alta velocidad tangencial, y esta energía cinética debe convertirse en presión estática en la carcasa, lo que resta eficiencia. Por lo general, se utilizan para volúmenes de aire bajos a medianos a baja presión (normalmente <1,5 kPa) y tienen una eficiencia relativamente baja, inferior al 70 %. La carcasa de espiral es particularmente importante para lograr la mejor eficiencia, ya que el aire sale de la punta de las aspas a alta velocidad y se utiliza para convertir efectivamente la energía cinética en presión estática. Funcionan a bajas velocidades de rotación y, por lo tanto, los niveles de ruido generado mecánicamente tienden a ser menores que los de los ventiladores curvos hacia atrás de mayor velocidad. El ventilador tiene una característica de potencia de sobrecarga cuando funciona con resistencias bajas del sistema.
Figura 4: Ventilador centrífugo curvado hacia adelante con motor integral
Estos ventiladores no son adecuados, por ejemplo, cuando el aire está muy contaminado con polvo o arrastra gotas de grasa.
Figura 5: Ejemplo de ventilador de accionamiento directo con aspas curvadas hacia atrás
Ventiladores centrífugos de palas radiales
El ventilador centrífugo de paletas radiales tiene la ventaja de poder mover partículas de aire contaminadas y a altas presiones (del orden de 10 kPa), pero, al funcionar a altas velocidades, es muy ruidoso e ineficiente (<60%) y, por lo tanto, no debe utilizarse. utilizado para HVAC de uso general. También sufre una característica de sobrecarga de potencia: a medida que se reduce la resistencia del sistema (tal vez por la apertura de las compuertas de control de volumen), la potencia del motor aumentará y, dependiendo del tamaño del motor, posiblemente se "sobrecargue".
Enchufe los ventiladores
En lugar de montarse en una carcasa en forma de espiral, estos impulsores centrífugos diseñados específicamente se pueden utilizar directamente en la carcasa de la unidad de tratamiento de aire (o, de hecho, en cualquier conducto o cámara), y es probable que su costo inicial sea inferior al ventiladores centrífugos alojados. Conocidos como ventiladores centrífugos 'plenum', 'enchufes' o simplemente 'sin carcasa', estos pueden proporcionar algunas ventajas de espacio pero al precio de una pérdida de eficiencia operativa (siendo las mejores eficiencias similares a las de los ventiladores centrífugos con carcasa curvada hacia adelante). Los ventiladores aspirarán aire a través del cono de entrada (de la misma manera que un ventilador con carcasa) pero luego descargarán el aire radialmente alrededor de toda la circunferencia exterior de 360° del impulsor. Pueden proporcionar una gran flexibilidad de las conexiones de salida (desde el pleno), lo que significa que puede haber menos necesidad de curvas adyacentes o transiciones bruscas en los conductos que en sí mismas aumentarían la caída de presión del sistema (y, por lo tanto, potencia adicional del ventilador). La eficiencia general del sistema se puede mejorar mediante el uso de entradas en forma de campana en los conductos que salen del pleno. Uno de los beneficios del ventilador de enchufe es su rendimiento acústico mejorado, que se debe en gran medida a la absorción del sonido dentro del pleno y a la falta de rutas de "visión directa" desde el impulsor hasta la boca del conducto. La eficiencia dependerá en gran medida de la ubicación del ventilador dentro del pleno y de la relación del ventilador con su salida: el pleno se utiliza para convertir la energía cinética en el aire y así aumentar la presión estática. Un rendimiento sustancialmente diferente y diferentes estabilidades de operación dependerán del tipo de impulsor: se han utilizado impulsores de flujo mixto (que proporcionan una combinación de flujo radial y axial) para superar los problemas de flujo resultantes del fuerte patrón de flujo de aire radial creado utilizando impulsores centrífugos simples3.
Para unidades más pequeñas, su diseño compacto suele complementarse mediante el uso de motores EC fácilmente controlables.
ventiladores axiales
En los ventiladores de flujo axial, el aire pasa a través del ventilador en línea con el eje de rotación (como se muestra en el ventilador axial de tubo simple de la Figura 6); la presurización se produce mediante sustentación aerodinámica (similar al ala de un avión). Estos pueden ser comparativamente compactos, de bajo costo y livianos, particularmente adecuados para mover aire contra presiones relativamente bajas, por lo que se usan con frecuencia en sistemas de extracción donde las caídas de presión son menores que las de los sistemas de suministro; el suministro normalmente incluye la caída de presión de todo el aire acondicionado. componentes de la unidad de tratamiento de aire. Cuando el aire sale de un ventilador axial simple, se arremolinará debido a la rotación impartida al aire a medida que pasa a través del impulsor; el rendimiento del ventilador se puede mejorar significativamente mediante paletas guía aguas abajo para recuperar el remolino, como en la paleta. ventilador axial que se muestra en la Figura 7. La eficiencia de un ventilador axial se ve afectada por la forma de la paleta, la distancia entre la punta de la paleta y la carcasa circundante y la recuperación del remolino. El paso de las aspas se puede modificar para variar de manera eficiente la salida del ventilador. Al invertir la rotación de los ventiladores axiales, también se puede invertir el flujo de aire, aunque el ventilador estará diseñado para funcionar en la dirección principal.
Figura 6: Un ventilador de flujo axial de tubo
La curva característica de los ventiladores axiales tiene una región de pérdida que puede hacerlos inadecuados para sistemas con una amplia variedad de condiciones de funcionamiento, aunque tienen la ventaja de una característica de potencia sin sobrecarga.
Figura 7: Un ventilador de flujo axial de paletas
Los ventiladores axiales de paletas pueden ser tan eficientes como los ventiladores centrífugos curvados hacia atrás y pueden producir flujos elevados a presiones razonables (normalmente alrededor de 2 kPa), aunque es probable que generen más ruido.
El ventilador de flujo mixto es un desarrollo del ventilador axial y, como se muestra en la Figura 8, tiene un impulsor de forma cónica donde el aire se aspira radialmente a través de los canales de expansión y luego pasa axialmente a través de las paletas guía enderezadoras. La acción combinada puede producir una presión mucho mayor que la posible con otros ventiladores de flujo axial. La eficiencia y los niveles de ruido pueden ser similares a los de un ventilador centrífugo de curva hacia atrás.
Figura 8: Ventilador en línea de flujo mixto
La instalación del ventilador.
Los esfuerzos por proporcionar una solución de ventilador eficaz pueden verse gravemente socavados por la relación entre el ventilador y los conductos locales para el aire.
Hora de publicación: 07-ene-2022