Ventiladores para sistemas de ventilación por conductos
Este módulo analiza los ventiladores centrífugos y axiales utilizados para los sistemas de ventilación por conductos y considera aspectos seleccionados, incluidas sus características y atributos operativos.
Los dos tipos de ventiladores comunes que se utilizan en los servicios de edificios para sistemas de conductos se denominan genéricamente ventiladores centrífugos y axiales; el nombre se deriva de la definición de la dirección del 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 caudal/presión de volumen, así como otros atributos operativos (incluidos el tamaño, el ruido, la vibración, la facilidad de limpieza, el mantenimiento y la solidez).
Tabla 1: Datos de eficiencia máxima de ventiladores publicados en EE. UU. y Europa para ventiladores de >600 mm de diámetro
En la Tabla 1 se enumeran algunos de los tipos de ventiladores que se utilizan con mayor frecuencia en HVAC, junto con las eficiencias máximas indicativas que se han recopilado1 a partir de los datos publicados por una variedad de fabricantes de EE. UU. y Europa.Además de estos, el ventilador 'plug' (que en realidad es una variante del ventilador centrífugo) ha visto crecer su popularidad en los últimos años.
Figura 1: Curvas de abanico genéricas.Los fanáticos reales pueden diferir ampliamente de estas curvas simplificadas
Las curvas características de los ventiladores se muestran en la Figura 1. Estas son curvas exageradas e idealizadas, y los ventiladores reales pueden diferir de estos;sin embargo, es probable que exhiban atributos similares.Esto incluye las áreas de inestabilidad que se deben a la oscilación, donde el ventilador puede alternar entre dos caudales posibles a la misma presión o como consecuencia del bloqueo del ventilador (consulte Bloqueo de la caja de flujo de aire).Los fabricantes también deben identificar los rangos de trabajo 'seguros' preferidos en su literatura.
Ventiladores centrífugos
Con los ventiladores centrífugos, el aire ingresa al impulsor a lo largo de su eje, luego se descarga radialmente desde el impulsor con el movimiento centrífugo.Estos ventiladores son capaces de generar altas presiones y caudales volumétricos elevados.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 puede diseñarse con un impulsor de 'doble entrada de doble ancho', que permite que el aire entre por ambos lados de la carcasa.
Figura 2: Ventilador centrífugo en carcasa scroll, con turbina inclinada hacia atrás
Hay varias formas de álabes que pueden formar el impulsor, siendo los tipos principales curvados hacia adelante y hacia atrás: la forma del álabe 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 en los controles electrónicos de velocidad y la mayor disponibilidad de motores conmutados electrónicamente ('EC' o sin escobillas), los accionamientos directos se utilizan con mayor frecuencia.Esto no solo elimina las ineficiencias inherentes a una transmisión por correa (que pueden oscilar entre el 2 % y más del 10 %, según el mantenimiento2), sino que también es probable que disminuya la vibración, reduzca el mantenimiento (menos requisitos de limpieza y cojinetes) y haga que el ensamblaje sea más eficiente. Mas Compacto.
Ventiladores centrífugos de álabes hacia atrás
Los ventiladores curvados hacia atrás (o 'inclinados') se caracterizan por aspas que se inclinan en dirección opuesta a la dirección de rotación.Pueden alcanzar eficiencias de hasta el 90 % cuando se utilizan palas aerodinámicas, como se muestra en la Figura 3, o con palas planas con forma tridimensional, y algo menos cuando se utilizan palas planas curvas, y menos cuando se utilizan palas planas simples 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 detenerse en los extremos de la curva de funcionamiento.Los impulsores relativamente más anchos proporcionarán las mayores eficiencias y pueden emplear fácilmente las palas perfiladas aerodinámicas más sustanciales.Los impulsores delgados mostrarán pocos beneficios al usar perfiles aerodinámicos, por lo que tienden a usar álabes de placa plana.Los ventiladores curvados hacia atrás se destacan particularmente por su capacidad para producir altas presiones combinadas con bajo nivel de ruido, y tienen una característica de potencia sin sobrecarga, lo que significa que a medida que se reduce la resistencia en un sistema y aumenta el caudal, la potencia consumida por el motor eléctrico se reducirá. .Es probable que la construcción de los ventiladores curvados hacia atrás sea más robusta y bastante más pesada que la del ventilador curvado 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 de álabes hacia delante
Los ventiladores curvados hacia delante se caracterizan por un gran número de palas curvadas hacia delante.Como normalmente producen presiones más bajas, son más pequeños, más ligeros y más baratos que el ventilador curvado hacia atrás alimentado 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 a partir de una sola hoja de metal.Se obtienen eficiencias mejoradas en tamaños más grandes con cuchillas formadas individualmente.El aire sale de las puntas de los álabes 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 de bajos a medios a baja presión (normalmente <1,5 kPa) y tienen una eficiencia relativamente baja de menos del 70 %.La carcasa espiral es particularmente importante para lograr la mejor eficiencia, ya que el aire sale de la punta de las palas a alta velocidad y se usa para convertir de manera efectiva 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 ventiladores con curvatura hacia atrás de mayor velocidad.El ventilador tiene una característica de potencia de sobrecarga cuando funciona contra resistencias bajas del sistema.
Figura 4: Ventilador centrífugo curvado hacia adelante con motor integral
Estos ventiladores no son adecuados cuando, por ejemplo, el aire está muy contaminado con polvo o arrastra gotas de grasa.
Figura 5: Ejemplo de ventilador de conexión directa con álabes curvados hacia atrás
Ventiladores centrífugos de álabes radiales
El ventilador centrífugo de álabes radiales tiene la ventaja de poder mover partículas de aire contaminado 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 ser utilizado para HVAC de propósito general.También sufre de una característica de potencia de sobrecarga: a medida que se reduce la resistencia del sistema (quizás por la apertura de las compuertas de control de volumen), la potencia del motor aumentará y, dependiendo del tamaño del motor, es posible que se "sobrecargue".
Ventiladores de enchufe
En lugar de montarse en una carcasa espiral, estos impulsores centrífugos especialmente diseñados se pueden usar 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', 'plug' o simplemente 'no alojados', estos pueden proporcionar algunas ventajas de espacio pero al precio de pérdida de eficiencia operativa (siendo las mejores eficiencias similares a las de los ventiladores centrífugos curvados hacia adelante).Los ventiladores aspirarán aire a través del cono de entrada (del mismo modo que un ventilador en caja) pero luego descargarán el aire radialmente alrededor de toda la circunferencia exterior de 360° del impulsor.Pueden proporcionar una gran flexibilidad de conexiones de salida (desde la cámara), lo que significa que puede haber menos necesidad de curvas adyacentes o transiciones pronunciadas en la red de conductos que se sumarían a 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 de boca acampanada a los conductos que salen de la cámara impelente.Uno de los beneficios del ventilador plug fan es su desempeño acústico mejorado, resultado en gran parte de la absorción de sonido dentro del plenum y la falta de caminos de 'vista directa' desde el impulsor hacia la boca del conducto.La eficiencia dependerá en gran medida de la ubicación del ventilador dentro de la cámara impelente y de la relación del ventilador con su salida: la cámara impelente se utiliza para convertir la energía cinética del aire y así aumentar la presión estática.El rendimiento sustancialmente diferente y las 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 con impulsores centrífugos simples3.
Para unidades más pequeñas, su diseño compacto a menudo se complementa con 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 por 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 más bajas que 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, estará girando debido a la rotación impartida al aire a medida que pasa a través del impulsor; el rendimiento del ventilador puede mejorarse significativamente con 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 del aspa, la distancia entre la punta del aspa y la caja circundante, y la recuperación del remolino.El paso de la hoja 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: Ventilador tubular de flujo axial
La curva característica de los ventiladores axiales tiene una región de bloqueo que puede hacerlos inadecuados para sistemas con una amplia gama 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 altos 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 de enderezamiento.La acción combinada puede producir una presión mucho más alta de lo que es posible con otros ventiladores de flujo axial.Las eficiencias 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 para proporcionar una solución de ventilador eficaz pueden verse gravemente socavados por la relación entre el ventilador y las vías locales de conductos para el aire.
Hora de publicación: 07-ene-2022