Ventiladores de Flujo Axial: Problemas y Soluciones
Los ventiladores de flujo axial, son
incapaces de desarrollar presiones altas, por lo mismo no son adecuados
para forzar aire a través de ductos y de los equipos de baja resistencia
que pueden ser colocados en dichos ductos, tales como filtros ligeros y
serpentines de calentamiento y enfriamiento. Estos ventiladores son
particularmente apropiados para manejar volúmenes grandes de aire a
bajas presiones. Su costo inicial es bajo y poseen una buena eficiencia;
ya que están colocados directamente en el ducto con flujo de aire a
través de ellos, eliminando el cambio de 90º en la dirección del aire,
lo cual es característico de los ventiladores centrífugos.
En general, los ventiladores axiales
tienen una masa grande y paletas son de forma aerodinámica. Las paletas
son cortas y no están próximas entre sí. Las paletas guías alinean y
dirigen las corrientes de aire hacia las paletas del ventilador. Las
paletas le imparten energía al aire y entregan éste a un difusor de
salida que es sección del ventilador.
Las paletas se construyen de muchas
maneras, pero la más efectiva es de sección aerodinámica. Sus paletas
pueden cambiar a varias posiciones combinando el ángulo al producirse un
giro en ellas. Los ventiladores mas sencillos, sin embargo, podrán
tener sólo paletas planas.
Para reducir las pérdidas, los soportes y
las poleas son de perfil aerodinámico, lo mismo que la cubierta para la
banda V del motor. En algunos diseños el ventilador es accionado
directamente por el motor y este se encuentra montado en el ducto.
Las unidades de ventiladores axiales se
construyen actualmente con un alto grado de efectividad. Muestran buenas
eficiencias y pueden operar a presiones estáticas muy altas si tal
operación es necesaria. El ventilador puede estar diseñado de tal modo
que su curva característica de potencia sea suave y no se tenga
sobrecarga. Se acostumbra incluir un cono a la salida de la descarga, lo
cual constituye la sección del difusor: Los remolinos de aire
producidos por las paletas del ventilador pueden eliminarse mediante el
uso de paletas guía en el lado de la entrada y en algunos diseños
también en el lado de salida.
Es importante la selección de un
ventilador de acuerdo con las características que se tengan en el
sistema del ducto. La grafica anexa muestra las curvas de sistemas
característicos de dos diferentes sistemas de ductos X y Y. Ambas curvas
son de forma parabólica y pueden representarse por las siguientes
ecuaciones:
Presión estática = (pies cúbicos por minuto) 2 , o bien
Presión estática = (pies cúbicos por minuto) n
Esto es, la presión estática requerida
para enviar aire a través del sistema es proporcional al cuadrado de la
cantidad ( (pies cúbicos por minuto) entregada. El exponente n en esta
ecuación es para otros sistemas que tengan ductos lisos. Este valor es
más o menos de 2. Por ejemplo, para enviar aire a través de una parrilla
en un horno de tiro forzado, n puede tener un valor de aproximadamente
1.3.
En la grafica anexa, también se muestran
las curvas características de presión para un ventilador dado que
trabaja a baja y alta velocidad. Estas curvas son para un ventilador que
tenga paletas curvadas hacia delante; la elección será satisfactoria al
determinar un ventilador que proporcione la cantidad de aire definida
por A para el sistema de características X. Sin embargo, si el
ventilador gira a la velocidad mayor mostrada en la figura, para
suministrar la cantidad de aire A se necesitaría usar registro de
compuertas ya que es mayor la presión dada por el ventilador. Para tener
eficiencia máxima en un ventilador con paletas curvadas hacia delante,
la selección debe hacerse de tal manera que la curva característica del
sistema cruce a la derecha de la joroba de las curvas de presión. La
operación en un ventilador con paletas curvadas hacia atrás no es
crítica, pero tiene que seleccionarse cerca de su punto de eficiencia
máxima. Si el punto de intersección es seleccionado cerca del punto más
alto de la curva de presión se deberán usar compuertas para estrangular
la cantidad de aire de suministro. Esto pude causar un considerable
aumento de presión, crea velocidades altas y produce ruido en compuertas
y registros. Se observa que al cambiar la velocidad del ventilador no
cambia la posición relativa al punto de intersección del ventilador y
las curvas características del sistema. La relación podrá cambiarse al
seleccionar un ventilador de tamaño diferente.
Leyes de Ventiladores
Pueden establecerse las siguientes leyes para un ventilador usado en un sistema conocido:
-
La capacidad (pies cúbicos por minuto) es proporcional a la velocidad del ventilador.
-
La presión (estática, velocidad o total) es proporcional al cuadrado de la velocidad del ventilador.
-
La potencia necesaria es proporcional al cubo de la velocidad del ventilador.
-
A velocidad y capacidad constante, la presión y la potencia son inversamente proporcionales a la masa específica del aire.
-
A presión constante, la velocidad,
capacidad y potencia son inversamente proporcionales a la raíz cuadrada
de la masa específica.
-
A peso constante entregado, la
capacidad, la velocidad y presión son inversamente proporcionales a la
masa específica, y la potencia es inversamente proporcional al cuadrado
de la masa específica.
Dos factores especialmente importantes
en la selección de sistemas de ventiladores son la eficiencia, que
afecta al costo de operación y el ruido. El costo inicial y el espacio
ocupado se consideran secundarios. Los ventiladores deberán
seleccionarse para trabajar a eficiencia máxima sin ruido. El ruido
puede ser causado no solamente por el ventilador, sino por otras
condiciones: por ejemplo, velocidad alta del aire en el ducto, por
construcción no apropiada de los ductos y pasos de aire, así como
también por la cimentación, cubiertas, pisos y paredes. Cuando el ruido
es producido únicamente por el ventilador, puede ser causado por
inadecuada selección del tipo de ventilador o por la velocidad muy alta
para tamaño escogido. La velocidad tangencial para una capacidad y
presión especificada, varía con el tipo de paleta, y una velocidad
tangencial que sea excesiva para ventilador de paletas curvadas hacia
adelante no necesariamente lo será para uno de paletas curvadas hacia
atrás o ligeramente curvadas hacia atrás. Un ventilador que trabaja en
un punto considerablemente más alejado de su eficiencia máxima, por lo
general es ruidoso.
