teoria VENTILACION

TIPOS DE EQUIPOS DE VENTILACIÓN

Ventiladores Funciona como una bomba de aire, creando diferencias

de presión

Compresores Funcionan como ventiladores de alta presión (6.9 kPa)

Injectores (jet fans) Utilizan la energia cinetica del aire comprimido para

ingresar el aire Direccionan un chorro de aire comprimido hacia una

entrada ciega

VENTILADORES – CLASIFICACIÓN

Se pueden clasificar según su tipo y su función.Según su tipo:

Radiales o Centrífugos: el aire abandona el impulsor en una dirección perpendicular respecto al eje del impulsor.

Axiales: la forma como el aire pasa a través del ventilador se asemeja al principio de acción de un par tornillo/tuerca.

Según su uso: Ventiladores principales o de superficie Ventiladores reforzadores Ventiladores auxiliares

Las partes principales que componen un ventilador y que afectan sus propiedades aerodinámicas son:

HELICE: El ángulo de las hélices es la parte mas importante en el diseño

IMPULSOR que es la parte del ventilador que al rotar imparte energía cinética al aire. (este es el diámetro del ventilador)

CARCAZA que es estacionaria y que guía el aire hacia y desde el impulsor transformando energía cinética a estática.

VENTILADORES CENTRIFUGOS

VENTILADORES AXIALES

VENTILADORES AXIALES

Clasificación según su función: Ventilador principal o de superficie: ventilan toda la

mina. Por el pasa todo el aire del circuito que sirve.

Ventilador reforzador: instalados en un paso principal subterráneo, para ayudar al ventilador principal, comúnmente se usan para ventilar circuitos de alta resistencia.

Ventilador Auxiliar: se instalan en conjunto con ductos para ventilar una galería de avance o un terminal ciego. Son axiales y muy compactos.

En cualquier ventilador se puede variar su característica al alterar su velocidad.

Si el ventilador está conectado al motor mediante propulsión convencional, cambiar su velocidad de rotación implica variar la relación de poleas y correas de propulsión o cambiar el mecanismo interno de la caja de engranajes.

Estos cambios no son fáciles de efectuar, menos a intervalos frecuentes.

La variación del servicio del ventilador a velocidad constante se logra por otros medios.

colocación de un regulador; consiste en estrangular la entrada o salida del ventilador. Es un método económico pero significa un consumo de energía que no se aprovecha, equivalente a la energía que disipa el regulador.

Variación de las aspas, dado que las aspas pueden ser de inclinación ajustable, lo cual incluso se logra en la actualidad sin detener la máquina.

La variación de ángulos de las aspas produce una familia de curvas características de un ventilador, a velocidad fija, ampliando considerablemente el rango de servicio del ventilador.

Cambio de revoluciones del motor. Existen cajas eléctricas que permiten cambiar la frecuencia del motor eléctrico y con ello variar su velocidad de rotación a voluntad, sin afectar su eficiencia. Son los convertidores de frecuencia.

SELECCIÓN DE UN VENTILADOR

La selección depende, primero, del rendimiento del flujo y presión requeridos para la aplicación.

Otros factores, que pueden eliminar ciertos ventiladores o tipos de ventiladores, son las partículas y los productos químicos en la corriente de aire, restricciones en el tamaño y en el espacio, temperatura de la corriente de aire y el ruido.

Por ultimo, la evaluación de los costos de capital y de operación definirá cual es el ventilador mas económico.

En orden de eficiencia decreciente son: aspas de inclinación hacia atrás axiales con curvatura al frente de punta radial radiales. La rueda del ventilador axial impulsa el aire o gas en línea recta, los otros tipos de rueda son centrifugas.

VENTILADORES

Las características de rendimiento de un ventilador se determinan, principalmente, por la forma y colocación de las aspas de la rueda.

Por ello, en la actualidad pueden clasificarse en cinco grupos que, en términos generales, en orden de eficiencia decreciente son:

aspas de inclinación hacia atrás, axiales, con curvatura al frente, de punta radial y radiales. La rueda del ventilador axial impulsa el aire o gas en

línea recta, los otros tipos de rueda son centrifugas.

VENTILADOR CON CURVA HACIA ATRÁS Los diseños de ruedas del tipo con

inclinación hacia atrás en uso común son:

una con aspas de espesor sencillo y otras con aspas aerodinámicas;

este ultimo es el diseño de mayor eficiencia mecánica, que puede llegar al 90%, y suele ser el mas silencioso.

Las aspas de espesor sencillo pueden manejar partículas finas arrastradas por el aire o humedad en éste, las que dañarían las aspas aerodinámicas, pero son algo mas ruidosas y menos eficientes.

Su eficiencia mecánica es del 84% o mas.

Una ventaja de los tipos con inclinación hacia atrás es que sus curvas de potencia de entrada no presentan sobrecarga.

VENTILADORES AXIALES

El tipo mas común es el de hélice, que se utiliza para ventilación en ventanas, muros o techos.

La mayor parte de los ventiladores axiales se limitan al movimiento de aire limpio a temperaturas relativamente bajas; aunque hay diseños especiales para aire acondicionado o a alta temperatura, como son los usados en minería.

Los ventiladores axiales son un poco mas ruidosos que los centrífugos en línea, pero el ruido suele ser de alta frecuencia y es mas fácil atenuarlo.

VENTILADORES CON CURVATURA AL FRENTE

Estos ventiladores, llamados también de jaula de ardilla, se utilizan para mover volúmenes bajos a medios, a baja presión.

Las numerosas aspas cóncavas tienden a retener las partículas contaminantes; por ello, su uso se limita a manejar el aire más limpio.

Aunque el ruido producido esta en relación directa con la eficiencia mecánica, el ventilador con curvatura al frente por lo común es más silencioso que otros de eficiencia similar.

VENTILADORES DE PUNTAS RADIALES

El diseño de puntas radiales ocupa un lugar intermedio entre los ventiladores para aire limpio y los de aspas radiales, más fuertes, utilizados para manejo de materiales.

La rueda de ventilador con puntas radiales tiene un ángulo más bien bajo de ataque sobre el aire, lo que hace que este siga las aspas con mínima turbulencia.

Este tipo de rueda es ideal para aire contaminado. Pero, no se utiliza para el manejo de materiales a granel y transportación neumática, en que se emplean las aspas radiales.

VENTILADORES DE ASPAS RADIALES

Estos ventiladores son “el caballo de batalla” de la industria, pues son los más comunes para manejar volúmenes bajos y medianos a altas presiones y  para manejar corrientes de aire con alto contenido de partículas.

Sus aplicaciones van desde mover aire limpio hasta el transporte de polvo, astillas de madera e incluso padecería de metales.

El diseño de aspas radiales es adecuado para manejo de materiales porque las aspas planas reducen la acumulación de material y se pueden fabricar con aleaciones resistentes a la abrasión.

SELECCIÓN DE UN VENTILADOR

La selección depende, primero, del rendimiento del flujo y presión requeridos para la aplicación.

Otros factores, que pueden eliminar ciertos ventiladores o tipos de ventiladores, son las partículas y los productos químicos en la corriente de aire, restricciones en el tamaño y en el espacio, temperatura de la corriente de aire y el ruido.

Por último, la evaluación de los costos de capital y de operación definirá cual es el ventilador más económico.

LOS PRINCIPALES CRITERIOS QUE HAY QUE TENER EN CUENTA SON:

AerodinámicaLos ventiladores axiales son más adecuados para suministrar flujos mayores a baja presión (tareas de alta velocidad específica), mientras que los ventiladores centrífugos están mejor adaptados para proporcionar flujos menores a alta presión (tareas de baja velocidad específica).

PolvoLos ventiladores centrífugos presentan una mayor resistencia a la erosión que provoca el polvo en suspensión, y pueden equiparse con camisas de gran tamaño y/o revestimientos especiales.

Altas temperaturasLos ventiladores centrífugos pueden tolerar las fluctuaciones de temperatura así como temperaturas mucho más elevadas que los ventiladores axiales de paso variable

Control de flujoCuando se trabaja con cargas menores, los ventiladores centrífugos de velocidad constante no pueden igualar la alta eficiencia de los ventiladores axiales de paso variable.

DisposiciónEl espacio disponible en una instalación puede resultar el factor determinante a la hora de elegir qué tipo de ventilador emplear, ya que los ventiladores axiales y los centrífugos ocupan superficies útiles significativamente distintas.

Suministro eléctricoLa elevada inercia de un ventilador centrífugo implica que requiere más electricidad para ponerse en marcha que los demás, lo que puede resultar un factor significativo si la planta tiene limitaciones de suministro eléctrico.

AcústicaAmbos tipos de ventilador tienden a generar niveles de ruido similares para una misma tarea, pero en los centrífugos predominan las bajas frecuencias y en los axiales las medias. Un ventilador axial de paso variable produce menos ruido cuanto menor sea la carga, y un ventilador centrífugo de velocidad constante hará más ruido al cerrarse los registros.  

CAUDAL: Flujo volumétrico determinado para la densidad del aire.

PRESION ESTATICA: Presión del aire debida solo a su grado de compresión. Puede ser positiva o negativa. En el ventilador es la diferencia entre la presión estática de salida y la presión total a la entrada.

PRESION DINAMICA:Presión del aire debida solo a su movimiento. La presión dinámica puede ser solo positiva. En el ventilador será la correspondiente al promedio de las velocidades a la salida del ventilador.

PRESION TOTAL: Presión del aire debida a su compresión y movimiento. Es la suma algebraica de las presiones dinámica y estática en un punto determinado. Por lo tanto, si el aire está en reposo, la presión total es igual a la presión estática. En el ventilador será la diferencia entre las presiones totales determinadas a la salida y a la entrada del mismo.

Q = Caudal  pe = Presión estática

 hp= Potencia absorbida n= Velocidad de giro (rpm)

En un sistema dado, un ventilador, si se mantiene constante la densidad del aire, cumple con:

- Q1 / Q2 = n1 / n2. - pe1 / pe2 = (n1 / n2)2. - hp1 / hp2 = (n1 / n2)

3.

VENTILADORES AXIALES

Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo.

Se suelen llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma.

En líneas generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Con velocidades periféricas medianamente altas son en general ruidosos.

VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION

HELICOIDAL

Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma de presión dinámica.

Se aplica en circulación y extracción de aire en naves industriales. Se instalan en pared sin ningún conducto. Utilizados con objetivo de renovación de aire.

TUBE AXIAL

Tienen rendimiento algo superior al anterior y es capaz de desarrollar una presión estática mayor. Por su construcción es apto para intercalar en conductos.

Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja. También se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos.

VANE AXIAL

Con diseños de palas AIRFOIL, permiten obtener presiones medias y altas con buenos rendimientos. Las palas pueden ser fijas o de ángulo ajustable

Tiene aplicaciones similares a los TUBEAXIAL, pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestación es relativamente más pequeño que el ventilador centrifugo equiparable.

CENTRIFOIL

Se trata de un ventilador con rotor centrifugo pero de flujo axial. Es decir reúne las ventajas del ventilador centrifugo y la facilidad de montaje de un axial con el consiguiente ahorro de espacio.

Las mismas aplicaciones que el ventilador VANEAXIAL.

CIRCULACIÓN DEL AIRE

El aire circula por un conducto gracias a la diferencia de presión que existe entre sus extremos.

Para diferencias de nivel de hasta 100 m, velocidades inferiores a 50 m/s (caso que puede considerarse al aire como incompresible) y régimen estacionario.

VENTILADORES AXIALES, DESCRIPCIÓN Y CURVAS DE OPERACIÓN.

Los ventiladores axiales están compuestos básicamente de un rotor de dos a 13 paletas, solidario a un eje propulsor movido por un motor que impulsa aire en una trayectoria recta, con salida de flujo helicoidal. 

Por sus altas presiones, los tipos vaneaxial, son los más utilizados en sistemas de ventilación auxiliar seguidos de los turboaxiales. El tipo propulsor sólo se utiliza en la ventilación de locales y faenas subterráneas.

VENTILADORES CENTRÍFUGOS En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido

sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y perpendicular al mismo a la salida.

Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.

Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°, entre la entrada y salida.

Ventiladores centrífugos de álabes curvados hacia delante, radiales y atrás

 Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes: Álabes curvados hacia adelante, Álabes rectos, Álabes inclinados hacia atrás / curvados

hacia atrás.

 En la figura  puede observarse la disposición de los álabes.

VENTILADORES CENTRÍFUGOS DE ÁLABES CURVADOS HACIA ADELANTE, RADIALES Y ATRÁS

VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION

CURVADAS HACIA ADELANTE

Rotor con palas curvadas hacia adelante, apto para caudales altos y bajas presiones. No es autolimitante de potencia. Para un mismo caudal y un mismo diámetro de rotor gira a menos vueltas con menor nivel sonoro.

Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.

PALAS RADIALES

Rotor de palas radiales. Es el diseño más sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecánicamente, y el rodete puede ser reparado con facilidad. El diseño le permite ser autolimpiante. La potencia aumenta de forma continua al aumentar el caudal.

Empleado básicamente para instalaciones industriales de manipulación de materiales. Se le puede aplicar recubrimientos especiales anti-desgaste. También se emplea en aplicaciones industriales de alta presión.

INCLINADAS HACIA ATRAS

Rotor de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrás. Es de alto rendimiento y autolimitador de potencia. Puede girar a velocidades altas.

Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.

AIRFOIL

Similar al anterior pero con palas de perfil aerodinámico. Es el de mayor rendimiento dentro de los ventiladores centrífugos. Es autolimitante de potencia.

Es utilizado generalmente para aplicaciones en sistemas de HVAC y aplicaciones industriales con aire limpio. Con construcciones especiales puede ser utilizado en aplicaciones con aire sucio.

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN VENTILADOR

Según sea el ventilador, su curva característica adopta una u otra forma,

Los ventiladores centrífugos, en general, son capaces de manejar presiones altas con caudales más bien bajos.

Curva característica de un ventilador centrífugo en términos de la presión total, la presión estática y la presión dinámica.

 Para trazar la Curva Característica de un ventilador, se debe llevar a cabo un procedimiento que procure los datos necesarios.

Para poder disponer de los distintos caudales que puede manejar un ventilador según sea la pérdida de carga del sistema contra el cual esté trabajando, se ensaya el aparato variándole la carga desde el caudal máximo al caudal cero.

Todos los pares de valores obtenidos caudal-presión se llevan a unos ejes coordenados, obteniéndose la Curva Característica.

PUNTO DE TRABAJO DE UN VENTILADOR Para conocer el punto en que trabajará

un ventilador, una vez determinada la pérdida de carga que debe vencer el mismo, no hay más que, sobre el eje de ordenadas, señalar la pérdida de carga en mm.c.d.a. (milímetros de columna de agua).

Si se dispone de la característica resistente del sistema, se puede encontrar de forma fácil el punto de trabajo de un ventilador acoplado al mismo, al superponer las curvas características del ventilador y resistente del conducto 

  Si se desea construir la característica resistente del sistema se debe partir del hecho que en las instalaciones de ventilación la pérdida de carga que se origina varía proporcionalmente al cuadrado del caudal que fluye a través de la canalización.

Para conocer el punto de funcionamiento de un ventilador es indispensable disponer de las curvas características de los ventiladores susceptibles de ser instalados, para cualquier cálculo e instalación que se haga.

Las curvas deben estar avaladas por el fabricante, quien las garantizará haciendo referencia a la norma y disposición adoptada para su determinación.

 Las curvas características de ventiladores se obtienen en laboratorios de ensayos debidamente equipados y por analistas especializados.

Ello supone la sujeción a procedimientos según normalizaciones oficiales y aparatos, túneles y cámaras calibrados.

La máxima garantía se obtiene cuando el laboratorio cuenta con una acreditación oficial.

ZONA DE FUNCIONAMIENTO

Según sea el ventilador, tipo y tamaño, existe una zona de su curva característica en la que es recomendable su uso.

Fuera de ella pueden producirse fenómenos que hacen aumentar desproporcionadamente el consumo hundiendo el rendimiento, provocando un aumento intolerable del ruido e incluso produciendo flujos intermitentes de aire en sentido inverso.

LEYES DE LOS VENTILADORES

Si un ventilador debe funcionar en condiciones diferentes de las ensayadas, no es práctico ni económico efectuar nuevos ensayos para determinar sus parámetros de funcionamiento.

Mediante el uso de un conjunto de ecuaciones conocidas como LEYES DE LOS VENTILADORES es posible determinar, con buena precisión, los nuevos parámetros de funcionamiento a partir de los ensayos efectuados en condiciones  normalizadas.

Al mismo tiempo, estas leyes permiten determinar los parámetros de una serie de ventiladores geométricamente semejantes a partir de las características del ventilador ensayado.

Las leyes de los ventiladores están indicadas, bajo forma de relación de magnitudes, en ecuaciones que se basan en la teoría de la mecánica de fluidos y su exactitud es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, siempre que el diferencial de presión sea inferior a 3 kPa, por encima del cual se debe tener en cuenta la compresibilidad del gas.

Las variables que involucran las leyes de ventiladores son: la velocidad de rotación, el diámetro de la hélice o rodete, las presiones totales estática y

dinámica, el caudal aire la potencia absorbida, el rendimiento y el nivel sonoro.