SELECCIÓN DE VENTILADORES

DIEGO MUÑOZ

INTRODUCCION

Para mover el aire atreves de un sistema de ventilación o de extracción localizada, es necesario aportar energía para vencer las perdidas de carga del sistema. Esta energía se puede aportar de dos maneras; natural y forzada pero casi siempre se utiliza una maquina para realizar dicha función.

• Cosiste en aprovechar el aire que circunda en el lugar para extraer el aire contaminado sin la utilización de ninguna maquina.

NATURAL

• Consiste en utilizar una maquina la cual ase encargara de extraer el aire contaminado del lugar y arrogarlo al exterior.

FORZADA

VENTILACION NATURAL

VENTILACION FORZADA

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS PARA FLUIDOS

CONCEPTOS BASICOS

VENTILADORES

Un ventilador es una maquina volumen constante, que traslada fluido de una parte a otra venciendo determinada presión, cuya función es suministrar presión estática y mover el aire. Su funcionamiento se basa en la entrega de energía mecánica al aire a través de un rotor que gira a alta velocidad y que incrementa la energía cinética del fluido, que luego se transforma parcialmente en presión estática. Estos se pueden clasificar en 2 grandes grupos: axiales y centrífugos.

Estos se pueden clasificar en 2 grandes grupos

AXIALES

CENTRIFUGOS

Impulsan el aire sin cambiar su dirección, se utilizan cuando se necesitan caudales de aire importantes con poca perdida de energía. Manejan presiones estáticas desde 0 hasta 5 in de h2o, son equipos ruidosos cuando pasan de 2 in h2o. • sus rotores son de tipo hélice • el flujo de aire es en dirección de su eje • su sentido de giro puede cambiar cambiando el sentido de giro del rotor • se instalan en las paredes o muros para descarga o extracción al exterior • su transmisión se realiza por correos y poleas o conexión directa al motor • todos los ventiladores axiales descargan aire en forma de espiral lo cual

aumentan las perdidas por fricción en los ductos. • Su rendimiento mecánico es hasta un 95 %

CLASIFICACION DE VENTILADORES AXIALES

• Los ventiladores helicoidales se emplean para mover aire con poca pérdida de carga y su utilización más común es en ventilación general.

HELICOIDALES

• Los ventiladores tubulares pueden aire venciendo cargas moderadas o de menos de 50 mm h2o o 2 in de h2o, apropiados para conectar a conductos cundo hay limitaciones de espacio.

TUBULARES

• Loa ventiladores tubulares con directrices tiene un rendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores, hasta de 200 mm de h2o o 8 in de h2o y están limitados a casos donde se trabaja con aire limpio.

TUBULAR CON DIRECTIRCES

VENTILADORES AXIALES

RANGOS TIPICOS DE OPERACION

TIPO CFM PRESION

ESTATICA

PROPELA 200-30000 0-0,625 IN H20

ASPAS 500-40000 0-0,625 IN H20

TUBO AXIAL 500-40000 0 – 1,25 IN H2O

VENTILADORES AXIALES

VENTILADORES CENTRIFUGOS

Es aquel que cambia la dirección del aire a 90, es utilizado para caudales de aire menores pero pérdidas de energía elevadas, en ventilación exhaustiva la presión máxima es de 20 in h2o. Estos ventiladores alcanzan presiones hasta de 1500 mm h2o o 60 in de h2o son los más utilizados en sistemas de ventilación localizada. Están constituidos por un rotor que posee una serie de paletas o alabes, de diversas formas y curvaturas, que giran aproximadamente entre 200 y 5000 rpm dentro de una caja de involuta.

Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes:

Alabes curvados hacia adelante

Alabes curvados hacia atrás

Alabes rectos

Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad periférica, son silenciosos, se utilizan cuando la presión estática necesaria esta en el rango de baja y media, como la que necesita en los sistemas de calefacción, aire acondicionado o renovaciones de aire. No son utilizados cuando el aire extraído es polvoriento ya que las partículas se adhieren a los alabes y provocan desequilibrio del rodete y presentan un rendimiento bajo fuera del punto de operación.

VENTILADORES CENTRIFUGOS CON ALABES CURVADOS HACIA ADELANTE

VENTILADORES CENTRIFUGOS CON ALABES CURVADOS HACIA ATRAS

Poseen un rodete con palas inclinadas hacia atrás en sentido contrario al de rotación del rotor, este tipo de alabes genera un mayor rendimiento con un bajo nivel sonoro y una velocidad periférica alta.

VENTILADOR CENTRIFUGO CON ALABES RADIALES

Tienen los alabes dispuestos en forma radial y esto evita la acumulación de materiales sobre los mismos, este tipo de ventilador es el mas utilizado en la extracción localizada en las cuales el aire contaminado o mescla de aire sucio y limpio debe circular a través del ventilador.

VENTILADORES CENTRIFUGOS

Rendimiento bajo entre 45 y 75 % por perdidas por

choques y remolinos, trabaja con caudales altos y

presiones en un amplio rango de hasta 60 in de

h2o o 1500 mm de h2o

PROPIEDADES DE VENTILADORES CENTRIFUGOS

TIPO CFM PE

Alabes rectos 500-70000 0,5- 20 in

Alabes curvados hacia delante 400-300000 0,25 – 10 in

Alabes curvados hacia atrás 300-300000 0,25 – 10 in

Alabes aerodinámicos 500- 300000 0,25 – 15 in

turbo sopladores 140- 15000 7 – 70 in

RANGOS TIPICOS DE OPERACION

SELECCIÓN DE UN VENTILADOR

Para realizar una buena selección del ventilador además de conocer el caudal necesario, la presión estática necesaria, espacio disponible, temperatura de operación, altitud de la instalación, número de revoluciones que debe girar el rotor, la disposición de la transmisión y ruido generado se debe conocer que contiene el gas o aire transportado.

AXIAL CENTRIFUGO

TIPO DE AIRE TRANSPORTADO

Si el aire que transportamos sele puede colocar la cara y respirarlo se puede utilizar un ventilador de tipo aerodinámico, si el aire esta contaminado con polvo debe seleccionarse un ventilador centrifugo con alabes hacia atrás con la diferencia que estos consumen mayor energía que los aerodinámicos pero su vida útil es mas larga trabajando en una atmosfera erosiva. Cuando el aire esta sumamente contaminado con polvo y se transportan material particulado debe utilizarse un ventilador con alabes radiales o también son utilizados para manejar gases limpios para bajos volúmenes de aire a altas presiones.

PARAMETROS PARA LA SELECCCION DE UN VENTILADOR

• El cual es calculado dependiendo de las necesidades del sistema en m3/seg o ft3/min en condiciones de presion y temperatura a la entrada del ventilador.

CAUDAL

• vendrá dada por las necesidades del sistema puede ser PE o PTV, si la presión necesaria esta indicada para aire a otras condiciones se debe corregir el dato con el factor de densidad.

PRESION

FACTOR DE CORRECION DE DENSIDAD SISTEMA INGLES

FACTOR DE CORRECION DE DENSIDAD SISTEMA INTERNACIONAL

FORMULAS PARA LA DENSIDAD

RELACIONES DE PRESION

Los ventiladores están determinados por el flujo y la presión, esta presion puede ser presion estática o presión total dependiendo del fabricante de la maquina.

presion total del ventilador

PT ventilador = PT salida – PT entrada

PT ventilador = ( PE + PV) salida –( PE + PV) entrada

Si la PV entrada y PV salida son iguales se cancelan

PT ventilador = PE salida – PE entrada

Presión estática del ventilador

PE ventilador = PT ventilador – PV salida

PE ventilador = (PE salida + PV salida) – PE entrada – PV entrada – PV salida

Los términos de presion de velocidad a la salida se cancelan

PE ventilador = PE salida – PE entrada – PV entrada

La presión estática representa las perdidas del sistema

SELECCIÓN DEL VENTILADOR PARA CONDICIONES DIFERENTES DE LA ESTANDAR

El caudal es constante si el ventilador opera a una velocidad de giro constante (rpm), y en un sistema que no implique cambios de resistencia (sin modificar ducto y campanas, filtros etc.) ósea que el caudal no lo afecta los cambios de densidad.

δ1 diferente δ2 el caudal Q1 = Q2

Pero la presión estática del ventilador como la potencia consumida si sufren cambios:

Wr = consumo real de potencia Wt= consumo de potencia indicado en la tabla

PEV2/PEV1 = δ2/δ1 (POt 2)/(POt 1) = δ2/δ1 Wr = Wt * δr/(1,2 o 0,075)

Ósea que el rendimiento de un ventilador queda afectado por los cambios en la densidad del aire. Para el proceso de selección es preciso tomar como datos para entrar a la tabla de características el caudal real en condiciones existentes en la entrada del ventilador pero con la presión corregida o presión equivalente.

Pe = Pr * (1,2 kg/m3)/δr = Pr * (0,075 lbm/ft3)/δr

Pe= presión equivalente Pr = presión real

NOTA: la presión real como equivalente pueden ser presion estática o presion total.

CURVA CARACTERISTICA DEL SISTEMA

CAUDAL Q ( FT3/MIN) O M3/SEG

PRESION ESTATICA

O TOTAL

Representa la presion requerida en función del caudal que circula por dicho sistema

CURVA DEL VENTILADOR

CURVA TIPICA DEL VENTILADOR

El ventilador tiene características de funcionamiento variable y esta es la grafica que lo representa

PUNTO DE OPERACIÓN

PUNTO DE OPERACION

Punto de operación del sistema el ventilador es diseñado para un punto de operación determinado pero en la realidad lo que define dicho punto son las

demandas del sistema.

1 2

3

CAMBIO DE REVOLUCIONES DEL MOTOR

VELOCIDAD 1 RPM

VELOCIDAD 2 RPM

P. OPERACIÓN 1

P. OPERACIÓN 2

LEYES DE LOS VENTILADORES

Estas leyes son utilizadas para calcular los cambios en un sistema de ventilación cuando se varia algún parámetro de operación, por ejemplo los rpm ; ¿Cuál es la nueva presion estática?, ¿ la nueva potencia?, ¿ el nuevo caudal?

PRIMERA LEY En esta todo permanece constante lo que varia es los rpm del ventilador

SEGUNDA LEY Todo permanece constante el flujo de aire, el sistema, el tamaño del ventilador, la velocidad de rotación, pero varia es la densidad del aire, se utiliza cuando hay cambios en la temperatura o altura del lugar de trabajo.

TERCRA LEY

Permanece constante la presion estática del ventilador, el sistema, tamaño del ventilador, Pero hay cambio en la densidad pero se desea que permanezca constante la presion estática.

CUARTA LEY Permanece constante la masa de aire ( kg/seg), el sistema , el tamaño del ventilador y varia la densidad del aire.

EJEMPLO

CONCIDERACIONES

CONCIDERACIONES

POTENCIA AL AIRE

POTENCIA AL FRENO

VENTILADORES EN SERIE

CONSIDERACIONES

• Si se coloca un ventilador a continuación del otro y mas si son

helicoidales, se pueden acoplar con el mismo sentido de giro el

incremento de la presion será del 50 % y en sentidos opuestos del 300

%.

• La presión total generada será la suma de las presiones individuales de

cada ventilador pero con igual flujo menos la perdida de conexión de los

ventiladores.

• La curva del sistema debe intersectar la curva combinada del ventilador

o un ventilador de gran volumen debe manejar mas aire solo.

VENTILADORES EN PARALELO

CONSIDERACIONES

• Las curvas de ventiladores combinados, el flujo de aire es igual a la suma de

flujos pero a igual presiones.

• La curva del sistema incluye perdidas en la conexión de cada ventilador

• La curva del sistema debe interceptar la curva combinada del ventilador o el

ventilador de mayor presion maneja mas aire solo.