Ventiladores centrífugos: leyes del ventilador, tipos de palas y efecto del sistema es una referencia práctica para ingenieros que especifican, solucionan problemas o mantienen ventiladores que mueven aire o gas por acción centrífuga, convirtiendo la energía cinética del impulsor en presión.
Los ventiladores centrífugos dominan la ventilación industrial, el aire de combustión, la recolección de polvo y las tareas HVAC porque generan más presión por unidad de tamaño de carcasa que los axiales y toleran un rango más amplio de resistencias en conductos.
El gas entra por el ojo del impulsor a lo largo del eje del eje y es desviado aproximadamente 90 grados por las palas en rotación, saliendo por la punta de forma radial hacia una carcasa en forma de espiral (voluta) que convierte la velocidad en presión estática a medida que la sección se ensancha hacia la salida.
Las pérdidas en el cono de entrada, las holguras en los extremos de las palas y la voluta hacen que la eficiencia varíe ampliamente según el tipo de pala: aproximadamente 45 a 60 por ciento para ruedas radiales robustas, hasta 80 a 90 por ciento para diseños curvados hacia atrás y de perfil aerodinámico.
La geometría de la pala determina la eficiencia del ventilador, el comportamiento de la potencia, el ruido y la tolerancia al polvo o la humedad. Elegir el tipo de pala incorrecto para una corriente de gas sucia es una causa común de desgaste prematuro y tiempo de inactividad.
| Tipo de pala | Eficiencia máxima típica | Curva de potencia | Tolerancia al polvo | Ruido relativo |
|---|---|---|---|---|
| Radial (paleta) | 45 a 60% | No provoca sobrecarga; aumenta de forma sostenida con el caudal | Excelente; autolimpiante | Alto |
| Curvadas hacia adelante | 55 a 65% | Provoca sobrecarga; la potencia sigue aumentando con el caudal | Pobre; las palas se ensucian fácilmente | Moderado a alto |
| Curvadas hacia atrás | 75 a 85% | No provoca sobrecarga; alcanza un pico cerca del BEP (punto de mejor eficiencia) y luego cae | Moderada; necesita gas limpio | Moderado |
| Perfil aerodinámico (airfoil) | 80 a 90% | No provoca sobrecarga; menor consumo de potencia por unidad de caudal | Pobre; no apto para polvo abrasivo | Bajo |
Las palas radiales son adecuadas para manejo de materiales y servicio en plantas cementeras porque las palas rectas resisten la acumulación y la erosión.
Las ruedas curvadas hacia adelante ofrecen un caudal elevado en una carcasa pequeña y de baja velocidad, común en unidades HVAC compactas, pero necesitan un motor sobredimensionado ya que la potencia sigue aumentando con el caudal.
Las ruedas curvadas hacia atrás y las de perfil aerodinámico son adecuadas para servicio con aire limpio como el soplado forzado de calderas; su curva sin sobrecarga protege el motor en todo el rango de caudal.
Para geometría fija del ventilador y densidad de gas constante, las leyes del ventilador (leyes de afinidad) relacionan el rendimiento a una velocidad con el de otra:
La relación cúbica en la potencia es la razón por la que el control de velocidad variable ahorra tanta energía: una reducción moderada de velocidad produce un gran ahorro de potencia, manteniéndose válida aproximadamente hasta un cambio de velocidad del orden del 25 al 30 por ciento.
Las mismas leyes se aplican aproximadamente sustituyendo diámetro por velocidad, aunque la eficiencia cambia ligeramente y debe comprobarse frente a las curvas del fabricante. Estas son las mismas leyes de afinidad usadas para bombas centrífugas; vea la referencia de leyes de afinidad para la derivación.
La curva de rendimiento de un ventilador gráfica la presión estática frente al caudal, siendo la máxima cerca del cierre y disminuyendo a medida que aumenta el caudal. La curva del sistema representa la resistencia del conducto, compuertas y filtros, que aumenta aproximadamente con el cuadrado del caudal.
El punto de funcionamiento se sitúa donde las dos curvas se cruzan. Un sistema con poca resistencia (fugas, una compuerta abierta) empuja el punto de trabajo hacia la derecha, absorbiendo más caudal y potencia de lo previsto en el diseño.
Un sistema con demasiada resistencia (filtros obstruidos, conductos subdimensionados) lo desplaza hacia la izquierda y, en ruedas curvadas hacia adelante y radiales, corre el riesgo de entrar en una zona inestable de pérdida cerca del pico de presión.
Comprobar el punto de funcionamiento frente a la curva de diseño es estándar en la puesta en marcha y después de cualquier modificación del conducto.
Las curvas de catálogo proceden de ensayos de laboratorio con conductos rectos y sin obstrucciones según normas como AMCA 210. En campo, codos cerca de la entrada, flujo de entrada no uniforme o transiciones bruscas de conducto añaden turbulencia y pérdidas de presión que la curva del catálogo no captura.
AMCA Publicación 201 cuantifica estas pérdidas como factores de efecto del sistema, una razón común por la que un ventilador correctamente seleccionado rinde menos tras la instalación. Conductos rectos y evitar codos en la conexión del ventilador son las soluciones principales.
También deben vigilarse las vibraciones de rodamientos y eje conforme a una norma como la severidad de vibración ISO 10816-3, ya que el desequilibrio por polvo es una causa principal de fallo de rodamientos; los soportes de aislamiento de vibraciones ayudan también.
Dos formas habituales de modular la salida del ventilador son las compuertas y el control de velocidad por frecuencia variable.
Una compuerta de descarga añade resistencia, moviendo el punto de funcionamiento hacia la izquierda, pero el ventilador sigue funcionando a plena velocidad y absorbe la mayor parte de su potencia a plena carga incluso con menor caudal, por lo que el estrangulamiento desperdicia energía.
Las compuertas con álabes de entrada pre-rotan el gas entrante y son más eficientes que el estrangulamiento en la salida porque remodelan la curva, pero aun así no pueden igualar al control de velocidad, que reduce la potencia aproximadamente por el cubo de la relación de velocidades y típicamente se amortiza rápidamente en ventiladores con gran rango de regulación.
Monitorizar la velocidad del ventilador, la corriente del motor y la presión en el conducto en un sistema como Fabrico ayuda a detectar un ventilador que se desvía de su curva o un rodamiento próximo a una alarma según ISO 10816-3.
Un ventilador centrífugo descarga el gas de forma radial a través de una carcasa en espiral y genera alta presión para su tamaño; un ventilador axial impulsa el gas en línea con el eje y es adecuado para alto caudal a baja presión, como en torres de enfriamiento.
Las ruedas curvadas hacia adelante tienen una curva de potencia sobrecargante: la potencia sigue aumentando a medida que crece el caudal. Si la resistencia del conducto disminuye, el punto de funcionamiento se desplaza a mayores caudales y la potencia puede exceder la capacidad del motor.
Aproximadamente, sustituyendo diámetro por velocidad, pero la eficiencia no se preserva perfectamente, por lo que los resultados deben confirmarse con la curva del fabricante.
Una geometría de entrada o salida deficiente, como un codo montado justo en la conexión del ventilador, puede consumir una porción significativa de la presión o el caudal nominal; la pérdida depende del accesorio y está tabulada en AMCA Publicación 201.
¿Listo para ver las tendencias de condición de ventiladores y equipos rotativos en un solo lugar? Reserve una demostración de Fabrico.
Iniciar sesión
Blog
