Universidad Nacional de Ingeniera Tema: Ventilador Axial
RESUMEN
INTRODUCCIN
Para mover el aire a travs de una extraccin localizada o un
sistema de ventilacin general de un local es necesario aportar
energa para vencer las prdidas de carga del sistema. En la gran
mayora de los casos el aporte de energa proviene de mquinas
denominadas ventiladores aunque, en algunos casos, la ventilacin se
puede realizar por conveccin natural sin el uso de los
ventiladores.
Los ventiladores son las mquinas ms usadas para producir el
movimiento del aire en la industria. Su funcionamiento se basa en
la entrega de energa mecnica al aire a travs de un rotor que gira a
alta velocidad y que incrementa la energa cintica del fluido, que
luego se transforma parcialmente en presin esttica.
CAPTULO IMARCO TERICO
1.1 CONCEPTOS BSICOS
1.1.1 Definiciones previas
VENTILADOR: Maquina rotativa que transmite energa al fluido que
circula por ella, bajo la forma de aumento de presin CAUDAL: Flujo
volumtrico determinado para la densidad del aire. PRESION ESTATICA:
Presin del aire debida solo a su grado de compresin. Puede ser
positiva o negativa. En el ventilador es la diferencia entre la
presin esttica de salida y la presin total a la entrada. PRESION
DINAMICA: Presin del aire debida solo a su movimiento. La presin
dinmica puede ser solo positiva. En el ventilador ser la
correspondiente al promedio de las velocidades a la salida del
ventilador. PRESION TOTAL: Presin del aire debida a su compresin y
movimiento. Es la suma algebraica de las presiones dinmica y
esttica en un punto determinado. Por lo tanto, si el aire est en
reposo, la presin total es igual a la presin esttica. En el
ventilador ser la diferencia entre las presiones totales
determinadas a la salida y a la entrada del mismo.
Universidad Nacional de Ingeniera Tema: Ventilador Axial
1.1.2 1.1.3 Ventilador AxialSon aquellos en los cuales el flujo
de aire sigue la direccin del eje del mismo. Se suelen llamar
helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con
esa forma. En lneas generales son aptos para mover grandes caudales
a bajas presiones. Con velocidades perifricas medianamente altas
son en general ruidosas.Se usan para mover grandes cantidades de
aire en espacios abiertos; como la resistencia al flujo es muy
baja, se requiere generar una presin esttica pequea, del orden de
los 5 a 25 milmetros de columna de agua (mmcda). Debido a esto, la
principal aplicacin de los ventiladores axiales se encuentra en el
campo de la ventilacin general y se los conoce con el nombre de
extractores o inyectores de aire. Sin embargo, este tipo de
ventiladores, cuando se los construye con labes en forma de perfil
de ala y de paso variable, llegan a generar alturas de presin
estticas del orden de los 300 milmetros de columna de agua (mmcda)
y se los usa en aplicaciones diversas.
Los ventiladores axiales son apropiados para la extraccin de
aire en general, gases y vapores, o para la inyeccin de aire en
recintos tales como salas de cine, tiendas, almacenes, establos,
gallineros, etc. Tambin se emplean para disipar el calor producido
por equipos que requieran constante refrigeracin, como motores y
transformadores de potencia.
1.2FuncionamientoEstn formados por un rotor aleteado accionado
por un motor montado sobre el mismo eje y la circulacin del gas es
paralela al eje de la mquina.En funcin del tamao de la maquina, el
rotor puede ser de aletas orientables (geometra variable) a fin de
conseguir trabajar con el mejor rendimiento para cualquier
caudal.Algunos ventiladores axiales, sobre todo aquellos que
proporcionan caudales o presiones elevados, pueden ir equipados con
aletas directrices fijas, situadas aguas arriba del impulsor, a fin
de evitar turbulencias y mejorar su rendimiento1.3
ClasificacinExisten tres tipos bsicos de ventiladores axiales:
Helicoidales, tubulares y tubulares con directrices.
Losventiladores helicoidales:Se emplean para mover aire con poca
prdida de carga, y su aplicacin ms comn es la ventilacin general.
Se construyen con dos tipos de alabes: alabes de disco para
ventiladores sin ningn conducto; y alabes estrechas para
ventiladores que deban vencer resistencias bajas (menos de 25 Mm. c
d a). Sus prestaciones estn muy influenciadas por la resistencia al
flujo del aire y un pequeo incremento de la presin provoca una
reduccin importante del caudal.
Losventiladores tubulares:disponen de una hlice de labes
estrechos de seccin constante o con perfil aerodinmico (ala
portante) montada en una carcasa cilndrica. generalmente no
disponen de ningn mecanismo para ende rezar el flujo de aire. Los
ventiladores tubulares pueden mover aire venciendo resistencias
moderadas (menos de 50 Mm. cda).
Losventiladores turboaxiales con directrices:tienen una hlice de
labes con perfil aerodinmico (ala portante) montado en una carcasa
cilndrica que normalmente dispone de aletas enderezadoras del flujo
de aire en el lado de impulsin de la hlice. En comparacin con los
otros tipos de ventiladores axiales, stos tienen un rendimiento
superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 600 Mm.
cda). Las directrices (compuertas) tienen la misin de hacer
desaparecer la rotacin existente o adquirida por el fluido en la
instalacin, a la entrada del rodete o tras su paso por el mismo.
Estas directrices pueden colocarse a la entrada o a la salida del
rodete, incluso las hay fijas removibles.
Los ventiladores axiales estn compuestos bsicamente 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. Existen 3 tipos bsicos de estos ventiladores que
son: TIPO PROPULSOR O DE PARED:Que es el tpico ventilador para
bodegas industriales, de baja presin esttica (0,5 a 1,5 pulg. de
columna de agua ) con caudales variables segn su dimetro. TIPO
TURBO AXIAL:Es aquel que tiene su rotor y motor dentro de una
carcaza cilndrica, lo que incrementa su capacidad y presin esttica
hasta valores de 6 pulg. columna de agua, apropiado para ser
conectados a ductos , campanas, torres de enfriamiento, y para
operar en serie. TIPO VANE AXIAL:Es similar al anterior, pero adems
posee un juego de paletas guas fijas a la carcaza (vanes, venas)
que le permite obtener una ms alta presin esttica de trabajo ( de 6
a 13 ms pulgadas de agua en casos de diseos especiales
)OBSERVACION: Por sus altas presiones, los tipos vaneaxial, son los
ms utilizados en sistemas de ventilacin auxiliar seguidos de los
turboaxiales. El tipo propulsor slo se utiliza en la ventilacin de
locales y dependencias subterrneas. La curva caracterstica de los
ventiladores axiales se muestran en la lmina, donde se incluye los
valores de presin esttica, presin total, potencia requerida,
eficiencia mecnica y presin de velocidad de la descarga. Ms abajo
se han incluido curvas tpicas de los tres tipos de ventiladores
axiales, a modo de comparacin.
VENTILADORES CONTRA ROTATORIOSLos ventiladores axiales (tipo
turbo axial ) se proporcionan para operarlos en serie por algunos
fabricantes como contra rotatorios, es decir, con sentido de giro
invertidos de dos o ms etapas consecutivas.De acuerdo con sus
curvas de operacin, este mtodo proporciona valores de presin ms
altas que las conseguidas por ventiladores similares puestos en
serie con el mismo sentido de rotacin, con claras ventajas para el
diseo de estaciones de ventiladores, apropiados para la atencin de
desarrollos de gran longitud, como puede apreciarse en lmina # 13,
curvas de operacin de un modelo de ventilador contra rotatorio de
dos etapas.El nmero de etapas contra rotatorias pueden ser 2, 3, 4,
5 o ms y la presin esttica as desarrollada ser aproximadamente 3,
4, 6, 7 o ms veces que la correspondiente a una etapa simple del
mismo dimetro y velocidad. Este sistema de instalacin permite hacer
la instalacin completa para el total de la ductera a emplearse en
el desarrollo, y luego comenzar a operar slo con una etapa, dejando
las dems rotando en vaco hasta que la longitud de la ductera
precise el funcionamiento de la etapa siguiente y as sucesivamente
hasta completar el funcionamiento de todas las etapas contra
rotatorias. El nico lmite a considerar con cuidadoso anlisis es el
valor prctico mximo que es conveniente alcanzar con estos
ventiladores cuando se trabaja con ductera plstica, que es menos
resistente a la presin que el metlico y de mayor generacin de fugas
de aire, directamente proporcionales a la presin esttica de trabajo
de la ductera.Las ventajas de este tipo de instalacin con
ventiladores, cuyas unidades son idnticas y con fuerza motriz
independiente son sus facilidades de montaje en serie, sin requerir
ductera intermedia como acontece con los tipos vane axial, su
eficiencia en la generacin de alta presin esttica, su ajuste de
ngulo de paletas que permite variar su capacidad y su economa en
energa durante la puesta en marcha del sistema.
1.4 Leyes del Ventilador
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.
- Q =Caudal- pe= Presin esttica-hp=Potencia absorbida-
n=Velocidad de giro (rpm)
1.5 Cmo se mide la capacidad de los ventiladores axiales?Los
materiales constructivos deben ser de alta calidad, para poder usar
velocidades de giro mayores. Se deben observar las velocidades
reales de giro de los rotores para establecer dimetros de ductos.
Especialmente dimetros de las turbinas.Los ventiladores hechos con
materiales de buena calidad son hechos para lograr determinadas
velocidades en la punta de la aleta. Por ello, es imperioso usar
materiales ultra livianos y de caractersticas mecnicas
superiores.
Generalmente los ingenieros usan formulas para ventilar que
implican usar las especificaciones que brinda el fabricante, pero
las presiones y caudales son muy veleidosos cuando algn parametro
cambia como: velocidad de giro del rotor ( debido a cambios de
frecuencias Por ej: de 50 a 60 ciclos y viceversa)Esta sola
variacin produce un 5% de diferencia en velocidad perifrica lo que
en trminos de presin esta cambia en forma exponencial . O sea es
una variacin muy drstica y puede significar cambios en el diseo de
la ventilacin que implique usar el doble o el triple de
ventiladores.
Por ejemplo lo que sin duda implicar cambiar de proveedor de los
equipos por otros equipos de mayor eficiencia para usar la menor
cantidad de equipos, menor consumo elctrico con mayor presin y
caudales.Existen otros factores que limitan el rendimiento de un
ventilado, como la altitud, la temperatura, diseo, etc.No obstante
la nica manera de saber la capacidad de un ventilador es aforarlo
en SITU para saber a ciencia cierta que va a ser capaz de hacer
dicho equipamiento.Para aforar un ventilador se usa un instrumento
llamado tubo de pitot que mide estas condiciones con el ventilador
funcionando. Antes era un poco dificil usar el instrumento debiendo
dividir la seccion del flujo para promediar los datos pero ahora
vienen computarizados estos instrumentos y es fcil obtener estos
datos junto con aquel del revolucionar real del rotor del
equipo.
Los ingenieros normalmente hacen sus calculos de requerimientos
en forma matemtica como les han enseado y generan sus
requerimientos de compra tambin en trminos de eficiencia. Es decir
no compran un ventilador de 50 HP con doce aletas y un dimetro de
un metro, sino compran un dispositivo que sea capaz de brindar una
presin determinada con un caudal determinado a tantos metros de
altitud con suministro elctrico de tantos Hertz con giro de rotor a
tantas revoluciones y a una temperatura determinada.
Para lograr grandes presiones se ponen dos ventiladores axiales
unidos funcionando con giro invertido. Ojo las aletas y turbinas
son de distinta geometra y fisonoma.
Los ventiladores axiales en servicio son afectos a vibraciones e
incremento de estas por incremento de suciedad que se adhiere a las
aletas. Se debe dar mantenimiento peridicamente.1.5 ACCESORIOS PARA
LOS VENTILADORESExisten para los ventiladores axiales, una serie de
accesorios, como:Silenciadores, conos de entrada y salida,
rejillas, y ductos de los mas variados tipos bases anti vibratorias
etc.Los conos de entrada ayudan a mejorar la eficiencia en algn
grado. Para transportar el aire generalmente se usan mangas de PVC.
En las mangas de PVC se puede" ver " el grado de presin del o de
los ventiladores usados lo cual es til como cualquiera podr estar
de acuerdo.
CAPTULO IISELECCIN Y APLICACIONES2.1 Seleccin de un ventiladorLa
seleccin de un ventilador se efecta tomando en cuenta las
condiciones de montaje y los datos caractersticos exigidos: caudal
y sobrepresin.Determinacin del caudalEl caudal requerido para
ventilar adecuadamente un local puede ser calculado, generalmente,
en dependencia del volumen del local que debe ventilarse y de la
frecuencia de cambio de aire por hora, mediante la relacin:Q = V x
(R/h) 3600Donde:Q = Caudal de aire requerido (m3/seg)V = Volumen
del local a ventilar (m3)R/h = Nmero de renovaciones por hora
En lugares donde se aglomeran personas, como cines, teatros,
colegios, comedores, discotecas, etc., se recomienda calcular el
caudal de aire a remover con base en el aire necesario por persona/
hora, tendiendo en cuenta el aire viciado (fumadores) y el calor
producido por los cuerpos.
Otro parmetro a considerar es la sobrepresin esttica (la que
vence las resistencias del sistema donde se encuentra el
ventilador), ya que ella incluye sobre el caudal de aire.Para
ventiladores instalados en locales (por ejemplo cuando se montan en
paredes), 20 a 50 Pa. Aproximadamente, son suficientes. Si se
conectan tuberas o aparatos para tratamiento de aire, hay que aadir
la resistencia que producen.Los casos ms comunes son:3) Sin
persianas ni filtrosSobrepresin esttica: 0 N/m22) Con persianas
pero sin filtrosSobrepresin esttica: 10 a 30 N/m23) Con persianas y
filtrosSobrepresin esttica: 50 a 100 N/m2.
2.2 Modelos Para analizar las aplicaciones de un ventilador
axial, seleccionaremos una empresa peruana encargada de la
fabricacin de estos productos. En este caso seleccionamos la
empresa AITEC PERU, empresa lder en produccin de ventiladores
industriales y mineros desde hace 45 aos. Presenta los siguientes
modelos de ventiladores axiales: VAF - BIFURCADO - TUBULAR: Motor
fuera del flujo de gases, acople directo, para gases (aire)
calientes abrasivos o corrosivos. Este Ventilador
extractor-inyector axial robusto de mediana presin y gran caudal ,
es aplicable en todo tipo de industria y comercio, embarcaciones,
almacenes, cabinas de pintura, calefaccin, enfriamiento,
climatizacin, secado, etc.
VAF - TUBULAR: Ventilador con las mismas caractersticas del tipo
placa, pero difiere por su forma tubular con proteccin del motor al
cual lo mantiene fuera del flujo e aire. Este ventilador puede
trabajar con gases hasta 150 C, abrasivos o corrosivos. Este
Ventilador extractor-inyector axial robusto de mediana presin y
gran caudal , es aplicable en todo tipo de industria y comercio,
embarcaciones, almacenes, cabinas de pintura, calefaccin,
enfriamiento, climatizacin, secado, etc.
VAF - PLACA: Ventilador, Extractor robusto de mediana presin y
gran caudal, es aplicable en todo tipo de industria y comercio,
embarcaciones almacenes, cabina de pintura, calefaccin,
enfriamiento, humedecido, secado, etc. Este Ventilador
extractor-inyector axial robusto de mediana presin y gran caudal ,
es aplicable en todo tipo de industria y comercio, embarcaciones,
almacenes, cabinas de pintura, calefaccin, enfriamiento,
climatizacin, secado, etc. .
2.3 Aplicaciones: Ventilacin de minas y tneles Ventilacin
general de edificios Navales y martimas Suministro de aire a
procesos Tneles de viento Seguridad nuclear Aplicaciones de escape,
refrigeracin y ventilacin general Enlocomotoras de alta velocidad
de ltima generacin y vehculos de limpieza industrialEn resumen,
presentan usos ms especficos, en campos industriales y
meneros.CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFALibros: Pginas Web:
http://www.extractores.com.mx/ventiladores%20axiales.htm
http://www.airtec.com.pe/productos.php?cat2Id=2&cat3Id=1
http://www.ingenieria.uba.ar/archivos/posgrados_apuntes_CAPITULO_VENTILADORES
http://www.chiblosa.com.ar/spanish/herramientas/teoria_de_los_ventiladores.htm
http://ar.grundfos.com/service-support/encyclopedia-search/axial-fan.html
http://www.howden.com/es/Products/AxialFans/VariablePitch/default.htm
http://www.buenastareas.com/ensayos/Ventiladores-Axiales/1170128.html
ANEXO
1.
