Proyecto de investigación de los ventiladores. Clasificación, aplicación y cálculo. Asignatura: Sistemas y maquinas de fluidos.

Autor:

José Luis Torres Ortega 01/12/2010

5° Semestre Electromecánica.

Proyecto de investigación de los ventiladores. 2010

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Índice

Justificación del proyecto………………………………….….…3

Objetivo………………………………………………………….…3

Clasificación y principio de operación de los ventiladores…..4

Campo de aplicación de los tipos de ventiladores…………..19

Cálculo y selección de ventiladores. Ejemplos……………....20

Conclusión………………………………………………………..30

Bibliografía………………………………………………….……31

Referencias……………………………………………….……..31

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Justificación del proyecto

La realización del siguiente trabajo de investigación acerca de los ventiladores,

principio de funcionamiento, clasificaciones y campo de aplicación, cálculo y

selección de los mismos es para poder observar, analizar y seleccionar un

ventilador que vaya con las características que se necesitan en el desarrollo de un

sistema donde se requiera hacer uso de estos para transmitir energía a un fluido.

Así mismo para conocer las distintas clasificaciones que existen de los mismos y

determinar cuál es el adecuado para su análisis y selección.

A través de esta investigación se pretende transmitir el conocimiento básico de la

teoría de funcionamiento para hacer la construcción de los distintos tipos de

ventiladores y poder establecer un cálculo analítico teórico para resolver

problemas que se presenten al momento de su utilización en cualquier lugar

donde se presente una situación que requiera de su uso.

A partir de esta investigación se adquirirán los beneficios de una correcta elección

y análisis teórico para usar el mejor ventilador y evitar gastos extras y baja

eficiencia de los mismos, proporcionándonos de tal manera una buena experiencia

de uso y una satisfacción al momento de su aplicación correcta.

Los beneficiarios son todos aquellos estudiantes de la materia que deseen

conocer más acerca de estos dispositivos usados en el análisis de maquinas de

fluidos, además claro, de las personas que se interesen en conocer más acerca de

estos dispositivos para poder hacer una selección correcta para cada caso que

requieran resolver, en pocas palabras al público en general.

Objetivo

Tener un mayor conocimiento acerca del funcionamiento básico en el que se

basan estos dispositivos y los problemas que nos pueden resolver en sistemas

donde necesitemos de su aplicación así como conocer las distintas clasificaciones

existentes así como comprender el análisis matemático desarrollado para su

elección, eficiencia, potencia y caudal óptimos requeridos en cada situación donde

se empleen.

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Clasificación y principio de operación de los

ventiladores:

Un ventilador esencialmente es una bomba de gas en vez de líquido, por lo tanto podemos decir que un ventilador es una turbomaquina hidráulica generadora de gases. Ahora como una definición alternativa podemos decir que un ventilador es una máquina de fluido concebida para producir una corriente de aire mediante un rodete con aspas que giran produciendo una diferencia de presiones. Entre sus aplicaciones, destacan las de hacer circular y renovar el aire en un lugar cerrado para proporcionar oxígeno suficiente a los ocupantes y eliminar olores, principalmente en lugares cerrados; así como la de disminuir la resistencia de transmisión de calor por convección.

Un ventilador es una turbo máquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es un gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinado rendimiento.

Alguna otra definición es que un ventilador es una maquina rotativa que transmite energía al fluido que circula por ella, bajo la forma de aumento de presión.

Se utiliza para desplazar aire o gas de un lugar a otro, dentro de o entre espacios, para motivos industriales o uso residencial, para ventilación o para aumentar la circulación de aire en un espacio habitado, básicamente para refrescar. Por esta razón, es un elemento indispensable en climas cálidos.

Un ventilador también es la turbomáquina que absorbe energía mecánica y la transfiere a un gas, proporcionándole un incremento de presión no mayor de 1.000 mmH2O aproximadamente, por lo que da lugar a una variación muy pequeña del volumen específico y suele ser considerada una máquina hidráulica.

En energía, los ventiladores se usan principalmente para producir flujo de gases de un punto a otro; es posible que la conducción del propio gas sea lo esencial, pero también en muchos casos, el gas actúa sólo como medio de transporte de calor, humedad, etc.; o de material sólido, como cenizas, polvos, etc.

Estos están destinados a producir movimiento de aire y se basan en los conceptos de caudal volumétrico, flujo volumétrico determinado para la densidad del aire,

incremento de la presión estática, potencia disponible, rendimiento del ventilador, ruido, dimensiones y modo de arrastre. Además de estas también se deben tomar en cuenta los tipos de presiones:

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Presión estática sobre las paredes del conducto: 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.

Presión dinámica: al convertir la energía cinética en presión, 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.

Presión 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.

En esta imagen podemos apreciar el comportamiento de las distintas presiones en los ductos por donde transita el fluido impulsado por el ventilador. PE: presión estática. PD: presión dinámica. PT: presión total.

También de forma secundaria, se utiliza el ventilador para asistir un intercambiador de calor como un disipador o un radiador con la finalidad de aumentar la transferencia de calor entre un sólido y el aire o entre los fluidos que interactúan. Una clara aplicación de esto se ve reflejada en evaporadores y condensadores en sistemas de refrigeración en que el ventilador ayuda a transferir el calor latente entre el refrigerante y el aire, y viceversa. Asimismo, equipos de acondicionamiento de aire como la Unidad manejadora de aire, ocupan un ventilador centrífugo de baja presión estática para circular el aire por una red de ductos al interior de una edificación o instalación industrial.

Las bombas aumentan la energía de los líquidos, mientras que los ventiladores hacen lo mismo con los gases; el procedimiento para diseñar una maquina de este tipo es el mismo en ambos casos, a excepción de cuando aumenta considerablemente la densidad.

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Suele haber circulación de aire o ventilación a través de los huecos en las paredes de un edificio, en especial a través de puertas y ventanas. Pero esta ventilación natural, quizá aceptable en viviendas, no es suficiente en edificios públicos, como oficinas, teatros o fábricas.

Para ventilación de las salas de trabajo y reuniones, así como de minas, túneles y barcos; para exhaustación de humos, aire con alto contenido de polvo, etc.; para el secado de procesos industriales; para la refrigeración y acondicionamiento de aire, etc.; se necesitan grandes caudales de aire; pero con frecuencia las presiones son relativamente pequeñas.

Por tanto, las maquinas para este tipo de servicio muchas veces se calculan como ventiladores (maquinas hidráulicas) sin tener en cuenta la compresibilidad del gas y por tanto sin tener en cuenta la variación de la densidad y volumen especifico. Por el contrario en las acererías y altos hornos se requieren presiones mucho mayores, que vas desde 2 hasta 4 bar, para vencer la resistencia al flujo a través de las conducciones, toberas, etc.

Por tanto las maquinas para este tipo de servicio se calculan como compresores (maquinas térmicas), teniendo en cuenta la compresibilidad del gas y por tanto teniendo en cuenta la variación de densidad y volumen especifico.

Los dispositivos de ventilación más sencillos utilizados en lugares donde se necesita mucha ventilación son ventiladores instalados para extraer el aire viciado del edificio y favorecer la entrada de aire fresco. Los sistemas de ventilación pueden combinarse con calentadores, filtros, controladores de humedad y dispositivos de refrigeración.

Los líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles. La compresibilidad puede o no afectar al diseño de la maquina y repercutir o no en la aplicabilidad de las formulas desarrolladas para las bombas, pero también dependerá de las variaciones de las viscosidades, densidad y volumen especifico. Si el gas puede considerase prácticamente incompresible a su paso por la maquina la teoría y funcionamiento de la bomba de gas será idéntica a la de la bomba de liquido esto sucede cuando el incremento de presiones es pequeña.

Si por otra parte el gas no puede considerarse incompresible, las formulas cambiaran, puesto que no se podrán aplicar las mismas características de una bomba a los ventiladores. Si el gas puede considerarse incompresible la maquina va a tener el nombre de ventilador, de lo contrario, si el gas se considera compresible adquirirá el nombre de turbocompresor.

Existe una línea de separación entre el ventilador y el turbocompresor que es convencional. Antiguamente se decía que si el incremento de presión era menor o igual a 1.000mm de columna de agua, el efecto de la compresibilidad podría despreciarse y la maquina era un ventilador. Este límite sigue siendo válido para

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los ventiladores industriales de poca calidad, en que no se busca un rendimiento grande, si no un precio reducido, pero al crecer la potencia de los ventiladores con el desarrollo de las técnicas de ventilación, refrigeración y aire acondicionado, en los ventiladores de calidad dichos limites se deben establecer más bajos, de esta manera podemos establecer que:

Entonces digamos que ventilador es la turbomaquina que absorbe energía mecánica y restituye energía a un gas, comunicándole un incremento de presión tal que el influjo de la compresibilidad pueda despreciarse. Compresor es entonces la turbomaquina, análoga a la anterior, pero que comunica al gas un incremento de presión tal que el influjo de la compresibilidad no puede despreciarse. A manera de resumen:

- En el cálculo y funcionamiento del ventilador el gas se supone incompresible.

- En el cálculo y funcionamiento del compresor el gas se supone compresible.

- El ventilador es una maquina hidráulica.

- El compresor es una maquina térmica.

- El ventilador nunca se refrigera porque al ser la comprensión pequeña (teóricamente despreciable), el gas no se calienta.

- El compresor con mucha frecuencia es refrigerado.

Las turbobombas y los turbosopladores pueden ser de flujo radial, flujo axial a una combinación de ambos convirtiéndolos en flujo mixto. Para cargas relativamente altas se utilizan los de flujo radial (centrífugos), a menudo con dos o más etapas, es decir, dos o más impulsores que trabajan en serie.

Para gastos grandes con cargas pequeñas, la bomba o el soplador de flujo axial son los más convenientes, mientras que la bomba de flujo mixto se emplea para cargas y gastos intermedios.

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Ahora vamos a establecer algunas de las clasificaciones que se conocen o se tienen de los ventiladores:

Primero la clasificación por presión total desarrollada:

- Ventiladores de baja presión: presión total desarrollada inferior a 10mbar.

- De media presión: presión total desarrollada superior a 10 e inferior a 30mbar.

- De alta presión: presión total desarrollada superior a 30 e inferior a los 100mbar. En estos últimos el efecto de la compresibilidad ya es apreciable. Aunque esta clasificación es meramente convencional.

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Algunos otros autores clasifican a los ventiladores también por su sistema de accionamiento como lo vienen siendo:

- Accionamiento directo - Accionamiento indirecto por transmisión.

Tipos de ventiladores:

-Industriales: Centrífugos, Helicocentrífugos, Helicoidales de distintas presiones y caudales

-De pared: son fijados en la pared, permitiendo una mayor circulación en lugares pequeños, donde el uso de ventiladores no es soportado debido a la largura del ambiente, o en conjunto con otros ventiladores, proporcionando una mayor circulación de aire.

-De mesa: son ventiladores de baja potencia utilizados especialmente en oficinas o en ambientes donde necesitan poca ventilación.

-De piso: son portátiles y silenciosos, posibilitan que sean colocados en el suelo en cualquier ambiente de una casa, pudiendo ser trasladados a cualquier parte. Podemos encontrarlos en varios modelos y formas.

-De techo: son ventiladores verticales, sus aspas están en posición horizontal, y por lo tanto el aire va hacia abajo. Muy comunes, utilizados en habitaciones donde no hay espacio disponible en las paredes o el suelo.

Vamos a mencionar ahora otra clasificación:

-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. Mueven grandes cantidades de caudal con incrementos de presión estática baja. Suelen sub-clasificarse, por la forma de su envolvente, de la siguiente manera:

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.

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Tubo 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.

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.

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

Existen tres tipos básicos de ventiladores axiales: Helicoidales, tubulares y tubulares con directrices.

Los ventiladores helicoidales se emplean para mover aire con poca pérdida de carga, y su aplicación más común es la ventilación general. Se construyen con dos tipos de alabes: alabes de disco para ventiladores sin ningún conducto; y alabes estrechas para ventiladores que deban vencer resistencias bajas (menos de 25 Mm. c d a). Sus prestaciones están muy influenciadas por la resistencia al flujo del aire y un pequeño incremento de la presión provoca una reducción importante del caudal.

Los ventiladores tubulares disponen de una hélice de álabes estrechos de sección constante o con perfil aerodinámico (ala portante) montada en una carcasa cilíndrica. Generalmente no disponen de ningún mecanismo para ende rezar el flujo de aire. Los ventiladores tubulares pueden mover aire venciendo resistencias moderadas (menos de 50 Mm. cda).

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Los ventiladores turboaxiales con directrices tienen una hélice de álabes con perfil aerodinámico (ala portante) montado en una carcasa cilíndrica que normalmente dispone de aletas enderezadoras del flujo de aire en el lado de impulsión de la hélice. En comparación con los otros tipos de ventiladores axiales, éstos tienen un rendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 600 Mm. cda).

Las directrices (compuertas) tienen la misión de hacer desaparecer la rotación existente o adquirida por el fluido en la instalación, 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 ó removibles.

La siguiente figura muestra un ventilador axial construido por la casa siemens para ventilación de minas, con motor eléctrico refrigerado por aire, n= 2900 rpm. Su rendimiento es elevado de 80% gracias a que los ocho alabes que consta su rodete de siluminio antideflagrante están diseñados como perfil de ala de avión.

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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. Existen 3 tipos básicos de estos ventiladores que son:

TIPO PROPULSOR O DE PARED: Que es el típico ventilador para bodegas industriales, de baja presión estática (0,5 a 1,5 pulg. de columna de agua) con caudales variables según su diámetro.

TIPO TURBO – AXIAL: Es aquel que tiene su rotor y motor dentro de una carcasa cilíndrica, lo que incrementa su capacidad y presión estática 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 además posee un juego de paletas guías fijas a la carcasa (vanes, venas) que le permite obtener una más alta presión estática de trabajo (de 6 a 13 ó más pulgadas de agua en casos de diseños especiales).

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

En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y está 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.

Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes:

-álabes curvados hacia adelante,

-álabes rectos,

-álabes inclinados hacia atrás/curvados hacia atrás.

Los ventiladores de álabes curvados hacia adelante (también se llaman de jaula de ardilla) tienen una hélice o rodete con las álabes curvadas en el mismo sentido que la dirección de giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad periférica y son silenciosos. Se utilizan cuando la presión estática necesaria es de baja a media, tal como la que se encuentran en los sistemas de calefacción, aire acondicionado o renovación de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, ya que las partículas se adhieren a los pequeños álabes curvados y pueden provocan el desequilibrado del rodete.

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Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Además, como su característica de potencia absorbida crece rápidamente con el caudal, ha de tenerse mucho cuidado con el cálculo de la presión necesaria en la instalación para no sobrecargarlo. En general son bastante inestables funcionando en paralelo vista su característica caudal-presión.

Los ventiladores centrífugos radiales tienen el rodete con los álabes dispuestas en forma radial. La carcasa está diseñada de forma que a la entrada y a la salida se alcanzar velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseños de rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta resistencia a impacto".

La disposición radial de los álabes evita la acumulación de materiales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comúnmente utilizado en las instalaciones de extracción localizada en las que el aire contaminado con partículas debe circular a través del ventilador. En este tipo 'de ventiladores la velocidad periférica es media y se utilizar en muchos sistemas de extracción localizada que vehicular aire sucio o limpio.

Los ventiladores centrífugos de álabes curvados hacia atrás tienen un rodete con los álabes inclinados en sentido contrario al de rotación.

Este tipo de ventilador es el de mayor velocidad periférica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo y una característica de consumo de energía del tipo "no sobrecargable".

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En un ventilador "no sobrecargable", el consumo máximo de energía se produce en un punto próximo al de rendimiento óptimo de forma que cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultará en un consumo de energía menor.

La forma de los álabes condiciona la acumulación de materiales sobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a continuación:

-álabes de espesor uniforme: Los álabes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o húmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales sólidos ya que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior de los álabes.

-álabes de ala portante: Las álabes de ala portante permiten mayores rendimientos y una operación más silenciosa.

Los alabes huecos se erosionan rápidamente y se pueden llenar de líquido si la humedad es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire limpio.

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Se suelen sub-clasificar, según la forma de las palas o álabes del rotor, de la siguiente manera:

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.

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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.

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

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

Radial tip: Rotores de palas curvadas hacia delante con salida radial. Son una variación de los ventiladores radiales pero con mayor rendimiento. Aptos para trabajar con palas antidesgaste. Son autolimpiantes. La potencia aumenta de forma continua al aumento del caudal.

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Ventiladores transversales: La trayectoria del aire en el rodete es normal al eje tanto a la entrada como a la salida.

Ventiladores heliconcentrifugos: son intermedios entre los centrífugos y los axiales, en ellos el aire entra como en los helicoidales y sale como en los centrífugos.

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Campo de aplicación de los diferentes tipos de ventiladores:

Los distintos campos de aplicación que tienen los ventiladores y sus distintas clasificaciones mencionadas anteriormente son conforme a los siguientes:

Por parte de los axiales:

-El ventilador helicoidal: 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. Se utilizan también en la renovación ambiental de bares, cafeterías, restaurantes, Cocinas particulares y semi-industriales, bodegas, pequeños locales comerciales y almacenes.

-Ventiladores de tejado: extracción a través de cubiertas y tejados para la renovación ambiental de parkings, hoteles, talleres, instalaciones agropecuarias, etc.

-Tubo axial: 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: 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.

-Centrofil: Las mismas aplicaciones que el ventilador VANEAXIAL.

Ahora pasando a los centrífugos, los más aplicados y podría decirse que principales son conforme a la forma de las palas o alabes del rotor:

-Curvadas hacia adelante: Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.

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

-Palas radiales: 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.

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-Airfoil: 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.

Radial tip: Como los radiales estos ventiladores son aptos para trabajar en aplicaciones industriales con movimiento de materiales abrasivos, pero con un mayor rendimiento.

-Ventiladores centrífugos de baja presión: los que constan de motor rotor exterior tienen uso y aplicación en hostelería, parkings, tiraje de tuberías y chimeneas, instalaciones químicas y mecánicas. Algunos otros son usados también en instalaciones de ventilación, calefacción, acondicionamiento de aire, cajas de ventilación, refrigeración industrial y campanas de cocina profesional.

-Ventiladores centrífugos de mediana presión: algunos muy comunes son los portables, usados para la aplicación en estructuras hinchables, publicitarias, carpas, castillos, etc. O más industriales como en aplicaciones donde interesa vencer importantes pérdidas de carga. Procesos industriales y actuación en diversa maquinaria. Climatización, cocinas industriales y extracción y ventilación localizada.

-Del tipo denominado ventiladores 400°C/2 horas para instalaciones inmersas: se usan para la evacuación de humo en caso de incendios, para instalaciones en la zona de riesgo, extracción de aire, humos o vapores en conducto a través de cubiertas y tejados.

Cálculo y selección de ventiladores. Ejemplos de aplicación:

En el cálculo de los ventiladores mencione anteriormente que se pueden utilizar algunas de las formulas de las bombas, siempre y cuando se cumplan una serie de requisitos en consideración de la compresibilidad y densidad del fluido a transmitir la energía deseada. Ahora, en la práctica, en lugar de dichas formulas se emplean otras que solo se diferencian de aquellas en que en lugar de venir expresadas en alturas, vienen expresadas en presiones. Por lo tanto basta tener en cuenta que para pasar de las formulas de las bombas a las de los ventiladores tenemos que establecer la siguiente relación:

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Con ayuda de la ecuación anterior podemos construir sin mayor complicación la tabla siguiente:

Además de estas formulas debemos tener en consideración una serie de leyes que rigen en el funcionamiento de los ventiladores.

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

Podríamos decir que cuando un mismo ventilador se somete a regímenes distintos de marcha o bien se varían las condiciones del fluido que circula, pueden calcularse por anticipado los resultados que se obtendrán a partir de los conocidos, por medio de unas leyes o relaciones sencillas que también son de aplicaciones cuando se trata de una serie de ventiladores homólogos, esto quiere

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decir que son de dimensiones y características semejantes que se mantienen al variar el tamaño al pasar por uno de ellos a cualquier otro de su misma familia.

Estas leyes se basan en que en el hecho de tener dos ventiladores de una serie homologa tienen sus curvas características y para puntos de trabajo semejantes tienen el mismo rendimiento, manteniéndose entonces interrelacionadas todas las razones de las demás variables.

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Cabe mencionar que también los ventiladores, tal como con las bombas, se rigen de graficas o curvas de comportamiento como las siguientes:

En caso de los ventiladores centrífugos nos podemos basar en las siguientes:

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Esta otra grafica nos muestra una variación de los distintos tipos de ventiladores con sus respectivas graficas, con valores que dependen de la presión y caudal, que a diferencia de las bombas es altura y caudal.

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Para ventiladores axiales podemos encontrar de este tipo de curvas características:

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Veamos entonces la aplicación de estas formulas y tablas en los problemas teóricos:

Un ventilador centrífugo tiene paletas rectas y un ancho constante en el rodete de 600mm. Gira a 500 rpm. Da un caudal de aire de 300 metros cúbicos por minuto. La densidad es de 1,2 kilogramos por metro cubico. La entrada de velocidad absoluta en los alabes es radial. D2 es igual a 650mm. D1 es igual a 600mm. Calcular: a) los ángulos B1 y B2. b) la presión producida por el ventilador c) la potencia del ventilador. En este problema como cualquier otro sobre ventiladores se puede resolver según la tabla mostrada, 20-1, utilizando ya sea las formulas de las bombas o bien las de los ventiladores. Como ejemplo de esta solución dual se les mostrara ambos métodos en este problema. Muchas de las formulas son exclusivamente para bombas y ventiladores. Primero damos solución al inciso a de los ángulos.

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A continuación el análisis para la presión del ventilador que corresponde al inciso b de nuestro problema inicial:

Por último el inciso c de la potencia engendrada por el ventilador:

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Otro problema de aplicación de las formulas para ventiladores es el siguiente:

Un ventilador centrifugo de aire con densidad de 1,2kg por cada metro cubico tienen las siguientes dimensiones, D2 es igual a ½ m; el ancho del rodete es igual a 75mm cuyo valor permanecerá constante. El caudal suministrado es de 3 metros cúbicos por segundo, la velocidad de 900 rpm. Un manómetro diferencial inclinado mide una presión de 3,5 mbar entre la entrada y salida del ventilador. La presión dinámica producida por el ventilador es despreciable. La potencia en el eje de la maquina es de 1,84 kilowatts. El rendimiento mecánico va a ser del 93%. La entrada en el rodete es radial. Se despreciara el espesor de los alabes y no se tendrán en cuenta las perdidas volumétricas. Encuentre:

a) Rendimiento hidráulico b) rendimiento total c) perdida de presión en el ventilador d) ángulo que forman los alabes a la salida.

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Conclusión

Con esta investigación hecha y toda la información que se recopilo durante el desarrollo de este proyecto se logro dar una amplia explicación del funcionamiento básico teórico de los ventiladores haciendo comparación a las bombas, cuya similitud es mucha, pero que sin embargo, como vimos al momento de iniciar con los cálculos, tienen sus diferencias en cuanto a características requerida para el análisis se refiere.

Se logro realizar una detallada explicación de su clasificación, que incluyen imágenes comparativas que asemejan mucho a los modelos reales existentes en la industria, así como también se logro dar la aplicación de cada uno de estos modelos con ejemplos claros ubicados a sistemas reales y emplazamientos vistos en la vida cotidiana.

A través de esta investigación se logro también mostrar a todos los lectores el cálculo analítico matemático teórico y las especificaciones, formulas y leyes que rigen a los ventiladores, para generar un amplio conocimiento acerca de los factores que intervienen al momento de querer seleccionar un ventilador para su aplicación.

Muestro también los documento en los que se basan los ingenieros al momento de su cálculo, como lo vienen siendo las ilustrativas graficas o curvas de comportamiento de los ventiladores, proporcionando las respectivas curvas para cada modelo de ventilador distinto dependiendo de la clasificación vista.

En resumen pues, se ha logrado el objetivo de dejar claro lo que viene siendo el principio básico de funcionamiento y construcción de un ventilador, la clasificación así como su principio de operación en base a la teoría recopilada, el campo de aplicación, que tienen los diferentes modelos con respecto a su clasificación, en la vida cotidiana y emplazamientos donde es más común encontrar estos aparatos y por último el cálculo en el que se basan los ingenieros para su selección correcta y uso adecuado proporcionándonos la mayor comodidad en cuanto a su uso, eficiencia y eficacia se refiere.

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Bibliografía

1.- Mecánica de los fluidos octava edición (tercera en español). Víctor L. Streeter. (profesor emeritus of hidraulics) & Benjamín Wylie. (profesor of civil engineering). Univesity of Michigan. Incluido en el CD anexo. Formato PDF.

2.- Mecánica de fluidos. Irving H. Shames(Faculty profesor and distinguished teaching professor, Faculty of engineering and applied science. (tercera edición) McGraw-hill. Incluido en el CD anexo. Formato PDF.

3.- Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas. (segunda edición) Claudio Mataix. (Doctor en ciencias físicas, ingeniero master, profesor de mecánica de fluidos y turbomaquinas en la escuela técnica superior de ingenieros técnicos industriales). Ediciones del castillo S.A. Madrid. Incluido en el CD anexo. Formato PDF.

Referencias

1.- http://www.nuestraweb.net/casals/web/pdf/Guia_de_Aplicacion.pdf. Incluido en el CD anexo. Formato PDF.

2.- http://www.extractores.com.mx/centrifugos.htm

3.- http://exposicionesvirtuales.com/tiendaVirtualPagInf.cfm?tema_id=4711

4.- http://www.diee.unican.es/pdf/Ventiladores.pdf Incluido en el CD anexo. Formato PDF.

5.- http://www.chiblosa.com.ar/spanish/herramientas/teoria_de_los_ventiladores.htm

6.- http://www.extractores.com.mx/ventiladores%20axiales.htm