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Un ventilador centrífugo es un dispositivo mecánico para mover aire u otros gases en una dirección en ángulo con el fluido entrante. Los ventiladores centrífugos a menudo contienen una carcasa con conductos para dirigir el aire saliente en una dirección específica o a través de un disipador de calor ; un ventilador de este tipo también se llama un ventilador , ventilador , ventilador de galletas [ cita requerida ] , o el ventilador de jaula de ardilla (porque se ve como una rueda de hámster ). Estos ventiladores aumentan la velocidad y el volumen de una corriente de aire con los impulsores giratorios . [1]
Los ventiladores centrífugos utilizan la energía cinética de los impulsores para aumentar el volumen de la corriente de aire, que a su vez se mueve contra la resistencia causada por conductos, amortiguadores y otros componentes. Los ventiladores centrífugos desplazan el aire de forma radial, cambiando la dirección (normalmente en 90 °) del flujo de aire. Son resistentes, silenciosos, fiables y capaces de funcionar en una amplia gama de condiciones. [2]
Los ventiladores centrífugos son dispositivos de volumen constante o de desplazamiento constante, lo que significa que, a una velocidad de ventilador constante, un ventilador centrífugo mueve un volumen de aire relativamente constante en lugar de una masa constante. Esto significa que la velocidad del aire en un sistema es fija aunque el caudal másico a través del ventilador no lo sea. [ cita requerida ]
Los ventiladores centrífugos no son dispositivos de desplazamiento positivo y los ventiladores centrífugos tienen ciertas ventajas y desventajas en comparación con los ventiladores de desplazamiento positivo: los ventiladores centrífugos son más eficientes, mientras que los ventiladores de desplazamiento positivo pueden tener un costo de capital menor. [3] [4] [5] [6] [7]
El ventilador centrífugo tiene una forma de tambor compuesto por varias aspas de ventilador montadas alrededor de un eje. Como se muestra en la figura animada, el cubo enciende un eje de transmisión montado en cojinetes en la carcasa del ventilador. El gas entra por el lado de la rueda del ventilador , gira 90 grados y acelera debido a la fuerza centrífuga a medida que fluye sobre las aspas del ventilador y sale de la carcasa del ventilador. [8]
Historia [ editar ]
La primera mención de ventiladores centrífugos fue en 1556 por Georg Pawer (en latín: Georgius Agricola ) en su libro De Re Metallica , donde muestra cómo se usaban dichos ventiladores para ventilar minas. [9] A partir de entonces, los ventiladores centrífugos gradualmente cayeron en desuso. No fue hasta las primeras décadas del siglo XIX que se reavivó el interés por los ventiladores centrífugos. En 1815, el marqués de Chabannes abogó por el uso de un ventilador centrífugo y obtuvo una patente británica ese mismo año. [10] En 1827, Edwin A. Stevens de Bordentown, Nueva Jersey, instaló un ventilador para soplar aire en las calderas del barco de vapor de América del Norte . [11] De manera similar, en 1832, el ingeniero sueco-estadounidense John Ericssonutilizó un ventilador centrífugo como soplador en el vapor Corsair . [12] Un ventilador centrífugo fue inventado por el ingeniero militar ruso Alexander Sablukov en 1832 y se utilizó tanto en la industria ligera rusa (como la fabricación de azúcar) como en el extranjero. [13]
Uno de los desarrollos más importantes para la industria minera fue el abanico Guibal , que fue patentado en Bélgica en 1862 por el ingeniero francés Théophile Guibal . El ventilador Guibal tenía una carcasa en espiral que rodeaba las aspas del ventilador, así como un obturador flexible para controlar la velocidad de escape, lo que lo hacía muy superior a los diseños anteriores de ventilador abierto y conducía a la posibilidad de minar a grandes profundidades. Dichos ventiladores se utilizaron ampliamente para la ventilación de minas en toda Gran Bretaña. [14] [15]
Construcción [ editar ]
Las partes principales de un ventilador centrífugo son:
- Carcasa del ventilador
- Impulsores
- Conductos de entrada y salida
- Eje de accionamiento
- Mecanismo de manejo
Otros componentes utilizados pueden incluir cojinetes , acoplamientos , dispositivo de bloqueo del impulsor, carcasa de descarga del ventilador, placas de sellado del eje, etc. [16]
Mecanismos de accionamiento [ editar ]
El accionamiento del ventilador determina la velocidad de la rueda del ventilador (impulsor) y hasta qué punto se puede variar esta velocidad. Hay dos tipos básicos de unidades de ventilador. [8]
Directo [ editar ]
La rueda del ventilador se puede conectar directamente al eje de un motor eléctrico . Esto significa que la velocidad de la rueda del ventilador es idéntica a la velocidad de rotación del motor . Con este tipo de mecanismo de accionamiento del ventilador, la velocidad del ventilador no se puede variar a menos que la velocidad del motor sea ajustable. El aire acondicionado proporciona automáticamente una velocidad más rápida porque el aire más frío es más denso.
Algunos fabricantes de productos electrónicos han fabricado ventiladores centrífugos con motores de rotor externo (el estator está dentro del rotor) y el rotor está montado directamente en la rueda del ventilador (impulsor).
Cinturón [ editar ]
Un juego de poleas está montado en el eje del motor y el eje de la rueda del ventilador, y una correa transmite la energía mecánica del motor al ventilador.
La velocidad de la rueda del ventilador depende de la relación entre el diámetro de la polea del motor y el diámetro de la polea de la rueda del ventilador y se puede obtener de esta ecuación: [8]
| dónde: | |
| = velocidad de la rueda del ventilador, revoluciones por minuto | |
| = velocidad de la placa de identificación del motor, revoluciones por minuto | |
| = diámetro de la polea del motor | |
| = diámetro de la polea de la rueda del ventilador |
Las velocidades de las ruedas del ventilador en los ventiladores accionados por correas son fijas a menos que las correas se deslicen. El deslizamiento de la banda puede reducir la velocidad de la rueda del ventilador en varios cientos de revoluciones por minuto (RPM).
Rodamientos [ editar ]
Los rodamientos son una parte importante de un ventilador. Los cojinetes de aceite de anillo de manguito se utilizan ampliamente en ventiladores. Algunos rodamientos de anillos de manguito pueden estar refrigerados por agua. Los cojinetes de deslizamiento refrigerados por agua se utilizan a menudo cuando el ventilador mueve gases calientes. El calor se conduce a través del eje hacia el aceite, que debe enfriarse para evitar el sobrecalentamiento del rodamiento. Los ventiladores de baja velocidad tienen cojinetes en lugares de difícil acceso, por lo que utilizan cojinetes rellenos de grasa.
Muchos turboventiladores utilizan un cojinete de aire o un cojinete magnético . [17]
Amortiguadores y álabes del ventilador [ editar ]
Los amortiguadores de ventilador se utilizan para controlar el flujo de gas que entra y sale del ventilador centrífugo. Pueden instalarse en el lado de entrada o en el lado de salida del ventilador, o en ambos. Las compuertas del lado de salida imponen una resistencia al flujo que se utiliza para controlar el flujo de gas. Las compuertas en el lado de entrada (paletas de entrada) están diseñadas para controlar el flujo de gas cambiando la cantidad de gas o aire admitido en la entrada del ventilador.
Los amortiguadores de entrada (paletas de entrada) reducen el uso de energía del ventilador debido a su capacidad para afectar el patrón de flujo de aire en el ventilador. [8]
Aspas de ventilador [ editar ]
La rueda del ventilador consta de un cubo con varias aspas de ventilador adjuntas. Las aspas del ventilador en el cubo se pueden colocar de tres formas diferentes: curvadas hacia adelante, curvadas hacia atrás o radiales. [8]
Curvado hacia adelante [ editar ]
Las palas curvadas hacia adelante, como en la Figura 3 (a), se curvan en la dirección de rotación de la rueda del ventilador. Estos son especialmente sensibles a las partículas y, por lo general, solo se especifican para aplicaciones de aire limpio como el aire acondicionado. [18] Las palas curvadas hacia adelante proporcionan un bajo nivel de ruido y un flujo de aire relativamente pequeño con un alto aumento de la presión estática. [19] Se utilizan normalmente en unidades fan coil .
Curvado hacia atrás [ editar ]
Las aspas curvadas hacia atrás, como en la Figura 3 (b), se curvan en contra de la dirección de rotación de la rueda del ventilador. Los sopladores más pequeños pueden tener hojas inclinadas hacia atrás , que son rectas, no curvas. Los ventiladores más grandes inclinados / curvados hacia atrás tienen palas cuyas curvaturas hacia atrás imitan las de una sección transversal de perfil aerodinámico, pero ambos diseños proporcionan una buena eficiencia operativa con técnicas de construcción relativamente económicas. Estos tipos de sopladores están diseñados para manejar corrientes de gas con cargas de partículas bajas a moderadas [ cita requerida ] . Pueden equiparse fácilmente con protección contra el desgaste, pero ciertas curvaturas de la hoja pueden ser propensas a la acumulación de sólidos. [ cita requerida ]. Las ruedas curvadas hacia atrás suelen ser más pesadas que las correspondientes curvas hacia delante, ya que funcionan a velocidades más altas y requieren una construcción más resistente. [20]
Los ventiladores curvados hacia atrás pueden tener un rango alto de velocidades específicas, pero se utilizan con mayor frecuencia para aplicaciones de velocidad media específica: aplicaciones de alta presión y flujo medio, como en unidades de tratamiento de aire . [ cita requerida ]
Los ventiladores curvados hacia atrás son mucho más eficientes energéticamente que los ventiladores de paletas radiales y, por lo tanto, para aplicaciones de alta potencia pueden ser una alternativa adecuada al ventilador de paletas radiales de menor costo. [20]
Radial recto [ editar ]
Los ventiladores radiales, como en la Figura 3 (c), tienen ruedas cuyas palas se extienden directamente desde el centro del cubo. Las ruedas de paletas radiales se utilizan a menudo en corrientes de gas cargadas de partículas porque son las menos sensibles a la acumulación de sólidos en las palas, pero a menudo se caracterizan por una mayor salida de ruido. Las altas velocidades, los volúmenes bajos y las altas presiones son comunes con los sopladores radiales [ cita requerida ] , y se utilizan a menudo en aspiradoras , sistemas de transporte de material neumático y procesos similares.
Principios de funcionamiento [ editar ]
El ventilador centrífugo utiliza la potencia centrífuga suministrada por la rotación de los impulsores para aumentar la energía cinética del aire / gases. Cuando los impulsores giran, las partículas de gas cercanas a los impulsores se desprenden de los impulsores y luego se mueven hacia la carcasa del ventilador. Como resultado, la energía cinética del gas se mide como presión debido a la resistencia del sistema ofrecida por la carcasa y el conducto. A continuación, el gas se conduce a la salida a través de conductos de salida. Después de que se expulsa el gas, la presión del gas en la región media de los impulsores disminuye. El gas del ojo del impulsor se precipita para normalizar esto. Este ciclo se repite y, por lo tanto, el gas se puede transferir de forma continua.
| Equipo | Proporción de presión | Aumento de presión (mm H 2O ) |
|---|---|---|
| Aficionados | Hasta 1,1 | 1136 |
| Sopladores | 1,1 hasta 1,2 | 1136-2066 |
Triángulo de velocidad [ editar ]
Un diagrama llamado triángulo de velocidad nos ayuda a determinar la geometría del flujo en la entrada y salida de una pala. Se requiere una cantidad mínima de datos para dibujar un triángulo de velocidad en un punto de la hoja. Algún componente de la velocidad varía en diferentes puntos de la pala debido a cambios en la dirección del flujo. Por tanto, es posible un número infinito de triángulos de velocidad para una pala dada. Para describir el flujo usando solo dos triángulos de velocidad, definimos valores medios de velocidad y su dirección. El triángulo de velocidad de cualquier máquina turbo tiene tres componentes como se muestra:
- U Velocidad de la hoja
- V r Velocidad relativa
- V Velocidad absoluta
Estas velocidades están relacionadas por la ley del triángulo de la suma de vectores:
Esta ecuación relativamente simple se usa con frecuencia al dibujar el diagrama de velocidad. El diagrama de velocidad para las hojas de la cara delantera y trasera que se muestra se dibuja utilizando esta ley. El ángulo α es el ángulo formado por la velocidad absoluta con la dirección axial y el ángulo β es el ángulo formado por la pala con respecto a la dirección axial.
Diferencia entre ventiladores y sopladores [ editar ]
La propiedad que distingue a un ventilador centrífugo de un soplador es la relación de presión que puede alcanzar. En general, un soplador puede producir una relación de presión más alta. Según la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), la relación específica, la relación entre la presión de descarga y la presión de succión, se utiliza para definir ventiladores, sopladores y compresores. Los ventiladores tienen una proporción específica de hasta 1,11, los ventiladores de 1,11 a 1,20 y los compresores tienen más de 1,20.
Calificaciones [ editar ]
Las clasificaciones que se encuentran en las tablas y curvas de rendimiento de los ventiladores centrífugos se basan en SCFM de aire estándar . Los fabricantes de ventiladores definen el aire estándar como aire limpio y seco con una densidad de 0,075 libras de masa por pie cúbico (1,2 kg / m 3 ), con una presión barométrica al nivel del mar de 29,92 pulgadas de mercurio (101,325 kPa) y una temperatura de 70 ° 21 ° C (F). La selección de un ventilador centrífugo para que funcione en condiciones distintas al aire estándar requiere un ajuste tanto de la presión estática como de la potencia .
A una elevación más alta que la estándar ( nivel del mar ) y una temperatura más alta que la estándar, la densidad del aire es más baja que la densidad estándar. Las correcciones de la densidad del aire deben tener en cuenta los ventiladores centrífugos que están especificados para un funcionamiento continuo a temperaturas más altas. El ventilador centrífugo desplaza un volumen constante de aire en un sistema dado independientemente de la densidad del aire.
Cuando se especifica un ventilador centrífugo para un CFM dado y presión estática en condiciones distintas a las estándar, se debe aplicar un factor de corrección de la densidad del aire para seleccionar el tamaño de ventilador adecuado para cumplir con la nueva condición. Dado que el aire a 200 ° F (93 ° C) pesa solo el 80% del aire a 70 ° F (21 ° C), el ventilador centrífugo crea menos presión y requiere menos energía. Para obtener la presión real requerida a 200 ° F (93 ° C), el diseñador debe multiplicar la presión en condiciones estándar por un factor de corrección de la densidad del aire de 1,25 (es decir, 1,0 / 0,8) para que el sistema funcione correctamente. Para obtener la potencia real a 200 ° F (93 ° C), el diseñador debe dividir la potencia en condiciones estándar por el factor de corrección de la densidad del aire.
Asociación de Control y Movimiento Aéreo (AMCA) [ editar ]
Las tablas de rendimiento del ventilador centrífugo proporcionan las RPM del ventilador y los requisitos de potencia para el CFM dado y la presión estática a densidad de aire estándar. Cuando el rendimiento del ventilador centrífugo no está en condiciones estándar, el rendimiento debe convertirse a condiciones estándar antes de ingresar a las tablas de rendimiento. Los ventiladores centrífugos clasificados por la Asociación de Control y Movimiento de Aire (AMCA) se prueban en laboratorios con configuraciones de prueba que simulan instalaciones típicas para ese tipo de ventilador. Por lo general, se prueban y clasifican como uno de los cuatro tipos de instalación estándar según lo designado en la norma AMCA 210. [21]
La norma AMCA 210 define métodos uniformes para realizar pruebas de laboratorio en ventiladores alojados para determinar la tasa de flujo de aire, la presión, la potencia y la eficiencia, a una velocidad de rotación determinada. El propósito de la norma AMCA 210 es definir los procedimientos y condiciones exactos de las pruebas de ventiladores para que las calificaciones proporcionadas por varios fabricantes se basen en la misma base y puedan compararse. Por esta razón, los ventiladores deben estar clasificados en SCFM estandarizado.
Pérdidas [ editar ]
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Los ventiladores centrífugos sufren pérdidas de eficiencia tanto en las partes fijas como en las móviles, lo que aumenta la entrada de energía necesaria para un nivel determinado de rendimiento del flujo de aire.
Entrada del impulsor [ editar ]
El flujo en la admisión y su giro de dirección axial a radial provoca pérdidas en la admisión. La fricción y la separación del flujo provocan pérdidas en las palas del impulsor debido a que hay un cambio en el ángulo de incidencia . [ se necesita más explicación ] Estas pérdidas de la pala del impulsor también se incluyen en la categoría.
Fuga [ editar ]
La fuga de aire y la perturbación en el campo de flujo principal se deben al espacio libre proporcionado entre la periferia giratoria del impulsor y la carcasa en la entrada.
Impulsor [ editar ]
Difusor y voluta [ editar ]
La fricción y la separación del flujo también provocan pérdidas en el difusor . Se producen más pérdidas debido a la incidencia si el dispositivo funciona más allá de las condiciones de diseño. El flujo del impulsor o difusor se expande en la voluta , que tiene una sección transversal más grande que conduce a la formación de remolinos , que a su vez reduce la carga de presión. También se producen pérdidas por fricción y separación de flujo debido al paso de la voluta.
Fricción del disco [ editar ]
El arrastre viscoso en la superficie posterior del disco impulsor causa pérdidas por fricción del disco.
Ver también [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con ventiladores centrífugos . |
- Ventilador axial
- Ventilador canalizado
- Ventilador mecánico
- Temperatura y presión estándar
- Pérdidas tridimensionales y correlación en turbomáquinas
- Ventilador de paletas
- Turbina eólica
Referencias [ editar ]
- ^ Equipo de energía eléctrica: ventiladores y sopladores . PNUMA. 2006. p. 21.
- ^ Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Washington, DC Resource Dynamics Corporation Viena, VA. Mejora del rendimiento del sistema de ventiladores (PDF) . pag. 21 . Consultado el 29 de febrero de 2012 . CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. "Ventiladores y sopladores" . 2006. p. 9. cita: "El ventilador centrífugo y el ventilador de desplazamiento positivo son dos tipos principales de ventiladores"
- ^ "Ventajas de los ventiladores rotativos de desplazamiento positivo frente a los ventiladores centrífugos" . 1996.
- ^ Juan Loera, PE "Resumen de tecnologías de sopladores" . pag. 10.
- ^ Jim Brown. "El gran debate: ventilador centrífugo frente a bomba de desplazamiento positivo" Archivado el 24 de julio de 2015 en la Wayback Machine . 2008.
- ^ Vac2Go. "¿Qué es mejor, una unidad combinada de ventilador o PD?" . 2013.
- ^ a b c d e Tipos de ventiladores Archivado el 24 de enero de 2010 en Wayback Machine ( página web de la Agencia de Protección Ambiental de EE . UU .)
- ^ Georgius Agricola con Herbert Clark Hoover y Lou Henry Hoover, trad., De Re Metallica (Nueva York, Nueva York: Dover Publications, Inc., 1950), págs. 203–207.
- ^ "Una historia temprana de calefacción de confort" . achrnews.com .
- ^ Walter B. Snow (noviembre de 1898) "Proyecto mecánico para calderas de vapor" , Revista de Cassier , 15 (1): 48-59; ver p. 48.
- ↑ (Redacción) (marzo de 1919) "Recuerdos de John Ericsson", Mechanical Engineering , 41 : 260-261; ver p. 261.
- ↑ A History of Mechanical Fan Archivado el 20 de octubre de 2009 en la Wayback Machine (en ruso)
- ^ Wallace 1988 , p. 45.
- ^ Taylor, Fionn. "Página 1 de Whitwick" . www.healeyhero.co.uk .
- ^ "ESPECIFICACIÓN TÉCNICA DEL DISEÑO DE VENTILADORES CENTRÍFUGOS" . Archivado desde el original el 17 de marzo de 2012 . Consultado el 29 de febrero de 2012 .
- ^ Juan Loera, PE "Descripción general de las tecnologías de los sopladores y comparación de los turboventiladores de alta velocidad" . pag. 24.
- ^ Bloch, Heinz P .; Soares, Claire, eds. (1998). Maquinaria de planta de proceso (2ª ed.). Boston: Butterworth-Heinemann. pag. 524 . ISBN 0-7506-7081-9.
- ^ "Ventiladores centrífugos" . ebm-papst . ebm-papst . Consultado el 17 de diciembre de 2014 .
- ^ a b "Valor en el aire: por qué ventiladores de cámara de aire curvados hacia atrás" (PDF) . Tulsa, OK: AAON, Inc. pág. 11.
- ^ Norma ANSI / AMCA 210-99, "Métodos de laboratorio para probar los ventiladores para la calificación de rendimiento aerodinámico"
