ventiladores
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UNA BUENA GUIA, PARA CALCULAR, SELECCIONAR Y DISEÑAR VENTILADORES CENTRIFUGOS Y AXIALES.TRANSCRIPT
· Ventiladores centrífugos
Los VENTILADORES CENTRÍFUGOS son máquinas rotativas, robustas y
versátiles, que mueven aire y diversos gases en múltiples aplicaciones
industriales.
El ventilador centrífugo consiste en una rueda con álabes (impulsor) que gira en una
carcasa en forma de voluta.
La corriente entra en el sentido del eje de la rueda y sale en el sentido radial,
produciéndose así una desviación de 90º.
El aumento de presión se produce principalmente por la utilización de la fuerza
centrífuga que despide el aire desde los álabes de la rueda en la dirección de la rotación.
Los rodetes impulsores se fabrican casi siempre con chapa de acero, cuya calidad depende
del fluido vehiculado.
La boca de aspiración puede ser única o doble.
El disco lateral, en el lado de la boca, puede ser cónico o plano, paralelo entonces al disco
central de la rueda (ver las figuras adjuntas).
El anillo de entrada, que abraza la boca, se mecaniza con precisión para evitar turbulencias
en el flujo entrante y mantener la holgura requerida con el cono que conduce el gas a la
boca.
El rodete se fija normalmente al eje de acero forjado mediante un moyú del mismo
material.
El eje descansa en soportes que se eligen en función de las condiciones de servicio de la
maquina, pudiendo quedar el rodete en voladizo o entre los apoyos del eje
La potencia y el rendimientode un ventilador dependen
en gran medida del diseño del rodete y de sus álabes.
Teniendo en cuenta el ángulo de salida del fluído, se distinguen
tres familias de rodetes:
1. Álabes curvados en el sentido de la rotación (1).
Teoricamente, esta geometría proporciona la mayor
presión para una misma velocidad tangencial. Sin
embargo, las perdidas en la trasformación de la energía
cinética son grandes y el rendimiento deficiente.
2. Álabes radiales, con salida perpendicular al sentido de
la rotación (2).
El rendimiento de esta clase de ruedas no es muy
elevado y se destinan a presiones moderadas.
Son de autolimpieza pues las particulas solidas que
pudieran encontrarse en el fluído no se adhieren a las
palas y esto justifica su uso en muchas aplicaciones.
3. Álabes inclinados hacia atrás, en el sentido contrario a la rotación.
Los alabes pueden ser rectos (3), curvos (4) y (5) o de
perfil aerodinámico (6).
Estos rodetes necesitan una velocidad de rotación
mayor para una misma presión y un mismo diámetro,
pero funcionan en mejores condiciones, debido a la
forma del canal entre las palas, por lo que su
rendimiento es superior.
La curva de potencia de los ventiladores equipados con
este tipo de rodetes es autolimitada, no
correspondiendo así la potencia máxima al caudal
mayor.Los ventiladores centrífugos son casi siempre movidos mediante motores eléctricos. Ocasionalmente
pueden utilizarse otros medios de accionamiento, como
turbinas de vapor o gas. Éstas pueden también ser
montadas conjuntamente con el motor eléctrico de
modo que se pueda utilizar uno u otro accionamiento
según convenga en cada momento.
Las disposiciones normalizadas ventilador - accionamiento de los ventiladores
cuando el rodete se monta en voladizo.
Disposición M
La rueda de álabes se monta directamente
en el eje del motor.
El tamaño del ventilador no es grande, la
potencia es pequeña y la velocidad de giro
del ventilador se corresponde con la del
motor.
Disposición TV
La velocidad de giro del ventilador no
coincide con la del motor.
El accionamiento se realiza mediante
poleas y correas desde un motor montado
en el suelo sobre carriles tensores.
Disposición TVM
Grupo monobloque con accionamiento por
correas trapezoidales con el motor montado
sobre una bancada común con el ventilador.
Recomendable en todas las aplicaciones en
las que el número de revoluciones del
ventilador debe ser distinta que la del motor.
Disposición D
El accionamiento se realiza directamente
desde el motor a través de acoplamiento elástico. El rodete se cala en un eje que
gira sobre soportes independientes o en
una robusta caja de rodamientos..
Recomendable para servicio continuo y
gases calientes.
Algunas disposiciones típicas ventilador - accionamiento de los ventiladores
cuando el rodete se monta entre los apoyos del eje.
Disposición BD
Ventilador de doble aspiración, con eje pasante, montado
sobre bancada integral autoportante provista de soportes
antivibratorios .
Esta disposición es adecuada para ventiladores que han
de instalarse en estructuras susceptibles de vibraciones.
Los soportes antivibratorios reducen la amplitud de las
fuerzas dinamicas debidas a la rotación.
Disposición EPD
Ventilador de simple aspiración colocado sobre una
estructura elevada formada por machones de hormigón.
Esta es una disposición de gran sencillez y muy fiable. Los
soportes de rodamientos se colocan sobre pedestales de
altura reducida y el motor se fija sobre un marco o
directamente sobre el hormigón. La carcasa dispone de un
marco propio para su anclaje al suelo.
Disposición BDs
Ventilador de doble aspiración provisto de un marco
integral que proporciona rigidez a todo el conjunto motor-
ventilador. El marco se ancla sobre una estructura de
hormigón en la que va alojada la parte inferior de la
carcasa del ventilador.
Designación de la descarga y el sentido
de giro.
El sentido de rotación del rodete y la posición
de la descarga o impulsión dependen de las
exigencias de la instalación en la que cada
ventilador se integra. Estas condiciones han de
ser determinadas por el cliente.
La orientación de referencia es la que en la
figura adjunta se marca como "GD360" y
corresponde a un giro del rodete en sentido
horario cuando se mira el ventilador desde el
lado en el que se encuentra el motor o
accionamiento. En esta posición de referencia
el fluido abandona el ventilador impulsado
hacia arriba, según la vertical.
El resto de las designaciones normalizadas se
indica en la figura, pudiendo considerarse
cualquier otro ángulo no incluido aquí.
· Ventiladores centrífugos de baja presión
Se consideran ventiladores de baja presión aquellos que proporcionan un incremento de la presión estática
de hasta 300 mm. C. A.
Están diseñados para vehicular grandes caudales.
Los rodetes de estos ventiladores son los de mayor anchura de pala (dimensión medida según el eje de
rotación) para un mismo diámetro. Tambien es máxima la relación entre el diámetro de la boca de entrada
de aire y el diámetro exterior de la rueda.
Estas características se resumen en la afirmación de que estos ventiladores constituyen el grupo de
ventiladores centrífugos de Velocidad Específica más alta.
Principales campos de aplicación:
Calderas terrestres y marítimas
Ventiladores de Tiro Forzado
Ventiladores de Tiro Inducido
Ventiladores de recirculación de gases
Ventilación industrial en general
Ventilación en la industria minera
Los rodetes de la serie EHSL van provistos de
alabes de perfil aerodinámico AIRFOIL y alcanzan
un rendimiento del 90% , siendo su curva
carácteristica de potencia autolimitada.
La carcasa de este ventilador de
doble boca es bipartida , lo que
permite observar el rodete y las
válvulas que regulan por
prerotación el aire en la
aspiración. l
Rotor de ventilador de tiro forzado
del Tipo EHSL de doble aspiración
cuyo eje gira en cojinetes
antifricción "SLEEVE BEARING".
Ademas de los álabes de tipo "AIRFOIL" , dependiendo de la naturaleza del fluido a vehicular, se utilizan los
siguientes tipos de palas, todos de potencia autolimitada:
1. Pala hueca con gran curvatura, inclinada hacia atrás. Es de gran rigidez y permite velocidades perifericas muy altas . Rendimiento hasta el 88%
2. Pala simple de gran curvatura, inclinada hacia atrás . Rendimiento hasta el 88%
3. Pala simple de poca curvatura, inclinada hacia atrás . Rendimiento hasta el 86%
4. Pala recta inclinada hacia atrás. Rendimiento hasta el 85%
Montaje de una serie de ventiladores destinados a una planta en China (tiro de hornos)
Cada uno es movido por un motor de 132 Kw a 740 r.p.m. e impulsa un caudal de 60
m3/seg contra una presión de 150 mm. C. A.
Ventiladores centrífugos de media presión
Se consideran ventiladores de media presión aquellos que proporcionan un incremento
de la presión estática comprendido entre los 200 y los 800 mm. C. A.
Estos ventiladores están diseñados para vehicular caudales que se mueven en unos
límites muy amplios.
Los rodetes de este grupo son de una anchura de pala intermedia y la relación entre el
diámetro de la boca de entrada de aire y el diámetro exterior de la rueda oscila entre
0,35 y 0,65.
La Velocidad Específica de estos ventiladores se encuentra entre la de los de alta
presión, que es inferior, y la de los de baja presión, que es más alta.
Los rodetes de los ventiladores de esta clase adoptan diversas formas según sea la
naturaleza del fluído manejado : Álabes curvados hacía atrás, álabes radiales con o sin
disco lateral de cierre, álabes rectos inclinados hacía atrás o álabes de perfil
aerodinámico.
Los rodetes de media presión pueden superar los 4 m de diámetro. Los representados en
las fotografías están dotados de álabes curvados hacía atrás y diseñados para trabajar
en un punto de rendimiento próximo al 88%
Principales campos de aplicación:
Calderas terrestres y marítimas. Fábricas de cemento : Ventilador Tiro del horno,
Tiro
Molinos, Tiro del refrigerador del Clinker, etc.
Fábricas de celulosas : Ventilador Tiro caldera de
Licor Negro,Tiro caldera de Cortezas. Centrales térmicas: Ventilador Tiro Inducido, Tiro
Forzado, Aire Primario y Recirculación de Gases.
Plantas químicas y petroquímicas.
Plantas de galvanizado, recocido y recalentamiento.
Fábricas de vidrio.
Trasporte de gases.
Depuraciones por via seca y humeda.
Plantas incineradoras de basuras.
Batería de ventiladores instalados en una planta incineradora de basuras en Portugal. La presión estática desarrollada es de 580 mm. C.A. Cada ventilador vehicula un caudal
de 87 m3/seg y es movido por un motor de 700 Kw. a 1000 r.p.m.
Ventilador bilateral para una planta de
metanol en Trinidad y Tobago
Vehicula un caudal de 97 m3/seg.
La presión estática desarrollada es de 590
mm. C.A. y es movido por un motor de 800
Kw a 1200 r.p.m.
El rendimiento de esta serie alcanza el 88%
· Ventiladores centrífugos de alta presión y Soplantes
Con las máquinas que se engloban en este grupo es posible conseguir presiones de hasta
3.000 mm. C. A. con un solo escalón de compresión y de hasta 8.000 mm. C. A. en
soplantes con varios escalones.
Generalmente se denominan ventiladores las máquinas rotatorias que mueven gases
dentro de unos límites en los que el aumento de la densidad debido a la compresión
puede despreciarse en los cálculos.
Este límite, no estrictamente definido, oscila entre los 1.000 y los 1.500 mm. C. A. (que
corresponden a unas relaciones de compresión de 1,1 a 1,5 y a un aumento de la
densidad de alrededor del 7%).
La variabilidad de estos limites se comprende considerando que la exactitud requerida en
los cálculos y en las previsiones de rendimiento aumenta con la importancia (potencia)
de la maquina.
Ventiladores
Tipo HVO 200
accionados
por motores
de 500 HP a
1470 r.p.m
Están
provistos de
juntas de
expansión en
aspiración e
impulsión.
Las SOPLANTES se situan entre los ventiladores y los turbocompresores.
En el cálculo de una soplante se tiene en cuenta la compresibilidad del gas que se maneja
y tambien la naturaleza del mismo (debe considerarse, entre otras cosas, la constante K
= cp / cv del gas)
A diferencia de los compresores, en las soplantes no se refrigera el gas vehiculado.
La relación de compresion puede llegar a 1,3 para una sola etapa.
Soplante de tres etapas para gas.
Con motor de 300 HP a 3000 r.p m.
Presión estática 4500 mm. C. A.
Principales campos de aplicación:
Calderas terrestres y marítimas
Para cubilotes
Trasporte neumático
Sinterización de minerales
Quemadores
Trasporte de gases Depuraciones por vía húmeda (Sistema Venturi)
Aire primario en centrales térmicas
Plantas depuradoras de agua
El rendimiento de esta
serie alcanza el 85%
Soplantes de dos escalones de compresión para gases a 150 grados C, provistas de
cierres laberínticos con sellado por aire.
· Ventiladores centrífugos en ejecuciones especiales
Estos son algunos ejemplos de nuestras
realizaciones:
VENTILADORES PARA GASES
ENERGETICOS
(Gas de Baterías, Gas Ciudad, Gas de Alto
Horno., Gas Mixto, etc.)
o Gran robustez
o Ejecuciones estancas al gas
o Ejecuciones antichispa
VENTILADORES PARA GASES CORROSIVOS
o En todo tipo de aceros inoxidables
o Rodete y voluta ebonitados
o Carcasa en Fundición Silícea
VENTILADORES PARA GASES CALIENTES
o (Hasta 900 °C)
o Sustentación a la altura del eje
o Aceros refractarios
o Cojinetes lubricados por aceite y refrigerados
por agua
VENTILADORES PARA FLUIDOS CON POLVO ABRASIVO EN SUSPENSION
o Palas radiales o rectas echadas hacia atrás
o Aceros resistentes a la abrasión y forros del
mismo material en las zonas de máxima
erosión
VENTILADORES DE GRAN VELOCIDAD
PERIFERICA
o (Para presiones hasta 2.500 mm..C.A. a un
escalón de compresión) o En chapa especial de alto límite elástico
VENTILADORES A VARIOS ESCALONES DE
COMPRESION
o Pueden alcanzarse presiones de hasta
8.000 mm. C.A.
· Ventiladores centrífugos de alto rendimiento para el ahorro energético. SERIE H
La misión de un ventilador es conseguir el movimiento de un determinado caudal fluído a
lo largo de un sistema más o menos complicado de componentes . Este sistema puede
incluir elementos como conductos, codos, transiciones, filtros, serpentines, silenciadores y
válvulas de regulación. El ventilador es el elemento del sistema que suministra la energía
necesaria para vencer la resistencia que los demás componentes oponen al flujo.
La relación entre la energía suministrada al fluído y la energía mecánica absorbida en el
eje del ventilador constituye el rendimiento del mismo.
Rendimiento estático de un ventilador
El rendimiento estático de un ventilador, para presiones no muy elevadas, viene dado, en
tanto por ciento, por la siguiente fórmula :
La energía utilizable para vencer las resistencias
se suministra al fluído mediante el incremento
de su presión estática, por lo que es el
rendimiento estático (curva RE), referido a esta
presión, el que debe considerarse al evaluar un
ventilador.
El rendimiento estático alcanza un máximo en un
punto intermedio de la curva característica del
ventilador (curva PE) y es en este punto donde
dicha característica debería cortar a la curva de
resistencia del sistema.
Ventiladores de alto rendimiento
El ventilador, además de funcionar en el punto de máximo rendimiento de su curva,
tiene que haber sido diseñado para que este rendimiento sea el mejor que pueda
conseguirse , para lograr de esta manera el mayor ahorro energético
Factores que influyen el el rendimiento de un ventilador:
La elección por parte del suministrador del ventilador más apropiado para la
aplicación que se desea
La configuración de la rueda de álabes, el número de aletas y su curvatura, las
dimensiones de la boca de aspiración, etc.
Las dimensiones y forma constructiva de la voluta del ventilador, así como la boca
de aspiración del mismo.
La construcción física del ventilador dentro del campo de tolerancias admisible que
garantice el rendimiento garantizado. El grado de acabado de los componentes y principalmente de la rueda de álabes,
que debe permitir el paso del fluido a través del ventilador con un mínimo de
pérdidas.
Los rodetes de la serie EHSL van provistos de alabes de perfil aerodinámico AIRFOIL y
alcanzan un rendimiento del 90% , siendo su curva carácteristica de potencia
autolimitada.
La SERIE H de ventiladores centrífugos ha sido contrastada en nuestro moderno
Laboratorio de Ensayos y Prueba de Prototipos, dotado con moderno instrumental, en
todas sus diferentes variantes:
Fijación de todos los rodetes y carcasas posibles para cada modelo
Contraste individual de los diferentes tipos de palas (aerodinámicas, curvas,
rectas, etc...).
Estudio de variantes en número de palas, inclinación, anchura, etc.
Todos estos análisis han sido recogidos en sus correspondientes gráficos de curvas
caudal - presión - potencia absorbida - rendimientos.
Ello nos permite ofrecer un considerable ahorro energético al usuario de estos
ventiladores debido a la certeza absoluta de que, el ventilador ofertado en cada caso, es
el adecuado para obtener el mayor rendimiento en el punto de trabajo.
Tipos de palas de los
ventiladores de alto
rendimiento, SERIE H
Todos los modelos de esta serie son de palas
inclinadas hacia atrás en el sentido del giro por lo
que dan una curva autolimitada de potencia.
Segun la aplicación las palas pueden ser :
Pala aerodinámica hueca de sección similar al
ala de avión
Rendimiento hasta el 90%
Pala simple con gran curvatura. Rendimiento
hasta el 88%
Pala simple de poca curvatura. Rendimiento
hasta el 86%
Pala recta inclinada hacia atrás. Rendimiento
hasta el 85%
Los ventiladores de alto rendimiento son algo
más caros que los de menor rendimiento en
su precio inicial de compra, debido a que su
tamaño de carcasa y rotor resultan algo
mayores.
El precio total de funcionamiento, en cuanto
a energía eléctrica consumida es, sin
embargo, mucho menor.
El análisis de los precios de adquisición y
funcionamiento demostrará claramente el
acierto en la elección de un ventilador de alto
rendimiento
· Ventiladores axiales tipo PV
Los ventiladores axiales encuentran su campo de aplicación en aquellos casos el los que se
desea mover un gran caudal contra una diferencia de presión pequeña.
La dirección de la corriente es puramente axial, de modo que la construcción del
ventilador se adapta perfectamente para su incorporación directa en la conducción.
Las aletas, de perfil aerodinámico, se disponen radialmente en torno al eje y su ángulo de
ataque es regulable en paro, lo que permite adaptar el ventilador a condiciones de servicio
variables.
El ventilador axial suele incorporar
aletas directrices, colocadas en la
salida o en la entrada del aire, con el
proposito de disminuir la rotación del
fluido descargado, lo que se traduce
en un mayor aprovechamiento de la
energia que suministran las palas de
la rueda.
PRINCIPALES APLICACIONES
Ventilación en naves industriales
Ventilación en la industria minera
Ventilación en la industria naval
Ventilación en la industria textil
Torres de refrigeración
Torres de prilling
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
Presión estática de hasta 180 mm. C. A. para
cada escalón de compresión
Tamaños comprendidos entre 335 mm. y 3.000
mm. de diámetro Rotores fundidos en aleación ligera con álabes
de perfil aerodinámico regulables en paro
Rendimiento de hasta el 81%
· Consideraciones generales sobre los sistemas de regulación
Los ventiladores se fabrican para ser capaces de funcionar dando un caudal y una presión
denominados generalmente "CONDICIONES DE DISEÑO" y que corresponden a las
condiciones de funcionamiento más extremas que puedan preverse para la instalación a
la que van destinados.
Una vez que el ventilador ha sido montado en su lugar de destino y comienza a
funcionar, el punto real de trabajo, en cuanto a caudal-presión se refiere, varía respecto
a aquel para el que el ventilador ha sido fabricado.
Por otro lado un ventilador necesita, por requerimiento de la instalación, trabajar en un
amplio campo de caudales y presiones variables, correspondientes a distintas cargas de
trabajo o variaciones del proceso de fabricación de la planta o instalacion. Es por ello
necesario el uso de algún sistema de regulación.
· Las válvulas de álabes radiales "inlet-vanes"
Las VALVULAS DE ALABES RADIALES "INLET-VANES" son las más utilizadas en
todo tipo de instalaciones para la regulación de caudal y presión en los
ventiladores centrífugos.
Estas válvulas están compuestas de una serie de álabes radiales que giran
solidariamente y que van colocados en la entrada de aire del ventilador. El caudal
de aire se varía, con velocidad de respuesta inmediata, abriendo y cerrando la
válvula.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La válvula crea una PRE-ROTACION del aire en el mismo sentido de giro que el
del rodete del ventilador, lo cual equivale a reducir el trabajo realizado o, dicho
en otras palabras, a funcionar con una velocidad relativa menor entre el
ventilador y el aire de entrada. Dado que la válvula también tiene su pérdida de
carga para PRE-ROTAR el flujo de aire, el resultado final en la curva característica
del ventilador con la válvula parcialmente cerrada es un intermedio entre la curva
característica a velocidad reducida y la curva con pérdida de carga creciente con
el caudal.
CONSTRUCCIÓN
Las válvulas de álabes radiales son de construcción tanto más robustas cuanto
mayor es el caudal, la presión o la suciedad del aire vehiculado.
Básicamente, los álabes van soportados en dos cojinetes autoalineables de bolas,
con cierres laberínticos y lubricación permanente. El giro conjunto de todos ellos
tiene lugar a través de articulaciones esféricas unidas a un anillo circular, el cual
va unido, a su vez, al actuador mediante una palanca de accionamiento.
Nuestras válvulas pueden ser de tres tipos:
a) Bastidor cilíndrico con accionamiento exterior.
b) Bastidor cónico con accionamiento exterior.
c) Bastidor cónico con accionamiento interior.
Las válvulas pueden ser bipartidas para facilitar su montaje y desmontaje.
Los actuadores más normalmente usados son motoreductores o cilindros
neumáticos e hidraúlicos, con funcionamiento automático o semi-automático.
También pueden ser operados manualmente a través de engranajes de tornillo
sin fin o husillos roscados.
Estas válvulas son de muy poco mantenimiento y muy larga vida por tanto una
gran fiabilidad de funcionamiento. Las partes delicadas de la válvula, tales como
rodamientos y articulaciones esféricas pueden ir montadas sobre compartimentos
estancos para evitar su deterioro por ataque del gas vehiculado.
· Las válvulas de persianas "inlet-damper"
Las válvulas de persianas "INLET-DAMPER" son muy utilizadas en ventiladores de Tiro
Inducido y recirculación de gases y necesitan para su montaje colocar un faldón de
entrada de aire en la boca de aspiración del ventilador.
Los álabes del "Inlet-Damper" giran todos ellos en el mismo sentido y son de sección
hueca con perfil aerodinámico, llevando los ejes pasantes de accionamiento por el interior
de cada álabe.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Todo lo explicado para las válvulas de álabes radiales "Inlet-
Vanes" es aplicable en su totalidad para las válvulas de persiana
"Inlet-Damper".
Sin embargo, es preciso señalar que las "Inlet-Damper" van
colocadas a una mayor distancia de la boca de aspiración del
ventilador y que, además, el fluido está obligado a girar 90° antes
de penetrar en el rotor.
Debido a ésto, la pérdida de carga es mayor en los "Inlet-Damper" que en los "Inlet-
Vanes" y, por lo tanto, este es un sistema de regulación que tiene un rendimiento menor,
aunque ofrece ventajas de tipo constructivo para condiciones severas de trabajo.
CONSTRUCCIÓN
Los "Inlet-Damper" están diseñados específicamente para cada trabajo, por lo que son
fabricados con los materiales adecuados para las condiciones de trabajo que se
demandan.
Los álabes van soportados en ambos extremos en sendos cojinetes de bolas
autoalineables, con cierres laberínticos y lubricación de por vida. El accionamiento
conjunto de todos los álabes se realiza mediante la conexión simultánea de todos sus
ejes a una palanca común.
El bastidor o marco del "Inlet-Damper" puede ser atornillado en caso de que se desee el
montaje y desmontaje de los álabes con la mayor facilidad posible. Este marco perimetral
lleva en su parte interior y en la zona donde giran los álabes un bandaje de acero
inoxidable para evitar que la corrosión posible entre marco y álabes haga dificultoso el
giro de los mismos con el paso del tiempo.
Los actuadores usados para los "Inlet-Damper" son los mismos que los que se utilizan
para los "Inlet-Vanes".
La gran ventaja de los "Inlet-Damper" respecto a los "Inlet-Vanes" es que, debido a su
construcción en forma rectangular, los dos cojinetes están fuera del fluido vehiculado,
pudiendo situarse ambos todo lo lejos que se desee del marco para evitar el efecto
pernicioso de la temperatura y la corrosión. Además el paso de los ejes a través del
marco puede obturarse mediante prensaestopas con lo que se consigue un total
hermetismo de la válvula con el exterior.
Debido a estas características los "Inlet-Damper" son muy utilizados en servicios muy
duros en los que se busca fiabilidad y larga vida.