Tipos de ventiladores: clasificación, propósito y principio de funcionamiento

El ventilador es la base de cualquier sistema de ventilación artificial. El dispositivo se usa ampliamente en el hogar y es indispensable en muchos ámbitos de la vida humana. Al planificar la compra de un equipo de ventilación, es necesario comprender las especificidades de su estructura y funcionamiento.

En el artículo presentado para su consulta, se describen detalladamente los tipos de ventiladores, sus características constructivas, principios de funcionamiento y el propósito de cada unidad. Le contaremos sobre las direcciones prioritarias para elegir el modelo adecuado. Aquí aprenderá cómo se selecciona el dispositivo según las condiciones de operación.

Clasificación de ventiladores según parámetros principales

Los ventiladores son dispositivos mecánicos diseñados para mover, suministrar o extraer masas de aire y gas. La circulación del aire se produce debido a la diferencia de presión entre el conducto de entrada y salida de la instalación de ventilación.

Los ventiladores se utilizan en todas partes. Son indispensables en la instalación de un sistema de ventilación de suministro y extracción de un edificio, en el flujo de aire sobre los elementos de trabajo en acondicionadores de aire y dispositivos de calefacción.

Los ventiladores están diseñados para trabajar con gases cuya relación de compresión no supera 1,15. Además, la diferencia de presión entre entrada y salida está limitada a 15 kPa; si es mayor, se utiliza un compresor.

La clasificación general de las instalaciones de ventilación se basa en diferentes parámetros.

Entre los criterios principales de gradación se pueden destacar:

• estructura y principio de funcionamiento del dispositivo;
• propósito y condiciones de funcionamiento del ventilador;
• método de instalación;
• métodos de conexión del dispositivo con el motor eléctrico;
• características técnicas: grado de protección IP, presión generada, potencia consumida, velocidad de rotación, eficiencia y nivel de presión acústica.

Según el tipo de construcción, se distinguen cinco modificaciones de ventiladores: axiales, centrífugos, diagonales, diametrales y sin aspas.

Los equipos diagonales y diametrales se consideran variantes de los dos grupos principales de unidades de ventilación: axiales y centrífugas. Los nuevos productos sin aspas se diferencian fundamentalmente de sus homólogos.

Según las condiciones de funcionamiento, se distinguen los siguientes tipos de máquinas de ventilación:

• aparatos de uso general;
• ventiladores de uso especial.

Al primer grupo pertenecen los equipos diseñados para trabajar con corrientes de aire y gases no activos, cuya temperatura no supere los +50°C. El segundo grupo incluye equipos especiales: resistentes al calor, a prueba de explosiones, para polvo, resistentes a la corrosión y para extracción de humo.

Según el método de montaje, se distinguen:

• estándar: la instalación se realiza sobre un soporte;
• de techo: montaje en la cubierta del edificio;
• de conducto: se colocan dentro del conducto de ventilación;
• multizona: modelos diseñados para conectarse a varios conductos de aire.

Como accionamiento de la unidad de ventilación se utilizan motores eléctricos.

Existen varias formas de acoplamiento del motor con el impulsor:

• acoplamiento directo;
• transmisión por correa trapezoidal;
• acoplamiento sin escalonamiento.

Después de determinar el tipo de ventilador adecuado, se selecciona el modelo con las características técnicas óptimas.

Se tienen en cuenta el área de servicio, el lugar de instalación, el nivel de ruido permitido, la humedad del ambiente, la necesidad de proteger el aparato contra la entrada de objetos extraños.

Principio de funcionamiento de diferentes tipos de dispositivos

El criterio principal para elegir un ventilador es su diseño y principio de funcionamiento. Las características constructivas y los detalles técnicos determinan la eficiencia del aparato, el nivel de ruido, la economía de funcionamiento y la posibilidad de su uso en condiciones específicas.

Unidad axial – ventilador clásico

El ventilador axial se utiliza ampliamente en sistemas de ventilación domésticos de casas particulares, en campanas extractoras de baños, en sistemas de extracción complejos, como elemento de refrigeración de diversos equipos y electrónica, así como en túneles de viento y motores turboventiladores en el ámbito de la aviación.

El diseño de los modelos se caracteriza por su sencillez y dimensiones reducidas. Los elementos principales son: una carcasa cilíndrica, una rueda con aspas y un accionamiento. El diámetro interior del cilindro debe permitir el giro libre del rodete. El espacio entre las aspas y la carcasa se limita al 1,5% de la longitud del aspa giratoria.

Con el fin de reducir las pérdidas hidráulicas y mejorar las características aerodinámicas, el diseño se complementa con un colector, un difusor y un carenado a ambos lados del rodete.

Principio de funcionamiento: las aspas giratorias capturan el aire y lo expulsan a lo largo del eje del rodete. Casi no hay desplazamiento del flujo de aire en dirección radial. El rendimiento del equipo se regula girando las aspas.

Características distintivas de los modelos axiales:

• no requieren mucho espacio para su instalación;
• consumo eficiente de energía;
• bajo nivel de ruido;
• facilidad de operación y mantenimiento;
• bajo costo.

Las ventajas de funcionamiento y uso de los ventiladores axiales han determinado su gran popularidad en el hogar. Se utilizan masivamente modelos de carcasa para la refrigeración de aparatos eléctricos y unidades axiales portátiles con rejilla.

Para mejorar el intercambio de aire, se instalan ventiladores axiales con panel de pared en aberturas de muros y otras estructuras de carga. Los aparatos pueden funcionar en dos modos: aspiración e impulsión de aire.

Modelo centrífugo – resistencia y alta potencia

Los ventiladores centrífugos (radiales) son muy eficientes: los equipos pueden generar altas presiones y funcionar en condiciones exigentes. El diseño del equipo incluye los siguientes elementos.

Carcasa. La caja difusora se fabrica en chapa metálica remachada o soldada. La carcasa hueca tiene forma de espiral de caracol, y el diseño incluye conductos de aspiración e impulsión. Para dar rigidez, la carcasa se refuerza con aletas o tiras transversales.

Por encima, el «caracol» se cubre con una caja adicional o se reviste con paneles fonoabsorbentes. Esto es necesario para reducir el ruido durante el funcionamiento de la unidad de ventilación.

Rodete. El rotor de álabes consta de dos discos, álabes y un cubo.

El diseño del rodete determina las condiciones de uso del ventilador:

• sin discos: transporte de flujos con componentes sólidos;
• de un disco: desplazamiento de medios aéreos con bajo contenido de fracciones sólidas;
• de dos discos: circulación de masas de aire limpias en un rango diverso de presiones;
• de tres discos: asegurar la aspiración bilateral.

La fijación de la rueda al eje se realiza mediante cubos. Las aspas se fijan a los discos y a los cubos.

Aspas. Las características operativas y la eficiencia del conjunto en general dependen en gran medida de la forma de las aspas:

• ala aerodinámica: garantiza silencio, buen rendimiento, resistencia del aparato a altas temperaturas;
• curvadas hacia atrás: evitan la acumulación de polvo en el interior del ventilador, son adecuadas para su uso en entornos con alta depresión;
• curvadas hacia adelante: los ventiladores con aspas «frontales» están diseñados para trabajar con gran volumen de aire y alta presión, se caracterizan por su resistencia a la erosión;
• radiales: unidades de tamaño compacto con eficiencia media, las guías del rotor se tratan con un recubrimiento protector contra la erosión.

En las ruedas con aspas «traseras», la diferencia entre los valores de presión estática y presión total no es grande, por lo que su nivel de rendimiento es alto. La eficiencia de funcionamiento alcanza el 80%.

Las aspas curvadas hacia adelante generan una alta velocidad del flujo de aire a la salida. El conjunto conserva un 60% de eficiencia. Una ventaja de las aspas «frontales» es la obtención de los parámetros deseados con un tamaño de ventilador más reducido.

En las unidades centrífugas, el aire ingresa en dirección axial y es expulsado en dirección radial. Las masas de aire, bajo la acción de las fuerzas centrífugas, se mueven dentro de la carcasa cilíndrica.

Todo el proceso se puede dividir en varias etapas:

1. Al girar la rueda, el aire entre el espacio de las aspas se dirige hacia el borde del rotor.
2. Como consecuencia, en el centro de la rueda se forma una zona de baja presión. Esto provoca la aspiración de masas de aire desde el exterior.
3. En el centro de la cámara, los flujos de aire cambian de dirección de axial a radial, entrando en los compartimentos entre las aspas.
4. Debido a la rápida rotación, las masas de aire se dirigen hacia la pared interior de la carcasa.
5. La energía cinética se convierte parcialmente en energía de compresión y la velocidad del aire disminuye; dentro de la «voluta» se acumula un flujo de aire volumétrico y se genera una presión excesiva.
6. La masa gaseosa se dirige hacia el tubo de salida, ingresa en la tubería y luego a la zona de trabajo.

Las unidades centrífugas se utilizan en sistemas de ventilación de impulsión y extracción de grandes espacios, garajes, centros comerciales y edificios donde se requiere una ventilación continua y potente.

Las unidades radiales se utilizan en entornos industriales peligrosos para la rápida eliminación del aire contaminado. Por ejemplo, en talleres de carpintería o metalurgia, en naves para la extracción de humo y vapores nocivos.

Diagonal – combinación de ventilador axial y radial

El modelo diagonal es una síntesis de dos tipos de ventiladores: axial y centrífugo. El impulsor del aparato tiene una forma especial: la estructura de la rueda motriz se asemeja a la disposición de un tambor en un ventilador radial. Las aspas del impulsor están dispuestas paralelas al eje de rotación.

Los ventiladores combinados tienen un cuerpo cilíndrico y se parecen externamente más a los modelos axiales. Sin embargo, su principio de funcionamiento es diferente debido a las características estructurales del impulsor. El aire primero se mueve a lo largo del eje y luego cambia su dirección en 45°.

Debido a la impulsión centrífuga, la velocidad del flujo de aire aumenta y, por lo tanto, también aumenta la eficiencia de la instalación de ventilación. El nivel de eficiencia de los modelos diagonales alcanza el 80%.

La principal ventaja del ventilador de tipo mixto es el logro de valores de compromiso entre las características de ruido, el rendimiento y las dimensiones del dispositivo.

La mayoría de las veces, los equipos centrífugo-axiales se utilizan como ventiladores de conducto en sistemas de ventilación pequeños y medianos con conductos de aire largos. Se emplean como extractores y unidades de suministro en sistemas de presión de tipo de suministro.

Instalación tangencial – uniformidad del flujo de aire

El ventilador tangencial (diametral) consiste en un cuerpo alargado, equipado con un difusor y un tubo de conexión, y un rotor de tipo tambor con álabes inclinados. Se realiza un movimiento doble del aire perpendicular al eje de rotación del cilindro.

La carcasa del modelo diametral se asemeja al cuerpo del ventilador radial. La diferencia es que en la unidad tangencial, el conducto de aire está ubicado a lo largo del panel lateral.

Características distintivas de los dispositivos diametrales:

• altos indicadores aerodinámicos;
• capacidad de suministrar un flujo uniforme;
• posibilidad de girar el ventilador, seleccionando la dirección del flujo de aire;
• funcionamiento silencioso;
• alto índice de eficiencia – hasta 60-70%.

Ámbito de aplicación: creación de cortinas de aire, fan-coils y uso en sistemas split.

Ventilador sin aspas – tecnología innovadora

Los ventiladores domésticos sin aspas aparecieron no hace mucho en el mercado nacional de sistemas de ventilación. Su principio de funcionamiento difiere radicalmente de las modificaciones analizadas anteriormente.

El funcionamiento del dispositivo innovador se basa en la tendencia del medio a igualar el equilibrio entre las presiones exterior e interior del dispositivo, así como en la tecnología del «multiplicador de aire».

Componentes del dispositivo:

• un marco de forma circular u ovalada, destinado a la aspiración y expulsión de masas de aire;
• una base para fijar el marco;
• una mini turbina, montada en la base del ventilador;
• un motor.

El ventilador innovador funciona según el siguiente principio:

1. Después de encender el motor, se pone en marcha la turbina.
2. Al girar, la turbina succiona aire a través de las perforaciones en el cuerpo de la base.
3. Bajo el efecto de la turbulencia, el aire se acelera 15 veces y sale a través de las ranuras de salida ubicadas en el perímetro del marco.

Las corrientes de aire rodean la superficie del anillo y se dirigen en la dirección deseada.

Gracias a las propiedades aerodinámicas del dispositivo de ventilación, el aire de los lados y detrás del marco anular se incorpora al flujo de aire formado.

En comparación con los modelos tradicionales, los ventiladores sin aspas tienen una serie de ventajas:

• regulación suave de la intensidad del flujo de aire;
• comodidad y seguridad absoluta de uso;
• cambio de dirección del aire mediante el ajuste de la posición del anillo;
• eficiencia de funcionamiento: el consumo de electricidad es un 20% menor en comparación con los modelos axiales.

Principales desventajas del dispositivo: alto costo y alto nivel de ruido.

Dependencia de las condiciones de operación

Al elegir un ventilador, es importante tener en cuenta las condiciones de uso. Para su uso en entornos agresivos, se han desarrollado equipos altamente especializados.

Unidades para uso en condiciones normales

Los ventiladores de uso general están fabricados de acero al carbono.

Los dispositivos se pueden instalar cumpliendo las condiciones de funcionamiento obligatorias:

• contenido de polvo en el aire para unidades radiales – no más de 0,01 g/m³, para dispositivos axiales – hasta 0,01 g/m³;
• temperatura del ambiente de trabajo – hasta +50°C;
• ausencia en el aire de componentes químicamente agresivos, explosivos, fibras y partículas pegajosas.

El ambiente de vapor-gas-aire no debe provocar procesos de corrosión acelerados; la velocidad admisible de destrucción del metal es de 0,1 mm por año. Si la temperatura de funcionamiento supera el valor límite, el rendimiento del motor, que generalmente se encuentra en el flujo de masas de aire transportadas, se deteriora.

Existen ventiladores de acero resistentes al calor de uso general. La temperatura máxima del medio transportado es de hasta +200°C. Los productos nacionales se marcan con las letras «Zh» y «Zh2».

Los modelos de uso general se utilizan en sistemas de calefacción por aire y ventilación de edificios públicos, residenciales e industriales, así como para otros fines sanitarios y técnicos.

Instalaciones de ventilación de propósito especial

Los ventiladores de propósito especial se suelen dividir en cinco grupos:

• para polvo;
• resistentes al calor;
• a prueba de explosiones;
• resistentes a la corrosión;
• de extracción de humo.

Las unidades para polvo se utilizan para limpiar las masas de aire de polvo y partículas de suciedad: virutas de madera y metal, escorias de soldadura, desechos de granos. El flujo de aire, al pasar a través de los conductos, cambia su dirección de axial a radial. Debido a la fuerza centrífuga, la velocidad del flujo de aire también cambia.

Los dispositivos para polvo se fabrican en latón, acero al carbono o acero inoxidable. La temperatura máxima del medio de trabajo es de +80°C. Existen modelos de tipo mixto: para polvo, antiexplosivos y resistentes al calor.

Los ventiladores radiales para polvo de baja potencia se instalan en vehículos que transportan granos. Los dispositivos de alta presión se utilizan en grandes talleres de producción.

Las unidades resistentes al calor están diseñadas para mover aire cuya temperatura supera los +80°C.

Debido a las duras condiciones de operación, los ventiladores deben poseer características especiales:

• aislamiento térmico del motor eléctrico y su colocación fuera del flujo de aire;
• alto nivel de protección del motor: IP44 y superior;
• fabricación de elementos estructurales con materiales resistentes al calor (poliamida termorresistente, aleación de aluminio, acero inoxidable o acero al carbono);
• amplio rango de temperaturas de trabajo.

Los ventiladores resistentes al calor se utilizan en la instalación de sistemas de ventilación de baños y saunas, para la extracción de aire caliente de chimeneas o estufas, y la eliminación de productos de combustión en lugares de trabajo industriales.

Las unidades resistentes al calor pueden tener diseño axial o radial. Con mayor frecuencia, los ventiladores de alta temperatura se utilizan en conductos de ventilación, pero existen modificaciones que se montan sin conductos de aire.

El equipo de ventilación antiexplosivo está diseñado para extraer mezclas de gases explosivos. Esta categoría incluye mezclas en las que, al encenderse la más mínima partícula, se inflama todo el volumen restante de gas.

Los requisitos de seguridad contra explosiones del equipo eléctrico están regulados por las directivas ATEX CE. Dependiendo del grado de peligrosidad de las zonas, las unidades de ventilación pueden estar protegidas por:

• relleno de cuarzo o aceite en los envolventes de las partes conductoras;
• sellado con compuesto (material polimérico);
• revestimientos antiexplosivos.

El material de fabricación de los colectores de entrada, los rodetes y la carcasa es acero inoxidable, aleaciones de aluminio y grupos de materiales heterogéneos: acero inoxidable-latón, bronce, plástico conductor.

Los materiales heterogéneos se combinan de manera que no pueda generarse una chispa al golpearse o frotarse entre sí.

Los ventiladores resistentes a la corrosión están diseñados para transportar mezclas agresivas no explosivas de aire y gas con un contenido insignificante de polvo y sin componentes fibrosos ni pegajosos.

Los materiales de fabricación de las piezas del dispositivo: aleaciones de titanio, polipropileno, vinilplástico. Como alternativa, los elementos de trabajo se recubren con un revestimiento anticorrosivo: acero resistente a la corrosión de la marca 08X13 o aleación de titanio.

Ámbito de aplicación de los ventiladores «antióxido»:

• metalurgia ferrosa;
• líneas tecnológicas para la producción de fertilizantes minerales;
• producción de carbono;
• suministro de aire a calderas con mezcla en ebullición;
• organización de la circulación de vapores de agua con impurezas de fenol, álcali y sulfuro de hidrógeno;
• líneas de plantas coquímicas.

Los ventiladores de extracción de humos son potentes equipos ignífugos integrados en el sistema de ventilación del edificio y que funcionan expulsando el humo del local. Se exigen altos requisitos técnicos a estos equipos.

En caso de incendio, el ventilador debe funcionar sin interrupción durante 2 horas a una temperatura del aire expulsado de hasta +400°C. Si la temperatura aumenta hasta +600°C, hasta 1 hora.

Ámbito de aplicación: sistemas de ventilación anti-humo de edificios de diversos usos. Los 'extractores de humos' se instalan en el techo del local mediante una brida de montaje y se conectan a los conductos de extracción de humos.

Dependiendo del diseño del ventilador, se puede realizar una expulsión de humo de dos o cuatro lados en dirección horizontal o vertical. Se prevé la posibilidad de funcionamiento de los equipos en modo de ventilación general de la casa.

Tipos de ventiladores según el método de montaje

Como se indicó anteriormente, según el método de montaje, los dispositivos de ventilación se dividen en 4 grupos: estándar, de tejado, de conducto y multizona.

Los ventiladores estándar suelen incluir un bastidor de soporte o un soporte. Su montaje no presenta ninguna dificultad.

Los equipos de tejado se instalan en la cubierta del edificio y actúan como el último eslabón del sistema de ventilación del edificio. Dichos ventiladores están expuestos a factores externos negativos (lluvia, nieve, ráfagas de viento), por lo que se fabrican con materiales especialmente resistentes. Casi todos los modelos están equipados con un cono protector que evita la obstrucción del cuerpo.

Los aparatos de ventilación de tejado funcionan según el principio axial o centrífugo. La primera opción se utiliza más a menudo para ambientes normales, y la segunda para ambientes con polvo y agresivos.

Al elegir un ventilador de tejado, se tiene en cuenta la especificidad del local a acondicionar. Por ejemplo, para una guardería, hospital o escuela se selecciona un modelo con bajo nivel de ruido. Para un taller de producción, la prioridad será la potencia del equipo.

Las unidades de ventilación de conducto se colocan en los conductos de ventilación y realizan la extracción y el suministro de aire a través del sistema de conductos. El diseño de los ventiladores de conducto suele ser de tipo diagonal o radial, más raramente axial.

La selección del dispositivo se realiza en función de la forma del conducto. Se fabrican equipos para conductos redondos, cuadrados y rectangulares.

Los ventiladores de conducto de forma rectangular o cuadrada se fabrican de metal, los redondos de plástico. La carcasa metálica es resistente al desgaste y robusta, mientras que la de plástico es menos ruidosa

Las unidades de ventilación multizona están equipadas con una carcasa que permite conectar varios conductos de aspiración que provienen de diferentes zonas. Dichos ventiladores son indispensables en espacios donde se necesita instalar extracción en varias habitaciones, pero solo hay un conducto de salida.

Los equipos multicanal permiten optimizar el conjunto de conductos, reducir los gastos de capital y la mano de obra en la instalación del sistema de ventilación del hogar.

Una ventaja adicional es la simplificación del funcionamiento. Es necesario mantener uno, no varios ventiladores.

Variedades de modelos de ventilación domésticos

Los ventiladores domésticos se clasifican adicionalmente según el lugar de instalación.

De ventana. El dispositivo se monta en la ventana o en la pared cerca de la ventana, sin conducto. Este equipo se utiliza principalmente en establecimientos públicos: cafeterías, peluquerías, etc. La instalación independiente en ventanas de PVC existentes es problemática.

Los ventiladores de ventana se fabrican con perfil redondo y cuadrado. Algunos modelos están equipados con una válvula de retención que evita la entrada de polvo en la vivienda.

De cocina. Eliminan vapores y diversos olores que se generan durante la cocción. El ventilador se monta directamente en la campana extractora. Según el diseño, se distinguen campanas planas, de campana y empotradas. Los ventiladores de cocina deben ser resistentes al calor y tener una rejilla protectora externa.

Equipo para el baño. Para aumentar la eficiencia de la ventilación extractora del inodoro y el baño se utilizan ventiladores de pared y techo de superficie. Los equipos compactos son económicos y fáciles de instalar.

La parte interior de la carcasa se coloca en el conducto de ventilación, y la exterior sobresale y se cubre con una rejilla de ventilación. En el cuarto de baño es recomendable usar un ventilador con sensor de humedad.

Independientemente del tipo de ventilador seleccionado, se debe prestar especial atención al marcado del dispositivo, concretamente al grado de protección IP. El estándar IP caracteriza la protección del equipo en un entorno no agresivo.

El primer dígito tiene un valor en el rango de 0 a 6 e indica el nivel de protección contra la penetración de objetos extraños, polvo y contacto con las manos.

El nivel de protección contra la entrada de humedad en la carcasa lo indica el segundo dígito del marcado.

Existe una alta probabilidad de que el agua penetre en los dispositivos con clasificación «0». Solo se permite su instalación en espacios «secos». El grado máximo de protección «8» garantiza la integridad del ventilador incluso si está completamente sumergido en agua.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Video #1. Principio de funcionamiento y ventajas competitivas del ventilador sin aspas:

Video #2. Estructura del ventilador centrífugo VTsUN:

Video #3. Diseño del ventilador de conducto de forma redonda:

El diseño de modelos y las características técnicas y operativas de los ventiladores permiten seleccionar el equipo óptimo tanto para uso doméstico como industrial. Las estructuras de las instalaciones de ventilación se mejoran constantemente, adaptándose a las necesidades de los compradores.

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