Ventilador centrífugo: especificaciones del dispositivo y principio de funcionamiento del aparato

Con el desarrollo del sector industrial, muchos procesos tecnológicos requirieron el suministro forzado de aire. El ámbito doméstico no se quedó atrás. Para garantizar algunos tipos de comunicaciones, se requiere un flujo regular de aire fresco.

Una solución elegante a este problema fue el ventilador centrífugo, que es capaz de impulsar de forma autónoma la cantidad necesaria de masa de aire. Pero, ¿cómo está construido y cómo funciona? Precisamente estas preguntas las analizaremos en detalle en nuestro artículo.

Examinaremos las características de diseño del dispositivo, sus capacidades, ámbito de aplicación, los mejores fabricantes cuyos productos están en el mercado. Y también daremos recomendaciones para elegir el modelo de ventilador adecuado.

Esencia de la impulsión y depresión del aire por el ventilador

El ventilador es una estructura mecánica capaz de procesar un flujo de mezcla de gas y aire aumentando su energía específica para su posterior desplazamiento.

Esta arquitectura del conjunto permite crear un efecto de impulsión o depresión del gas de trabajo en el espacio mediante el aumento o disminución de la presión respectivamente (mecanismo de conversión de energía).

Por presión de gas se entiende el proceso infinito de movimiento caótico de las moléculas de gas que, al chocar contra las paredes de un espacio cerrado, crean presión sobre ellas.

Por lo tanto, cuanto mayor sea la velocidad de esas moléculas, más impactos y mayor será la presión. La presión del gas es una de las principales características del gas.

Por otro lado, cualquier gas tiene otros dos parámetros: el volumen y la temperatura. El volumen es la cantidad de espacio que el gas ha llenado. La temperatura del gas es una característica termodinámica que relaciona la velocidad de las moléculas y la presión que generan.

En estos “tres pilares” se sustenta la teoría cinético-molecular, que es la base para describir todos los procesos relacionados con el tratamiento de gases y mezclas gaseosas.

El proceso de impulsión consiste en la concentración forzada de moléculas en un espacio cerrado por encima de cierta norma. Por ejemplo, la presión de aire aceptada comúnmente en la superficie terrestre es de aproximadamente 100 kPa (10⁵ kilopascales) o 760 mm Hg (milímetros de mercurio).

Con el aumento de la altitud sobre la superficie terrestre, la presión disminuye y el aire se enrarece.

La presión atmosférica es el peso de la columna de aire con respecto al área de la superficie sobre la que se encuentra. No es la masa, sino el peso P = mg. Se mide con un barómetro; los demás tipos de presión se determinan con un manómetro.

La depresión es el proceso inverso a la impulsión, durante el cual las moléculas abandonan el sistema cerrado. El volumen sigue siendo el mismo, pero la cantidad de moléculas disminuye varias veces, por lo tanto, la presión también disminuye.

El efecto de impulsión es necesario para el movimiento forzado del aire. Es posible el movimiento del aire mediante el efecto de depresión: para restaurar el equilibrio de presión en todo el sistema, las moléculas se mueven desde una región de mayor concentración de moléculas a una de menor concentración.

De esta manera se produce el movimiento de las moléculas de gas.

Para determinar la velocidad del flujo de aire fuera o dentro de un edificio, a menudo se utiliza un instrumento especial: el anemómetro. Es un dispositivo indispensable para el diseño de sistemas de ventilación.

Existen diversas configuraciones de sistemas de ventilación, pero se pueden clasificar aproximadamente en varias categorías según ciertos parámetros:

1. Por su propósito. Se distinguen ventiladores de uso general y especial. Los ventiladores se utilizan para el movimiento normal de gas. Los ventiladores especiales se emplean para transporte neumático, transporte de mezclas de gases agresivas y explosivas.
2. Por velocidad. Existen con baja, media y alta frecuencia específica de rotación del rotor con álabes.
3. Por rango de presión. Se conocen sistemas de generación de baja (hasta 1 kPa), media (1–3 kPa) y alta (más de 3 kPa) presión.

Algunos procesos industriales y domésticos que utilizan sopladores ocurren en condiciones ambientales extremas, por lo que se imponen requisitos correspondientes al equipo.

Por lo tanto, se puede hablar de unidades y dispositivos contra polvo, resistentes a la humedad, al calor, a la corrosión, a las chispas, y extractores de humo, así como de ventiladores comunes.

La información sobre los tipos de ventiladores se analiza en detalle en nuestro otro artículo.

Estructura del ventilador de tipo centrífugo

El sistema de construcción centrífuga es un mecanismo de impulsión con arquitectura radial, capaz de generar presión de cualquier rango.

Está diseñado para transportar gases mono y poliatómicos, incluyendo compuestos químicamente “agresivos”.

La construcción está “revestida” con una carcasa metálica/plástica, que se denomina cubierta protectora. El revestimiento protege la cámara interior del polvo, la humedad y otras sustancias que puedan afectar negativamente al funcionamiento de la unidad.

Un producto de ventilación de calidad siempre tiene una determinada clase de protección. El grado de protección del envolvente (Ingress Protection) es un estándar internacional único de calidad del producto que determina el nivel de protección del equipo contra la influencia del medio ambiente.

El ventilador radial desarrolla una presión significativamente mayor que la versión axial. Esto se debe a la transmisión de energía a la porción de aire que ingresa al tambor, energía que se genera durante la transición desde la entrada hasta la salida del sistema.

El mecanismo se acciona mediante un motor eléctrico o un motor de combustión interna (típico en ventiladores industriales). El método más común es el motor eléctrico, que gira el eje con el impulsor.

Se conocen varias opciones para transmitir el movimiento rotatorio del motor al impulsor:

• acoplamiento elástico;
• transmisión por correa trapezoidal;
• transmisión continua (acoplamiento deslizante hidráulico o inductivo).

Teniendo en cuenta la existencia de una gran cantidad de empresas fabricantes que crean sistemas únicos con parámetros dinámicos muy diversos, los consumidores disponen de una amplia gama de ventiladores.

En el cuerpo hay dos canales principales: el de entrada y el de salida. La mezcla gaseosa entra en el primer canal, se desplaza a la cámara, allí se procesa y luego sale al otro.

Como resultado del intenso trabajo de los desarrolladores, tenemos una amplia gama de aplicaciones de estas máquinas, incluyendo:

• sistemas de ventilación y calefacción en viviendas particulares y edificios de varios pisos;
• suministro y purificación de aire para edificios no residenciales;
• sistemas de filtración en la agricultura;
• realización de procesos tecnológicos en la industria ligera y pesada de diversos tipos.

También existen variantes de aplicación de los sopladores en sistemas de extinción de incendios y reemplazo ultrarrápido de aire en espacios cerrados.

Dichos ventiladores trabajan con mezclas gaseosas de alta temperatura, lo que obliga a los fabricantes a incluir en la documentación técnica información sobre la conformidad de su equipo con las normas internacionales.

La estructura probada y simple del mecanismo centrífugo tiene una serie de ventajas evidentes:

• alta fiabilidad y rendimiento inigualable;
• facilidad y accesibilidad del mantenimiento del equipo;
• seguridad en la integración y operación de los equipos;
• gastos mínimos en recursos energéticos y reparación en caso de avería.

Además, los sopladores se caracterizan por un umbral de ruido bastante bajo, lo que permite su uso en entornos domésticos. Los ventiladores centrífugos también tienen una vida útil excepcionalmente larga debido a la ausencia de contacto directo entre las partes móviles del mecanismo en la cámara de trabajo.

Características del ciclo de trabajo del dispositivo

Consideremos el principio general de funcionamiento de un soplador centrífugo de diseño radial. Observemos que los especialistas distinguen dos diseños principales de ventilador: con disposición axial y radial de la abertura de entrada por donde se aspira el flujo de aire.

Esto afecta principalmente a la opción de montaje del ventilador en el sistema y prácticamente no afecta el rendimiento general.

El ventilador de tipo radial puede funcionar tanto con aire normal que toma del espacio como con aire de flujo que pasa a través del conducto de aire (efecto de equilibrio de áreas con diferente presión).

La entrada axial es característica de los sopladores de impulsión de uso general. La disposición radial de la entrada de flujo es característica de los sopladores de uso principal.

En la primera etapa del ciclo de trabajo del ventilador, el flujo de aire se desplaza hacia la superficie del impulsor que gira rápidamente. Las paletas del rotor dividen el aire en pequeños volúmenes que se mueven hacia el interior de la cámara de trabajo.

Aquí se produce la acumulación de la masa de aire, es decir, se realiza la compresión directa de la masa de aire en un volumen pequeño.

La propia estructura del cuerpo del equipo tiene sus características.

Se conocen dos formas de carcasa más comunes:

• redondeadas;
• espirales.

La forma redondeada de la carcasa es característica de los ventiladores que mueven una gran cantidad de aire en un corto tiempo de proceso. La forma espiral es propia de los ventiladores que además realizan la compresión del volumen de aire y generan presión media y alta.

En la segunda etapa se produce la impulsión de aire en la cámara de trabajo. Como es sabido, a volumen constante, al aumentar la masa total de las moléculas de gas, aumenta el número de colisiones moleculares y, por tanto, también aumenta su velocidad. En consecuencia, la presión del gas también aumenta.

La forma y la cantidad de aspas tienen gran importancia. Todas las variantes de impulsores, sin excepción, se prueban en túneles aerodinámicos para determinar las condiciones óptimas de funcionamiento.

En la etapa final, se produce la extracción del gas comprimido desde la cámara de trabajo hacia la abertura de salida. Luego, el aire pasa al conducto de aire central y se desplaza en la dirección indicada.

El proceso de vacío ocurre exactamente al revés. El aire se toma de una tubería de aire o de un espacio cerrado donde se necesita crear una zona de vacío, y se expulsa al ambiente o a otro espacio limitado.

Especificación del ventilador centrífugo

Los sistemas de compresores se caracterizan por una serie de diferencias estructurales y dinámicas que deben tenerse en cuenta al seleccionarlos e integrarlos en un sistema de ventilación.

La especificación incluye:

• la propia estructura del soplador;
• tipo de motor;
• unidad de control;
• la ubicación del rotor y la transmisión del movimiento rotativo desde el motor;
• el ángulo de disposición de los tubos de entrada y salida;
• el material del que están hechas las piezas del producto, sus dimensiones y peso.

Los especialistas también prestan atención a la conformidad de los productos con las normas internacionales: estándares ISO/IEC y GOST, clasificaciones IP, directivas ATEX, etc.

Las características dinámicas incluyen los parámetros técnicos de rendimiento del soplador: presión generada y coeficiente de diferencia de presión, velocidad y temperatura máxima del flujo, frecuencia de rotación del eje y nivel de presión sonora, eficiencia y potencia del motor.

Presión de impulsión: valor máximo que el ventilador es capaz de generar durante el funcionamiento en modo nominal.

P_v = P_sv + P_dv,

Donde: P_v – presión total, P_sv – presión estática, P_dv – presión dinámica.

Coeficiente de diferencia: diferencia entre la presión de entrada y la presión generada (bar).

Caudal volumétrico de aire: cantidad de mezcla gaseosa que se desplaza por unidad de tiempo (rendimiento). Normalmente se calcula en m³/h para los fabricantes nacionales, y en litros/min para los extranjeros.

Frecuencia de rotación: número de vueltas completas del rodete por unidad de tiempo. Se calcula en unidades/s o Hz. Hay que recordar que el nivel de carga del ventilador no debe superar el 75% del máximo.

Al funcionar durante mucho tiempo en modo de sobrecarga con una alta velocidad de rotación, el ventilador se sobrecalienta y puede fallar rápidamente. Pero este proceso se puede controlar, manejándolo a su discreción. Para ello, se utiliza el regulador de velocidad de rotación del ventilador.

Presión sonora: nivel de ruido de las piezas giratorias y de la fricción del aire contra el metal. Se mide a una distancia de 3 metros de la fuente, cuando este funciona en régimen de carga máxima. El ruido debe tenerse en cuenta al seleccionar un ventilador de funcionamiento continuo.

La mayoría de los equipos están equipados con absorbedores de ruidos y sonidos de fondo. Normas de ruido: no más de 50 dBA para locales domésticos y no más de 75 dBA para industriales.

Uno de los dispositivos con un nivel ínfimo de ruido es el ventilador sin aspas.

El rendimiento del ventilador es el producto de los tres coeficientes siguientes:

• pérdidas en el flujo de aire;
• fugas a través de las holguras en la construcción;
• rendimiento mecánico del producto.

Para los ventiladores centrífugos, el rendimiento total se encuentra entre 0.7 y 0.85, en los axiales (de conducto) no supera 0.95. Al elegir un ventilador radial se debe tener en cuenta el factor de seguridad del motor de 1.2. Es decir, seleccionar la potencia del motor un 20% mayor de la necesaria.

La potencia del motor del ventilador se determina mediante la fórmula:

N = (Q*P)/(102*3600*η),

Donde: Q – rendimiento (caudal volumétrico de aire), P – presión generada.

Selección del ventilador según requisitos

El proceso de selección de equipos de ventilación para una instalación industrial (taller, hangar) es un proceso bastante interesante y complejo que debe realizar un especialista. Las características de la ventilación de los espacios industriales se detallan aquí.

Para apartamentos comunes y casas particulares ya existen soluciones preparadas. En el caso general (para un apartamento de 2 a 3 habitaciones) tenemos la siguiente arquitectura del sistema de ventilación:

• En las habitaciones se instalan ventiladores, cuya cantidad depende del tamaño de las habitaciones y del número de residentes;
• en la cocina y el baño se integran difusores de extracción, además se instalan conductos de aire hacia la unidad de suministro y extracción.

El ventilador centrífugo incluye una unidad de control, un sistema de filtrado para la purificación del aire, un motor eléctrico y el propio ventilador radial.

Para el sistema de ventilación mencionado anteriormente, son adecuados los ventiladores de pared de la serie TsF fabricados por Vents con un caudal de hasta 120 m³/h

El mercado actual de equipos de ventilación está representado por una amplia gama de empresas de fabricación extranjera: Systemair, Soler&Palau, OSTBERG, Rosenberg, HELIOS, Maico, Ruck Ventilatoren GmbH, AeroStar, Blauberg, Elicent, Rhoss, Frapol, CMT CLIMA, HygroMatik GmbH, Winterwarm, Tecnair LV, AERIAL GmbH, MITA.

Los productos de estas empresas serán una excelente solución para tareas de ventilación de cualquier escala.

No son inferiores en calidad de fabricación y fiabilidad del equipo las marcas nacionales Vents, Elcom, Domovent y Veza. Si tiene dudas sobre la precisión de los cálculos realizados o sobre la elección de un modelo específico, le recomendamos que se ponga en contacto con el servicio de atención al cliente de cualquiera de las empresas.

Si usted es propietario de una casa particular de 1–2 pisos, de un edificio industrial o comercial de área similar (restaurante, almacén, comedor, cafetería, oficina), al elegir el equipo debe tener en cuenta el volumen de las habitaciones, la tasa de intercambio de aire, la longitud y la sección de las tuberías principales.

Con las tareas de ventilación y extracción de humos se ocuparán fácilmente los ventiladores multizona o los ventiladores de tejado de la serie KROM de la empresa Veza, los ventiladores de la serie VN de la empresa Vents y otros.

Asegúrese de prestar atención a las funciones adicionales de los ventiladores centrífugos y a la posibilidad de integración en diversos sistemas de aire acondicionado.

Así, los ventiladores radiales pueden equiparse con componentes auxiliares:

• temporizadores ajustables e interruptores de intervalo, fotosensores y detectores de humedad;
• reguladores de velocidad e indicadores de estado;
• sensores de sobrecarga del motor eléctrico y de falta de alimentación eléctrica de la red;
• amortiguadores de vibraciones de resorte o aisladores de vibraciones de goma.

Si el ventilador está instalado dentro de un apartamento o casa, se puede cubrir con un panel decorativo frontal extraíble de aluminio o plástico, teniendo en cuenta la decoración de la habitación.

Para muchos usuarios, un criterio esencial al elegir un ventilador es el nivel de ruido. ¿Está seleccionando un ventilador silencioso para el baño? Le recomendamos consultar la clasificación de ventiladores silenciosos.

Conclusiones y video útil sobre el tema

En el siguiente video, los especialistas de la empresa Elcom explican de forma clara sobre los ventiladores centrífugos:

A continuación se muestra un excelente ejemplo de instalación de un ventilador doméstico en el baño:

Otra opción para instalar un ventilador doméstico de baja potencia en el apartamento:

El ventilador centrífugo clásico es el resultado de muchos años de experiencia en el diseño y la fabricación de equipos de ventilación. No solo es una excelente solución para la industria, sino también una herramienta óptima para el transporte de aire en viviendas y oficinas.

¿Ha pensado en adquirir un ventilador centrífugo? ¿O ha notado alguna discrepancia en el material analizado? Formule sus preguntas y aclare los aspectos técnicos en la sección de comentarios.

¿O quizás ya ha instalado un ventilador de este tipo en el cuarto de baño? ¿Está satisfecho con su funcionamiento? ¿Ha elegido correctamente la potencia del equipo para su espacio? Envíe fotos de su ventilador y deje sus comentarios.