Ventilador industrial

Los ventiladores y sopladores industriales son máquinas cuya función principal es proporcionar y acomodar un gran flujo de aire o gas a varias partes de un edificio u otras estructuras. Esto se logra girando una serie de aspas, conectadas a un cubo y un eje, e impulsadas por un motor o turbina . Los caudales de estos ventiladores mecánicos varían de aproximadamente 200 pies cúbicos (5,7 m ³ ) a 2.000.000 de pies cúbicos (57.000 m ³ ) por minuto. Un soplador es otro nombre para un ventilador que funciona donde la resistencia al flujo está principalmente en el lado de salida del ventilador.

El flujo continuo de aire o gas que generan los ventiladores industriales tiene muchos usos, entre ellos , la combustión , la ventilación , la aireación , el transporte de partículas, el escape, la refrigeración, la limpieza del aire y el secado , por nombrar algunos. Las industrias a las que se prestan servicios incluyen la producción de energía eléctrica , el control de la contaminación , la fabricación y el procesamiento de metales , la producción de cemento , la minería , la petroquímica , el procesamiento de alimentos , la criogenia y las salas blancas .

La mayoría de los ventiladores industriales pueden clasificarse en uno de dos tipos generales: ventiladores centrífugos y ventiladores axiales.

El diseño centrífugo utiliza la fuerza centrífuga generada por un disco giratorio, con aspas montadas en ángulos rectos con respecto al disco, para impartir movimiento al aire o gas y aumentar su presión. El conjunto del cubo, el disco y las aspas se conoce como rueda del ventilador, y a menudo incluye otros componentes con funciones aerodinámicas o estructurales. La rueda del ventilador centrífugo suele estar contenida dentro de una carcasa de ventilador con forma de voluta, que se asemeja al caparazón de la criatura marina Nautilus con un orificio central. El aire o gas dentro del ventilador giratorio se expulsa por el exterior de la rueda, hacia una salida en el diámetro más grande de la carcasa. Esto simultáneamente atrae más aire o gas hacia la rueda a través del orificio central. ^[1] Los conductos de entrada y salida a menudo están unidos a la carcasa del ventilador, para suministrar y/o extraer el aire o gas según los requisitos de la industria.

Hay muchas variedades de ventiladores centrífugos, que pueden tener ruedas de ventilador que varían desde menos de 3 cm hasta más de 16 pies (4,9 m) de diámetro.

El diseño axial utiliza fuerzas axiales para lograr el movimiento del aire o gas, haciendo girar un eje central con aspas que se extienden radialmente desde su diámetro exterior. El fluido se mueve en paralelo al eje de la rueda del ventilador, o eje de rotación. El ventilador axial suele estar contenido dentro de una sección corta de conductos cilíndricos, a los que se pueden conectar los conductos de entrada y salida.

Los tipos de ventiladores axiales tienen ruedas de ventilador con diámetros que generalmente varían desde menos de un pie (0,3 metros) a más de 30 pies (9,1 m), aunque las ruedas de los ventiladores de las torres de enfriamiento axiales pueden superar los 82 pies (25 m) de diámetro.

En general, los ventiladores axiales se utilizan cuando el requisito principal es un gran volumen de flujo y el diseño centrífugo cuando se requiere tanto flujo como presiones más altas. Los ventiladores axiales proporcionan un gran flujo de aire a bajas presiones. Atrapan el aire en paralelo al eje y lo expulsan en línea recta.

Hay varias formas de determinar el diseño de un ventilador para una aplicación.

Para las industrias donde los requisitos de aplicación no varían mucho y los diseños de ventiladores aplicables tienen diámetros de alrededor de 4 pies (1,2 metros) o menos, se podría seleccionar un diseño estándar o prediseñado.

Cuando la aplicación implica especificaciones más complejas o un ventilador más grande, entonces un diseño basado en una configuración de modelo existente a menudo satisfará los requisitos. Muchas configuraciones de modelos ya cubren la gama de procesos actuales de la industria. Se selecciona un modelo apropiado del catálogo de la empresa de ventiladores y los ingenieros de la empresa aplican reglas de diseño para calcular las dimensiones y seleccionar opciones y materiales para el rendimiento, la resistencia y el entorno operativo deseados.

Algunas aplicaciones requieren una configuración personalizada y dedicada para que el diseño de un ventilador satisfaga todas las especificaciones.

Todos los diseños de ventiladores industriales deben diseñarse con precisión para cumplir con las especificaciones de rendimiento y, al mismo tiempo, mantener la integridad estructural. Para cada aplicación, existen requisitos específicos de flujo y presión. Según la aplicación, el ventilador puede estar sujeto a altas velocidades de rotación, un entorno operativo con productos químicos corrosivos o corrientes de aire abrasivas y temperaturas extremas. Los ventiladores más grandes y las velocidades más altas producen mayores fuerzas en las estructuras giratorias; por razones de seguridad y confiabilidad, el diseño debe eliminar las tensiones excesivas y las frecuencias resonantes excitables . Los programas de modelado por computadora para dinámica de fluidos computacional (CFD) y análisis de elementos finitos (FEA) se emplean a menudo en el proceso de diseño, además de las pruebas con modelos a escala de laboratorio. Incluso después de que se construya el ventilador, la verificación puede continuar, utilizando pruebas de rendimiento del ventilador para el flujo y la presión, pruebas con galgas extensométricas para las tensiones y pruebas para registrar las frecuencias resonantes del ventilador .

Los tipos de ventiladores y sus subtipos son estándares de la industria y son reconocidos por todos los principales productores de ventiladores. ^[2]

Cualquiera de estos subtipos de ventiladores se puede construir con revestimientos duraderos y resistentes a la erosión.

Perfil aerodinámico ( Air foil ): los ventiladores con aspas huecas con perfil aerodinámico se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en muchas industrias y están diseñados para su uso en corrientes de aire donde se requiere una alta eficiencia y un funcionamiento silencioso. Se utilizan ampliamente para un servicio continuo a temperaturas ambiente y elevadas en aplicaciones de tiro forzado e inducido en las industrias de metales, química, generación de energía, papel, productos de roca, vidrio, recuperación de recursos , incineración y otras en todo el mundo.

Curva hacia atrás : estos ventiladores tienen una eficiencia casi tan alta como el diseño de perfil aerodinámico. Una ventaja es que sus aspas de placa curva de espesor único evitan la posibilidad de acumulación de partículas de polvo dentro del aspa, como puede ocurrir con las aspas de perfil aerodinámico perforadas. El diseño robusto permite un funcionamiento a alta velocidad y, por lo tanto, este ventilador se utiliza a menudo en aplicaciones de alta presión.

Inclinados hacia atrás : estos ventiladores tienen aspas planas simples, inclinadas hacia atrás para adaptarse al patrón de velocidad del aire que pasa por la rueda del ventilador y lograr un funcionamiento de alta eficiencia. Estos ventiladores se utilizan normalmente en aplicaciones de aire limpio, de presión relativamente baja y de gran volumen.

Aspas radiales : las aspas planas de este tipo están dispuestas en un patrón radial. Estos ventiladores resistentes ofrecen capacidad de alta presión con una eficiencia media. A menudo están equipados con revestimientos resistentes a la erosión para prolongar la vida útil del rotor. El diseño de la carcasa es compacto para minimizar el espacio requerido en el suelo.

Punta radial : estos ventiladores tienen ruedas que están curvadas hacia atrás, pero de una manera ligeramente diferente a los ventiladores con curva hacia atrás. Los ventiladores con curva hacia atrás tienen ruedas cuyas aspas se curvan hacia afuera, mientras que las aspas de los ventiladores con punta radial están curvadas hacia adentro y radiales en sus puntas (de ahí el nombre "punta radial"), aunque siguen teniendo una configuración curvada hacia atrás. Su curvatura también puede considerarse radial en las puntas, pero con una pendiente gradual hacia la dirección de rotación. Este diseño robusto se utiliza en aplicaciones de caudal de gran volumen cuando el requisito de presión es bastante alto y se necesita resistencia a la erosión. Ofrece eficiencias medias. Una aplicación común es el lado sucio de un filtro de mangas o precipitador. El diseño es más compacto que los ventiladores de perfil aerodinámico, curvados hacia atrás o inclinados hacia atrás.

Rueda de paletas : este es un diseño de impulsor abierto sin cubiertas. Aunque la eficiencia no es alta, este ventilador es adecuado para aplicaciones con una carga de polvo extremadamente alta. Se puede ofrecer con revestimientos de aspas reemplazables en campo de baldosas de cerámica o carburo de tungsteno . Este ventilador también se puede utilizar en aplicaciones de alta temperatura.

Curva hacia adelante : este impulsor de "jaula de ardilla" genera el caudal volumétrico más alto (para una velocidad de punta dada) de todos los ventiladores centrífugos. Por lo tanto, a menudo tiene la ventaja de ofrecer el paquete físico más pequeño disponible para una aplicación determinada. Este tipo de ventilador se utiliza comúnmente en hornos de alta temperatura. Sin embargo, estos ventiladores solo se pueden utilizar para transportar aire con baja carga de polvo porque son los más sensibles a la acumulación de partículas, pero también debido a la gran cantidad de aspas que requieren las ruedas de curva hacia adelante.

Extractores industriales : se trata de ventiladores de paletas planas de inclinación pronunciada, de rendimiento medio y relativamente económicos para extraer gases, transportar virutas, etc.

Ventiladores prediseñados (PE): una serie de ventiladores con distintas formas de aspas que, por lo general, solo están disponibles en tamaños estándar. Debido a que están prediseñados, estos ventiladores pueden estar disponibles en plazos de entrega relativamente cortos. A menudo, se pueden instalar rotores prediseñados con distintas formas de aspas en una carcasa común. Estos suelen estar disponibles en una amplia gama de requisitos de volumen y presión para satisfacer las necesidades de muchas aplicaciones.

Sopladores de presión : son sopladores de alta presión y bajo volumen que se utilizan en aplicaciones de aire de combustión en hornos o para proporcionar aire de “soplado” para aplicaciones de limpieza y/o secado.

Sopladores sin sobretensión : estos sopladores de alta presión y bajo volumen tienen una tendencia reducida a las “sobretensiones” (variación periódica del caudal) incluso a velocidades del ventilador muy reducidas. Esto permite una reducción extrema (caudal bajo) sin pulsaciones significativas.

Sopladores de recuperación de vapor mecánico : estos ventiladores centrífugos especialmente diseñados están diseñados para aumentar la temperatura y la presión del vapor saturado en un sistema de circuito cerrado.

Sopladores de gas ácido : estos sopladores de construcción muy pesada son adecuados para presiones de entrada desde vacío total hasta 100 psig. Los materiales se seleccionan para que sean resistentes a la corrosión de los gases y las partículas que se manipulan.

Sopladores de gas de proceso especiales : estos sopladores son para procesos petroquímicos de alta presión.

Ventiladores axiales de alta temperatura : son ventiladores de gran volumen diseñados para funcionar con baja resistencia al flujo en hornos de convección industriales. Pueden tener diseños unidireccionales o bidireccionales. Son extremadamente resistentes y se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de hornos de alta temperatura (hasta 1800 °F).

Ventiladores axiales tubulares : Son unidades de ventiladores axiales con ruedas de ventilador ubicadas en tubos cilíndricos, sin compuertas de entrada ni de salida.

Ventiladores axiales de paletas : estos ventiladores de flujo axial tienen una mayor capacidad de presión debido a la presencia de paletas estáticas.

Ventiladores axiales de paso variable : las aspas de estos ventiladores axiales se pueden ajustar manualmente para permitir cambiar el ángulo de las aspas. Esto permite el funcionamiento en un rango mucho más amplio de relaciones de volumen/presión. Las aspas se ajustan periódicamente para optimizar la eficiencia al adaptar el paso de las aspas a las condiciones variables de la aplicación. Estos ventiladores se utilizan a menudo en aplicaciones mineras.

Ventiladores axiales de paso variable sobre la marcha : son similares a los “ventiladores axiales de paso variable”, excepto que incluyen un mecanismo interno que permite ajustar el paso de las aspas mientras el rotor del ventilador está en movimiento. Estos ventiladores versátiles ofrecen un funcionamiento de alta eficiencia en muchos puntos de funcionamiento diferentes. Esta capacidad de ajuste instantáneo de las aspas es una ventaja que solo es posible con los ventiladores axiales.

Ventiladores de refrigeración (también denominados "ventiladores de torre de refrigeración") : son ventiladores axiales, normalmente de gran diámetro, para presiones bajas y grandes volúmenes de flujo de aire. Se utilizan en torres de refrigeración mecánicas húmedas, condensadores de vapor refrigerados por aire, intercambiadores de calor refrigerados por aire, radiadores o aplicaciones similares refrigeradas por aire.

Ventiladores de flujo mixto : los patrones de flujo de gas que producen estos ventiladores se asemejan a una combinación de patrones axiales y centrífugos, aunque las ruedas de los ventiladores suelen parecer similares a las ruedas centrífugas. Existen varios tipos de ventiladores de flujo mixto, incluidos ventiladores y sopladores de alta presión herméticos al gas.

Los ventiladores Jet Fan se utilizan para las necesidades diarias de ventilación y extracción de humos en caso de incendio (250 ® C/120 min). Estos ventiladores industriales tienen álabes simétricos; motores 100% reversibles con bajas emisiones de ruido IP55, clase de aislamiento H (versión de extracción de humos). Aplicación para ventilación de sótanos y ventilación de túneles, etc.

Existen varios medios para controlar el caudal de un ventilador, por ejemplo, reduciendo temporalmente el caudal de aire o gas; estos se pueden aplicar tanto a ventiladores centrífugos como axiales.

Variación de velocidad : todos los tipos de ventiladores descritos anteriormente se pueden utilizar junto con un controlador de velocidad variable. Puede ser un controlador de CA de frecuencia ajustable, un motor y variador de CC, un controlador de turbina de vapor o una unidad de variador de velocidad hidráulica ("accionamiento por fluido"). El control de flujo mediante velocidad variable suele ser más suave y eficiente que mediante control de compuerta. Es posible lograr ahorros de energía significativos (con un menor costo de operación) si se utilizan controladores de ventiladores de velocidad variable para aplicaciones que requieren un funcionamiento con flujo reducido durante una parte significativa de la vida útil del sistema.

Dampers Industriales - Estos dispositivos también permiten controlar el caudal volumétrico de los ventiladores durante su funcionamiento, mediante paneles para así dirigir el flujo de gases o restringir las zonas de entrada o salida.

Hay una variedad de amortiguadores disponibles:

Compuertas de entrada con rejillas
Compuertas de entrada radiales
Compuertas de álabes de entrada variables (VIV) Compuertas
de vórtice Compuertas
de descarga

• Ventilador (mecánico)
• Diseño de ventilador axial
• Potencia específica del ventilador
• Pérdidas tridimensionales y correlación en turbomáquinas

• Asociación de Control y Movimiento Aéreo (AMCA)
• Cálculo en línea de ventiladores de flujo axial: herramienta gratuita de diseño de ventiladores básicos para el cálculo de la geometría de ventiladores de flujo axial y curvas de potencia, refrigeración de CPU, ventiladores industriales, paquete de resultados detallados disponible para descargar