RESUMEN
VENTILADORES Y LAVADORAS DE AIRE (ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO) CHACÓN RODRÍGUEZ LUIS MANUEL GONZÁLEZ ALEXANDER PAOLA LÓPEZ MEDINA MERCED MARÍA
El ingenio del ser humano ha desarrollado grandes inventos con la finalidad de obtener comodidades en su vida cotidiana.Los ventiladores y lavadoras de aire son sistemas de acondicionamiento del aire que buscan darle una temperatura confortable para el hombre a un espacio. Existen diferentes tipos y clasificaciones de éstos que funcionan y se comportan de manera diferente, aunque tienen el mismo objetivo. Es importante conocerlos para elegir correctamente el más adecuado dependiendo del uso que se le vaya a dar al recinto que se desea equipar. INTRODUCCIÓN
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VENTILADORES
Un ventilador es una máquina de fluido concebida para producir una corriente de aire mediante un rodete con aspas que giran produciendo una diferencia de presiones. Entre sus aplicaciones, destacan las de hacer circular y renovar el aire en un lugar cerrado para proporcionar oxígeno suficiente a los ocupantes y eliminar olores, principalmente en lugares cerrados; así como la de disminuir la resistencia de transmisión de calor por convección. Fue inventado en 1882 por el estadounidense Schuyler S. Wheeler. El enfriamiento evaporativo es una tecnología que se basa en la evaporación del agua al pasar un volumen de aire a través de ella, lo cual provoca una disminución de la temperatura del aire así como un aumento del grado de humedad del mismo. Es uno de los más eficientes métodos energéticos para enfriar un recinto y es considerado respetuoso con el medio ambiente, ya que el proceso no requiere de agentes químicos que dañen la capa de ozono.
Para entender el funcionamiento de los diferentes tipos de ventiladores es importante conocer los siguientes conceptos: -
El lavado de aire es uno de los métodos más antiguos empleados para eliminar el polvo del aire. El agua fue empleada desde hace muchos años para la limpieza del aire en forma más extensa que para fines de transferencia de calor.
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Ventilador.- Máquina rotativa que transmite energía al fluido que circula por ella, bajo la forma de aumento de presión. Caudal.- Flujo volumétrico determinado para la densidad del aire. Presión estática.- Presión del aire debida sólo a su grado de compresión. Puede ser positiva o negativa. En el ventilador es la diferencia entre la presión estática de salida y la presión total a la entrada. Presión dinámica.- Presión del aire debida sólo a su movimiento. La presión dinámica puede ser sólo positiva. En el ventilador
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será la correspondiente al promedio de las velocidades a la salida del ventilador. Presión total.- Presión del aire debida a su compresión y movimiento. Es la suma algebraica de las presiones dinámica y estática en un punto determinado. Por lo tanto, si el aire está en reposo, la presión total es igual a la presión estática. En el ventilador será la diferencia entre las presiones totales determinadas a la salida y a la entrada del mismo.
Se instalan en pared sin ningún conducto y son utilizados con objetivo de renovación de aire.
Los ventiladores industrializados se dividen en dos grupos; ventiladores axiales y centrífugos.
1.2.
VENTILADORES AXIALES
Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo. Se suelen llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma. En líneas generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Usan velocidades periféricas medianamente altas y por ello son en general ruidosos.
1.2.2. VENTILADORES TUBULARES Disponen de una hélice de álabes estrechos de sección constante o con perfil aerodinámico (ala portante) montada en una carcasa cilíndrica. Generalmente no cuentan con ningún mecanismo para enderezar el flujo de aire.
Dentro de estos existe otra clasificación de tres tipos básicos de ventiladores axiales: Helicoidales, tubulares y tubulares con directrices.
1.2.1 VENTILADORES HELICOIDALES Se construyen con dos tipos de alabes: alabes de disco para ventiladores sin ningún conducto; y alabes estrechas para ventiladores que deban vencer resistencias bajas (menos de 25Mm. c d a). Sus presentaciones están muy influenciadas por la resistencia al flujo del aire y un pequeño incremento de la presión provoca una reducción importante del caudal. Se emplean para mover aire con poca pérdida de carga, y su aplicación más común es la ventilación general. Son aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma de presión dinámica.
Los ventiladores tubulares tienen la característica de que pueden mover grandes masas de aire fácilmente gracias a su mecanismo que vence resistencias moderadas (menos de 50 Mm. cda).
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1.2.3. VENTILADORES TUBOAXIALES Tienen una hélice de álabes con perfil aerodinámico (ala portante) montado en una carcasa cilíndrica que normalmente dispone de aletas enderezadoras del flujo de aire en el lado de impulsión de la hélice. En comparación con los otros tipos de ventiladores axiales, éstos tienen un rendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 600 Mm. cda). Tienen rendimiento algo superior a algunos otros y es capaz de desarrollar una presión estática mayor. Por su construcción es apto para intercalar en conductos. Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja. También se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos.
1.3. VENTILADORES CENTRÍFUGOS Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°, entre la entrada y salida. Se suelen sub-clasificar, según la forma de las palas o álabes del rotor, de la siguiente manera:
Triángulos de velocidades, salida para los distintos ventiladores centrífugos.
1.2.4. VENTILADORES ÁLBE AXIAL
1.3.1 VENTILADOR ÁLABES CURVADAS HACIA ADELANTE
Tiene aplicaciones similares a los Tubo Axial pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestación es relativamente más pequeño que el ventilador centrifugo equiparable, por lo tanto no ocupa tanto espacio.
Estos ventiladores son aptos para caudales altos y bajas presiones. No es auto limitante de potencia. Para un mismo caudal y un mismo diámetro de rotor gira a menos vueltas con menor nivel sonoro. 3
1.3.3. VENTILADOR ÁLABES INCLINADAS HACIA ATRÁS Mecanismo de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrás. Es de alto rendimiento y auto limitador de potencia. Puede girar a velocidades altas. Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.
Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.
1.3.2. VENTILADOR ÁLABES RADIALES Es el diseño más sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecánicamente, y el rodete puede ser reparado con facilidad.
1.3.4 VENTILADOR AIRFOIL Este tipo de ventilador centrífugo es similar a los ventiladores con álabes radiales, con la diferencia de que cuenta con palas de perfil aerodinámico. Es el de mayor rendimiento dentro que los demás ventiladores centrífugos y es auto limitante de potencia. Es utilizado generalmente para aplicaciones en sistemas de HVAC (Calefacción, Ventilación y Aire acondicionado) y aplicaciones industriales con aire limpio. Con construcciones especiales puede ser utilizado en aplicaciones con aire sucio.
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Aptos para trabajar con palas anti desgaste. Son auto limpiante. La potencia aumenta de forma continua al aumento del caudal. Como los radiales, estos ventiladores son aptos para trabajar en aplicaciones industriales con movimiento de materiales abrasivos, pero con un mayor rendimiento.
1.3.5 VENTILADOR RADIAL TIP Mecanismos de palas curvadas hacia delante con salida radial. Son una variación de los ventiladores radiales pero con mayor rendimiento.
1.4. CURVAS DE VEINTILACIÓN AXIAL
Curva típica de ventilador axial
Curvas de ventiladores axiales típicos
1.5. VENTILADORES CONTRA-ROTATORIOS
De acuerdo con sus curvas de operación, este método proporciona valores de presión más altas que las conseguidas por ventiladores similares.
Los ventiladores axiales (tipo turbo –axial) se proporcionan para operarlos en serie por algunos fabricantes como contra –rotatorios, es decir, con sentido de giro invertidos de dos o más etapas consecutivas.
No son tan utilizados como los ventiladores mencionados anteriormente.
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Para entender su funcionamiento debe tenerse claro dos conceptos: - El confort térmico.- es una condición mental de satisfacción mental con el ambiente, que depende de diversos factores como son la actividad física y mental, las ropas de abrigo, la temperatura, el movimiento del aire, la humedad del aire y otros.
Formas de operación. Ventilador Woods de 24” y 30”
Etapa simple (No recomendada)
- El calor sensible (el calor evidente al tacto, que se mide con un termómetro) y el calor latente (cantidad de calor necesario para cambiar el estado de un cuerpo sin alterar su temperatura).
2 etapas (Recomendable) 3 etapas (Recomendable en algunos sistemas de longitud)
2. LAVADORAS DE AIRE El sistema consiste en disminuir el calor que percibimos (el calor sensible) y aumentar el calor que no percibimos (calor latente). En la gráfica se observa como el calor sensible ha quedado reducido a la mitad respecto a las condiciones iniciales pasando a una situación de bienestar y confort.
A este sistema también se le conoce como enfriamiento evaporativo. Se utiliza para desplazar aire o gas de un lugar a otro, dentro de o entre espacios, para motivos industriales o uso residencial, para ventilación o para aumentar la circulación de aire en un espacio habitado, básicamente para refrescar. Por esta razón, es un elemento
La velocidad del enfriamiento evaporativo es una función de la humedad y del movimiento del aire.
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En climas cálidos y secos, el aumento de la humedad da cierto confort. De cualquier modo, el enfriamiento evaporativo directo no es apropiado en climas húmedos porque el efecto de enfriamiento es bajo y la humedad es demasiado alta.
2.2.1 SWAMP COOLERS La forma más comercial de transmitir enfriamiento evaporativo directo es a través de enfriadores evaporativos (swamp coolers). Aunque parezcan dispositivos mecánicos a primera vista, son realmente simples y usan poca energía. Su funcionamiento consiste mediante un ventilador el cual es utilizado para traer aire de afuera dentro del edificio a través de una cortina húmeda. Una moderada cantidad de agua es requerida para mantener esa cortina húmeda. Para mantener el confort, una ventilación a gran velocidad es necesaria durante el día (cerca de 20 cambios de aire por hora).
La velocidad del enfriamiento evaporativo es una función de la humedad y del movimiento del aire. La evaporación es rápida cuando la humedad es baja y el movimiento del aire es alto. La evaporación es lenta cuando la humedad es alta y el movimiento de aire es lento. Los enfriadores evaporativos (swamp coolers) trabajan bastante bien como unidades centrales de aire acondicionado, pero su mecanismo de enfriamiento es muy simple y económico. Son apropiados solamente en climas secos.
2.1. ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO DIRECTO Cuando el agua se evapora en las edificaciones con la entrada de aire limpio, este aire no sólo será enfriado, también será humidificado. Este método es llamado enfriamiento evaporativo directo.
Vaporizar el aire es principalmente utilizado para enfriar espacios abiertos.
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Desafortunadamente, si el área es muy soleada o muy ventosa, el beneficio de vaporizar será mínimo. De cualquier modo, el efecto enfriador puede ser significante en espacios abiertos
protegidos y en invernaderos. Vaporizar es con frecuencia más utilizado para la atmósfera que se crea que para los beneficios de enfriamiento.
2.2. ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO INDIRECTO Este fenómeno ocurre si el aire dentro de la edificación es enfriado por evaporación sin necesidad de su humidificación. Por tanto, una de las ventajas de este tipo de enfriamiento es que puede trabajar en climas húmedos. El efecto de esta evaporación también puede ser aplicado para enfriar las azoteas de los edificios, las cuales convierten el calor en frío para refrescar los interiores.
Ventiladores en espiral para utilización del agua almacenada. 2.5 TORRES DE ENFRIAMIENTO
Una forma convencional del enfriamiento evaporativo indirecto es mediante el almacenamiento de agua fresca en un tanque para enfriar el piso en la noche.
Las torres de enfriamiento son enfriadores evaporativos pasivos que actúan como chimeneas al reverso. Desde la parte superior de la torre, el agua es esparcida sobre almohadillas absorbentes. Así como el aire entra desde la parte de arriba de la torre, éste es enfriado, se densifica y baja. El aire fresco entra al edificio mediante algunas aberturas que parecen chimeneas. De este modo, en vez de que el aire caliente suba, el aire fresco fluye hacia abajo. Por consiguiente, el aire fresco es suministrado hacia la edificación sin la necesidad de ventiladores.
Durante la noche el agua es esparcida sobre la azotea, donde es enfriada por evaporación y radiación. El agua fresca es entonces bombeada por una tubería enterrada en el piso y después es almacenada en el tanque durante el día. Por supuesto, la tubería puede ser usada también para calentar durante el invierno.
2.6. VENTAJAS
El agua que es almacenada en el tanque puede ser usada por ventiladores en espiral o serpentines (fan-coil units) al día siguiente.
Éste sistema es totalmente ecológico ya que para ello no utiliza ningún tipo de gas refrigerante y la aportación eléctrica es 8
- Discotecas: Temperaturas confortables con eliminación rápida y constante de humos y olores.
mínima en comparación con los sistemas tradicionales de aire acondicionado para su funcionamiento sólo es necesaria una aportación de agua de la red general.
- Fábricas: Temperaturas muy confortables con eliminación rápida y constante de humos y olores. Se elimina el polvo, partículas e insectos que pudieran incrustarse en los mismos, disponiendo una temperatura ambiente para el personal muy confortable.
2.7. LIMITACIONES La limitación fundamental de esta tecnología está en la capacidad de “enfriamiento” máxima,
la cual depende no solo de la capacidad del equipo sino de los factores ambientales externos.
- Industria de la madera: Manteniendo el contenido de humedad de la madera en ciertos niveles, ésta conserva su estabilidad y facilita la consistencia en el proceso de manipulación con el mínimo gasto. Niveles altos de humedad suponen el beneficio añadido de reducir la electricidad estática y el polvo, creando además un ambiente de trabajo más confortable.
La siguiente tabla muestra la temperatura de salida para una temperatura de entrada 32,2°C, en función de la humedad relativa:
- Industria agroalimentaria: Las frutas y los vegetales mantienen su frescura y también su precio al minimizar la pérdida de peso gracias a elevados niveles de humedad en el ambiente. - Museos e iglesias: Manteniendo la humedad constante se previenen posibles daños en objetos valiosos como pintura o muebles ocasionados normalmente por contracciones en su volumen.
2.8. EJEMPLOS DE APLICACIONES - Almacenes: Se conservan perfectamente los medicamentos. -Aplicación de pinturas: Con niveles correctos de humedad en la aplicación de pinturas en spray o con procesos electrostáticos se elimina la electricidad estática y se reduce la entrada de polvo que provoca costosos rechazos.
- Naves del sector metalúrgico: Se elimina el calor producido por máquinas, hornos, etc., así como humos y gases y aumento de productividad al disponer de temperaturas confortables. Las máquinas herramientas trabajan con exactitud al tener una temperatura ambiente adecuada.
- Bodegas de vinos: La crianza del vino no se interrumpe. La flor permanece siempre arriba. No se evapora el vino de la bodega ni se embastece. Se oxigena plenamente la bodega.
- Sector agropecuario: Se evitan las pérdidas por exceso de calor. Reproducción y engorde en un ambiente ideal para los animales sin malos olores ni insectos. Aumento de la producción.
muy -Centros comerciales: Ambiente confortable para clientes y dependientes. Las verduras, frutas u otros alimentos mantienen una buena conservación.
- Sala de máquinas o cogeneración: En este tipo de espacios, se solucionan los problemas creados por exceso de calor y aumento del rendimiento de las turbinas o motores de combustión.
- Componentes electrónicos y ordenadores: La electricidad estática representa una amenaza para los circuitos electrónicos.
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2.9. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS EQUIPO
El aire lavado ayuda a bajar la temperatura en lugares secos o con humedad relativa baja. Esto es, si tenemos una temperatura exterior de 30 a 32°C, se verá disminuida al ser inyectada entre 7 y 9°C, esto quiere decir que se tendrá dentro del recinto una temperatura de 21 a 23°C. Para mejorar la eficiencia u obtener esta eficiencia es importante tener buenos acabados reflectivos y/o aislamientos térmicos.
4. Son aquellos ventiladores en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°, entre la entrada y salida____________________
CONCLUSIONES
6. Ventilador con palas de perfil aerodinámico. Es el de mayor rendimiento dentro de los ventiladores centrífugos.
5. Ventilador centrífugo con el diseño más sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecánicamente y el rodete puede ser reparado con facilidad.
La climatización de espacios es un factor importante desde el anteproyecto hasta su construcción, el saber elegir un sistema eficiente y con pocas repercusiones ambientales es vital para la arquitectura que se vive hoy en día. Los sistemas analizados en esta investigación permiten la utilización de los procesos físicos de la materia lo que nos deja como aprendizaje tener los conocimientos básicos de cada sistema y aplicarlo sin dañar el ambiente.
7. ¿Cómo se le llama a la tecnología que se basa la evaporación del agua al pasar un volumen de aire a través de ella? 8. ¿Cuál es la diferencia entre el enfriamiento evaporativo directo e indirecto? 9. ¿Qué sistema elimina el polvo del aire? 10. Menciona los tipos de lavadoras de aire
FUENTE
CUESTIONARIO - JENNINGS, “Aire acondicionado y
1. ¿A qué se le llama una máquina de fluido concebida para producir una corriente de aire?
Refrigeración” Compañía Editorial Continental,
S.A. de C.V. México
2. ¿Cuáles son los dos grandes grupos de ventiladores?
- http://sumair.ventilacion.com/refrigeración - http://www.riraas.net/documentacion
3. A los ventiladores axiales también se les llama__________________________
- http://www.rotomex.com/kool-pack/usos.h
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