SELECCIÓN DEL VENTILADOR EN AIRE ACONDICIONADO
Para llevar a cabo la elección de un ventilador para un sistema de aire acondicionado, es necesario conocer con exactitud los caudales y las pérdidas de carga en la instalación. Para calcular la presión que debe vencer el ventilador se calcula la mayor pérdida de carga desde la salida de la UTA hasta el punto de impulsión más desfavorable, esto es, aquel que tenga la longitud equivalente mayor. Por otro lado, el ventilador deberá ser capaz de mover el caudal total que se ha calculado para la instalación. Para llevar a cabo una correcta selección del ventilador es recomendable que utilices su curva característica. Se trata de un gráfico en el que se muestran los valores de presión que el ventilador es capaz de generar, en función del caudal que se requiera. Para que te resulte fácil interpretar esta curva mira la siguiente imagen.
Fig. 1: Curva característica de un ventilador donde se puede observar que a medida que aumenta la longitud de conducto, aumenta la presión estática que debe vencer el ventilador y disminuye el caudal que proporciona.
Las curvas características de los ventiladores vienen dadas para una presión atmosférica de 760 mm Hg, con una temperatura de aire de 20 ºC y con el motor de accionamiento funcionando a velocidad máxima. El punto de funcionamiento del ventilador será la intersección de la característica del circuito (∆P = k Q2) y la curva característica del ventilador (dada por el fabricante). El punto ideal de funcionamiento será aquél donde el rendimiento del ventilador sea mayor. No obstante, en el caso del ventilador de la figura 1, no debes sobrecargarlo, esto es, hacerlo trabajar por debajo de 80 m3/h y presión de 33 mm.c.a. Pero ¿Cómo calculo el punto de trabajo de un ventilador? Lo verás fácilmente con el siguiente ejemplo.
EJEMPLO 1: En un local con una superficie de 70 m2 y un caudal de ventilación de 0,8 litros/s por cada m2, se necesita un caudal total de 202 m3/h. Según el trazado de la red de conductos, la pérdida de carga para el tramo de conducto más desfavorable es de 25 mm.c.a., para dicho caudal. Se pide: a) Representa la curva resistente de la instalación sobre la curva característica del ventilador. b) Representar sobre la curva característica del ventilador, el punto requerido de funcionamiento de la instalación así como el punto de trabajo del ventilador en dicha instalación.
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Curva característica del ventilador. SOLUCCION: Para hallar la curva resistente de la red de conducto, debes saber que la pérdida de carga en un conducto varía proporcionalmente con el cuadrado del caudal, según la expresión:
⎛Q ⎞ P2 = P1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ ⎝ Q1 ⎠
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A partir de los datos iniciales de caudal (202 m3/h) y pérdida de carga (25 mm.c.a.), hallas 3 puntos para poder trazar la curva resistente. El caudal de estos tres puntos lo vamos a suponer, por ejemplo de 40, 120 y 200 m3/h y calculas la pérdida de carga para cada uno de ellos. 2
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⎛Q ⎞ ⎛ 40 ⎞ P2 = P1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ = 25 ⋅ ⎜ ⎟ = 1 mm.c.a. ⎝ 202 ⎠ ⎝ Q1 ⎠
⎛Q ⎞ ⎛ 120 ⎞ P2 = P1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ = 25 ⋅ ⎜ ⎟ = 8,8 mm.c.a. ⎝ 202 ⎠ ⎝ Q1 ⎠ ⎛Q ⎞ ⎛ 200 ⎞ P2 = P1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ = 25 ⋅ ⎜ ⎟ = 24,5 mm.c.a. ⎝ 202 ⎠ ⎝ Q1 ⎠ Representas sobre la misma curva característica del ventilador, la curva resistente sirviéndote de los 3 puntos hallados. Punto 1: 1 mm.c.a. y 40 m3/h Punto 2: 8,8 mm.c.a. y 120 m3/h Punto 3: 24,5 mm.c.a. y 200 m3/h
Fig. 72: Representación de la curva resistente de la instalación y la curva característica del ventilador.
Observa que el punto requerido en la instalación no coincide con la curva del ventilador. En estos casos debes seguir la curva resistente de la instalación hasta su punto de corte con la curva de ventilador. El punto donde se cortan la curva resistente y la curva característica, se llama punto de trabajo. En este ejemplo, el ventilador va a mover 225 m3/h con una presión de 28 mm.c.a.
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Aunque hemos realizado estos cálculo manualmente, algunos fabricantes suministran programas informáticos que facilitan mucho la tarea de selección (un ejemplo es EASYVENT de S&P). En ocasiones será necesario variar el punto de funcionamiento del ventilador para hacerlo trabajar en el punto óptimo. Esto se puede llevar a cabo, bien variando la característica del circuito (compuertas, etc.) o bien variando el régimen de giro del ventilador. Pero como sabes, la curva característica de los ventiladores nos indica los valores de presión que el ventilador es capaz de generar en función del caudal, cuando gira a velocidad máxima. Por lo tanto, ¿cuál será la curva característica de un ventilador cuando variamos su velocidad? Debes saber que cuando modificamos la velocidad de giro de un ventilador se modifica el caudal y la presión que proporciona, junto a la potencia que absorbe. La forma en que varían, viene determinada por las siguientes leyes de los ventiladores: 1ª ley: El caudal que proporciona un ventilador es directamente proporcional a la relación de velocidades.
⎛n ⎞ Q2 = Q1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ ⎝ n1 ⎠
Q1 y n1 = Datos iniciales de ventilador Q2 = Caudal a calcular n2 = Velocidad que vamos a proporcionar al ventilador
EJEMPLO 2: Tenemos un ventilador que girando a 2.500 rpm proporciona un caudal de 1.000 m3/h. ¿Qué caudal moverá dicho ventilador si regulamos su velocidad a 1.500 rpm?
SOLUCCION:
⎛n ⎞ 1.500 Q2 = Q1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ = 1.000 ⋅ = 600 m3 / h n 2 . 500 ⎝ 1⎠
2ª ley: La presión que proporciona un ventilador es proporcional al cuadrado de la relación de velocidades.
⎛n ⎞ P2 = P1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ ⎝ n1 ⎠
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P1 y N1 = Datos iniciales de ventilador P2 = Presión a calcular N2 = Velocidad que vamos a proporcionar al ventilador
EJEMPLO 3: Un ventilador proporciona una presión Pe = 15 mm.c.a girando a 2.500 rpm ¿Qué presión proporcionará ese ventilador girando a 2.000 rpm?
SOLUCCION: 2
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⎛n ⎞ ⎡ 2.000 ⎤ P2 = P1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ = 15 ⋅ ⎢ = 9,6 mm.c.a. ⎣ 2.500 ⎥⎦ ⎝ n1 ⎠
3ª ley: La potencia absorbida por el ventilador es proporcional al cubo de la relación de velocidades.
⎛n ⎞ W2 = W1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ ⎝ n1 ⎠
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W2 = Potencia absorbida a calcular W1 = Potencia del motor del ventilador en ese punto de trabajo
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EJEMPLO 4: Un ventilador consume 2.300 W de potencia cuando gira a plena velocidad de 2.500 rpm y proporciona un caudal de 1.000 m3/h. ¿Qué potencia consumirá cuando lo hagamos girar a 1.500 rpm? SOLUCCION: 3
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⎛n ⎞ ⎛ 1.500 ⎞ W2 = W1 ⋅ ⎜⎜ 2 ⎟⎟ = 2.300 ⋅ ⎜ ⎟ = 497 W ⎝ 2.500 ⎠ ⎝ n1 ⎠ 4ª ley: El nivel de potencia sonora (nivel de ruido) que genera un ventilador es proporcional a la relación de velocidades.
NL 2 = NL1 + 50 log
n2 n1
NL2 = Potencia sonora (nivel de ruido) a calcular NL1 = Potencia sonora del ventilador en las condiciones iniciales (n1).
EJEMPLO 5: Un ventilador está instalado en un sistema de climatización, se sabe que girando a
1.400 rpm, da un caudal de 15.000 m3/h a una presión de 22 mm.c.a. La potencia absorbida es 1.500 W y la potencia sonora de 88 dB (A). Se pregunta, ¿Qué nivel de ruido alcanzaría girando a 2.000 rpm?
SOLUCCION:
NL 2 = NL1 + 50 log
n2 2.000 = 88 + 50 log = 95,7 dB( A) n1 1.400
Como hemos calculado alcanzaría 95,7 dB(A) lo que supone un aumento de 7,7 dB (recuerda 3 dB es el doble de ruido, 6 dB es el cuádruple, es decir, sumar 3dB equivale a multiplicar por 2).
Los criterios que debes emplear para seleccionar un ventilador son: las dimensiones, el ruido, la facilidad de mantenimiento y coste inicial. El ruido y el rendimiento están ligados entre sí, en el sentido de que el mínimo nivel sonoro (NL) se corresponde con el rendimiento máximo.
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Velocidad (m/s) Centrífugo 2 – 2,5
Velocidad (m/s) Axial 4,5 – 7,5
12
2,5 – 7,5
6,5 – 9,5
18
3,5 – 8,5
8,5 – 11,5
25
4 - 10
9,5 – 13,5
37
4 – 12,5
-
∆P (mm.c.a.)
Tabla 1: Zona óptima de utilización de los ventiladores. Es aconsejable seleccionar el ventilador dentro de la zona indicada en aquellas aplicaciones donde el ruido presente sea un inconveniente, como son las instalaciones de climatización. En algunas ocasiones se recurre a la conexión en serie o en paralelo de ventiladores para conseguir más caudal o más presión. Estudiemos cada caso por separado.
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Conexión de ventiladores en serie: Se conecta la descarga en un ventilador con la aspiración de otro, es decir, el aire atraviesa primero un ventilador y después el otro ventilador. Por lo tanto las consecuencias del acoplamiento en serie es que se obtiene un incremento de presión pero el caudal es el mismo en ambos ventiladores.
Gráficamente, vemos que si tenemos dos ventiladores iguales colocado en serie, aparece una curva sobre la otra, sumando la presión de ambos. Para un mismo caudal la presión es el doble que con un solo ventilador.
Conexión de ventiladores en paralelo: Se instala un ventilador junto a otro, aspirando y descargando del mismo conducto. El resultado del acoplamiento en paralelo es que los caudales se suman, pero la presión disponible es la misma.
En la gráfica vemos que si conectamos dos ventiladores iguales en paralelo, la curva resultante del acoplamiento aparece con el doble de caudal para la misma presión.
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