CURSO BÁSICO DE
SELECCIÓN DE VENTILADORES
1000 PRESENTADO PÒR
METAL BLOWER
INTRODUCCIÓN
El CURSO 1 0 0 0 es parte de una serie desarrollada por METAL BLOWER para ayudar todos aquellos que estén interesados en la selección de ventiladores y en su ingeniería. Tal y como deseamos para su actividad, hemos intentado mantener estos cursos “genéricos” a disposición de todos los usuarios de ventiladores de nuestra industria. Rogaríamos nos comuniquen cualquier pregunta o crítica sobre el material presentado. Intencionalmente hemos editado el curso básico 1000 de forma simplificada porque muchos de ustedes no están interesados en detalles minuciosos. Si desean mas información, escriban y le mandaremos con agrado los siguientes cursos. C U R S O 1 0 0 0 :
CURSO BÁSICO DE SELECCIÓN DE VENTILADORES. Cómo seleccionar el tamaño y tipo de ventilador a partir de los catálogos de los fabricantes. C U R S O 2 0 0 0 :
CURSO BÁSICO PARA CORRECCIÓN DE DENSIDAD EN VENTILADORES Cómo compensar temperaturas diferentes de 200C, elevaciones superiores e inferiores al nivel del mar y presión de succión. C U R S O 3 0 0 0 :
CURSO SOBRE MONTAJE Y CLASES DE VENTILADORES. Definiciones y guías ilustradas para cualquier clase y montaje. También incluye rotaciones y descargas. C U R SO 4 0 0 0 : CURSO
AVANZADO SOBRE CORRECCIONES DE DENSIDAD
EN VENTILADORES. Cómo corregir la densidad para un gas que no sea aire seco. C U R S O 5 0 0 0 :
CURSO PARA EL CORRECTO MONTAJE DE RODAMIENTOS EN VENTILADORES. También están e desarrollo cursos sobre sonido, curvas de ventiladores y otros tópicos. Se pondrá en conocimiento la disponibilidad de dichos cursos adicionales. Términos tales como “ingeniería de ventiladores”, “selección de diseño”, etc., abundan en la industria del movimiento del aire. Éstas tienden a inferir una cierta mística en él algunas veces simple proceso de la selección del ventilador. Algunas selecciones son engañosas y críticas, pero la mayoría son fáciles y directas. Nuestro propósito aquí es mostrarles el camino más fácil para la selección del ventilador. Se han proporcionado las advertencias necesarias para que ustedes no se vean envueltos en situaciones inusuales.
“INGENIERÍA DEL VENTILADOR”, es el desarrollo y la fabricación de un producto adecuado para ser aplicado al movimiento del aire. Es un proceso difícil que hemos resuelto para usted. Su interés es adecuar el tipo y tamaño del ventilador para cada uso.
Hay muchos tipos de ventiladores. Generalmente se pueden agrupar en dos grandes familias: Ventiladores Centrífugos y Ventiladores Axiales. Los Ventiladores Centrífugos son aquellos en los que el flujo de aire pasa a través de la turbina y gira 90º en todas las direcciones. Normalmente el aire es capturado en la envolvente en forma de caracol y expulsado hacia el exterior del ventilador. la mayoría de ventiladores de los hornos de aire y calefacción de los automóviles son “centrífugos”. Los Ventiladores Axiales tienen turbinas de tipo hélice, y el aire es impulsado por éstas de forma lineal. Un ventilador común de ventana es “axial”. 1.10
Dentro de las familias “centrífugas y axiales” hay muchos subgrupos. Los subgrupos centrífugos se clasifican por sus tipos de turbinas (turbina es la parte rotativa que mueve el aire, llamada a veces rotor o hélice). Los ventiladores axiales tienen subgrupos que se clasifican por los estilos de sus cubiertas. 1.11
1 . 1 2 En
la grafica de la siguiente página se incluyen descripciones adicionales de los subgrupos de ventiladores y sus aplicaciones típicas. Para hacer la selección, usted necesita saber ¿Qué hay en el flujo del aire? ¿Aire limpio? ¿Polvo? ¿Humedad? Esto le conducirá al tipo de ventilador correcto. 1.20
Si usted puede poner la cara en la corriente de aire y respirar, el flujo de aire estará lo suficientemente limpio para escoger un ventilador centrífugo Aerodinámico(una variedad especializada d ventilador inclinado hacia atrás) o uno axial, ambos de conocida eficacia. 1.21
Si el flujo de aire contiene polvo, o podría contenerlo debido a alguna avería del sistema, escoja un ventilador inclinado hacia atrás. Éstos requieren más energía que un Aerodinámico pero funcionaran durante más tiempo en una atmósfera erosiva. 1.22
Cuando el flujo de aire contenga suciedad o se utilice para mover materia en suspensión, debería considerarse la idea de escoger un álabe Radial . 1.23
EXCEPCIONES: las palas Aerodinámico son ventiladores para construcciones especiales en las cuales se tiene que movilizar aire sucio. Éstas son prácticas en centrales energéticas u otras instalaciones grandes. Las palas radiales se utilizan algunas veces para aire limpio porque son mas adecuadas aerodinámicamente para sistemas que requieran pequeños caudales de aire a presiones muy altas. 1.24
También se necesitan otro tipo de detalles en la elección del tipo de ventilador (Montaje, Clase, Rotación, etc.) pero ya que la mayoría de los fabricantes limitan sus tipos estándar a ciertos “tamaños”, la selección del tamaño es el siguiente paso mas apropiado. 1.25
DESCRIPCIÓN Las palas de la turbina son pequeñas y curvadas hacia delante según la dirección de rotación de la turbina. Este ventilador gira a velocidades relativamente bajas para mover gran cantidad de aire. A este tipo de turbina se les llama a menudo turbina de jaula de ardilla.
APLICACINES Principalmente para presiones bajas, ventilaciones, aire acondicionado de tipo doméstico (hornos), unidades de maquinarias estacionadas y equipos de acondicionamiento de aire.
El tipo de pala radial esta Esta turbina es como una rueda diseñado para el manejo de de paletas, con o sin llantas. Las materia en suspensión. Es de palas son perpendiculares al eje construcción fuerte y de reparación simple también se de rotación de la turbina y el utiliza para requerimientos ventilador gira a una velocidad media para remover una cantidad industriales de alta presión. de aire dada. Calefacciones centrales, sistemas de ventilación y de aire acondicionado. Se usa para Esta turbina es de palas lisas, aplicaciones industriales en inclinadas de rotación de la turbina. Este ventilador gira a una donde la pala Airfoil puede sufrir entila por el polvo en velocidad relativamente alta y es suspensión. mas eficaz que los nombrados hasta ahora. Es el mas eficaz de todos los Aunque no es un “tipo básico”, es centrífugos. Generalmente se utiliza para sistemas HVAC y en un importante adelanto en el aplicaciones industriales de aire diseño de turbinas con palas inclinadas hacia atrás. Posee un limpio en donde los ahorros de elevado índice de eficacia y gira energía son significativos. Puede tener una construcción especial a una velocidad ligeramente para tratamiento de aire sucio. mayor que la pala plana standard. Este tipo también se ha diseñado para el manejo de materias en Las palas de la turbina están curvadas en la dirección del eje suspensión o suciedad y es mas de rotación de la turbina pero las que la pala radial. palas están echadas hacia atrás de manera que su extremo exterior se aproxima a la posición radial. Este ventilador gira aproximadamente a la misma velocidad que una turbina de palas inclinadas hacia atrás.
DESCRIPCIÓN Las turbinas tiene normalmente dos o mas palas de grosor singular rodeadas por un simple anillo de cobertura. Su eficacia es generalmente baja y su uso esta limitado a presiones bajas.
APLICACINES Se aplica para el movimiento de grandes caudales de aire, tales como: recirculación en interiores o ventilación a través de una pared al exterior.
Se aplica a sistemas HVAC conducidos donde la distribución de La turbina es similar a la aire por el aire de descenso no es anterior entila que suele tener mas palas con un diseño crítica. Sus aplicaciones industriales incluyen hornos mas pesado. La turbina se encuentra dentro de un tambor desecados cabinas de dispersión o tubo para que se incremente de pintura y sistemas de extracción de gases. la eficacia y capacidad de presión. Se aplica a sistemas generales Es el mas eficaz de los axiales. HVAC, especialmente donde el flujo es directo y se necesita que sean Utiliza paletas direccionales para mejorar el rendimiento y compactos. Buena distribución del aire. Utilizados en muchas de las la capacidad de presión. Las palas tiene a menudo la forma aplicaciones industriales. de Airfoil y pueden regularse en marcha mediante un accionador. La capacidad de presión puede ser de media alta. Se utiliza principalmente para sistemas de retorno de aire a baja Este tipo es realmente un presión en calefacciones, ventilador centrífugo, con ventilación y acondicionamiento de turbina de palas inclinadas hacia atrás o Airfoil dentro de aire. Tiene un flujo directo. una cubierta venaxial. La eficacia es buena pero menor que la de un tipo similar de centrífugo.
PARA SELECCIONAR EL TAMAÑO DEL VENTILADOR, USTED NECESITA CONOCER: PCM: Pies cúbicos por minuto o metros cúbicos por hora. Este es el volumen del caudal del aire. Si el flujo de aire es importante para la selección, en el caso que se utilice para mantener la combustión, ver el curso Metal Blower 2000 . PCM se utiliza normalmente en ventilación, extracción de gases y trasporte. 2.10
PE: presión estática. Este es el término mas común usado para identificar el “empuje” necesario para vencer la resistencia del sistema al flujo del aire. La unidad de medida es mm/cda (milímetro / columna de agua) o inches) pulgada / columna de agua). Antes de hacer una selección, suele corregirse la presión. Si el ventilador se encuentra en un ambiente enrarecido donde el aire tiene una temperatura de 21º C aproximadamente, cerca del nivel del mar y en aire seco, no debe corregirse la presión estática. En la práctica, un 10% añadido a la presión estática, será suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Para estar seguro, usted debería consultar las correcciones de presión estática en la Guía Ingeniería de Metal Blower . Utilice la tabla y las instrucciones de la página 1, abajo derecha. 2.20
La referencia más usada para la selección de ventiladores es la “Tabla Multi-puntos”. Normalmente la tabla muestra una lista de CFM verticalmente en el lado izquierdo y de SP horizontalmente en la parte superior. 2.30
Ejemplo:
TAMAÑO 24 ½ AIRFOIL
2400 2550 2700 2850
1” PE RPM BHP 1254 .66 1307 .74 1360 .83 1415 .93
2” PE RPM BHP 1471 1.09 1515 1.19 1562 1.30 1612 1.42
3” PE RPM BHP 1683 1.59 1713 1.70 1748 1.82 1787 1.96
4” PE RPM BHP 1934 2.41 1963 2.55 1996 2.70 2032 2.86
3000
1470
1661
1829
2112
PCM
1.04
1.55
2.10
3.24
La selección del tamaño es de alguna manera “prueba y error” porque usted elige un tamaño y observa cómo funciona con el CFM y SP necesarios. De nuevo, el tipo básico de turbina se ha seleccionado por lo que trasporta el flujo de aire. Esto le lleva al catálogo correcto con su Tabla multi-puntos correspondiente. Usted observará para que sirva cada tamaño buscando el punto de cruce de la fila de cifras CFM y la columna de cifras SP. Importante: Usted tiene que utilizar la presión estática corregida “21 C aproximadamente, cerca del nivel del mar y en aire seco” (ver párrafo 2.20) 2.40
Usando la tabla multi-puntos simplificada (2.30), intentamos 2700 CFM a 3” de presión estática (SP). Siguiendo la fila correspondiente a 2700 CFM hasta la columna 3”, usted leerá 1748 RPM y 1´82 BHP. Ahora usted sabe que nuestro Aerodinámico 24 ½ hipotético funcionará en sus sistema si gira a 1748 RPM, y 2.52
requiere en esas condiciones 1´82 BHP (caballos al freno). Un motor 2-HP, por ejemplo, trabajará bien. En cualquier caso cuando tenga que hacerse una corrección en la presión estática para condiciones distintas a las de aire seco a 21º C, o a nivel del mar, debe reducirse el BHP de la tabla multi-punto mediante el mismo factor empleado para incrementar la presión estática. Ejemplo: si el anterior 3” resultaba de incrementar la SP en un 10% (PE x1´10), el BHP puede reducirse dividiéndolo por el mismo factor 1´10; 1´82 BHP es realmente 1´65 BHP si se ha corregido la presión estática. Veremos ese tema en profundidad en el curso 200 Otro ejemplo, intente 2850 CFM a 1” SP. Felicidades si usted ha leído 1415 RPM y .93 BHP. Usted ha aprendido el método corriente de selección de ventiladores. No en todos los sistemas tendremos valores sencillos y pares como 2700 PCM a 3” PE. Los valores intermedios pueden determinarse mediante una interpolación. Como las tablas se desarrollaron a partir de curvas de actuación relativamente suaves, usted puede interpolar entre las columnas de PE y la interpolación lineal como la forma de encontrar valores intermedios, sin embargo esa aburrida tarea se hace más por satisfacción personal que por necesidad. Es fácil intentar la interpolación “a ojo”... que es otra forma de decir “mire los números impresos y averigüe a ojo los intermedios”. Para 2605 PCM a 1”, ¿qué diferencia habrá entre 1320 RPM y .76 BHP interpolado a ojo y 1326 RPM y .77 BHP interpolado matemáticamente?. Con la velocidad del motor, selección de transmisión y variaciones del sistema a partir del diseño, otros cálculos son innecesarios. 2.60
Tradicionalmente, la industria de ventiladores utiliza Las tablas multi-puntos con incrementos constantes de la PCM velocidad de salida (OV) en vez de PCM.PCM & VS, son 2385 directamente proporcionales así que en vez de los valores 2544 2703 2400, 2550, 2600, etc., usted encontrará mas típica la 2862 columna de la derecha en una tabla multi-puntos. 3021 El incremento no un uniforme de valores de CFM tal como han sido publicados, muestra la necesidad de interpolar a ojo. 2.70
VS PPM 1500 1600 1700 1800 1900
Nota: OV = CFM/OA (área de salida). En este ejemplo el ventilador tiene un área de salida= OA de 1´59 pies cuadrados .
El punto 2.40 menciona “prueba y error”, lo que para algunos significa “una tarea difícil”. Olvídese de la dificultad siguiendo un método sencillo. Si un ratio (la intersección de la columna PE y la fila PCM deseadas) se encuentra en la parte superior, o mas allá de la parte superior de una tabla, hay tamaños mas pequeños que considerar. Por otra parte, si el ratio está en la parte inferior o más allá, habrá que considerar un tamaño mayor, si el ratio aparece más allá del lado derecho o del izquierdo de la tabla, usted debería considerar otro tipo de ventilador -o catálogo- o pedir ayuda a su proveedor. 2.80
PROBL EMAS PRACTI COS
El tamaño 15 (de la tabla inferior) es una selección para 1600 PCM a ¼” (1295 RPM). Debería considerarse un ventilador más pequeño para 1000 PCM a ¼”. Debería elegirse un ventilador más grande para 4500 PCM a ¼ y el valor PCM. Nota: hay formas de seleccionar ventiladores fuera de las tablas multi-punto pero la técnica para ello va más allá del alcance de este primer curso básico. 3.10
La mayoría de los fabricantes le ofrecerán más de un tamaño que pueda cubrir sus necesidades. Teóricamente sólo existe un tamaño perfecto para cada utilidad, pero por cuestiones económicas o de espacio, es más frecuente la elección de un ventilador más pequeño. Las tablas no permiten una selección de un ventilador mucho más pequeño. Las tablas no permiten una selección de un ventilador mucho mas grande que el tamaño ideal ya que un tamaño demasiado grande puede ser inestable (pulsante) o ruidoso. 3.20
Las tablas multi-punto que reproduce la página siguiente muestran cuatro tamaños consecutivos de ventiladores Aerodinámico. Simple (entrada simple, anchura simple contrastadas con DOBLE, doble entrada, doble ancho). Intente seguir una ratio práctica como 2200 a 1” a través de las cuatro tablas. 3.20
Tamaño 15 Tamaño 16 ½ Tamaño 18 ½ Tamaño 20
1478 RPM 1195 RPM 968 RPM 822 RPM
.66 BHP .57 BHP .51 BHP .48 BHP
Por tanto, el método de pruebe y error se reduce a abrir el catálogo del fabricante por cualquier tabla y visualizar donde se encuentra su ratio, arriba (demasiado grande) o abajo (demasiado pequeño). Así que si usted se mueve en la dirección correcta, el cero corresponderá al mejor tamaño. Los cuatro tamaños se ajustarán a sus necesidades. ¿Cuál es el mejor? Esto puede ser determinado después de considerar los puntos siguientes: Tamaño físico Precio de compra incluyendo el motor 3.22
• •
Costo del mantenimiento (el tamaño 15 cuesta un 38% mas de mantener que el tamaño 20) Necesidades futuras Viabilidad del producto Ruido, generalmente el mas eficaz es el mas silencioso Erosión, los tamaños que funcionan a velocidades mas altas se erosionan mas rápidamente si el aire está sucio. Recuerde que puede obtener asistencia de ingenieros especializados •
• • • •
Esto es todo lo que corresponde a una selección básica de ventiladores. Debe tomar precauciones cuando haya finalizado su selección. Compare las RPM de su selección con las de la selección del fabricante publicada en los catálogos. Generalmente suele publicarse una tabla de factores de desviación para las temperaturas de grandes caudales de aire. No olvide escribirnos si desea información sobre otros cursos. 4.00
