Stall Ventiladores

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Disertacion Tecnica EI8627 Rev 2 1222011 por SFBack, P.E.Derechos reservados 2011

Entrada en Perdida en Ventiladores AxialesLa entrada en perdida (Stall) en un ventilador de flujo axial es un fenomeno aero-dinamico que ocurre cuando se intenta operar un ventilador en un punto de la curvade rendimiento que esta ubicada en la region de inestabilidad. Esta region es el areaa la izquierda de la presion maxima obtenible para cada angulo de aspas. A esta areatambien se le denomina a veces , la montura de la curva. Observe la figura 1 quemuestra la region tipica de perdida en un ventilador axial con aspas ajustables. Laentrada en perdida es el momento en que se produce la separacion del flujo alrededorde la parte posterior del aspa. Es el mismo fenomeno que se observa a lo largo de unala de avion si el angulo de ataque y la velocidad son muy altos.

Figura Uno Region inestable de un ventilador axial de aspas ajustables.

Las perdidas en un ventilador axial ocurren cuando la curva de resistencia del sistema subepor encima de la curva de presion de flujo del ventilador y entra a la zona de inestabilidad.Cuando el flujo se separa del aspa, el caudal, la presion y la eficiencia del ventilador,disminuyen rapidamente. Las aspas y el rotor vibran excessivamente y el ruido aumentanotablemente. El funcionamiento prolongado en esta region puede conducir a la falla delas aspas, el rotor, rodamientos y acoplamientos, conjuntamente con dano estructural a lacarcasa y cimientos del ventilador . Las curvas de resistencia del sistema se mueven haciala region de perdida debido a muchas diferentes razones. Esto podria ser una obstruccionen el sistema, ajuste del damper por el operador, velocidad o angulo del aspa, cambio endensidad, y hacer partir o detener uno o mas ventiladores en el sistema. La Figura Dosrepresenta la curva de resistencia del sistema subiendo mas arriba de la curva de presionde flujo desde cero grados de angulo de aspas, al punto de operacion S2, que esta en laregion inestable .


Figura 3: Dos Ventiladors Axiales Operando en Paralelo

Figura 2: Curva de Resistencia del Sistema Moviendose desde el angulo de aspa 0grados, hacia la region inestable. El punto de operacion S1 se mueve al punto S2 en

donde comienzan las perdidas.

La operacion de dos o mas ventiladores axiales en paralelo tiene que efectuarse con pre-caucion, para evitar colocar uno o mas ventiladores en perdida. Los ventiladores axiales pueden tener aspas fijas no ajustables (angulo fijo), aspas ajustables que se pueden mover solamente cuando el ventilador no esta girando (angulo variable en descanso) oaspas ajustables que se mueven mientras el ventilador esta girando (angulo variableinstantaneo). Los ventiladores de angulo fijo y angulo variable en descanso tambien pueden ser controlados con un variador de frecuencia (VDF). La secuencia de control de dos o mas ventiladores axiales en paralelo depende de si los ventiladores estan dotados de aspas fijas, ajustables en descanso, de ajuste instantaneo, variadores de frecuencia,dampers de admision o descarga, y si estan posicionados en el sistema de manera que tengan la misma curva de resistencia (identicas perdidas de sistema y ventilador).Despues de determinar la distribuicion del sistema y la curva de resistencia, se puede desarrollar una secuencia de control, partida / operacion / parada, especificamente para evitar que los ventiladores entren en perdida. Esta secuencia se debe disenar para cada instalacion con la cooperation del fabricante, el disenador y el operador del sistema.La figura 3 es un diagrama que muestra dos ventiladores axiales provistos de dampersoperando en paralelo .


Este analisis identificara solamente un par de situaciones posibles, en las que uno o mas ventiladores axiales operando en paralelo podrian entrar en la zona de perdidas (stall).Los dos ejemplos siguientes podrian ocurrir durante la partida o parada de un sistema con ventiladores axiales en paralelo. El primer ejemplo sera cuando, un ventilador axial de ajuste de angulo instantaneo (Fan 1) este en funcionamiento y un segundo ventilador axial tambien de ajuste variable instantaneo (Fan 2), esta comenzando a entrar en operacion. La figura 4 se puede usar para representar la curva de presion de flujo de cada ventilador individual. En esta situacion, puede ser necesario aumentar el flujo total del sistema pero manteniendo la misma presion. Simplemente n o s e p u e d e activar el segundo ventilador (Fan 2) yaumentar el angulo de las aspas hasta el flujo requerido. Si el punto de operacion esta por encima de la montura en la curva, uno o ambos ventiladores entraran en perdida. Losoperadores tienen que reducir el flujo en el Ventilador 1, mientras van aumentando el flujo en el Ventilador 2, asegurandose de no ponerlo en la zona de perdidas. Imagine que Fan 1 estabajando su angulo de aspas para reducir el flujo (el punto de operacion se mueve desde P1 aP2) al mismo tiempo, Fan 2 esta aumentando su angulo de aspas para elevar el flujo (el punto de operacion se mueve desde P2 a P1). El flujo de Fan 1 podria reducirse demasiado, o demasiado rapido (cambio de inercia de flujo), lo cual lo llevaria a un nuevo punto de opera-cion P3 y entraria en la region de perdidas. Fan 2 podria entrar en la region inestable en el punto P3 a medida que las aspas se estan abriendo desde su posicion cerrada, y ni siquiera alcanzar el punto P2 de operacion estable, antes de entrar en perdida.

El segundo ejemplo sera para dos ventiladores axiales de angulo fijo, angulo ajustable en descanso, o controlados por VDF. La figura 5 representa un escenario que puede presen-tarse. Si el punto de operacion del sistema esta bastante por debajo de la region de perdidasde los ventiladores, Fan 2 puede ser puesto en marcha para duplicar el flujo, mientras Fan 1esta funcionando. La resistencia total del sistema aumentaria debido a las perdidas de presion introducidas por el aumento de velocidad del sistema, pero, si opera muy por debajo de la region de la montura, este no entrara en perdida. Observe el punto de operacion C deFan 1 en la cuva de resistencia S3 de la figura 5. El punto de operacion C esta tan abajo en la curva de presion de flujo de Fan 1, que la par-tida o parada de Fan 2 no pondria en perdida a ninguno de los ventiladores . Sin embargo, la mayoria de los ventiladores axiales son disenados para que el punto de operacion del sistemacaiga en el rango de la mejor eficiencia en la curva del ventilador. Casi siempre, este rango esta por encima de la region de la montura en la curva del ventilador. Dirijase al punto de operacion B o D en la curva de resistencia del sistema S2 o S3.

Figura 4: Aumentando o disminuyendo el angulo de aspas manteniendo la misma presion.


Figura 5: Dos ventiladores axiales en paralelo, de angulo fijo, angulo ajustable en descanso, o controlados por VDF.

Cuando los puntos de operacion estan por encima de la montura en la curva, el hacer partir, detener, o cambiar la velocidad de los ventiladores (Fan 1, o Fan 2),puede, poner uno o ambos ventiladores en perdida. Fijese como la curva S2 de resistencia del sistema atraviesa la region inestable del ventilador 2. Hay varias opciones disponibles para ventiladores axiales para ayudar al operador a evitar caer en la region inestable. Las opciones estan detalladas mas abajo

1) Documentar y/o programar las partidas, detenciones, cambio de aspas y secuencias de cambio de velocidad para los operadores, de modo que los ventiladores no entren en la region inestable.

2) Proveer un sistema de deteccion de entrada en perdida (conocido como Tubo Pe-termann) en los ventiladores, esto informara al operador cuando el ventilador entre en la region inestable.

3) Proveer un sistema de alarma en el ventilador axial, que avisaria al operador cuando el punto de operacion del ventilador se este acercando a la region de perdida.

4) Disenar y fabricar el ventilador axial con anillos anti stall en el trayecto de las aspas, para cambiar la curva de rendimiento de presion de flujo del ventilador y elimi-nar o reducir en gran medida, el tamano de la region de inestabilidad.

5) Instalar un ducto bypass, que permitira que el aire recircule durante las partidas yparadas del segundo ventilador en paralelo .

La Opcion 1, se completa durante la creacion del procedimiento para partidas y paradas del ventilador. Sin embargo, los procedimientos requieren datos proporcionados por el disenador del sistema, (curvas exactas de resistencia del sistema), informacion suministrada por el fabricante (curvas exactas de presion de flujo) y parametros provenientes del operador (todos los requisitos de presion de flujo y las secuencias en que se requieren). Es importante tomar en cuenta que para algunos procesos, es muy dificil escribir procedimientros para cubrir todas las circunstancias que pueden causar que el ventilador entre en perdida..

La opcion 2 , es un dispositivo que se instala al frente de la trayectoria de las aspas y se conecta a un sensor de presion. Cuando el ventilador esta operando en perdida, la presion en el frente de las aspas cambiara rapidamente a una lectura mas positiva que la de una operacion normal, y esto indicara que el ventilador entro en perdida. Consulte el Boletin tecnico T LT Babcock ( Instalacion y uso de Tubo Petermann ) para mas informa-cion .


Figura 7: Tubo Petermann

La Opcion 3, es un conjunto de transductores de presion, sensores de temperatura, barometros, y controladores logicos programables, que informaran al operador cuando el ventilador esta entrando en la region de perdidas y enviara advertencias, de modo que el operador pueda hacer ajustes para evitar que el ventilador entre en la region de inestabilidad. Consulte la Figura 8.


Este sistema puede ser instalado en cualquier ventilador axial existente, o en uno nuevo. Puede que sea necesario hacer algunas pruebas de calibracion en terreno despues que el sistema de ventilacion haya sido instalado, para afinar, programar y fijar los valores de alarmas de advertencia. La figura 9 muestra un esquema tipico de un sistema de adver-tencia anti stall.

Consulte el boletin tecnico: EI 7879, Logica de advertencia anti-stall para ventiladores axiales escrito el 06 01 2006 , para mas detalles de informacion sobre el criterio usado para determinar la region de perdidas de un ventilador axial ya instalado.

Consulte el boletin tecnico: Descripcion de Monitor de limites / Sistema de Advertencia Anti-stall, escrito el 02 05 09 , para la instalacion y operacion del Sistema TLT Babcock de advertencia anti-stall para ventiladores axiales . La figura 10 es una foto de un dispositivo de aviso de perdidas, junto a una linea para purgar el sistema y mantener asi las lineas de instrumentos libres de contaminantes.

Figura 8. Puntos de Alarma en un Sistema de Advertencia Anti stall


Figura 10: Sistema de aviso anti-stall y purgado de lineas

Figure 9: Diagrama de Un Sistema de Aviso Anti-stall


La opcion 4 es la instalacion de anillos antistall en la carcasa del ventilador durante la etapa de diseno y fabricacion.

Los anillos anti-stall cambian la curva de presion de flujo de modo que la montura de la curva se torna mas pequena y/o es completamente eliminada.

La figura 11 es un ejemplo de una curva tipica de presion de flujo en un ventilador axial, con y sin anillos anti-stall.

La figura 12 es un ejemplo de un ventilador de flujo axial con aspas de ajuste instantaneo,dotado de anillos anti-stall.

Figura 11: Ventilador de Flujo Axial Tipico con y sin anillos anti-stall.


Figura 12: Ventilador de flujo axial y aspas de ajuste instantaneo, con anillos anti-stall.


La opcion 5 es la instalacion de un ducto bypass que permitiria al aire recircular, lo cualbajaria la curva de resistencia del sistema en el campo de rendimiento de los ventiladores axiales operando en paralelo. La figure 13 es un ejemplo de un ducto by-pass. El ducto debe tener una compuerta (damper) instalada para permitir al operador abrir o cerrar el by-pass segun sea necesario. La compuerta debe ser abierta durante las partidas y paradas del segundo ventilador. Esto mantendria baja la curva de resistencia del sistema en el campo de los ventiladores (bajo la montura) y fuera de la region de perdidas.La curve S3 en la figure 5, representaria una curva de resistencia de sistema con un ducto de by-pass en su posicion abierta.

Para mas informacion sobre las caracteristicas de entrada en perdida en ventiladores de flujo axial, contactese con cualquiera de nuestras oficinas de ventas, o representantes de ventas que se muestran en la pagina siguiente.

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