VENTILADORES

Un ventilador esencialmente es una bomba de gas en vez de líquido.

DEFINICION DE LOS VENTILADORES

Los líquidos son poco compresibles y los gases muy comprensibles. La compresibilidad puede o no afectar al diseño de la máquina y repercutir o no en Si el gas puede considerarse prácticamente

incompresible a su paso por la máquina, la teoría y funcionamiento de la bomba de gas será idéntica a la de la bomba de líquido estudiada en el capítulo anterior. Esto sucede cuando el incremento de presiones ~ (= presión a la salida - presión a la entrada en la máquina) es pequeña. Si el gas no puede considerarse incompresible, las fórmulas desarrolladas Si el gas puede considerarse incompresible, la máquina se llama ventilador y si el gas ha de considerarse compresible, la máquina se llama turbocompresor. La línea de separación entre el ventilador y compresor es convencional. Antiguamente se decía que si ~p :::; 1.000 mm de columna de agua, el

efecto de la compresibilidad podría despreciarse y la máquina era un ventilador. Este límite sigue siendo válido para los ventiladores industriales de poca calidad, en que no se busca un rendimiento grande, sino un precio reducido; pero al crecer las potencias de los ventiladores con el desarrollo de las técnicas de ventilación, refrigeración y aire acondicionado, en los ventiladores de calidad dicho límite hay que establecerlo más bajo. Convencionalmente podemos establecer.

Máquinas de poca calidad: ∆p< 100 mbar para ventilador ∆p > 100 mbar para turbocompresor

Máquinas de alta calidad: ∆p < 30mbar para ventilador ∆p > 30 mbar para turbocompresor

Ventilador es la turbomáquina que absorbe energía mecánica y restituye energía a un gas, comunicándole un incremento de presión tal que el influjo de la compresibilidad puede despreciarse.

Compresor es la turbomáquina, análoga a la anterior, pero que comunica al gas un incremento de presión tal que el influjo de la compresibilidad no puede despreciarse.

- En el cálculo y funcionamiento del ventilador el gas se supone incompresible.- En el cálculo y funcionamiento del compresor el gas se supone compresible.- El ventilador es una máquina hidráulica.- El compresor es una máquina térmica.

- El ventilador nunca se refrigera porque al ser la compresión pequeña (teóricamente despreciable), el gas no se calienta.- El compresor con mucha frecuencia es refrigerado. Para ventilación de las salas de trabajo y reuniones, así como de minas, túneles y barcos; para exhaustación de humos, aire con alto contenido de polvo, etc.; para el secado en procesos industriales; para la refrigeración y acondicionamiento de aire, etc., se necesitan grandes caudales de aire; pero con frecuencia las presiones son relativamente pequeñas. Por tanto, las máquinas para este tipo de servicio muchas veces se calculan como ventiladores (máquinas hidráulicas) sin tener en cuenta la compresibilidad del gas y por tanto sin tener en cuenta la variación de densidad y volumen específico. Por el contrario, en las acererías y altos hornos se requieren presiones mucho mayores, de 2 a 4 bar, para vencer la resistencia al flujo a través de las conducciones, toberas, etc. Por tanto, las máquinas para este tipo de servicio se calculan como compresores (máquinas térmicas), teniendo en cuenta la compresibilidad del gas, y por tanto teniendo en cuenta la variación de densidad y volumen específico.

CLASIFICACION DE LOS VENTILADORES

Clasificación según la presión total desarrollada

- Ventiladores de baja presión: presión total desarrollada inferior a 10 mbar. de media presión presión total desarrollada superior a 10 e inferior a 30 mbar.

- de alta presión: presión total desarrollada superior a 30 e inferior a 100 mbar. (En estos últimos el efecto de la compresibilidad ya es apreciable.) Esta clasificación es meramente convencional.

Clasificación según la dirección del flujo

- Ventiladores centrifugos (1): Los ventiladores centrífugos se adaptan a de baja, media y alta presión.

Los de baja presion a veces son de tipo Sirocco o de tambor. La Fig. 20-1 representa un ventilador centrifugo Sirocco de baja presión (5 mbar) con rodete de tipo de tambor, construido por la casa Sulzer para Q = 8.000 m3/h, n = 720 rpm; D2 = 500 mm. En este ventilador; los álabes están curvados hacia adelante (fJ2 > 90°); la embocadura de entrada, es una tobera de perfil aerodinámico para

reducir las pérdidas; la seccion transversal de la caja espiral, construida de chapa reforzada con angulares, es rectangular; el rodete está instalado en voladizo. Carece de prensaestopas porque la presión es baja. La Fig. 20-2 representa un ventilador centrifugo de alta presión (70 mbar) construido también por la casa Sulzer, para Q = 16.000 m3/h.

n = 2.950 rpm; D2 = 700 mm. En este ventilador: los álabes están curvados hacia atrás (fJ2 < 90°); la caja espiral es de fundición· el rodete también está instalado en voladizo. Tiene prensaestopas, porque las presiones son más elevadas.

Ventiladores axiales representa un ventilador axial construido por la casa Siemens para ventilación de minas, con motor eléctrico refrigerado por aire, n = 2.900 rpm. ;Su rendimiento es elevado 80 %, gracias a que los ocho álabes de que consta su rodete de siluminio antideflagrante están diseñados como perfil de ala de avión.

INFLUJO DE LA VARIACION DE LA DENSIDAD DEL GAS EN EL COMPORTAMIENTODE LOS VENTILADORES

No siendo el ventilador más que una bomba de gas, todas las fórmulas desarrolladas.Hay, sin embargo, una excepción: el fenómeno de la cavitación, estudiado ya que dicho fenómeno se produce al entrar el líquido en ebullición y es exclusivo, por tanto, de los líquidos. La densidad del aire y la de cualquier gas varía mucho con la presión, aunque luego no varíe sensiblemente en su paso por el ventilador y la temperatura, no así la de los líquidos; tanto la presión que da un ventilador como la potencia de accionamiento del mismo son influenciadas grandemente por las variaciones de densidad en el aire o gas impulsado. Un ensayo de un ventilador es inadmisible si no se conoce la densidad del gas con la cual se ha verificado el ensayo, o no se ha reducido el ensayo mediante las leyes de semejanza a las condiciones normales .Afortunadamente, el aire y prácticamente todos los gases impulsados por los ventiladores obedecen con suficiente aproximación para los problemas prácticos a la ecuacion de los gases perfectos. Esta ecuacion sencilla permite determinar la densidad del gas en cada problema, a partir de la presión y de la temperatura.

pv=RaT

Se deduce

pρ=¿ RaT

ρ= pRaT

Donde

p=presión absoluta N/m2 en SI

Ra = Constante particular del gas J

kg . K

T = temperatura absoluta °K SI

Para el aire

Ra = 289.6 J

kg . K

Por tanto, si el ventilador aspira y/o impulsa de una atmósfera a la presión barométrica Pamb y temperatura absoluta Tamb se tendrá:

ρ=Pamb

286.9T amb

Por el contrario, una bomba es prácticamente insensible a la variación de la densidad con la presión barométrica y mucho menos sensible que el ventilador a la variación de la densidad con la temperatura. El estado normal de un gas es el estado termodinámico que corresponde a una presión de 760 Torr y a una temperatura de 0° C. Aplicando la Ec. Anterior la densidad normal del aire será:

ρ v=0.760 (13000 )(9.81)286.9 (273.15)

=1.294kg

m3

Los ventiladores son máquinas destinadas a producir movimiento de aire. Los conceptos fundamentales son:

Caudal volumétrico Incremento de la presión estatica Potencia disponible Ruido, las dimensiones o el modo de arrastre

Tres tipos de presiones

Presion estatica sobre las paredes del conducto Dinamica al convertir la energía en presion Total la suma de las dos

Según su modo de trabajo

Ventiladores centrífugos: el flujo de salida es perpendicular al de entrada

De alabes curvados hacia delante

De alabes curvados hacia atrás

De álabes rectos a radiales; captación de residuos