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• Jesus Manuel Larreal Vargas

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República Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior. Universidad Politécnica Territorial Alonso Gamero. Coro- Edo- Falcón. Área Académica: Mecánica

VENTI LADO RES

Realizado por: Jesús Larreal C.I: 25.128.886 Carlos Ramírez C.I: 20.680.398

Santa Ana de Coro, Julio de 2016

Introducción En la vida cotidiana como dentro de la industria son de mucha importancia la implementación y utilización de distintos dispositivos como diferentes tipos de maquinarias para la realización de actividades que nos harán la vida muchos más fáciles y cómodos. Una de estas máquinas son los ventiladores que son máquinas que se caracteriza porque el fluido impulsado es un gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinado rendimiento. Este fluido pasa a través de sus paletas o alabes que son las que las impulsan, e igualmente se utilizan para la extracción de aire caliente en un lugar cerrado. Están fabricados para resistir condiciones de operación severas, tales como altas temperaturas y presiones. Pueden manejar gases corrosivos, Estos ventiladores pueden presentar varios tamaños, formas y diferentes propiedades particulares, Se dividen en dos grandes grupos: los ventiladores axiales y los ventiladores centrífugos. Si bien su empleo y selección hoy en día está enormemente facilitado por los automatismos y programas de cálculo, es a veces muy importante reflexionar sobre las leyes, los fundamentos y las características o proporciones tanto de diseño como construcción.

Ventiladores Un ventilador esencialmente es una bomba de gas en vez de líquido. Por tanto, un ventilador es una turbomáquina de fluido generadora (Usa rodete como elemento de intercambio de energía). En un ventilador, el gas no varía sensiblemente de densidad y por tanto de volumen específico, por lo que se puede considerar incompresible. Esto se debe a que el incremento de presiones es pequeño. Puede definirse a un ventilador como una maquina hidráulica generadora de gases. Si el cambio en la densidad del gas es pequeño (lo que ocurre normalmente cuando el santo de presión atreves de la maquina es pequeño), la teoría de turbo maquina hidráulica es aplicada para ventiladores. Si el cambio en la densidad no es despreciable, la maquina en cuestión es un turbocompresor. Normalmente, el criterio que permite distinguir un compresor de un ventilador es la relación compresión (o salto de presión estática atreves de la maquina). Cuando la calidad constructiva de estas máquinas no es muy alta, puede considerarse ventiladores, si la relación compresión es inferior a 100mbar; cuando la calidad es más alta, el límite es más estricto: 30mbar. En general son utilizados en casos donde es preciso mover un gran caudal de gas (normalmente aire, o mezcla de aire con otros gases), con un pequeño salto de presión. Entre las aplicaciones más importante de ventiladores se encuentran los siguientes: renovación de aire en salas de trabajo, ventilación en minas; túneles y barcos, evacuación de humo, secado de productos industriales o acondicionamiento de aire.

CAUDAL Y PRESIÓN DEL VENTILADOR Caudal de aire: El caudal de un ventilador, es la masa de aire que éste puede desplazar en una unidad de tiempo. Se expresa en m3/h (1,7 m3/h = 1 CFM). Presión dinámica (Pd) : Es la fuerza por unidad de superficie provocada por el movimiento del aire y se manifiesta en el mismo sentido que la dirección de éste. Dicha presión es siempre positiva.

Presión estática (Pe) : Es el valor de la fuerza que ejerce el aire sobre las paredes de las tuberías, en sentido perpendicular a ellas. Esta presión es positiva cuando es mayor que la atmosférica. Si las paredes de la tubería fuesen elásticas, veríamos como se dilatan. (Sobrepresión). Cuando es negativa, es decir, menor que la presión atmosférica, las paredes se contraerían (depresión). Presión total (Pt) : Es la suma de la presión estática y dinámica. Pt = Pe + Pd La unidad de presión utilizada es mmH2O (milímetros columna de agua) siendo sus equivalencias: 1mmH2O = 9,80665 Pa = 1mm.Wg 1 Pa (Pascal) = 1 N/m2 Principios de Funcionamiento o de Operación. Los usos más típicos de un ventilador incluyen control del clima, enfriamiento de maquinaria, confort personal, extracción de vapores, limpieza (generalmente en combinación con una aspiradora). Los ventiladores no son un invento reciente, ya que se conocen ejemplos de hasta al menos 500 años antes de Cristo, y a lo largo de la historia se observaron todo tipo de modelos. Sin embargo fue la revolución industrial del siglo XIX la cual realmente comenzó a explotar el potencial de los ventiladores, convirtiéndolos en algo esencial para la industria y la tecnología modernas. Si quieres ver uno ahora mismo, no tienes más que mirar sus computadoras, donde uno trabaja diligentemente día y noche, extrayendo el aire caliente que rodea las piezas internas, para luego reemplazarlo con aire fresco. Aplicando el principio de Bernoulli o ecuación de energía entre la salida S y la entrada E tenemos que:

Si consideramos que las alturas a la entrada y salida son iguales, es decir,

y que, además, la velocidad del aire a la entrada del ventilador,

donde tenemos la presión atmosférica, es cero tenemos que:

Puede comprobarse que el incremento de presión proporcionado por el ventilador

posee

dos

términos,

el

primero

de

ellos

es

la

presión

estática Pe medida a la salida del ventilador mediante un manómetro. El segundo es la presión dinámica Pd obtenida mediante la medida de la velocidad del aire a la salida del equipo, generalmente usando un tubo de Pitot. Si, además, tenemos una válvula montada a la salida del ventilador para variar la carga sobre el mismo desde un caudal inicial máximo hasta un caudal Q = 0 m³/h estamos ya en disposición de obtener un tipo de curva característica, para un determinado tipo y diámetro de impulsor.

Representación de una curva tipo en la que aparecen los dos términos de presión Es importante mencionar que al igual que cualquier máquina rotativa de tipo centrífugo, el ventilador no genera presión sino caudal. La presión vendrá determinada por las características del sistema en donde se encuentre montado (diámetro de conducto, pérdidas de carga, grado de apertura de válvula, etc.). Puede así observarse que cuando la descarga es libre, es decir, cuando la presión estática es nula Pe = 0, el ventilador estará proporcionando el máximo caudal que pueda mover y en este punto la presión total será la presión dinámica proporcionada por la velocidad del aire, Pt = Pd. Principales partes de un ventilador son: 1.- TURBINA: también llamada rotor o rueda que transforma la energía del motor en energía de movimiento (o energía cinética) del gas que maneja.

2.- CARCAZA: El elemento en la cual se aloja la turbina y permite, junto con la turbina, la conversión de energía del motor a energía de movimiento del gas. 3.- FLECHA O Eje: donde se conecta la turbina al motor por medio de algún tipo de transmisión mecánica, normalmente poleas y bandas o cople flexible. 4.- RODAMIENTOS: Permiten la rotación del eje y turbina con una mínima perdida por fricción. 5.- BASE: Es la cual están apoyados todos estos elementos. 6.- MOTOR: El cual proporciona la energía suficiente para mover el gas.

Para el diseño hidráulico de un ventilador, se considera que una partícula de gas esta inicialmente en reposo y que al girar la turbina, le transfiere al gas un incremento de velocidad originando su movimiento. El movimiento de gas dentro de un ventilador presenta trayectorias y turbulencias complicadas de pronosticar con la teoría, por lo que se realizan pruebas físicas en túneles de laboratorio para confirmar el correcto funcionamiento del ventilador a las condiciones de operación seleccionadas. Las turbulencias que se originan en el movimiento del gas dentro de un ventilador provocan pérdidas de energía las cuales determinan la eficiencia del

ventilador. Estas pérdidas de energía se transforman en calor, vibraciones y ruidos. Así por ejemplo, en un ventilador con una eficiencia de 65%, se pierde el 35% de la energía suministrada por su motor en forma de turbulencias, calor, vibraciones y ruido. Clasificación : 1. Según su función:  VENTILADORES CON ENVOLVENTE Suelen ser tubulares y tienen por objeto desplazar aire dentro de un conducto. Impulsores: Ventilador donde la boca de aspiración está conectada directamente a un espacio

libre y la boca de descarga conectada a un

conducto.



Extractores: Ventilador donde la boca de aspiración está conectada a un conducto y la boca de descarga está conectada a un espacio libre.



Impulsores – Extractores: Ventilador en los que tanto la boca de aspiración y la boca de descarga están conectadas a un conducto.



VENTILADORES MURALES: Conocidos también como extractores. Sirve para el traslado de aire entre dos espacios distintos de una cara de la pared a otra.



VENTILADORES DE CHORRO: Se utiliza cuando se necesita una determinada velocidad de aire incidiendo sobre una persona o cosa.

2. Según la trayectoria del aire del ventilador  VENTILADOR CENTRÍFUGO: El cual el aire entra en el rodete con una trayectoria esencialmente axial y sale en dirección perpendicular. Este tipo de ventiladores desarrolla presiones mucho mayores que los ventiladores axiales, alcanzando presiones de hasta 1500 milímetros de columna de agua (mmcda) y son los empleados, mayormente, en los sistemas de ventilación localizada. El principio de funcionamiento de los ventiladores centrífugos es el mismo de las bombas centrífugas. Están constituidos por un rotor que posee 3 una serie de paletas o álabes, de diversas formas y curvaturas, que giran aproximadamente entre 200 y 5000 rpm dentro de una caja o envoltura.

Los rodetes de los ventiladores centrífugos pueden ser: Rodete de álabes radial

Rodete de álabe hacia adelante

Rodete de álabe hacia atrás



Ventiladores axiales :El cual el aire entra y sale de la hélice con trayectorias a lo largo de superficies cilíndricas coaxiales al ventilador. Se usan para mover grandes cantidades de aire en espacios abiertos; como la resistencia al flujo es muy baja, se requiere generar una presión estática pequeña, del orden de los 5 a 25 milímetros de columna de agua (mmcda). Debido a esto, la principal aplicación de los ventiladores axiales se encuentra en el campo de la ventilación general y se los conoce con el nombre de extractores o inyectores de aire. Sin embargo,

este tipo de ventiladores, cuando se los construye con álabes en forma de perfil de ala y de paso variable, llegan a generar alturas de presión estáticas del orden de los 300 milímetros de columna de agua (mmcda) y se los usa en aplicaciones diversas.

Las hélices de los ventiladores axiales pueden ser de dos tipos: Hélice axial de perfil delgado

Hélice axial de perfil sustentador



VENTILADOR HELICOCENTRÍFUGO: Aparatos intermedios en donde la trayectoria del aire en el rodete entra como los axiales y sale como los centrífugos.

VENTILADOR TANGENCIAL O TRANSVERSAL : En el cual la trayectoria del aire en el rodete es sensible y normal, tanto a la entrada como a la salida del mismo.

3. Según la presión del ventilado



BAJA PRESIÓN : Cuando la presión del ventilador es inferior a 72 mm c.d.a. Alcanzan los 70 Pa Suelen ser centrífugos. Los más característicos son los utilizados en climatizadores.



MEDIANA PRESIÓN

Cuando la presión del ventilador esta entre los 72 y 360 mm c.d.a. La presión entre s 70 y 3000 Pa. Pueden ser centrífugos o axiales.



ALTA PRESION

Cuando la presión del ventilador es superior a los 360 mm c.d.a. Mayor a 3000 Pa. Son centrífugos con rodetes estrechos y de gran diámetro.

4. Según las condiciones del funcionamiento  VENTILADOR CORRIENTE O ESTÁNDAR: Aquellos que vehiculan aire sin cargas importantes de contaminantes, de humedad y partículas agresivas. Para Tº máximas de 40 °C, si el motor está en la corriente de 

aire. VENTILADOR ESPECIAL: Diseñados para vehicular gases calientes, húmedos, corrosivos, para el transporte neumático, antiexplosivo, etc

5. Según el sistema de accionamiento de la hélice

ACCIONAR DIRECTO: Cuando el motor eléctrico tiene el eje común, o por prolongación, con el del rodete o hélice del ventilador. ACCIONAR POR TRANSMISIÓN: Para casos de transmisión por correas y poleas para separar el motor de la corriente del aire (por caliente, frio, explosivo, etc.)

6. Según el método de control de las prestaciones del ventilador Dependerá de la utilidad para que se requiera la ventilación, pueden ser: 

CON REGULADOR DE VELOCIDAD: El regulador varía según la corriente de alimentación del aire y de la velocidad del motor , pueden



ser: Transformadores: Que varían la tensión de alimentación con una forma



senoidal. Variadores de frecuencia: Que aumentan o disminuyen ésta y por ende la velocidad del motor.



CON COMPUERTAS DE ADMISION O DESCARGA: Las compuertas, siempre a la admisión del ventilador y para centrífugos. Abren y cierran el paso al aire de entrada al aparato con lo que regula la característica del mismo.



CON ÁLABES DE INCLINACIÓN VARIABLE: Se usa en vent. axiales, de grandes tamaños, donde se obtienen caudales muy ajustados y con hélices muy complejas.

Variando el ángulo de los álabes, se logran régimen distinto del aire, pero sin sobrepasar la capacidad del motor de accionamiento para mantener la seguridad.

Tipos de Arreglo 

El arreglo 1 Horizontal: Pará aplicaciones donde se requieran bajas velocidades de operación. Los rodamientos son localizados fuera del área de succión lo que permite una menor turbulencia. La base motor es localizada de manera independiente, por lo que la capacidad del motor no es limitada.



Arreglo 3 Horizontal: Reforzado para aplicaciones de mayor velocidad. Los rodamiento al ser colocados al interior del oído de succión genera mayor rigidez, para soportar las velocidades altas. Reduce el espacio del equipo al disminuir el ancho del mismo. Generando estabilidad en el



mismo. Arreglo 4 Horizontal: De transmisión directa. Base motor independiente. Fácil instalación y mantenimiento. Reduce las vibraciones, generadas



por las poleas y bandas. Arreglo 3 Vertical: Compacto, ideal para aplicaciones de espacio reducido. La base del motor se encuentra integrada al equipo. La



capacidad del motor está limitada, por la posición del motor. Arreglo 4 Horizontal: De transmisión directa. Base motor independiente. Fácil instalación y mantenimiento. Reduce las vibraciones, generadas por las poleas y bandas.



Serie – Paralelo : En instalaciones importantes de ventilación, cuando es necesario disponer de caudales o presiones con grandes variaciones, puede resultar conveniente dotarlas de aparatos acoplados de forma que, trabajando en conjunto o bien separados, proporcionen la prestación exigida en cada momento. Si las variaciones necesarias son discretas, puede bastar un único aparato con un sistema de regulación, pero cuando sean precisas unas prestaciones doble o triple o más de la simple, hay que recurrir a un sistema de acoplamiento. Con este trabajo pretendemos mostrar de forma indicativa cómo varían las prestaciones del sistema según sea el acoplamiento. Los aparatos de ventilación



pueden instalarse en Serie, en Paralelo o bien de forma Mixta. Acoplamiento en serie: Este sistema consiste en conectar los ventiladores uno a continuación del otro, O bien dentro de un mismo conducto en el que se mantenga la misma dirección del flujo del aire.

Ventiladores axiales acoplados en serie

Ventiladores centrífugos acoplados en serie En general, y más cuando se trate de ventiladores centrífugos de forma que la descarga de uno es conducida a la entrada del otro, la curva característica de la presión resultante del acoplamiento es aproximadamente doble.

Ventiladores axiales acoplados en serie Estudiando más detenidamente el asunto y suponiendo que los dos aparatos sean iguales y que las curvas representativas de sus presiones estática y total, la presión resultante para el conjunto se obtiene sumando las ordenadas de la presión estática del primer ventilador a las de presión total del segundo: PE = Pe + Pt . En todo momento el caudal de conjunto será el que

daría un sólo ventilador correspondiente a la presión dinámica Pd = Pt - Pe con presión estática PE.

Formación de la característica de ventiladores en serie En el punto M, o sea en el que los ventiladores de trabajar solos, individualmente darían el caudal máximo, en descarga libre con presión estática cero, P = O, resulta que el conjunto formado por los dos aparatos en serie es capaz aún de una presión estática de ordenada MN pudiendo llegar a alcanzar el caudal de abscisa R, cuando PE = O. Este sobre caudal MR, que en estas condiciones podrían llegar a dar los aparatos, puede comprometer la seguridad de los motores por la sobrecarga que les representa. En el caso de características diferentes, la resultante se obtiene de forma parecida a antes, en donde Pe correspondiente a la presión estática del primer ventilador y Pt a la presión total del segundo, PE es la suma de ambas presiones y corresponde a la presión estática del conjunto. Tanto en un caso como en el otro debe cuidarse que el punto de trabajo del acoplamiento esté por encima del punto N de la característica, tal como el A del sistema 1, pues en caso de un sistema como el 2 con un punto de presión y caudal inferiores al que se lograría con el ventilador V2 trabajando solo. Mucho más difícil es determinar a priori la característica resultante cuando los ventiladores acoplados son axiales y cuyas hélices están físicamente próximas como es el caso de estar montadas dentro de la misma carcasa. Sólo con ensayos de laboratorio pueden obtenerse las curvas correspondientes. A la descarga de un ventilador axial el aire tiene movimiento

helicoidal perdiéndose parte de la energía de que es capaz. Si conectamos dos ventiladores en serie con el mismo sentido de giro los efectos del movimiento helicoidal de uno vendrá incrementado por el giro del otro lográndose un insignificante aumento de presión a un coste doble.

El aire a la descarga de un ventilador axial tiene un sentido rotacional Una directriz fija a la descarga del primer ventilador antes del segundo elimina el flujo rotacional y hace que el resultado se acerque al teórico. Un sistema eficaz es hacer que el segundo ventilador gire en sentido contrario que el primero. La disposición se llama "a contrarrotación" con lo que se logran presiones de hasta tres veces la de un solo ventilador. Con este sistema no hacen falta directrices y el segundo ventilador recibe el aire en dirección opuesta a la rotación con lo que aumenta la velocidad relativa de rotación y un incremento notable de presión.

Características comparadas 

Acoplamiento en paralelo

Dos o más ventiladores se acoplan en paralelo cuando aspiran del mismo lugar y descargan hacia el mismo sentido en la canalización, uniendo allí sus

caudales. La curva característica resultante de las de los aparatos acoplados se halla sumando los caudales correspondientes a cada presión, esto es, para cada ordenada (presión) la abscisa del caudal resultante q se obtiene de la suma de las abscisas de los caudales de los ventiladores acoplados q 1 + q 2.

Curva característica resultante de dos ventiladores desiguales en paralelo. Enseguida se deja ver que el caudal conseguido con dos aparatos en paralelo no es nunca la suma de los que se conseguirá con cada uno de los ventiladores trabajando solo, ya que la característica del sistema no será una horizontal, sino más bien una curva de segundo grado como la 1 de la misma figura a la que corresponde un caudal 0-3 menor a todas luces que el 0-1 más el 0-2. Es muy importante estudiar cuidadosamente la forma de la curva característica resultante en función del punto de trabajo a que se obligue la característica del sistema acoplado, ya que puede presentarse un régimen completamente inestable produciéndose una oscilación del caudal. Tal es el caso representado en donde la curva C representa la característica de un ventilador del tipo de álabes adelante en rodetes centrífugos y la curva R la resultante de dos aparatos en paralelo de esta característica, y que se halla sumando las abscisas del modo descrito antes, o sea, para una abscisa de ordenada OM, por ejemplo, el punto resultante de los dos MA es AA, de los dos MB es el BB y de los dos MC el CC. Pero también es verdad que puede sumarse una rama descendiente de otro dando puntos como los BA suma del MB+MA, el CA suma de los MC+MA y el CB suma de los MC+MB; uniendo los puntos BA, CA, CB obtendremos un tramo de curva característica, como la

señalada de trazo grueso, que es también una expresión posible de la resultante.

Características de dos ventiladores iguales en paralelo. Si consideramos ahora una característica del sistema como la S, cortará a la resultante en tres puntos el 1, 2 y 3 con caudales q 1 , q 2 y q 3 distintos, dando lugar a un punto de trabajo inestable que oscilará entre estos tres valores pasando de uno a otro bombeando el fluido y consumiendo inútilmente una buena porción de energía. En este acoplamiento sólo será aceptable un punto de trabajo que está claramente alejado de la zona de inestabilidad descrita. Aún resulta más delicada la cuestión cuando los dos ventiladores acoplados en paralelo tienen una característica francamente distinta, ya sea de forma o de magnitud como las C1 y C2. La resultante R del tramo A al Q se obtienen sumando los caudales de ambas para una misma presión, igual como siempre, siendo el único tramo para puntos de trabajo aceptable, como el M, para el que el caudal es superior al conseguido con un solo aparato trabajando con el sistema 2. Ahora bien, si consideramos el sistema 1 y trabajando solamente el ventilador C2 tendremos en punto de trabajo Q2 con la presión Op y el caudal p-Q2 . Si acoplamos ahora el ventilador C1, cuya presión máxima de la que es capaz O-p1, es netamente inferior a la O-p que está proporcionando el ventilador C2 se establecerá una corriente de fluido de sentido contrario a la de impulsión del ventilador C, debiendo restar al caudal pQ2 este p-Q1, para obtener el punto de trabajo QR que resultará con los dos

aparatos en marcha, con un caudal P-QR inferior al p-Q2 del ventilador C2 trabajando solo. El tramo de curva característica p1 -B del ventilador C1 representa los caudales negativos o de contracorriente de este ventilador en función de las presiones superiores a su máxima posible propia. El tramo de curva resultante de A a B se obtiene restando las abscisas de la curva C1, tramo p1 -B, de las del tramo AP0 de la C2.

Formación de la característica de ventiladores desiguales en paralelo. Queda así pues de manifiesto lo perjudicial que resulta un acoplamiento en paralelo cuando la característica del sistema con la que se trabaje obligue a puntos situados en el tramo resultante con presiones superiores a la máxima capaz del menor ventilador.

Evalúe los diferentes problemas de reparación: 

El Fusible térmico o el Sefuse (termostato) en los abanicos o ventiladores es común que se dañe debido a que se deja prendida durante mucho tiempo (Día y noche ) se calienta el motor y sobrepasa los grados de temperatura que se le dieron al fusible térmico en su



construcción para su operación o funcionamiento. También por falta de mantenimiento en el rotor con los bujes haciendo que el abanico gire más lento hasta quedar inmóvil y la bobina se



calienta hasta dañar el fusible térmico. En la industria generalmente se encuentran expuestos al medio ambiente, lo cual afecta la vida útil de los sensores, ocasionando ´ fallas parciales o totales.



Rodamientos al final de llegar a la vida útil, suelen desgastarse,



descargarse y trancarse. Problemas detectados mediante Análisis de Vibraciones Desbalance ,Inspección



y

mantenimiento

del

rodete

,Desalinea

miento

,

Excentricidad Problemas asociados a una lubricación inadecuada en Ventiladores.

Ventiladores de torres de enfriamiento, de intercambiadores de calor y chimeneas 

TORRES DE ENFRIAMIENTO:

Las torres de enfriamiento tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y frío que circula por el mismo aparato. Las torres pueden ser de muchos tipos, sin embargo el enfoque se centra en un equipo de costo inicial bajo y de costo de operación también reducido. 

Ventiladores de torres de enfriamiento: Una correcta selección e instalación garantiza un flujo adecuado de aire por la torre de refrigeración. Si el flujo de aire fuera menor del necesario, la torre no trabajaría en condiciones óptimas, y si fuera superior incrementaríamos considerablemente el consumo energético de la torre,

el ventilador,

pueden sufrir desgaste mecánico o deteriorarse por un incorrecto mantenimiento La rotura de este elemento provocaría la parada de la torre de refrigeración. Características de los ventiladores de las torres de enfriamiento:  

Aspas fijas o variables. Los ventiladores axiales son fabricados en fundición de aluminio con aspas fijas o de inclinación variable, estos últimos llevan en el centro un buje de acero intercambiable, para un fácil cambio en casos



emergentes. Los ventiladores axiales tienen una alta resistencia a la corrosión y erosión en los más variados ambientes.



Los ventiladores axiales son de 12”, 20”, 30”, 42”, 48” y 60” y



se pueden ajustar a la medida requerida. Todos los ventiladores se suministran balanceados dinámica y



estáticamente Ventilador fabricado con aspas de resina de poliamida reforzada con

 

fibra de vidrio y masa central de aluminio inyectado a presión Alta resistencia mecánica. Muy ligero.

Intercambiadores de calor: Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir

calor de un fluido a otro,

sea que estos estén

separados por una barrera sólida o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de, producción de Energía y Químico. Características de los ventiladores de los intercambiadores de calor: 

Los tamaños usuales de ventiladores van de un rango de 1,2 m a 9 m

 

de diámetro. El número de ventiladores recomendados por bahía es de dos . El número de ventiladores depende del caudal de aire necesario para

     

disipar el calor del fluido. Los ventiladores están unidos al centro de la placa de enfriamiento. Pueden proporcionar una velocidad del aire de 2 m/s Aletas de placa de aluminio Tubos de cobre sin costura 1/2″ / Cabezales de cobre Cubierta de acero galvanizado Presión máxima de trabajo de 300 PSI / Temperatura máxima de 350 º F

Chimeneas: son conductos construidos para dar salida a la atmósfera libre a gases resultantes de una combustión o de una reacción química (“gases de cola”) para su dispersión en el aire ambiente. Las Chimeneas Industriales son elementos destinados a conducir al ambiente los gases de la combustión de Calderas, Hornos de fundición u otros elementos que tengan llama a la vista. Los ventiladores de chimeneas se utilizan para que los gases sean expulsados mediante la aspiración lograda por un ventilador y evitar que estos se distribuyan. Características de los ventiladores de las chimeneas: 

Ventilador especial, resistente a las temperaturas y agresiones de los

 

componentes de los humos, e impulsados a la chimenea. El ventilador debe reducir el tiro que debe suministrar la chimenea El ventilador Evita que en los conductos de humo se produzcan grandes depresiones con la consiguiente entrada perjudicial de aire a través de

 

las fisuras. Prevenir chispas generadas por la turbina Casquillos de protección para

  

atornilladas/remachadas Banda de recubrimiento de cobre o aluminio sobre la cara interior del aro Muy silenciosos, bajo nivel sonoro en los giros Exclusivo sistema de rodamiento

proteger

las

uniones

Curva característica de un ventilador Los parámetros necesarios para la selección de un ventilador son; el caudal que debe mover y la pérdida de carga a vencer debida al rozamiento del aire con los conductos, rejillas, etc. Los ventiladores helicoidales pueden mover un gran caudal, pero comunican poca presión al aire, por lo que no se suelen utilizar en instalaciones de conductos. Para este caso los ventiladores habituales son los centrífugos, que pueden vencer una pérdida de carga elevada. El caudal y la presión de un ventilador, son variables dependientes que se pueden relacionar mediante una curva de trabajo. Se ensaya el aparato variándole la carga desde el caudal máximo al caudal cero. Todos los pares de valores obtenidos caudal-presión se llevan a unos ejes coordenados, obteniéndose un grupo de curvas, cuyo conjunto recibe el nombre de característica del ventilador.

Cada una de ellas representa un valor distinto y su lectura se hace en las escalas que la enmarcan. Obsérvese que a descarga libre, es decir cuando la Presión estática (Pe) es nula, el ventilador da el máximo caudal que puede

mover; en este punto la Presión total es igual a la dinámica (Pt = Pd). Asimismo, cuando el ventilador esta obturado, es decir que da el mínimo caudal, la Presión dinámica (Pd) es nula; en este punto, la Presión total es igual a la estática (Pt = Pe). Otra curva que se puede ver en el gráfico: es la curva de rendimiento (η), que se lee en % en la escala de la derecha. Se ve que el rendimiento del ventilador, depende del caudal que está moviendo y se marca el rendimiento máximo. La zona idónea de trabajo del ventilador, por tanto, es el tramo A-B de su curva de presión estática. Entre B y C su funcionamiento es inestable, el rendimiento desciende rápidamente y aumenta notablemente el ruido. Por ello, en muchos catálogos se representa sólo el tramo eficaz de funcionamiento, obviando el tramo hasta la presión máxima de que es capaz. Para conocer el punto en que trabajará un ventilador, una vez determinada la pérdida de carga que debe vencer, no hay más que marcarla sobre el eje de ordenadas. A partir de aquí y con una horizontal se corta la curva de Presión estática en un punto, a partir del cual y mediante una línea vertical, en el eje de abscisas se obtiene el caudal que proporcionará el ventilador en cuestión, trabajando contra la pérdida de carga que se ha considerado inicialmente PUNTO DE TRABAJO DE UN VENTILADOR. Para conocer el punto en que trabajará un ventilador, una vez determinada la pérdida de carga que debe vencer el mismo, no hay más que, sobre el eje de ordenadas, señalar la pérdida de carga en mm.c.d.a. (Milímetros de columna de agua). Si se dispone de la característica resistente del sistema, se puede encontrar de forma fácil el punto de trabajo de un ventilador acoplado al mismo, al superponer las curvas características del ventilador y resistente del conducto .

Zona de funcionamiento. Según sea el ventilador, tipo y tamaño, existe una zona de su curva característica en la que es recomendable su uso. Fuera de ella pueden producirse fenómenos que hacen aumentar desproporcionadamente el consumo hundiendo el rendimiento, provocando un aumento intolerable del ruido e incluso produciendo flujos intermitentes de aire en sentido inverso. En los catálogos de ventiladores vienen indicadas las zonas de la curva característica. Recomendadas para el uso o, simplemente, solo se publica el tramo de curva en el que es aceptable su funcionamiento.

Selección de ventiladores La selección de un ventilador consiste en elegir aquel que satisfaga los requisitos de caudal y presión con que debe circular el aire, para la temperatura de la operación y la altitud de la instalación y además se debe determinar su tamaño, el número de revoluciones a las que debe girar el rotor, la potencia que debe ser entregada a su eje, el rendimiento con el que funciona, la disposición de la transmisión, el ruido generado, etc. Los fabricantes de los ventiladores

proporcionan la información necesaria para realizar una correcta selección. Todos los ventiladores que entre si poseen medidas proporcionales, o sea que son semejantes, pertenecen a una misma “SERIE”. El caudal y la presión requerida en un punto específico de trabajo, son los parámetros necesarios para la correcta selección del ventilador y la determinación del montaje de la transmisión y potencia del motor. 

Elección del motor: Las curvas de potencias indicadas en las gráficas son potencias absorbidas al eje del ventilador en HP. Se recomienda utilizar la gráfica de pérdida por transmisión para compensar las



pérdidas por fricción en la transmisión. Nivel sonoro: El número de dB de un ventilador es una expresión del nivel de ruido, que produce el funcionamiento del mismo, y como tal, vendrá caracterizado por una potencia sonora Lw(A). El nivel de esta potencia sonora debe formar parte de los datos de catálogo del aparato, como una característica más para la correcta selección del equipo. Al ser el número de dB asociado a su funcionamiento, lo que limita su utilización a locales que permitan ese nivel de ruido.

Ejemplo de selección para ventiladores centrífugos tubulares BIL BIL 315 CURVA CARACTERÍSTICA Modelo: BIL 315. Caudal: 1,809 m³/hr (1,065 CFM). Presión Estática: 63.5 mm c.a. (2.5 in wg). Nos situamos en el eje de abcisas (horizontal) con un caudal de 1,809 m³/hr (1,065 CFM) y en el eje de ordenadas (vertical) con una presión estática de 63.5 mm c.a. (2.5 in wg). Con estas condiciones se encuentran en la curva característica a 2105 r.p.m. Queda seleccionado: Clase: I Potencia del motor: 0.67 BHP Velocidad del ventilador: 2105 r.p.m.

Eficiencia total: 72% Para seleccionar un ventilador clase II. Selección realizada a condiciones estándar: 0 m.s.n.m. (0 ft.s.n.m.), 20 °C (70 °F), Densidad del aire: 1.2 kg/m³ (0.075 lb/ft³).

Campo de aplicación de los ventiladores

Ventiladores centrífugos Principales campos de aplicación:    

Ventiladores de recirculación de gases Ventilación industrial en general Ventilación en la industria minera Fábricas de cemento: Ventilador Tiro del horno, Tiro Molinos, Tiro del



refrigerador del Clinker, etc. Fábricas de celulosas: Ventilador Tiro caldera de Licor Negro, Tiro



caldera de Cortezas. Centrales térmicas: Ventilador Tiro Inducido, Tiro Forzado, Aire Primario

        

y Recirculación de Gases. Plantas químicas y petroquímicas. Plantas de galvanizado, recocido y recalentamiento. Fábricas de vidrio. Trasporte de gases. Depuraciones por vía seca y húmeda. Plantas incineradoras de basuras Para cubilotes Trasporte neumático Sintonización de minerales

Ventiladores axiales: Principales campos de aplicación: 

Se aplica en circulación y extracción de aire en naves Industriales.



Se instalan en pared sin ningún conducto. Utilizados con objetivo de renovación de aire. Se utilizan también en la renovación ambiental de , Cocinas ,industriales, bodegas, y



almacenes. En instalaciones de ventilación, calefacción y aire Acondicionado que

 

cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos. Requieran altos caudales con presión media a baja. En aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.

Normas de Mantenimiento 

Mantenimiento Preventivo: es aquel que se efectúa antes que se produzca una falla en el ventilador. Este incluye el análisis de vibraciones, Análisis de fallas en rodamientos, la limpieza, ajustes de tornillos y tuercas, verificación de estado físico del cordón de alimentación, verificación de los contactos que soportan el calor, cambio de



piezas

próximas

a

deteriorarse,

verificación

de

elementos

calefactores, entre otros. Mantenimiento Correctivo: es aquel que se efectúa después de producirse una avería en el ventilador; bien sea por desperfectos eléctricos o mecánicos. Se aplica directamente sobre el equipo de tal forma que se verifica la falla, se repara la avería y se pone en funcionamiento nuevamente el equipo, una vez realizado esta reparación es recomendable hacerle un mantenimiento preventivo para evitar cualquier otra falla.

Leyes de los Ventiladores Un ventilador debe funcionar en condiciones diferentes de las ensayadas, no es práctico ni económico efectuar nuevos ensayos para determinar sus

prestaciones. Mediante el uso de un conjunto de ecuaciones designado con el nombre de LEYES DE LOS VENTILADORES es posible determinar, con buena precisión, las nuevas prestaciones a partir de los ensayos efectuados en condiciones

normalizadas.

Al mismo tiempo, estas leyes permiten determinar las prestaciones de una serie

de

ventiladores

características

geométricamente del

semejantes

a

partir

ventilador

de

las

ensayado.

Las leyes de los ventiladores están indicadas, bajo forma de relación de magnitudes, en ecuaciones que se basan en la teoría de la mecánica de fluídos y su exactitud es suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Estas leyes se basan en el hecho que dos ventiladores de una serie homóloga tienen homólogas sus curvas características y para puntos de trabajo semejantes

tienen

el

mismo

rendimiento,

manteniéndose

entonces

interrelacionadas todas las razones de las demás variables. Las variables que comprenden a un ventilador son la velocidad de rotación, el diámetro de la hélice o rodete, las presiones total, estática y dinámica, el caudal, la densidad del gas, la potencia absorbida, el rendimiento y el nivel sonoro.las normas intenacionales ISO, 5801-96 (E) y WD 13348-1998, a estas variables les asignan los siguientes símbolos y unidades, que aquí usaremos para ilustrar las definiciones y aplicaciones.

Símbolo

Concepto

Unidad

Dr

Diámetro

m

hélice/rodete Lwt

Nivel Potencia total

dB

sonora n

Velocidad rotacional

s-1

Pr

Potencia mecánica

W

suministrada al ventilador Pf

Presión del

Pa

ventilador qv

Caudal de entrada

m³/s-1

r

Densidad

kg/m-3

Además debe tenerse en cuenta, antes de aplicar las leyes de los ventiladores que los valores conocidos lo sean de un aparato de la misma familia trabajando en las mismas condiciones bajo las cuales queremos determinar los nuevos valores y que las condiciones del ventilador considerado sean todas proporcionales a las correspondientes del tomado como punto de partida.

Ejemplo:

Un ventilador de 450 mm de diámetro del que conocemos da 5.000 m³/h a 12 mm c.d.a. con un nivel sonoro de 65 db (A) y que absorbe de la red 480 W. ¿Qué caudal, presión, ruido y potencia sonora tendrá otro aparato semejante de 630 mm 0? La aplicación de las ecuaciones del cuadro anterior resuelven el problema: El ventilador de 630 mm tendrá: Caudal qv = 5.000 630³/ 450³ = 13.720 m³/h Presión p = 22 630² / 450² = 43 mm c.d.a. Potencia absorbida = 480 6305 / 4505 = 2.582 W Nivel sonoro Lwt = 65 + 70 log 630 / 450 = 75 dB (A)

Ejemplo Sea un ventilador que, girando a 1.400 rev/min, dé un caudal de 15.000 m³/h a una presión de 22 mm c.d.a. instalado en un sistema determinado. La potencia absorbida y la potencia sonora sean respectivamente 1.500 W y 88 dB (A). Caudal qv = 1.500 2.000 / 1.400 = 2.143 m/h Presión PF = 22 2.000² / 1.400² = 44,9 mm c.d.a. Potencia Pr = 1.500 2.000³ / 1.400³ = 4.373 W Nivel Potencia sonora Lwt = 88 + 50 log 2.000 / 1.400 = 95,7 dB (A)

Cálculo y selección de ventiladores. Ejercicios Un ventilador centrífugo tiene paletas rectas y un ancho constante en el rodete de 600mm. Gira a 500 rpm. Da un caudal de aire de 300 metros cúbicos por minuto. La densidad es de 1,2 kilogramos por metro cubico. La entrada

de velocidad absoluta en los alabes es radial. D2 es igual a 650mm. D1 es igual a 600mm. Calcular: a) los ángulos B1 y B2. b) la presión producida por el ventilador c) la potencia del ventilador. En este problema como cualquier otro sobre ventiladores 

Primero damos solución al inciso a de los ángulos.



A continuación el análisis para la presión del ventilador que corresponde al inciso b de nuestro problema inicial:

un ventilador centrifugo de aire con densidad de 1,2kg por cada metro cubico tienen las siguientes dimensiones, D2 es igual a ½ m; el ancho del rodete es igual a 75mm cuyo valor permanecerá constante. El caudal suministrado es de 3 metros cúbicos por segundo, la velocidad de 900 rpm. Un manómetro diferencial inclinado mide una presión de 3,5 mbar entre la entrada y salida del ventilador. La presión dinámica producida por el ventilador es despreciable. La potencia en el eje de la maquina es de 1,84 kilowatts. El rendimiento mecánico va a ser del 93%. La entrada en el rodete es radial. Se despreciara el espesor de los alabes y no se tendrán en cuenta las perdidas volumétricas. Encuentre: a) Rendimiento hidráulico b) rendimiento total c) pérdida de presión en el ventilador d) ángulo que forman los alabes a la salida.

Conclusión Se logró adquirir dar una amplio conocimiento el funcionamiento básico de los ventiladores en los diferentes campos, los ventiladores tienen similitud es a las bombas, pero sin embargo, como vimos al momento de iniciar con los cálculos, tienen sus diferencias en cuanto a características requerida para el análisis se refiere. Se logró realizar una detallada explicación de su clasificación, mucho a los modelos reales existentes en la industria, se logró también conocer la curva característica , zonas de funcionamiento, con un cálculo matemático y las especificaciones, formulas y leyes que rigen a los ventiladores, para generar un amplio conocimiento acerca de los factores que intervienen al momento de querer seleccionar un ventilador para su aplicación.

Bibliografía 

http://documents.tips/documents/ventiladores-clasificacion-aplicacion-y-



calculo.html http://ventilaciondeedificios.blogspot.com/

http://www.skf.com/ar/services/customer-training/classroom/WE213.html        

Mantenimiento Electrico Y Mecanico Para Pequenas Y Medianas Empresas Escrito por Juan Carlos Calloni Editorial Nobuko. http://www.chiblosa.com.ar/spanish/herramientas/teoria_de_los_ventilad ores.htm http://www.ventilacionindustrialifm.com.mx/nuestrosproductos/ventiladores-centr%C3%ADfugos/manejo-de-materiales-gi/ http://documents.tips/documents/ventilador-centrifugodoc.html http://www.fundamentosventilacionmecanica.com/C5.html http://www.unet.edu.ve/~maqflu/doc/LAB-1-142.htm https://areamecanica.wordpress.com/2012/08/05/ingenieria-mecanica-

ventiladores-centrifugos/  Mecánica de fluidos Escrito por Robert L. Mott  Bombas, ventiladores y compresores Escrito por Lluís Jutglar i Banyeras 

Redes industriales de tubería, bombas para agua, ventiladores y compresores

Escrito por Antoni Luszczewsk 

La producción de energía mediante el vapor de agua, el aire y los gases Escrito por W. H. Severns  Fundamentos de aire acondicionado y refrigeración Escrito por Eduardo Hernández Goríbar