Un ventilador de alto volumen y baja velocidad ( HVLS ) es un tipo de ventilador mecánico de más de 7 pies (2,1 m) de diámetro. [1] Los ventiladores HVLS son generalmente ventiladores de techo, aunque algunos están montados en postes. Los ventiladores HVLS se mueven lentamente y distribuyen grandes cantidades de aire a baja velocidad de rotación, de ahí el nombre "alto volumen, baja velocidad".
Las aplicaciones típicas de los ventiladores HVLS se dividen en dos categorías: industriales y comerciales. En las aplicaciones industriales, la HVACR suele ser prohibitiva en cuanto a costes o poco práctica, y normalmente solo se utiliza en almacenes refrigerados o en la fabricación de alimentos refrigerados o congelados. [2] Los ventiladores instalados en espacios como almacenes , graneros , hangares y centros de distribución pueden prevenir el estrés térmico, aumentar la comodidad de los trabajadores y la productividad tanto de los trabajadores como del ganado. [3] Los ventiladores HVLS también se utilizan en espacios comerciales, donde el aire acondicionado es más común, pero el aumento del movimiento de aire de los ventiladores de techo puede aumentar de forma rentable la comodidad de los ocupantes o evitar la estratificación. Las aplicaciones comerciales típicas incluyen centros comerciales , iglesias , edificios de oficinas , terminales de aeropuertos, gimnasios y escuelas .
A fines de la década de 1990, William Fairbank, profesor de la Universidad de California en Riverside, y Walter K. Boyd, fundador de MacroAir Technologies, inventaron y patentaron un nuevo tipo de ventilador circulador, llamado inicialmente ventilador de gran diámetro y gran volumen (HVLD, por sus siglas en inglés). [4] Este tipo de ventilador se desarrolló originalmente para aplicaciones agrícolas, por lo que las primeras investigaciones se centraron en los beneficios de los ventiladores HVLS en la producción lechera. [5] [6] [7]
Los ventiladores HVLS funcionan según el principio de que el aire frío en movimiento rompe la capa límite saturada de humedad que rodea el cuerpo y acelera la evaporación para producir un efecto de enfriamiento. Los ventiladores de techo producen una columna de aire a medida que giran. Esta columna de aire se mueve hacia abajo y hacia afuera a lo largo del piso. Esta pared profunda de aire en movimiento horizontal, llamada chorro de piso horizontal, es relativa al diámetro de un ventilador y, en menor grado, a la velocidad de un ventilador. Una vez que el chorro de piso alcanza su potencial, migra hacia afuera hasta que se encuentra con una pared lateral u otra superficie vertical. [8]
En condiciones ideales, un ventilador de 2,4 m de diámetro produce un chorro de aire de aproximadamente 910 mm de profundidad. Un ventilador de 7,3 m de diámetro produce un chorro de aire de 2700 mm de profundidad, lo suficientemente alto como para engullir a un humano parado en el suelo o a una vaca, su propósito inicial de desarrollo. [8]
Los ventiladores HVLS comerciales se diferencian de los ventiladores de techo residenciales en cuanto a diámetro, velocidad de rotación y rendimiento. Si bien algunos ventiladores utilizan aspas modernas para mover el aire, se están utilizando otros métodos para hacerlo más eficiente, como el uso de aspas aerodinámicas . [ cita requerida ]
Los ventiladores de mayor diámetro pueden mover más aire que los ventiladores más pequeños a la misma velocidad. Un chorro de aire turbulento y de alta velocidad se disipa muy rápidamente. Sin embargo, una gran columna de aire "viaja" más lejos que una pequeña debido a la fricción entre el aire en movimiento y el aire estacionario, que se produce en la periferia de la columna en movimiento. [8]
El perímetro de una columna de aire varía directamente con el diámetro de la columna. Mientras que el área de la sección transversal varía con el cuadrado del diámetro, la columna grande tiene proporcionalmente menos periferias y, por lo tanto, menos resistencia . Por lo tanto, la columna de aire de un ventilador de 3 pies de diámetro (0,91 m) tiene más de seis veces más interfaz de fricción por volumen de aire movido que la columna de aire de un ventilador de 20 pies de diámetro (6,1 m). [8]
Cuando la columna de aire descendente de un ventilador HVLS llega al suelo, el aire gira en dirección horizontal alejándose de la columna en todas las direcciones. El aire que fluye hacia afuera se denomina "chorro de suelo horizontal". Dado que la altura del chorro de suelo está determinada por el diámetro de la columna de aire, un ventilador de mayor diámetro produce naturalmente una columna de aire más grande y, por lo tanto, un chorro de suelo más alto. [8]
Los ventiladores de alta velocidad más pequeños y de desplazamiento equivalente son incapaces de producir el mismo efecto.
La potencia necesaria para hacer funcionar un ventilador aumenta aproximadamente con el cubo de la velocidad media del aire que pasa por él. Un ventilador comercial que suministra aire a 20 millas por hora (mph) requiere aproximadamente 64 veces más potencia que un ventilador de tamaño similar que suministra aire a cinco mph. [8]
La velocidad del aire, combinada con la "efectividad" del ventilador, significa que cuando el objetivo es enfriar personas o animales, los ventiladores comerciales muy grandes y de baja velocidad son más eficientes y efectivos que los ventiladores pequeños de alta velocidad.
En general, la Norma 230 de la Asociación de Control y Movimiento de Aire establece procedimientos de prueba uniformes para determinar el rendimiento del ventilador de techo.
La norma AMCA 230 establece métodos uniformes de pruebas de laboratorio para ventiladores de circulación de aire con el fin de determinar el rendimiento en términos de empuje para fines de clasificación, certificación o garantía. La versión de 1999 describió un método para determinar el empuje desarrollado y utilizó una ecuación simple para convertir el empuje medido en flujo de aire. Durante el proceso de revisión periódica, se determinó que el flujo de aire calculado era demasiado alto; por lo tanto, esta versión ya no calcula artificialmente el flujo de aire, sino que deja el rendimiento medido en unidades de empuje.
La versión actual, AMCA 230-12, reintrodujo el caudal de aire con una ecuación revisada y nuevas métricas de eficiencia. El alcance oficial de la norma se limitó a los ventiladores de techo de menos de 6 pies (1,8 m) de diámetro. [9] Por lo tanto, la norma actual no se aplica a los ventiladores HVLS. Actualmente se está revisando una nueva versión de la norma.
El movimiento del aire puede tener una influencia significativa en el confort térmico humano. La sensación térmica en condiciones de frío se considera perjudicial, pero el movimiento del aire en entornos neutros o cálidos se considera beneficioso. Esto se debe a que, normalmente, en condiciones con temperaturas del aire superiores a los 23,3 °C (74 ° F ), el cuerpo necesita perder calor para mantener una temperatura interna constante.
A diferencia de los acondicionadores de aire, que enfrían las habitaciones, los ventiladores enfrían a las personas. Los ventiladores de techo aumentan la velocidad del aire a nivel del ocupante, lo que facilita una disipación más eficiente del calor, enfriando al ocupante, en lugar del espacio. [10] [11] [12] Una velocidad elevada del aire aumenta la tasa de pérdida de calor por convección y evaporación del cuerpo, lo que hace que el ocupante se sienta más fresco sin cambiar la temperatura de bulbo seco del aire.
El aire caliente es menos denso que el aire frío, lo que hace que el aire caliente suba naturalmente al nivel del techo a través de un proceso llamado convección. En el aire en calma, se forman capas de temperatura constante, la más fría en la parte inferior y la más cálida en la parte superior. Esto se llama estratificación. La forma más eficiente y eficaz de mezclar el aire en un espacio estratificado es empujar el aire caliente hacia abajo hasta el nivel de los ocupantes. Esto permite una mezcla completa del aire en el espacio al mismo tiempo que disminuye la pérdida de calor a través de las paredes y el techo del edificio, y el consumo de energía del edificio. Para evitar causar una corriente de aire, los ventiladores deben funcionar lentamente para que la velocidad del aire al nivel de los ocupantes no supere los 40 pies por minuto (12 m/min). [13] [14]
