Los ventiladores y sopladores industriales son máquinas cuya función principal es proporcionar y acomodar un gran flujo de aire o gas a varias partes de un edificio u otras estructuras. Esto se logra haciendo girar varias palas, conectadas a un cubo y un eje, y accionadas por un motor o turbina . Los caudales de estos ventiladores mecánicos oscilan entre aproximadamente 200 pies cúbicos (5,7 m 3 ) y 2.000.000 de pies cúbicos (57.000 m 3 ) por minuto. Un soplador es otro nombre para un ventilador que funciona donde la resistencia al flujo se encuentra principalmente en el lado aguas abajo del ventilador.
Hay muchos usos para el flujo continuo de aire o gas que generan los ventiladores industriales, incluida la combustión , la ventilación , la aireación , el transporte de partículas, el escape, el enfriamiento, la limpieza del aire y el secado , por nombrar algunos. Las industrias atendidas incluyen producción de energía eléctrica , control de la contaminación , fabricación y procesamiento de metales, producción de cemento , minería , petroquímica , procesamiento de alimentos , criogenia y salas limpias .
La mayoría de los ventiladores industriales se pueden clasificar en uno de dos tipos generales: ventiladores centrífugos y ventiladores axiales.
El diseño centrífugo utiliza la fuerza centrífuga generada por un disco giratorio, con palas montadas en ángulo recto con respecto al disco, para impartir movimiento al aire o gas y aumentar su presión. El conjunto del cubo, el disco y las aspas se conoce como rueda del ventilador y, a menudo, incluye otros componentes con funciones aerodinámicas o estructurales. La rueda del ventilador centrífugo generalmente está contenida dentro de una carcasa de ventilador en forma de espiral, que se asemeja al caparazón de la criatura marina nautilo con un orificio central. El aire o gas dentro del ventilador giratorio se expulsa desde el exterior de la rueda hacia una salida en el diámetro más grande de la carcasa. Esto simultáneamente aspira más aire o gas hacia la rueda a través del orificio central. [1] Los conductos de entrada y salida a menudo están conectados a la carcasa del ventilador, para suministrar y/o expulsar el aire o gas según los requisitos de la industria.
Hay muchas variedades de ventiladores centrífugos, que pueden tener ruedas de ventilador que varían desde menos de 3 cm hasta más de 16 pies (4,9 m) de diámetro.
El diseño axial utiliza fuerzas axiales para lograr el movimiento del aire o gas, haciendo girar un cubo central con palas que se extienden radialmente desde su diámetro exterior. El fluido se mueve paralelo al eje de la rueda del ventilador o eje de rotación. El ventilador axial suele estar contenido dentro de una sección corta de conducto cilíndrico, al que se pueden conectar los conductos de entrada y salida.
Los tipos de ventiladores axiales tienen ruedas de ventilador con diámetros que generalmente varían desde menos de un pie (0,3 metros) hasta más de 30 pies (9,1 m), aunque las ruedas de ventilador de torre de enfriamiento axial pueden exceder los 82 pies (25 m) de diámetro.
En general, los ventiladores axiales se utilizan cuando el requisito principal es un gran volumen de flujo, y el diseño centrífugo donde se requieren tanto flujo como presiones más altas. Los ventiladores axiales proporcionan un enorme flujo de aire a bajas presiones. Atraen aire paralelo al eje y lo expulsan en línea recta.
Existen varios caminos para determinar el diseño de un ventilador para una aplicación.
Para industrias donde los requisitos de aplicación no varían mucho y los diseños de ventilador aplicables tienen diámetros de alrededor de 4 pies (1,2 metros) o menos, se puede seleccionar un diseño estándar o prediseñado.
Cuando la aplicación implica especificaciones más complejas o un ventilador más grande, entonces un diseño basado en una configuración de modelo existente a menudo satisfará los requisitos. Muchas configuraciones de modelos ya cubren la gama de procesos industriales actuales. Se selecciona un modelo apropiado del catálogo de la empresa de ventiladores y los ingenieros de la empresa aplican reglas de diseño para calcular las dimensiones y seleccionar opciones y materiales para el rendimiento, la resistencia y el entorno operativo deseados.
Algunas aplicaciones requieren una configuración personalizada y dedicada para que el diseño de un ventilador satisfaga todas las especificaciones.
Todos los diseños de ventiladores industriales deben diseñarse con precisión para cumplir con las especificaciones de rendimiento y al mismo tiempo mantener la integridad estructural. Para cada aplicación, existen requisitos específicos de flujo y presión. Dependiendo de la aplicación, el ventilador puede estar sujeto a altas velocidades de rotación, un entorno operativo con productos químicos corrosivos o corrientes de aire abrasivas y temperaturas extremas. Ventiladores más grandes y velocidades más altas producen mayores fuerzas sobre las estructuras giratorias; Para mayor seguridad y confiabilidad, el diseño debe eliminar tensiones excesivas y frecuencias resonantes excitables. En el proceso de diseño a menudo se emplean programas de modelado por computadora para dinámica de fluidos computacional (CFD) y análisis de elementos finitos (FEA), además de las pruebas de modelos a escala de laboratorio. Incluso después de construir el ventilador, la verificación puede continuar, utilizando pruebas de rendimiento del ventilador para flujo y presión, pruebas de galgas extensométricas para tensiones y pruebas para registrar las frecuencias resonantes del ventilador .
Los tipos de ventiladores y sus subtipos son estándares de la industria, reconocidos por los principales productores de ventiladores. [2]
Cualquiera de estos subtipos de ventiladores se puede construir con revestimientos duraderos y resistentes a la erosión.
Perfil aerodinámico ( Air foil ): utilizados para una amplia gama de aplicaciones en muchas industrias, los ventiladores con aspas huecas con perfil aerodinámico están diseñados para usarse en corrientes de aire donde se requiere alta eficiencia y funcionamiento silencioso. Se utilizan ampliamente para servicio continuo a temperaturas ambiente y elevadas en aplicaciones de tiro forzado e inducido en las industrias de metales, química, generación de energía, papel, productos de roca, vidrio, recuperación de recursos , incineración y otras industrias en todo el mundo.
Curva hacia atrás : estos ventiladores tienen eficiencias casi tan altas como el diseño del perfil aerodinámico. Una ventaja es que sus palas de placa curva de un solo espesor evitan la posibilidad de que se acumulen partículas de polvo dentro de la pala, como puede ocurrir con las palas de perfil aerodinámico perforadas. El diseño robusto permite un funcionamiento a alta velocidad punta y, por lo tanto, este ventilador se utiliza a menudo en aplicaciones de alta presión.
Inclinado hacia atrás : estos ventiladores tienen aspas planas simples, inclinadas hacia atrás para igualar el patrón de velocidad del aire que pasa a través de la rueda del ventilador para un funcionamiento de alta eficiencia. Estos ventiladores se utilizan normalmente en aplicaciones de aire limpio de alto volumen y presión relativamente baja.
Hoja radial : las hojas planas de este tipo están dispuestas en un patrón radial. Estos ventiladores resistentes ofrecen capacidad de alta presión con eficiencia promedio. A menudo están equipados con revestimientos resistentes a la erosión para prolongar la vida útil del rotor. El diseño de la vivienda es compacto para minimizar el requisito de espacio.
Con punta radial : estos ventiladores tienen ruedas curvadas hacia atrás, pero de una manera ligeramente diferente a las de los ventiladores curvados hacia atrás. Los ventiladores curvados hacia atrás tienen ruedas cuyas aspas se curvan hacia afuera, mientras que las aspas de los ventiladores de punta radial están curvadas hacia adentro y radialmente en sus puntas (de ahí el nombre "punta radial"), aunque todavía están en una configuración curvada hacia atrás. También se puede considerar que su curvatura es radial en las puntas, pero que se inclina gradualmente hacia la dirección de rotación. Este diseño robusto se utiliza en aplicaciones de alto caudal cuando el requisito de presión es bastante alto y es necesaria resistencia a la erosión. Ofrece eficiencias medias. Una aplicación común es el lado sucio de una cámara de filtros o precipitador. El diseño es más compacto que los ventiladores de perfil aerodinámico, curvados hacia atrás o inclinados hacia atrás.
Rueda de paletas : este es un diseño de impulsor abierto sin cubiertas. Aunque la eficiencia no es alta, este ventilador es muy adecuado para aplicaciones con una carga de polvo extremadamente alta. Se puede ofrecer con revestimientos de cuchillas reemplazables en campo hechos de baldosas de cerámica o carburo de tungsteno . Este ventilador también se puede utilizar en aplicaciones de alta temperatura.
Curva hacia adelante : este impulsor de "jaula de ardilla" genera el caudal volumétrico más alto (para una velocidad punta determinada) de todos los ventiladores centrífugos. Por lo tanto, suele tener la ventaja de ofrecer el paquete físico más pequeño disponible para una aplicación determinada. Este tipo de ventilador se utiliza habitualmente en hornos de alta temperatura. Sin embargo, estos ventiladores sólo se pueden utilizar para transportar aire con baja carga de polvo porque son los más sensibles a la acumulación de partículas, pero también debido a la gran cantidad de aspas que requieren las ruedas con curvatura hacia adelante.
Extractores industriales : se trata de un ventilador de aspas planas muy inclinado, de servicio medio y relativamente económico para extraer gases, transportar virutas, etc.
Ventiladores prediseñados (PE): una serie de ventiladores con diferentes formas de aspas que generalmente están disponibles solo en tamaños estándar. Debido a que están prediseñados, estos ventiladores pueden estar disponibles con plazos de entrega relativamente cortos. A menudo, se pueden instalar rotores prediseñados con varias formas de palas en una carcasa común. Suelen estar disponibles en una amplia gama de requisitos de volumen y presión para satisfacer las necesidades de muchas aplicaciones.
Sopladores de presión : son sopladores de alta presión y bajo volumen que se utilizan en aplicaciones de aire de combustión en hornos o para proporcionar aire de “soplado” para aplicaciones de limpieza y/o secado.
Sopladores sin sobretensiones : estos sopladores de alta presión y bajo volumen tienen una tendencia reducida a las "oleadas" (variación periódica del caudal) incluso a velocidades de ventilador muy reducidas. Esto permite una reducción extrema (flujo bajo) sin pulsaciones significativas.
Sopladores mecánicos de recuperación de vapor : estos ventiladores centrífugos especialmente diseñados están diseñados para aumentar la temperatura y la presión del vapor saturado en un sistema de circuito cerrado.
Sopladores de gas ácido : estos sopladores de construcción muy pesada son adecuados para presiones de entrada desde vacío total hasta 100 psig. Los materiales se seleccionan para resistir la corrosión de los gases y partículas manejados.
Sopladores de gas para procesos especiales : estos sopladores son para procesos petroquímicos de alta presión.
Ventiladores axiales de alta temperatura : son ventiladores de gran volumen diseñados para funcionar con baja resistencia al flujo en hornos de convección industriales. Pueden ser de diseños unidireccionales o bidireccionales. Extremadamente resistentes, se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de hornos de alta temperatura (hasta 1800 grados F).
Ventiladores axiales de tubos – Son unidades de ventiladores axiales con rodetes ubicados en tubos cilíndricos, sin compuertas de entrada ni de salida.
Ventiladores de paletas : estos ventiladores de flujo axial tienen una mayor capacidad de presión debido a la presencia de paletas estáticas.
Ventiladores axiales de paso variable : las aspas de estos ventiladores axiales se ajustan manualmente para permitir cambiar el ángulo de las aspas. Esto permite el funcionamiento en una gama mucho más amplia de relaciones de volumen/presión. Las palas se ajustan periódicamente para optimizar la eficiencia haciendo coincidir el paso de las palas con las diferentes condiciones de la aplicación. Estos ventiladores se utilizan a menudo en aplicaciones de minería.
Ventiladores axiales de paso variable sobre la marcha : son similares a los "ventiladores axiales de paso variable", excepto que incluyen un mecanismo interno que permite ajustar el paso de las aspas mientras el rotor del ventilador está en movimiento. Estos ventiladores versátiles ofrecen un funcionamiento de alta eficiencia en muchos puntos de operación diferentes. Esta capacidad de ajuste instantáneo de las aspas es una ventaja que es posible únicamente con ventiladores axiales.
Ventiladores de refrigeración (también conocidos como "ventiladores de torre de refrigeración") : son ventiladores axiales, normalmente con diámetros grandes, para presiones bajas y grandes volúmenes de flujo de aire. Las aplicaciones se encuentran en torres de enfriamiento mecánico húmedo, condensadores de vapor enfriados por aire, intercambiadores de calor enfriados por aire, radiadores o aplicaciones similares enfriadas por aire.
Ventiladores de flujo mixto : los patrones de flujo de gas que producen estos ventiladores se asemejan a una combinación de patrones axiales y centrífugos, aunque las ruedas del ventilador a menudo parecen similares a las ruedas centrífugas. Existen varios tipos de ventiladores de flujo mixto, incluidos ventiladores y sopladores de alta presión herméticos.
Los Jet Fans se utilizan para las necesidades diarias de ventilación y extracción de humos en caso de incendio (250 ® C/120 min). Estos ventiladores industriales tienen aspas de impulsor simétrico; 100% reversible con motores de baja emisión sonora IP55, clase de aislamiento H (versión extracción de humos). Aplicación para ventilación de sótanos y ventilación de túneles, etc.
Hay varios medios para controlar el caudal de un ventilador, por ejemplo, reduciendo temporalmente el caudal de aire o gas; Estos se pueden aplicar tanto a ventiladores centrífugos como axiales.
Variación de velocidad : todos los tipos de ventilador descritos anteriormente se pueden usar junto con un controlador de velocidad variable. Puede ser un controlador de CA de frecuencia ajustable, un motor y accionamiento de CC, un controlador de turbina de vapor o una unidad de accionamiento hidráulico de velocidad variable ("impulsor de fluido"). El control de flujo mediante velocidad variable suele ser más suave y eficiente que mediante control de compuerta. Es posible lograr importantes ahorros de energía (con un costo de operación reducido) si se utilizan unidades de ventilador de velocidad variable para aplicaciones que requieren una operación de flujo reducido durante una parte importante de la vida útil del sistema.
Compuertas Industriales - Estos dispositivos también permiten controlar el flujo volumétrico de los ventiladores durante el funcionamiento, mediante paneles para dirigir el flujo de gas o restringir las áreas de entrada o salida.
Hay una variedad de amortiguadores disponibles:
Compuertas de caja de entrada con persianas Compuertas
de entrada radiales Compuertas de
paletas de entrada variable (VIV) Compuertas
de vórtice Compuertas
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