Equipos y Componentes Industriales

Ventiladores Industriales

INTEGRANTES.

Porras Méndez, Anthony Alvarez Ynza, Miguel AngelLagos Huaman, PaulSantos Luna, Nilton

PROFESOR.Anwar Yarin Achachagua

C13 – 04 – AB

2013 - II

_VENTILADORES_

1.- INTRODUCCIÓN

2.- PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

3.- TIPOS

3.1.- Ventiladores axiales

3.2.- Ventiladores centrífugos

4.- DISEÑO

5.-SELECCIÓN DE VENTILADORES

5.1.- Parámetros de selección

6.- FALLAS COMUNES

6.1.- Causas y consecuencias

7.- MANTENIMIENTO

INTRODUCCIÓN

Para mover el aire a través de una extracción localizada o un sistema de ventilación general de un local es necesario aportar energía para vencer las pérdidas de carga del sistema. En la gran mayoría de los casos el aporte de energía proviene de máquinas denominadas ventiladores aunque, en algunos casos, la ventilación se puede realizar por convección natural sin el uso de los ventiladores.

A continuación se describe los diferentes tipos de ventiladores que tienen aplicación en la industria, los parámetros de selección y su mantenimiento.

DEFINICIÓN GENERAL

Es una turbo máquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es un gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinado rendimiento.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL VENTILADOR

El ventilador consta de dos polos, uno negativo y otro positivo. El positivo recorre todo el ventilador y en negativo solo llega al motor, estos dos envían electricidad a la bobina la cual se encuentra recubierta por varios cables de cobre que se encargan de producir la energía magnética necesaria para mover el eje el cual mueve a su vez, las hélices generando la corriente de aire, fría o caliente.

Las velocidades de este dependen de la cantidad de energía que reciba la bobina, entre más energía más fuerza y velocidad. Fig. 1 ventilador industrial.

PARTES DEL VENTILADOR

PRINCIPALES

HÉLICE: Son las que se encargan de producir la corriente de aire fría o caliente, girando a altas o bajas velocidades. Estas se encuentran fabricadas principalmente de materiales como aluminio o pasta que son perfectos, ya que son capaces de soportar las diferentes presiones del aire, y no romperse.

MOTOR ELÉCTRICO: Es una máquina eléctrica que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Este es el que contiene todos los elementos que hacen funcionar el ventilador.

BOBINA: La bobina por su forma en espiras de alambre enrollados almacena energía en forma de campo magnético.

Todo cable por donde circula la corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por esta misma.

Al estar la bobina hecha de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior.

OTRAS PARTES SON:

COJINETES: Encargados de sostener el eje. Estos no se encuentran en los ventiladores de techo, mesa o pared.

EJE CENTRAL O ROTOR: Hecho principalmente de metal, es el encargado de sostener las hélices y de transferir la energía de la bobina a estas, para que roten.

TARJETA DE VELOCIDADES: Se encarga de dejar pasar la corriente al motor del ventilador mediante unos reguladores de velocidad.

CAPACITOR: Se encarga de regular el flujo de corriente hacia la bobina para controlar las velocidades. Cumple una función parecida a la tarjeta de velocidades.

TIPOS

Ventiladores axiales

Son aquellos en los cuales el flujo de aire sigue la dirección del eje del mismo. Se suelen llamar helicoidales, pues el flujo a la salida tiene una trayectoria con esa forma. En líneas generales son aptos para mover grandes caudales a bajas presiones. Con velocidades periféricas medianamente altas son en general ruidosas. Suelen sub-clasificarse, por la forma de su envolvente, de la siguiente manera.

VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION

HELICOIDAL

Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma de presión dinámica.

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.

TUBE AXIAL

Tienen rendimiento algo superior al anterior y es capaz de desarrollar una presión estática mayor. Por su construcción es apto para intercalar en conductos.

Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja. También se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y extracciones localizadas de humos.

VANE AXIAL

Con diseños de palas AIRFOIL, permiten obtener presiones medias y altas con buenos rendimientos. Las palas pueden ser fijas o de ángulo ajustable

Tiene aplicaciones similares a los TUBEAXIAL, pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores. Para una determinada prestación es relativamente más pequeño que el ventilador centrifugo

equiparable.

CENTRIFOIL

Se trata de un ventilador con rotor centrifugo pero de flujo axial. Es decir reúne las ventajas del ventilador centrifugo y la facilidad de montaje de un axial con el consiguiente ahorro de espacio.

Las mismas aplicaciones que el ventilador VANEAXIAL.

Ventiladores Centrífugos:

Son aquellos en los cuales el flujo de aire cambia su dirección, en un ángulo de 90°, entre la entrada y salida. Se suelen sub-clasificar, según la forma de las palas o álabes del rotor, de la siguiente manera:

VENTILADOR DESCRIPCION APLICACION

CURVADAS HACIA ADELANTE

Rotor con palas curvadas hacia adelante, apto para caudales altos y bajas presiones. No es autolimitante de potencia. Para un mismo caudal y un mismo diámetro de rotor gira a menos vueltas con menor nivel sonoro.

Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.

PALAS RADIALES

Rotor de palas radiales. Es el diseño más sencillo y de menor rendimiento. Es muy resistente mecánicamente, y el rodete puede ser reparado con facilidad. El diseño le permite ser autolimpiante. La potencia aumenta de forma continua al aumentar el caudal.

Empleado básicamente para instalaciones industriales de manipulación de materiales. Se le puede aplicar recubrimientos especiales anti-desgaste. También se emplea en aplicaciones industriales de alta presión.

INCLINADASHACIA ATRAS

Rotor de palas planas o curvadas inclinadas hacia atrás. Es de alto rendimiento y autolimitador de potencia. Puede girar a velocidades altas.

Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.

AIRFOIL

Similar al anterior pero con palas de perfil aerodinámico. Es el de mayor rendimiento dentro de los ventiladores centrífugos. Es autolimitante de potencia.

Es utilizado generalmente para aplicaciones en sistemas de HVAC y aplicaciones industriales con aire limpio. Con construcciones especiales puede ser utilizado en aplicaciones con aire sucio.

RADIAL TIP

Rotores de palas curvadas hacia delante con salida radial. Son una variación de los ventiladores radiales pero con mayor rendimiento. Aptos para trabajar con palas antidesgaste. Son

Como los radiales estos ventiladores son aptos para trabajar en aplicaciones industriales con movimiento de materiales abrasivos, pero con un mayor rendimiento.

autolimpiantes. La potencia aumenta de forma continua al aumento del caudal.

SELECCIÓN DE VENTILADORES

PARÁMETROS PARA SELECCIONAR UN VENTILADOR

Como ya sabemos existen diferentes tipos de ventiladores que se adecúan a las diferentes necesidades y exigencias que requiere una empresa, por este motivo determinar que ventilador seleccionar para una función no es tan simple, no solo

basta con seleccionarlos por su potencia o su tamaño, la selección viene acompañado de varios parámetros para lograr una buena elección

La selección de un ventilador consiste en elegir aquella 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”.

Parámetros de Selección de Ventiladores

1. CAUDAL: m3/s en condiciones de trabajo.

2. PRESION (Estática o Total): Pa (Pascal) en condiciones de trabajo.

3. CONDICIONES DE TRABAJO:

- Densidad. - Composición de los gases.

- Temperatura. - Porcentaje de humedad.

- ASNM.

4. VELOCIDAD DE SALIDA MAX.:

M/s.

5. VELOCIDAD DE GIRO MAX.: Rpm.

6. NIVEL SONORO MAXIMO ADMITIDO:

dBA

7. DISPOSICION MECANICA:Arreglo constructivo, sentido de giro, posición de descarga y posición del motor

8. CARACTERISTICAS DE LOS GASES:

Gases corrosivos, polvos abrasivos o fibras, etc.

9. ACCESORIOS REQUERIDOS:

- Poleas y Correas. - Puerta de inspección.

- Acoplamientos. - Sello en paso de eje.

- Guarda poleas o acoplamientos. - Pantalla enfriadora.

- Rieles tensores para el motor. - Brida y contrabrida de entrada y salida.

- Base unificadora. - Rejilla de protección en la entrada o salida.

- Control de entrada. - Construcción antichispa.

- Registro de salida. - Construcciones especiales.

- Base antivibratoria.

SELECCIÓN PARA OTRAS DENSIDADES.

Como ya se ha expresado anteriormente, las tablas o curvas características publicadas por los fabricantes están basadas en el aire estándar y las magnitudes de los parámetros a seleccionar están referidas a las condiciones imperantes en la entrada del ventilador, que pueden o no ser coincidentes con las condiciones estándares. El caudal (Q) es constante si el ventilador opera a una velocidad de giro constante (rpm = cte) y sobre un sistema que no implique cambios de resistencia (sin modificación de conductos, campanas, etc.), o sea que no es afectado por los cambios en la densidad. Funcionado el ventilador con densidades diferentes, ρ 1 y ρ 2 resulta entonces que:

Q 1 = Q 2 (m3 / s) (4.8)

Pero tanto la presión (Δh) desarrollada como la potencia (Pot) consumida son proporcionales a la densidad, y para dos densidades diferentes, ρ 1 y ρ 2 resulta:Δh 2 / Δh 1 = ρ 2 / ρ 1 , y11Pot 2 / Pot 1 = ρ 2 / ρ 1 (4.10).Las variaciones de la densidad, debidas a cambios normales de temperatura, presión atmosférica y humedad, son pequeñas y no se las considera. Cuando la variación de la

densidad es mayor que un 5 % del valor estándar (1,2 kg / m3) se deben considerar las correcciones indicadas para la presión y la potencia.Para realizar la selección es necesario tomar como datos para entrar en las tablas características, el caudal real en las condiciones existentes en la entrada del ventilador con la presión corregida o presión equivalente debido a las diferentes densidades.La llamada presión equivalente es la presión que corresponde a la densidad estándar y se la determina, de acuerdo a la expresión utilizando la siguiente ecuación:Δh e = Δh r . (1,2 / ρ r) (mmcda) donde: Δh e ( N / m3): presión equivalente,Δh r ( N / m3): presión real, y ρ r (kg / m3): densidad real.Las presiones (Δh e y Δh r) pueden representar tanto a la presión total del ventilador como la presión estática del ventilador, según sea la variable usada por el fabricante del ventilador.El ventilador seleccionado se esta forma, es decir con el caudal constante y la presión equivalente, debe operar a una velocidad de giro (rpm) que es indicada en la tabla. Sin embargo, la presión desarrollada por el ventilador no será la indicada por la tabla (la presión equivalente) sino que es el valor real (Δh r) desarrollado en las condiciones de operación.De la misma forma, la potencia requerida no es la indicada por la tabla, sino que varía con la densidad según la expresión:Pot r = Pot tabla . ( ρ r / 1,2 ) (W)

Donde:Pot r (W): potencia real consumida,Pot tabla (W): potencia entregada al eje según la tabla, y

ρ r (kg / m3): densidad real.

INFLUENCIA DEL RENDIMIENTO.

Curva de Potencia vs Caudal.

En la gráfica mostrada se puede detallar la potencia que entrega cada tipo de ventilador industrial respecto al caudal que debe salir.

Se han representado las curvas características de los tipos fundamentales de ventilación, para poder comprender mejor su comportamiento. Los tres ventiladores que se comparan tienen el mismo diámetro de rodete. Podemos ver que, a igualdad de caudal impulsado (Q), los ventiladores centrífugos dan más presión que los helicentrifugos, y estos a su vez más que los helicoidales. También se observa que, los centrífugos mueven caudales menores que los helicocentrifugos, y estos menos que los helicoidales. Por tanto, puede aceptarse que los ventiladores más adecuados cuando los caudales sean grandes y las presiones que deban vencer sean pequeñas son los helicoidales. Este tipo de ventilador tiene además la ventaja de la facilidad de instalación. Los ventiladores indicados para mover caudales pequeños pero a elevada presión son los centrífugos; finalmente, un caso intermedio es el de los ventiladores helicocentrifugos.

FALLAS COMUNES Y CAUSAS

1. Flujo de aire bajo es causado por: - La presión estática del sistema es mayor a la calculada- La velocidad del ventilador es menor a la

calculada- Las compuertas no están adecuadamente

ajustadas- Conexiones deficientes o abruptas en los

ductos de succión o descarga.- Fugas de aire en el sistema- Rodete o hélice dañada- Rotación incorrecta- Filtros sucios- Mal funcionamiento de las persianas- Obstrucción en la entrada del aire del local

2. Flujo de aire alto es causado por: - La presión estática del sistema es menor que la de diseño.- La velocidad del ventilador es mayor a la de diseño- Filtros o rejillas sin colocar en su lugar- Las compuertas no están adecuadamente ajustadas

3. Vibración y ruido es causado por: - Des alineamiento en chumaceras o transmisión- Cuerpos extraños causando desbalance al rodete o hélice- Instalación deficiente- Rodamientos gastados- Rodete, hélice o motor dañado- Opresores y tornillos rotos o flojos- Flecha del rodete, hélice o del motor vencida- Rodete, hélice o motor desbalanceado- Velocidad demasiado alta o sentido de giro incorrecto.- Componentes o partes sueltas o flojas (soltura mecánica)- Vibración transmitida al ventilador procedente de otro

equipo- Rodete o hélice rozando con alguna pieza- Bandas demasiado flojas o demasiado tensas- Instalación forzada o estructurada torcida- Operación incorrecta de las persianas

4. Calentamiento excesivo en rodamientos es causado por: - Excesivo o escaso lubricante en los

rodamientos- Alineación defectuosa- Flecha vencida- Empuje axial anormal - Suciedad en rodamientos- Tensión excesiva en las bandas - Vibración excesiva- Temperatura del aire mayor a la de diseño

5. Calentamiento de la transmisión es causado por: - Tensión incorrecta en las bandas - Incorrecta alineación de transmisión- Mal diseño de la transmisión - Transferencia de calor de los rodamientos a la transmisión

6. Potencia excesiva es causado por: - Velocidad del ventilador más alta que la del diseño- La densidad del aire es más alta que la de diseño- Rotación del rodete o hélice equivocada- Presión estática menor a la considerada - Tamaño o tipo de ventilador no apropiado para la aplicación no deseada

7. El ventilador no opera es causado por: - Fusibles fundidos- Bandas rotas- Polea suelta- Motor demasiado pequeño- Voltaje incorrecto

8. Sobrecarga del motor (calentamiento y/o alto consumo de corriente) es causado por: - Velocidad del motor muy alta- La resistencia del sistema es menor que la calculada- Mala conexión del motor- Voltaje incorrecto- Rotación incorrecta del ventilador- Ventilador de enfriamiento desviado o bloqueado- Espacio libre alrededor del motor inapropiado- RPM del ventilador incorrectos- Suciedad en los devanados

- Obstrucción en succión o descarga.

MANTENIMIENTO

Con el objetivo de prevenir y/o eliminar las anomalías que se generan en los equipos de ventilación o el incremento en los costos de reparación y paros no planeados, se recomienda la aplicación de un programa de mantenimiento predictivo basado en vibraciones.

El mantenimiento predictivo emplea tecnología de manera periódica para detectar fallas prematuras antes de convertirse en un problema grave.

Problemas detectados mediante Análisis de Vibraciones

Desbalance: Cuando los componentes de una máquina rotatoria giran alrededor de un eje de rotación que no coincide con el eje principal de inercia, existe una condición comúnmente conocida como desbalance. Es muy común que debido al proceso mismo, el ventilador sea afectado por la acumulación de polvo, suciedad y otras sustancias; provocando un desbalance “falso”. Al desbalance se leatribuye el 40% de las fallas. Las causas más comunes que se atribuyen al desbalance, es la falta de material, rotura de álabes o la acumulación de material en el álabe.

Desalineación: ocasiona daño directamente a los rotores, rodamientos y a la transmisión (poleas-bandas). La fuente de vibración mas importante en las transmisiones de bandas en “V” es generada por la desalineación de poleas. La vibración en el sentido axial, es casi siempre provocada por una desalineación entre poleas y esto puede acelerar el desgaste de los rodamientos de empuje. A la desalineación se le atribuye el 50% de fallas.

Flexiones permanentes

Fisuras en estructuras

Rozamientos

Deterioro o defectos en rodamientos

Resonancias y vibraciones transmitidas

Vibración en cimentaciones, estructuras y soportes

Vibración inducida por flujo

Problemas en motores eléctricos

Problemas de lubricación

Tipos de Montaje Anti vibratorios

Para detener la vibración entre los ventiladores y las estructuras de los edificios, y también para hacer más fácil convivir con los equipos que se anclan, se puede considerar la posibilidad de colocar aisladores de vibración. Los resortes unitarios proporcionan el mejor aislamiento a la vibración debido a que casi no absorben energía; el hule absorberá alrededor del 27% y el corcho natural del 6 al 11%, en una escala de 800 a 2000 pies/min.

En la selección de los elementos anti vibratorios hay que tener en cuenta la forma de trabajo del equipo en el que van a ser instalados, el área de contacto que va a tener donde asienta el equipo y el soporte, las condiciones climáticas a las que va a ser sometido, la experiencia del instalador, nivelación, ya que estos son factores que influyen en el trabajo que realizan los aisladores. El montaje directo se realiza en pequeños equipos de poca envergadura como pueden ser cajas de ventilación, condensadoras domésticas o semidomésticas, fan–coils, etc.

Bibliografía.

Industrial Ventilation. 20th Edition of Recomended Practice, 1988. American Conference of Governmental Industrial Hygienists. 6500 Glenway Avenue, Bldg. D-7. Cincinnati, Ohio 45211 USA