¿Qué presión generan los ventiladores centrífugos? - Blog

Si alguna vez estuvo en la sala HVAC de un edificio comercial durante una revisión del sistema, o vio un proceso de secado industrial mover materiales a través de una red de conductos, es probable que los ventiladores centrífugos estuvieran haciendo el trabajo pesado. A diferencia de los ventiladores axiales que empujan el aire en línea recta a lo largo de su eje, los ventiladores centrífugos generan un flujo haciendo girar el aire (o gas) en un movimiento circular dentro de una carcasa curva y luego dirigiéndolo hacia afuera a través de una salida. Durante años, he trabajado junto a equipos que diseñan estos sistemas, respondiendo la misma pregunta una y otra vez: ¿Cuál es exactamente la presión generada porventiladores centrífugos? No es un número aleatorio extraído de una hoja de especificaciones: es una métrica de rendimiento central que determina si un sistema HVAC calienta de manera uniforme, un proceso industrial se seca de manera eficiente o el intercambio de aire de un almacén funciona según lo previsto.

Empecemos por lo básico para desmitificar esto. Cuando hablamos de presión de un ventilador centrífugo, nos referimos a la diferencia de presión de aire entre la entrada del ventilador (por donde entra el aire) y su salida (por donde sale el aire). Aquí la presión no es fuerza por la fuerza; es lo que supera la resistencia en el sistema. Esa resistencia proviene de dos fuentes principales: la fricción entre las moléculas de aire y las paredes de los conductos, filtros o serpentines, y cualquier obstáculo que interrumpa el flujo, como curvas en los conductos o rejillas de ventilación. Sin suficiente presión, el aire se moverá lentamente, dejando a su paso habitaciones congestionadas, materiales poco secos o una refrigeración inadecuada.

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Hay dos tipos clave de presión que medimos con ventiladores centrífugos y trabajan juntos para hacer que el aire se mueva. La presión estática es la presión "oculta" que empuja contra superficies, como las paredes de un conducto o un filtro. Piense en ello como la presión dentro de un globo: no fluye, pero ejerce fuerza hacia afuera. La presión de velocidad, por otro lado, es la presión del aire en movimiento, directamente relacionada con la velocidad a la que viaja el aire. La presión total es solo la suma de estos dos y es la energía total que el ventilador agrega a la corriente de aire. La mayoría de las veces, cuando hablamos de la presión del ventilador centrífugo como una clasificación de rendimiento, nos referimos a la presión estática, porque esa es la presión que realmente empuja el aire a través de la resistencia de todo el sistema.

Ahora bien, ¿cómo crean esta presión los ventiladores centrífugos? La ciencia se reduce a un principio llamado fuerza centrífuga, más la forma del impulsor del ventilador (la parte giratoria que mueve el aire). A medida que el impulsor gira, lanza aire desde su centro hacia la carcasa del ventilador, aumentando su velocidad. Cuando ese aire que se mueve rápidamente golpea la sección curva más ancha de la carcasa, se desacelera y esa caída en la velocidad convierte la energía del impulsor giratorio en presión estática. La forma de las palas del impulsor juega un papel muy importante aquí: las palas curvadas hacia atrás, las palas curvadas hacia adelante y las palas radiales generan presión de maneras muy diferentes, por lo que adaptamos el tipo de impulsor a aplicaciones específicas.

Por ejemplo,centrífugo curvado hacia adelanteLos impulsores tienen muchas palas cortas y curvas que giran rápidamente para generar alta presión estática a velocidades más bajas, lo que los convierte en una elección común para pequeños sistemas comerciales HVAC o unidades de tratamiento de aire. Siempre mantengo una referencia a nuestro [Ventilador centrífugo curvo hacia adelante EC Blauberg BL-F140C-EC-00 de 140 mm] en mis notas para estos usos: es una opción compacta y de bajo consumo, perfecta para espacios reducidos donde se necesita una presión constante sin ocupar mucho espacio. Dicho esto, los ventiladores curvados hacia adelante tienen una desventaja: su demanda de energía aumenta drásticamente a medida que aumenta la resistencia del sistema, lo que puede generar mayores costos operativos con el tiempo.

Sin embargo, los impulsores curvados hacia atrás son mi opción para aplicaciones donde la eficiencia no es negociable. Estas palas se curvan en sentido opuesto a la dirección de rotación, por lo que el aire se mueve suavemente a lo largo de su superficie, lo que reduce la turbulencia y el desperdicio. Generan menos presión estática a una velocidad determinada que las aspas curvadas hacia adelante, pero son mucho más eficientes, especialmente en resistencias del sistema más altas, como conductos largos o filtros múltiples. Nuestro [CE de 355 mmVentilador centrífugo de curva hacia atrásEc Fan Manufacturers 115v for Ventilation] es un ejemplo perfecto de esto: lo usamos en grandes edificios de oficinas y sistemas de ventilación de almacenes, donde brinda una presión constante incluso a través de más de 50 pies de conductos y múltiples filtros de aire. También cuenta con tecnología EC, lo que significa que utiliza un motor de velocidad variable que ajusta el rendimiento en tiempo real, reduciendo el uso de energía cuando la demanda de presión es menor, como por la noche en un edificio con ocupación mínima.

Incluso las aplicaciones más pequeñas, como la refrigeración industrial para gabinetes electrónicos o pequeñas zonas HVAC, también dependen de la presión del ventilador centrífugo. Nuestro [Ventilador de motor centrífugo con ventiladores de refrigeración industriales hacia atrás de CC de 225 mm] está diseñado para estos espacios reducidos y con altas temperaturas. Su impulsor curvado hacia atrás y su motor de CC brindan suficiente presión estática para empujar el aire a través de densos disipadores de calor o pequeñas rejillas de ventilación, sin desperdiciar energía en energía innecesaria. Los modelos alimentados por CC son excelentes para estos usos porque responden muy bien a los cambios de carga: si la carga de calor disminuye, el ventilador se ralentiza, lo que ahorra electricidad y al mismo tiempo mantiene la presión exacta necesaria para mantener los componentes fríos.

Es importante tener en cuenta que la presión no es un número estático para un solo ventilador; cambia según la cantidad de aire que mueve el ventilador, lo que se denomina flujo de aire (medido en CFM o pies cúbicos por minuto). Esta relación se llama curva del ventilador, y cada ventilador centrífugo tiene una curva única que traza el flujo de aire en el eje x y la presión en el eje y. Con un flujo de aire cero (cuando las compuertas del sistema están cerradas), un ventilador generará lo que se llama presión de cierre: la presión máxima que puede producir, incluso cuando no hay aire en movimiento. A medida que abre las compuertas y aumenta el flujo de aire, la presión estática caerá de manera constante, siguiendo la curva del ventilador. El punto óptimo para la mayoría de los sistemas es donde el ventilador opera en su punto más eficiente en esa curva, equilibrando el flujo de aire y la presión para evitar el desperdicio de energía.

Aquí es donde muchos diseñadores de sistemas se equivocan: sobredimensionan un ventilador para obtener alta presión con un flujo de aire bajo, lo que genera un uso excesivo de energía e incluso problemas de ruido. Siempre aconsejo a los clientes que calculen primero la presión estática externa total (TESP) de su sistema, no solo que elijan un ventilador con una clasificación de alta presión. TESP es la suma de todas las caídas de presión en su sistema: filtros, serpentines, rejillas, codos de conductos y cualquier otro componente por el que tenga que pasar el aire. Una vez que tenga ese número, puede compararlo con un ventilador que proporcione exactamente la presión necesaria, además de un pequeño margen de seguridad para cualquier resistencia inesperada, como un filtro sucio en el futuro.

Tomemos como ejemplo nuestro [Ventilador centrífugo de refrigeración a prueba de agua con impulsor trasero EC de 0-10 V y motor de 133 mm para aire acondicionado]. Está diseñado para unidades de aire acondicionado residenciales y comerciales ligeros, donde la resistencia del sistema suele ser menor que en aplicaciones industriales. La curva de su ventilador está calibrada para entregar exactamente la presión necesaria para empujar el aire a través del serpentín del evaporador y los conductos del aire acondicionado, mientras que el control de 0-10 V le permite ajustar la presión en tiempo real a medida que el aire acondicionado realiza ciclos. Esto evita que el ventilador trabaje más de lo necesario, lo que reduce las facturas de energía y extiende la vida útil del ventilador.

Ahora, hablemos de las presiones del mundo real para poner esto en perspectiva. Los ventiladores centrífugos residenciales HVAC generalmente generan entre 0,5 y 2,0 pulgadas de presión estática (una unidad común de presión en estos sistemas, a veces denominada pulgadas de columna de agua o pulgadas WG). Los ventiladores centrífugos comerciales e industriales más grandes pueden generar entre 2 y 8 pulgadas de presión estática, y en aplicaciones especiales como sistemas de secado de alta presión o ventilación industrial, pueden alcanzar incluso más, hasta 15 pulgadas WG o más. Se trata de una gama amplia y es por eso que es fundamental adaptar el ventilador adecuado a sus necesidades de presión específicas.

Los mitos comunes sobre la presión de los ventiladores centrífugos todavía me sorprenden. Una que escucho todo el tiempo es que "un ventilador más grande significa más presión". No importa el tamaño real, pero el tipo de impulsor, la eficiencia del motor y el diseño son mucho más importantes. Un pequeño ventilador curvado hacia atrás con un motor EC puede suministrar la presión exacta necesaria para una unidad de aire acondicionado pequeña, con la misma eficacia que un ventilador mucho más grande curvado hacia adelante. Otro mito es que una presión más alta siempre es mejor. El exceso de presión es simplemente un desperdicio de energía: si su sistema solo necesita 1,5 pulgadas de WG, un ventilador que puede generar 3 pulgadas de WG utilizará el doble de energía de la necesaria, lo que aumentará sus costos operativos sin ningún beneficio para el flujo de aire.

Como proveedor de ventiladores centrífugos, he pasado años ayudando a los clientes a navegar por estos detalles, porque lograr la presión correcta es la diferencia entre un sistema que funciona de manera confiable y uno que causa dolores de cabeza. Ya sea que esté diseñando un nuevo sistema HVAC para un edificio de oficinas de 10 pisos, actualizando el equipo de secado para una línea de fabricación o reemplazando un ventilador de refrigeración desgastado en un recinto industrial, la presión generada por su ventilador centrífugo es la base de su rendimiento.

Si no está seguro exactamente de cuánta presión necesita su aplicación, o desea explorar nuestra gama de ventiladores centrífugos EC, DC, curvados hacia atrás y hacia adelante para encontrar la combinación adecuada para su sistema, nuestro equipo está listo para ayudarlo. Hemos trabajado tanto con pequeñas empresas como con grandes operadores industriales, brindando soluciones de ventiladores personalizadas que equilibran la presión, la eficiencia y la confiabilidad.

Referencias

Manual de ASHRAE -Sistemas HVACy equipamiento (2021)
Ingeniería de ventiladores: manual de ventiladores mecánicos, de aire y de gas (octava edición)
Estándar AMCA 210-15: Métodos de laboratorio para probar ventiladores para obtener una calificación de rendimiento aerodinámico certificado

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