Ventiladores
Acoplamiento de ventiladores
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.
1. Acoplamiento en serie
Este sistema consiste en conectar los ventiladores uno a continuación del otro, Fig. 1. O bien dentro de un mismo conducto en el que se mantenga la misma dirección del flujo del aire,
Fig. 2.
Fig. 1. Ventiladores axiales acoplados en serie
Hay que observar que aunque el aumento de presión puede parecer ventajoso en algunos casos, la característica resistente del sistema aumenta en la misma proporción por lo que desaparece la ventaja del aumento de presión.
Y que en cuanto a la potencia, sí que debe tenerse en cuenta el aumento experimentado, aunque en el caso concreto de aumento de densidad por disminución de temperatura el motor no se recalentará en exceso por disfrutar de una mayor refrigeración, si es que la realiza con el aire frío. De todas formas es aconsejable controlar el gasto del motor.
Las fórmulas de los cuadros anteriores pueden resumirse en los dos a continuación, que nos permiten calcular el caudal, la presión, la potencia y el ruido de un ventilador variando varios parámetros a la vez.
Fig. 2. Ventiladores centrifugos 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, como la representada en la gráfica de la Fig. 3.
Fig. 1. 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 sean las de la Fig. 4, 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.
Fig. 4. 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 sobrecaudal 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, Fig. 4, 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, Fig. 1. 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, Fig. 5.
Fig. 5. 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, Fig. 6.
Fig. 5. Características comparadas
Pero el diseño de la hélice segunda debe ser especial tanto en inclinación y número de sus álabes como en el dimensionado del motor de accionamiento. Dos ventiladores de serie, iguales, no pueden acoplarse directamente a contrarrotación.
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