¿Cómo seleccionar un ventilador centrífugo para aplicaciones de alta-presión?

Seleccionar un ventilador centrífugo para una aplicación de alta-presión requiere más que elegir un modelo con la clasificación de presión más alta.

En un sistema de aire industrial, la alta presión generalmente proviene de la resistencia del sistema: conductos largos, filtros, colectores de polvo, depuradores, intercambiadores de calor, compuertas, equipos de proceso o una combinación de estos componentes.

Por lo tanto, el ventilador debe suministrar el flujo de aire necesario en función de la presión real del sistema.

Una selección adecuada debe comenzar con el punto de trabajo y luego considerar la curva del ventilador, el diseño del impulsor, la velocidad de funcionamiento, la potencia del motor, las condiciones del gas y la estabilidad operativa.

1. Defina qué significa "alta presión" para el sistema

El primer error al seleccionar un ventilador de alta-presión es tratar la presión como un número aislado.

Por ejemplo, decir que un sistema necesita "5.000 Pa" no le dice al fabricante lo suficiente como para seleccionar el ventilador.

El fabricante también necesita saber:

• Flujo de aire requerido
• Presión estática o presión total
• Temperatura del gas
• Densidad del gas
• Contenido de polvo o partículas
• Horas de funcionamiento
• Configuración de conductos
• Equipo de proceso conectado al ventilador.

El flujo de aire requerido y la presión del sistema definen juntos el punto de funcionamiento del ventilador. AMCA describe el punto de trabajo como la combinación de flujo de aire y presión estática o total a una densidad de gas específica.

Por ejemplo:

Caudal de aire: 18.000 m³/h
Presión estática: 5.000 Pa

Es una especificación mucho más útil que simplemente pedir un "soplador industrial de 5.000 Pa".

2. Calcule la resistencia real del sistema

Un requisito de alta-presión normalmente proviene de la resistencia del sistema.

Antes de seleccionar el ventilador calcular las pérdidas de presión mediante:

Conductos largos

Codos y curvas

Filtros

Colectores de polvo

Depuradores

Amortiguadores

Intercambiadores de calor

Silenciadores

Equipo de proceso

Pilas de escape

Otros componentes del sistema

Si se subestiman estas pérdidas, el ventilador seleccionado puede lograr el flujo de aire requerido durante la prueba, pero no lograr mantenerlo después de la instalación.

Esto es particularmente común cuando se selecciona un ventilador solo según el requisito de flujo de aire.

Para un sistema de alta-presión, incluso errores relativamente pequeños en la estimación de la presión pueden afectar significativamente el punto de funcionamiento final.

3. Seleccione el ventilador desde el punto de trabajo, no desde la presión máxima

La presión máxima de un ventilador centrífugo no es necesariamente la presión a la que debe funcionar.

La curva de rendimiento del ventilador muestra la relación entre el flujo de aire y la presión a una velocidad particular. El punto de trabajo requerido debe ubicarse en esta curva y el ventilador seleccionado debe tener un rango de operación apropiado alrededor de ese punto.

Por ejemplo, supongamos que el sistema requiere:

15.000 m³/h a 4.000 Pa

Puede haber varios ventiladores capaces de producir 4.000 Pa.

La mejor selección no es automáticamente el ventilador con la presión máxima más alta.

En su lugar, compare dónde opera cada ventilador:

15.000 m³/h + 4.000 Pa

Luego revisa:

Eficiencia del ventilador

Velocidad del ventilador

potencia del motor

Estabilidad operativa

Diseño del impulsor

Ruido

Requisitos mecánicos

El punto de funcionamiento real es mucho más importante que la presión máxima indicada en un catálogo.

4. Verifique cuidadosamente la curva del ventilador

Las aplicaciones de alta-presión hacen que la selección de la curva de ventilador-sea particularmente importante.

Una curva de ventilador típica traza el flujo de aire frente a la presión estática o total. El punto de funcionamiento requerido del sistema se encuentra en el gráfico y el ventilador debe seleccionarse de modo que este punto se encuentre en una región de funcionamiento adecuada.

AMCA señala que el funcionamiento del ventilador a la izquierda del punto-de presión máxima puede implicar inestabilidad y recomienda evitar esta región a menos que el fabricante lo apruebe específicamente.

Por lo tanto, al evaluar un ventilador centrífugo de alta-presión, pregunte:

¿Dónde está el punto de trabajo requerido en relación con el punto de presión-pico?

Un ventilador que técnicamente pueda alcanzar la presión requerida puede seguir siendo una mala elección si tiene que funcionar demasiado cerca de una región inestable.

5. Elija el diseño de impulsor adecuado

El diseño del impulsor se vuelve cada vez más importante a medida que aumentan los requisitos de presión.

Las diferentes configuraciones de ventiladores centrífugos producen diferentes combinaciones de características de flujo de aire, presión, eficiencia y potencia.

Impulsor radial

Los ventiladores centrífugos de aspas radiales-a menudo se consideran para aplicaciones que requieren una presión relativamente alta y para algunas aplicaciones que involucran polvo o partículas-de aire cargado.

AMCA describe que los ventiladores centrífugos radiales tienen características de presión más altas que los diseños de perfil aerodinámico, curvados hacia atrás- e inclinados hacia atrás-.

Por lo tanto, se pueden considerar para tareas industriales exigentes donde la capacidad de presión y el funcionamiento robusto son importantes.

Impulsor curvo-hacia atrás

Los diseños curvos-hacia atrás se seleccionan habitualmente cuando la eficiencia es una consideración importante.

Pueden proporcionar alta presión manteniendo una buena eficiencia cuando se operan en un punto adecuado de la curva de rendimiento.

Para aplicaciones donde el consumo de energía es una preocupación importante, se debe comparar la eficiencia en el punto de trabajo real en lugar de simplemente comparar la clasificación de presión nominal.

Impulsor curvo-adelante

Los diseños curvos-hacia adelante tienen diferentes características de presión y potencia y no deben considerarse automáticamente como la opción preferida simplemente porque pueden producir el flujo de aire requerido.

AMCA señala que los ventiladores-con curvatura hacia adelante tienen una curva de presión más plana y que la selección del motor debe tener en cuenta sus características de potencia crecientes para lograr una entrega gratuita.

Por lo tanto, el impulsor debe seleccionarse de acuerdo con los requisitos completos del sistema.

6. Considere cuidadosamente la velocidad del ventilador

Aumentar la velocidad del ventilador puede aumentar la presión y el flujo de aire, pero también afecta el consumo de energía, el ruido y la carga mecánica.

Para una aplicación de alta-presión, simplemente aumentar las RPM no siempre es la mejor solución.

Una velocidad más alta puede resultar en:

Mayor potencia motora

Mayor velocidad de salida

Mayor ruido

Mayores cargas de rodamiento

Mayor estrés mecánico

Requisitos de equilibrio más exigentes

Si se espera que el ventilador funcione continuamente, estos factores pueden tener un efecto significativo en la vida útil y el costo operativo.

Un ventilador más grande y de menor-velocidad a veces puede proporcionar el punto de trabajo requerido con diferentes características mecánicas y de eficiencia que un ventilador más pequeño y de mayor-velocidad.

Las dos opciones deben compararse según el punto de funcionamiento real.

7. Verifique la potencia del motor en el flujo de aire requerido

Los ventiladores de alta-presión pueden requerir una potencia de motor considerable, especialmente cuando tanto el flujo de aire como la presión son altos.

La relación básica es sencilla: el ventilador debe agregar suficiente energía al gas para superar la resistencia del sistema mientras mueve el volumen requerido.

Sin embargo, los requisitos reales del motor también dependen de la eficiencia del ventilador, la densidad del gas, la velocidad y las pérdidas del accionamiento.

Las curvas de rendimiento del ventilador suelen incluir una curva de potencia para que la potencia requerida del ventilador pueda evaluarse con el flujo de aire seleccionado. AMCA señala que los requisitos de energía deben considerarse junto con la curva de rendimiento y las condiciones de operación.

No seleccione el motor únicamente a partir del valor de presión máxima.

En su lugar, determine el requisito de energía en el punto de operación real y luego verifique la clasificación del motor con respecto al rango de operación esperado.

8. Confirme la presión estática o la presión total

La terminología de presión debe quedar clara antes de seleccionar un ventilador de alta-presión.

Una especificación del sistema puede referirse a:

Presión estática

Presión total

Presión estática del ventilador

Pérdida de presión del sistema

Estos valores están relacionados pero no son intercambiables.

La presión total del ventilador incluye el componente de presión de velocidad-, mientras que la presión estática no. La guía del sistema de ventilador-de AMCA advierte específicamente que la definición de presión utilizada para los requisitos del sistema debe coincidir con la base de presión de la selección del ventilador.

Para un proyecto de alta-presión, confirme exactamente qué representa la presión especificada.

Una discrepancia entre la presión estática y total puede provocar una selección incorrecta del ventilador incluso cuando el valor numérico parece razonable.

9. Considere la posibilidad de utilizar gas a alta-temperatura

Algunas aplicaciones industriales de alta-presión también implican temperaturas elevadas del gas.

Los ejemplos incluyen:

Sistemas de calderas

escape del horno

Sistemas-de chorro caliente

Equipos de procesamiento térmico.

Ciertos sistemas de tratamiento de gases residuales.

La temperatura afecta la densidad del gas y, por lo tanto, el rendimiento del ventilador y los cálculos de potencia.

El fabricante debe conocer tanto la temperatura de funcionamiento normal como la máxima.

Si la temperatura fluctúa significativamente, la selección debe considerar todo el rango operativo esperado en lugar de solo la temperatura normal.

10. Considere el polvo y las partículas abrasivas

Los ventiladores de alta-presión se suelen utilizar en sistemas que también manejan polvo o partículas.

Los ejemplos incluyen:

Recolección de polvo

Procesamiento de cemento y minerales.

escape industrial

Reciclaje de plástico

Transporte de materiales

Manipulación de polvo

En estas aplicaciones, el ventilador no sólo debe generar presión sino también soportar las características del medio transportado.

El tamaño de las partículas, la concentración, la abrasividad y la velocidad de transporte pueden influir en la selección del ventilador.

Para aplicaciones de transporte de materiales, por ejemplo, un impulsor radial puede ser más apropiado que un ventilador diseñado principalmente para ventilación de aire limpio-.

11. Preste atención a las condiciones de entrada y salida del ventilador

Los sistemas de alta-presión pueden ser particularmente sensibles a las condiciones de instalación.

El ventilador puede seleccionarse correctamente según su rendimiento de catálogo, pero no lograr el rendimiento esperado en el campo si la disposición de entrada o salida crea efectos adicionales en el sistema.

Controlar:

Configuración del conducto de entrada

Configuración del conducto de salida

Codos cerca del ventilador.

Transiciones repentinas de conductos

Amortiguadores

Conexiones flexibles

Velocidad de salida

Espacio libre de instalación

AMCA señala que la instalación del ventilador debe ser similar a las condiciones bajo las cuales se estableció el rendimiento para minimizar los efectos del sistema.

Esto es especialmente importante cuando un requisito de presión grande deja relativamente poco margen para una resistencia inesperada del sistema.

12. Evite seleccionar demasiado cerca de la presión máxima

Esto merece una atención aparte.

El punto más alto de la curva de presión de un ventilador no es necesariamente el mejor punto de funcionamiento.

Las curvas de ventilador pueden exhibir un comportamiento inestable alrededor o a la izquierda de la presión máxima. AMCA identifica específicamente esta región como un área donde puede ocurrir inestabilidad y recomienda evitar la operación allí a menos que lo apruebe el fabricante.

Los posibles síntomas de funcionamiento inestable pueden incluir:

Flujo de aire fluctuante

Ruido excesivo

Vibración

Fluctuaciones de presión

Mal control de procesos

Por esta razón, una selección de fans experimentada no se limita a preguntar:

"¿Puede el ventilador alcanzar los 5.000 Pa?"

Pregunta:

"¿Puede el ventilador entregar el flujo de aire requerido a 5000 Pa mientras funciona en una región adecuada y estable de su curva de rendimiento?"

Ésa es una pregunta de ingeniería mucho más útil.

13. Compare la eficiencia en el punto de servicio de alta-presión

Las aplicaciones de alta-presión pueden consumir una cantidad considerable de energía.

Si el ventilador funciona 16 o 24 horas al día, incluso una pequeña diferencia en eficiencia puede volverse importante con el tiempo.

Al comparar dos modelos de ventiladores adecuados, compare su eficiencia en el punto de funcionamiento real, no su eficiencia máxima en otro flujo de aire.

Considere también:

Eficiencia del motor

Pérdidas de unidad

Velocidad del ventilador

Horas de funcionamiento

Rango de carga esperado

Operación VFD

Un ventilador con un precio de compra ligeramente más alto puede tener un costo operativo total más bajo si funciona de manera más eficiente en el punto de trabajo requerido.

14. ¿Cuándo debería considerar una solución-de varias etapas?

Si el requisito de presión se vuelve extremadamente alto, puede ser necesario considerar alternativas al simple aumento de la velocidad de un solo ventilador.

Dependiendo del proceso, las opciones pueden incluir:

Un ventilador centrífugo más grande

Un diseño de impulsor diferente

Un ventilador-de mayor velocidad

Dos fans en serie

Múltiples etapas de ventilador

Una tecnología de soplador diferente

La solución adecuada depende del flujo de aire requerido, la presión, las características del gas y la configuración del proceso.

Para un sistema de ventilación industrial estándar, un único ventilador centrífugo seleccionado adecuadamente puede ser suficiente. Sin embargo, para relaciones de presión inusualmente altas, el sistema debe evaluarse como un proceso completo en lugar de simplemente solicitar un ventilador convencional más grande.

15. ¿Qué información debería proporcionarle al fabricante del ventilador?

Para obtener una cotización de ventilador centrífugo de alta-presión, proporcione:

Parámetro	Ejemplo
flujo de aire	15,000 m³/h
Presión estática	4.000Pa
Gas	Aire/gases de escape
Temperatura	80 grados
Contenido de polvo	Limpio/cargado de polvo-
Densidad del gas	Si está disponible
Horas de funcionamiento	20h/día
Fuente de alimentación	380 V / 50 Hz / Trifásico
Conducir	Transmisión directa/por correa
Control de velocidad	Velocidad fija/VFD
Instalación	Interior/exterior
Solicitud	Recolección de polvo/extracción/ventilación de proceso

Si el gas está caliente, tiene polvo, es corrosivo o contiene material transportado, proporcione esa información antes de seleccionar el ventilador.

Luego, el fabricante puede evaluar el tamaño del ventilador, la configuración del impulsor, la velocidad, el motor y la construcción requeridos.

Un ejemplo práctico

Supongamos que un sistema de extracción de polvo requiere:

Caudal de aire: 12.000 m³/h

Presión estática: 4.500 Pa

Temperatura del gas: 60 grados

Polvo: polvo de proceso abrasivo

El proceso de selección debe ser:

Paso 1 - Confirme el flujo de aire.

El sistema requiere 12.000 m³/h en las condiciones de diseño.

Paso 2 - Calcular la resistencia total del sistema.

Incluya conductos, codos, resistencias de filtros, resistencias de colectores de polvo y otros equipos conectados.

Paso 3 - Confirme la base de presión.

Verifique que 4500 Pa se refiere a la presión estática requerida y que se calcula utilizando la misma definición de presión utilizada para los datos de rendimiento del ventilador.

Paso 4 - Compare diseños de ventiladores centrífugos adecuados.

Evalúe las opciones radiales y curvadas-hacia atrás según la condición real del polvo, los requisitos de presión y el objetivo de eficiencia.

Paso 5 - Verifique las curvas del ventilador.

Identificar modelos capaces de producir 12.000 m³/h a aproximadamente 4.500 Pa.

Paso 6 - Verifique la región operativa.

Evite seleccionar un modelo que alcance el punto de trabajo solo cerca de la región inestable alrededor de la presión máxima.

Paso 7 - Verifique la potencia y la velocidad.

Confirme la potencia del motor, las RPM del ventilador y la disposición del variador en el punto de trabajo real.

Paso 8 - Verifique la temperatura y las condiciones del polvo.

Verifique que la construcción y los materiales sean adecuados para aire cargado de polvo-a 60 grados.

Este enfoque ofrece una selección mucho más confiable que elegir un ventilador según su clasificación de presión máxima.

Conclusión final

Seleccionar un ventilador centrífugo para una aplicación de alta-presión es principalmente una cuestión de hacer coincidir la capacidad de presión con el flujo de aire requerido en un punto de funcionamiento estable y eficiente.

Comience calculando la resistencia real del sistema. Defina el punto de trabajo en términos de flujo de aire y presión. Luego evalúe la curva de rendimiento del ventilador, el diseño del impulsor, la velocidad del ventilador, la potencia del motor y la eficiencia.

Para sistemas de aire-limpio, puede ser apropiado un diseño centrífugo-curvo hacia atrás u otro diseño centrífugo de alta-eficiencia. Para aplicaciones exigentes de manejo de presión o partículas-, puede valer la pena considerar un diseño de impulsor radial.

Lo más importante es que no seleccione un ventilador simplemente porque tiene una presión máxima alta.

La mejor pregunta es:

¿Puede este ventilador centrífugo entregar el flujo de aire requerido a la presión requerida, bajo las condiciones reales del gas y del sistema, mientras opera en una región estable y eficiente de su curva de rendimiento?

Ésta es la base de una buena selección de ventiladores-de alta presión.