Sistemas de ventilación: desde la perspectiva del motor

Hugh Falkner, Atkins

Detección de ahorros en ventiladores

Buscar: • Demanda variable • Cambios en la demanda posteriores a la instalación del sistema • Tecnologías de control antiguas • Sistemas controlados deficientemente Hay problemas de otra índole que son más difíciles de

identificar o resolver: • Ventiladores mal especificados (tamaño o tipo incorrectos) • Problemas del diseño del sistema (conductos, filtros, etc)

1. Ventiladores

Principios físicos de los ventiladores centrífugos

La mayor contribución a la presión corresponde al efecto centrífugo.

A medida que el ventilador gira, la envoltura:

1. Recoge el aire.

2. Lo ralentiza para recapturar presión.

3. Proporciona dirección al aire que sale del ventilador.

Los cambios en la velocidad de rotación cambian la capacidad de trabajo del ventilador.

¿Por qué los ventiladores tienen distintas formas?

El rendimiento está determinador por muchos factores:

• Tipo de ventilador (forma de las aspas)

• Diámetro de rodete

• Ancho del rodete

• Velocidad de rotación

• Densidad del fluido

Ventiladores centrífugos

Ashrae

Perfil alar - eficiente pero costoso

La eficiencia más alta. Sin sobrecarga. Es posible que los

huecos de las aspas se llenen de polvo.

Ideales para ventilación de alta velocidad y para sistemas de suministro.

Aspas inclinadas hacia atrás

• Eficiencia bastante buena

• Pueden entrar en pérdida con flujos bajos

• Las aspas son más débiles que las aspas curvadas hacia atrás.

• No tan compacto como los de aspas hacia adelante, pero más eficientes

Ventilador Engineering Ltd.

Tipos de ventiladores

Eficiencia típica de los ventiladores

Excluye la envoltura. ¡Es solo una guía!

¿Cómo varía la eficiencia de los ventiladores con el tamaño?

ISO12759: Esquema de clasificación de los ventiladores centrífugos con aspas hacia atrás -actualmente se usa como base para los reglamentos de la EuP (Energy using products)

Metodología de los reglamentos de la UE

Ventiladores con motor integrado

De alta eficiencia, imanes permanentes y velocidad variable

Ventiladores ebm-papst

2. Sistemas de ventilación y controles

Sistemas de ventilación

• El flujo de aire más eficiente para un ventilador es un trayecto sin restricciones y uniforme.

• Los codos situados en la cercanías de las entradas de los ventiladores aumentan las pérdidas y deben evitarse.

• Las obstrucciones en las entradas y las salidas de los ventiladores perturban el flujo, provocando turbulencia.

• Las conexiones flexibles suelen hacer que las transiciones sean deficientes, lo que perturba el flujo.

• Los conductos circulares son mejores, pero son menos compactos.

Flujos de energía en los sistemas de ventilación

Accesorios para ventiladores

• ¡Todos los extras aumentan los costos y el consumo de energía!

Tipos de compuertas

con paletas opuestas • Cada paleta gira en direcciones

contrarias

• Produce un flujo de aire uniforme y provee un control más estable

con paletas paralelas • Puede producir un flujo no

uniforme • Menor eficiencia energética

Tipos de compuertas - Álabes de entrada variables

• Paletas con forma de sector circular

• Ligeramente más eficientes

• Se usan para ajustar el flujo de aire por debajo del 85%

Compuertas de ventiladores

• Los diseñadores suelen sobredimensionar los ventiladores por motivos de seguridad.

• Por eso hay que equilibrar el sistema (si se puede) con compuertas.

• Una compuerta que está siempre cerrada o parcialmente cerrada nos está señalando una buena oportunidad de optimización.

Ubicación de las compuertas: • Generalmente, compuerta persiana en la entrada • Las compuertas de salida son muchos menos eficientes • O en otro lugar del sistema

Interacción de la curva del ventilador con la del sistema

• El ventilador funciona de acuerdo con la curva del ventilador.

• El sistema funciona de acuerdo con la curva del sistema.

• El punto de funcionamiento es la intersección entre la curva del ventilador y la del sistema.

Rendimiento de los ventiladores a velocidades variables

Flujo de aire

Pre

sión

Sistemas de ventilación

Otras técnicas de reducción de la velocidad

• Modificar la relación de las poleas.

• Cerciorarse de que los montajes de las correas múltiples estén ajustados.

• Usar un motor de velocidades

múltiples o un motor de otra velocidad.

Rendimiento del ventilador - Ventiladores en paralelo

Pres

ión

- P

Flujo de aire - Q 0 20 40 60 80 100

2 Curva del ventilador 1 Ventilador

1

Curva del ventilador 2 Ventiladores

0

20

40

60

80

100

Potencia de los ventiladores - Ventiladores en paralelo Po

tenc

ia

Flujo de aire - Q 0 20 40 60 80 100

2 Curva de potencia 1 Ventilador

1 Curva de potencia 2 Ventiladores

0

20

40

60

80

100

Problemas de mantenimiento

Mantenimiento preventivo del sistema de ventilación

Parte Mantenimiento preventivo Filtro de aire Crear un cronograma de cambio de filtros a partir de un

análisis reciente del costo de la vida útil.

Cojinetes Engrasar. Correas de transmisión

Reemplazar y, a continuación, ajustar la tensión correctamente y alinear.

Compuertas a. Engrasar y ajustar las conexiones. b. Verificar el funcionamiento correcto: asegúrese de que se

abren y se cierran cuando corresponde. Suministro eléctrico Mantener el equilibrio, tensión y factor de potencia

especificados. Rodetes Limpiar y balancear Cono de entrada Revisar que no haya desgaste. Verificar que la alineación y el

espacio entre el cono y el rodete estén dentro de las especificaciones de fabricación..

Algunos problemas de funcionamiento

• Desequilibrio - tal vez porque se aflojó si hace mucho que no se usa • Desalineación del eje del ventilador (si hay acoplamiento) • Desalineación de la correa • Excentricidad

Arranque del ventilador - consideraciones relativas al motor

Arranque del ventilador

• Los ventiladores son cargas de alta inercia.

• El par del motor debe superar el par del ventilador en todo momento.

• Si se arranca en estrella, verifique que el par sea suficiente para el momento de conmutación.

• El arranque con auto transformador da 3 o 4 tensiones discretas, de ahí que el arranque es más suave.

• La tensión es importante, ya que el par es proporcional a la tensión al cuadrado.

13.19 P210

Arranque del ventilador y selección del motor

• El tiempo máximo sugerido para el arranque es de 18 segundos.

• Si la potencia del motor aumenta de 5 a 7,5 kW, el nuevo tiempo de arranque será de 11 segundos.

• Protección. El único ventilador que puede sufrir sobrecargas es el centrífugo de aspas hacia adelante.

Fig 12.19, p210

Temperatura y densidad del aire

• Debido a que el aire frío es más denso, los sistemas de aire caliente necesitan más potencia para el arranque.

• En los hornos, es posible que el ventilador de tiro de entrada sea más grande que ventilador de tiro de salida.

Ejemplo de la variación de temperatura en el Reino Unido -3°C 105 kPa 20°C 101,3 kPa La diferencia de densidad es del 12%

Ejemplo de arranque en frío de un ventilador de gas caliente

75 kW de potencia de ventilación absorbida a 325C. El flujo cero es el 35% del flujo de ventilación nominal, mediante el uso

de una compuerta cerrada (flujo pequeño) Arranque: 75 x 325+273 x 35 = 53,4kW 20 +273 100 Si el ventilador arrancó a 20C con la compuerta abierta, la potencia sería

de (100/35 x 53,4kW) = 153,1 kW Es importante tener en cuenta la potencia más alta cuando se arranque

motores con el aire más frío que el del punto de diseño.

3. Las diez mejores oportunidades de ahorros energéticos en ventiladores

¡Una selección personal!

Para empezar, algunas preguntas sencillas

• ¿Cuándo se apaga cada cosa? • ¿Cómo se controlan la presión y la velocidad del

aire? • ¿Cuál es el flujo de aire correcto?

Enclavamiento de extracción de humos

Enclavamientos en los sistemas de extracción de humos para que solo estén encendidos cuando se los está usando.

• Cabinas de soldadura - p.ej.,

conexiones de sopletes • Campana extractora -

interruptor

Lincoln Electric Welding

Sopladores de aireación

• Sopladores de aireación • Instalar con VSD para

ajustar la presión al mínimo

Spencer

Aislamiento del taller de mecanizado

• Instale compuertas de aislamiento automáticas en las lumbreras del sistema de extracción centralizado, para cuando las máquinas no estén en uso.

• Se podrían usar sensores del estado del motor.

• Se puede usar un VSD para variar la velocidad del ventilador, ajustándola a la demanda total.

Word magazine

Nordfab

Ventilación doméstica

¿La abertura exterior funciona correctamente?

¿A qué velocidad y por cuanto tiempo está encendida?

Wickes, REINO UNIDO Whirlpool

Lo que importa no es la potencia de ventilación, sino la pérdida de calor

Controles de calidad de aire

• Detección de monóxido de carbono - evita tener el ventilador todo el tiempo encendido "por si acaso“.

• Sensor de dióxido de carbono -

para sistemas de ventilación basados en la demanda.

Ventiladores de torres de enfriamiento

• La potencia de refrigeración varía con la carga y la temperatura.

• Instale un VSD. • También prolonga la vida útil de

estas cargas de alta inercia y ayuda a evitar las frecuencias resonantes.

Ventiladores industriales Swifter

Ventilación de doble propósito / ventiladores de extracción de emergencia

• Cada vez más comunes para ahorrar costos.

• Los grandes espacios libres reducen la eficiencia de funcionamiento normal.

• Si se les agrega un VSD, es posible que la potencia nominal sea menor de la necesaria para las extracciones de emergencia.

WEG / Flakt-Wood s

Control de combustión de calderas

• El ajuste del oxígeno mejora la eficiencia de los quemadores, ahorrando combustible.

• Pero si se reemplaza el accionador de la compuerta por un control de VSD, se obtendrán más ahorros de potencia de ventilación.

• Emplee también el ajuste de oxígeno en kilns y hornos. Cleanboiler.org

Ventiladores de filtros de mangas • Cuando el filtro está limpio necesita

menos presión de aire. • Use un VSD para aumentar la

presión solo cuando el filtro esté obstruido.

Ventilación de piscinas

• Controle la ventilación para que se ajuste a la demanda

• Sensores de humedad o controles día/noche.

Etwall Leisure Centre, UK

4. Asignar prioridad a las acciones

Lista de control de la optimización de los sistemas de ventilación de la ONUDI

¿Alguna pregunta?