N D I C EPg.

LOS VENTILADORES CURVA CARACTERSTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4CLASIFICACIN DE VENTILADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8LEYES DE LOS VENTILADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-12ACOPLAMIENTO DE VENTILADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-16EFECTO DE INSTALACIN: VENTILADOR Y COMPUERTA. . . . . . . . . 17-20LAS VIBRACIONES I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-24LAS VIBRACIONES II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25-28

CONCEPTOS VENTILACIN LA VENTILACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29-32LA VENTILACIN CENTRALIZADA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33-36CAMPANAS DE EXTRACCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37-40DIFUSIN DE AIRE EN LOCALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41-44VENTILACIN DE ATMSFERAS EXPLOSIVAS I . . . . . . . . . . . . . . . . . 45-48VENTILACIN DE ATMSFERAS EXPLOSIVAS II . . . . . . . . . . . . . . . . 49-52

MECNICA DE FLUIDOS CIRCULACIN DE AIRE POR CONDUCTOS I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53-56CIRCULACIN DE AIRE POR CONDUCTOS II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57-60CIRCULACIN DE AIRE POR CONDUCTOS III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61-64MOVIMIENTO DEL AIRE: LA VELOCIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65-68

EL AIRE CALIDAD DE AIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69-72EL EFECTO INVERNADERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73-76

ACSTICA LOS DECIBELIOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77-80EL RUIDO. Transmisin I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81-84EL RUIDO. Transmisin II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85-88

HUMEDAD EL AGUA. LA SICROMETRA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89-92VENTILACIN DE LOCALES HMEDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93-96

CASOS DE APLICACIN VENTILACIN DE COCINAS DOMSTICAS E INDUSTRIALES . . . . . 97-100VENTILACIN DE APARCAMIENTOS DE VEHCULOS. . . . . . . . . . . 101-104VENTILACIN DE GRANJAS INDUSTRIALES I . . . . . . . . . . . . . . . . . 105-108VENTILACIN DE GRANJAS INDUSTRIALES II. . . . . . . . . . . . . . . . . 109-112PRESURIZACIN DE LOCALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113-116DEPURACIN DEL AIRE. Filtros I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117-120DEPURACIN DEL AIRE. Filtros II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121-124REFRIGERACIN Y HUMIDIFICACIN POR EVAPORACIN . . . . . 125-128LA CLIMATIZACIN DE INVERNADEROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129-132AHORRO DE ENERGA DE CALEFACCIN EN GRANDESLOCALES. Uso de Ventiladores de Techo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133-136

2LOS VENTILADORES

CURVA CARACTERSTICAEl ensayo de ventiladores tiene porobjeto determinar la capacidad delaparato para transferir la potencia alaire que mueve.

El ventilador se hace funcionar a unrgimen de giro constante, tomandovalores de diferentes caudales movi-dos, segn sea la prdida de cargaque debe vencerse.

La curva caracterstica de un ventila-dor se obtiene dibujando en unos ejesde coordenadas los distintos valorescaudal-presin, obtenidos medianteensayo en un laboratorio.

Para entender mejor el concepto decurva caracterstica pondremos elsiguiente ejemplo

Supongamos un ventilador tubulartrabajando segn indica la posicin a)de la figura 1. Al medir el caudal deaire que proporciona, encontramosQ1 = 10.000 m3/hora.

Si repetimos el ensayo empalmandoun conducto de 10 m por el lado deadmisin (posicin b) y medimos denuevo el caudal, nos encontramos conque ha bajado a Q2 = 8.000 m3/hora.

En otro ensayo, acoplamos un tubode 50 m de longitud (posicin c), ycomprobamos que el caudal ha des-cendido a Q3 = 5.000 m3/hora.

Las experiencias anteriores nosdemuestran que no es suficiente cono-cer el caudal que es capaz de suminis-trar un ventilador a descarga libre(posicin a), esto es, sin obstruccio-nes, para poder catalogarlo. Es nece-sario conocer qu caudales ir propor-cionando segn sean las distintas pr-didas de carga que deba vencer.

En la figura 2 tenemos representadauna curva caracterstica de un ventila-dor.

Observemos en primer lugar en lafigura curvas diferentes. Cada una dellas representa un valor distinto y sulectura se hace en las diferentesescalas que estn a la izquierda de lafigura.

10 m

b

50 m

c

aQ1 = 10.000 m3/h

Q1 = 8.000 m3/h

Q1 = 5.000 m3/h

Fig. 1

Fig. 2

PRDIDA DE CAUDAL CON LA LONGITUD

3Tres estn relacionadas con la pre-sin que da el ventilador para distin-tos caudales (son las denominadasPt, Pe, Pd).

Pe: es la Presin Esttica

Pd: es la Presin Dinmica (debido ala velocidad)

Pt: es la Presin Total

Cumplindose en todo momentoPt = Pe + Pd

Obsrvese que a descarga libre, esdecir cuando la Presin Esttica (Pe)es nula, el ventilador da el mximocaudal que puede mover; en estepunto la Presin Total es igual a laDinmica (Pt = Pd).

Asimismo, cuando el ventilador estobturado, es decir que da el mnimocaudal, la Presin Dinmica (Pd) esnula; en este punto, la Presin Total

es igual a la Esttica (Pt = Pe).Otra curva que podemos ver en elgrfico es: la curva de potenciaabsorbida (W), que leeremos en laescala vertical situada ms a laizquierda (en watios). Esta curva nosda la potencia que consume el motorque acciona el ventilador, y podemosver que presenta un mximo (en lafigura corresponde al punto de caudal3.000 m3/h).

Tambin tenemos representada lacurva de rendimiento (), que se leeen % en la escala vertical intermedia,se puede ver que el rendimiento delventilador depende del caudal queest moviendo.

El conjunto de estas curvas recibe elnombre de caracterstica de un ven-tilador.

La caracterstica de un ventilador esla mejor referencia del mismo, ya quesiempre nos indicar su comporta-

miento segn sea el caudal y la presin que est dando.En los catlogos comerciales, sueledarse solamente una curva, que es lade mayor importancia la de PresinEsttica (Pe). Los servicios tcnicossuministran ms informacin si se lessolicita.

El punto ideal de funcionamiento delventilador, aqul para el que ha sidodiseado, es el correspondiente almximo rendimiento. Cuanto mscerca de este punto trabaje el ventila-dor, ms econmico ser su funcio-namiento.

El punto R de la figura 1 se conocecomo punto de desprendimientos, yla zona a la izquierda de ste es defuncionamiento inestable. Debe, portanto, escogerse el ventilador demanera que el punto de trabajo est a la derecha de R; de esta manera se evita la inestabilidad de funciona-miento.

Fig. 3

Observemos la figura 3 en que sehan representado las curvas caracte-rsticas de los tipos fundamentales deventilacin, para poder comprendermejor su comportamiento.

Los tres ventiladores que se compa-ran tienen el mismo dimetro de rodete.

Podemos ver que, a igualdad de cau-dal impulsado (Q), los ventiladorescentrfugos dan ms presin que loshelicentrfugos, y stos a su vez msque los helicoidales.

Tambin se observa que, los centr-

fugos mueven caudales menores quelos helicocentrfugos, y stos menosque los helicoidales.

Por tanto, puede aceptarse que losventiladores ms adecuados cuandolos caudales sean grandes y las presiones que deban vencer seanpequeas son los helicoidales. Estetipo de ventilador tiene adems laventaja de la facilidad de instalacin.

Los ventiladores indicados paramover caudales pequeos pero a elevada presin son los centrfugos;finalmente, un caso intermedio es elde los ventiladores helicocentrfugos.

4PUNTO DE TRABAJOLa curva caracterstica del ventiladordepende nicamente del ventilador, ysolamente puede variar si el ventila-dor funciona a una velocidad de rotacin distinta.

Puede aceptarse en principio que lacurva caracterstica es totalmenteindependiente del sistema de con-ductos al que se acople.

Sin embargo, hay que considerar queun ventilador puede funcionarmoviendo distintos caudales y comu-nicndoles distintas presiones, de talforma que todos los puntos posiblesde funcionamiento se hallen repre-sentados sobre la curva (Pe), Fig. 2.

Para saber exactamente en qu condiciones funcionar el ventilador,debemos conocer la curva resistentede la instalacin, es decir, la curvaque relaciona la prdida de carga dela instalacin con el caudal que pasapor ella.

Podemos encontrar de forma fcil elpunto de trabajo de un ventilador simplemente superponiendo las cur-vas caractersticas del ventilador yresistente del conducto segn seindica en la figura 4. Se puede comprobar que la prdidade carga de una conduccin varaproporcionalmente con el cuadradodel caudal segn la frmula

P 2 = P 1 Q2Q1

por lo que, para encontrar la caracte-rstica resistente y una vez hallada laprdida de carga inicial ( P 1) a undeterminado caudal (Q1), bastar consuponer un segundo caudal (Q2),para hallar un segundo punto de lacaracterstica resistente ( P 2). Sifuese necesario se podran suponerms caudales con los que se hallar-an, siempre para la misma instala-cin, nuevos puntos de prdida decarga. Uniendo todos los puntosencontrados se representar lacaracterstica resistente de la instala-cin estudiada.La interseccin entre la curva delventilador y la caracterstica resisten-te de la instalacin nos dar el puntode trabajo.

EJEMPLO

Supongamos que en una conduccincircula un caudal de aire de 6.000 m3/h, originando una prdidade carga de 3,5 mm c.d.a.

La prdida de carga que provocarun caudal de 8.000 m3/h la encontra-remos mediante la siguiente expre-sin:

P 2 = 3,5 8000 2

6000

P = 1,342 x 3,5 = 6,2 mm c.d.a.

Si el caudal lo suponemos de 4.000m3/h la prdida de carga ser:

P 2 = 3,5 4000 2

6000

P = 0,6692 x 3,5 = 1,55 mm c.d.a.

Llevando todo este conjunto de valo-res sobre unos ejes de coordenadasobtendremos la caracterstica del sis-tema tal como se muestra en la figura4.

De todo lo dicho hasta ahora pueden sacarse dos conclusionesimportantes:

1 Para cualquier proyectista, instala-dor o diseador es indispensable queen el catlogo de ventiladores queest consultando estn reflejadas lascurvas caractersticas correspondien-tes a los ventiladores.

2 Estas curvas caractersticas debenestar garantizadas por el fabricante ydar referencia expresa de la normali-zacin que se ha utilizado paralograrlas.

Para determinar la curva caractersti-ca de los ventiladores es necesariodisponer de un laboratorio convenien-te debidamente equipado, contar conunos tcnicos analistas muy prepara-dos y dedicar la atencin y tiempopreciso para determinarlas, cuestinsta delicada y muy laboriosa.

Es preciso tambin verificar los ensa-yos segn una normalizacin deter-minada y tenerla en cuenta paracomparar dos aparatos entre s yaque es de esperar una discrepanciade resultados, a veces notable, si nose ha utilizado la misma normaliza-cin para efectuarlos e incluso lamisma disposicin de ensayo dentrode la misma norma.

P

C

0 QQ1

Q1

C = Caracterstica del ventilador

P

N

0 QQ2

Q2

N = Punto del trabajo

P2

P

R

0 QQ1

Q

R = Caracterstica del sistemaP

0 QQ2

R2

Q1 Q3

1

2

3R3

R1

Fig. 4

[ ] 2

[ ]

[ ]

5Qu es un Ventilador?Un ventilador es una mquina rotati-va que pone el aire, o un gas, enmovimiento. Podemos definirlocomo una turbomquina que trans-mite energa para generar la presinnecesaria con la que mantener unflujo contnuo de aire.

Dentro de una clasificacin generalde mquinas, como muestra el cua-dro al pi, encontramos a los venti-ladores como turbomquinas hidru-licas, tipo generador, para gases.

Un ventilador consta en esencia deun motor de accionamiento, general-mente elctrico, con los dispositivosde control propios de los mismos:

arranque, regulacin de velocidad,conmutacin de polaridad, etc. y unpropulsor giratorio en contacto conel aire, al que le transmite energa.

Este propulsor adopta la forma derodete con labes, en el caso deltipo centrfugo, o de una hlice conpalas de silueta y en nmero diver-so, en el caso de los axiales.

El conjunto, o por lo menos el rode-te o la hlice, van envueltos por unacaja con paredes de cierre en formade espiral para los centrfugos y porun marco plano o una envolturatubular en los axiales. La envolventetubular puede llevar una reja radialde labes fijos a la entrada o salida

de la hlice, llamada directriz, quegua el aire, para aumentar la pre-sin y el rendimiento del aparato.

En el tipo helicocentrfugo y en eltransversal, el elemento impulsor delaire adopta una forma cercana al delos rodetes centrfugos.

CIRCULACIN DEL AIREEl aire circula por un conductogracias a la diferencia de presinque existe entre sus extremos.

Para diferencias de nivel de hasta100 m, velocidades inferiores a50 m/s (caso que puede consi-derarse al aire como incompre-sible) y rgimen estacionario,

LOS VENTILADORES

CLASIFICACIN DE VENTILADORES

MQUINAS MQUINASDE FLUIDO

MQUINAS HERRAMIENTASMQUINAS ELCTRICAS

M. HIDRULICAS

M. TRMICAS (Su estudio se hace en Termodinmica)

TURBOMQUINAS

MQ. DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

GENERADORES

MOTORES: TURBINAS HIDRULICAS

PARA LQUIDOS: BOMBAS

MOTORESGENERADORESNota: Las mquinas de desplazamientopositivo son reversibles en general

PARA GASES: VENTILADORES

6Fig. 1

las presiones obedecen al siguienteteorema:

Teorema de BernouilliLa expresin analtica del mismodice: La suma de la presin esttica,la dinmica y la debida a la altura, esconstante para todos los puntos deun filete de fluido.

PresionesSi el conducto es horizontal, o la dife-rencia es inferior a 100 metros, lapresin por diferencia de altura escero.

La presin esttica Pe acta en todossentidos dentro del conducto. Semanifiesta en el mismo sentido y enel contrario de la corriente.

La presin dinmica Pd acta en elsentido de la velocidad del aire.

La presin total Pt es constante entodos los puntos del filete de fludoconsiderado y su expresin es:

Pt = Pe + Pd

CaudalEs la cantidad de aire que circula porel conducto. Su expresin es:

Q = v S (m3/h)

En la figura 1 se ha representado untramo de conducto horizontal de aire(considerado sin prdidas, para sim-plificar), recorrido por el caudalQ(m3/h), con la velocidad v (m/s) y deSeccin S (m2). Una Sonda dePresin esttica Pe y un Tubo dePrandtl nos da la Presin Dinmica.Las frmulas de relacin de todosestos parmetros se indican en lamisma figura.

Curva CaractersticaEs la representacin grfica de todoslos estados caudal-presin de qu escapaz un ventilador. Nos remitimos ala Hoja Tcnica VENTILADORES 1 :CURVA CARACTERSTICA, en dondese trat monogrficamente el tema.

Su representacin en la figura 2muestra una Curva Caracterstica tpi-ca con expresin de las tres presio-nes mencionadas. Para cualquierordenada en la grfica, se cumple:

Pt = Pd + Pe

Tipo de Curva CaractersticaSegn sea el ventilador, su curvacaracterstica adopta una u otraforma primando el concepto de cau-dal sobre el de presin o viceversa.

En los ventiladores helicoidales, axia-les, en comparacin con el caudal deque son capaces, sus posibilidadesde presin son discretas. Los ventila-dores centrfugos, en general, soncapaces de presiones altas con cau-dales ms bien bajos y los ventilado-res helicocentrfugos participan deambas posibilidades de caudal y pre-sin, si bien no en la medida que aespecfica de los otros.

CLASIFICACIN DE LOSVENTILADORESLos ventiladores han venido clasifi-cndose de muy diferentes maneras yno es extrao que un mismo aparatopuede aceptar dos, tres o ms deno-minaciones. Es bastante comnadoptar la designacin atendiendo aalguna de sus caractersticas adapta-das al caso que se est tratando.

Aqu vamos a ofrecer la siguiente:

1. Atendiendo a su FUNCIN

1.1 Ventiladores con Envolvente, que suele ser tubular. A su vez pueden ser:

Impulsores: Entrada libre, salida entubada.

Extractores: Entrada entubada, descarga libre.

Impulsores-Extractores: Entraday salida entubadas Fig. 4

1.2 Ventiladores Murales.

Conocidos tambin como simple-mente Extractores, tienen la funcin de trasladar aire entre dos espacios separados por un muro o pared, Fig. 5.

1.3 Ventiladores de Chorro.

Aparatos usados para proyectar una corriente de aire incidiendo sobre personas o cosas. Fig. 6.

2. Atendiendo a la trayectoriadel aire.

2.1 Ventiladores Centrfugos.

En estos aparatos la trayectoria del aire sigue una direccin axial a la entrada y paralela a un plano radial a la salida. Entrada y salidaestn en ngulo recto.

El rodete de estos aparatos est compuesto de labes que pue-den ser hacia ADELANTE (fig. 7a),RADIALES (7b) o ATRS (7c).

CAUDAL, VELOCIDAD Y PRESIONES

Fig. 2

CURVA CARACTERSTICA

7Fig. 16

CURVAS DE RODETESY HLICE DISTINTOS,DEL MISMO DIMETRO,A IGUAL VELOCIDADDE ROTACIN.

2.2 Ventiladores Axiales.

La entrada de aire al aparato y susalida siguen una trayectoria segn superficies cilndricas coaxiales.

Los ventiladores descritos en 1.1,1.2 y 1.3 pueden ser, tambin, axiales.

2.3 Ventiladores Transversales

La trayectoria del aire en el rodete de estos ventiladores es normal al eje tanto a la entrada como a la salida, cruzando el cuerpo del mismo. Fig. 8.

2.4 Ventiladores Helicocentrfugos

Son aparatos intermedios a los 2.1. y 2.2.: El aire entra como en los axiales y sale igual que en loscentrfugos. Fig.9.

3. Atendiendo a la presin

3.1 Ventiladores de Baja Presin

Se llaman as a los que no alcanzan los 70 Pascales. Suelenser centrfugos y por autonoma-sia se designan as los utilizados en climatizadores. Fig. 10.

3.2 Mediana Presin.

Si la presin est entre los 70 y 3.000 Pascales. Pueden ser centrfugos o axiales.

3.3 Alta Presin

Cuando la presin est por enci-ma de los 3.000 Pascales. Suelenser centrfugos con rodetes estrechos y de gran dimetro. Fig. 12.

Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6

Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9

Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12

Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15

8Fig. 17

Fig. 19

Fig. 20

Fig. 18

4. Atendiendo a las condicionesde funcionamiento.

4.1 Ventiladores Estandar

Son los aparatos que vehiculan airesin cargas importantes de contami-nantes, humedad, polvo, partculasagresivas y temperaturas mximasde 40 si el motor est en la corrientede aire.

4.2 Ventiladores Especiales

Son los diseados para tratar el airecaliente, corrosivo, hmedo etc. obien para ser instalados en el tejado(Fig. 13) o dedicados al transporteneumtico.

5. Atendiendo al sistema deaccionamiento

5.1 Accionamiento Directo

Cuando el motor elctrico tiene el ejecomn, o por prolongacin, con eldel rodete o hlice del ventilador.

5.2 Accionamiento por Transmisin

Como es el caso de transmisin porcorreas y poleas para separar elmotor de la corriente del aire (porcaliente, explosivo, etc.). Fig. 14.

6. Atendiendo al Control de lasPrestaciones.

Es el caso de ventiladores de veloci-dad variable por el uso de regulado-res elctricos, de compuertas deadmisin o descarga, modificacindel caudal por inclinacin variable delos labes de las hlices, etc. Fig. 15.

ZONA DE FUNCIONAMIENTO

Segn sea el ventilador, tipo y tamao,existe una zona de su curva caracte-rstica en la que es recomendable suuso. Fuera de lla pueden producirsefenmenos que hacen aumentar des-proporcionadamente el consumo hun-diendo el rendimiento, provocando unaumento intolerable del ruido e inclusoproduciendo flujos intermitentes deaire en sentido inverso.

En los catlogos de ventiladores vie-nen indicadas las zonas de la curvacaracterstica

Recomendadas de uso o, simple-mente, solo se publica el tramo decurva en el que es aceptable su fun-cionamiento. En general la menciona-da zona abarca la superficie sombre-ada que se indica en la fig. 17 parauna familia de curvas de un aparatoa varias velocidades.

Las grficas de la figura 18 son las deventiladores centrfugos con rodetesAdelante, Radiales y Atrs con indica-cin de la zona normal de trabajo yen porcentajes de caudal y presin.

Las de la fig. 19 representan ventila-dores axiales, impulsor uno y tubularel otro, de mediana presin, con las

mismas indicaciones descritas paralos aparatos anteriores.

Las de la fig. 20 corresponden arodetes helicocentrfugos y transver-sales con la misma forma de expresarsu capacidad de presin y caudal enporcentaje del total y con las zonasnormales de trabajo.

ZONA RECOMENDABLEDE FUNCIONAMIENTO

LEYES DE LOS VENTILADORESLOS VENTILADORES

En la norma UNE 100-230-95, quetrata de este tema, encontramos losiguiente:

Si un ventilador debe funcionar encondiciones diferentes de lasensayadas, no es prctico nieconmico efectuar nuevos ensayospara determinar sus prestaciones.

Mediante el uso de un conjunto deecuaciones designado con el nombrede LEYES DE LOS VENTILADORESes posible determinar, con buenaprecisin, las nuevas prestaciones apartir de los ensayos efectuados encondiciones normalizadas.

Al mismo tiempo, estas leyespermiten determinar las prestacionesde una serie de ventiladoresgeomtricamente semejantes a partirde las caractersticas del ventiladorensayado.

Las leyes de los ventiladores estnindicadas, bajo forma de relacin demagnitudes, en ecuaciones que sebasan en la teora de la mecnica defludos y su exactitud es suficientepara la mayora de las aplicaciones,siempre que el diferencial de presinsea inferior a 3 kPa, por encima delcual se debe tener en cuenta lacompresibilidad del gas.

Con el nimo de precisar un tanto mslo que expone la norma UNE, podra-mos decir que cuando un mismo ven-tilador se somete a regmenes distintosde marcha o bien se varan las condi-ciones del fludo que trasiega, puedencalcularse por anticipado los resultadosque se obtendrn a partir de losconocidos, por medio de unas leyes orelaciones sencillas que tambin sonde aplicacin cuando se trata de unaserie de ventiladores homlogos, estoes, de dimensiones y caractersticassemejantes que se mantienen al variarel tamao al pasar de unos de ellos acualquier otro de su misma familia.

Estas leyes se basan en el hecho quedos ventiladores de una seriehomloga tienen homlogas suscurvas caractersticas y para puntosde trabajo semejantes tienen elmismo rendimiento, mantenindoseentonces interrelacionadas todas lasrazones de las dems variables.

Las variables que comprenden a unventilador son la velocidad derotacin, el dimetro de la hlice orodete, las presiones total, esttica ydinmica, el caudal, la densidad delgas, la potencia absorbida, elrendimiento y el nivel sonoro.

Las normas intenacionales ISO,5801-96 (E) y WD 13348-1998, aestas variables les asignan lossiguientes smbolos y unidades, queaqu usaremos para ilustrar lasdefiniciones y aplicaciones.

Smbolo Concepto unidad

Dr Dimetro hlice/rodete m

Lwt Nivel Potencia total sonora dB

n Velocidad rotacional s1

Pr Potencia mecnicasuministrada al ventilador W

pf Presin del ventilador Pa

qv Caudal de entrada m3 s1

Densidad kg m3Adems debe tenerse en cuenta,antes de aplicar las leyes de los ven-tiladores que los valores conocidos losean de un aparato de la mismafamilia trabajando en las mismascondiciones bajo las cuales queremosdeterminar los nuevos valores y quelas condiciones del ventilador consi-derado sean todas proporcionales alas correspondientes del tomadocomo punto de partida y cuyos valo-res reales de ensayo se conozcan.Tambin es necesario que la veloci-dad del fludo dentro del ventiladorsea proporcional de uno a otro y paralo cual debe comprobarse que larazn entre la velocidad perifrica dedos puntos de un rodete sea lamisma que la de entre la de dospuntos semejantes del otro rodete.

A medida que se vayan exponiendolas leyes que rigen para las variacio-nes de los ventiladores, se desarro-llarn ejemplos de aplicacin paramejor facilitar su comprensin.

9

EJEMPLO DE APLICACIN

Las frmulas para el cambio dedimetro deben usarse conprecaucin ya que solo son vlidassi los ventiladores que relacionan sonrigurosamente semejantes. En laprctica siempre hay desviacionesde semejanza, que no se aprecianostensiblemente y ms cuando setrata de aparatos de la misma familia.

Supongamos un ventilador de450 mm de dimetro del que

conocemos da 5.000 m3/h a12 mm c.d.a. con un nivel sonoro de65 db (A) y que absorbe de la red480 W. Qu caudal, presin, rudo ypotencia sonora tendr otro aparatosemejante de 630 mm 0?.

La aplicacin de las ecuaciones delcuadro anterior resuelven elproblema:

El ventilador de 630 mm 0 tendr:

Caudal qv = 5.000 =

= 13.720 m3/h

Presin p = 22 =

= 43 mm c.d.a.

Potencia absorbida = 480 =

= 2.582 W

Nivel sonoro Lwt = 65 + 70 log =

= 75 dB (A)630450( )

630450( )

3

2

630450( )

5

630450

VARIACIN DEL DIMETRO

Caudal qv = qv0

Presin pF = pF0

Potencia Pr = Pr0

Nivel Potenciasonora Lwt = Lwt0 + 70 log

DrDr0

( )5DrDr0

( )2DrDr0

( )3

DrDr0

El subndice cero (0) indica la condicininicial de la variable considerada.

VARIACIN DE LA VELOCIDAD

El subndice cero (0) indica la condicininicial de la variable considerada.

Caudal qv = qv0

Presin pF = pF0

Potencia Pr = Pr0

Nivel Potenciasonora Lwt = Lwt0 + 50 log

nn0

)3nn0

2

nn0

nn0

()(

D0

D

nn0

10

VARIACIN DE LA DENSIDAD

El subndice cero (0) indica la condicininicial de la variable considerada.

Caudal qv = qv0

Presin pF = pF0

Potencia Pr = Pr0

Nivel Potenciasonora Lwt = Lwt0 + 20 log

0

0

EJEMPLO DE APLICACIN

Sea un ventilador que, girando a1.400 rev/min, d un caudal de15.000 m3/h a una presin de22 mm c.d.a. instalado en un sistemadeterminado. La potencia absorbida yla potencia sonora sean respectiva-mente 1.500 W y 88 dB (A).

Se pregunta, Qu presin y caudaldara girando a 2.000 rev/min?Cunto consumira entonces? Y elrudo, qu valor alcanzara?

Caudal qv = 1.500 =

= 2.143 m/h

Presin pF = 22 =

= 44,9 mm c.d.a.

Potencia Pr = 1.500

= 4.373 W

Nivel Potenciasonora Lwt = 88 + 50 log =

= 95,7 dB (A)

Con estas mismas frmulas se puederesolver un problema muy comn enla prctica.

Supongamos que despus de haberhecho una instalacin con un ventila-dor determinado comprobamos querinde un caudal de 2.300 m3/h en vezde los 3.000 que exiga el pliego decondiciones.

Si actualmente el ventilador gira a 800rev/min se nos plantean las siguientespreguntas: A qu velocidad debergirar el aparato para cumplir las espe-cificaciones? En qu proporcin au-mentar la potencia absorbida por elmotor? Cunto aumentar el ruido?.

2.0001.400( )

2

2.0001.400

2.0001.400

2.0001.400( )

3 Despejando n de la frmula delcaudal, tendremos:

n = n

= 800 = 1.043 rev/min

O sea, que si podemos aumentar lavelocidad del ventilador hasta las1.043 rev/min se obtendrn los3.000 m3/h deseados.

Pero la potencia consumida sermucho mayor, ya que:

= = 2,22

vendr multiplicada por 2,22 lo quetraer consigo cambiar el motor.

El rudo aumentar en:

Lwt Lwt0 = 50 log = 5,8 db(A)

lo que, segn los casos, puede serprecupante.

3.0002.300

qvqv0

PrPr0

1,043800( )

3

1,043800

EJEMPLO DE APLICACIN

Las curvas caractersticas de losventiladores que figuran en el catlo-go estn dadas a condiciones norma-les de presin atmosfrica, tempera-tura y humedad. Ello significa que serefiere a un aire normal estndard conuna densidad de 1,2 kh/m3.

En muchas ocasiones los aparatostrabajan en condiciones distintas delas normales, como es el caso de unventilador dentro de una cmara de

congelacin con un aire de unadensidad mucho mayor de la normal.O bien un ventilador instalado enMxico DC en donde la presinatmosfrica es mucho menor y por lacircunstancia de la altitud mover unaire de densidad inferior a la normal.

Sea por ejemplo un ventilador que acondiciones normales da 5.000 m3/h,22 mm c.d.a. de presin, que gasta480 W y tiene un nivel de potenciasonora de 65 db (A).

Qu rendir este ventilador dentrode una cmara frigorfica a 35 C?

Debemos calcular primero la densidad

(273 35) = 1,2 (273+20) == 1,48 kg/m3

lo que se traduce en que la densidades inversamente proporcional a lastemperaturas absolutas.

Aplicando ahora las frmulas delcuadro correspondiente, tendremos:

0

11

q = 5.000 m3/h

p = 20 = 27,1 mm c.d.a.

P = 480 = 592 W

L = 65 + 20 log = 66,8 dB

Hay que observar que aunque elaumento de presin puede parecer

ventajoso en algunos casos, lacaracterstica resistente del sistemaaumenta en la misma proporcin porlo que desaparece la ventaja delaumento de presin.

Y que en cuanto a la potencia, s quedebe tenerse en cuenta el aumentoexperimentado, aunque en el casoconcreto de aumento de densidad pordisminucin de temperatura el motorno se recalentar en exceso por

disfrutar de una mayor refrigeracin,si es que la realiza con el aire fro. Detodas formas es aconsejable controlarel gasto del motor.

Las frmulas de los cuadrosanteriores pueden resumirse en losdos a continuacin, que nos permitencalcular el caudal, la presin, lapotencia y el ruido de un ventiladorvariando varios parmetros a la vez.

1,481,21,481,2

1,481,2

Todas esta frmulas hasta ahoraresuelven el problema directo, enefecto variando magnitudes inde-pendientes como son el dimetro, lavelocidad y la densidad, nos permitenhallar el resultado aerodinmico yacstico consecuencia de tales

variaciones es decir encontramos elcaudal, presin y nivel sonoro.

Pero algunas veces es prctico poderresolver el problema inverso, comopor ejemplo:Qu dimetro deber tener un ventiladorpara conseguir tal caudal y tal presin?.

A qu velocidad deber girar elaparato?.Las frmulas del cuadro siguienteresuelven algunos de estos casosinversos si bien cabe mencionar queproceden de las anteriores, sin msque despejar las magnitudes que serequieren calcular.

VARIACIN DE VARIAS PRESTACIONES

El subndice cero (0) indica la condicininicial de la variable considerada.

VARIACIN DE VARIOS PARMETROS

El subndice cero (0) indica la condicininicial de la variable considerada.

qv = qv0

p = p

P = P

Lwt = Lwt0 + 70 log + 50 log + 20 log

nn0

)2DrDr0

3 nn0

nn0

()(

DrDr0

0

DrDr0

2)( 0DrDr0

5)( nn0 )3( 0

D = D0

n = n0

P = P0

Lwt = Lwt0 + 10 log + 20 log

QQ0

pp0

)(

QQ0

Q0Q

1/2)(QQ0

pp0

1/2 pp )(

1/4 0 )(

1/4

pp0 )(

3/4 0 )(

3/4

0n0

n

D0

D

0

Imprs sobre Paper Ecolgic Mate de 135 Grs.

12

13

En instalaciones importantes de ven-tilacin, cuando es necesario dispo-ner de caudales o presiones congrandes variaciones, puede resultarconveniente de dotarlas de aparatosacoplados de forma que trabajandoen conjunto o bien separados propor-cionen la prestacin exigida en cadamomento. Si las variaciones necesa-rias son discretas puede bastar unnico aparato con un sistema deregulacin pero cuando sean precisasunas prestaciones doble o triple oms de la simple, hay que recurrir aun sistema de acoplamiento.

Con este trabajo pretendemos mos-trar de forma indicativa cmo varianlas prestaciones del sistema segnsea el acoplamiento. Los aparatos deventilacin pueden instalarse enSerie, en Paralelo o bien de formaMixta.

ACOPLAMIENTO EN SERIE

Este sistema consiste en conectar losventiladores uno a continuacin delotro, Fig.1. O bien dentro de unmismo conducto en el que se man-tenga la misma direccin del flujo delaire, Fig. 2.

En general y ms cuando se trate deventiladores centrfugos de forma quela descarga de uno es conducida a laentrada del otro, la curva caractersti-ca de la presin resultante del aco-plamiento es aproximadamentedoble, como la representada en lagrfica de la fig. 3.

Estudiando ms detenidamente elasunto y suponiendo que los dosaparatos sean iguales y que sus cur-vas representativas de sus presionesesttica y total sean las de la fig. 4, lapresin resultante para el conjunto seobtiene sumando las ordenadas de lapresin esttica del primer ventiladora las de presin total del segundo: PE = Pe + Pt. En todo momento elcaudal de conjunto ser el que daraun solo ventilador correspondiente ala presin dinmica Pd = Pt - Pe conpresin esttica PE.

En el punto M, o sea en el que losventiladores de trabajar solos,individualmente daran el caudal

LOS VENTILADORES

ACOPLAMIENTO DE VENTILADORES

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

14

mximo, en descarga libre con presinesttica cero, P = O, resulta que elconjunto formado por los dos aparatosen serie es capaz an de una presinesttica de ordenada MN pudiendo lle-gar a alcanzar el caudal de abscisa R,cuando PE = O. Este sobrecaudal MR,que en estas condiciones podran lle-gar a dar los aparatos, puede compro-meter la seguridad de los motores porla sobrecarga que les representa.

En el caso de caractersticas diferentesla resultante se obtiene de forma pare-cida a antes, en donde Pe correspon-diente a la presin esttica del primerventilador y Pt a la presin total delsegundo, PE es la suma de ambaspresiones y corresponde a la presinesttica del conjunto.

Tanto en un caso como en el otro debecuidarse que el punto de trabajo delacoplamiento est por encima del pun-to N de la caracterstica, tal como el Adel sistema 1, Fig. 4 pues en caso de unsistema como el 2 con un punto de pre-sin y caudal inferiores al que se lograracon el ventilador V2 trabajando solo.

Mucho ms difcil es determinar a priorila caracterstica resultante cuando losventiladores acoplados son axiales ycuyas hlices estn fsicamente prxi-mas como es el caso de estar montadasdentro de la misma carcasa, Fig. 1. Solocon ensayos de laboratorio puedenobtenerse las curvas correspondientes.

A la descarga de un ventilador axial elaire tiene movimiento helicoidal perdin-dose parte de la energa de que es ca-paz. Si conectamos dos ventiladores enserie con el mismo sentido de giro losefectos del movimiento helicoidal de unovendr incrementado por el giro del otrologrndose un insignificante aumento depresin a un coste doble, Fig. 5.

Una directriz fija a la descarga del pri-mer ventilador antes del segundo eli-mina el flujo rotacional y hace que elresultado se acerque al terico.

Un sistema eficaz es hacer que el se-gundo ventilador gire en sentido con-trario que el primero. La disposicin sellama "a contrarrotacin" con lo que selogran presiones de hasta tres veces lade un solo ventilador. Con este sistemano hacen falta directrices y el segundoventilador recibe el aire en direccinopuesta a la rotacin con lo que au-menta la velocidad relativa de rotaciny un incremento notable de presin,Fig. 6.

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

15

que se conseguir con cada uno delos ventiladores trabajando solo, yaque la caracterstica del sistema noser una horizontal, sino ms bienuna curva de segundo grado como la1 de la misma figura a la que corres-ponde un caudal 0-3 menor a todasluces que el 0-1 ms el 0-2.

Es muy importante estudiar cuidado-samente la forma de la curva caracte-rstica resultante en funcin del puntode trabajo a que se obligue la carac-terstica del sistema acoplado, ya quepuede presentarse un rgimen com-pletamente inestable producindoseuna oscilacin del caudal. Tal es elcaso representado en la fig. 8 endonde la curva C representa la carac-terstica de un ventilador del tipo delabes adelante en rodetes centrfu-gos y la curva R la resultante de dosaparatos en paralelo de esta caracte-rstica, y que se halla sumando lasabcisas del modo descrito antes, osea, para una abcisa de ordenadaOM, por ejemplo, el punto resultantede los dos MA es AA, de los dos MBes el BB y de los dos MC el CC. Perotambin es verdad que puede sumar-se una rama descendiente de otrodando puntos como los BA suma delMB+MA, el CA suma de los MC+MAy el CB suma de los MC+MB; unien-do los puntos BA, CA, CB obtendre-mos un tramo de curva caracterstica,como la sealada de trazo grueso,que es tambin una expresin posi-ble de la resultante.

Si consideramos ahora una caracte-rstica del sistema como la S, cortara la resultante en tres puntos el 1, 2 y3 con caudales q1, q2 y q3 distintos,dando lugar a un punto de trabajoinestable que oscilar entre estos tresvalores pasando de uno a otro bom-beando el fluido y consumiendo in-tilmente una buena porcin de ener-ga. En este acoplamiento slo seraceptable un punto de trabajo queest claramente alejado de la zona deinestabilidad descrita.

An resulta ms delicada la cuestincuando los dos ventiladores acopla-dos en paralelo tienen una caracters-tica francamente distinta, ya sea deforma o de magnitud como las C1 yC2 de la fig.9. La resultante R deltramo A al Q se obtienen sumandolos caudales de ambas para unamisma presin, igual como siempre,siendo el nico tramo para puntos detrabajo aceptable, como el M, para elque el caudal es superior al conse-

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Pero el diseo de la hlice segundadebe ser especial tanto en inclinaciny nmero de sus labes como en eldimensionado del motor de acciona-miento. Dos ventiladores de serie,iguales, no pueden acoplarse directa-mente a contrarrotacin.

ACOPLAMIENTO EN PARALELO

Dos o ms ventiladores se acoplanen paralelo cuando aspiran delmismo lugar y descargan hacia elmismo sentido en la canalizacin,uniendo all sus caudales.

La curva caracterstica resultante delas de los aparatos acoplados sehalla sumado los caudales corres-pondientes a cada presin, esto es,para cada ordenada (presin) la abs-cisa del caudal resultante q se obtie-ne de la suma de las abcisas de loscaudales de los ventiladores acopla-dos q1 + q2 tal como se indica en lagrfica de la fig. 7.

Enseguida se deja ver que el caudalconseguido con dos aparatos enparalelo no es nunca la suma de los

16

guido con un solo aparato trabajandocon el sistema 2. Ahora bien si consi-deramos el sistema 1 y trabajandosolamente el ventilador C2 tendremosen punto de trabajo Q2 con la presinO-p y el caudal p-Q2. Si acoplamosahora el ventilador C1, cuya presinmxima de la que es capaz O-p1, esnetamente inferior a la O-p que estproporcionando el ventilador C2 seestablecer una corriente de fluido desentido contrario a la de impulsindel ventilador C, debiendo restar alcaudal p-Q2 este p-Q1, para obtenerel punto de trabajo QR que resultarcon los dos aparatos en marcha, conun caudal P-QR inferior al p-Q2 delventilador C2 trabajando solo. Eltramo de curva caracterstica p1-Bdel ventilador C1 representa los cau-dales negativos o de contracorrientede este ventilador en funcin de laspresiones superiores a su mximaposible propia. El tramo de curvaresultante de A a B se obtiene restan-do las abscisas de la curva C1, tramop1-B, de las del tramo AP0 de la C2.

Queda as pues de manifiesto lo per-judicial que resulta un acoplamientoen paralelo cuando la caractersticadel sistema con la que se trabaje obli-gue a puntos situados en el tramoresultante con presiones superiores ala mxima capaz del menor ventilador.

ACOPLAMIENTO MIXTO

Cuando deban alcanzarse grandesporciones de ventilacin entre mrge-nes muy amplios de variacin suelerecurrirse a acoplamientos mltiplesde varias series de aparatos conecta-das en paralelo. Es el caso, por ejem-plo, en la ventilacin de tneles concirculacin de vehculos en donde eltrfico es muy variable alcanzandomomentos lgidos y otros semivacos.

El dibujo de la figura 10 ilustra uno deestos casos, sacados de una instala-cin real, en la que juegan cuatro uni-dades de impulsin en paralelo com-puestas de dos ventiladores en serieen cada una. Las diferentes combina-ciones posibles de funcionamientoproporcionan caudales desde 50.000m3/h hasta casi 600.000 m3/h, enocho niveles distintos que puedenusarse segn sea la polucin a con-trolar o bien para casos de emergen-cia como en un incendio. La figura10, las curvas de prestaciones Fig. 11y la Tabla I correspondiente, explicanpor s mismos este caso de acopla-miento mixto de ventiladores.

Fig. 10

Fig. 11

Punto Unidades Ventiladores Velocidad Caudal Potencia Horasde en en rev/min m3/h absorbida servicio

trabajo paralelo serie Kw Promedio

1 4 2 975 142 254 E

2 3 2 975 120 178 E

3 2 2 975 91 193 4

4 4 2 485 75 34 10

5 3 2 485 60 24 -

6 2 2 485 45 15 -

7 2 1 485 28 6 4

8 1 1 485 14 4 6

TABLA IE = Slo para emergencia.

PRESTACIONES EN FUNCIN DE LAS UNIDADES DE IMPULSIN EN SERVICIO

LOS VENTILADORES

EFECTOS DE INSTALACION.Ventilador y Compuerta.REGULACION DE LOSVENTILADORESMuchas veces se nos presenta elproblema de tener que variar lasprestaciones de un ventilador acopla-do a una instalacin como por ejem-plo, porque se ha de adaptar a dife-rentes regmenes de funcionamientoo bien debido a una modificacin dela instalacin de las prestacionesiniciales, intercambio de calor sea elcaso, se han visto modificadas.

La regulacin de las prestaciones delos ventiladores pretende dar res-puesta al anterior problema y puedeplantearse tanto desde la perspectivade tener que aumentarlas comopara disminuirlas. Ver Fig. 1.

REGULACION POR DISMINUCIONDE PRESTACIONES.La regulacin por disminucin de lasprestaciones de los ventiladores seefecta principalmente mediante lossiguientes sistemas:

COMPUERTAS

REGULACION POR BY-PAS

REGULACION DE VELOCIDAD

VARIACION ANGULO ALABES

Escoger uno u otro de estos siste-mas depender de un conjunto decriterios como son: zona de regula-cin, ahorro energtico, coste de lainversin, ruido, etc.

La Tabla I, da una orientacin sobrelas zonas de regulacin y, dentro deestas, las que son posibles y las re-comendadas para cada uno de lossistemas mencionados.

La eleccin de uno u otro sistema seefecta teniendo en cuenta la zonade regulacin que puede servir satis-factoriamente el consumo energticoy el nivel sonoro que ocasionan, ascomo el coste inicial de la instalacin.

Entre los diferentes parmetros atener en cuenta antes de elegir uno uotro sistema de regulacin, un lugarpreferente lo ocupan el apartado eco-nmico -dividido en gastos de man-tenimiento y de instalacin y el nivelsonoro.

Fig. 1

o

VENTILADORESEN SERIE

VENTILADORESEN PARALELO

REGULACIONPOR BY-PAS

COMPUERTAS

REGULACINDE VELOCIDAD

VARIACION ANGULOALABES

PSerie

Paralelo

Q

P

Q

P

Q

VENTILADOR SISTEMA DEREGULACIN

ZONA DEREGULACIONPOSIBLE

CENTRIFUGOYHELICOIDAL

HELICOIDAL

COMPUERTA

BY-PAS

REG. VELOCIDAD

ANGULOALABES

de a %

100 70

100 0

100 20

100 0

de a %

100 90

100 80

100 20

100 0

ZONA DEREGULACIONRECOMENDADA

Tabla 1

17

Fig. 2

GASTOS DE INSTALACIONY DE MANTENIMIENTOEn la Fig. 2 se ha esquematizado,para ventiladores de una cierta po-tencia, y desde una inversin mayora una de menor, el gasto de instala-cin inicial que puede representaradoptar uno u otro sistema de regu-lacin.

En la Fig. 3 el esquema se ha efec-tuado partiendo del consumo deenerga, es decir del mantenimientoo del rendimiento de la instalacin.

Escoger uno u otro sistema deberhacerse teniendo tambin en cuentala zona de regulacin prevista. Si laregulacin no ha de ser inferior al85% del caudal mximo entoncescualquier sistema puede ser eficazdependiendo de los periodos de fun-cionamiento a rgimen reducido. Si,por el contrario, la regulacin ha deser inferior al 60% del caudal mxi-mo, entonces la mejor solucin serun motor de velocidad regulable.

NIVEL SONOROLos niveles de presin acstica admi-sibles en los sistemas de ventilaciny acondicionamiento de aire obligan,en la mayora de casos, a prestar unaatencin particular al ruido.

La Fig. 4 muestra esquemticamentey de peor a mejor el comportamientode los sistemas de regulacin anun-ciados. En el caso de la regulacinmediante compuertas el nivel sonoroincluso aumenta al disminuir el cau-dal del ventilador por lo que estesistema de regulacin slo es acon-sejable para bajas correcciones delcaudal.

EFECTO DE INSTALACION DECOMPUERTASUn ventilador y una compuerta (per-siana) acoplada, constituyen un sis-tema ventilador-compuerta, lo queconstituye mucho ms que la simplesuma de dos elementos del equipo.

Ambos pueden operar independien-temente uno de otro pero su funcio-namiento es totalmente interdepen-diente. Debido a esta relacin deinterdependencia debe prestarse unaespecial atencin para hacer unaacertada seleccin y acoplamientodel ventilador y la compuerta.

En este sistema el ventilador comuni-ca energa al aire que lo hace circulara travs del ventilador-compuerta porque es sumamente necesario consi-derar como se mueve el aire paraentender el rendimiento del uso deesta energa y los factores que leafectan.

Fig. 4

Fig. 3

Fig. 5

COSTE INICIAL

BY-PAS

PEOR MEJOR

BY-PAS

CONSUMO DE ENERGIA

PEOR MEJOR

NIVEL ACUSTICO

PEOR MEJOR

ngulo variable Reguladorelectrnico

Compuerta

Compuerta ngulo variableReguladorelectrnico

ngulo variableCompuerta Reguladorelectrnico

Ventilador axialRotacin del airea la salida

Ventilador centrfugoRemolinos de aire ala entrada

18

Fig. 8

Fig. 6

Fig. 7

A pesar de que el uso de las com-puertas no presentan, tal como se hadicho, unas caractersticas ptimas,se utilizan ampliamente para bajascorrecciones del caudal.

Al plantear la instalacin de una com-puerta o de cualquier otro accesorioa un ventilador, debe tenerse encuenta que el aire, tanto a la entradacomo a la salida, se mueve en tresdirecciones creando unos remolinosque, segn se muevan o no en lamisma direccin de los labes delventilador, originarn un funciona-miento mejor o peor del conjuntocompuertaventilador. En la Fig. 5 sehan ilustrado estos remolinos paraventiladores centrfugos y axiales.

Debido a lo anteriormente expuestola instalacin de compuertas tieneunas ciertas limitaciones, y que, enalgunos casos, no es aconsejable.En la Tab II se han resumido las limi-taciones para la instalacin de com-puertas a la entrada o a la salida delos ventiladores. En caso de ventila-dores axiales, de extremar el cierrede persiana, puede originarse sobre-carga del motor elctrico

Tabla IICompuerta Adecuada paraa la: Ventiladores:

-ENTRADA -CENTRIFUGOS

-AXIALES

-SALIDA -CENTRIFUGOS

COMPUERTAS A LA ENTRADAEl control del caudal mediante com-puertas a la entrada es preferible alcontrol efectuado mediante com-puertas instaladas a la salida. Desdeel punto de vista energtico el controla la entrada es ms eficiente.

Los tipos de compuertas que suelenacoplarse a la entrada de los ventila-dores pueden verse en las Fig. 6 y 8Las de labes variables, tipos A y B,consta de un conjunto de labes quepueden orientarse a la vez en la mis-ma direccin y han de instalarse detal manera que dirijan el aire rotandoen la direccin del giro del rodetepara interferir lo mnimo con el flujonatural del aire dentro del ventilador yevitar ruidos excesivos.

Este tipo de compuertas son ade-cuados para ventiladores centrfugosde todos los tipos excepto cuando elrodete sea del tipo de labes haciadelante. Generan un remolino espiraldel mismo sentido y direccin que loslabes de los ventiladores; se le llamapre-rotacin. Pueden instalarse dedos formas:

Integradas con la boca de carga delVentilador.

100

0 100 %Porcentaje de Caudal a Escape Libre

Compuerta25 % abierta

50 % abierta

75 % abierta

100 % abierta

Troncocnico

Cilndrico

A

B

Compuertas a la entradadel ventilador

Ventiladorcentrfugo

Caracterstica resistentede la compuerta

Punto de trabajo

Caracterstica delventilador

Ventiladorcentrfugo

lamasopuestas

lamasparalelas

Plenum decarga

C

D

19

Imprs sobre Paper Ecolgic Mate de 135 Grs.

Fig. 9

Cilndricas, acopladas al conductode entrada del aparato.

Cuando las compuertas se suminis-tran integradas por el fabricante, lacurva caracterstica del conjunto in-cluye el efecto de la compuerta.

En cambio si son acopladas el efectodel sistema debe tenerse en cuentaen la seleccin inicial del ventilador.Unas grficas facilitadas por el fabri-cante permiten calcular dicho efectoen la presin en funcin de la veloci-dad del aire en la entrada.

Otro tipo de compuertas es el cons-truido mediante lamas, tipos C y D,siendo preferibles las lamas opuestasa las lamas paralelas. Fig. 8

Cuando sea necesario instalar com-puertas a la entrada de ventiladoresaxiales estas deben colocarse a unacierta distancia de la hlice del venti-lador para que la vena se uniformiceantes de alcanzar al aparato a menosque, como se ha dicho, los labes dela compuerta den al aire la mismadireccin que la inclinaciin de loslabes del ventilador. Esta distancia Ldepende de las caractersticasgeomtricas del diseo de la hlicedel ventilador axial. Fig. 9

COMPUERTAS A LA SALIDAYa se ha dicho que este tipo de com-puertas se aplica nicamente a losventiladores centrfugos y dentro deestos nicamente cuando las salidasson cuadradas o rectangulares.

Los tipos de compuertas que se aco-plan a la salida de los ventiladorespueden verse en la Fig. 10

El tipo de compuerta adecuado paracada aplicacin depende de las ca-ractersticas del recinto en el que des-carga el ventilador. As si el recinto dedescarga es amplio, como en el casode un plenum, cualquiera de las com-puertas de la Fig. 10, es adecuada.

Si por el contrario el ventilador des-carga en un conducto, el comporta-miento del sistema ventilador-com-puerta queda muy influenciado si elaire choca o no contra las paredesdel conducto de descarga. Fig. 11.As el tipo con lamas opuesta, es me-jor que el tipo de lamas paralelas, verFig. 10, F y H.

Entre los tipos de lamas se presentandos elecciones, una que las laminassean perpendiculares al eje del venti-lador o que sean paralelas al mismo.La experiencia muestra que es mejorutilizar compuertas con lamas per-pendiculares, fig. 10, E y F.

E

F

G

H

Fig. 10

Fig. 11

PEOR MEJOR

LVentilador axial

Distancia al ventilador

Difusor

Compuerta lamasopuestas

Compuertalamasparalelas

Compuerta de sali-da con lamas verti-cales paralelas

Compuerta de sali-da con lamas verti-cales opuestas

Compuerta de sali-da con lamas hori-zontales paralelas

Compuerta de salidacon lamas horizonta-les opuestas

Compuerta deentrada

Plenum de carga

20

LOS VENTILADORES

LAS VIBRACIONES I

OSCILACIONESSi se experimenta alguna vez conuna masa colgada de un muelle ouna goma elstica, segn la fig.1, yllevamos "m" a la posicin A y ladejamos suelta veremos que adqui

-

rir un movimiento rectilneo verticalhacia el punto B, para luego retro

-

ceder de nuevo hacia A, repitindosesucesivamente estos movimientos.Decimos entonces que la masa "m"tiene un movimiento oscilatorio.Veamos las magnitudes que caracte-rizan este tipo de movimientos:Perodo T: Es el tiempo que tarda lamasa "m" en ir desde A hasta B yvolver al A. Es decir el tiempo quetarda en dar una oscilacincompleta.La unidad es el segundo (s).Frecuencia f: Es el nmero de osci-laciones que da en 1 segundo. Launidad es el Herzio (Hz) que equi-vale a 1/s.La relacin entre el perdo T y lafrecuencia es muy simple: f = 1/T.Pulsacin : Es el producto de lafrecuencia por 2 . As:

= 2 f = 2 / TAunque la unidad es 1/s suele indi-carse en rad/seg para distinguirla dela frecuencia.Elongacin : A partir del momentoen que abandonamos la masa en laposicin A, la situacin de la mismair variando en cada instante. Paradeterminarla, podemos medir ladistancia que hay entre "m" y laposicin de equilibrio E. A estadistancia la llamamos elongacin.Naturalmente se medir en m, mm,m, ...En la fig. 2 vemos la grfica de laelongacin en funcin del tiempotranscurrido desde el instante en quehemos soltado la masa en A.Amplitud 0 : Es el valor mayor quealcanza la elongacin. Sera ennuestro caso la distancia de E hastaA, o de E hasta B.Algunas veces se utiliza el doble de0, es decir la distancia de A a B.21

B

E

A

0

0

T

t

Fig. 2

B

E

A

m

Fig. 1

Entonces se le llama "peak-to-peak".Para no confundir la amplitud 0 conel valor anterior, aquel se identificacon o-p y ste con p-p.Velocidad v: En su movimiento osci-latorio la masa va adquiriendodistintas velocidades con el tiempo.As en las posiciones A y B, la velo-cidad es nula, mientras que cuandopasa por el equilibrio E, es mxima.La representacin grfica de la velo-cidad en funcin del tiempo ser lade la fig. 3El valor mximo de la velocidad v0,podra usarse como una de lasmagnitudes caractersticas paradefinir el movimiento, sin embargosuele utilizarse ms a menudo elvalor eficaz, vef, ya que en casosms complejos lo define mejor.La relacin entre ellas es:

vef = v0 / 2Las unidades son el m/s y el mm/s.Aceleracin a: Como velocidad dela masa oscilante vara continua

-

mente, hay aceleracin. statampoco es constante y con eltiempo sigue el grfico de la fig. 4.Tambin podemos definir la acelera-cin mxima y la eficaz ambas rela-cionadas por:

aef = a0 / 2La unidad es el m/s2

MOVIMIENTO OSCILATORIOARMONICO SIMPLESi el movimiento de nuestro ejemplose mantuviera indefinidamente, seraun movimiento armnico simple. Lasecuaciones matemticas que lo rigenson las siguientes: = - 0 cos tv = +v0 sen ta = a0 costAsimismo , v, a, estn relacionadasentre s por las expresiones:v0 = 0 ; a0 = 0 2siendo = 2 f = 2 / TEn la fig. 5 estn resueltas grfica-mente estas expresiones. Podemosobservar que con dos parmetrosa0,f v0,f 0 ,f podemos definireste tipo de movimiento.

MOVIMIENTOS NO ARMNICOSNo siempre los movimientos oscilato

-

rios son tan simples como el descritohasta ahora. Algunas veces la repre

-

sentacin grfica elongacin-tiempotiene otras formas. Son como las delas figuras 6 y 7.

22100

50

20

10

5

2

0,5

0,2

0,1

1

10 20 50 200 500 1000 2000 5000 10000

100

20

50

500

1000

200

5

2

1

20001000

500

200100

50

2010

5

2

10,5

0,20,1

Aceleracinam/s(r.m.s.)

2

Elongacin

Frecuencia Hz

Velocidad

,mm/s

(r.m

.s.)

10

Fig. 5

v0

t

A E E A

B

Fig.3

a0

a

t

A E

B

E A Fig. 4

En estos movimientos tambinpuede definirse la velocidad mximay eficaz as como las aceleracionescorrespondientes, pero estos valoresno lo describen ntegramente. Es porello que se utiliza la transformacinde Fourier que permite descomponercualquier movimiento oscilatorio ensuma de movimientos armnicossimples. As tendremos: = 1 sen 1t + 2 sen 2t + ...v = v1 sen 1t + v2 sen2t + ...a = a1 sen 1t + a2 sen2t + ...Luego cada uno de los sumandosqueda caracterizado por dos par-metros como 1 f1, v1 f1, a1 f1, querepresentados grficamente nos danuna disposicin como la fig. 8,llamada espectro de frecuencia. Enel caso de movimientos peridicos,el espectro es como el de esta figuraformado por lneas situadas a 2, 3,4... n veces la frecuencia f1, llamadafundamental e igual a la inversa delperodo T. Las dems frecuencias sellaman armnicas.Si el movimiento no es peridico elespectro es continuo, fig. 9.El caso general es una mezcla de lasdos anteriores como el espectromostrado en la fig. 10.

VIBRACIONESLos distintos puntos de una cuerdade guitarra los distintos puntos dela membrana de un tambor los delcolumpio de la fig. 11, tienen unmovimiento oscilatorio semejante aldescrito anteriormente. Cuandosucede esto decimos que el cuerpocorrespondiente vibra.Evidentemente no todos los puntostienen la misma velocidad elonga-cin aceleracin. As el punto a1 dela cuerda de guitarra se mueve msrpidamente que el a2. Tampocotiene porque desplazarse en elmismo sentido y al mismo tiempo. Enefecto el punto b1 del columpio semueve igual que el b2, pero mientrasuno sube el otro baja. Decimosentonces que no tienen la mismafase; para ser ms exactos, queoscilan a contrafase que tienen undesfase de 180. De un modo similardecimos que los puntos a1 y a2 estnen fase.En resumen un cuerpo vibrante estcaracterizado por el hecho de quediferentes puntos del mismo oscilanen general a velocidades y en fasesdistintas.

23

T

t

Fig. 6

T

t

Fig. 7

n

f1 f =2 f2 1 3f3 f =nfn 1Fig. 8

n

f (Hz) Fig. 9

n

f (Hz) Fig. 10

b1

b2

a1

a2

Fig. 11

CARACTERIZACIN DE UNCUERPO VIBRANTEEs evidente que sabramos exacta-mente cmo vibra un cuerpo si cono-ciramos el espectro de frecuencia yla fase de cada uno de sus puntos.

Esto en la prctica no suele hacerseas, sino que se busca la vibracinde los puntos que oscilan con mayorseveridad.

As la norma ISO 10816-1 paramquinas en general el borradorISO CD 14694 para ventiladores enparticular, limitan la velocidad eficazmxima que puede encontrarse ensus rganos fijos. Vanse tablasA y B.

En la tabla A, las clases I a IVquedan definidas por el tipo demquina y su potencia. Las zonas A,B, C y D dependen de la aplicacin,siendo la A la ms exigente y la Duna indicacin de que la mquina nopuede aceptarse en cuanto a vibra-cin.

Las categoras sealadas de la tablaB, BV1 a BV5, quedan definidas enla tabla C.

CAUSAS DE LAS VIBRACIONESDescribiremos a continuacin lascausas ms importantes de vibracinen los ventiladores.

DesequilibrioEs quizs la fuente de vibracin mscomn. Se produce cuando el eje degiro de un elemento rotativo (hlice orodete) no pasa por su centro demasas c.d.m.,(desequilibrio esttico) que si pasando por el c.d.m., nocoincide con un eje principal deinercia del rotor (desequilibrio din-mico). Tanto un caso como otropueden interpretarse fcilmente,considerando que el rotor tiene unosexcesos de masa "m", fuera del ejede rotacin, tal como se indica en lafig. 12.La vibracin producida por el dese-quilibrio se caracteriza porque sufrecuencia es igual a la velocidad derotacin en rev/s. As por ejemplo, sien un ventilador encontramos unavibracin de 22 Hz y vemos que giraa 22 x 60 = 1320 rev/min, casipodremos asegurar que tal vibracines producida por un desequilibrio,sobretodo si la hlice est directa

-

mente acoplada al motor.

24

Lmites de vibracin para ventiladores (ISO CD 14694)

Aplicaciny Categora

Montaje rgidomm/s

BV-1

BV-2

Montaje flexiblemm/s

mximo mximor.m.s. r.m.s.

BV-3

BV-4

BV-5

12,7

5,1

3,8

2,5

2,0

9,0

3,5

2,8

1,8

1,4

15,2

7,6

5,1

3,8

2,5

11,2

5,6

3,5

2,8

1,8

Tabla B

Categora de ventiladores segn su aplicacin (ISO CD 14694)

Aplicacin Ejemplos

BV-1BV-2

PotenciamotorKw

0,15> 0,15

Categorade la

aplicacin

RESIDENCIAL

ACONDICIONAMIENTODE AIRE Y AGRCOLAPROCESOSINDUSTRIALESGENERACINDE ENERGA

TRANSPORTEY MARINA

TRFICO EN TNELES

PROCESOSPETROQUMICOSFABRICACIN DE CHIPSPARA ORDENADORES

Ventiladores de techotejado y acond. de ventanaVentilacn de edificios, aireacond. y sistemas comercialesVentiladores de filtroshmedos, ensacadoras,transporte neumtico, deminas, quemadores, controlde la polucin, tnelesaerodinmicosLocomotoras, camionesy automvilesVentilacin de energa enmetros, ventiladores de tnel,de garages y ventiladorescirculadores de tnelGases txicosy ventilacin de procesos

Habitaciones limpias

3,7> 3,7 300> 300

15> 15

75> 75ANY

37> 37

CUALQUIERA

BV-3BV-4

BV-3BV-4BV-5

BV-2BV-3BV-3BV-4

BV-3BV-4BV-4

Tabla C

0,28

Lmites de vibracin para mquinas en general (ISO 10816-1)

R.m.s. velocidadde la vibracin Clase I Clase II Clase III Clase IV

0,450,711,12

2,81,8

4,57,111,218

4528

A

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

Tabla A

Desequilibriodinmico

Desequilibrioesttico

O masas de compensacin Fig. 12

LOS VENTILADORES

LAS VIBRACIONES II

DesalineacionesEsta causa es casi tan comn comoel desequilibrio, aunque se utilicenrodamientos autolineables o acopla-mientos flexibles. La fig. 12 a, b, c, d,ilustra diferentes tipos de desalinea-ciones. Un eje torcido entraasimismo dentro de este grupo.Las desalineaciones producen vibra-ciones radiales y axiales, proporcio-nales al grado del defecto. Engeneral las vibraciones axiales sonun 50% de las radiales. Lafrecuencia de las mismas coincidecon la velocidad de rotacin en rev/s.Cuando la desalineacin es impor-tante, pueden salir frecuencias de 2y 3 veces la de rotacin.Si la desalineacin se produce en loscojinetes y stos son de friccin, nohabr vibracin por esta causa amenos que el rotor est desequili-brado. En cambio si los cojinetes sonrodamientos de bolas, se producesiempre vibracin, est o no dese

-

quilibrado el rotor. Fig.13.La desalineacin axial o angular dedos poleas entre las que se trans-mite el movimiento mediante correasV, ver fig. 12 d, tambin producevibraciones a 1, 2 y 3 veces la velo-cidad de rotacin, principalmente endireccin axial.

ExcentricidadEsta ocurre cuando el centro derotacin no coincide con el centrogeomtrico. En la fig. 14 se muestranvarios casos de excentricidad.La del caso a) es un tipo de desequi

-

librio que puede subsanarse si seequilibra el conjunto eje-rotor.En la b) y la c) se producen unasfuerzas radiales de comprensin enb y de traccin en c cuando los trescentros mostrados quedanalineados. Estas fuerzas provocanvibraciones a una frecuencia igual alnmero de revoluciones por segundoa las que gira la pieza con problemasde excentricidad.

HolgurasNormalmente provienen de tornillosflojos o de cojinetes con juegos

25

a) Ejes paralelos desalineados b) Desalineacin angular

c) Combinacin de las dosdesalineaciones

d) Desalineamiento paralelo yangular de ejes de poleas en V

Fig. 12

Con un casquillo de friccindesalineado slo se producirnvibraciones si existen desequilibrios

Con un rodamiento a bolasdesalineado pueden aparecervibraciones axiales haya o nodesequilibrio

Fig. 13

e

e e

a) b) c) Centro geomtricoCentro de rotacin

Fig. 14

demasiado grandes. No se producirvibracin a menos que existan otrasfuerzas como las de desequilibrio olas de desalineacin. Sin embargofuerzas pequeas pueden producirvibraciones importantes, por lo quees mejor solucionar las holguras queno eliminar las fuerzas, alineando oequilibrando mejor.La frecuencia de estas vibracionessuele ser de 2 x rev/s.

Fuerzas aerodinmicasEstas en general no provocan vibra-ciones en el mismo ventilador, peros pueden engendrar vibraciones enlos conductos acoplados al mismo.Tienen una frecuencia igual alnmero de labes multiplicado por lavelocidad de rotacin en rev/seg.

Cojinetes de friccinDan problemas de vibracin cuandotienen un juego excesivo o estn mallubricados o se han desgastado porfalta de mantenimiento. Lafrecuencia es 1 2 veces las rev/s.En el caso de mquinas de alta velo-cidad pueden encontrarse frecuen-cias de vibracin cercanas a la mitadde la velocidad de rotacin (latigazodel aceite).Rodamientos a bolasCausan vibraciones cuando hayalgn defecto en los caminos derodadura o en las bolas.De la fig. 15 podemos deducir lafrecuencia segn donde radique eldefecto.

Correas en VAparte de los problemas ya mencio-nados de desalineacin y excentri-cidad, las correas pueden provocarvibraciones, especialmente cuandohay varias en paralelo y estn desa-pareadas, condicin que no se tienedemasiado en cuenta en la prctica.Los defectos en las correasproducen vibraciones a unasfrecuencias que son mltiples de lavelocidad lineal de aqullas. As :

Hz = 1, 2, 3 o 4 polea x rev slong. correa

En cambio los defectos en las poleasproducen frecuencias iguales a suvelocidad de rotacin.

Motores elctricosAparte de los problemas mecnicosexpuestos hasta ahora, los campos

26

Niveles de vibracin irregulares (a menudo aparecen sacudidas)ngulo decontacto B

Diam.bolaBD

Diam.RodaduraPD

Impactos por segundo:Si hay defectos en el aro exterior:f (Hz) = n/2 f (1 - BD/PD cos )r

Si hay defectos en el aro interior:f (Hz) = 4/2 f (1 + BD/PD cos )r 2

Si hay defectos en las bolas:f (Hz) = PD/BD f [(1 - (BD/PD cos ) ]r 2

n = Nmero de bolas o rodillosfr = Velocidad relativa en rev/s entre

los anillos interior y exterior

Fig. 15

0

N0 N

0

Fig. 16

Fig. 17

0

03

01

02

N0

K1 K2 K3

N Fig 18

electromagnticos del motor puedengenerar vibraciones.En los motores asncronos lafrecuencia de las mismas suele serel doble de la de la red de alimen-tacin, es decir, encontramos vibra-ciones a 100 Hz o 120 Hz paraalimentados respectivamente a 50 o60 perodos.Si el motor est bien construido, laseveridad de estas vibraciones esbaja, sin embargo si hay excentri-cidad en el rotor y en el estator o sihay defectos en la jaula de ardilla,pueden tomar valores alarmantes.Una manera de identificar rpida

-

mente los defectos de procedenciaelectromagntica es desconectar elmotor y observar si desaparecen deinmediato. Los de origen mecnicose mantienen mientras va perdiendovelocidad.

MEDIDA DE VIBRACIONESSi nos fijamos en la tabla B en laHoja Tcnica, Vibraciones I, nosdaremos cuenta que la Norma ISOCD 14694 limita la vibracin mximano slo por la categora del venti-lador, sino tambin segn el tipo demontaje, distinguiendo un montajergido de otro flexible. Esto quieredecir que la severidad de la vibracinde una mquina, no es propiedadintrnseca de la misma.Para entender esto vamos a simularque realizamos un experimento conun motor montado sobre unosmuelles que hace girar una masadesequilibrada, segn la fig. 16.No es difcil intuir que al poner enmarcha el motor, ste adquirir unmovimiento oscilatorio un pococomplejo que se podr descomponeren varias direcciones de las cuales,slo nos fijaremos en la vertical.Si para cada velocidad N del motormedimos la amplitud 0 de la oscila-cin, podremos obtener una grficacomo la de la fig. 17.En ella vemos que a medida quecrece la velocidad, la amplitudtambin aumenta, pero no lineal-mente, de modo que a una velocidadN0 se hace muy grande para redu-cirse de nuevo hasta hacerse prcti-camente constante, a valores altosde la citada velocidad.Cuando se alcanza N0 decimos queel conjunto motor-soporte est enresonancia.

Si repetimos la experiencia montandola mquina sobre otros muelles dedistintas rigideces K1, K2, K3... obten-dremos otras grficas semejantes,como las indicadas en la fig. 18.Si Nn es la velocidad nominal delmotor, deduciremos de la mismafig.18 que las amplitudes obtenidas01...

02...

03... a esta velocidad

dependen de la rigidez de losmuelles y por tanto del sistema deanclaje de la mquina.En consecuencia nos podemosreafirmar en lo dicho al principio deeste pargrafo: la vibracin nodepende slo de la mquina en s,sino tambin de su montaje.Antes de continuar con la medida devibracin vale la pena hablar de losparmetros que definen la velocidad ofrecuencia de resonancia. Esta coin-cide con la frecuencia natural delsistema motor-muelles, es deciraquella que mediramos con el motorparado despus de separarlo con unimpulso de su posicin de equilibrio.Su valor se puede calcular fcilmentecon la siguiente expresin:N0 = 1/2 K / M, (Hz rev/s)K es la constante de rigidez delmuelle en N/m y M la masa total delmotor en Kg.De lo dicho hasta aqu podemos intuirque una buena medida de vibracindebe empezar por elegir unas condi-ciones de anclaje adecuadas de modoque sean bien conocidas y permitanobtener unos resultados repetitivos.Esto se consigue con un anclaje muyrgido o muy elstico de manera quequedemos lejos de la resonancia,donde las medidas estaran afectadaspor una incertidumbre alta. (Unapequea variacin de la velocidad derotacin representara unas varia-ciones muy grandes de la amplitud).El siguiente paso consiste en deter-minar los puntos y direcciones dondedebemos tomar las medidas.Para un montaje elstico stosdeben elegirse en los anclajes de lamquina y otros lugares apartadosdel eje de rotacin, en direccinradial y axial. Fig. 19.Si el montaje es rgido elegiremospuntos cercanos a los cojinetesntimamente ligados a los mismos,haciendo tambin medidas en lasdirecciones radial y axial. Fig. 20.Sobre los puntos de medida se fijanrgidamente unos transductores de

28

Montaje elsticoFig. 19

Montaje rgidoFig. 20

Analizador

Transductor

Superficie vibranteFig. 21

aceleracin (acelermetros) o de velo-cidad que transforman estas magni-tudes en sendas seales elctricastratadas por un analizador Fig. 21.Los analizadores poseen unos filtrosanalgicos o digitales o son unascomputadoras que calculan la Trans-formada Rpida de Fourier (FFT).Como salida proporcionan elespectro de frecuencia de laamplitud, velocidad o aceleracineficaces de la vibracin del puntoque se analiza.Tambin suelen dar el valor eficaztotal de la magnitud medida para elrango de frecuencias que interese.

AISLAMIENTO DE VIBRACIONESPreliminaresCuando una mquina se instala en suubicacin definitiva, la estructura quela soporta puede ser un medioperfecto para transmitir sus vibra-ciones y llevarlas a distancias consi-derables, causando problemas deruido y vibracin en recintos alejados.Es por ello necesario colocar unabarrera adecuada entre mquina yestructura que evite la propagacinde la energa de las vibraciones.Estas barreras son los aislantes devibraciones, muchas veces llamados"silent-blocks".Volvamos al motor desequilibradofig. 16. Si se une directamente a labase sin ningn muelle, toda lafuerza del desequilibrio se transmitira la estructura que la soporta.Decimos entonces que la "transmisi-bilidad" es igual a 1 del 100%,entendindose sta como la relacinentre la fuerza transmitida y lacausante de la vibracin. Asimismodiremos que el "aislamiento" es cero,definido como la diferencia hasta 1 o100 de transmisibilidad en tanto poruno o en t%.Supongamos ahora que los datos dela experiencia que simulamos con elmotor y los muelles, los transfor-mamos en transmisibilidad divi-diendo la fuerza que realizan losmuelles, igual a K0 por la fuerza deldesequilibrio m2r. Si estos datos losrepresentamos, no en funcin de lavelocidad de rotacin, sino enfuncin de sta, dividida por:

N0 =12

KM

obtendremos la grfica de la fig. 22.

En ella podemos ver que si losmuelles son de una rigidez suficien-

temente baja como para que elnmero adimensional,

2 N MK

est por encima de 2, tendremosque la transmisibilidad ser

CONCEPTOS VENTILACION

LA VENTILACION

Puede definirse la Ventilacin comoaquella tcnica que permite sustituirel aire ambiente interior de un local,considerado inconveniente por sufalta de pureza, temperatura inade-cuada o humedad excesiva, por otroexterior de mejores caractersticas.

Funciones de la Ventilacin

A los seres vivos, personas principal-mente, la ventilacin les resuelvefunciones vitales como la provisinde oxgeno para su respiracin y elcontrol del calor que producen, a lavez que les proporciona condicionesde confort afectando a la temperatu-ra del aire, su humedad, la velocidaddel mismo y la dilucin de oloresindeseables.

A las mquinas e instalaciones yprocesos industriales la ventilacinpermite controlar el calor, la toxicidado la potencial explosividad de suambiente.

Tipos de ventilacin:

Ventilacin por Sobrepresin, quese obtiene insuflando aire a un local,ponindole en sobrepresin interiorrespecto a la presin atmosfrica. Elaire fluye entonces hacia el exteriorpor las aberturas dispuestas parallo. Fig. 1. A su paso el aire barre loscontaminantes interiores y deja ellocal lleno del aire puro exterior.

La Ventilacin por Depresin selogra colocando el ventilador extra-yendo el aire del local, lo que provocaque ste quede en depresin respec-to de la presin atmosfrica. El airepenetra desde fuera por la aberturaadecuada, efectuando una ventila-cin de iguales efectos que laanterior. Fig. 2.

Ventilacin Ambiental o General

El aire que entra en el local sedifunde por todo el espacio interiorantes de alcanzar la salida. Es elcaso de las figuras 1 a 3. Este tipode ventilacin tiene el inconvenientede que, de existir un foco contami-nante concreto, como es el caso decubas industriales con desprendi-mientos de gases y vapores moles-

VENTILACIONAMBIENTAL

Fig. 1Local en sobrepresin (+)

Local en depresin (-) Fig. 2

Aire

VENTILACIONAMBIENTAL

Local en depresin (-) Fig. 3

VENTILACIONAMBIENTAL

Local en depresin (-) Fig. 4

Cuba

AIRE LIMPIOCampana

VENTILACIONLOCALIZADA

Ventiladorimpulsor

Salidalibre

Aire

Extractor

Extraccinde aire

Extractor

Cuba

AIRE CONTAMINADO

Extractor

Aire

Aire

29

tos o txicos, el aire de una ventila-cin general esparce el contamiantepor todo el local antes de sercaptado hacia la salida.

Ventilacin Localizada

En esta forma de ventilacin el airecontaminado es captado en elmismo lugar que se produce evitan-do su difusin por todo el local. Selogra a base de una campana queabrace lo ms estrechamenteposible el foco de polucin y queconduzca directamente al exterior elaire captado. Fig. 4.

Ventilacin Mecnica Controlada

Conocida por sus siglas V.M.C. esun sistema peculiar que se utilizapara controlar el ambiente de todauna vivienda, local comercial eincluso un edicificio de pisos,permitiendo introducir recursos parael ahorro de energa. Trataremos estecaso de forma monogrfica en unaHoja Tcnica especfica.

Situacin del extractor

Los diversos edificios reales, con lagran variedad de construcciones queexisten, dificulta que se den normasfijas respecto a la disposicin de lossistemas de ventilacin.

Damos no obstante unas directricesgenerales que deberan seguirse enlo posible:

Los ventiladores deben situarsediametralmente opuestos a lasentradas de aire, de modo que elcaudal de ventilacin atraviese todala zona contaminada.

Colocar los extractores cerca de losfocos de contaminacin para captarel aire nocivo antes de que sedifunda por el local.

Alejar el extractor de una ventanaabierta o entrada de aire exterior,para evitar que entre de nuevo al aireexpulsado.

Las figuras 5 a 12 ilustran diversoscasos con soluciones para lograr lasrecomendaciones apuntadas.

Todas estas disposiciones suponenque el aire extrado se desecha ylanza al exterior, prctica pocorecomendable en caso de airecalefaccionado en poca invernal.Para poder recuperar parte de laenerga del mismo hay que procedera recirculaciones que se describirnen la Ventilacin V.M.C. mencionadaantes.

Insuflacin. Una sola cara accesible.Fig. 12

Insuflacin uniformizada por plenum.Fig. 10

Conducto o tabique para alcanzarzonas muertas. Fig. 8

Una sola cara accesible. Fig. 6

DISPOSICIONES DE LOS APARATOS DE VENTILACIONY LAS ABERTURAS DE ENTRADA DE AIRE

Extraccin por el techo. Fig. 11

Extraccin por plenum. Fig. 9

Tres caras accesibles. Fig. 7

Disposicin diametral. Caso ideal. Fig. 5

30

VENTILACION GENERAL

Para ventilar un local por el sistemade Ventilacin General o Ambiental loprimero que debe considerarse es eltipo de actividad de los ocupantesdel mismo. No es lo mismo unaoficina moderna, espaciosa, con bajondice de ocupacin, que unacafetera, una sala de fiestas, un tallerde confeccin o de pintura.

La razn de ventilar los habitculoshumanos es el de proporcionar unambiente higinico y confortable a losocupantes ya que se estima quepasan encerrados en locales unnoventa por ciento de su tiempo. Hayque diluir el olor corporal, controlar lahumedad, el calor, el humo detabaco y la polucin que desprendenlos muebles, moquetas, suelos yparedes de los edificios, adems delos resultantes de las eventualesactividades industriales.

Una forma de proceder es calcular elcaudal de aire necesario en base alnmero de ocupantes y en razn a7,5 litros por segundo y personapara los casos normales en los queno sea significada la polucin provo-cada por elementos ajenos a laspersonas.

Pero si se hace difcil prever elnmero de ocupantes y se creemejor referirse a la funcin del local,puede recurrirse al clculo basado enel nmero de renovaciones / horaN, esto es, las veces que deberenovarse por hora todo el volumende aire del local. Este nmero seencuentra en tablas como la que semuestra con el N 1.

Para su clculo se determina primeroel volumen del local, multiplicando ellargo por el ancho y por el alto, encaso de que sea paralelipdico, odescomponiendo en figuras simplesel volumen total.

Volumen V (m3) = L x A x H (m)

Se escoge luego el nmero N derenovaciones por hora, segn sea laactividad desarrollada en el local y semultiplican ambos.

Caudal Q (m3/h) = V x N

Ejemplo:

Un restaurante medio cuyo comedormide 15 x 5 metros, con una alturade 3 m presenta un volumen de:

V = 15 x 5 x 3 = 225 m3

Ya que est permitido fumar seescoger un numero de renovacioneshorarias de N = 10 , resultando uncaudal de:

Q = 225 x 10 = 2.250 m3/h

Si el local lo permite, decidiremos ladisposicin de colocar dos extrac-tores de 1.200 m3/h cada uno en una

Tabla 1

RENOVACION DEL AIRE ENLOCALES HABITADOS

Catedrales 0,5

Iglesias modernas (techos bajos) 1 - 2

Escuelas, aulas 2 - 3

Oficinas de Bancos 3 - 4

Cantinas (de fbricas o militares) 4 - 5

Hospitales 5 - 6

Oficinas generales 5 - 6

Bar de hotel 6 - 8

Restaurantes lujosos (espaciosos) 5 - 6

Laboratorios (con campanas localizadas) 6 - 8

Talleres de mecanizado 5 - 10

Tabernas (con cubas de vinos presentes) 10 - 12

Fbricas en general 5 - 10

Salas de juntas 5 - 8

Aparcamientos subterrneos 6 - 8

Salas de baile clsico 6 - 8

Discotecas 10 - 12

Restaurante medio (con un tercio de fumadores) 8 - 10

Granjas Avcolas 6 - 10

Clubs privados (con fumadores) 8 - 10

Cafs 10 - 12

Cocinas domsticas (mejor instalar campana) 10 - 15

Teatros 10 - 12

Lavabos 13 - 15

Sala de juego (con fumadores) 15 - 18

Cines 10 - 15

Cafeteras y Comidas rpidas 15 - 18

Cocinas industriales (indispensable usar campana) 15 - 20

Lavanderas 20 - 30

Fundiciones (sin extracciones localizadas) 20 - 30

Tintoreras 20 - 30

Obradores de panaderas 25 - 35

Naves industriales con hornos y baos (sin campanas) 30 - 60

Talleres de pintura (mejor instalar cabinas o campanas) 40 - 60

Renov./horaN

pared, descargando directamente alexterior con dos o tres entradas deaire, bajas, en la pared opuesta, quecerraremos con persianas de lamasfijas antilluvia. A los extractores lescolocaremos persianas de gravedadque se cierran automticamentecuando se paran los aparatos,evitando la entrada de aire fro delexterior.

31

Imprs sobre Paper Ecolgic Mate de 135 Grs.

VENTILACION LOCALIZADA

Cuando se pueda identificar clara-mente el foco de contaminacin elsistema ms efectivo, y econmico,es captar localmente le emisinnociva. Ejemplo de la Fig. 13.

Debe procederse as:

1. Identificar los puntos de produc-cin del contaminante.

2. Encerrarlo bajo una campana.

3. Establecer una succin capaz decaptar, arrastrar y trasladar el aire,posiblemente cargado de partculas.

Los elementos bsicos de unainstalacin as, son:

La Captacin.

El Conducto o canalizacin.

El Separador o filtro.

El Extractor de Aire.

La Captacin

Su misin es la de poder atraer elaire con los contaminantes quecontenga para trasladarlo al lugar dedescarga.

Los principios de diseo son:

1. El caudal de captacin varaaproximadamente con el cuadradode la distancia, o sea que si lacampana est a una distancia L delfoco, necesitando un caudal Q paracaptarlo, si se aleja a una distancia2L el caudal necesario ser 4Q.

La Fig. 14 muestra diversos modelosde bocas de captacin.

2. Cuando se trate de gases nocivosla campana debe colocarse de modoque se avace fuera del espacio derespiracin de los operarios. Fig 15.

3. La campana, o caperuza, queenvuelva una mquina debe disear-se para que las partculas a captarincidan dentro de su boca. Fig. 16.

4. Siempre que sea posible, lasboquillas de extraccin deben sercon brida, reduciendo as el caudalen un 25 % aproximadamente. Es elcaso Canto con Brida de la Fig. 14.

La Canalizacin ya se trat en"Circulacin de aire por Conductos",la tecnologa de Separacin depolvos y grasas del aire se estudiarms adelante y los Extractores deAire, su clasificacin y seleccin,est contenida en sus Hojas corres-pondientes.

BIEN

Fig. 16

Fig. 15

Fig. 13

Fig. 14

CAPTACION DE AIRE CONTAMINADO

CAUDAL NECESARIODIMENS.ABERTURATIPO DE BOCA

Va = Velocidad aire captacin

De acuerdoa la

funcin

De acuerdoa la

funcin

CABINA

CAMPANA

CANTOCON

BRIDA

ACANTO

VIVO

RANURACON

BRIDA

RANURA

D

H

L 0,2

H

L 0,2

H

L 0,2

H

L 0,2 Q = 13500 Va Ld

Q = 10000 Va Ld

Q = 2750 Va (10 d2 + S)

S = L x H

Q = 3600 Va S

Q = 5000 Va PD

P = Permetro [m]

BIEN

MAL

MAL

Gasesnocivos

Gasesnocivos

d, H, L [m]; V [m/s]; = Punto contaminacin; Q [m 3/h]*

Q = 3600 Va (10 d2 + S)

S = L x H

Va Va

Va

Va

Va

H

Va

Va

H

L*d

*

Ld

*

d

d

*

32

LA VENTILACION CENTRALIZADACONCEPTOS VENTILACION

Definida ya la Ventilacin y susfunciones en beneficio de personas,animales y mquinas o instalacionesen la Hoja Tcnica La Ventilacin,nos ocuparemos en sta de laVentilacin Centralizada conocida porsus iniciales V.C., cada vez mejorconsiderada por los expertos ydiseadores de edificios al tiempo dedecidir una aireacin racional de sushabitculos.

Ventilacin CentralizadaConsiste en un sistema de ventilacinconcentrando la extraccin en unsolo punto del edificio y, por mediosmecnicos, extractor/ventilador,controlar el caudal de aire. Una redde conductos y accesorios de aspira-cin/expulsin/transmisin de aire,aseguran una distribucin uniforme yun barrido eficaz de los contaminantes.

Desde el convencimiento de tenerque mejorar las condiciones dehabitabilidad de las viviendas y noslo las de nivel alto sino tambin lasde todo tipo, sociales o medias, sellega a la necesidad de eliminar de lasmismas los malos olores, gases,polvo, humos, humedades, etc.arrastrndolos al exterior, a la vez quese suministra un aire de caractersti-cas higinicas aceptables. Pero,adems, todo llo compatible con elahorro de energa, no desperdiciando

el calor que contenga un aire, aunqueest polucionado.

La V.C. permite atender a ambasexigencias de forma racional, aunquesean intrnsicamente antagnicas.Controlar los niveles de aireacin den-tro de los lmites estrictamenteimprescindibles, dictados por lahigiene y el confort y a la vez, si sedesea, proporcionar medios viablespara recuperar la energa del aireextrado, antes de que sea expulsado,constituye la virtud de este sistema.

Ventilacin NaturalTraemos aqu este tipo de ventilacincomo antpoda de la ventilacinmecnica. Lejos de poder controlarnada, podemos calificar este sistemacomo de Ventilacin Incontrolable, alextremo de resultar muchas vecesuna ventilacin nula mayormente enverano que los vientos son dbiles.

Aunque se sigan principios de diseoen funcin de la altura del piso, serealicen aberturas diversas, se cons-truyan chimeneas o artilugios en lasviviendas, orientndolas a los puntoscardinales eventualmente favorables,el resultado depende siempre de lastemperaturas, interior y exterior y delos vientos, mucho mayores en invier-no que en verano, para conseguir unacirculacin del aire. La ventilacinqueda al albur de la conjugacin

favorable de las variantes de lametereologa, muchas veces nefastascomo en el caso de las inversionestrmicas.

Algunos autores especializados enclimatizacin califican a la ventilacinnatural como de absolutamenteincontrolable y al clculo del caudalnada fiable. Concluyen hacindose lapregunta: Por qu no se dicen lascosas tal como son al hablar deventilacin natural y no se estimula eluso de la ventilacin mecnica, quepermite una recuperacin de calor sise quiere?.

Cualidades de la VentilacinCentralizadaPodemos sealar las siguientes:

Independencias de las variacionesatmosfricas, de los obstculos querepresentan las edificcaiones colin-dantes y de la orientacin del bloque.

Economa en el coste de la instalacinatendiendo a su rentabilidad trmica.

Ventilacin permanente con caudalesprecisos del orden que se desee.

Expulsin controlada del aire viciado.

Nivel de rudo bajsimo.

Sin retornos del aire extrado.

Mantenimiento bajo. Los equiposmecnicos son de pequea potencia

DESCARGA

PLENUM DEASPIRACIN

EXTRACTOR

SALAPASILLOBAOW.C.COCINA

ENTRADA

AIREEXTERIOR

Fig. 1

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Fig. 2

Facilidad de montaje e inspeccin.

Regulacin bajo control por medio decomponentes fcilmente ajustables.

SistemasExisten dos sistemas principales deVentilacin Centralizada aunque sepresentan a veces variantes de losmismos en funcin de la clase deregulacin o de recuperacin deenerga que se adopte.

Extraccin CentralizadaEn este sistema, que esprincipalmente por depresin,aunque puede disearse porsobrepresin, se extrae el aire porlas piezas hmedas de la casa(cocinas, aseos, baos ) de las queparten conductos que confluyen en elpunto en el que se monta el extractormecnico para lanzar al exterior elaire captado.

Las entradas se aire se hacen por laspiezas secas, dormitorios, estudios yestancias, directamente del exteriorpor medio de aberturas permanentescon regulacin manual o bien auto-rregulables. Los dibujos de las Fig.1,2,3 etc muestran en esquema elSistema de Extraccin Centralizada.

El aire de entrada a las piezas secasde la casa debe proporcionar uncaudal en funcin de los ocupantes ypolucin que se origine. Un clculobasado en un litro por segundo pormetro cuadrado de la estancia podraser correcto. La velocidad del aire enlas aberturas no debera sobrepsarlos 2 m/s y en las zonas ocupadasno superior a 0,25 m/s.

La transferencia de aire de una zonaa otra, en direccin a las piezashmedas, no debera suponerprdidas de carga de 1 N/m2(0,1 mm c.d.a.) por lo que las rejillaso el destalonado de puertas deberanfacilitar 20 cm2 por cada 10 m3/h deaire transferido.

La puerta de entrada a la viviendadebera ser estanca, obligando a queel aire entre en la misma por losdormitorios y estancias.

Las chimeneas u hogares con leosardiendo deben tener una ventilacinindependiente.

El aire extrado por el ventilador,suma del procedentes de las salashmedas, baos y cocinas, debe serel mismo que entre por las piezas

secas. Aqu se contabiliza el extradode forma permanente de la cocina. Enfuncin de la superficie de estaspiezas puede estimarse un caudal de4l/s.m2.