La elección la determina la presión. Los ventiladores axiales mueven grandes volúmenes contra una baja resistencia de forma eficiente, pero pierden capacidad a medida que aumenta la resistencia; los ventiladores centrífugos desarrollan una presión mucho mayor y son la única opción práctica cuando un sistema presenta una restricción real.
Cómo genera presión cada uno
Un ventilador axial mueve el aire en paralelo al eje, como una hélice. Las palas transmiten momento en la dirección del flujo. Esto resulta eficiente para mover volumen, pero limita inherentemente la presión: una pala solo puede hacer hasta cierto punto con el aire que pasa directamente a través de ella.
Un ventilador centrífugo toma el aire axialmente y lo expulsa hacia el exterior a través del rodete, girando el flujo 90°. La presión procede de la fuerza centrífuga que actúa sobre el aire en los conductos giratorios, y este mecanismo escala mucho mejor. Un ventilador centrífugo puede desarrollar varias veces la presión de un ventilador axial de diámetro y velocidad similares.
El punto de transición
Valores aproximados, y existe solapamiento:
- Por debajo de ~300 Pa: el axial suele ser la mejor opción: más sencillo, económico, compacto y eficiente para este servicio
- 300–800 Pa: zona realmente disputada. Depende de la eficiencia en el punto específico, los límites de ruido, el espacio y el polvo
- 800–2,500 Pa: territorio de los centrífugos. Los ventiladores axiales necesitan varias etapas o altas velocidades periféricas, y se vuelven ruidosos e ineficientes
- Por encima de 2,500 Pa: centrífugo, prácticamente sin excepciones en la ventilación industrial
Geometrías de las palas centrífugas
Las palas curvadas hacia atrás se inclinan en sentido contrario a la rotación. Ofrecen la mayor eficiencia de los tipos habituales, entre 75–85 %, y no generan sobrecarga: la potencia alcanza un máximo y después disminuye, por lo que el motor no puede sobrecargarse debido a un sistema que resulte menos restrictivo de lo previsto. Son la opción predeterminada para aplicaciones de aire limpio en las que la eficiencia es importante.
Las palas de perfil aerodinámico están curvadas hacia atrás y tienen una sección aerodinámica. Son las más eficientes disponibles, hasta aproximadamente un 85 %, y también las más costosas. Las secciones huecas las hacen vulnerables a la erosión y a la acumulación interna de condensado corrosivo, por lo que deben utilizarse con aire limpio y seco.
Las palas curvadas hacia delante se inclinan en el sentido de la rotación. Tienen una eficiencia menor, del 55–70 %, y producen un caudal elevado a baja velocidad con un rodete compacto, razón por la que predominan en las unidades compactas de tratamiento de aire, donde el tamaño determina el coste. Generan sobrecarga: la potencia aumenta continuamente con el caudal, por lo que un motor dimensionado para el punto de diseño puede sobrecargarse si la resistencia real es inferior a la calculada. Compruebe el motor considerando el caso de baja resistencia.
Las palas radiales son rectas y tienen forma de paleta. Son las menos eficientes, con un 50–65 %, pero las más tolerantes al polvo, las fibras y los materiales que pasan a través de ellas. Su diseño permite la autolimpieza, pueden reconstruirse con placas de desgaste soldadas y son la opción estándar para la manipulación de materiales y la extracción de polvo pesado. Elegir un rodete eficiente para un servicio con polvo es un error común y costoso: un rodete curvado hacia atrás que manipule polvo abrasivo se erosiona rápidamente y pierde el equilibrio.
Diferencias prácticas
Espacio e instalación. Los ventiladores axiales se montan directamente en un tramo de conducto y ocupan muy poco espacio adicional, una ventaja decisiva en las modernizaciones. Los ventiladores centrífugos necesitan una carcasa, una descarga en una dirección específica y una bancada o estructura de soporte.
Características del ruido. Los ventiladores axiales producen más ruido de alta frecuencia, que resulta más molesto y más difícil de atenuar, aunque se propaga menos. Los ventiladores centrífugos producen más energía de baja frecuencia, que resulta menos molesta, pero se transmite con mayor facilidad a través de la estructura del edificio. Para un servicio equivalente, los ventiladores centrífugos suelen ser más silenciosos en conjunto en sistemas con conductos.
Reversibilidad. Los ventiladores axiales pueden funcionar en sentido inverso para invertir el flujo de aire, con una eficiencia reducida, lo que resulta útil en la ventilación de túneles y aparcamientos cuando el control del humo lo requiere. Los ventiladores centrífugos no pueden hacerlo; hacer funcionar uno al revés produce una fracción del caudal, no un flujo invertido.
Comportamiento fuera del punto de diseño. Ambos entran en pérdida cuando funcionan demasiado a la izquierda, pero la pérdida de un ventilador axial es más brusca y el caudal puede disminuir considerablemente ante un pequeño aumento de la resistencia. Los ventiladores centrífugos, especialmente los curvados hacia atrás, se degradan de forma más gradual.
Cuándo la respuesta teóricamente correcta es incorrecta
Conviene mencionar tres casos.
Polvo adecuado para un rodete radial en una aplicación que no tolera el ruido. La respuesta eficiente y robusta es un ventilador centrífugo radial; la respuesta que el edificio puede aceptar quizá sea un ventilador curvado hacia atrás con filtración aguas arriba y un programa de mantenimiento. La filtración añade resistencia y coste, pero en ocasiones es la única configuración viable.
Servicio de baja presión en una ubicación sin espacio para una carcasa. Incluso cuando un ventilador centrífugo sería ligeramente más eficiente, un ventilador axial instalado en el conducto que encaje es mejor que un ventilador centrífugo que requiera trabajos estructurales.
Sistemas cuya resistencia es realmente incierta. Cuando el cálculo podría desviarse ampliamente, un ventilador curvado hacia atrás sin sobrecarga es más seguro que una selección más eficiente de palas curvadas hacia delante, porque el motor no puede sobrecargarse si el sistema resulta ser menos restrictivo de lo supuesto.
Especificación de cualquiera de los dos
Envíe el caudal de aire, la presión estática, la temperatura del aire, el contenido de polvo o humedad, la tensión y frecuencia de alimentación, las limitaciones de espacio, el límite de ruido con la distancia y cualquier requisito para zonas peligrosas.
Cuando el servicio se encuentre en la banda disputada de 300–800 Pa, cotizaremos ambos tipos con la eficiencia en su punto de funcionamiento, de modo que la comparación se base en la potencia absorbida y el ruido, y no en la categoría.