Los reguladores de salida, los álabes guía de entrada, la velocidad variable y la escalonación de ventiladores pueden ajustar el caudal de aire suministrado, pero el rango viable y el consumo de energía dependen del ventilador y del sistema. Compare cada método con los mismos requisitos de caudal y presión, utilizando los datos reales de rendimiento y el perfil anual de funcionamiento.
Qué modifica cada método
Regulador de salida. Añadir resistencia aguas abajo desplaza el punto de funcionamiento a lo largo de la curva del ventilador a velocidad fija. La potencia puede disminuir, mantenerse relativamente alta o seguir otra tendencia, según la curva de potencia del ventilador y su región de funcionamiento. Compruebe la estabilidad y la carga del motor; un regulador de salida no es siempre la opción menos costosa de instalar ni el sistema más caro de operar.
Álabes guía de entrada. Los álabes adecuados generan prerrotación y modifican la característica del ventilador. Su efecto depende del ventilador, el diseño de los álabes, su posición y apertura. Utilice los datos de rendimiento combinados pertinentes, en lugar de considerar que los álabes de entrada proporcionan un porcentaje fijo de ahorro respecto de un regulador de salida.
Velocidad variable. Reducir la velocidad modifica las curvas disponibles de caudal y presión. Puede reducir sustancialmente la potencia cuando las condiciones de funcionamiento del sistema lo permiten, pero la velocidad por sí sola no determina el nuevo punto de funcionamiento. Compruebe la presión requerida, el caudal mínimo, la estabilidad del ventilador y los límites del motor y del controlador.
Escalonación. En sistemas con varios ventiladores, cambiar la cantidad de ventiladores en funcionamiento modifica la característica combinada. Vuelva a calcular su intersección con la curva del sistema. Apagar uno de varios ventiladores no necesariamente reduce el caudal total ni la potencia en la proporción que aportaba originalmente ese ventilador. Tenga en cuenta los dispositivos de aislamiento o prevención del flujo inverso, las transiciones, la redundancia y la estabilidad del control.
Ley cúbica: cálculo condicionado
Para una geometría de ventilador y una densidad fijas, en puntos de semejanza correspondientes, el caudal de aire varía en proporción a la velocidad, la presión en proporción al cuadrado de la velocidad y la potencia en el eje aproximadamente en proporción al cubo de la velocidad, cuando la eficiencia es comparable. Un sistema fijo, dominado por la fricción y cuya resistencia varía con el cuadrado del caudal, puede seguir aproximadamente estos puntos al cambiar la velocidad. Puede que un sistema con un requisito de presión fija, reguladores que cambian de posición u otra curva de resistencia no lo haga.
Para un caso hipotético que cumpla esos supuestos, reduzca la velocidad al 60% del valor de referencia. Las proporciones son:
| Magnitud | Cálculo | Proporción de referencia |
|---|---|---|
| Velocidad | n₂/n₁ = 0.6 | 60% |
| Caudal de aire en el punto correspondiente | Q₂/Q₁ = 0.6 | 60% |
| Presión en el punto correspondiente | Δp₂/Δp₁ = 0.6² | 36% |
| Potencia en el eje con eficiencia comparable | P₂/P₁ = 0.6³ = 0.216 | 21.6% |
Este es un ejemplo de potencia en el eje, no un ahorro eléctrico medido ni una promesa aplicable a un ventilador concreto. La potencia eléctrica de entrada también depende del rendimiento del motor, la transmisión y el controlador en cada condición de funcionamiento. No aplique un ajuste genérico al alza hasta el 25–35% ni asigne cifras del 80–90% a los reguladores y del 55–70% a los álabes sin curvas o mediciones que las respalden.
Cuando una parte de la presión requerida se mantiene al disminuir el caudal, calcule los puntos de funcionamiento a partir de esa curva del sistema y de cada curva del ventilador con control. Verifique que se mantengan una presión suficiente y una región de funcionamiento estable en todo el rango. El manual de sistemas de ventiladores del DOE analiza las alternativas de control y las limitaciones que requieren una evaluación específica para cada aplicación.
Elabore una comparación basada en las condiciones de funcionamiento reales
- Enumere las condiciones de funcionamiento requeridas: caudal de aire, definición de presión, condiciones del gas y horas anuales, incluidos los requisitos mínimos del proceso o de ventilación.
- Obtenga los mapas de rendimiento pertinentes: curvas de potencia a velocidad fija, ajustes de los álabes, curvas de velocidad o la configuración combinada de varios ventiladores. Incluya las pérdidas por instalación y accesorios.
- Compruebe primero la viabilidad: velocidad permitida, carga del motor, estabilidad, ruido, refrigeración, caudal mínimo requerido y cualquier modo de seguridad o emergencia.
- Compare la potencia de entrada de la red: indique si cada cifra es medida o estimada e identifique los supuestos sobre el motor, la transmisión y el controlador.
- Pondere según las horas: calcule la energía anual como la suma de kW de entrada × horas de funcionamiento para todos los casos y, después, aplique la tarifa real y los cargos por demanda pertinentes.
Puede que se requiera un regulador de equilibrado incluso con control de velocidad, y los requisitos de aislamiento pueden seguir vigentes en un sistema escalonado. Compare la configuración completa, incluidos los controles y el mantenimiento, en lugar de tratar los métodos como productos mutuamente excluyentes. Para demandas de poca magnitud o que varían con poca frecuencia, los costes de instalación y servicio pueden influir en la decisión.
Especifique el rango de funcionamiento del control de velocidad
- Límites inferior y superior: acuerde los límites según el caudal de proceso, la presión disponible, la estabilidad del ventilador, la disipación térmica del motor y las capacidades mecánicas nominales. Utilice la configuración real de disipación térmica del motor, en lugar de suponer que siempre depende de la corriente de aire.
- Compatibilidad entre motor y variador: compruebe las tensiones eléctricas, la longitud del cable, las condiciones de conmutación y cualquier filtro o medida requerida para la corriente en los rodamientos. La idoneidad depende de la combinación seleccionada.
- Vibración y resonancia: identifique los rangos de funcionamiento prohibidos y el procedimiento de transición aprobado, según la evaluación mecánica y los resultados de la puesta en marcha.
- Requisitos eléctricos y de control: evalúe los armónicos de alimentación, la compatibilidad electromagnética (EMC), la ubicación de los sensores, la respuesta del control, las alarmas y el modo de fallo requerido.
- Secuencia de escalonación: defina las transiciones de arranque y parada de los ventiladores, la prevención del flujo inverso, las comprobaciones de los puntos de funcionamiento y cómo se mantiene la redundancia requerida.
Mida la situación de referencia antes de calcular el periodo de amortización
Registre las condiciones de funcionamiento requeridas representativas, la velocidad del ventilador, el caudal de aire o las mediciones de control validadas y la potencia eléctrica real de entrada durante las condiciones de producción o estacionales pertinentes. Una semana puede representar el año o puede que no. La corriente del motor por sí sola no constituye un registro de potencia: la tensión y el factor de potencia cambian con la carga, y las mediciones eléctricas en la salida de un variador requieren instrumentos adecuados. La guía del DOE sobre carga de motores explica por qué la corriente es un indicador deficiente con cargas ligeras.
Solicite una comparación del control del caudal de aire. Envíe los datos actuales del ventilador y el motor, la curva del sistema o las condiciones de funcionamiento medidas, el perfil de horas de funcionamiento, el rango de control requerido, la alimentación eléctrica, las limitaciones de acceso y los criterios de aceptación. Incluya mediciones de referencia de la potencia de entrada para que los controles propuestos puedan compararse sobre una base energética y de costes definida. Planifique mediciones de puesta en marcha para la configuración seleccionada.