La selección del ventilador comienza con un dato que el proveedor no puede calcular por usted: la resistencia de su sistema de conductos. Envíe un requisito de caudal de aire sin este dato y recibirá una cotización para un ventilador que mueve el volumen correcto contra una presión incorrecta, lo que en la práctica significa que mueve considerablemente menos que el volumen correcto.
Establecer los dos datos importantes
El caudal de aire depende de la aplicación. En HVAC, normalmente se deriva de las renovaciones de aire por hora: el volumen de la sala multiplicado por la tasa de renovación requerida. Un espacio de 400 m³ con 8 renovaciones de aire por hora necesita 3,200 m³/h. La ventilación de procesos, las campanas de captación y la extracción de polvo tienen cada una su propia base de cálculo, generalmente la velocidad frontal multiplicada por el área abierta.
La resistencia del sistema es la presión estática total que el ventilador debe vencer, y es la suma de todas las pérdidas en el recorrido: fricción en los tramos rectos de conducto, codos, transiciones, compuertas, filtros, serpentines, silenciadores y accesorios terminales.
Antes de comenzar, conviene conocer dos aspectos sobre la resistencia. Los filtros se especifican tanto limpios como sucios, y debe diseñar utilizando el valor sucio: un filtro en su caída de presión final puede alcanzar entre dos y tres veces su valor limpio, y un sistema diseñado con valores limpios pierde caudal de aire de forma constante a medida que los filtros se cargan. Además, los codos y las transiciones suelen contribuir más que el conducto recto, especialmente en salas de equipos compactas con recorridos cortos y muchos accesorios.
Una vez calculada, añada un margen, habitualmente del 10–15%, para tener en cuenta las diferencias de construcción con respecto al plano. No añada un 50% «por seguridad». Un ventilador sobredimensionado no es un error neutral, como explica la siguiente sección.
Interpretar la curva del ventilador
Una curva de ventilador representa la presión estática frente al caudal de aire. El ventilador no tiene una única salida; tiene un conjunto de posibles puntos de funcionamiento, y el punto en el que realmente opera lo determina el sistema.
Su sistema también tiene una curva. La resistencia del sistema aumenta aproximadamente con el cuadrado del caudal: si duplica el caudal, necesita aproximadamente cuatro veces más presión. El punto de funcionamiento es la intersección de ambas curvas. Esa intersección es el único punto en el que puede funcionar el ventilador.
Por eso, un ventilador especificado para «5,000 m³/h» no suministrará 5,000 m³/h a su sistema a menos que la resistencia de su sistema a ese caudal coincida con la presión del ventilador a ese mismo caudal. La especificación es un punto de una curva, no una promesa.
Los fabricantes superponen en la curva los contornos de eficiencia y las líneas de potencia. El objetivo es situarse cerca de la eficiencia máxima, que normalmente se encuentra entre el 50–65% del caudal de descarga libre del ventilador, notablemente a la derecha del punto que los compradores suelen elegir por intuición.
Por qué el sobredimensionamiento es un error costoso
Un ventilador sobredimensionado funciona muy a la izquierda de su curva, en la región de bajo caudal y alta presión. De ello se derivan tres consecuencias.
La eficiencia se desploma. Operar muy a la izquierda del punto de máxima eficiencia puede significar una eficiencia del 40–50% cuando había disponible una del 75–80%, y esa diferencia se paga cada hora que el ventilador funciona durante toda su vida útil.
En impulsores de álabes curvados hacia delante y en algunos impulsores curvados hacia atrás, la región más a la izquierda es inestable. El flujo de aire se separa de los álabes y vuelve a adherirse cíclicamente: entrada en pérdida y, en sistemas con conductos, bombeo. Esto produce un flujo pulsante, variaciones audibles del ruido y fatiga mecánica en los rodamientos y los álabes. Algunos ventiladores han fallado prematuramente únicamente por funcionar de forma sostenida en esta región.
Además, paga dos veces por la capacidad: primero, en el coste de capital de un ventilador y un motor más grandes, y después, en la energía durante la vida útil de la instalación.
Si no está seguro de la resistencia del sistema, no sobredimensione el ventilador. Selecciónelo correctamente y añada un variador de velocidad, que le permitirá adaptarse a las condiciones reales después de la puesta en servicio.
Temperatura, densidad y altitud
Las curvas de los ventiladores se publican para una densidad estándar del aire, convencionalmente 1.2 kg/m³ a 20 °C al nivel del mar. Un ventilador es una máquina volumétrica: mueve el mismo caudal volumétrico independientemente de la densidad, pero la presión que desarrolla y la potencia que consume varían directamente con la densidad.
El aire caliente es menos denso, por lo que un ventilador que maneja aire a 200 °C desarrolla una presión estática considerablemente menor que la indicada por su curva nominal. Corrija la presión requerida según la densidad real de funcionamiento antes de realizar la selección; de lo contrario, el ventilador tendrá un rendimiento inferior en servicio aunque cumpla exactamente su especificación publicada.
El caso inverso suele detectarse durante la puesta en servicio: un ventilador destinado a funcionar en caliente, al arrancar en frío, consume considerablemente más potencia que en su punto de diseño porque el aire frío es más denso. En aplicaciones de alta temperatura, los motores se han sobrecargado durante el arranque precisamente por este motivo. Compruebe el motor para la condición de arranque en frío, no únicamente para la condición de diseño.
La altitud también reduce la densidad: aproximadamente un 12% a 1,000 m y un 22% a 2,000 m.
Motor y accionamiento
Dimensione el motor según la potencia absorbida en el eje en el punto de funcionamiento, más un margen. Confirme la tensión y la frecuencia de alimentación, porque una alimentación de 50 Hz o 60 Hz cambia la velocidad del ventilador y, por tanto, todo lo demás: un ventilador diseñado para 50 Hz que funciona a 60 Hz gira un 20% más rápido, mueve un 20% más de aire, desarrolla un 44% más de presión y absorbe un 73% más de potencia. Esta última cifra es la causa por la que los motores se queman debido a una suposición sobre la alimentación que nadie comprobó.
El accionamiento directo es más sencillo, más eficiente y no tiene correas que mantener, pero fija la velocidad del ventilador a la velocidad del motor. El accionamiento por correa permite seleccionar la velocidad mediante la relación de poleas, lo que resulta valioso cuando el régimen exacto es incierto, a cambio de unos pocos puntos porcentuales de eficiencia y del mantenimiento continuo de las correas.
Qué enviar para solicitar una cotización
Caudal de aire en m³/h o CFM. Presión estática en Pa o pulgadas de columna de agua, indicada como resistencia total del sistema. Temperatura del aire y cualquier contenido de polvo o humedad. Tensión, fase y frecuencia de alimentación. Orientación de instalación y dirección de descarga. Límite de ruido, si lo hubiera, junto con la distancia de medición. Y cualquier clasificación de área peligrosa.
Envíenos estos datos y le devolveremos una curva con el punto de funcionamiento marcado y la potencia absorbida en ese punto, para que pueda ver dónde se sitúa realmente su sistema en la curva, en lugar de recibir únicamente un número de catálogo.