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Cuando un proyecto de ventilación exige mover grandes caudales con baja pérdida de carga, el ventilador axial es el equipo de referencia. Conocer su curva característica, la zona de funcionamiento estable y los parámetros que determinan sus prestaciones —diámetro, rpms y ángulo de los álabes— permite seleccionarlo y dimensionarlo correctamente.
Un ventilador es axial cuando el aire (o gas) entra y sale del ventilador siguiendo una trayectoria paralela al eje de la hélice. En los ventiladores axiales el aire es impulsado por una hélice dotada de un número variable de álabes o palas que están ancladas en un núcleo o cubo que es el elemento que transmite la energía del eje a los álabes.
Los ventiladores axiales, a diferencia de los centrífugos, son apropiados cuando se requiere mover mucho caudal de aire con una relativamente baja presión. Así pues, los utilizaremos bien sea trasegando aire de forma libre o en instalaciones en las que haya poca pérdida de carga.
La curva característica (el diagrama caudal-presión, ver figura inferior) de los ventiladores axiales en su tramo de utilización (tramo verde de la curva) empieza en el caudal máximo y presión 0 y sube de forma casi rectilínea hasta que de golpe (punto D) deja de subir la presión, inclusive desciende algo, para luego volver a subir. La zona roja de la curva es una zona de funcionamiento inestable en la que el flujo del aire en su paso por la hélice ya no sigue la trayectoria prevista en el diseño, deja de lamer los álabes para adquirir un movimiento errático alrededor de los mismos que trae como consecuencia un aumento notable del ruido del ventilador, éste deja funcionar de manera uniforme, produciéndose como un bombeo, como si el aire fuese impulsado a emboladas, (hay quién cree oír un ruido parecido al de un helicóptero).
El cálculo y diseño de la instalación y la consiguiente selección del ventilador deben hacerse de manera que se evite el funcionamiento (el punto de trabajo) en la zona inestable mencionada (zona roja de la curva). Únicamente la zona en verde es la que se debe considerar como zona utilizable.
En Europa los ventiladores axiales son casi siempre de accionamiento directo, es decir que la hélice se monta en el eje del motor de accionamiento, sin embargo en USA y su zona de influencia (Canadá, México) y otros países, se suele utilizar una transmisión por poleas y correa.
Las prestaciones de los ventiladores axiales dependen de muchos parámetros, vamos a ver cuales son los más importantes y cómo influyen en las mismas. Como parámetros más significativos podemos citar: el diámetro, las revoluciones, el ángulo de los álabes y su número y anchura.
El diámetro: si atendemos a lo que dicen las leyes de los ventiladores, el caudal crece de forma cúbica con el diámetro, es decir que si doblamos el diámetro y mantenemos invariable todo lo demás, el caudal se multiplicará por 8. La presión se relaciona con el cuadrado del diámetro. A doble diámetro tendremos 4 veces más de presión.
Las revoluciones: echando mano de las leyes mencionadas, vemos que el caudal es proporcional al número de revoluciones por minuto y la presión es proporcional al cuadrado de las revoluciones.
El diámetro y las rpms son los dos parámetros que, con diferencia, más influyen en las prestaciones de los ventiladores axiales.
- El ángulo de los álabes. El ángulo de pala se define como el ángulo de la cuerda en el extremo de la pala con respecto al eje del ventilador. Pues bien, el caudal crece de forma lineal con el seno de este ángulo. Podríamos decir que al aumentar el ángulo de los álabes, el tramo en verde de la curva característica de la figura se desplaza hacia la derecha manteniéndose paralelo al inicial, sin embargo la presión en la que se inicia la zona inestable decrece, es decir el punto D se va más a la derecha pero desciende algo.
- Número y anchura de los álabes. Si manteniendo el ángulo de las palas, el diámetro y las rpms, y lo que hacemos es añadir más álabes (o mantenemos su número pero los ponemos más anchos, que para el caso es lo mismo ya que ambos cambios producen el mismo efecto), el caudal apenas cambia, la zona en verde de la curva se mantiene en el mismo sitio pero se alarga, es decir se incrementa la zona útil del ventilador, el punto D se desplaza hacia arriba.
Preguntas frecuentes
El ventilador axial es adecuado cuando la instalación requiere mover grandes caudales de aire con pérdidas de carga reducidas, ya sea en flujo libre o en instalaciones con poca pérdida de carga. A diferencia de los centrífugos, su punto fuerte es el caudal, no la presión. La zona útil de su curva característica abarca desde el caudal máximo con presión cero hasta el punto de inestabilidad (punto D).
El diámetro y las rpms son los parámetros con mayor influencia: el caudal varía de forma cúbica con el diámetro y de forma lineal con las rpms, mientras que la presión es proporcional al cuadrado de ambos. El ángulo de los álabes y su número y anchura también inciden en la curva característica, aunque con menor impacto relativo. Estos cuatro parámetros deben evaluarse conjuntamente en la selección del equipo.
La zona inestable es el tramo en que el flujo deja de seguir la trayectoria prevista en los álabes y se vuelve errático, provocando ruido elevado y un funcionamiento irregular similar a un bombeo. El cálculo de la instalación y la selección del ventilador deben garantizar que el punto de trabajo permanezca en la zona estable. Únicamente la zona verde de la curva —desde el caudal máximo con presión cero hasta el punto D— es la zona de operación válida.
