VENTILADORES: CLASIFICACIÓN Y TIPOS

Un ventilador es una turbo-máquina que se caracteriza porque el fluido impulsado es un gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinado rendimiento.

A pesar de que no existe convenio alguno universalmente adoptado; los ventiladores pueden subdividirse en cuatro grupos:

1. ventiladores de baja presión: hasta una presión del orden 200 mm c agua (ventiladores propiamente dichos).
2. ventiladores de media presión: entre 200 y 800 mm c agua (soplantes)
3. ventiladores de alta presión: entre 800 y 2500 mm c agua (turbosoplantes)
4. ventiladores de muy alta presión , mayor a 2500 mm c agua (turbocompresores)

En función de la trayectoria del fluido, todos estos ventiladores se pueden clasificar en

1. de flujo radial (centrífugos)
2. de flujo semiaxial (helico-centrifugos)
3. de flujo axial.

• Ventiladores radiales (centrífugos)

En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y está perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.

Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes:

1. álabes curvados hacia adelante,
2. álabes rectos,
3. álabes inclinados hacia atrás/curvados hacia atrás.

Los ventiladores de álabes curvados hacia adelante (también se llaman de jaula de ardilla) tienen una hélice o rodete con las álabes curvadas en el mismo sentido que la dirección de giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad periférica y son silenciosos. Se utilizan cuando la presión estática necesaria es de baja a media, tal como la que se encuentran en los sistemas de calefacción, aire acondicionado o renovación de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, ya que las partículas se adhieren a los pequeños álabes curvados y pueden provocan el desequilibrado del rodete.

Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Además, como su característica de potencia absorbida crece rápidamente con el caudal, ha de tenerse mucho cuidado con el cálculo de la presión necesaria en la instalación para no sobrecargarlo. En general son bastante inestables funcionando en paralelo vista su característica caudal-presión.

Los ventiladores centrífugos radiales tienen el rodete con los álabes dispuestas en forma radial. La carcasa está diseñada de forma que a la entrada y a la salida se alcanzar velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseños de rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta resistencia a impacto". La disposición radial de los álabes evita la acumulación de materiales sobre las mismas. 

Este tipo de ventilador es el comúnmente utilizado en las instalaciones de extracción localizada en las que el aire contaminado con partículas debe circular a través del ventilador. En este tipo 'de ventiladores la velocidad periférica es media y se utilizar en muchos sistemas de extracción localizada que vehicular aire sucio o limpio.

Los ventiladores centrífugos de álabes curvados hacia atrás tienen un rodete con las álabes inclinados en sentido contrario al de rotación. Este tipo de ventilador es el de mayor velocidad periférica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo y una característica de consumo de energía del tipo "no sobrecargable". En un ventilador "no sobrecargable", el consumo máximo de energía se produce en un punto próximo al de rendimiento óptimo de forma que cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultará en un consumo de energía menor. La forma de los álabes condiciona la acumulación de materiales sobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a continuación:

• Álabes de espesor uniforme: Los álabes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o húmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales sólidos ya que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior de los álabes.
• Álabes de ala portante: Las álabes de ala portante permiten mayores rendimientos y una operación más silenciosa. Los álabes huecos se erosionan rápidamente y se pueden llenar de líquido si la humedad es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire limpio.

En las siguiente imagen se observan las curvas características relativas para ventiladores centrífugos. No se observa en la figura, pero las características de “álabes adelante” pasan por encima de las otras dos en valor absoluto.

• Ventiladores axiales

Existen tres tipos básicos de ventiladores axiales: Helicoidales, tubulares y tubulares con directrices.

Los ventiladores helicoidales se emplean para mover aire con poca pérdida de carga, y su aplicación más común es la ventilación general. Se construyen con dos tipos de álabes: alabes de disco para ventiladores sin ningún conducto; y álabes estrechas para ventiladores que deban vencer resistencias bajas (menos de 25 mmcda). Sus prestaciones están muy influenciadas por la resistencia al flujo del aire y un pequeño incremento de la presión provoca una reducción importante del caudal.

Los ventiladores tubulares disponen de una hélice de álabes estrechos de sección constante o con perfil aerodinámico (ala portante) montada en una carcasa cilíndrica. generalmente no disponen de ningún mecanismo para ende rezar el flujo de aire. Los ventiladores tubulares pueden mover aire venciendo resistencias moderadas (menos de 50 mmcda).

Los ventiladores tubulares con directrices tienen una hélice de álabes con perfil aerodinámico (ala portante) montado en una carcasa cilíndrica que normalmente dispone de aletas enderezadoras del flujo de aire en el lado de impulsión de la hélice. En comparación con los otros tipos de ventiladores axiales, éstos tienen un rendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 200 mmcda). Están limitados a los casos en los que se trabaja con aire limpio.

Las directrices tienen la misión de hacer desaparecer la rotación existente o adquirida por el fluido en la instalación, a la entrada del rodete o tras su paso por el mismo. Estas directrices pueden colocarse a la entrada o a la salida del rodete, incluso las hay móviles. Han de ser calculadas adecuadamente pues, aunque mejoran las características del flujo del aire haciendo que el ventilador trabaje en mejores condiciones, producen una pérdida de presión adicional que puede condicionar el resto de la instalación. Además, pueden ser contraproducentes ante cambios importantes del caudal de diseño.

En la siguiente imagen se observa el efecto de las directrices sobre las líneas de corriente  a entrada y salida del rodete axial

En la imagen mostrada a continuación se muestra el efecto de las directrices a la entrada. La corriente a la entrada se gira convenientemente para hacerlo coincidir en dirección con la del perfil del rodete.

• Ventiladores especiales

Entre ellos:

• Ventiladores centrifugos de flujo axial: Constan de un rodete con álabes inclinados hacia atrás montado en una carcasa especial que permite una instalación como si se tratara de un tramo recto de conducto. Las características son similares a las de un ventilador centrífugo normal con el mismo tipo de rodete. Los requisitos de espacio son similares a los de un ventilador axial de tipo tubular.

• Extractores de techo: Son equipos compactos que pueden ser de tipo axial o centrífugo. En este caso no se utiliza una voluta, sino que la descarga del aire a la atmósfera se produce en todo el perímetro de la rueda. Estos equipos se pueden suministrar con deflectores que conducen el aire de salida hacia arriba o hacia abajo.

La diferencia entre un ventilador y un turbocompresor radica en el orden de magnitud de las variaciones de presión en el interior del ventilador. En un ventilador las variaciones son tan pequeñas, que el gas puede considerarse prácticamente incompresible.

La línea divisoria entre un ventilador y un turbocompresor se puede estimar como:

• En los ventiladores de poca potencia, puede establecerse una línea divisoria convencional en 800 mm c a
• En los ventiladores modernos de alta calidad y elevada potencia la línea divisoria convencional está establecida par la norma VDI 2044 en  300 mm c a.