Ventiladores, sopladores y compresores

Conceptos introductorios Los ventiladores, sopladores y compresores se utilizan para incrementar la presión y provocar un flujo de aire y otros gases en un sistema de flujo de gases. Su función es similar a la de las bombas en un sistema de flujo de líquidos. Sin embargo, la compresibilidad de los gases ocasiona algunas diferencias importantes.

CLASIFICACIÓN DE LOS VENTILADORES, SOPLADORES Y COMPRESORES 

Se utilizan todos los ventiladores, sopladores y compresores para incrementar la presión y mover el aire y otros gases. Las diferencias principales entre ellos son su construcción física y las presiones para las que están diseñados. Un ventilador está diseñado para que opere a presiones estáticas pequeñas, de hasta 2.0 psi (13.8 kPa). Para presiones que van de 2.0 psi hasta 10.0 psi (69.0 kPa), aproximadamente, al impulsor de gas se le denomina soplador. Para desarrollar presiones más elevadas, incluso de varios miles de psi, se emplean compresores.

Ventiladores:

Ventiladores de hélice

Operan a una presión estática cercana a cero, y están compuestos de dos a seis aspas con aspecto de hélice de avión. Estos ventiladores son impulsados por motores eléctricos, ya sea en forma directa o por medio de bandas.

Ventiladores de ducto 

Tienen una construcción similar a los de hélice, excepto que en aquellos el ventilador se encuentra dentro de un ducto cilíndrico. Los ventiladores de ducto operan contra presiones estáticas de hasta 1.50 pulg H2O (375 Pa).

Ventiladores centrífugos o sopladores centrífugos

El aire ingresa por el centro del rotor, también llamado impulsor, y las aspas giratorias lo lanzan hacia fuera, lo que agrega energía cinética. El gas a alta velocidad es reunido por la voluta que rodea al rotor, donde la energía cinética se convierte en una presión de gas aumentada para que se envíe a través del sistema de ductos para su uso final. Con frecuencia, la aspa inclinada hacia atrás está elaborada con aspas planas sencillas. Cuando el rotor gira, el aire tiende a salir paralelo al aspa y a lo largo del vector, denotado como vb en dicha figura. Sin embargo, éste se suma en forma vectorial a la velocidad tangencial de la hoja en sí, vt , lo que da la velocidad resultante, indicada como vR. 

Las aspas curvas hacia delante producen una mayor velocidad, debido a que las dos componentes de los vectores están más cerca en la misma dirección. Por esta razón, un rotor con aspas curvadas hacia delante funcionará a velocidad más baja que otro similar con las aspas inclinadas hacia atrás, para el mismo flujo de aire y presión. Sin embargo, el ventilador con aspas hacia atrás por lo común requiere menor potencia para dar el mismo servicio. 

Los ventiladores con aspas en forma de aeroplano inclinadas hacia atrás operan con menos ruido y mayor eficiencia que los ventiladores de aspas planas e inclinadas hacia atrás. Todos estos ventiladores se emplean para sistemas de ventilación y para ciertos usos en procesos industriales. Los ventiladores con aspas radiales tienen muchas aplicaciones en la industria, porque suministran grandes volúmenes de aire a presiones moderadas para calderas, torres de enfriamiento, secadores de material y transporte de materiales a granel.

Compresores

Compresores centrífugos

Emplean impulsores similares a los de las bombas centrífugas

En la figura 18.7 se presenta un compresor axial de etapas múltiples. Sólo se ilustra la mitad inferior de la carcasa, el rotor de etapas múltiples y el ensamblaje del eje. El gas se envía hacia el extremo grande, lo mueve en forma axial y comprime una serie de rotores de aspas, y se descarga desde el extremo chico. 

Compresores axiales 

Se emplean para distribuir tasas de flujo grandes, de 8000 a 1.0 millón de pcm, aproximadamente, (3.8 a 470 m3 /s), con una presión de descarga de hasta 100 psi (690 kPa). 

Los sopladores de aspas axiales son similares a los ventiladores de ducto descritos, con la excepción de que en aquellos es común que los sopladores tengan aspas con forma de aeroplano, e incluyan paletas dentro de la carcasa para reencauzar el flujo en forma axial dentro del ducto siguiente. Esto da como resultado una capacidad de presión estática mayor para el soplador, y reduce los remolinos del aire.

Los sopladores de desplazamiento positivo y los compresores tienen varios diseños: 

• Reciprocantes —de acción única o doble. 
• Rotatorios —lóbulo, paleta o tornillo.

La constitución de un compresor reciprocante es similar a la de un motor. Un cigüeñal que gira y una biela mueven al pistón. Éste se desplaza en forma recíproca con su cilindro, y toma gas a presión baja conforme se aleja de la cabeza del cilindro, para luego comprimirlo dentro de éste en su movimiento hacia la cabeza. Cuando la presión del gas alcanza el nivel que se desea, las válvulas de descarga se abren para enviar el gas comprimido al sistema de tubería. La figura 13.5 muestra el arreglo de pistones, tanto de acción única como de acción doble.

Se emplean los compresores de tornillo en aplicaciones industriales y de la construcción, donde se requiere aire comprimido hasta a 500 psi (3.4 MPa), con flujos de 20 000 pcm (9.4 m3 /s). En el diseño de tornillo único se captura aire entre las cuerdas adyacentes que giran dentro de una carcasa muy ajustada. La progresión axial de las cuerdas conduce el aire hacia la salida. En ciertos diseños, la separación de las cuerdas disminuye a lo largo del tornillo, lo que provee compresión dentro de la carcasa y también movimiento contra la resistencia del sistema.