Suponga que acaba de instalar un nuevo extractor de aire y el flujo de aire en la salida es mucho menor que el valor del catálogo. Antes de echarle la culpa al ventilador, comprueba cómo lees su curva de rendimiento. Una curva de ventilador es un gráfico que muestra la relación entre el flujo de aire, la presión estática, la potencia de frenado y la eficiencia de un ventilador que funciona a velocidad constante. Una vez que pueda traducir ese gráfico en datos operativos, podrá seleccionar el ventilador correcto, especificar el motor correcto y evitar un sistema que tenga un rendimiento inferior.
¿Qué es una curva de abanico?
En el nivel más básico, la curva de un ventilador tiene un eje horizontal para el flujo de aire, generalmente pies cúbicos por minuto (CFM) o metros cúbicos por hora (m³/h), y un eje vertical para la presión estática, generalmente pulgadas de agua o pascales. La curva del ventilador se dibuja a una velocidad de ventilador fija. No es una sola línea sino una familia de líneas que describen diferentes cantidades de ventiladores.
Curva de presión estática
La curva de presión estática es la línea principal de la curva de un ventilador. Con un flujo de aire cero, también llamado apagado, el ventilador produce su presión estática máxima. A medida que aumenta el flujo, la presión disponible disminuye. Una curva típica cae desde una presión alta a una presión más baja a lo largo del gráfico. Cuando necesita superar las pérdidas en los conductos, selecciona un ventilador cuya curva de presión se mantiene por encima de los requisitos del sistema en el flujo de diseño.
Motor enfriador de aire de bajo consumo YYK-120 para servicio continuo La curva de potencia de este motor le ayuda a dimensionarlo según los requisitos de presión estática de su ventilador. Su diseño de ahorro de energía y protección contra sobrecalentamiento lo convierten en una opción práctica para instalaciones típicas de enfriadores de aire. Ver producto → Curva de caballos de fuerza de freno
La curva de potencia de frenado (BHP) le indica la potencia del eje necesaria para mover el ventilador a la velocidad seleccionada. En la mayoría de los ventiladores centrífugos, el BHP aumenta a medida que aumenta el flujo de aire, aunque algunas formas de aspas producen un pico en el rango medio. Utilice esta curva para dimensionar el motor; le proporciona la carga mecánica real en cada condición de flujo.
Curva de eficiencia
La curva de eficiencia muestra qué tan bien el ventilador convierte la potencia de entrada en presión y flujo de aire útiles. Comienza en cero en el momento del apagado, sube hasta un pico y luego cae a medida que el ventilador avanza hacia una sobrecarga más profunda. El punto de mejor eficiencia (BEP) es el caudal donde la curva es más alta. Operar cerca del BEP produce el menor ruido y el menor costo de energía por metro cúbico de aire movido.
Una curva típica de un ventilador de velocidad constante con presión estática, BHP y trazas de eficiencia.
En el ejemplo anterior, la presión cae de manera constante, la potencia aumenta y la eficiencia tiene un pico claro alrededor de la mitad del rango de flujo. Este es el patrón que verá en muchos ventiladores centrífugos curvados hacia adelante.
Cómo leer una curva de abanico en cinco pasos
La secuencia de lectura es sencilla una vez que sabes qué curvas se aplican. Utilice los siguientes pasos cuando tenga una curva de ventilador a una velocidad conocida y necesite encontrar la condición de funcionamiento.
- Encuentre el flujo de aire de diseño en el eje horizontal.
- Dibuja una línea vertical desde ese flujo de aire hacia arriba hasta que cruce la curva de presión estática.
- Lea horizontalmente hacia la izquierda desde esta intersección para encontrar la presión estática que puede producir el ventilador.
- Desde el mismo valor de flujo de aire en el eje horizontal, trace hacia arriba hasta la curva BHP y luego a lo ancho para leer la potencia del eje requerida.
- Verifique la curva de eficiencia en el mismo punto. Si el flujo de aire está muy a la izquierda o a la derecha del punto de mejor eficiencia, elija una velocidad de ventilador diferente o un modelo de ventilador diferente.
La siguiente tabla muestra cómo se ven las lecturas en varios caudales para un ventilador pequeño típico.
| Flujo de aire (CFM) | Presión estática (in. w.g.) | Potencia de frenado (BHP) | Eficiencia (%) |
|---|---|---|---|
| 0 | 1.5 | 0.25 | 0 |
| 1000 | 1.4 | 0.42 | 45 |
| 2000 | 1.1 | 0.58 | 62 |
| 3000 | 0.7 | 0.71 | 55 |
| 4000 | 0.2 | 0.82 | 35 |
Haga coincidir la curva del ventilador con la curva del sistema
Una curva de ventilador por sí sola no indica el punto de funcionamiento. El ventilador siempre trabaja contra la resistencia de conductos, filtros, compuertas y del proceso mismo. La curva del sistema expresa esa resistencia: la caída de presión aumenta con el cuadrado del flujo de aire. Cuando traza la curva del sistema en los mismos ejes que la curva del ventilador, la intersección es el punto de operación real.
El punto de funcionamiento es donde la curva de presión estática del ventilador se cruza con la curva del sistema.
Si la curva del ventilador y la curva del sistema no se cruzan cerca del flujo planificado, el flujo de aire real será diferente del punto del catálogo. Por ejemplo, una curva del sistema con menos resistencia de la esperada desplaza el punto de operación hacia la derecha, aumentando el flujo pero reduciendo la presión estática. Por eso los ingenieros experimentados siempre comparan las dos curvas una al lado de la otra.
Leyes del ventilador y velocidad variable
La velocidad variable es la forma más fácil de cambiar la curva de un ventilador. Las leyes del ventilador describen cómo los cambios de velocidad afectan el rendimiento: el flujo de aire cambia directamente con la relación de velocidad, la presión estática cambia con el cuadrado de la relación de velocidad y la potencia cambia con el cubo de la relación de velocidad. Reducir la velocidad en un 20% reduce la potencia a aproximadamente la mitad porque 0,8³ equivale a 0,512. Por este motivo, un motor de velocidad variable puede ahorrar una cantidad significativa de energía en comparación con un ventilador de velocidad fija controlado por una compuerta.
Motor de ventilador pequeño de frecuencia variable YYK-60 con control de velocidad continuo Las leyes de los ventiladores hacen que el control de la velocidad sea un ahorro de energía clave. Este motor compacto admite un ajuste preciso de la velocidad del 30 al 100 %, lo que le permite adaptar el flujo de aire a la demanda y reducir el uso de energía sin cambiar los conductos. Ver producto → En la práctica, una curva de ventilador de velocidad variable es una serie de curvas individuales dibujadas para cada velocidad. La curva del sistema permanece igual a menos que cambien los conductos. El nuevo punto de funcionamiento se encuentra leyendo la curva a la velocidad seleccionada. Para sopladores y unidades de refrigeración por aire que requieren ajuste de velocidad, un motor que admita la conversión de frecuencia facilita la implementación del esquema de control. Se tratan detalles adicionales sobre el comportamiento del motor del ventilador en nuestras notas de aplicación del motor del ventilador .
Selección del motor y curva del ventilador
La curva del ventilador le proporciona el BHP en el punto de diseño. Un motor debe poder ofrecer al menos esa potencia de forma continua. Utilice el factor de servicio del motor o un margen de seguridad del 10 al 15 % para cubrir los cambios en la densidad del aire, el desgaste de la correa y la carga del filtro. Lea atentamente la placa del motor: la potencia nominal es la salida mecánica, no la entrada eléctrica. Para motores monofásicos, el par de arranque y el par de funcionamiento también afectan si el ventilador alcanza el punto de la curva.
En condiciones de carga parcial, el ventilador puede funcionar en un punto más bajo donde la potencia es menor. Un motor de velocidad fija dimensionado para el punto de carga completa seguirá funcionando, pero puede ser menos eficiente cuando no se utiliza un variador de velocidad. Vale la pena seleccionar un motor eficiente cerca del punto de operación porque reduce el desperdicio de energía y prolonga la vida útil de los rodamientos y el aislamiento.
Motor enfriador de aire de funcionamiento silencioso YYK-50 para entornos con poco ruido Cuando la eficiencia de carga parcial es importante, el rendimiento de nivel IE3 de este motor y su funcionamiento por debajo de 35 decibelios son ideales para dormitorios y oficinas. Combina bien con curvas de ventilador de presión estática moderada mientras mantiene baja la vibración. Ver producto → Para entornos sensibles al ruido, el motor puede ser tan importante como las aspas del ventilador. Un motor de funcionamiento silencioso con cojinetes bien equilibrados mantiene cómodo el conjunto completo del ventilador y, por lo general, proporciona una carga más suave en la curva del ventilador. Para aplicaciones de enfriadores de aire, nuestro motor enfriador de aire de bajo consumo está diseñado para servicio continuo a presión estática moderada y baja vibración.
Errores comunes al leer una curva de ventilador
Es fácil cometer errores en la lectura de la curva de un ventilador en la práctica. Los problemas más frecuentes que vemos en el campo son:
- Usando la curva del ventilador sin la curva del sistema, luego preguntándose por qué el flujo real es diferente.
- Lectura de presión o potencia a velocidad incorrecta, especialmente después de un cambio de correa o polea.
- Especificando un motor que solo cubra el punto de diseño sin considerar arranques en frío ni filtros sucios.
- Sobredimensionar el motor para solucionar un problema de flujo, lo que aumenta la factura energética y puede sobrecargar el eje del ventilador.
- Olvidando que la densidad del aire y la temperatura afectan la curva. Un ventilador clasificado al nivel del mar producirá menos presión a gran altura.
Preguntas frecuentes sobre la curva del ventilador
¿Cuál es el mejor punto de funcionamiento en una curva de ventilador?
El mejor punto operativo está cerca del pico de la curva de eficiencia. Algunos fabricantes marcan este como el punto recomendado; otros lo dejan en manos del diseñador del sistema. Si el flujo de diseño está lejos del punto de mejor eficiencia, considere una velocidad de ventilador diferente o un tamaño de impulsor diferente.
¿Por qué mi ventilador corre hacia la derecha de la curva?
Un punto a la derecha significa que el flujo de aire real es mayor y la presión estática es menor de lo esperado, generalmente porque la resistencia del sistema es menor que la calculada. Para cerrar la brecha, aumente la fricción del conducto, cierre una compuerta o ajuste la velocidad.
¿Cómo uso las curvas del ventilador para seleccionar un motor?
Lea el BHP en el flujo de aire de carga completa. Multiplique por un factor de seguridad de 1,1 a 1,2 y seleccione el siguiente tamaño de motor estándar. Verifique que el par de ruptura del motor sea suficiente, especialmente si la curva del ventilador tiene un pico de potencia cerca del punto de operación.
¿Para qué sirven las leyes de fans?
Las leyes del ventilador predicen cómo se desplaza la curva del ventilador cuando cambia la velocidad o el tamaño. Son la forma más rápida de calcular el nuevo rendimiento después de cambiar la velocidad del motor y ayudan a determinar si un motor existente puede impulsar una carga de ventilador modificada.
Una vez que haya practicado con algunos gráficos, leer una curva de abanico se convierte en un rápido ejercicio mental. Comience con el flujo de aire de diseño, use la curva de presión estática para verificar la presión disponible, confirme el BHP del motor y siempre compare la curva del ventilador con la curva del sistema. Esta sencilla secuencia reduce las sorpresas en la instalación y le ayuda a especificar los componentes que realmente se ajustan a su tarea. Si está trabajando en una nueva selección de motor o solucionando problemas de un ventilador ruidoso, débil o sobrecalentado, una lectura correcta de la curva del ventilador le indicará la dirección correcta. Para preguntas específicas de la aplicación, póngase en contacto con nuestro equipo de ingeniería con los datos de su ventilador y las condiciones de funcionamiento.
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