¿Qué son los ventiladores centrífugos de CA?

1. Definición básica

ventiladores centrífugos de aire acondicionado son dispositivos de ventilación centrales que utilizan un motor de CA para impulsar directamente un impulsor a alta velocidad. La fuerza centrífuga aspira aire u otros gases a través de la entrada, los acelera y convierte la energía cinética en energía de presión a través de una voluta (difusor). En comparación con los ventiladores axiales, los ventiladores centrífugos pueden alcanzar una presión estática más alta dentro de una carcasa relativamente compacta, lo que los hace ampliamente utilizados en sistemas industriales y de construcción que requieren superar la resistencia de los conductos, aumentar la altura de entrega de aire o lograr una combinación de gran volumen de aire y alta presión.

Alta eficiencia: al emplear motores de CA monofásicos o trifásicos, combinados con estructuras de impulsor curvadas hacia atrás o hacia adelante, pueden proporcionar un volumen de aire estable de 0,5 a 2 kPa o más mientras mantienen un bajo consumo de energía.

Bajo nivel de ruido: los ventiladores centrífugos modernos alcanzan niveles de ruido de funcionamiento inferiores a 70 dB(A) mediante una geometría optimizada de las aspas, el uso de silenciadores y soportes amortiguadores de vibraciones, cumpliendo con los requisitos de entornos comerciales y residenciales sensibles al ruido.

Fácil ajuste de velocidad: es posible un ajuste del flujo de aire de amplio rango mediante un convertidor de frecuencia o un motor de varias velocidades, adaptándose a las necesidades de los sistemas de aire acondicionado de volumen de aire variable (VAV).

2. Componentes estructurales

Motor: motor de CA, comúnmente monofásico a trifásico, potencia de 0,1 kW a 30 kW, acoplado directamente o impulsado por un acoplamiento para accionar el impulsor.

Impulsor: Impulsor curvado hacia atrás o hacia adelante, de 5 a 12 aspas, en su mayoría de aleación de aluminio o acero inoxidable, que determinan las características de flujo del ventilador.

Vortex (Difusor): Desacelera y redirige el flujo de aire de alta velocidad generado por el impulsor, completando la conversión de energía cinética-presión; un componente clave para lograr alta presión.

Bridas de entrada y salida: Las bridas estandarizadas facilitan una conexión rápida a los sistemas de tuberías; comúnmente DN50-500.

Dispositivos de soporte y amortiguación de vibraciones: se utilizan soportes elásticos, almohadillas amortiguadoras de vibraciones o soportes de resorte para suprimir la vibración mecánica y reducir la propagación del ruido.

3. Diferencias con otros fanáticos.

En comparación con los ventiladores axiales: los ventiladores axiales son adecuados para aplicaciones de gran volumen de aire y baja presión, y el cuerpo del ventilador es delgado; Los ventiladores centrífugos proporcionan una mayor altura de presión en el mismo volumen y son adecuados para sistemas con alta resistencia de tuberías.

En comparación con los ventiladores de flujo cruzado: los ventiladores de flujo cruzado tienen una salida de aire uniforme y un diseño de placa delgada, y a menudo se usan en serpentines de aire acondicionado; Los ventiladores centrífugos tienen una dirección de salida de aire concentrada, lo cual es conveniente para el suministro de aire a larga distancia en edificios de gran altura o plantas industriales.

¿Cuál es el principio de funcionamiento de los ventiladores centrífugos de CA?

1. Generación de fuerza centrífuga

Cuando el motor hace que el impulsor gire a alta velocidad, las palas aplican una velocidad tangencial al gas, lo que hace que el gas se acelere radialmente dentro del impulsor. Según la ecuación de Euler, la presión dinámica obtenida por el gas a la salida del impulsor es proporcional a la velocidad circunferencial (u) del impulsor, formando fuerza centrífuga, que lanza el gas hacia la pared de la voluta [4].

2. Energía cinética a presión estática.

El gas desacelera gradualmente en la voluta o difusor y la energía cinética se convierte en presión estática. El ángulo de difusión y la suavidad de la pared del difusor determinan la eficiencia de recuperación de energía; Los coeficientes de recuperación comúnmente utilizados están entre 0,2 y 0,3.

3. Ruta de flujo

Entrada: El gas ingresa al centro del impulsor a través de la entrada, formando un flujo axial.

Interior del impulsor: Bajo la acción de las palas, el flujo se vuelve radial y acelerado.

Vórtice/difusor: el gas se difunde hacia afuera a lo largo de una trayectoria en espiral, y la presión aumenta gradualmente.

Salida: el flujo de aire a alta presión ingresa a la tubería o al sistema desde la salida del ventilador.

4. Equilibrio energético

La potencia total es igual a la suma del aumento de la energía de presión del gas y la energía cinética, más las pérdidas mecánicas (fricción en los rodamientos, fugas, etc.). El consumo de energía se puede reducir significativamente optimizando los ángulos de las aspas, reduciendo las fugas por espacio y utilizando motores de alta eficiencia.

5. Métodos de control

Regulación de velocidad de frecuencia variable: cambia la velocidad del motor para lograr un ajuste continuo del flujo de aire/presión.

Motor de múltiples velocidades: logra una regulación de velocidad discreta al cambiar diferentes devanados del estator.

Monitoreo inteligente: Monitoreo en tiempo real de parámetros como velocidad, presión y temperatura, combinado con un sistema PLC o BMS para advertencia de fallas.

¿Cuáles son las fallas comunes de los ventiladores centrífugos de CA?

1. Vibración mecánica y desequilibrio

Causas: Distribución desigual de la masa del impulsor, desgaste de los cojinetes o errores de instalación que provocan un desequilibrio del rotor.

Síntomas: Fuertes vibraciones y ruidos de baja frecuencia durante el funcionamiento, flujo de aire reducido.

Soluciones: Equilibrado dinámico, sustitución de rodamientos desgastados o reposicionamiento del impulsor.

Fallo del rodamiento

Causas: Lubricación insuficiente, funcionamiento prolongado con sobrecarga o entrada de contaminantes al rodamiento.

Síntomas: Sonido de fricción metálica, aumento de temperatura, velocidad inestable.

Soluciones: agregue periódicamente aceite lubricante adecuado, utilice rodamientos sellados y realice reemplazos preventivos.

2. Desgaste del impulsor o la voluta

Causas: Impacto de flujo de aire a alta presión, intrusión de partículas que causan rayones en la hoja o corrosión de la voluta.

Síntomas: flujo de aire reducido, presión de salida fluctuante, aumento de ruido.

Soluciones: limpie el filtro de entrada, utilice materiales resistentes a la corrosión o reemplace los impulsores dañados.

3. Falla del motor

Causas: aislamiento del motor envejecido, cortocircuito en los devanados del estator u operación por sobrecarga.

Síntomas: arranque difícil, par reducido, fluctuaciones anormales de corriente.

Soluciones: Prueba de resistencia de aislamiento; Usar un arrancador suave para reducir la corriente de entrada; Reemplazar el motor si es necesario.

4. Fugas y fallas en el sello

Causas: Mayor espacio libre entre el impulsor y la carcasa; envejecimiento de los sellos.

Síntomas: la fuga del flujo de aire interno provoca una disminución de la eficiencia y un aumento del ruido externo.

Soluciones: Reemplace los sellos; ajuste la holgura entre la carcasa del impulsor y el valor de diseño.

5. Ruido anormal

Causas: desequilibrio del impulsor, impacto del flujo de aire, resonancia estructural o falla del silenciador.

Síntomas: Los niveles de ruido exceden los valores de diseño, afectando el ambiente de trabajo.

Soluciones: Consulte la Sección 5 para conocer las medidas de reducción de ruido.

Tipo de falla	Síntomas principales	Posibles causas	Prevención / Remedio
Desgaste de rodamientos	Ruido anormal, aumento de la vibración, reducción de la velocidad del ventilador	Funcionamiento continuo con cargas elevadas, lubricación insuficiente, entrada de polvo	Revise y reponga periódicamente aceite/grasa, use sellos herméticos al polvo, reemplace los rodamientos de acuerdo con el manual
sobrecalentamiento del motor	Temperatura excesiva del motor, disparo automático, caída de potencia.	Fluctuaciones de voltaje, mala ventilación, sobrecarga.	Instale sensores de temperatura, garantice un suministro de energía estable y mantenga despejados los conductos de refrigeración del motor.
Desequilibrio o deformación del impulsor	Caída repentina del flujo de aire, fluctuaciones de presión, fuertes vibraciones	Impacto del impulsor, fatiga prolongada del metal	Utilice impulsores de aleación de alta resistencia, realice un equilibrio dinámico periódico y reemplace el impulsor cuando sea necesario
Vibración y ruido anormales	Aumento del nivel de ruido, resonancia estructural.	Base suelta, elasticidad de soporte insuficiente, instalación incorrecta	Agregue almohadillas aislantes de vibraciones, asegúrese de que la base esté nivelada y firmemente anclada, use soportes que cumplan con los estándares

¿Cuáles son los escenarios de aplicación típicos de los ventiladores centrífugos de CA en sistemas HVAC?

1. Sistemas de aire acondicionado de volumen de aire variable (VAV)

Función: Adaptación en tiempo real del flujo de aire interior ajustando la velocidad del ventilador, mejorando la eficiencia energética.

Ventajas: El amplio rango de velocidades y las características de alta presión de los ventiladores centrífugos les permiten mantener suficiente presión de aire de suministro incluso con cargas bajas, evitando la pérdida de presión del sistema.

2. Sistema de aire completo (FAU)

Función: Proporciona circulación de aire total para grandes edificios comerciales, lo que requiere que los ventiladores entreguen aire estable a alta presión.

Implementación: Los ventiladores centrífugos curvados hacia atrás combinados con difusores de múltiples etapas pueden alcanzar una presión estática de 500 a 1500 Pa en un volumen relativamente pequeño, satisfaciendo los requisitos de suministro de aire de conductos de larga distancia.

3. Sistema de ventilación y aire fresco

Función: En hospitales, laboratorios y otros lugares con altos requisitos de calidad del aire, introduce aire fresco del exterior y expulsa aire viciado.

Características: Las características de alta presión de los ventiladores centrífugos pueden superar la caída de presión de componentes de alta resistencia como filtros e intercambiadores de calor, asegurando un flujo de aire fresco estable.

4. Sistema de Deshumidificación y Condensación

Función: Proporciona suministro de aire forzado antes de enfriadoras o condensadores, mejorando la eficiencia del intercambio de calor.

Ventajas: La alta presión de aire de los ventiladores centrífugos puede mantener un flujo de aire suficiente en entornos de baja temperatura, evitando la formación de escarcha o escarcha en el condensador.

5. Tratamiento de gases residuales industriales y eliminación de polvo

Función: Proporciona succión forzada antes de los dispositivos de recolección de gases residuales y eliminación de polvo, lo que garantiza una captura efectiva de las partículas.

Implementación: El ventilador centrífugo curvado hacia atrás proporcionado por Ningbo Haoyue Company, combinado con un filtro de alta eficiencia, puede funcionar de manera estable a presiones superiores a 1 MPa, cumpliendo con los requisitos de ambientes altamente corrosivos y de alta temperatura.

¿Cómo reducir el ruido cuando los ventiladores centrífugos de CA son demasiado ruidosos?

1. Control de ruido aerodinámico

Optimización de las aspas: utilice aspas de bajo ruido (como las aspas Prime) y realice un equilibrio dinámico para reducir los silbidos de alta frecuencia causados por el impacto del flujo de aire.

Diseño del difusor: aumente el radio frontal y utilice una voluta que se expande gradualmente para reducir la separación del flujo de aire y la turbulencia, reduciendo el ruido en aproximadamente 6 dB.

2. Control de ruido mecánico

Cojinetes y lubricación: utilice cojinetes silenciosos y mantenga una lubricación adecuada para evitar el ruido de fricción entre metal y metal.

Soportes de amortiguación de vibraciones: Instale almohadillas elásticas de amortiguación de vibraciones o soportes de resorte en la base del ventilador para aislar la transmisión de ruido estructural.

3. Aislamiento y absorción de sonido estructural

Silenciadores/Silenciadores: Se instalan silenciadores en la entrada y salida, utilizando materiales fonoabsorbentes (lana de vidrio, lana mineral) para absorber el ruido aerodinámico.

Recinto insonorizado: el ventilador se coloca en un recinto insonorizado sellado, con la carcasa exterior hecha de placa de acero de alta densidad y algodón que absorbe el sonido, lo que reduce significativamente las fugas de ruido.

4. Solución general de reducción de ruido del sistema

Ubicación de la fuente de ruido: primero se localiza la fuente de ruido (impulsor, cojinetes, resonancia estructural) utilizando un analizador acústico y se implementa un tratamiento específico.

Medidas integrales: combinando el equilibrio de las aspas, la optimización del difusor, los silenciadores, los soportes de amortiguación de vibraciones y los recintos insonorizados, se logra una reducción general del ruido de 10 a 15 dB, cumpliendo con la norma de emisión de ruido industrial GB12348-2008.

5. Mantenimiento y Monitoreo

Inspección periódica: se realizan inspecciones de rutina del impulsor, los cojinetes y los sellos, y las piezas desgastadas se reemplazan rápidamente para evitar que el ruido empeore debido al envejecimiento.

Monitoreo en línea: Los sensores de ruido se instalan y vinculan a un PLC para implementar alarmas de umbral de ruido y prevenir ruidos anormales por adelantado.

Escenario de aplicación	Ventajas clave	Producto/modelo típico
Sistemas de aire acondicionado de volumen de aire variable (VAV)	Diferencial de alta presión, ajuste rápido del flujo de aire para un control de ahorro de energía	Ventiladores centrífugos de marcha adelante con motores EC de velocidad variable
Unidades de aire acondicionado por conductos (DUCT)	Flujo de aire grande y estable, tamaño compacto, adaptable a varios diseños de conductos	Ventiladores centrífugos de alta eficiencia con diseño silencioso
Sistemas de aire fresco y purificación de aire	Suministro continuo de aire fresco, combinado con filtros para mejorar la calidad del aire interior.	Ventiladores de flujo cruzado o combinaciones de ventiladores de flujo axial
Sistemas de refrigeración y deshumidificación de equipos electrónicos.	Alta presión para superar la resistencia del gabinete sellado, manteniendo temperaturas seguras del equipo	Ventiladores centrífugos de avance con accionamientos EC de frecuencia variable