¿Qué es un ventilador axial? Explicación de refrigeración y ventilación

Prefacio

El mundo actual se caracteriza por la necesidad de sistemas de refrigeración y ventilación rápidos y eficaces para diversas aplicaciones. Los ventiladores axiales se han convertido en la opción más popular en este sentido. Estos ventiladores, conocidos comúnmente como ventiladores de hélice, se construyen para garantizar que mueven una cantidad significativa de aire a lo largo de una línea recta, lo que resulta muy conveniente para muchas aplicaciones industriales y comerciales. En este artículo, aprenderemos qué es un ventilador axial, cómo funciona y sus ventajas como medio de refrigeración y ventilación.

Según el informe de Grand View Research, el tamaño del mercado de ventiladores axiales se valoró en 2.700 millones de USD en 2020 y se prevé que crezca a una TCAC de 4,5% de 2021 a 2028 hasta alcanzar los 3.800 millones de USD, revela el mismo informe. Esto puede atribuirse a la creciente demanda de soluciones de refrigeración en diferentes sectores, como la automoción, la industria aeroespacial, los invernaderos y la electrónica.

¿Qué es un ventilador axial?

El ventilador axial, también conocido como ventilador de flujo axial, es un ejemplo de ventilador cuyo flujo de aire es paralelo al eje del ventilador. Mientras que los ventiladores centrífugos son los que aspiran aire lateralmente y lo expulsan radialmente, los ventiladores axiales empujan el aire en línea recta. Esta es la razón de ser de los axiales. Estos ventiladores suelen tener una carcasa cilíndrica, un motor eléctrico y una hélice con varias aspas unida al eje del motor.

Los ventiladores axiales varían en tamaño y configuración. Su tamaño y forma dependen también de la aplicación y las necesidades de caudal de aire. Se fabrican en distintos tamaños, desde pequeños ventiladores personales en dispositivos electrónicos hasta grandes ventiladores que se emplean en sistemas de ventilación y torres de refrigeración. Según el tipo de corriente eléctrica, los ventiladores axiales pueden dividirse en tres categorías principales:

Ventiladores axiales de CA (corriente alterna)
Ventiladores axiales de corriente continua o continua
Ventilador axial EC (conmutado electrónicamente)

Una de las principales características de los ventiladores axiales es su capacidad para mover grandes cantidades de aire sobre un área concentrada donde ese aire es de alta densidad. Al mismo tiempo, estos ventiladores ejercen una presión estática comparativamente baja. Esta es la razón por la que se prefieren para proporcionar un gran volumen de flujo de aire y una refrigeración o ventilación eficaces. Algunos ejemplos son los equipos electrónicos, los procesos industriales y los sistemas de climatización de edificios.

¿Cómo funciona un ventilador axial?

Los ventiladores axiales funcionan creando una diferencia de presión entre la parte delantera y trasera de las aspas del ventilador. La rotación de las aspas fuerza el aire hacia delante. Por lo tanto, crea una zona de baja presión detrás del ventilador y una zona de alta presión delante de él. La diferencia de presión hace que el aire fluya a través del ventilador y, de este modo, el aire pasa del lado de alta presión al lado de baja presión.

Varios factores influyen en el rendimiento de un ventilador de flujo axial:

Diseño de la hoja: La forma geométrica y el ángulo de las palas del ventilador también son factores clave que determinan su rendimiento. Por lo general, las palas de un aerogenerador tienen la forma de un perfil aerodinámico, similar al ala de un avión. Esta forma es la principal razón de la reducción de la resistencia del aire y del aumento de la eficiencia. El ángulo de las palas también es importante porque afecta al flujo de aire y a la presión del ventilador. Un ángulo mayor produce la misma presión.

Velocidad del motor: La velocidad del motor es el segundo factor más importante, después del tamaño del ventilador, que influye en el caudal de aire. A mayor velocidad del motor, mayor caudal de aire, pero este ruido es proporcional. La fuente de alimentación es el factor más importante para determinar la velocidad del motor del ventilador y, por extensión, su rendimiento.

Tamaño del ventilador: El caudal de aire del ventilador puede venir determinado por su tamaño. Cuanto más grande es el ventilador, más aire puede mover, pero esto también significa que los costes de funcionamiento son mayores. El diseño de ventiladores HVAC requiere un equilibrio entre las exigencias de caudal de aire y rentabilidad.

El ángulo de inclinación de las aspas es el principal factor a tener en cuenta cuando se evalúan la profundidad del ventilador y el ángulo de inclinación de las aspas. La regla general es tener al menos un grado de inclinación de las aspas por cada pulgada de profundidad del ventilador. Por lo tanto, un ventilador axial de 10 pulgadas de profundidad debe tener un ángulo de inclinación de las aspas de al menos 10 grados. Un estudio de la Universidad de Illinois ha demostrado que la cantidad de aire movido por un ventilador axial de 10 pulgadas de profundidad aumentó en 15% cuando el ángulo de inclinación de las aspas se elevó de 10 a 20 grados. Sin embargo, el consumo de energía siguió siendo el mismo.

Ventajas del uso de ventiladores axiales para refrigeración y ventilación

Los ventiladores axiales ofrecen varias ventajas en aplicaciones de refrigeración y ventilación. Exploremos algunas de las principales ventajas:

Flujo de aire y capacidad de refrigeración eficientes

Una de las ventajas de los ventiladores de flujo axial es que pueden mover grandes volúmenes de aire de forma muy eficiente. Por eso se consideran uno de los mejores medios para aplicaciones de gran caudal de aire. Estas aplicaciones incluyen la refrigeración de equipos electrónicos, la ventilación de grandes espacios y la evacuación de calor y humos. Los ventiladores axiales pueden utilizarse para controlar las temperaturas y evitar el sobrecalentamiento en diferentes sistemas manteniendo un flujo constante de aire.

Las investigaciones de la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) han demostrado que los ventiladores axiales pueden alcanzar caudales de hasta 100.000 pies cúbicos por minuto (CFM) o más. El caudal de aire depende del tamaño del ventilador y de su construcción. La gran capacidad de flujo de aire de los ventiladores de flujo axial permite utilizarlos para una amplia gama de tareas de refrigeración y circulación de aire.

Se pueden utilizar diferentes diseños de ventilador para conseguir la mayor eficiencia de los ventiladores axiales para una aplicación concreta. Por ejemplo, algunos ventiladores axiales tienen álabes de paso ajustable. Estas palas son capaces de ajustar las características del flujo de aire y la presión del aire para que el sistema consiga el resultado operativo deseado. Los otros diseños pueden utilizar álabes guía o enderezadores. Estas piezas también reducen las turbulencias y garantizan una mejor entrada y distribución del aire.

Funcionamiento silencioso

La otra ventaja de los ventiladores axiales es su funcionamiento relativamente silencioso en comparación con otros tipos de ventiladores. Esto se debe a su carácter aerodinámico. Los ventiladores axiales están diseñados para mover el aire en línea recta a través de un área definida, lo que los hace menos ruidosos y turbulentos. Su funcionamiento silencioso es una característica importante en lugares donde se requiere un bajo nivel de ruido, como oficinas, hospitales u hogares.

Para minimizar el ruido en los ventiladores axiales, los fabricantes introducen distintos métodos. Por ejemplo, pueden utilizar diferentes formas de álabes o aislamiento acústico. También pueden adoptar el control de velocidad variable para maximizar la eficiencia del ventilador y reducir el ruido a diferentes ajustes de velocidad. Estas características convierten a los ventiladores axiales en una opción de primera elección frente a otros ventiladores industriales cuando el ruido es un criterio.

Tamaño compacto y diseño ligero

Los ventiladores axiales se caracterizan por su pequeño tamaño y peso ligero, que facilitan su instalación e integración en muchos sistemas. Esto es especialmente beneficioso en situaciones en las que el espacio es limitado y la compacidad de los dispositivos es una prioridad, como en electrónica, pequeños electrodomésticos o sistemas de ventilación.

El pequeño tamaño de los ventiladores axiales permite utilizarlos con mayor libertad en cuanto a colocación y tipo de montaje. Pueden instalarse en los conductos, paredes o techos de forma adecuada a la aplicación teniendo en cuenta sus requisitos particulares. Además, la ligereza de los ventiladores axiales permite reducir el peso del sistema de refrigeración o ventilación, lo que puede ser útil en ámbitos en los que el peso es un factor importante, como en las industrias aeroespacial y del automóvil.

Comparación de los ventiladores axiales con otros tipos de ventiladores

Para comprender mejor las características únicas y las ventajas de los ventiladores de flujo axial, es útil compararlos con otros tipos comunes de ventiladores utilizados en aplicaciones de refrigeración y ventilación.

Ventiladores axiales frente a ventiladores centrífugos

Los ventiladores centrífugos, también denominados ventiladores radiales, son otro tipo de ventilador muy utilizado para diferentes aplicaciones industriales. A diferencia de los ventiladores axiales, que mueven el aire en dirección axial, los ventiladores centrífugos introducen el aire por los laterales y luego lo expulsan de forma radial, perpendicular al eje del ventilador.

Los ventiladores centrífugos suelen ser más eficaces para aplicaciones que requieren presiones estáticas más elevadas. Los ventiladores centrífugos se utilizan en sistemas de aire acondicionado, sistemas de extracción o captación de polvo. Pueden producir presiones más altas que los ventiladores axiales y son más eficaces para vencer la resistencia de los conductos o los sistemas de filtrado.

No obstante, los ventiladores axiales pueden alcanzar mayores caudales de aire en comparación con los ventiladores centrífugos de tamaño similar. Además, tienen un tamaño y un peso mayores que los ventiladores axiales, lo que podría ser un problema en aplicaciones en las que el espacio es muy limitado o el peso es un factor importante.

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Ventiladores axiales frente a tangenciales

Los ventiladores tangenciales, también conocidos como ventiladores de flujo cruzado, son el otro tipo de ventilador que se utiliza en algunas aplicaciones de refrigeración y ventilación. Estos ventiladores mueven el aire en dirección perpendicular al impulsor del ventilador. Esto produce un patrón de flujo de aire amplio y uniforme.

Los ventiladores tangenciales se utilizan con frecuencia en casos en los que se requiere una distribución amplia y uniforme del aire. Cortinas de aire, sistemas HVAC y unidades de refrigeración son algunos ejemplos. Son famosos por producir una gran cantidad de aire en una amplia zona. Esto significa que pueden utilizarse para enfriar o ventilar áreas más grandes.

Sin embargo, se sabe que los ventiladores tangenciales tienen menos capacidad de presión estática que los ventiladores axiales y los centrífugos. Además, son menos eficientes desde el punto de vista energético. En algunos casos, pueden producir más ruido que los ventiladores axiales.

Característica	Ventilador axial	Ventilador centrífugo	Ventilador tangencial
Dirección del flujo de aire	Paralelo al eje	Perpendicular al eje (radial)	Perpendicular al impulsor
Caudal de aire	Alta	Moderado	Alta
Presión estática	Bajo	Alta	Bajo
Aplicaciones	Ventilación general, baja resistencia	Alta resistencia (conductos, filtros), sistemas AC	Amplia distribución del aire (cortinas, HVAC)
Ventajas	Gran caudal de aire, silencioso y compacto	Bueno para superar resistencias, mayor presión	Distribución amplia y uniforme del aire

Aplicaciones de los ventiladores axiales

Dispositivos y sistemas electrónicos de refrigeración

Los ventiladores axiales son muy eficaces para refrigerar dispositivos y sistemas electrónicos. Algunos de ellos son ordenadores, servidores, dispositivos de telecomunicaciones y electrónica de potencia. Los ventiladores axiales tienen la importantísima tarea de mantener el sistema funcionando a la temperatura adecuada y evitar el sobrecalentamiento.

En estos casos, los ventiladores axiales tienen dos funciones principales. En primer lugar, introducen aire frío en el equipo o sistema. Por otro, son responsables de la evacuación del aire caliente procedente de la parte electrónica del aparato. La compacidad y las características de gran caudal de aire de los ventiladores axiales garantizan su idoneidad para estas tareas de refrigeración. Lograr un funcionamiento fiable y prolongar la vida útil de los dispositivos electrónicos es posible mediante el uso de ventiladores axiales.

Ventilación de edificios industriales y comerciales

Los ventiladores axiales también se aplican a la ventilación en muchos entornos comerciales e industriales, como fábricas, almacenes, oficinas, escuelas y otros grandes edificios. En estos casos, los ventiladores axiales están ahí para mantener la calidad del aire interior y los niveles de confort.

Cuando se utilizan ventiladores axiales, suelen instalarse en los conductos de ventilación. Pueden montarse en las paredes o en el techo. El objetivo es garantizar un suministro de aire constante y eliminar el aire viciado o contaminado. El ventiladores axiales hvac pueden utilizarse con fines de ventilación. Estos sistemas también pueden diseñarse para fines especiales, por ejemplo, para eliminar el calor, la humedad o los contaminantes del ambiente interior.

El elevado caudal de aire y el funcionamiento silencioso de los ventiladores axiales los hacen ideales para la ventilación de espacios ocupados. Dichos ventiladores se han diseñado para garantizar un ambiente interior propicio y saludable para los ocupantes.

Sistemas de extracción y eliminación de humos

Además, los ventiladores axiales son componentes esenciales en los sistemas de extracción y evacuación de humos. Los efluentes como las plantas de fabricación, los laboratorios o las cocinas tienen tendencia a producir humos nocivos, polvo u otros contaminantes transportados por el aire que pueden ser perjudiciales para las personas. Deben extraerse eficazmente para garantizar la seguridad en el lugar de trabajo.

Los ventiladores de movimiento axial suelen utilizarse en estos sistemas de extracción. Expulsan el aire contaminado lejos de la fuente. Finalmente, el agua residual se descarga o se trata mediante dispositivos de filtración. La capacidad de los extractores axiales para mover grandes caudales de aire les permite eliminar grandes volúmenes de aire en poco tiempo. Por eso es posible preservar la calidad del aire interior y prevenir al mismo tiempo problemas de salud entre los trabajadores.

En las cocinas comerciales, por ejemplo, los ventiladores axiales están en las campanas extractoras y los sistemas de extracción. Proporcionan desodorización, ventilación y eliminación de humos. Es decir, crean una cocina sin riesgos y agradable para el personal de cocina. Los extractores axiales pueden mover un gran volumen de aire, por lo que son muy eficaces en esas tareas.

Conclusión

En conclusión, los ventiladores axiales, conocidos como ventiladores de hélice, son una herramienta polivalente y eficaz para resolver diversos problemas de refrigeración y ventilación. Pueden mover mucho aire en una línea. Son pequeños, poco ruidosos y también fáciles de manejar. Por eso son como un juego de herramientas para la mayoría de las industrias.

Los ventiladores de flujo axial son uno de los componentes clave en muchos ámbitos que garantizan la conservación de una temperatura óptima, la calidad del aire y la seguridad. Sin embargo, no sólo se limitan a refrigerar dispositivos y sistemas electrónicos, ventilar grandes edificios y eliminar humos. Con las industrias en constante cambio, el conocimiento del uso de ventiladores axiales y su eficiencia seguirá siendo cada vez más importante.