Un catálogo de ventiladores es un contrato con un conjunto de supuestos, y el que se incumple con más frecuencia es también el menos visible: entrada libre y salida libre. En el momento en que una rejilla de protección, un serpentín, una pared de plenum o un panel de cerramiento entra dentro del diámetro de rodete por delante o por detrás del ventilador, la curva P-Q publicada deja de describir la máquina que se ha instalado. El caudal no cae simplemente un porcentaje fijo que se pueda restar de la ficha: cambia la forma de la curva, y cambia sobre todo en el extremo de caudal por el que se eligió el ventilador.
Esto importa más en los ventiladores axiales que en los centrífugos, porque el rodete axial es sensible a lo que el aire de aproximación ya está haciendo cuando llega. El bloqueo por placa y el remolino de entrada atacan el mismo mecanismo: la pala ve un ángulo de ataque para el que no se diseñó, el trabajo por unidad de aire disminuye y el ventilador convierte menos potencia de entrada en presión estática útil. Lo que sigue es la versión de ingeniería de esa historia — mecanismo, cálculo, reglas de separación y cifras citables para los ventiladores axiales EC de la serie AS, usando el AS910A-E150A3-01 (25,000 m³/h, 300 Pa, EC trifásico 380-480 V AC) como plataforma de trabajo.
Respuesta rápida: qué le hace la obstrucción a la curva de un ventilador
La obstrucción añade dos penalizaciones distintas, y confundirlas es lo que hace tan difícil predecir el caudal instalado:
- Resistencia del sistema — una obstrucción reduce el área abierta, así que el aire debe circular más rápido por el hueco restante. Esto eleva la curva de resistencia del sistema. Es calculable, y cualquier manual la recoge.
- Degradación de la curva del ventilador — el campo de flujo modificado a la entrada y a la salida (remolino, aproximación no uniforme, flujo inverso en el cubo) reduce la presión que el ventilador puede generar para un caudal dado. Esto no está en el catálogo, no está en el manual, y es la razón por la que un sistema que cuadraba sobre el papel se queda corto en obra.
La consecuencia práctica: si solo corrige la curva del sistema por una obstrucción, sobreestimará el caudal entregado, porque habrá atribuido al ventilador una presión que ya no puede producir. Las mediciones publicadas de banco sobre un ventilador axial de automoción muestran que la degradación se concentra en caudal medio-alto: precisamente la zona en la que un ventilador de la clase 25,000 m³/h se gana su sitio.
Dos penalizaciones, no una
| Penalización | Causa física | ¿Predecible desde el catálogo? | Dónde golpea |
|---|---|---|---|
| Resistencia del sistema | Reducción del área abierta → mayor velocidad local → mayor pérdida por fricción y dinámica | Sí. Cálculo estándar de pérdidas en conductos y rejillas | Todos los caudales; escala con el cuadrado de la velocidad |
| Degradación de la curva del ventilador | Campo de entrada/salida distorsionado: remolino, vena contracta, recirculación en el cubo, aproximación asimétrica | No. Debe medirse o calcularse para la geometría concreta | Caudal medio-alto — el extremo catalogado de la curva |
La práctica de diseño se deduce de la tabla. Reduzca la primera penalización mediante la geometría y trate la segunda como un margen de seguridad para el que necesita evidencia física.
Mecanismo 1 — Geometría de entrada: embocadura acampanada frente a canto vivo
Figura 2 — El labio de entrada decide si la corriente de aproximación permanece adherida. Una embocadura acampanada mantiene la pérdida cerca de 1/20 de la carga de velocidad de aproximación; un labio reentrante afilado vierte aproximadamente 0.9 de esa carga en turbulencia.
Una entrada sin labio de aproximación redondeado obliga a la corriente a desprenderse en el borde, contraerse en una vena contracta menor que la abertura y volver a expandirse después, vertiendo cantidad de movimiento en forma de turbulencia por el camino. Valores estándar, ambos referidos a la carga de velocidad de aproximación de la entrada ½ρV²:
| Tipo de entrada | Coeficiente de pérdida K | Pérdida a 10.7 m/s (½ρV² = 68.4 Pa) |
|---|---|---|
| Embocadura acampanada (el anillo de pared de la serie AS) | ≈ 0.05 | ≈ 3.4 Pa |
| Entrada reentrante de canto vivo | ≈ 0.9 | ≈ 61.6 Pa |
En el punto de catalogación del AS910A-E150A3-01 la velocidad en el plano del anillo es 10.7 m/s, así que la carga de velocidad de entrada es 68.4 Pa con ρ = 1.2 kg/m³. La diferencia entre las dos soluciones geométricas es, por tanto, de unos 58 Pa — aproximadamente el 19% de todo el presupuesto de 300 Pa de presión estática del ventilador, gastado en nada más que la forma del labio de entrada. Ese es el argumento cuantitativo para comprar el anillo de pared integrado en lugar de atornillar una placa lisa a la abertura.
La proximidad a la pared es la otra mitad de la geometría de entrada. Mantenga al menos medio diámetro de rodete entre el plano del anillo y cualquier pared, suelo, techo o panel — 455 mm para el AS910A de 910 mm. Más cerca, la velocidad de aproximación es mayor a lo largo de la parte inferior de la abertura que en la superior, y el gradiente de velocidad resultante se enrolla formando un remolino.
Mecanismo 2 — Remolino de entrada: el sentido decide el signo, la eficiencia cae en ambos casos
Figura 3 — El sentido del remolino fija el signo del cambio de presión, caudal y potencia, pero la pérdida de eficiencia es común a los dos casos.
Un remolino que llega a un rodete axial no siempre es una mala noticia para las cifras principales:
| Condición de entrada | Presión estática | Caudal | Potencia | Eficiencia |
|---|---|---|---|---|
| Remolino corrotante con el rodete | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ |
| Remolino opuesto al rodete | ↑ | ↑ | ↑ | ↓ |
| Aproximación axial uniforme | referencia | referencia | referencia | referencia |
El caso contrarrotante es la trampa. La presión, el caudal y la potencia suben, lo que parece una mejora gratuita, pero el denominador de la eficiencia crece más deprisa que la salida útil: el ventilador trabaja ahora el aire con más esfuerzo por cada unidad de entrada. El caso corrotante es el que aparece normalmente en la práctica: la prerrotación procedente de una batería de serpentines aguas arriba, una lama inclinada o un plenum asimétrico le roba al rodete el trabajo que debía aportar.
Dos soluciones constructivas, ambas de la misma familia de diseño que el anillo de pared:
- Álabes directores en el conducto de aproximación enderezan la corriente antes de que alcance las palas. Úselos siempre que un serpentín, una lama o un plenum alimenten la cara del ventilador en ángulo.
- Una placa separadora rompe el remolino que se forma cuando dos entradas de área desigual alimentan la misma cara del ventilador. Las aberturas desiguales crean el desequilibrio de presión, y el desequilibrio crea la rotación.
Mecanismo 3 — Obstrucción aguas abajo: rejillas de protección, serpentines y paredes de plenum
La obstrucción a la salida se comporta de forma distinta a la obstrucción a la entrada, y la evidencia de banco no admite dudas. En mediciones controladas sobre un ventilador axial de automoción — anemometría de hilo caliente más velocimetría láser Doppler, con la placa de bloqueo desplazada de 65 mm a 125 mm detrás del borde de salida y el plano de medición 3 mm detrás del borde de salida con un espaciado radial de 15 mm — tres hallazgos importan a cualquier selección de ventilador axial:
- La curva se degrada, y se degrada de forma selectiva. Al comparar las curvas bloqueadas con la curva de ventilador libre, la pérdida es pequeña a caudal bajo y crece acusadamente en el rango de caudal medio-alto. El ventilador bloqueado todavía mantiene la presión a caudal bajo; lo que no puede mantener es el caudal a caudal alto.
- Aparece flujo inverso en el cubo. Bloqueado, la velocidad axial cerca del cubo se vuelve negativa: la parte interior del anillo empieza a recircular en lugar de entregar caudal.
- El flujo se desvía hacia fuera. La velocidad radial aumenta mientras la velocidad axial disminuye, lo que viene a decir que el caudal volumétrico cae aunque el rodete siga girando a la misma velocidad.
Figura 1 — El mismo ventilador, tres curvas. Catálogo (entrada y salida libres), una rejilla de protección con área libre alta y una rejilla detrás de una obstrucción aguas abajo. La brecha se ensancha hacia el caudal catalogado: el sector con el que se dimensionó el sistema.
La consecuencia de ingeniería es una regla de diseño que no cuesta nada seguir: el cubo es donde la obstrucción muerde primero. No coloque un colector de serpentín, una viga estructural, un escalón de plenum o un panel de acceso justo enfrente del cubo del rodete. Si la geometría no se puede cambiar, el ventilador debe seleccionarse con margen explícito, no con la cifra de catálogo.
Para la serie AS, esta es la razón de que la rejilla esté integrada en el anillo en lugar de separada de él: la posición más cercana posible, en el plano del anillo. Cuando el retranqueo es prácticamente nulo, la variable determinante ya no es la distancia sino el área libre, y por eso la rejilla se especifica por área abierta y no por separación.
Cuantificar la obstrucción: el método de tres líneas
Figura 4 — Todo el método en tres líneas, el ejemplo resuelto estándar y un recordatorio de que K_se es función del área libre, no una constante.
La pérdida por obstrucción se puede cuantificar con un único coeficiente, referido a la velocidad a través del área libre y no a la cara del ventilador:
Paso 1 — Área libre A_free = σ × A_face = σ × π D² / 4, donde σ es la relación de área libre de la rejilla o del emparrillado.
Paso 2 — Velocidad a través del área libre V′ = Q / A_free
Paso 3 — Pérdida de presión por obstrucción Δp_se = K_se × ½ ρ V′²
Ejemplo resuelto (datos publicados). Un ventilador de 150 mm con el 80% de su abertura bloqueada, de modo que σ = 0.20, moviendo 50 CFM:
| Magnitud | Valor |
|---|---|
| Área frontal | A_face = π × 0.15² / 4 = 0.01767 m² |
| Área libre | A_free = 0.20 × 0.01767 = 0.003534 m² |
| Caudal | Q = 50 CFM = 0.0235 m³/s |
| Velocidad a través del área libre | V′ = 0.0235 / 0.003534 = 6.65 m/s |
| Coeficiente de pérdida con 20% de área libre | K_se = 2.1 |
| Pérdida por obstrucción con ρ = 1.2 kg/m³ | Δp_se = 2.1 × 0.5 × 1.2 × 6.65² = 55.7 ≈ 56 Pa |
Lea esa cifra en relación con el ventilador. 56 Pa es una presión real que debe salir del presupuesto del ventilador antes de que se pague ningún conducto, serpentín o filtro del sistema. En un AS910A-E150A3-01 con 300 Pa de presión estática, una penalización por obstrucción de 56 Pa consume el 19% de todo el presupuesto:
| Pérdida por obstrucción | Porcentaje del presupuesto de 300 Pa de presión estática del AS910A |
|---|---|
| 10 Pa | 3.3% |
| 30 Pa | 10% |
| 56 Pa | 18.7% |
| 62 Pa (entrada reentrante de canto vivo) | 20.7% |
Una advertencia decide si el método es fiable. K_se no es una constante. Aumenta a medida que disminuye el área libre — una abertura totalmente bloqueada supone una pérdida infinita —, así que un valor leído con un 20% de área libre no debe trasladarse a una rejilla con 70% de área libre. Obtenga K_se para el área libre real a partir del fabricante de la rejilla, de un ensayo en banco o de CFD. El método anterior la convierte entonces en una presión que puede situar directamente en la curva de resistencia del sistema, en las mismas unidades que cualquier otra pérdida.
La visión adimensional: por qué colapsan las curvas
Las mediciones de un ventilador bloqueado solo son comparables con un catálogo cuando ambas se expresan como coeficientes adimensionales en lugar de en m³/h y Pa. Usando n para la velocidad de rotación (rev/s) y D para el diámetro del rodete (m):
- Coeficiente de caudal: φ = Q / (n · D³)
- Coeficiente de presión: ψ = 2 Δp_s / (ρ · n² · D²)
Distintos textos colocan los factores constantes (π², 2) de forma diferente, así que los valores absolutos cambian, pero la forma no. Para el AS910A-E150A3-01, tomando como referencia la velocidad de catálogo de 930 r/min (15.5 rev/s) y D = 0.91 m, los dos extremos del catálogo se corresponden con:
| Extremo del catálogo | φ | ψ |
|---|---|---|
| Cierre (0 m³/h a 300 Pa) | 0 | ≈ 2.51 |
| Descarga libre (25,000 m³/h a 0 Pa) | ≈ 0.59 | 0 |
Represente cualquier medición bloqueada sobre estos mismos ejes y la obstrucción se manifiesta como puntos que caen por debajo de la curva de catálogo y, como mostraron los datos de banco, caen más lejos a φ alto. Esa es la comparación que indica si se trata de un problema del ventilador o de un problema del sistema.
Dimensionar la serie AS para una instalación real
La serie AS — ventiladores axiales EC de alto caudal con anillo de pared y rejilla integrados en el anillo, 380-480 V AC trifásico, IP55, −40 °C a +65 °C.
Los cuatro modelos comparten el mismo techo de presión y la misma interfaz de control (0-10V/PWM y Modbus RTU sobre RS-485), de modo que el paso de selección trata sobre todo de encaje, ruido y velocidad frontal y no de presión:
| Modelo | Clase de rodete | Caudal nominal | Velocidad | Potencia | Ruido | Velocidad frontal en el plano del anillo |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AS760A-E137A3-01 | 760 mm | 16,500 m³/h | 950 r/min | 1,100 W | 69 dB(A) | 10.1 m/s |
| AS860A-E150A3-01 | 860 mm | 24,000 m³/h | 920 r/min | 1,800 W | 72 dB(A) | 11.5 m/s |
| AS910A-E150A3-01 | 910 mm | 25,000 m³/h | 930 r/min | 1,800 W | 73 dB(A) | 10.7 m/s |
| AS960A-E150B3-01 | 960 mm | 29,000 m³/h | 915 r/min | 3,200 W | 75 dB(A) | 11.1 m/s |
Como la familia se sitúa en una banda estrecha de 10-11.5 m/s en el plano del anillo, la misma aritmética de obstrucción se aplica a toda ella. La velocidad frontal es la cifra que hay que trasladar al cálculo de la rejilla, porque la rejilla es la obstrucción: cada punto porcentual de área libre que se cede eleva la velocidad local en la rejilla en el mismo porcentaje.
| Área libre de la rejilla σ | V′ a través de la rejilla, AS910A a 25,000 m³/h | Consecuencia |
|---|---|---|
| 100% (sin rejilla) | 10.7 m/s | Velocidad frontal de referencia |
| 90% | 11.9 m/s | Despreciable en una rejilla bien conformada |
| 80% | 13.4 m/s | Todavía moderada: la banda de diseño cómoda |
| 70% | 15.3 m/s | Límite inferior práctico para una rejilla en servicio |
| 50% | 21.4 m/s | Pierde una presión significativa; reverifique todo el sistema |
| 20% | 53.4 m/s | Punto de referencia del ejemplo publicado: muy fuera de la capacidad del ventilador en este tamaño |
La banda del 80% al 70% de área libre es donde debe situarse una rejilla de protección: suficientemente abierta para que la pérdida siga siendo una pequeña fracción de 300 Pa, suficientemente cerrada para cumplir la función de seguridad para la que se instaló. Por debajo del 70%, la rejilla ya no es un accesorio: es un componente del sistema que debe pagarse del presupuesto de presión del ventilador y declararse en la selección.
Reglas de separación en la instalación
Estas son las reglas que pasan directamente a un juego de planos. Todos los valores de la columna de la derecha son para el AS910A-E150A3-01 (D = 910 mm).
| Elemento | Regla | Valor para un ventilador de 910 mm |
|---|---|---|
| Entrada respecto a cualquier pared, suelo, techo o panel | ≥ ½ diámetro de rodete | ≥ 455 mm |
| Entrada canalizada en la cara del ventilador | Embocadura acampanada (anillo de pared) obligatoria; evite una entrada reentrante de canto vivo | K ≈ 0.05 frente a 0.9 |
| Primera obstrucción aguas abajo | ~1 diámetro de rodete cuando el conducto lo permita; por debajo de ½ Ø es un defecto de diseño | objetivo ~910 mm, mínimo 455 mm |
| Área libre de la rejilla de protección | ≥ 70% del área del anillo | V′ ≤ 15.3 m/s a 25,000 m³/h |
| Entrada alimentada por dos aberturas de área desigual | Añada una placa separadora | Evita el remolino que crean las áreas desiguales |
| Cualquier obstrucción frente al cubo | Evítela. La obstrucción induce flujo inverso primero en el cubo | Mantenga libres los colectores de serpentín, vigas y paneles de acceso |
| Dos ventiladores en paralelo o apilados | Deje la separación respecto a la pared compartida para ambas unidades | La regla se aplica por ventilador, no por batería |
Puesta en marcha: verificar el punto de funcionamiento, no darlo por supuesto
Un plano de separaciones consigue que la instalación esté bien sobre el papel; la puesta en marcha lo demuestra en la planta. Tres comprobaciones cierran el círculo:
- Mida la presión estática en el ventilador y la velocidad a través del área libre de la rejilla. Una lectura de presión diferencial en el ventilador, comparada con la curva de catálogo corregida, indica de inmediato si la instalación entrega la prestación nominal.
- Si falta caudal, aplique las leyes de los ventiladores antes de subir la velocidad. Q escala con la velocidad, la presión estática con su cuadrado y la potencia al eje con su cubo:
| Velocidad | Caudal | Presión estática | Potencia al eje |
|---|---|---|---|
| 100% | 100% | 100% | 100% |
| 105% | 105% | 110% | 116% |
| 110% | 110% | 121% | 133% |
| 120% | 120% | 144% | 173% |
Para el AS910A-E150A3-01 a 1,800 W, un aumento de velocidad del 10% exige unos 2,396 W de potencia al eje. Si la falta de caudal la causó la obstrucción y no un subdimensionamiento, subir la velocidad combate el síntoma con un coste desproporcionado en potencia y ruido, y acaba alcanzando el límite térmico del motor en lugar de restablecer el caudal.
- Lea el variador de vuelta por Modbus RTU. El mismo RS-485 de dos hilos que gobierna la instalación transporta la consigna hacia fuera y devuelve velocidad, corriente y estado. Registrar la corriente frente a la consigna de velocidad hace visible una instalación obstruida o sucia antes de que se convierta en un evento térmico en el equipo refrigerado: un ventilador que necesita más corriente que en la puesta en marcha, con la misma consigna, ha perdido área libre por polvo o ha ganado una obstrucción aguas abajo. Esto también convierte el mantenimiento de basado en calendario a basado en condición.
Lista de verificación para la selección
- Fije la prestación: caudal con la resistencia real del sistema, no a 0 Pa.
- Mida la envolvente de entrada disponible. Si es menor que medio diámetro de rodete en cualquier dirección, cambie la geometría o reseleccione un ventilador más pequeño.
- Confirme que la entrada tiene aproximación acampanada (anillo de pared). Si no, añada unos 58 Pa al presupuesto de pérdidas en esta clase de tamaño, o instale un anillo de pared.
- Confirme que la aproximación es axial y uniforme. Las baterías de serpentines, las lamas y las entradas gemelas desiguales necesitan álabes directores o una placa separadora.
- Tome el área libre de la rejilla de protección de la rejilla real, no del símbolo del plano. Diseñe para ≥ 70%.
- Calcule V′ = Q / A_free y sitúe Δp_se = K_se × ½ρV′² en la curva de resistencia del sistema junto con filtros, serpentines y lamas.
- Compruebe la primera obstrucción aguas abajo frente a un diámetro de rodete; cualquier valor por debajo de medio diámetro es un defecto que debe corregirse en el trazado.
- Vuelva a leer la curva P-Q corregida con la resistencia del sistema resultante. Si el punto de funcionamiento se ha desplazado por debajo de la prestación nominal más allá de la tolerancia del proyecto, suba de modelo dentro de la familia AS en lugar de aumentar la velocidad.
- Dimensione para la obstrucción que espera al final de la vida útil (filtros cargados de polvo, serpentines sucios), no para la instalación del primer día.
- Decida la estrategia de control: consigna fija, regulada por temperatura vía Modbus o un servicio programado. Los sistemas obstruidos son mucho más fáciles de gestionar cuando el ventilador informa de su propia corriente.
Conclusión
La curva de catálogo de un ventilador axial es una curva de entrada libre y salida libre, y una instalación real nunca lo es. Entonces ocurren dos cosas a la vez: sube la resistencia del sistema y el ventilador genera menos presión a caudal alto. La segunda es invisible en cualquier manual y es donde desaparece el caudal instalado.
Para la serie AS, cuatro cifras zanjan la mayoría de los debates: medio diámetro de rodete (455 mm) hasta cualquier pared de entrada, alrededor de un diámetro de rodete (910 mm) hasta la primera obstrucción aguas abajo, ≥ 70% de área libre en la rejilla (V′ ≤ 15.3 m/s a 25,000 m³/h) y un labio de entrada que vale 3.4 Pa frente a 61.6 Pa de un canto vivo. Invierta el poco dinero en el anillo y la rejilla, sitúe la pérdida en la curva del sistema como Δp_se = K_se × ½ρV′² y haga la puesta en marcha con una lectura de presión diferencial en lugar de con un supuesto.
Para una comparación unidad por unidad dentro de la familia, consulte la serie AS de ventiladores axiales con anillo de protección integrado o la página del producto AS910A-E150A3-01. Si su prestación está dominada por la presión estática más que por el caudal volumétrico, compárela con la guía de selección de ventiladores centrífugos antes de decidirse por un ventilador axial.