Preámbulo
Dentro del gran grupo de equipos
clasificados como turbomáquinas, los ventiladores y sopladores
son sólo una pequeña parte de los equipos desarrollados, pero les dedico este
artículo por la vasta cantidad de usos y aplicaciones industriales que tienen
(además de las comerciales y residenciales).
Con este artículo pretendo
continuar mostrando que no es necesario ser un especialista en el tema
de lo que se está adquiriendo (pues para eso están las especificaciones
técnicas preparadas por el Usuario o Ingeniería), pero que ayuda mucho
tener referencias amigables que permitan entender o reconocer qué
estamos adquiriendo.
Espero lograr que este artículo, sea
esa referencia amigable. Para un próximo artículo les
escribo sobre compresores.
Introducción
Cuando hablan
de ventiladores, la primera imagen que se me viene a la mente es un verano caluroso
y un aparato con aspas que gira a alta velocidad, que genera una corriente de
aire que refresca el ambiente conforme se balanceaba de un lado a otro.
Aunque es
normal pensar que no existían aparatos de ventilación antes de que se inventara
la electricidad o las máquinas a vapor, los métodos para mover el aire son muy
antiguos. El más simple de todos es el abanico, que tiene referencias en
muchas culturas (las más antiguas son de Egipto, India, China y Grecia). Algo
más robusto y elaborado fue el fuelle, usado por herreros (para los hornos
donde fundían metales, y preparaban herramientas y armas), así como por artesanos
y alquimistas.
Desde que Ctesibio hizo sus primeros descubrimientos sobre algunas características del aire (por los que algunos lo consideran el autor del primer tratado sobre aire comprimido), hasta que se desarrollaron las teorías sobre gases, se inventaron muchos equipos que comprimían aire de manera reciprocante (usando pistones). Pero no fue hasta 1832 que Omar-Rajeen Jumala creó el primer ventilador (un equipo rotatorio), que era impulsado por unas ruedas hidráulicas, y que se usó en fábricas y minas de carbón. Luego de muchos años, con la llegada de la electricidad, se inventó el ventilador doméstico (el de mesa en 1886 por Schyler S. Wheeler, y el de techo en 1887 por Philip Diehl).
Desde el enfoque técnico, las características y propiedades de los ventiladores se estudian por una rama de la Mecánica de Fluidos llamada Turbomáquinas, que categoriza a los ventiladores y sopladores como turbomáquinas hidráulicas y que las define como:
Una máquina cuyo elemento principal es un
rodete (rotor giratorio) a través del cual pasa un fluido (líquidos
y gases) de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento (las
velocidades y presiones) por acción de la máquina.
Dicho así, dentro
de esta expresión caben una abundante cantidad de equipos y máquinas, como las bombas
(para líquidos, ver Procura 070), y los compresores, ventiladores y
sopladores (para gases), de los cuales existen una basta cantidad de tipos,
modelos y diseños, debido a que han sido ideados para resolver todo tipo de problemas
y condiciones operativas, para una amplia gama de usos, aplicaciones y
necesidades.
Conceptos y Teoría
Centrándonos sobre los ventiladores y sopladores, existe mucha
teoría y fórmulas para el cálculo de las características y el rendimiento de
las turbomáquinas:
(por su importancia, también es llamada la ecuación fundamental)B. La ecuación de Bernoulli
(conocida en Dinámica de Fluidos como el Principio de Bernoulli)C. Las leyes de semejanza de las turbomáquinas
(que desarrolla las condiciones generales de semejanza geométrica, semejanza cinemática y semejanza dinámica)D. Las Leyes de los Ventiladores
(usadas cuando se quiere hacer operar un ventilador en condiciones
distintas a las condiciones ensayadas en un laboratorio, reconocidas en la
norma UNE 100-230)
Es así que, para la mayoría de los casos prácticos industriales
y comerciales, los ventiladores y sopladores se seleccionan para las
condiciones operativas requeridas, y no se diseñan para cada caso o
aplicación (salvo que haya condiciones muy especiales y extremas que lo
justifiquen).
Aunque el uso de ventiladores y sopladores es más conocido a nivel
doméstico o residencial (y muchas veces no los vemos operando), los tenemos en aspiradoras,
secadoras (de cabello, ropa, y manos), hornos eléctricos, computadoras
personales, extractores de aire (de baños, oficinas, consultorios, centros
comerciales, etc.), campanas extractoras (de cocinas, restaurantes, hospitales,
etc.), y en la mayoría de los vehículos que circulan por nuestra ciudad.
De ahí que los ventiladores y sopladores se usen en una gran
cantidad de procesos y actividades industriales como:
i. Refinerías de petróleo (petroleum
refining)
ii. Industria Petroquímica (petrochemicals)
iii. Procesos químicos (chemical
process)
iv. Sistemas de control de la
polución (air pollution control)
v. Control de vahos y olores (fume
& odor control)
vi. Lavadores húmedos de gases (wet
scrubbers)
vii. Colectores de polvo (dust
collection systems)
viii. Ventiladores de tiro forzado (forced
draft fans)
ix. Ventiladores de tiro Inducido (induced
draft fans)
x. Cabinas de granallado y pintura
(painting and sandblasting cabinets)
xi. Cabinas de secado (dryer cabinets)
xii. Sistemas industriales de
combustión (calderos y hornos)
xiii. Fundiciones de metales no
ferrosos (foundries & smelters)
xiv. Fundiciones ferrosas y talleres
de forja (casting & forging plants)
xv. Plantas de tratamientos térmicos
(heat treatment plants)
xvi. Incineradores (burning &
incineration)
xvii. Sistemas de enfriamiento y aire
acondicionado (cooling & ac systems)
xviii. Procesamiento de alimentos y
lácteos (food & dairy processing plants)
xix. Transporte neumático de
materiales (pneumatic material handling)
xx. Torres de enfriamiento e
intercambiadores de calor (cooling towers & heat exchangers)
xxi. Tratamiento de aguas residuales
(waste water treatment)
xxii. Construcción de túneles y
socavones (tunnels construction)
Torre de Enfriamiento
INGC Ingeniería y Capacitación
Ventiladores
Industriales
Estos son máquinas rotativas capaces de poner en movimiento
una determinada masa de gas (usualmente aire, pero puede usarse para humos, vapores,
y aire con material en suspensión).
De manera general, son equipos que impulsan grandes caudales,
pero a muy bajas presiones.
Según ASME (American Society of Mechanical Engineers), la
Relación de Presiones de entrada (succión) y salida (descarga) de los
ventiladores es hasta 1.1:
Presión de Descarga /
Presión de Succión: R ≤ 1.11
En otras palabras, si la presión de la succión es
la presión atmosférica (que a nivel del mar es 14.7 libras por
pulgada cuadrada, lb/plg2 (o 1.013 bar), entonces la máxima
presión que se podría obtener en la descarga de un ventilador es 16.31
lb/plg2 (o 1.124) bar.
Aunque la diferencia de presiones es muy pequeña, lo importante
es el alto volumen de aire que mueve, lo que permite darle muchas aplicaciones.
Debemos saber también que hay varias clasificaciones de
ventiladores, pero la más usual es considerando cómo se mueve el flujo de
aire a través del ventilador. Bajo este enfoque, se clasifican en:
· Ventilador centrífugo
(el aire ingresa paralelo al eje, pero lo descarga perpendicular a él)
· Ventilador axial
(el ingreso y la descarga del aire son paralelos al eje)
· Ventilador mixto
No es la única clasificación, pero considero que es la más
importante para ser reconocida por el personal de Procura.
Otras características generales de los ventiladores es que todos
transmiten el movimiento al aire usando aletas (llamadas también álabes,
aspas o hélices) montadas sobre un eje único, lo que los hace equipos
relativamente compactos y sencillos de construir, instalar, accionar y
controlar (razón por la que son más económicos respecto a los demás equipos
rotatorios de movimiento de gases).
![]() |
Símbolos |
Sopladores
Industriales
Este es otro grupo de máquinas rotativas, que se diferencia de
los ventiladores en los rangos de operación.
Según ASME la Relación de Presiones de los sopladores varía
de:
(es decir, las descargas están entre 16.3 y 17.6
lb/plg2 o 1.12 y 1.21 bar).
Aunque la presión de salida o descarga es sólo ligeramente mayor que los ventiladores, esta pequeña diferencia es suficiente para permitirles ser usados en muchas más aplicaciones industriales, como extraer, aspirar (crear vacío o presión manométrica negativa), enfriar, secar, ventilar e inyectar, en sistemas de colección de polvos, suministro de aire de combustión, sistemas de enfriado y secado, sistemas de aireadores o aireación de aguas residuales, sistemas de transporte neumático, sistemas de lavado de gases y transporte de gases en la industria petroquímica.
Rosenberg Fans Canada Ltd.
Ventiladores Centrífugos Industriales
Especificaciones y Normas Internacionales
Las principales
normas y estándares internacionales a tener en cuenta en las especificaciones
técnicas de ventiladores, sopladores y sistemas de ventilación son:
Norma |
Objetivo | Alcance |
Ventilación
para una calidad aceptable de aire interior |
|
ASHRAE 52.2 |
Método de prueba de dispositivos de limpieza de aire de
ventilación general para determinar la eficiencia de eliminación por tamaño
de partícula. |
ASHRAE 129 |
Medición de la eficacia del cambio de aire |
Clasificación de eficiencia energética para ventiladores |
|
Manual de Ventilación Industrial |
|
AIHA Z9.5 |
Ventilación de Laboratorios |
NFPA 45 |
Protección contra incendios de laboratorios que usan
productos químicos |
NFPA 664 |
Prevención de incendios y explosiones en instalaciones
de procesado y manipulación de madera. |
ISO 10121 |
Método de prueba para evaluar el rendimiento de los
medios y dispositivos de limpieza del aire en fase gaseosa para la
ventilación general |
ISO 16890 |
Filtros de aire para ventilación general |
ISO 29464 |
Limpieza de aire y otros gases - Terminología |
ISO 5136 |
Acústica. Determinación de la potencia acústica
irradiada a un conducto por ventiladores y otros dispositivos de movimiento
de aire |
ISO 5801 |
Ventiladores. Prueba de rendimiento utilizando vías de
aire estandarizadas |
ISO 5802 |
Ventiladores Industriales. Prueba de rendimiento in situ |
ISO 12499 |
Ventiladores Industriales - Seguridad mecánica de
ventiladores - Guardas |
ISO 12759 |
Ventiladores. Clasificación de eficiencia para
ventiladores |
ISO 13347 |
Ventiladores industriales. Determinación de los niveles
de potencia acústica de ventiladores en condiciones de laboratorio
estandarizadas |
ISO 13348 |
Ventiladores industriales - Tolerancias, métodos de
conversión y presentación de datos técnicos |
ISO 13350 |
Ventiladores. Prueba de rendimiento de ventiladores a
reacción |
Ventiladores. Dimensiones |
|
ISO 14694 |
Ventiladores industriales. Especificaciones para la
calidad del balanceo y los niveles de vibración |
ISO 14695 |
Ventiladores industriales. Método de medición de la
vibración del ventilador |
ISO 16494 |
Ventiladores de recuperación de calor y Ventiladores de
recuperación de energía. Método de ensayo de funcionamiento. |
ISO 27327 |
Ventiladores - Unidades de cortina de aire |
ASTM F856 |
Estándar para símbolos mecánicos, calefacción naviera, ventilación
y aire acondicionado (HVAC) |
ISO 15138 |
Industrias del Petróleo y Gas Natural. Instalaciones
marítimas de producción. Calefacción, ventilación y aire acondicionado |
ISO 17873 |
Instalaciones nucleares. Criterios para el diseño y la
operación de sistemas de ventilación para instalaciones nucleares distintas
de los reactores nucleares |
En Perú, las referencias legales de ventilación están reguladas en el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), Norma EM.030 Instalaciones de Ventilación, la que establece las pautas para el diseño, construcción, instalación y operación de los sistemas de ventilación mecánica, donde se hace mención de algunas normas técnicas internacionales (como UNE-EN 13779, NFPA 90A, NFPA 91, NFPA 664) y las guías y manuales que sugiere revisar (ACGIH).
Otras normas del RNE que deben ser tomadas en cuenta son:
Norma |
Alcance |
Condiciones
Generales de Diseño |
|
Salud |
|
Industria |
En el ambiente técnico peruano (de manera general), INACAL
establece normas en función al mayor o menor interés, participación o actividad
de cada sector industrial o comercial, para el que aplique establecer una norma
técnica. En lo que se refiere a ventiladores y sopladores, debo suponer que
INACAL no ha tenido mucha acogida o entusiasmo entre los fabricantes y
comercializadores peruanos, lo que se deduce por la poca información disponible
en el Catálogo de Normas Técnicas de INACAL.
Lo que he podido identificar es:
NTP |
Descripción |
NTP-ISO
16358 |
Acondicionadores
de aire enfriados por aire y bombas de calor aire-aire. |
NTP-ISO
5149-1 |
Sistemas
de refrigeración y bombas de calor. |
NTP-ISO
13964 |
Calidad
de Aire. Determinación de ozono en aire ambiental. Método por fotometría
ultravioleta. |
NTP-ISO
1683 |
Acústica.
|
NTP
370.011 |
Aparatos
eléctricos a prueba de explosión. |
Proceso de Adquisición
Como ya
adelanté, los ventiladores y sopladores pueden ser adquiridos como equipos
independientes o como componentes incluidos en sistemas de procesos más
grandes. De la forma que fuese, el proceso de adquisición pasa por varias áreas
de Procura, pero las principales son:
.
Administración de Materiales
(Materials Management)
Teniendo
presente que los ventiladores y sopladores industriales no son productos
que una Empresa mantiene en stock (salvo el caso de algunos Proveedores), el
proceso de adquisición se inicia cuando Administración de Materiales
recibe el pedido del Usuario (como Operaciones, Mantenimiento, Ingeniería o
Proyectos), que por tratarse de equipos fabricados a pedido (en su
mayoría, los ventiladores industriales no son mercaderías que están guardados
en los estantes del Proveedor, esperando que algún cliente los solicite), también
se debe recibir las especificaciones técnicas de la Organización (ver Procura 032), preparadas para guiar al fabricante en lo que debe cotizar.
Administración de Materiales no verifica los datos de
las especificaciones, pero si debe revisar que contengan (al menos) los
siguientes temas:
1. Alcance del requerimiento
2. Regulaciones aplicables
(legales, de seguridad y salud, ambientales, laborales, etc.)
3. Requerimientos técnicos de
referencia
(materiales, condiciones de servicio, procesos de manufactura,
controles e instrumentación, tipo de accionamiento, estándares y normas
técnicas aplicables, restricciones técnicas, etc.)
4. Planos, diagramas y hojas de
datos
(enviados para que coticen, requeridos para aprobar la
adquisición, y los de fabricación a entregar con los equipos)
5. Calidad de aire requerido
6. Eficiencia energética requerida
7. Requerimientos de pintura,
acabados y tratamientos de protección
8. Requerimientos de inspecciones,
pruebas y ensayos
(reportes de pruebas y ensayos, certificados y constancias,
dossiers de calidad, etc.)
9. Requerimientos de la “Puesta en
marcha”
10. Requerimientos de operación y
mantenimiento
(catálogos y manuales, entrenamiento y capacitación, listas de
repuestos, etc.)
11. Requerimientos de accesorios y
equipos secundarios
(filtros, tuberías, ductos, válvulas, cables eléctricos,
transformadores, instrumentos, herramientas, aislantes, pernos, anclajes,
tanques, etc.)
Compras (Purchasing)
La gestión de Compras se puede resumir en las siguientes
actividades generales:
Función |
Actividades |
Convocatoria |
a. Seleccionar Proveedores
calificados b. Preparar el expediente técnico c. Establecer hitos y plazos (el cronograma) d. Distribución de la Solicitud
de Cotización |
Consultas
del Proveedor |
e. Recepción de consultas del
Proveedor f. Envío de respuestas de la
Organización |
Recepción
de Propuestas |
g. Recepción de cotizaciones h. Apertura i. Distribución de propuestas |
Consultas
de la Organización |
j. Envío de consultas de la
Organización k. Recepción de respuestas del Proveedor |
Evaluación
de Cotizaciones |
l. Evaluación Técnica: m. Evaluación Comercial: |
Adjudicación |
n. Compras coordina con las
jefaturas correspondientes (Usuario, Finanzas, etc.), la adjudicación de la
Orden de Compra. |
Confirmación
del Pedido |
o. Emisión de la Orden de Compra
(PO), dirigida al Proveedor adjudicado. p. Envío de la PO al Proveedor
para que la firme en señal de aceptación, y se inicie la fabricación y los
términos y condiciones acordados (cronogramas, hitos de pago, garantías y
fianzas, etc.). |
Activación (Expediting)
La gestión de activación se inicia con la aceptación de la Orden
de Compra (PO) por el Proveedor, y el Activador inmediatamente se comunicará
con el contacto del Proveedor para presentarse como la nueva persona de
contacto de la Empresa y coordinar (entre otros):
a. La reunión de inicio (o Kick Off
Meeting)
b. Los reportes de avances
c. El cumplimiento del cronograma
establecido
d. Las comunicaciones formales
e. La solución de desviaciones
f. Cambios de Orden justificados
g. Las visitas del Supervisor de la
Calidad del Proveedor
h. La validación de Estados de Pago
(si hubiese hitos de pago establecidos)
i. La aceptación de facturas y los documentos
de sustento
j. Las entregas (o recojo) de los
equipos
k. El cierre de la PO.
Ver Procura 004 para mayores detalles de la función del Activador.
Observaciones
y Comentarios
1 |
Aunque los ventiladores y sopladores usualmente se seleccionan
con los datos proporcionados por los fabricantes, esto no significa que un
ventilador industrial pueda adquirirse simplemente con la verificación de los
datos operativos contra los datos del fabricante, pues la
adquisición de un ventilador se debe a las características y especificaciones
de un sistema (de ventilación, de colección de polvo, de operación, de
refrigeración, etc.) y no a la adquisición aislada e independiente de un
equipo. Además de tener el panorama
completo del sistema, el especialista en ventilación tiene otras herramientas
de validación que deben revisarse conjuntamente con la verificación de datos
tabulados. La experiencia ha demostrado que ignorar
las características totales del sistema, o despreciar el uso de las leyes
de semejanza y las leyes de los ventiladores (entre otros), ha
causado problemas a los sistemas de ventilación (como presiones inadecuadas, contaminación
sonora y vibraciones, consumos altos de energía eléctrica, etc.). |
2 |
Salvo que se tenga la ingeniería muy bien detallada, debido a los rangos tan acotados de las características de operación, en muchas ocasiones los pedidos de
ventiladores y sopladores justifican que antes de hacer la convocatoria para
la adquisición, primero se realice una “Solicitud de Cotización sólo por
Información” (RFQ por Información). Sólo si la ingeniería no
está suficientemente desarrollada, la intención de enviar una RFQ por Información
es usarla cuando no se tiene total certeza y existen varias soluciones o alternativas para un mismo
requerimiento (para entender mejor esto, en la Figura 1 Rangos de Aplicación, vean cómo se traslapan algunos rangos operativos de ventiladores y
sopladores, lo que induce a la pregunta ¿Qué tipo de equipo escojo?). Fig. 1. Rangos de Aplicación
Con el envío de una RFQ por Información lo que
se pretende es: a. Identificar
proveedores vigentes y disponibles (fabricantes, representantes o
distribuidores oficiales en Perú) y el alcance de los servicios que brindan. b. Identificar
tecnologías desarrolladas y aplicables. c. Establecer
requerimientos técnicos mínimos d. Identificar
alternativas y opciones aplicables. e. Identificar
procedimientos QA/QC y pruebas aplicables. f. Identificar
entregables g. Identificar
clientes que hayan sido atendidos con equipos o características similares. h. Verificar
costos directos i. Reconocer
gastos y costos indirectos j. Identificar
plazos estimados de entrega o de fabricación. k. Establecer y
aprobar internamente el presupuesto de equipos, partidas y actividades. l. Identificar
servicios, condiciones y tarifas A muchos Proveedores no les interesa participar
en RFQ por Información, porque piensan que: * Están siendo usados para favorecer a la competencia Por la razón que fuese, los
Proveedores que no participan en una RFQ por Información generalmente pierden la
oportunidad de participar en la convocatoria en firme para compra. |
3 |
De manera general, la adquisición
de estos equipos está sujeta a varios criterios de estandarización (de
regulaciones, marcas, modelos, configuraciones, etc.) y de evaluación
(rendimientos, consumos de energía, contaminación, servicios post venta,
costos estimados de operación y mantenimiento, tecnologías, disponibilidad,
etc.). Ya sea que se esté adquiriendo equipos
(ventiladores y/o sopladores) o sistemas (de ventilación, de
transporte neumático, de colección de polvos, de inyección, de extracción,
etc.), son bienes de capital que Procura debe evaluar (preferentemente)
en base al Costo Total de Propiedad (TCO, ver Procura 047), lo
que significa que se debe requerir al Proveedor mucha más información de la
habitual. |
4 |
Los Proveedores de
ventiladores y sopladores (o de sistemas que los incluyen) deben tener en
cuenta que sus cotizaciones y propuestas no deben limitarse a
un simple listado con precios de equipos y accesorios. La adquisición de estos bienes de
capital implica mucho más, y no advertir a sus clientes acerca de
consumos de energía, contaminación auditiva, frecuencias de mantenimiento y
cambio de repuestos, calificaciones y certificaciones del personal encargado
del servicio post venta, y los costos promedios o habituales en que la
Organización incurrirá después de la compra, son datos importantes para la
evaluación técnico-comercial y la toma de decisiones. No presentar toda
es información es un potencial motivo para descartarlos por falta de seriedad. Si el Proveedor no cuenta con toda esta
información, esta es una de las principales razones para pedir la ampliación
del plazo para presentar cotizaciones (pero deben ser explicados expresamente
así), pues la mayoría de compradores suponemos que tienen a la mano toda
esa información, de acuerdo a las experiencias anteriores de los equipos
vendidos a otros clientes. |
5 |
ASTM tiene muchas especificaciones técnicas y métodos
de ensayo estandarizados. Si entran a la página de ASTM y colocan la palabra
Fan en el buscador, y filtramos por “Estándares y Publicaciones”, el buscador
nos devuelve 2,218 resultados (correspondientes a aplicaciones, procesos,
métodos de prueba, productos, etc.). Con esto quiero resaltar que la Empresa
puede establecer requerimientos tan altos o tan bajos como sea necesario, y
que entre estos extremos hay una gran cantidad de matices, y lo más importante,
ninguna de las opciones es mala, siempre que la Empresa:
|
Referencias
Existe mucha información en los repositorios de varias universidades. Para revisar o ampliar la información técnica o académica, les sugiero revisar los
siguientes enlaces:
1. |
Universidad
Politécnica de Valencia |
2. |
Universidad
de Sevilla, |
Para revisar catálogos de Proveedores de ventiladores,
sopladores y algunas aplicaciones, las principales referencias son:
1. |
Kaeser
Compresores de Perú |
2. |
Howden (UK) |
3. |
UEZU
Ingenieros |
4. |
Airtec |
5. |
Armand |
6. |
Friotemp |
7. |
VYMSA Ingenieros |
8. |
INGEMIN Perú |
9. |
Carnot Climatización
|
10. |
Termodinámica SAC |
11. |
Venaire |
12. |
Atlas Copco Perú |
13. |
Busch Perú |
14. |
Americorp |
Tratando de que este sea un lugar donde intercambiar experiencias y opiniones, invito a los amigos y colegas de Procura a enviar sus comentarios, pero por el tipo de tema y la abundancia de material, también hago extensiva la invitación a los amigos y colegas de Ingeniería, Construcción y Mantenimiento, como Ignacio Calderón V. y José Zavala L. de Antamina, Dercy Soto V. de Antapaccay, Ricardo Caycho de Gold Fields, Hugo Soto M. y Jorge Pinazo B. de Buenaventura, Roger Sebastian de Petrobras, Wilmer Gomez S. de Intelec, Mario Benitez P. de Sonatrach, Ángel Ybarhuen O., Carlos Habich C. y Abel Ramos G. de DRP, Javier Rufasto F. de Maestranza Diesel, Francisco Lopez C. y Roberto Bravo de Nyrstar, Juan Salas V. de Volcan, Jaime Segura C. de Termodinámica, Leonardo Tagle R. de Ecromsa, Zenobio Moreno de COMACSA, así como a Luis Rodríguez Durand, Jeff Navarro, Edwin Zambrano R. y Federico Tong Chang de la UNAC.
Ing. Juan Valdivia Jáuregui