thumb|right|250px|Un ventilador centrífugo típico con curvado hacia atrás, en el que las palas están curvadas hacia la dirección en la que giran
Un ventilador centrífugo es un dispositivo mecánico para mover aire u otros gases en una dirección que forma un cierto ángulo con respecto a la dirección del flujo entrante. Los ventiladores centrífugos a menudo incluyen una carcasa orientable para dirigir el aire saliente en una dirección específica o un deflector. Este dispositivo también se denomina soplador, ventilador o ventilador de jaula de ardilla (porque la forma de su rotor recuerda a la rueda de un hámster). Los ventiladores pequeños que se emplean en las computadoras son conocidos en inglés como "biscuit blowers" (sopladores de galletas). Por lo general, se utilizan en sistemas que requieren aspirar o impulsar aire a través de un conducto, como en el caso de los intercambiadores de calor. En comparación con los ventiladores convencionales, son más compactos y son capaces de superar mayores resistencias al flujo de la corriente de aire.
Los ventiladores centrífugos utilizan la energía cinética de un rodete para mover la corriente de aire, que a su vez se desplaza superando la resistencia que generan los conductos, las compuertas y otros componentes. Desplazan el aire radialmente, cambiando la dirección (normalmente con un giro de 90°) del flujo de aire. Son robustos, silenciosos, fiables y capaces de operar en una amplia gama de condiciones.
Al igual que los ventiladores axiales, son dispositivos de volumen constante, lo que significa que, a una velocidad de operación constante, mueven un volumen de aire relativamente constante en lugar de una masa constante. Esto significa que la velocidad del aire en el sistema es fija, pero la masa real del aire que fluye variará según su densidad. La variación de la densidad puede ser causada por cambios en la temperatura del aire entrante y en menor grado por las fluctuaciones de la presión atmosférica, y también se ve afectada por elevación sobre el nivel del mar. Esto hace que los ventiladores centrífugos no sean adecuados para aplicaciones en las que se requiere suministrar una masa de aire constante.
Al contrario que las bombas de pistones, no son dispositivos de desplazamiento positivo. Los ventiladores centrífugos son más eficientes; mientras que las bombas de pistones pueden tener un costo de instalación más bajo y son capaces de lograr relaciones de compresión mucho más altas. United Nations Environment Programme. "Fans and Blowers". 2006. p. 9. quote:"The centrifugal blower and the positive displacement blower are two main types of blowers""Advantages of Rotary Positive Displacement Blowers Versus Centrifugal Blowers". 1996.Juan Loera, P.E. "Overview of Blower Technologies" . p. 10.Jim Brown. "The Great Debate: Centrifugal Fan vs. Positive Displacement Pump" . 2008.Vac2Go. "What's better, a PD or Fan Combination Unit?" . 2013. En general, compiten con los ventiladores axiales para aplicaciones residenciales, industriales y comerciales. Los ventiladores axiales normalmente funcionan a volúmenes más altos, requieren presiones estáticas más bajas y tienen una mayor eficiencia. Por lo tanto, los ventiladores axiales generalmente se usan para el movimiento de grandes volúmenes de aire, como la ventilación de un almacén o la recirculación del aire de una habitación, mientras que los ventiladores centrífugos se usan para mover el aire en aplicaciones con conductos, como los sistemas centralizados de aire acondicionado o de calefacción de viviendas u oficinas.
El ventilador centrífugo tiene forma de tambor, compuesto por una serie de aspas o palas montadas alrededor de un eje. Como se muestra en la figura animada, el tambor gira accionado por un eje de transmisión montado en unos cojinetes colocados en la carcasa del ventilador. El gas entra desde el lado abierto del eje del tambor; gira 90 grados; y a medida que fluye sobre las aspas del ventilador es acelerado radialmente debido a la fuerza centrífuga. Finalmente, sale de la carcasa del ventilador por la boquilla lateral.Fan types (U.S. Environmental Protection Agency website page)
Historia Una de las primeras menciones a los ventiladores centrífugos data en 1556, y fue realizada por Georg Pawer (en latín: Georgius Agricola) en su libro De re metallica, donde muestra cómo se usaban para ventilar las minas.Georgius Agricola with Herbert Clark Hoover and Lou Henry Hoover, trans., De Re Metallica (New York, New York: Dover Publications, Inc., 1950), pp. 203–207. A partir de entonces, los ventiladores centrífugos cayeron gradualmente en desuso. No fue hasta las primeras décadas del que revivió el interés por estos dispositivos. En 1815, el marqués de Chabannes abogó por el uso de un ventilador centrífugo y obtuvo una patente británica ese mismo año. En 1827, Edwin A. Stevens de Bordentown, Nueva Jersey, instaló un ventilador para soplar aire en las calderas del barco de vapor North America.Walter B. Snow (November 1898) "Mechanical draught for steam boilers," Cassier's Magazine, 15 (1) : 48–59 ; see p. 48. De manera similar, en 1832, el ingeniero sueco-estadounidense John Ericsson usó un ventilador centrífugo como soplador en el barco de vapor Corsair.(Editorial staff) (March 1919) "Recollections of John Ericsson," Mechanical Engineering, 41 : 260–261 ; see p. 261. El ingeniero militar ruso Alexandr Sablukov inventó un ventilador centrífugo en 1832, que se usó tanto en la industria ligera rusa (especialmente en las fábricas de azúcar) como en el extranjero.A History of Mechanical Fan
Uno de los desarrollos más importantes para la industria minera fue el ventilador Guibal, que fue patentado en Bélgica en 1862 por el ingeniero francés Théophile Guibal. Este dispositivo disponía de una carcasa en espiral que rodeaba las aspas del ventilador, así como un obturador flexible para controlar la velocidad de escape, lo que lo hacía muy superior a los diseños anteriores de ventilador abierto, permitiendo disponer de una ventilación adecuada en los trabajos de minería a mayores profundidades. Dichos ventiladores se utilizaron ampliamente en las minas de toda Gran Bretaña.
Construcción thumb|right|275px|Figura 1: Componentes de un ventilador centrífugo thumb|right|275px|Un ventilador centrífugo en línea que descarga al exterior de un edificio a través de un conducto. La geometría de la voluta redirige el flujo de salida para que sea paralelo a la entrada de gases
Las partes principales de un ventilador centrífugo son: Carcasa de ventilador rodete Conductos de entrada y salida Eje de transmisión Mecanismo de manejo Aspas del ventilador Carcasa de descarga del ventilador
Otros componentes pueden ser los cojinetes, la transmisión, el dispositivo de bloqueo del impulsor, o las juntas de sellado del rodete.
Mecanismos de accionamiento El accionamiento del ventilador determina la velocidad de la rueda del ventilador (impulsor) y la medida en que se puede variar esta velocidad. Como se describe a continuación, hay dos tipos básicos de impulsores de ventilador.
Directo El rodete del ventilador se puede conectar directamente al eje de un motor eléctrico. Esto significa que la velocidad de la rueda del ventilador es idéntica a la velocidad de rotación del motor. La transmisión directa es la forma más eficiente de transmisión del ventilador, ya que no se producen pérdidas mecánicas debidas a la presencia de otros elementos entre ambos.
Algunos fabricantes de productos electrónicos han fabricado ventiladores centrífugos con motores de rotor externo (el estátor está colocado dentro del rotor), de forma que el rotor está montado directamente en el rodete del ventilador (impulsor).
Correa de transmisión Se monta un conjunto de poleas en el eje del motor y en el eje de la rueda del ventilador, y una correa transmite la energía mecánica del motor al ventilador.
La velocidad de la rueda del ventilador depende de la relación entre el diámetro de la polea del motor y el diámetro de la polea del rodete. Esta relación es fija, a menos que se produzca algún fenómeno de deslizamiento, lo que puede reducir la velocidad de la rueda del ventilador en varios cientos de revoluciones por minuto (RPM). Además de la reducción de eficiencia por las pérdidas mecánicas, las correas también deben ser objeto de un mantenimiento adicional.
Rodamientos Los rodamientos son una parte importante de un ventilador. Los cojinetes anulares se utilizan en los ventiladores más pequeños, como en el caso de las computadoras, mientras que en las aplicaciones residenciales y comerciales más grandes se emplean rodamientos de bolas. Las aplicaciones industriales pueden usar cojinetes especiales, como en el caso de los sistemas equipados con manguitos de agua para evitar el efecto de las elevadas temperaturas cuando se deben manejar gases calientes.
Muchos turbosopladores usan cojinetes de aire o cojinetes magnéticos.Juan Loera, P.E. "Overview of Blower Technologies and Comparison of High-Speed Turbo Blowers" . p. 24.
Los sopladores equipados con cojinetes magnéticos proporcionan baja vibración transmitida, ausencia de fricción de rodadura a alta velocidad, bajo consumo de energía, alta fiabilidad, operación sin aceite y tolerancia a partículas contaminantes en la corriente de aire.
Control de velocidad La velocidad del ventilador se realiza mediante un variador de frecuencia, que controla directamente la velocidad del motor, regulando su velocidad para obtener diferentes flujos de aire. La cantidad de aire que se mueve no guarda una relación lineal con la velocidad del motor, y debe ajustarse individualmente para cada instalación. Por lo general, el ajuste se realiza en el momento de la instalación, aunque algunos sistemas modernos monitorizan directamente el flujo de aire con instrumentos situados cerca de la salida y pueden variar ajustar automáticamente la velocidad del motor.
Las instalaciones de ventiladores más antiguas usaban rejillas ajustables de entrada o de salida, unas lamas de metal que se podían ajustar para abrirse y cerrarse. A medida que las lamas se cerraban, se aumentaba la presión y se disminuía el flujo de aire del ventilador. Este sistema es menos eficiente que ajustar la velocidad, ya que aminorar la velocidad significa directamente reducir el consumo eléctrico del motor, mientras que el uso de la rejilla ajustable no altera la velocidad de giro del motor.
Aspas del ventilador thumb|right|325px|
El rodete del ventilador consta de un cubo con varias aspas dispuestas con simetría radial. Las aspas del ventilador en el cubo pueden disponerse de tres maneras diferentes: curvadas hacia delante, curvadas hacia atrás o radiales.
Curvadas hacia adelante thumb|Palas curvadas hacia adelante en un ventilador doméstico
Las paletas curvadas hacia adelante, como en la Figura 3(a), se doblan en la dirección de rotación de la rueda del ventilador. Este diseño es especialmente sensible a las partículas y, por lo general, solo se usa en aplicaciones para controlar el flujo de aire limpio, como en los sistemas de aire acondicionado. Este diseño se usa normalmente en aplicaciones donde la presión estática es demasiado alta para un ventilador axial de aspas o se requiere el tamaño más pequeño de un ventilador centrífugo, y cuando las características de ruido de un ventilador con curvatura hacia atrás puede causar molestias. Proporcionan un flujo de aire más bajo pero con un mayor aumento de la presión estática si se comparan con los ventiladores axiales. Normalmente se usan en ventiloconvectores. Son menos eficientes que los ventiladores con palas curvadas hacia atrás.
Curvadas hacia atrás