Ayuda a mejorar la eficiencia energética en climatización consiguiendo así un mayor ahorro energético en proyecto de modernización de edificios

Los ventiladores deberían ser cada vez más eficientes y silenciosos para conseguir una mayor eficiencia energética en edificios, así como un mayor ahorro energético. Inicialmente, los fabricantes solo tenían en cuenta la eficiencia energética de los motores y el consumo optimizado con motores EC. Recientemente, los desarrolladores han estado utilizando los descubrimientos de la naturaleza para hacer que el sistema general sea más silencioso y más eficiente. En particular, en un proyecto de modernización de edificios, los viejos sistemas de ventilación se pueden rehabilitar de manera rápida y rentable para reducir significativamente el consumo de energía y el ruido y lograr una mayor eficiencia energética en climatización.

La gran mayoría de los ventiladores funcionan con motores eléctricos y estos han pasado por un proceso evolutivo en el que los motores AC (corriente alterna) se usaron inicialmente casi exclusivamente pero los motores EC (Electrónicamente Conmutados) se han ido incorporando cada vez más como resultado de su mayor eficiencia.

El ventilador centrífugo ZAbluefin permite un aumento del ahorro energético.

En el caso de los ventiladores accionados directamente, es la combinación de la eficiencia del motor y el rodete/pala accionado por el motor lo que determina la eficiencia del conjunto del ventilador. Esto está representado por la fórmula:

Eficiencia del ventilador de transmisión directa = eficiencia del motor x eficiencia del rodete/pala.

El logro de la máxima eficiencia del ventilador se basa en combinar el motor que tiene la mayor eficiencia con el rodete/pala que tiene la mayor eficiencia.

La eficiencia del motor eléctrico ha aumentado en los últimos años a través del resultado de varias innovaciones mediante las cuales se crearon clases de eficiencia para motores de AC de bajo voltaje, inicialmente EFF3, EFF2 y EFF1, siendo EFF3 la menor de las tres eficiencias, siendo EFF1 la mayor. Estas clasificaciones de eficiencia del motor de bajo voltaje fueron reemplazadas cuando se lograron eficiencias del motor superiores a EFF1, de modo que se introdujeron los grados de eficiencia del motor denominados IE1, IE2, IE3, IE4 e IE5, siendo IE1 la eficiencia más baja en la escala, IE5 siendo la más alta eficiencia en la escala.

Los motores EC utilizan tecnología de imanes permanentes, lo que permite lograr eficiencias que colocan dichos motores en la denominada 'Clase de Eficiencia Ultra-Premium' IE5, por lo que la combinación de estos motores con los rodetes/palas de mayor eficiencia dará como resultado los ventiladores de mayor eficiencia.

El diseño de rodetes/palas de múltiples tipos ha evolucionado a lo largo de los años, en busca de mayores eficiencias y emisiones de ruido reducidas. La bio-mimética, desde la aerodinámica (ornitología), la hidrodinámica (biología marina) y la biomecánica (árboles), en el diseño de rodetes/palas de ventiladores ha llevado a avances sorprendentes en su rendimiento, tanto en términos de ganancias de eficiencia como de reducción de emisiones de ruido.

Los ejemplos de tales características del mundo natural que han proporcionado inspiración en el desarrollo del rodete/pala del ventilador incluyen:

• Alas de búhos:

Los búhos son conocidos por su vuelo casi silencioso, lo que les permite volar muy cerca de su presa sin ser detectados. Las alas de los búhos han sido estudiadas con gran detalle por científicos, biólogos e ingenieros, y se descubrió que las alas de los búhos presentan una serie de características que contribuyen a minimizar el ruido generado por las alas durante el vuelo. Sus alas tienen estrías en su borde de ataque en forma de muchas púas pequeñas y en su borde de salida creado por plumas adyacentes. Éstos, en combinación, contribuyen a reducir las emisiones de ruido que son características de los búhos en vuelo. La introducción de los bordes de ataque dentados y delanteros dentados en las aspas del ventilador axial y centrífugo, imitando las alas de los búhos, logra beneficios tanto de eficiencia como acústicos.

• Aletas en las alas de los pájaros que vuelan a gran altura:

Las aves como los buitres, las águilas y las aves rapaces tienen plumas en las puntas de sus alas que pueden moverse de forma independiente para manipular el flujo de aire en esa área, alterando instintivamente los patrones de turbulencia del aire que pasa sobre sus alas. Al hacerlo, los vórtices que se crean en las puntas de las alas son gestionados activamente por el ave para minimizar el arrastre y mejorar el flujo de aire sobre el ala. La adopción de aletas en las puntas de las aspas del ventilador axial, inspiradas en las alas de las aves voladoras mencionadas anteriormente, da como resultado una mayor eficiencia del rodete/pala y un menor ruido, lo que contribuye a la menor potencia requerida para impulsar el ventilador.

• Tubérculos de aleta de ballenas jorobadas:

La evolución ha dado como resultado que los bordes de las aletas de las ballenas jorobadas tengan nódulos elevados del tamaño de una pelota de golf, conocidos como tubérculos. El “efecto tubérculo” es un fenómeno por el cual estos nódulos de vanguardia aumentan el rendimiento hidrodinámico en el caso de la ballena, permitiendo una agilidad sorprendente de una criatura tan grande. La investigación sobre este tema fue realizada por Frank E. Fish (et al.) a principios de los años noventa y la introducción de tubérculos en aplicaciones industriales seguidas en forma de nódulos o una superficie ondulada en los bordes de las carcasas de las turbinas eólicas y las aspas del ventilador. El efecto no es diferente al de las estrías en las alas de los búhos mencionadas anteriormente.

• Biomecánica del árbol:

El profesor Claus Mattheck, un científico alemán, es una autoridad reconocida en biomecánica de árboles. Su trabajo en este campo ha inspirado a los diseñadores de rodetes/palas de ventiladores a adoptar las complejas curvaturas observadas en las estructuras de los árboles al desarrollar rodetes/palas mediante los cuales se logra una resistencia óptima con un uso mínimo de material.

La evolución en el diseño de motores eléctricos y rodetes/palas de ventiladores significa que, los ventiladores instalados hace años en máquinas de muchos tipos, pueden haber sido diseños de vanguardia en el momento en que se instalaron, pero desde entonces han sido reemplazados por ventiladores que permiten una mayor eficiencia energética en climatización y rendimiento acústico superior.

Por lo tanto, existe la oportunidad de reemplazar los ventiladores antiguos existentes con ventiladores actuales de última generación, por lo que la eficiencia mejorada de los ventiladores actuales puede tener el efecto de reducir significativamente el requerimiento de energía para utilizar dichos los ventiladores, reduciendo el gasto del operador del equipo en electricidad. El ahorro energético en el consumo de energía dependerá de múltiples factores, incluido el punto de funcionamiento del ventilador, la aplicación dentro de la cual se instala el ventilador y la eficiencia del ventilador que se reemplazará.

Un ejemplo de un proyecto de reacondicionamiento de ventiladores que resulta en una reducción potencialmente significativa en el gasto en electricidad es el reemplazo de un ventilador radial con álabes curvados hacia delante de transmisión por correa impulsado por un motor de inducción AC, con un ventilador tipo PLUG-FAN de transmisión directa con álabes curvados hacia atrás impulsado por un motor EC (conmutado electrónicamente). En este ejemplo, los factores que contribuyen al aumento de la eficiencia energética en climatización y la reducción de los requisitos de potencia de entrada son:

• El aumento de la eficiencia al reemplazar el motor de inducción AC de tecnología más antigua por el motor IE5 clase EC.
• La mejora del cambio de paso en la eficiencia al cambiar de un rodete de álabes curvados hacia adelante a un rodete de álabes curvados hacia atrás inherentemente más eficiente.
• El cambio de una disposición de transmisión por correa a una disposición de transmisión directa, eliminando las pérdidas asociadas con el deslizamiento de la correa y las pérdidas de presión de la corriente de aire resultantes del progresivo desgaste de las correas y las estructuras protectoras alrededor de la transmisión por correa en la corriente de aire.

Además de los ahorros energéticos derivados de la mejora de la eficiencia y la reducción de los costos de energía, el operador del equipo también se beneficia de la reducción de los costos de mantenimiento, ya que no hay correas que volver a tensar ni residuos de las correas desgastadas que limpiar. Los filtros de aire aguas abajo pueden optimizarse aún más debido a la ausencia de residuos de la correa de transmisión.

El ventilador axial ZAplus es ideal para mejorar la eficiencia energética en edificios.

Proyectos similares con ventiladores axiales accionados por motor EC de última generación, típicamente en condensadores de refrigeración enfriados por aire y enfriadores secos existentes, brindan oportunidades de ahorro energético.

El retorno de la inversión alcanzable variará de un proyecto a otro, dependiendo de otros factores, según la especificación de los ventiladores que se reemplazarán y la aplicación y el punto de funcionamiento del ventilador, pero en la gran mayoría de casos se ha encontrado que es inferior a dos años, en algunos casos significativamente menos.

Los ventiladores centrífugos Ziehl-Abegg ZAbluefin ECblue y los ventiladores axiales ZAplus ECblue incorporan motores EC clase IE5 y sus diseños de impulsor presentan conceptos de bio-mimética; ambos tipos son ideales para proyectos de modernización de edificios muy rentables.