ES2242040T3 - Ventilador de evacuacion de aire. - Google Patents
Ventilador de evacuacion de aire.Info
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Abstract
Ventilador destinado a ser asociado a un conducto de evacuación de aire fuera de por lo menos un local, para asegurar la renovación de aire en el interior de éste, que comprende: - una virola cilíndrica (6) cuya entrada (8) está conectada a un conducto cilíndrico coaxial (5) y de diámetro inferior por un escalonado radial (7), - un motor eléctrico montado axialmente en la virola (6), de diámetro pequeño con respecto al de la virola, y sobre cuyo árbol está fijada una rueda (13) compuesta por palas (14), cada una de forma tal que todas las secciones de una pala por unos planos paralelos al eje de la virola son paralelos a dicho eje, estando el diámetro máximo de las palas (14) comprendido entre el de la virola (6) y el de la entrada (8) en la virola, y decreciendo de corriente arriba a corriente abajo, es decir del lado de la entrada hacia el otro extremo, y - unos álabes (19) directores del flujo de aire, solidarios de la cara interior de la virola (6), repartidos en la periferia de la virola y que presentan cada uno por lo menos una parte curva (19a) que, situada por el lado de la entrada de la virola, está alojada en el espacio anular comprendido entre la virola (6) y la superficie cilíndrica virtual que prolonga la entrada de aire (8).
Description
Ventilador de evacuación de aire.
La presente invención tiene por objeto un
ventilador destinado a ser asociado a un conducto de evacuación de
aire fuera de por lo menos un local, para asegurar la renovación de
aire en el interior de éste.
Numerosos locales, ya se trate de locales para
uso de vivienda, o para uso de oficinas comprenden unos dispositivos
que aseguran la renovación de aire, por una parte por razones de
mantenimiento en un buen estado de los locales, teniendo éstos la
necesidad de ser ventilados para que los materiales constitutivos
conserven sus propiedades, y por otra parte por razones de confort
de los ocupantes.
Los locales modernos están equipados generalmente
con instalaciones de ventilación mecánica controlada, comprendiendo
estas instalaciones un grupo de aspiración que extraerá un cierto
volumen de aire en las habitaciones técnicas, tales como la cocina,
sala de agua, WC, siendo un volumen de aire equivalente al extraído
admitido en las habitaciones de estancia, tales como salón o
dormitorio por unas bocas de entrada de aire practicadas en estas
habitaciones, por ejemplo en los montantes de las ventanas. Un
ejemplo de instalación de ventilación está en el documento
GB-1 160 136.
Otra solución, utilizada en particular en
edificios más antiguos, consiste en realizar una salida de aire en
las habitaciones técnicas hacia un conducto de sección ancha que
desemboca en el tejado, realizándose la salida de aire por tiraje
natural cuando las presiones motrices debidas al viento y al tiraje
térmico son suficientes, por ejemplo cuando estas presiones motrices
son superiores a las generadas por la acción conjunta de una
diferencia de temperatura de 10ºC entre el interior y el exterior de
los locales y de un viento de 3m/s. El tiraje natural puede ser
satisfactorio en periodo invernal, cuando la temperatura exterior es
sustancialmente superior a la temperatura en el interior del local.
Sin embargo, en periodo estival, puede haber una inversión de
temperaturas que provoca una circulación de aire en sentido inverso,
es decir una admisión de aire por el conducto destinado normalmente
a la extracción.
Por tanto puede ser interesante asociar a este
conducto un ventilador que asegure una presión motriz complementaria
cuando el tiraje natural es insuficiente, en particular en periodo
estival, mediante la utilización de un ventilador axial, que
comprende una pluralidad de palas que se extienden desde el árbol
del ventilador hacia el exterior, presentando estas palas una
inclinación que asegura un desplazamiento de aire. Sin embargo, la
motorización necesaria para el accionamiento del ventilador es
importante, y cuando el ventilador está parado, para permitir una
renovación de aire por tiraje natural, las palas crean unas pérdidas
de carga importantes que limitan en gran manera el caudal de aire
extraído.
El objetivo de la invención es proporcionar un
ventilador destinado a ser asociado a un conducto de evacuación de
aire, cuya estructura es tal que el ventilador crea solamente unas
pérdidas de carga despreciables cuando está parado, permitiendo así
una evacuación del aire por tiraje natural y que, en funcionamiento,
asegura un caudal de aire comparable al obtenido con un tiraje
natural corriente correspondiente, por ejemplo, a una diferencia de
temperatura de 15ºC entre el interior y el exterior y una velocidad
de viento de 4 m/s, consumiendo al mismo tiempo una cantidad muy
pequeña de electricidad, permitiendo así, si es necesario, su
alimentación con la ayuda de un panel solar dispuesto en el tejado
al lado del ventilador. El objetivo de la invención es por tanto
proporcionar una instalación que funciona de modo permanente con una
energía natural, es decir presiones motrices debidas al viento y al
tiraje térmico, en particular en periodo invernal y durante las
estaciones intermedias, y con la ayuda de la energía solar que
alimenta el motor del ventilador en período estival.
A este fin, el ventilador al que la misma se
refiere comprende:
- -
- una virola cilíndrica cuya entrada está conectada a un conducto cilíndrico coaxial y de diámetro inferior por un escalonado radial,
- -
- un motor eléctrico montado axialmente en la virola, de diámetro pequeño con respecto al de la virola, y sobre cuyo árbol está fijada una rueda compuesta por palas, cada una de forma tal que todas las secciones de una pala por unos planos paralelos al eje de la virola son paralelas a dicho eje, estando el diámetro máximo de las palas comprendido entre el de la virola y el de la entrada a la virola, y decreciendo de corriente arriba hacia corriente abajo, es decir del lado de la entrada hacia el otro extremo, y
- -
- unos álabes directores del flujo de aire, solidarios de la cara interior de la virola, repartidos en la periferia de la virola y que presentan cada uno por lo menos una parte curva que, situada por el lado de la entrada de la virola, está alojada en el espacio anular comprendido entre la virola y la superficie cilíndrica virtual que prolonga la entrada de aire.
Teniendo en cuenta la forma de las palas de la
rueda del ventilador, éstas sólo ofrecen una resistencia muy pequeña
al flujo del aire y generan solamente unas pérdidas de carga
reducidas cuando el motor está parado. En lo que concierne a los
álabes, su parte curva se encuentra en una zona que está situada
fuera del flujo de aire, teniendo en cuenta que la superficie de la
entrada de la virola es inferior a la superficie de la virola. El
ventilador según la invención aprovecha sin embargo una excelente
eficacia cuando el motor eléctrico arrastra la hélice, pasando el
aire arrastrado por la hélice a chocar contra los álabes directores
que canalizan el aire de corriente arriba hacia corriente abajo. El
rendimiento de este ventilador es muy bueno y su consumo es
reducido, lo que permite alimentar el motor con la ayuda de la
energía solar.
Según una forma de realización de este
ventilador, cada pala es plana y está contenida en un plano
longitudinal que incluye el eje de la virola.
Según una posibilidad, cada pala presenta un
borde de entrada perpendicular al eje de la virola y que se extiende
desde el punto del borde de salida de la pala más corriente
arriba.
El borde de salida de cada pala está a una
distancia máxima del eje de la virola al nivel de su unión con el
borde de entrada, y sigue a continuación una curva que, de corriente
arriba hacia corriente abajo, se aproxima progresivamente al eje de
dicha virola.
En dicho caso, la superficie de cada pala
disminuye de corriente arriba hacia corriente abajo.
Según otra posibilidad, cada pala presenta un
borde de entrada perpendicular al eje de la virola, que se extiende
desde el punto del borde de salida de la pala más corriente arriba
sobre una parte del radio de la virola, estando este borde
prolongado por un borde orientado de corriente arriba hacia
corriente abajo y del exterior hacia el interior, delimitando así
una pala en forma general de cuarto de luna.
Resulta posible entonces disponer de una pala
cuya anchura aumenta de corriente arriba hacia corriente abajo.
Según otra característica de la invención, el
extremo corriente arriba de cada álabe director está situado en la
proximidad del recorrido de las partes corriente arriba de los
bordes de salida de las palas, presentando cada álabe una parte
curva, es decir, que no se extiende axialmente a la virola, y que
presenta un ángulo de ataque que tiene una orientación próxima a la
de las corrientes de aire que salen de las palas de la rueda, y
situándose fuera del flujo principal del flujo en tiraje natural
cuando el ventilador está parado y extendiéndose, por ejemplo, en
una longitud sustancialmente igual al diámetro de la entrada de la
virola, estando cada parte curva prolongada hacia corriente abajo
por una parte plana paralela al eje de la virola.
Debe observarse que el flujo de aire, en tiraje
natural, que ocupa al nivel de la entrada la sección de esta última
se ensancha poco, corriente abajo, en una distancia igual al
diámetro de la entrada. Así, el flujo de aire no es prácticamente
perturbado por las partes curvas de los álabes directores. Más allá
de esta distancia, el flujo de aire se encuentra en contacto con
unas partes de álabes que le son paralelas y que le oponen una
resistencia despreciable. A este nivel, los álabes pueden por otra
parte ser de anchura más importante y sobrepasar por el lado
interior, el cilindro virtual situado en prolongación de la entrada
de la virola.
De todas maneras, la invención se comprenderá
mejor con la ayuda de la descripción siguiente, con referencia al
plano esquemático anexo que representa, a título de ejemplo no
limitativo, una forma de realización de este ventilador:
la figura 1 es una vista muy esquemática de un
edificio equipado con un conducto de ventilación provisto de este
ventilador;
la figura 2 es una vista en perspectiva del
ventilador;
la figura 3 es una vista en sección longitudinal;
y
la figura 4 es una vista en sección transversal
según la línea IV-IV de la figura 3.
La figura 1 representa un edificio designado por
la referencia general 2 en el cual están realizados varios locales
superpuestos 3, comprendiendo cada local por lo menos una boca 4 que
comunica con un conducto de ventilación vertical 5 que desemboca al
nivel del tejado 11 del edificio. La parte superior del conducto 5
está conectada a una virola cilíndrica 6 de diámetro exterior
superior, estando la parte interior de la virola unida al conducto
por un escalonado radial 7. Por ello, la entrada 8 de la virola, de
sección correspondiente a la del conducto, es inferior a la de la
virola 6. En la virola 6 está fijado por medio de varios vástagos
radiales 9 un motor eléctrico 10 de sección muy inferior a la de la
virola, estando el diámetro del cuerpo del motor por ejemplo
comprendido entre 10 y 20% del diámetro de la virola. Sobre el árbol
12 del motor que es central y coaxial a la virola 6 está calada una
rueda 13 que comprende una pluralidad de palas 14. Cada pala está
constituida por una placa plana cuyo borde de entrada 15 es
perpendicular al eje de la virola y cuyo borde de salida 16 se
aproxima progresivamente al eje de la virola yendo de corriente
arriba hacia abajo. Debe observarse que el extremo exterior 17 del
borde de entrada 15 de cada pala 14 está situado frente al
escalonado radial 7. El juego entre el borde 15 y el escalonado 7 es
tan reducido como sea posible. En una variante de realización, cada
pala presenta un borde de entrada 15 con una parte externa
perpendicular al eje de la virola que está prolongada por otra parte
siguiendo corriente abajo la línea curva 18 representada en las
figuras 2 y 3, realizando así una pala en forma general de cuarto de
luna, cuya anchura puede aumentar de corriente arriba hacia
corriente abajo.
Unos álabes directores 19 del flujo de aire están
fijados sobre las paredes de la virola 6 frente a la rueda y
corriente abajo de ésta. Cada álabe 19 presenta una primera parte
19a, que se extiende hasta una distancia de la entrada 8
sustancialmente igual al diámetro de éste. Esta parte 19a del álabe
que está contenida en el espacio delimitado por la virola cilíndrica
6 y un cilindro virtual que prolonga la entrada 8 de la virola, es
curva y comprende un ángulo de ataque que tiene una orientación
próxima a la de las corrientes de aire que salen de las palas de la
rueda. Esta parte 19a está prolongada hacia corriente abajo por una
parte plana 19b paralela al eje de la virola.
El funcionamiento de este dispositivo es el
siguiente:
Con un funcionamiento por tiraje natural, el
flujo de aire en la entrada de la rueda 13 parada es paralelo a los
planos de las palas 14 y la travesía de dicha rueda que no lo
desvía, opone una resistencia despreciable al paso del aire.
Debe observarse también que debido a su inercia,
el flujo de aire que ocupa toda la sección de entrada sólo se
detiene sustancialmente corriente abajo de las partes curvas de los
álabes directores. Está prácticamente en contacto con estos álabes
sólo en sus partes planas paralelas al eje de la virola que oponen
sólo una resistencia muy pequeña al flujo del aire.
En el caso del funcionamiento del ventilador, es
preciso observar que a la salida de la rueda, la velocidad Vs del
flujo de aire es próxima a la resultante de la velocidad de entrada
Ve y a la velocidad de rotación de la rueda Vr al nivel de su punto
de salida.
La rueda puede proporcionar al aire de este flujo
una presión dinámica, energía cinética igual a 0,5 x \rho x
Vr^{2}, en la que \rho es la masa volumétrica del aire.
Cuanto más se aleja del eje de la virola, más
crece la velocidad Vr, más fuerte es la presión dinámica
proporcionada al aire, y más desviada es la orientación de la
velocidad del aire hacia las paredes de la virola.
Los álabes de rectificado 19a canalizan las
corrientes de aire periféricas más rápidas que salen de la rueda 13,
para transformar progresivamente su movimiento de rotación en un
desplazamiento longitudinal que aumenta el caudal y la presión
útiles proporcionados por el ventilador. Estos flujos rectificados
que tienen las presiones dinámicas más fuertes comparten una parte
de su energía con los flujos que salen de las partes de la rueda más
próximas a su eje y los arrastran, por inducción, para ocupar de
forma más homogénea toda la superficie de paso de la virola.
Debe observarse que el diámetro de la rueda 13
decrece de corriente arriba hacia corriente abajo para favorecer la
circulación del aire en el sentido deseado. La parte corriente
arriba de mayor diámetro proporciona más presión al aire que su
parte corriente abajo. Esta disposición permite también aumentar
progresivamente el paso dejado entre la rueda 13 y la virola 16 para
adaptarlo a la cantidad creciente del aire salido de la rueda cuando
se aleja de su entrada
8.
8.
La travesía de la rueda 13 y por tanto su tiempo
de acción sobre el aire son tanto más largos cuanto más cerca están
del eje. La velocidad de arrastre del aire es por tanto más próxima
a la velocidad de la rueda cuanto más cerca está del eje. Esta
solución atenúa las diferencias de presión entre las partes
periféricas y las partes centrales que podrían generar corrientes de
retorno parásitas.
Como se desprende de lo que precede, la invención
aporta una gran mejora a la técnica existente proporcionando un
ventilador de estructura simple, cuyas palas sólo inducen una
pequeña pérdida de carga y cuyas partes curvas de los álabes
directores están fuera del flujo de aire cuando está parado. Por
tanto resulta posible utilizar una extracción de aire por tiraje
natural cuando las condiciones de temperatura y de viento lo
permiten. Cuando las condiciones de temperatura y de viento no
aseguran un tiraje natural suficiente, el ventilador puede asegurar
la extracción de aire con un consumo eléctrico muy bajo, haciendo
posible la alimentación del motor eléctrico mediante la energía
solar.
Resulta evidente que la invención no se limita a
la única forma de realización de este ventilador descrita
anteriormente a título de ejemplo, sino que la misma abarca por el
contrario todas sus variantes. Así, en particular la forma de las
palas podría ser diferente, y en particular cada pala podría no ser
plana sin apartarse por ello del alcance de la invención.
Claims (5)
1. Ventilador destinado a ser asociado a un
conducto de evacuación de aire fuera de por lo menos un local, para
asegurar la renovación de aire en el interior de éste, que
comprende:
- -
- una virola cilíndrica (6) cuya entrada (8) está conectada a un conducto cilíndrico coaxial (5) y de diámetro inferior por un escalonado radial (7),
- -
- un motor eléctrico montado axialmente en la virola (6), de diámetro pequeño con respecto al de la virola, y sobre cuyo árbol está fijada una rueda (13) compuesta por palas (14), cada una de forma tal que todas las secciones de una pala por unos planos paralelos al eje de la virola son paralelos a dicho eje, estando el diámetro máximo de las palas (14) comprendido entre el de la virola (6) y el de la entrada (8) en la virola, y decreciendo de corriente arriba a corriente abajo, es decir del lado de la entrada hacia el otro extremo, y
- -
- unos álabes (19) directores del flujo de aire, solidarios de la cara interior de la virola (6), repartidos en la periferia de la virola y que presentan cada uno por lo menos una parte curva (19a) que, situada por el lado de la entrada de la virola, está alojada en el espacio anular comprendido entre la virola (6) y la superficie cilíndrica virtual que prolonga la entrada de aire (8).
2. Ventilador según la reivindicación 1,
caracterizado porque cada pala (14) es plana y está contenida
en un plano longitudinal que incluye el eje de la virola.
3. Ventilador según la reivindicación 2,
caracterizado porque cada pala (14) presenta un borde de
entrada (15) perpendicular al eje de la virola (6), que se extiende
desde el punto del borde de salida de la pala más corriente arriba,
hasta el eje de la virola.
4. Ventilador según la reivindicación 2,
caracterizado porque cada pala (14) presenta un borde de
entrada (15) perpendicular al eje de la virola, que se extiende
desde el punto del borde de salida de la pala más corriente arriba,
sobre una parte del radio de la virola, estando este borde
prolongado por un borde (18) orientado de corriente arriba hacia
corriente abajo y del exterior hacia el interior, delimitando así
una pala en forma general de cuarto de luna.
5. Ventilador según una de las reivindicaciones 1
a 4, caracterizado porque el extremo corriente arriba de cada
álabe director (19) está situado en la proximidad del recorrido de
las partes corriente arriba de los bordes de salida de las palas,
presentando cada álabe una parte curva (19a), es decir, que no se
extiende axialmente a la virola, y que presenta un ángulo de ataque
que tiene una orientación próxima a la de los filetes de aire que
salen de las palas de la rueda, y que se sitúa fuera del flujo
principal del flujo de tiraje natural cuando el ventilador está
parado y que se extiende, por ejemplo, en una longitud
sustancialmente igual al diámetro de la entrada de la virola,
estando cada parte curva prolongada hacia corriente abajo por una
parte plana (19b) paralela al eje de la virola.
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