Guía de ventiladores centrífugos de calderas: FD vs ID, límites y eficiencia

Los sistemas de calderas casi siempre especifican ventiladores centrífugos en lugar de ventiladores axiales por dos razones estructurales: capacidad de presión y tolerancia a las partículas. Los ventiladores centrífugos generan flujo de aire acelerando el gas hacia afuera a través de un impulsor curvo, lo que les permite generar una presión estática más alta en un espacio compacto. Los ventiladores axiales mueven el aire en línea recta a través del eje del ventilador y son más adecuados para aplicaciones de alto volumen y baja presión, como ventilación general, no para la resistencia creada por los conductos de calderas, economizadores y equipos de recolección de polvo.

Debido a que los gases de combustión a menudo transportan cenizas volantes y partículas no quemadas, la mayoría de los operadores de calderas especifican impulsores centrífugos curvados hacia atrás o inclinados hacia atrás, que resisten la erosión y la acumulación mucho mejor que los diseños curvados hacia adelante.

La tolerancia a la temperatura es uno de los criterios de selección más importantes, ya que determina tanto el material de la carcasa del ventilador como el sistema de refrigeración de los rodamientos requerido.

• Entrada del ventilador de tiro forzado: maneja aire de combustión ambiental, generalmente con una temperatura nominal de hasta 100 grados Celsius en servicio continuo.
• Entrada del ventilador de tiro inducido: maneja los gases de escape calientes que salen del horno, comúnmente con una temperatura de entre 200 y 250 grados Celsius, y algunas unidades industriales pesadas tienen una temperatura de hasta 300 grados Celsius para excursiones de corta duración.
• Entrada del ventilador de aire primario: Se utiliza en sistemas de carbón pulverizado, generalmente con una clasificación similar a las unidades de tiro forzado de alrededor de 100 a 120 grados Celsius.

Exceder la temperatura nominal de entrada acelera el desgaste de los cojinetes y puede deformar el impulsor con el tiempo, por lo que muchos ventiladores de tiro inducido incluyen carcasas de cojinetes enfriadas por agua o por aire específicamente para controlar la exposición sostenida a los gases de combustión calientes.

Los ventiladores de tiro forzado y de tiro inducido cumplen funciones opuestas dentro de la misma ruta de flujo de aire de combustión, y confundirlos durante la especificación es un error común y costoso.

Muchas calderas modernas funcionan con un sistema de tiro equilibrado, en el que el ventilador FD y el ventilador ID trabajan juntos para que el calefactor funcione a una presión ligeramente negativa, lo que evita que el gas caliente o la llama se escapen a través de las puertas de inspección y, al mismo tiempo, garantiza un flujo de aire de combustión completo.

Los índices de eficiencia cercanos al 90,5 por ciento generalmente se refieren a la eficiencia mecánica o estática del ventilador en su punto de mejor eficiencia, es decir, la relación entre la salida de potencia de aire útil y la entrada de potencia del eje en las condiciones de flujo y presión de diseño. Alcanzar esta cifra generalmente requiere un diseño de pala curvada hacia atrás o con perfil aerodinámico combinado con un motor y un variador de frecuencia adecuadamente adaptados.

Operar un ventilador lejos de su punto de mejor eficiencia, como hacer funcionar un ventilador del tamaño de una carga completa de caldera a sólo el 40 por ciento de aceleración sin un variador de frecuencia, puede reducir la eficiencia en el mundo real muy por debajo de la cifra nominal, ya que la amortiguación de velocidad fija desperdicia energía en lugar de reducir el consumo del motor. Las instalaciones que buscan mantener la eficiencia cerca del 90,5 por ciento normalmente combinan el ventilador con un VFD para que la velocidad del ventilador, no la posición de la compuerta, controle el flujo de aire.

El gasto en mantenimiento de los ventiladores de las calderas se debe principalmente al desgaste de los cojinetes, la erosión del impulsor por las partículas y al equilibrado periódico, en lugar de fallos catastróficos, siempre que las inspecciones se mantengan según lo previsto.

Los ventiladores de tiro inducido constantemente cuestan más de mantener que los ventiladores de tiro forzado porque operan a temperaturas más altas y procesan partículas abrasivas, lo que acelera el desgaste del impulsor y acorta la vida útil de los cojinetes en comparación con el aire más limpio que maneja un ventilador FD. Las plantas que instalan recubrimientos de aspas resistentes a las cenizas en ventiladores ID a menudo extienden significativamente el intervalo entre reemplazos de impulsores, compensando el costo adicional del recubrimiento durante la vida útil del equipo.

La selección correcta del ventilador se reduce a hacer coincidir cuatro parámetros con las condiciones de funcionamiento reales de la caldera en lugar de depender únicamente de la potencia nominal.

1. Confirme la presión estática requerida frente a la resistencia real del sistema, incluidos los conductos, el economizador y cualquier equipo de control de contaminación aguas abajo.
2. Haga coincidir la clasificación de temperatura de entrada con la condición operativa más alta esperada, no solo con la temperatura promedio de los gases de combustión.
3. Elija el perfil de la hoja en función de la carga de partículas, favoreciendo los diseños curvados hacia atrás o de perfil aerodinámico para trabajos de tiro inducido con mucha ceniza.
4. Empareje el ventilador con un variador de frecuencia si la carga varía significativamente en el rango operativo de la caldera, para proteger la eficiencia con carga parcial.