Diferencias entre ventiladores de flujo mixto y ventiladores centrífugos: Comparación técnica y guía de aplicación

Los ventiladores de flujo mixto y centrífugos son comunes en la ventilación industrial y comercial. Un ventilador de flujo mixto combina flujo axial y radial: el aire entra casi paralelo al eje, pero sale con un componente radial. En cambio, un ventilador centrífugo aspira el aire axialmente y lo expulsa perpendicularmente al eje. Estas diferencias se manifiestan en la geometría del impulsor, las características del flujo y las curvas de rendimiento. Por ejemplo, la normativa europea define los ventiladores axiales como aquellos con un ángulo de flujo ≤20°, los centrífugos ≥70° y los de flujo mixto, con un ángulo intermedio. Esto significa que un impulsor de flujo mixto es literalmente una "rueda híbrida (centrífuga y axial)". En la práctica, el ventilador de flujo mixto suele presentar un embudo de entrada aerodinámico y menos álabes retorcidos, mientras que el ventilador centrífugo utiliza una carcasa de espiral y álabes multipala (curvados hacia adelante, curvados hacia atrás, inclinados hacia atrás, etc.).

                  

Modelado 3D de ventiladores de flujo mixto                                  Modelado 3D de ventiladores centrífugos

• Impulsor y trayectoria de flujo: El ventilador de flujo mixto aspira el aire axialmente, pero aplica un componente diagonal, por lo que la descarga es en parte axial y en parte radial. El ventilador centrífugo descarga el aire puramente radial. Por ejemplo, un fabricante de ventiladores indica que las ruedas centrífugas "entran en paralelo y luego descargan en perpendicular al eje", lo que genera una presión muy alta, mientras que las ruedas de flujo mixto "mueven el aire en ángulo con respecto al eje" para una presión media. La clasificación del ángulo de flujo del ventilador lo confirma: el flujo mixto se define por un ángulo de salida de 20–70°.

• Comportamiento de la curva de presión-caudal: El ventilador de flujo mixto suele presentar una curva de potencia sin sobrecarga y es relativamente estable. Puede gestionar las fluctuaciones del sistema sin sobretensiones ni estancamientos. El ventilador centrífugo también puede fabricarse sin sobrecarga (especialmente los modelos con inclinación hacia atrás), pero algunos diseños (ruedas con curvatura hacia adelante) mostrarán un aumento de la presión y la potencia a medida que disminuye el caudal ("sobrecarga"). En general, los ventiladores de flujo mixto presentan curvas de presión-caudal más suaves y lineales, mientras que los ventiladores centrífugos suelen alcanzar presiones pico más altas con caudales más bajos.

• Dimensiones: Dado que los ventiladores de flujo mixto son esencialmente unidades en línea, tienden a ser más compactos. Un fabricante señala que los ventiladores de flujo mixto/en línea "ofrecen el rendimiento de un ventilador centrífugo con las ventajas de ahorro de espacio de un ventilador axial". Un ventilador de flujo mixto a menudo puede sustituir a un pequeño soplador centrífugo en conductos estrechos. Los ventiladores centrífugos, en cambio, requieren una carcasa más pesada (voluta o espiral), cojinetes de accionamiento y, a menudo, una placa base, lo que aumenta su tamaño y peso totales para un volumen de aire determinado.

• Eficiencia energética: Ambos tipos de ventiladores pueden ser eficientes si están bien diseñados. De hecho, las pruebas demuestran que un impulsor de flujo mixto puede superar la eficiencia de un soplador centrífugo de tamaño similar. Muchos ventiladores de flujo mixto alcanzan eficiencias estáticas moderadas (45-55 %) y funcionan silenciosamente. Los ventiladores centrífugos de alta gama (por ejemplo, los de curvatura inversa o con ruedas aerodinámicas) pueden alcanzar una eficiencia del 70-90 %. En funcionamiento con carga parcial o velocidad variable, ambos tipos de ventiladores pueden combinarse con variadores de frecuencia (VFD). Los ventiladores centrífugos de curvatura inversa suelen mantener una buena eficiencia en un amplio rango de caudal.

• Rendimiento acústico: Los ventiladores de flujo mixto tienden a ser más silenciosos. Un fabricante afirma explícitamente que los ventiladores de flujo mixto "funcionan a niveles de ruido más bajos" que los sopladores comparables. Su carcasa integrada y sus velocidades de punta más bajas reducen el ruido. Los ventiladores centrífugos también pueden ser silenciosos (especialmente cuando están equipados con conductos silenciadores o cabinas acústicas), pero generalmente requieren un mayor tratamiento acústico. En aplicaciones de alta presión, la espiral cerrada de un ventilador centrífugo ayuda a amortiguar el ruido, pero la mayor carga de las aspas puede producir un ruido tonal más fuerte.

• Pérdida de velocidad y sobretensión: Los ventiladores de flujo mixto generalmente presentan un comportamiento de pérdida de velocidad suave. Un fabricante señala que tienen una respuesta de "no sobrecarga" y resisten la pérdida de velocidad bajo cargas variables. Los ventiladores centrífugos (especialmente los de curvatura inversa) tampoco se levantan fácilmente con alta resistencia; sin embargo, los diseños de curvatura directa pueden sobrevelocidad con bajo caudal si no se controlan adecuadamente. En aplicaciones críticas, suelen incorporar características antibloqueo (álabes guía o paso variable).

• Construcción y durabilidad: Los ventiladores centrífugos son la opción ideal para entornos hostiles. Suelen fabricarse en acero inoxidable o acero de gran espesor, con cojinetes robustos y pueden equiparse con componentes resistentes al calor o a la corrosión. Los ventiladores de flujo mixto también pueden ser robustos: por ejemplo, las unidades industriales de flujo mixto suelen utilizar carcasas gruesas de acero inoxidable y álabes de aleación con supresores de chispas. Sin embargo, en corrientes extremadamente sucias, abrasivas o de alta temperatura, se suele preferir un soplador centrífugo (especialmente los de inclinación inversa o de rueda aerodinámica) por su mayor distancia entre álabes y pared y su carcasa más robusta.

Normas de prueba de ventiladores: Ambos tipos de ventiladores se clasifican según las mismas normas de laboratorio. Las normas ANSI/AMCA 210 (ANSI/ASHRAE 51) e ISO 5801 definen condiciones uniformes de prueba de flujo de aire para que los datos de rendimiento (CFM, presión estática, potencia, eficiencia) sean comparables. Estas normas especifican los conductos de entrada/salida y los enderezadores para minimizar las perturbaciones del flujo. Para ventiladores de empuje (como los de chorro de túnel), la norma AMCA 250 establece las pruebas de empuje. En la práctica, las clasificaciones certificadas indicarán si los conductos estaban presentes durante la prueba AMCA 210. Por lo tanto, al comparar ventiladores, los ingenieros deben asegurarse de que las clasificaciones provengan de la misma configuración de prueba.

Comparación de rendimiento

• Presión estática: Los ventiladores centrífugos generan mayores aumentos de presión. Los ventiladores centrífugos típicos pueden alcanzar presiones estáticas desde unas pocas pulgadas de agua hasta varios kPa mediante el uso de ruedas multietapa o álabes aerodinámicos. Los ventiladores de flujo mixto generalmente se limitan a presiones medias (de diez a menos de 2 kPa), superiores a las de los ventiladores axiales, pero inferiores a las de los ventiladores grandes.

• Volumen de flujo de aire: Para un tamaño determinado, los ventiladores de flujo mixto mueven un gran volumen con una presión moderada. Suelen superar a los ventiladores centrífugos en caudal máximo con contrapresión baja a moderada. (Para volúmenes muy altos a muy baja presión, los ventiladores axiales siguen siendo la mejor opción).

• Eficiencia energética: Como se mencionó, los ventiladores de flujo mixto son muy eficientes para su clase. Los ventiladores centrífugos pueden alcanzar eficiencias máximas más altas, pero pueden requerir más potencia a bajo caudal. Ambos tipos se benefician enormemente de una selección adecuada cerca del Punto de Máxima Eficiencia (PME). A carga parcial, la eficiencia disminuirá en ambos casos; los ventiladores de curvatura hacia adelante tienden a disminuir más rápidamente que las unidades de curvatura hacia atrás.

• Ruido Acústico: Los ventiladores de flujo mixto son elogiados por su funcionamiento silencioso. Los ventiladores centrífugos pueden ser relativamente silenciosos en servicios de alta presión gracias a la menor velocidad de las aspas y a las carcasas con conductos, pero pueden producir un ruido de banda ancha o tonal más intenso sin silenciamiento. Los ventiladores de laboratorio o de HVAC suelen utilizar impulsores curvados hacia atrás específicamente para el control del ruido.

• Flexibilidad de Instalación: Los ventiladores de flujo mixto (en línea) pueden montarse en cualquier orientación de conducto (horizontal o vertical) e incluso suspendidos del techo, ya que el motor suele estar en la parte superior de la carcasa. Su diseño compacto reduce los problemas de interferencias. Los ventiladores centrífugos, con una carcasa y una base robustas, requieren soportes sólidos, pero pueden orientar la entrada/salida en diversas direcciones. Los ventiladores centrífugos accionados por correa permiten colocar el motor lejos del flujo de aire (útil en condiciones de calor intenso), mientras que muchos ventiladores de flujo mixto son de accionamiento directo.

• Durabilidad y Rendimiento: Para uso industrial (polvo, humedad, productos químicos), predominan los modelos centrífugos robustos. Suelen tener carcasas de estator gruesas, cojinetes sellados y motores aptos para condiciones severas. Los ventiladores de flujo mixto pueden fabricarse para trabajos pesados (estructuras de acero inoxidable, recubrimientos especiales), pero la mayoría se utilizan en flujos de aire más limpios o filtrados. En resumen, ambos diseños pueden ser de alto rendimiento, pero los sopladores tienen una larga trayectoria en entornos agresivos.

Solicitudes y orientación para la selección

La elección entre un ventilador de flujo mixto o un ventilador centrífugo depende de la configuración:

• Sistemas HVAC de techo: Los ventiladores de extracción o impulsión montados en el techo (ventiladores de techo) suelen preferir unidades axiales o de flujo mixto de alto flujo. Los ventiladores de techo de hélice simple (axiales) se utilizan para sistemas de contrapresión muy baja. Cuando los conductos, filtros o rejillas añaden resistencia, se puede optar por un ventilador en línea de flujo mixto o un extractor centrífugo pequeño. Los ventiladores de techo de flujo mixto combinan una buena capacidad de presión con un perfil y vibración más bajos. En edificios muy altos con requisitos estáticos extremos, se pueden utilizar ventiladores plenum (centrífugos) o sopladores accionados por correa.

• Entornos industriales: En fábricas, hornos o plantas de proceso donde el aire contiene contaminantes o calor, los ventiladores centrífugos de alta resistencia son la opción habitual. Sus grandes ruedas y holgura manejan partículas y su construcción tolera altas temperaturas. Los modelos centrífugos con inclinación hacia atrás o de perfil aerodinámico (a menudo con motores a prueba de explosiones) son comunes. Los ventiladores de flujo mixto se pueden utilizar para la ventilación industrial si el aire está limpio o filtrado, especialmente cuando se requiere una unidad compacta. En definitiva, la selección del ventilador debe ajustarse a la carga del filtro/conducto: para caídas de presión muy altas, un ventilador centrífugo es más seguro.

• Salas blancas, laboratorios, sistemas de alta presión: La ventilación crítica (salas blancas, laboratorios) exige ventiladores ultrasilenciosos y estables. Los ventiladores de flujo mixto, con sus curvas suaves, pueden ser beneficiosos en entornos limpios sensibles al ruido, siempre que satisfagan las necesidades estáticas. A menudo, se eligen ventiladores centrífugos de curvatura inversa o sopladores en línea de baja velocidad para minimizar la vibración y el ruido. En sistemas de climatización (HVAC) de alta presión (filtros herméticos, unidades de tratamiento de aire (UTA) de gran altura), se pueden utilizar ventiladores plenum (ruedas centrífugas sin carcasa completa) o pequeños sopladores multietapa. En resumen, si la presión del sistema es moderada (menos de unos pocos kPa) y la optimización del espacio y el silencio son prioritarios, el flujo mixto es aceptable. Para sistemas de varios kPa (filtros profundos, conductos largos), los sopladores centrífugos son más seguros.

Cada aplicación tiene sus ventajas y desventajas. En general, si la compacidad y la presión moderada son clave, los ventiladores de flujo mixto son la mejor opción. Si se requiere máxima presión o durabilidad, se suele optar por un diseño centrífugo.

Nota: Los datos son solo de referencia; consulte con las empresas correspondientes para obtener más información. El contenido del artículo puede contener omisiones y errores. Se agradecen las correcciones.