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El motor del ventilador de tiro inducido de una caldera se elige según la potencia en el eje en el arranque en frío, cuando el ventilador mueve el aire más denso, la velocidad para la que se diseñó el rodete y el régimen de funcionamiento continuo de la caldera. La potencia de la placa suele calcularse para gases de combustión a temperatura de trabajo; si no se tienen en cuenta el arranque en frío, la posición del registro y los cambios de carga, el motor sufre en el primer encendido. Este artículo trata estos tres temas a partir del funcionamiento real de una sala de calderas.
En planta, el término «ventilador de tiro inducido» suele referirse al ventilador que aspira los gases de combustión de la caldera y los impulsa hacia la chimenea (ventilador ID). El ventilador que sopla el aire de combustión al quemador es el de tiro forzado o de aire de combustión. La evaluación siguiente describe principalmente el ventilador de tiro inducido; los puntos que difieren se indican por separado.
¿Dónde trabaja el ventilador? Tiro inducido frente a aire de combustión
Las condiciones que ambos ventiladores imponen al motor son distintas:
- Ventilador de tiro inducido: transporta los gases de combustión calientes que salen de la caldera. El rodete está dentro del gas caliente y el motor fuera de la carcasa del ventilador, normalmente unido mediante un grupo de rodamientos y un acoplamiento o una correa. El gas puede arrastrar ceniza y polvo; con el tiempo el rodete se desgasta y pierde el equilibrado.
- Ventilador de aire de combustión: impulsa hacia el quemador el aire limpio y relativamente fresco de la sala de calderas. El rodete suele ir montado directamente en el eje del motor. La carga del motor es más regular; la temperatura del aire es la de la sala.
El motor trifásico estándar no está diseñado para funcionar dentro de los gases de combustión ni sobre una superficie caliente junto al conducto de gas. Su lugar está fuera del flujo de gas, en un punto donde pueda tomar aire fresco. La transmisión de calor entre el gas caliente y el motor la resuelven el grupo de rodamientos del ventilador, el disco de refrigeración y el aislamiento de la carcasa; estas piezas son responsabilidad del fabricante del ventilador.
Potencia: ¿qué punto de funcionamiento determina el motor?
La potencia en el eje de un ventilador es directamente proporcional a la densidad del gas que mueve. Los gases de combustión calientes son mucho más ligeros que el aire frío. Por eso, cuando la caldera arranca en frío y el conducto aún contiene aire frío, el ventilador de tiro inducido consume claramente más potencia que en condiciones de servicio. Si la potencia de la hoja técnica del ventilador se da solo para gas caliente, esta diferencia puede sobrecargar el motor.
En la práctica se siguen tres caminos:
- Motor que cubre la potencia en frío: el motor se elige según la potencia en el eje del ventilador con aire frío. Es la solución más sencilla y segura; en servicio el motor trabaja menos cargado.
- Arranque con registro: el ventilador arranca con el registro de aspiración o de impulsión estrangulado; el registro se abre a medida que la caldera se calienta. En esta disposición hay que asegurarse de que el control del registro funciona bien; si el registro queda abierto, el motor se carga por completo con gas frío.
- Variador de frecuencia: el ventilador se mantiene a baja velocidad hasta que la caldera se calienta. Como la potencia consumida cae rápidamente al bajar la velocidad, el problema del arranque en frío desaparece en gran medida.
Pida al fabricante del ventilador, por separado, la potencia en el eje a temperatura de servicio y con aire frío. La potencia del motor no se estima por la capacidad de la caldera ni por el tipo de combustible; dos calderas de igual capacidad pueden tener una resistencia de conductos y un diseño de ventilador muy distintos.
Velocidad: ¿por qué se mantiene la velocidad del rodete?
En un ventilador de accionamiento directo, el rodete gira a la velocidad nominal del motor. Cambiar el número de polos modifica la presión del ventilador con el cuadrado de la velocidad y su potencia aproximadamente con el cubo. Montar un modelo de 2 polos en lugar de un motor de 4 polos sobrecarga el motor varias veces y puede superar la velocidad periférica admisible del rodete. En la sustitución, la referencia es la velocidad de la placa del motor antiguo.
En los ventiladores con correa, la velocidad se ajusta con la relación de poleas; si cambia el número de polos del motor, hay que recalcular las poleas. En los ventiladores de tiro inducido que arrastran ceniza, el rodete suele trabajar a una velocidad relativamente baja para reducir el desgaste. Por eso en ellos son más habituales los motores de 4 y 6 polos, y en los ventiladores de aire de combustión limpio, los de 2 polos. Es una tendencia; la decisión se toma según la velocidad de diseño del propio ventilador.
Régimen de trabajo: funcionamiento continuo y cambios de carga
El ventilador de una caldera suele funcionar sin parar durante toda la temporada de calefacción, y todo el año en las calderas de vapor. El motor debe ser apto para servicio continuo (S1) a su potencia nominal; la temperatura que alcanza la sala de calderas en verano y la ubicación del motor se indican en el pedido.
- Carga escalonada y modulante: cuando cambia la potencia del quemador, el caudal del ventilador se ajusta con un registro o con un variador. El motor se elige para que pueda dar de forma continua la potencia del escalón de carga más alto.
- Número de arranques: aunque el quemador entre y salga a menudo, el ventilador de tiro inducido suele dejarse en marcha. Si el ventilador también se detiene en cada ciclo, indique en el pedido el número de arranques por hora; los arranques frecuentes con un rodete de gran inercia calientan el bobinado.
- Vibración: la acumulación de ceniza y el desgaste del rodete generan desequilibrio; esta vibración pasa primero a los rodamientos del motor. Limpiar el rodete y comprobar su equilibrado antes de cambiar el motor protege al motor nuevo.
- Motor de reserva: si el ventilador se detiene, la caldera también. En instalaciones críticas puede preverse un motor de reserva de igual carcasa y velocidad; para conservar un motor almacenado, consulte el artículo sobre el almacenamiento de motores de reserva.
Si se usa control de velocidad, vale la indicación general del sitio: nuestras series trifásicas son aptas para el control de velocidad con variador de frecuencia; en funcionamiento prolongado a baja velocidad con par pleno puede necesitarse un ventilador externo y, si el cable entre variador y motor es largo, se evalúa un filtro dv/dt o senoidal; estas condiciones se indican en el pedido. Como en una carga de ventilador la necesidad de par también baja a baja velocidad, esta disposición es habitual en ventiladores de caldera.
