Los ventiladores “electrónicos” con variador de frecuencia o ventiladores de túnel de velocidad variable pueden dar como resultado un ahorro de energía espectacular.
Cuanto más rápido gira un ventilador, mayor es la cantidad de aire movido y mayor es la potencia consumida. Podemos modificar tanto la cantidad de aire movido como la energía consumida por un ventilador de túnel simplemente aumentando o disminuyendo el tamaño de la polea del motor, lo que cambiaría la velocidad a la que giran las paletas del ventilador.
MOVIMIENTO DEL AIRE DEL VENTILADOR
Aunque la capacidad de movimiento del aire de un ventilador aumenta proporcionalmente con la velocidad del ventilador, el uso de energía aumenta exponencialmente con la velocidad del ventilador.
Si la velocidad del ventilador aumenta en un 20%, la capacidad de movimiento de aire del ventilador aumentará en aproximadamente un 20%
Por ejemplo, si usted tiene un ventilador que mueve 20,000 cfm (≈566m3/min) que gira a 400 rpm y aumenta la velocidad del ventilador a 480 rpm, instalando una polea de motor más grande, la capacidad de movimiento de aire del ventilador aumentará un 20% a 24,000 cfm (≈680m3/min).
ENERGÍA UTILIZADA POR EL VENTILADOR
El hecho de que el uso de energía aumenta exponencialmente con la velocidad del ventilador significa que los incrementos relativamente pequeños en la velocidad del ventilador pueden generar aumentos muy grandes en la cantidad de energía utilizada por un ventilador
Como consecuencia el uso de energía NO aumentará un 20%, sino que casi se duplicará a 1.730 vatios
Los productores NO deben reemplazar sus poleas de motor de ventilador existentes por otras más grandes para aumentar la capacidad de movimiento de aire de sus ventiladores.
Aunque inicialmente puede ser menos costoso reemplazar las poleas del motor que instalar ventiladores adicionales, el uso de la energía del ventilador casi se duplica para un aumento del 20%, generando un sobre coste a largo plazo. Aumentar la velocidad del ventilador no suele ser una inversión inteligente, sin embargo, disminuir la velocidad del ventilador puede generar un ahorro sustancial de energía.
Cuanto mayor es la reducción en la velocidad del ventilador, más dramática es la reducción en el uso de energía del ventilador
Reducir la velocidad del ventilador en un 20% hará que la capacidad de movimiento de aire del ventilador en el ejemplo anterior disminuya de 20.000 cfm a 16.000 cfm, pero la cantidad de energía utilizada por el ventilador se reducirá a la mitad a 512 vatios.
VENTILADOR: POTENCIA vs VELOCIDAD
La Figura 1 proporciona un ejemplo de cómo el uso de energía varía con la velocidad del ventilador para un ventilador de túnel de velocidad variable de 55 “.
- Cuando se opera a máxima velocidad, el ventilador usa 1,400 vatios de potencia. Cuando la velocidad del ventilador se reduce de 550 rpm a 450 rpm, una reducción de aproximadamente el 20%, el uso de energía del ventilador casi se reduce a la mitad a 780 vatios.
- Pero se pueden obtener ahorros de potencia aún más dramáticos reduciendo la velocidad del ventilador de 550 rpm a 340 rpm.
- La reducción del 38% en la velocidad del ventilador reduce el consumo de energía del ventilador en un 65% a solo 350 vatios, aproximadamente la misma cantidad de potencia que usa un ventilador de circulación de 1/3 hp – 18“.
La Figura 2 ilustra la relación lineal general entre la velocidad del ventilador y la capacidad de movimiento de aire.
A 550 rpm y una presión estática de 0,10 “, el ventilador
de 55” mueve aproximadamente 29.000 cfm. Cuando la velocidad se reduce en un 20%, la capacidad de movimiento de aire del ventilador disminuye a aproximadamente 22.000 cfm (reducción del 24%).
La reducción real en la capacidad de movimiento de aire de los ventiladores en este caso, NO es directamente proporcional a la velocidad del ventilador debido a que el ventilador está moviendo el aire bajo una presión estática de 0,10 “ y no cero.
Figura 2. Capacidad de movimiento del aire vs. velocidad del ventilador
Ventilador de velocidad variable
IMPORTANTE Con un ventilador de velocidad variable, a medida que se reduce la velocidad del ventilador, se reduce significativamente su capacidad de mover el aire bajo con alta presión estática.
Podríamos tener un caso donde la velocidad del ventilador se reduce un 20% pero debido a que está moviendo el aire bajo una alta presión estática (0,15“), la capacidad de movimiento de aire del ventilador podría reducirse en un 50% o más. Ventilador de velocidad variable Si la velocidad del ventilador se reduce demasiado, es posible que un ventilador de velocidad variable no sea capaz de generar suficiente presión para abrir su propio obturador.
Generalmente se recomienda que los ventiladores de escape de velocidad variable no operen a menos del 60% de su velocidad “completa” indicada. Aunque puede ser difícil entenderlo al principio, la observación de los ventiladores nos dicen que, desde el punto de vista de ahorro de energía, es mejor operar más ventiladores a menor velocidad, que menos ventiladores a alta velocidad.
No es la cantidad de ventiladores que operan lo que determinará sus facturas de energía, sino la velocidad a la que están operando
Si se opera a toda velocidad, tres ventiladores moverán un total de 87.000 cfm (29.000 cfm a 0,10 x 3) y consumirán 4.200 vatios (1.400 vatios x 3). Pero, operar cinco ventiladores a 375 rpm (68%) moverá la misma cantidad de aire y solo usará un total de 2.250 vatios de potencia (450 vatios x 5), ¡Un ahorro de casi el 50%, más ventiladores, pero menores facturas de electricidad!
Recientemente, un estudio ha comenzado a examinar el uso de ventiladores de túnel de velocidad variable para reducir el costo operativo del ventilador. El estudio se lleva a cabo en un criadero de pollos de engorde de dos naves en el noroeste de Georgia. Las naves tenían paredes tipo cortina de 40 ‘x 500’, se construyeron a mediados de la década de 1990 y estaban equipadas con ocho ventiladores de pared inclinada de 48 “y dos ventiladores de escape de pared lateral de 36”. En una de las naves, se instalaron seis ventiladores de velocidad variable de 55“ y cuatro de los ventiladores originales de 48” se dejaron en el lugar para seguridad (Foto 1). Cada uno de los ventiladores estaba equipado con un “controlador de velocidad” que permite ajustar la velocidad de los ventiladores entre 60 y 100% .
Foto 3. Ventiladores de 55 “de velocidad variable equipados con controladores de velocidad (ventiladores superiores)
La operación del ventilador se controló a través del controlador ambiental que envió señales de encendido/apagado a una “caja de control” que a su vez activó el controlador de velocidad de cada ventilador según fuera necesario (Foto 4).
La velocidad inicial de cada uno de los seis ventiladores de 55“ (NAVE B) se estableció para que los ventiladores movieran la misma cantidad de aire que la de los ventiladores existentes de 48” (340 rpm o 62%) de la NAVE A. El objetivo es que cuando el controlador en la NAVE B con ventiladores de velocidad variable encendía un ventilador de “túnel”, éste moviera la misma cantidad de aire que los ventiladores de 48 “ en la nave A. Cuando el controlador solicitó un séptimo ventilador de túnel, la velocidad de los seis ventiladores de velocidad variable (NAVE B) se incrementó para igualar la capacidad de movimiento de aire de siete ventiladores de 48 “(395 rpm o 71%) de la NAVE A. Del mismo modo, cuando el controlador solicitó un octavo ventilador de túnel, la velocidad de los ventiladores de velocidad variable (NAVE B) se incrementó para igualar la capacidad de movimiento de aire de ocho ventiladores de 48 “(450 rpm u 82%) de la NAVE A.
Con la configuración siguiente:
– NAVE A operando con 8 ventiladores
– NAVE B operando con 6 ventiladores al 82%
La velocidad del aire en el área cero de ambas naves fue aproximadamente de 2,43m/s y de 1,5m/s en los laterales. Los seis ventiladores de 55 “ de la NAVE B fueron capaces de mover aproximadamente un 30% más de aire cuando funcionaron al 100%, aunque el controlador ambiental se estableció solo para permitir el 100% en caso de temperaturas internas excesivas. Es importante tener en cuenta que el objetivo del estudio no era aumentar la velocidad del aire en la nave con los nuevos ventiladores NAVE B, sino hacer coincidir la capacidad de movimiento de aire del sistema de ventilación existente con ventiladores mucho más eficientes energéticamente.
La Figura 3 ilustra el uso total de energía de los ventiladores de túnel en función del número de ventiladores que operan en cada nave
Cada uno de los ocho ventiladores de 48“ de la nave control (NAVE A) usa aproximadamente 1.000 vatios de potencia independientemente de si es el primer ventilador o el octavo ventilador en encenderse.
Cuando los primeros seis ventiladores de velocidad variable están encendidos, están configurados para operar al 68% de la velocidad máxima para igualar la capacidad de movimiento de aire de los ventiladores de 48“ en la nave adyacente . Como resultado solo usarán aproximadamente 350 vatios en comparación con los 1.000 vatios consumidos por los ventiladores de 48“ en la nave contigua (65% de reducción en el uso de energía).
Cuando el controlador solicita un séptimo ventilador en la nave Control A, cada uno de los seis ventiladores de velocidad variable se acelera un poco para que coincida con la capacidad total de movimiento de aire de siete ventiladores de 48“ y el uso de energía de cada ventilador aumenta a 530 vatios.
Cuando el controlador solicita un octavo ventilador, la velocidad de los seis ventiladores aumenta nuevamente y el uso de energía de cada ventilador aumenta a 740 vatios.
Aunque el uso de energía de cada uno de los ventiladores de velocidad variable aumenta a medida que el controlador llama al séptimo y octavo ventilador en la nave control, el resultado es una reducción significativa en el uso total de energía de los ventiladores.
Figura 3. Uso total de potencia del ventilador vs. número de ventiladores operando
Figura 4. Uso de potencia del ventilador cada hora
La Figura 5 ilustra el costo diario de operación de los ventiladores en cada una de las naves asumiendo un costo de energía de $ 0,10 Kw*hr. Como era de esperar, los ventiladores de túnel de velocidad variable redujeron el uso de energía del ventilador entre un 46% y un 65%, dependiendo del número de ventiladores que operan a lo largo del día. Aunque estamos en el comienzo de un estudio de un año, esta ventana inicial al ahorro potencial de energía en el uso de ventiladores de velocidad variable ilustra porqué existe un interés creciente en este concepto.
Figura 5. Costo diario de energía del ventilador a $0,10 por Kw/H
Ventiladores de túnel de velocidad variable Una garantía de futuro
Debido al potencial de ahorro de energía significativo, hay pocas dudas de que en el futuro las naves de aves de corral utilizarán ventiladores de túnel de velocidad variable. Pero antes de que se vuelvan comunes, hay una serie de preguntas que primero deben ser respondidas:
- Actualmente, los ventiladores de velocidad variable y los controles asociados son dos o tres veces más costosos que los ventiladores tradicionales de velocidad fija.
- Los ventiladores de velocidad variable requieren controladores de velocidad electrónicos que, si fallan, hacen que sea prácticamente imposible operar con la ventilación.
- Actualmente, no todos los controladores ambientales de las granjas de aves de corral se pueden modificar fácilmente para controlar adecuadamente un gran número de ventiladores de velocidad variable.
- ¿Cuál es el número óptimo de ventiladores de velocidad variable para instalar? Cuando los ventiladores de velocidad variable operan a toda velocidad, tienden a no ser mucho más eficientes que muchos ventiladores de velocidad fija. La clave para ahorrar energía es instalar suficientes ventiladores. Cuantos más ventiladores se instalen, menos horas operarán al 100% y mayores serán los ahorros de energía, pero mayor será el costo inicial.
- Ahorro de energía en comparación con los ventiladores modernos. Este estudio actual está examinando la sustitución de ventiladores de túneles viejos con clasificaciones de eficiencia energética más bajas que la mayoría de los ventiladores de túneles modernos. Los estudios deben llevarse a cabo comparando el ventilador moderno mismo o similar con y sin tecnología de velocidad variable.
La respuesta a estas preguntas y a otras más se abordarán en el futuro a medida que continúen las pruebas en esta granja y en otras, donde actualmente estamos probando esta nueva y prometedora tecnología
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