Motores de ventilador para conductos y caudal de aire: lo que debe saber

Presión estática e impedancia del sistema: las restricciones críticas sobre el rendimiento del motor de ventilador de conducto

Por qué la presión estática limita el caudal volumétrico (CFM) alcanzable y cómo responden los motores de ventilador de conducto

La presión estática, que se mide bien en pascales (Pa) o en pulgadas de columna de agua (in. WG), representa básicamente la resistencia contra la que el motor de un ventilador de conducto debe trabajar simplemente para poner en movimiento el aire a través del sistema. La cantidad de presión estática afecta directamente el volumen de aire que el motor puede impulsar efectivamente, expresado en pies cúbicos por minuto (CFM). Cuando la resistencia del propio sistema aumenta, el caudal de aire disminuye simplemente siguiendo la curva de rendimiento del motor. Por ejemplo, si la presión estática aumenta aproximadamente un 20 %, el caudal de aire podría reducirse entre un 15 % y un 30 % en aquellos espacios especialmente reducidos donde el caudal ya está limitado. ¿Qué ocurre a continuación? Pues el motor intenta compensar aumentando tanto el par como el consumo de potencia, pero esto solo funciona hasta que alcanza su capacidad máxima. Una vez superado ese umbral, la situación empeora rápidamente: el caudal de aire desciende drásticamente, los componentes internos se sobrecalientan peligrosamente y, finalmente, el motor puede bloquearse por completo. Y no estamos hablando únicamente de teoría: según la Norma ASHRAE 111, hacer funcionar estos motores de forma constante por encima de sus niveles nominales de presión estática sigue siendo una de las principales causas de fallo prematuro en instalaciones reales.

Diseño de conductos, accesorios y filtros: Fuentes reales de impedancia del sistema

La impedancia del sistema surge de perturbaciones físicas al flujo laminar de aire: cada una añade una resistencia medible que se acumula a lo largo del recorrido del conducto. Los factores clave son:

• Geometría de la red de conductos : Curvas pronunciadas (>45°), cambios bruscos de diámetro y conductos de tamaño insuficiente aumentan drásticamente las pérdidas por fricción y turbulencia
• Las demás : Compensadores, difusores, transiciones y rejillas introducen caídas de presión localizadas
• Filtración : Los filtros de alta eficiencia (MERV elevado), especialmente cuando están obstruidos, imponen cargas sostenidas, muchas veces subestimadas
• Cambió de calor : Las baterías evaporadoras, los recuperadores de energía (ERV) y los intercambiadores de calor (HRV) restringen las vías de flujo y elevan la presión de referencia

Todas estas resistencias diferentes, combinadas entre sí, generan lo que denominamos la curva de impedancia del sistema, que representa básicamente el lado de la demanda al analizar el funcionamiento de los ventiladores. Cuando los componentes son demasiado grandes para la función que deben desempeñar, simplemente consumen energía adicional y generan molestos problemas de ruido. Por otro lado, si los componentes son demasiado pequeños, ciertas zonas reciben un caudal de aire insuficiente, mientras que los motores terminan trabajando con mayor esfuerzo del necesario, lo que conlleva todo tipo de ineficiencias. Lo más importante es dimensionar correctamente cada componente según la situación específica. La clave radica en asegurarse de que el motor pueda soportar la resistencia real existente en el sistema, en lugar de basarse únicamente en valores teóricos o asumir sistemáticamente el peor escenario posible.

Selección del motor adecuado para ventilador de conducto mediante curvas de rendimiento (curvas P-Q)

Interpretación de las curvas P-Q: Ajuste de la potencia de salida del motor del ventilador de conducto a los requisitos del sistema

Las curvas de rendimiento-cantidad (P-Q) son la herramienta definitiva para seleccionar un motor de ventilador de conducto. Estas gráficas estandarizadas —desarrolladas según los protocolos AMCA 210/ASHRAE 51— representan el caudal de aire (CFM) en el eje horizontal y la presión estática (pulg. C.A.) en el eje vertical. La curva revela tres zonas críticas:

• CFM máximo a presión cero : Producción teórica en aire libre (no sostenible en conductos reales)
• Presión de cierre : Presión estática máxima con caudal nulo
• Región de eficiencia máxima : Normalmente entre el 60 % y el 80 % de la presión de cierre, donde el motor suministra el caudal objetivo con un uso óptimo de energía

El punto de operación de su sistema se produce donde la curva de rendimiento intersecta el perfil de impedancia de la instalación de conductos. Este perfil tiene en cuenta factores como la longitud de los conductos, la resistencia adicional generada por las piezas de unión, el efecto de los filtros sobre el caudal de aire y la pérdida de presión en las baterías.

Evitar el desajuste: motores de ventilador para conductos sobredimensionados frente a subdimensionados en la práctica

Seleccionar un motor de ventilador para conductos únicamente en función de la potencia en caballos de fuerza —o incluso del caudal nominal en CFM— es un error frecuente, pero costoso. Las unidades sobredimensionadas funcionan muy a la izquierda de la curva P-Q, lo que provoca:

• Desperdicio energético (hasta un 30 % de consumo excesivo, según el Manual Fundamentos de ASHRAE)
• Ciclos cortos que aceleran el desgaste de los rodamientos
• Ruido aerodinámico superior a 65 dB(A), especialmente cerca de transiciones o amortiguadores

Cuando los motores son de menor tamaño del necesario para su función, tienden a pararse al enfrentarse a cargas normales de presión estática durante su funcionamiento habitual. Esto provoca problemas para cumplir adecuadamente con las necesidades de ventilación y, con el tiempo, hace que los devanados se sobrecalienten. El análisis de los datos de fiabilidad de motores en distintos sectores revela que hacer funcionar motores en estas condiciones aumenta, de hecho, la probabilidad de fallos en los devanados en aproximadamente un 40 % tan solo durante los primeros años posteriores a la instalación. ¿Cuál es, pues, la solución? Todo depende de realizar cálculos precisos desde el principio. En primer lugar, determine la presión estática total del sistema mediante directrices establecidas, como las recogidas en el Manual D de ACCA o en los fundamentos de ASHRAE. A continuación, seleccione el motor más pequeño disponible cuya curva de rendimiento satisfaga efectivamente el caudal requerido en pies cúbicos por minuto (CFM) dentro del rango de operación más eficiente del motor. El punto de intersección entre dichas curvas tiene mucha mayor relevancia que cualquier cifra llamativa que aparezca en una hoja de especificaciones. Este enfoque garantiza un mejor rendimiento a lo largo del tiempo, una mayor vida útil del equipo y, en última instancia, mantiene la conformidad de los sistemas con las normas del sector.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la presión estática y cómo afecta a los motores de ventiladores de conducto?

La presión estática mide la resistencia a la que se enfrenta el motor de un ventilador de conducto debido al movimiento del aire a través de un sistema, lo que afecta la cantidad de aire (CFM) que el motor puede impulsar. Un aumento de la presión estática provoca una reducción del caudal de aire.

¿Cómo afectan la disposición del conducto y las piezas de conexión a la impedancia del sistema?

La disposición del conducto y las piezas de conexión —como codos, cambios de diámetro, filtros e intercambiadores de calor— generan resistencia al flujo de aire, afectando el rendimiento del sistema al aumentar la presión estática y reducir la eficiencia.

¿Qué son las curvas P-Q y por qué son importantes al seleccionar motores de ventiladores de conducto?

Las curvas P-Q (rendimiento-caudal) son gráficos que muestran el caudal de aire en función de la presión estática, y ayudan a seleccionar motores de ventiladores de conducto al igualar la potencia del motor con los requisitos del sistema para lograr una eficiencia óptima.

¿Cuáles son los riesgos de utilizar un motor de ventilador de conducto sobredimensionado o infradimensionado?

Los motores de tamaño excesivo desperdician energía y se desgastan más rápidamente, mientras que los motores de tamaño insuficiente pueden bloquearse y no cumplir con las necesidades de ventilación, lo que provoca sobrecalentamiento y problemas de fiabilidad.