¿Los ventiladores sin aspas son realmente sin aspas? ¿Cómo trabajan?

Los ventiladores sin aspas amplifican el flujo de aire, al igual que los ventiladores convencionales, pero no tienen partes móviles visibles desde el exterior.

El ventilador eléctrico es uno de los electrodomésticos más mundanos pero críticos en nuestra vida diaria. En caso de cortes de energía, la ausencia de luz es solo un inconveniente menor en comparación con la ausencia de flujo de aire. Si bien la ergonomía de los ventiladores cambia para adaptarse a diversas necesidades (ventiladores de techo, ventiladores de pedestal, etc.), el diseño y el principio subyacentes siguen siendo los mismos.

Sin embargo, ¿y si te dijera que hay ventiladores sin esas aspas comúnmente visibles? De hecho, han existido durante algún tiempo, ¡aunque es posible que no los conozcas!

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(Crédito de la foto: Papin Lab/Shutterstock)

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¿Qué son los ventiladores sin aspas?

Todos los ventiladores funcionan con el flujo de aire para concentrar o disipar su suministro en una región determinada. A diferencia de un ventilador convencional, que tiene muchas partes móviles visibles, un ventilador sin aspas es un artilugio estático que parece más ornamental que funcional. Sin embargo, se basa en un diseño muy inteligente que utiliza la magia de la dinámica de fluidos.

Construcción

Los ventiladores sin aspas consisten en una base con un tipo especial de turbina llamada impulsor de flujo mixto. El impulsor tiene palas dispuestas asimétricamente que aspiran aire ambiental desde todas las direcciones. Es impulsado por un motor eléctrico y toda la configuración está encerrada en una cubierta con agujeros para permitir que el aire fluya hacia adentro.

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La cubierta perforada en la base del ventilador permite que el impulsor aspire aire (Crédito de la foto: Nick Beer/Shutterstock)

El marco de descarga o el ‘aro’ responsable de proporcionar el flujo de aire a la habitación está montado en este soporte y tiene una ranura alrededor de su circunferencia interior para permitir que el aire fluya hacia afuera. Esta hendidura es parte de una sección transversal hueca con forma de superficie aerodinámica de un avión.

Laboral

Los ventiladores sin aspas también se denominan multiplicadores de aire en el lenguaje propietario. Esto se debe a que aprovechan dos fenómenos muy importantes para aumentar la cantidad de aire que pasa a través del aro sin necesariamente atraer ese aire hacia el impulsor. Estos fenómenos se denominan inducción y arrastre. Tratemos de entender cada uno de ellos y veamos cómo afectan el flujo de aire final.

Inducción

La inducción representa la mayor parte de la aceleración y multiplicación del aire que se produce en los ventiladores sin aspas. Para comprender correctamente la inducción, debemos comprender el teorema de Bernoulli. Esto establece que la presión y la velocidad están inversamente relacionadas. Por lo tanto, una masa de fluido en aceleración, en nuestro caso, aire, tendrá una presión más baja en comparación con una masa de aire que se mueve más lentamente.

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Según el teorema de Bernoulli, la presión y la velocidad están inversamente relacionadas (Crédito de la foto: Pepermpron/Shutterstock)

En el caso de los ventiladores sin aspas, el aire del impulsor ingresa a la estructura de descarga. Este marco de descarga tiene una sección transversal que es similar a la superficie de sustentación de un ala de avión, mediante la cual se genera sustentación.

Sin embargo, esta sección transversal es hueca y abierta, muy similar a un sujetapapeles, lo que permite que el aire salga a través de la rendija. Cuando el aire entra en el marco de descarga, se acelera hacia el exterior. Esto provoca una reducción de la presión de la masa de aire acelerada. Sin embargo, el aire ambiental que ya está presente en el espacio anular del marco de descarga tiene velocidades más bajas y una presión más alta.

Por lo tanto, empuja la masa de aire acelerada hacia la superficie del marco de descarga y sigue su perfil incluso al salir. Esto se conoce como efecto Coanda. Puedes leer más sobre esto aquí.

Flujo de aire inducido y acelerado

Dinámica de aceleración e inducción.

A medida que la masa acelerada de aire sale por la rendija, se crea un anillo de baja presión alrededor del marco de descarga. Para igualar esta presión, el aire ambiental de la habitación entra en el “anillo” por un lado y sale por el otro. Este aire ambiental se suma a la masa de aire ya acelerada que sale por la rendija del marco de descarga, en un área conocida como región de flujo mixto.

arrastre

El aire forzado a salir del marco de descarga se mueve a mayor velocidad en comparación con el aire ambiente. Por lo tanto, forma un límite invisible con la masa de aire ambiente. El flujo de aire en este límite, sin embargo, no es uniforme. En cambio, el aire fluye en patrones turbulentos y arremolinados en esta región.

Flujo de aire arrastrado

Dinámica de arrastre

Tal movimiento hace que el aire sea aspirado desde la masa ambiental hacia la masa acelerada que emana del marco de descarga. Este proceso se conoce como arrastre y multiplica aún más la cantidad de flujo de aire.

El resultante

La inducción y el arrastre ocurren simultáneamente y pueden amplificar acumulativamente el flujo de aire hasta 15 veces la cantidad que originalmente ingresó al impulsor. Cambiar varios parámetros, como el diseño de la sección transversal, la altura del marco de descarga y la potencia nominal del motor cambia la capacidad de manejo de aire del ventilador. Se observa que los ventiladores sin aspas son más silenciosos y más eficientes energéticamente que sus contrapartes convencionales.

Flujo de aire resultante

Los ventiladores sin aspas se conocen como multiplicadores de aire, ya que aumentan el volumen por inducción y arrastre.

Ventajas y desventajas de los ventiladores sin aspas

Para su crédito, los ventiladores sin aspas son una alternativa mucho más elegante a los ventiladores con aspas. La ausencia de componentes móviles expuestos aumenta su seguridad en aplicaciones domésticas. Sin embargo, los ventiladores sin aspas emplean un diseño e ingeniería de alta precisión en sus componentes, como las superficies aerodinámicas, los impulsores de flujo mixto y los motores. Al mismo tiempo, generalmente están equipados con control remoto y operaciones IoT, lo que los hace más costosos que sus contrapartes convencionales.

¿El ventilador sin aspas es realmente sin aspas?

A pesar del nombre engañoso, los ventiladores sin aspas en realidad no son sin aspas, ya que las aspas del impulsor fuerzan el aire hacia el sistema. Dicho esto, el apodo proviene de la ausencia de componentes visibles que se encuentran más comúnmente en los ventiladores convencionales.

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Los ventiladores sin aspas tienen un gran potencial para su uso en vehículos aéreos no tripulados y drones, ya que su diseño los hace más seguros para su manejo (Crédito de la foto: Mopic/Shutterstock)

El potencial del diseño de ventiladores sin aspas para reemplazar los diseños de aspas abiertas muestra una gran promesa en operaciones de alta criticidad como turbinas y propulsores que se pueden usar en aeronaves, vehículos aéreos no asistidos (UAV) y drones. Entonces, ¿es posible que las opciones verdaderamente sin cuchillas se apoderen del mercado? ¡Solo el tiempo lo dirá!

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