La presión que desarrolla un ventilador se ve afectada por cambios en la densidad del aire (d) la cual a su vez se ve influenciada por variaciones en la temperatura (T) y la altitud (Z). Una disminución en la densidad del aire ocasiona descenso en la presión que puede desarrollar un ventilador girando a la misma velocidad de rotación.
Incrementos en la altitud se traducen en un descenso de la presión atmosférica y por consiguiente de la densidad del aire; mientras que el descenso en la temperatura del aire conlleva a una mayor densidad y, caso contrario un aumento en la temperatura se refleja en la disminución de la densidad del aire.
La densidad estándar del aire (ds) se define a una altitud de cero metros (nivel del mar) y una temperatura de 15ºC, siendo el valor de densidad de 1.204 Kg/m3.
La presión atmosférica a nivel del mar es de 101.325 KPa
De acuerdo a las leyes de los ventiladores, un ventilador con tamaño y velocidad de giro constante variará su presión de forma inversamente proporcional a la relación de densidades del aire.
P2 = P1 * (d2/d1)
Por ejemplo, si un ventilador circula un caudal de aire de 3400 m3/h con una presión estática de 250 Pascales (Pa) girando a 1575 rpm en una condición estándar del aire y, luego este se lleva a un ambiente de mayor altitud donde su densidad es de 0.963 Kg/m3 la presión que brindará el ventilador será apenas de:
P2 = 250 Pa * (0.963 / 1.204) = 199.95 Pa
En esta condición el ventilador tendrá un comportamiento en el cual disminuirá su caudal para poder vencer las restricciones del sistema (conductos, filtros, etc.). Para garantizar el caudal y presión del ventilador en cuestión, será entonces necesario aumentar la velocidad de giro del ventilador.
Procedimiento de estimación de la densidad del aire
Para conocer la densidad del aire (d) a una altitud diferente del nivel del mar se aplica una corrección multiplicando por dos factores la densidad a nivel del mar. El primer factor está dado por la relación de temperaturas absolutas del aire a condición estándar (15ºC) y la temperatura evaluada (T) y el segundo factor por la relación entre la presión atmosférica a la altitud evaluada (P) y la presión atmosférica a nivel del mar (Ps), a esta ultima relación se le conoce como factor de altitud
d = ds * [(273.15+15) / (273.15 + T)] * (P/Ps)
Evaluación de la presión atmosférica a diversas altitudes
Si no se conoce la presión atmosférica a una altitud dada (Z) , el manual de fundamentos del ASHRAE nos presenta una fórmula para realizar el cálculo:
Donde:
P= Presión atmosférica expresada en Kilo Pascales (KPa)
Z= Altitud expresada en metros (m)
A continuación, se presenta una tabla con valores calculados de presión atmosférica a distintas altitudes:
Al graficar los puntos de la tabla anterior se aprecia una curva suave que conserva linealidad aproximadamente en el rango de altitud de 0 a 4000 m sobre nivel del mar. Y para este rango de valores de altitud se puede aplicar una ecuación simplificada obteniéndose unos valores con una dispersión no mayor al 2%.
P = 101.325 – (0.00992125 * Z)
Nota 1: ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) – https://www.ashrae.org
Nota 2: curva graficada con ayuda del programa “Graphmatica” – http://www.graphmatica.com