ES2631252T3 - Palas de ventilador - Google Patents

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ES2631252T3
ES2631252T3 ES05250654.0T ES05250654T ES2631252T3 ES 2631252 T3 ES2631252 T3 ES 2631252T3 ES 05250654 T ES05250654 T ES 05250654T ES 2631252 T3 ES2631252 T3 ES 2631252T3
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fan
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Richard Michael Aynsley
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Delta T LLC
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Abstract

Pala (50) de ventilador configurada para montarse en un buje de ventilador rotativo (10), comprendiendo la pala (50) de ventilador: (a) una superficie (52) superior que tiene una curvatura generalmente elíptica; (b) una superficie (54) inferior que tiene una curvatura generalmente elíptica; (c) un borde (56) de ataque, en la que la superficie (52) superior y la superficie (54) inferior terminan cada una en el borde (56) de ataque; y (d) un borde (58) de salida, en la que la superficie (52) superior y la superficie (54) inferior terminan cada una en el borde (58) de salida; caracterizada porque: la curvatura de la superficie (52) superior está basada en una primera elipse (200) que tiene un primer radio primario y un primer radio secundario; la curvatura de la superficie (54) inferior está basada en una segunda elipse (300) que tiene un segundo radio primario y un segundo radio secundario; y en la que el primer radio primario y el primer radio secundario no son iguales.

Description

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DESCRIPCION
Palas de ventilador Antecedentes de la invencion
La presente invencion se refiere generalmente a palas de ventilador y a modificaciones de palas de ventilador, y esta dirigida particularmente a un perfil aerodinamico adecuado para el uso con una pala de ventilador y una aleta adecuada para el uso con una pala de ventilador.
La gente que trabajan en grandes estructuras tales como almacenes y plantas de fabricacion pueden estar expuestas a condiciones de trabajo que varfan entre incomodas y peligrosas. Lo mismo puede aplicarse tambien en entornos agrfcolas, tales como en una estructura que esta llena de ganado. En un dfa caluroso, la temperatura del aire interior puede alcanzar un punto en el que una persona u otro animal no puede mantener una temperatura corporal saludable o, de otro modo, deseable. En zonas en las que las temperaturas altas crean falta de comodidad o seguridad, puede desearse tener un dispositivo que puede hacerse funcionar para crear o potenciar un flujo de aire dentro de la zona. Tal flujo de aire puede facilitar, en parte, una reduccion de temperatura en la zona.
Ademas, algunas actividades que se producen en estos entornos, tales como soldar o hacer funcionar motores de combustion interna, pueden crear contaminantes atmosfericos que pueden ser nocivos para las actividades expuestas. Los efectos de los contaminantes atmosfericos pueden ampliarse si el flujo de aire en la zona es menor que el ideal. En estas situaciones y similares, puede desearse tener un dispositivo que puede hacerse funcionar para crear o potenciar un flujo de aire dentro de la zona. Tal flujo de aire puede facilitar, en parte, la reduccion de los efectos nocivos de los contaminantes, tal como mediante la dilucion y/o eliminacion de contaminantes.
En determinadas estructuras y entornos, puede aparecer un problema con la acumulacion y permanencia del calor cerca del techo de la estructura. Esto puede ser un problema cuando la zona cerca del suelo de la estructura esta relativamente mas frfa. Los expertos habituales en la tecnica reconoceran inmediatamente desventajas que pueden aparecer en relacion con tener esta u otra distribucion aire/temperatura desequilibrada. En estas situaciones y similares, puede desearse tener un dispositivo que puede hacerse funcionar para crear o potenciar un flujo de aire dentro de la zona. Tal flujo de aire puede facilitar, en parte, la desestratificacion y la estimulacion de una distribucion aire/temperatura mas ideal.
Tambien puede desearse tener un ventilador que pueda reducir el consumo de energfa. Una reduccion del consumo de energfa de este tipo puede efectuarse teniendo un ventilador que funciona de manera eficiente (por ejemplo, se requiere menos energfa para accionar el ventilador en comparacion con otros ventiladores). Una reduccion del consumo de energfa puede efectuarse tambien teniendo un ventilador que mejora la distribucion, de ese modo reduciendo los costes de calentamiento o enfriamiento asociados con otros dispositivos. El documento EP 0096255A da a conocer una pala de ventilador que tiene un lado superior con un radio de curvatura y un lado inferior con un radio de curvatura diferente. El preambulo segun la reivindicacion 1 se basa en este documento.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos adjuntos incorporados en y que forman parte de la memoria descriptiva ilustran varios aspectos de la presente invencion, y junto con la descripcion sirven para explicar los principios de la invencion; se entiende, sin embargo, que esta invencion no se limita a las disposiciones precisas mostradas. En los dibujos, los numeros de referencia similares se refieren a elementos similares en las diversas vistas. En los dibujos:
la figura 1 es una vista en planta de un buje para montar palas de ventilador.
La figura 2 es una vista en seccion transversal de un perfil aerodinamico de pala de ventilador a modo de ejemplo.
La figura 3 es una vista en seccion transversal de un perfil aerodinamico de pala de ventilador a modo de ejemplo alternativo.
La figura 4 representa un grafico que muestra dos elipses.
La figura 5 representa una parte del grafico de la figura 4.
La figura 6 es una vista lateral de una modificacion de pala de ventilador de aleta a modo de ejemplo.
La figura 7 es una vista en seccion transversal de la aleta de la figura 6.
La figura 8 es una vista desde arriba de la aleta de la figura 6.
La figura 9 es una vista de extremo de la pala de ventilador de la figura 2 modificada con la aleta de la figura 6.
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La figura 10 es una vista en perspectiva en despiece ordenado del conjunto aleta-pala de la figura 9.
A continuacion se hara referencia en detalle a la presente realizacion preferida de la invencion, de la que se ilustra un ejemplo en los dibujos adjuntos.
Descripcion detallada de una realizacion de la invencion
Haciendo ahora referencia en detalle a los dibujos, en los que numeros similares indican los mismos elementos a lo largo de todas las vistas, la figura 1 muestra un buje 10 de ventilador a modo de ejemplo, que puede usarse para proporcionar un ventilador que tiene palas 30 o 50 de ventilador. En el presente ejemplo, el buje 10 de ventilador incluye una pluralidad de elementos 12 de montaje de buje en los que pueden montarse las palas 30 o 50 de ventilador. En una realizacion, el buje 10 de ventilador esta acoplado a un mecanismo de accionamiento para hacer rotar el buje 10 de ventilador a unas velocidades seleccionables o predeterminadas. Por tanto, un conjunto de buje adecuado puede comprender el buje 10 y un mecanismo de accionamiento acoplado al buje 10. Evidentemente, un conjunto de buje puede incluir una variedad de elementos distintos, incluyendo un buje diferente, y el buje 10 de ventilador puede accionarse mediante cualquier medio adecuado. Adicionalmente, el buje 10 de ventilador puede tener cualquier numero adecuado de elementos 12 de montaje de buje.
Tal como se muestra en las figuras 1 a 3, cada elemento 12 de montaje de buje tiene una superficie 14 superior y una superficie 16 inferior, que terminan en el borde 18 de ataque y el borde 20 de salida. Adicionalmente, cada elemento 12 de montaje de buje incluye una abertura 22 formada a traves de la superficie 14 superior y que pasa a traves de la superficie 16 inferior. En el presente ejemplo, la abertura 22 esta dimensionada para recibir un elemento 26 de sujecion. Cada elemento 12 de montaje de buje esta configurado para recibir la pala 30 o 50 de ventilador. Los expertos habituales en la tecnica apreciaran que los elementos 12 de montaje de buje pueden proporcionarse en una variedad de configuraciones alternativas.
En una realizacion, las palas 30 o 50 de ventilador estan montadas en el conjunto de buje dado a conocer en la patente estadounidense n.° 6.244.821. Evidentemente, las palas 30 o 50 de ventilador pueden montarse en cualquier otro buje y/o conjunto de buje. Un conjunto de buje adecuado puede hacerse funcionar para rotar el buje 10 a cualquier velocidad angular adecuada. Solo a modo de ejemplo, tal velocidad angular puede estar en cualquier lugar en el intervalo de aproximadamente 7 y 108 revoluciones por minuto.
La figura 2 muestra una seccion transversal de la pala 30 de ventilador a modo de ejemplo que tiene un borde 38 de salida ondulado, montado en el buje 10. La seccion transversal esta tomada a lo largo de un plano transversal ubicado en el centro de la pala 30 de ventilador, mirando hacia el buje 10. La pala 30 de ventilador tiene una superficie 32 superior y una superficie 34 inferior, terminando cada una en el borde 36 de ataque y el borde 38 de salida. Tal como se muestra, el borde 38 de salida tiene una pendiente de aproximadamente 45° con respecto a la parte de la superficie 32 superior que esta proxima al borde 38 de salida y la parte de superficie 34 inferior que esta proxima al borde 38 de salida. Evidentemente, el borde 38 de salida puede tener cualquier otra pendiente adecuada, tal como 0° solo a modo de ejemplo, de forma que comprende una unica superficie plana. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otras configuraciones adecuadas del borde 38 de salida.
En el presente ejemplo, la pala 30 de ventilador es sustancialmente hueca. Una pluralidad de nervios o protuberancias 40 estan ubicados en el interior de la pala 30 de ventilador. Tal como se muestra, cuando el elemento 12 de montaje de buje se inserta en la pala 30 de ventilador, los nervios o protuberancias 40 se colocan de manera que estan en contacto con la superficie 14 superior, la superficie 16 inferior, el borde 18 de ataque, y el borde 20 de salida del elemento 12 de montaje de buje. Por tanto, las protuberancias 40 proporcionan un ajuste forzado entre la pala 30 de ventilador y el elemento 12 de montaje de buje. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes configuraciones alternativas para la pala 30 de ventilador, incluyendo pero sin limitarse a aquellas que afectan a la relacion entre la pala (30) de ventilador y el elemento (12) de montaje de buje.
Tal como se usa en el presente documento, a terminos tales como “cuerda”, “longitud de cuerda”, “grosor maximo,” “combadura maxima,” “angulo de ataque,” y similares, debera atribuirse el mismo significado atribuido a aquellos terminos tal como se usa en la tecnica de diseno de alas de avion u otro perfil aerodinamico. En una realizacion, la pala (30) de ventilador tiene una longitud de cuerda de aproximadamente 10 cm (6,4 pulgadas). La pala (30) de ventilador tiene un grosor maximo de aproximadamente un 16,2% de la cuerda; y una combadura maxima de aproximadamente un 12,7% de la cuerda. El radio del borde (36) de ataque es de aproximadamente un 3,9% de la cuerda. El radio del cuadrante de borde (38) de salida de la superficie (34) inferior es de aproximadamente un 6,8% de la cuerda. En una realizacion alternativa, la pala (30) de ventilador tiene una cuerda de aproximadamente 18 cm (7 pulgadas). En otra realizacion, la pala (3) de ventilador tiene una cuerda de aproximadamente 17 cm (6,6875 pulgadas). Evidentemente, puede usarse cualquier otra dimension y/o proporcion adecuada.
Solo a modo de ejemplo, la pala (30) de ventilador puede mostrar rendimientos aerodinamicos que varfan desde aproximadamente 39,8, bajo condiciones en las que el numero de Reynolds es aproximadamente 120.000, hasta aproximadamente 93,3, cuando el numero de Reynolds es aproximadamente 250.000. Evidentemente, pueden
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obtenerse otros rendimientos aerodinamicos con la pala (30) de ventilador.
En una realizacion, la pala (30) de ventilador muestra coeficientes de resistencia aerodinamica que varfan desde aproximadamente 0,027, bajo condiciones en las que el numero de Reynolds es aproximadamente 75.000, hasta aproximadamente 0,127, cuando el numero de Reynolds es aproximadamente 112.500. Evidentemente, pueden obtenerse otros coeficientes de resistencia aerodinamica con la pala (30) de ventilador.
En un ejemplo, bajo condiciones en las que el numero de Reynolds es aproximadamente 200.000, la pala (30) de ventilador mueve aire de manera que hay una razon de velocidad de aproximadamente 1,6 en la superficie (34) inferior en el borde (38) de salida de la pala (30) de ventilador. Pueden obtenerse otras razones de velocidad con la pala (30) de ventilador.
En una realizacion, la pala (30) de ventilador proporciona una aerodinamica sin perdidas para angulos de ataque de entre aproximadamente -1° a 7°, bajo condiciones en las que el numero de Reynolds es aproximadamente 112.000; y angulos de ataque de entre aproximadamente -2° a 10°, cuando el numero de Reynolds es aproximadamente 250.000. Evidentemente, estos valores son puramente a modo de ejemplo.
La figura 3 muestra una seccion transversal de otra pala (50) de ventilador a modo de ejemplo que tiene generalmente una superficie (52) superior y una superficie (54) inferior elfpticas, terminando cada una de las cuales en el borde (56) de ataque y el borde (58) de salida, montado en el buje (10). La seccion transversal esta tomada a lo largo de un plano transversal ubicado en el centro de la pala (50) de ventilador, mirando hacia el buje (10). En el presente ejemplo, la pala (50) de ventilador es hueca. Una pluralidad de protuberancias (60) estan ubicadas en el interior de la pala (50) de ventilador. Tal como se muestra, cuando el elemento (12) de montaje de buje se inserta en la pala (50) de ventilador, las protuberancias (60) se colocan de manera que estan en contacto con la superficie (14) superior, la superficie (16) inferior, el borde (18) de ataque, y el borde (20) de salida del elemento (12) de montaje de buje. Por tanto, las protuberancias (60) proporcionan un ajuste forzado entre la pala (50) de ventilador y el elemento (12) de montaje de buje. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes configuraciones alternativas para
la pala (50) de ventilador, incluyendo pero sin limitarse a aquellas que afectan a la relacion entre la pala (50) de
ventilador y el elemento (12) de montaje de buje.
Tal como se muestra, la pala (50) de ventilador tiene un radio de curvatura inferior hacia su borde (56) de ataque, en comparacion con un radio de curvatura mayor hacia su borde (58) de salida. Las curvaturas de la pala (50) de ventilador pueden obtenerse, al menos en parte, a traves de la generacion de dos elipses que usan las siguientes formulas. Los expertos habituales en la tecnica apreciaran que una primera elipse, con su origen en la interseccion de los ejes x e y cartesianos, puede generarse mediante estas ecuaciones:
[1] x = a(COS(t)),
y
[2] y = b(SEN(t)),
donde
a = longitud del radio primario, b = longitud del radio secundario, y
t = angulo de rotacion de un radio alrededor del origen (por ejemplo, en radianes).
Por consiguiente, puede generarse una primera elipse usando las ecuaciones anteriores. De manera similar, pueden obtenerse un conjunto de coordenadas para la primera elipse usando las ecuaciones [1] y [2]. Una primera elipse (200) a modo de ejemplo se ilustra en el grafico representado en la figura 4, donde a = 3 y b = 2.
Las coordenadas para una segunda elipse pueden obtenerse usando estas ecuaciones:
[3] X2 = x(COS(6)) - y(SEN(0)),
y
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donde
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X2 = la segunda coordenada “x” despues de una rotacion en sentido antihorario de la primera elipse de 0 radianes alrededor del origen, e
y2 = la segunda coordenada “y” despues de una rotacion en sentido antihorario de la primera elipse de 0 radianes alrededor del origen.
Por tanto, las dimensiones de la segunda elipse dependen de las dimensiones de la primera elipse. Una segunda elipse (300) a modo de ejemplo se ilustra en el grafico representado en la figura 4, donde 0 = 0,525 radianes. Se apreciara que, cuando se representan graficamente una primera y segunda elipse segun las ecuaciones [1] a [4], las dos elipses pueden intersecar en cuatro puntos (“intersecciones de elipse”). La figura 4 muestra cuatro intersecciones (400) de elipse entre la primera elipse (200) y la segunda elipse (300).
La curvatura de la superficie (52) superior y la superficie (54) inferior puede basarse, al menos en parte, en la curvatura de las elipses primera y segunda entre dos intersecciones de elipse consecutivas. Un ejemplo de un segmento de la primera elipse (200) y la segunda elipse (300) de este tipo se muestra en la figura 5, que representa la parte de las elipses (200 y 300) entre intersecciones (400) de elipse consecutivas. Por consiguiente, las ecuaciones [1] a [4] pueden usarse para generar coordenadas de superficie para al menos una parte de la superficie (52) superior y la superficie (54) inferior de la pala (50) de ventilador.
Se apreciara que la razon de la longitud de cuerda con respecto al grosor de la pala (50) de ventilador puede variar con la cantidad de rotacion, 0, con respecto a las dos elipses.
Evidentemente, pueden desviarse partes de la pala (50) de ventilador de la curvatura de las elipses primera y segunda. Solo a modo de ejemplo, y tal como se muestra en la figura 3, el borde (56) de ataque puede modificarse para que tenga una curvatura generalmente circular. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otras desviaciones.
En una realizacion, la pala (50) de ventilador se crea usando las ecuaciones [1] a [4] con a = 3 unidades, b = 2 unidades, y 0 = 0,525 radianes. En esta realizacion, la pala (50) de ventilador esta equipada con un borde (56) de ataque circular que tiene un diametro de un 3,5% de la longitud de cuerda. Esta curvatura del borde (56) de ataque esta ajustada tangencialmente a aquella de la superficie (52) superior y la superficie (54) inferior. Un ajuste de este tipo puede concebirse comparando las figuras 3 y 5. Evidentemente, pueden usarse otras dimensiones.
En una realizacion, la pala (50) de ventilador tiene una longitud de cuerda de aproximadamente 19 cm (7,67 pulgadas). En otra realizacion, la pala de ventilador tiene una longitud de cuerda de aproximadamente 20 cm (7,687 pulgadas). Evidentemente, la pala (50) de ventilador puede tener cualquier otra longitud de cuerda adecuada.
En el presente ejemplo, el radio del borde (56) de ataque es aproximadamente un 3,5% de la cuerda. El grosor maximo de la pala (50) de ventilador es aproximadamente un 14,2% de la cuerda. La combadura maxima de la pala (50) de ventilador es aproximadamente un 15,6% de la cuerda. Evidentemente, puede usarse cualquier otra dimension y/o proporcion adecuada.
En un ejemplo, un ventilador que tiene un diametro de 7 m (24 pies) y que comprende diez palas (50) de ventilador montadas en un angulo de ataque de 10° produce una fuerza de empuje de aproximadamente 2,4 kg (5,2 lb). Cuando rota a aproximadamente 7 revoluciones por minuto (rpm), desplaza aproximadamente 2500 m3 por minuto (87.302 pies cubicos por minuto (cfm)). Cuando rota a aproximadamente 14 rpm, el ventilador produce una fuerza de empuje de aproximadamente 4,8 kg (10,52 lb), desplaza aproximadamente 3500 m3 por minuto (124.174 cfm). Cuando rota a aproximadamente 42 rpm, el ventilador produce una fuerza de empuje de aproximadamente 32,2 kg (71,01 lb), desplaza aproximadamente 9100 m3 por minuto (322.613 cfm). Pueden obtenerse otras fuerzas de empuje y/o volumenes de desplazamiento con un ventilador que tiene palas (50) de ventilador.
Solo a modo de ejemplo, una pala (50) de ventilador que tiene un angulo de ataque de aproximadamente 10° puede mostrar rendimientos aerodinamicos que varfan desde aproximadamente 39, bajo condiciones en las que el numero de Reynolds es aproximadamente 120.000, hasta aproximadamente 60, cuando el numero de Reynolds es aproximadamente 250.000. Otros rendimientos aerodinamicos pueden obtenerse con la pala (50) de ventilador.
En una realizacion, la pala (50) de ventilador proporciona una aerodinamica sin perdidas para angulos de ataque entre aproximadamente 1° a 11°, bajo condiciones en las que el numero de Reynolds es aproximadamente 112.000; para angulos de ataque entre aproximadamente 0° y 13°, cuando el numero de Reynolds es aproximadamente 200.000; y para angulos de ataque entre aproximadamente 1° a 13°, cuando el numero de Reynolds es aproximadamente 250.000. Evidentemente, estos valores son puramente a modo de ejemplo.
En un ejemplo, un ventilador que tiene un diametro de 4 m (14 pies) y que comprende diez palas (50) de ventilador se hace rotar a aproximadamente 25 rpm. El ventilador funciona a aproximadamente 54 vatios, con un par motor de aproximadamente 8,9 Nm (78,80 pulgadas-libra (in.lbs.)) y un caudal de aproximadamente 970 m3 por minuto
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(34.169 cfm). Por tanto, el ventilador tiene una eficiencia de aproximadamente 18 m3/por minuto/vatio (632,76 cfm/vatio).
En otro ejemplo, un ventilador que tiene un diametro de 4 m (14 pies) y que comprende diez palas (50) de ventilador se hace rotar a aproximadamente 37,5 rpm. El ventilador funciona a aproximadamente 82 vatios, con un par motor de aproximadamente 21 Nm (187,53 pulgadas-libra (in.lbs)) y un caudal de aproximadamente 800 m3 por minuto (62.421 cfm). Por tanto, el ventilador tiene una eficiencia de aproximadamente 22 m3 por minuto/vatio (761,23 cfm/vatio).
En aun otro ejemplo, un ventilador que tiene un diametro de 4 m (14 pies) y que comprende diez palas (50) de ventilador se hace rotar a aproximadamente 50 rpm. El ventilador funciona a aproximadamente 263 vatios, con un par motor de aproximadamente 43 Nm (376,59 pulgadas-libra (in.lbs)) y un caudal de aproximadamente 2700 m3 por minuto (96.816 cfm). Por tanto, el ventilador tiene una eficiencia de aproximadamente 10 m3 por minuto/vatio (368,12 cfm/vatio).
Lo siguiente puede aplicarse a cualquier pala de ventilador, incluyendo solo a modo de ejemplo, una pala (30) de ventilador o una pala (50) de ventilador:
En una realizacion, cada pala (30 o 50) de ventilador comprende un continuo homogeneo de material. Solo a modo de ejemplo, las palas (30 y 50) de ventilador pueden construirse en aluminio extruido. Sin embargo, se apreciara que las palas (30 y/o 50) de ventilador pueden construirse en otro material o materiales adecuado(s), incluyendo pero sin limitarse a cualquier metal y/o plastico. Adicionalmente, se apreciara que las palas (30 y/o 50) de ventilador pueden realizarse mediante cualquier metodo de fabricacion adecuado, incluyendo pero sin limitarse a estampado, doblado, soldadura, y/o moldeado. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otros materiales y metodos de fabricacion adecuados.
Cuando la pala (30 o 50) de ventilador esta montada en el buje (10), los elementos (12) de montaje de buje pueden extenderse al interior de la pala (30 o 50) de ventilador aproximadamente 15 cm (6 pulgadas), solo a modo de ejemplo. Alternativamente, los elementos (12) de montaje de buje pueden extenderse al interior de la pala (30 o 50) de ventilador hasta cualquier longitud adecuada. Se apreciara tambien que el buje (10) puede tener elementos (12) de montaje que se ajustan en el exterior de las palas (30 o 50) de ventilador, en lugar de en el interior. Alternativamente, los elementos (12) de montaje pueden ajustarse tanto parcialmente en el interior como parcialmente en el exterior de las palas (30 o 50) de ventilador.
La pala (30 o 50) de ventilador puede incluir tambien una o mas aberturas configuradas para alinearse con las aberturas (22) en el elemento (12) de montaje de buje. En esta realizacion, cuando las aberturas en la pala (30 o 50) de ventilador estan alineadas con las aberturas (22) en el elemento (12) de montaje de buje, puede insertarse un elemento (26) de sujecion a traves de la abertura para fijar la pala (30 o 50) de ventilador al elemento (12) de montaje de buje. En una realizacion, el elemento (26) de sujecion es un perno. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otras alternativas adecuadas para elemento(s) (26) de sujecion, incluyendo pero sin limitarse a adhesivos. Por consiguiente, se entendera que las aberturas (22) son opcionales.
La pala (30 o 50) de ventilador puede tener una longitud de aproximadamente 1,2, 1,4, 1,8, 2,1, 2,4, 2,7, 3,0, 3,4, 3,7, 4,0 o 4,2 m (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, o 14 pies). Alternativamente, la pala (30 o 50) de ventilador puede tener cualquier otra longitud adecuada. En una realizacion, la pala (30 o 50) de ventilador y el buje (10) estan dimensionados de manera que un ventilador que comprende las palas (30 o 50) de ventilador y el buje (10) tiene un diametro de aproximadamente 7 m (24 pies). En otra realizacion, la pala (30 o 50) de ventilador y el buje (10) estan dimensionados de manera que un ventilador que comprende las palas (30 o 50) de ventilador y el buje (10) tiene un diametro de aproximadamente 4 m (14 pies).
Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otras dimensiones adecuadas.
Se apreciara que no es necesario que todas las secciones transversales a lo largo de la longitud de la pala (30 o 50) de ventilador sean identicas. En otras palabras, no es necesario que la configuracion de la pala (30 o 50) de ventilador sea uniforme a lo largo de toda la longitud de la pala (30 o 50) de ventilador. Solo a modo de ejemplo, puede retirarse una parte del “extremo de montaje de buje” de la pala (30 o 50) de ventilador (es decir el extremo de la pala (30 o 50) de ventilador que estara montado en el buje (10)). En un ejemplo, se realiza un corte oblicuo en el borde (56) de ataque de la pala (50) de ventilador para alojar otra pala (50) en el buje (10).
Alternativamente, la pala (30 o 50) de ventilador puede formarse o construirse de manera que una parte del extremo de montaje de buje u otra parte se omite, se rebaja, o de otro modo “falta.” Se apreciara que la ausencia de tal parte (independientemente de si se retiro o nunca estuvo presente de antemano) puede aliviar los problemas asociados con las palas (30 o 50) que interfieren entre si en el buje (10). Varios factores pueden provocar una interferencia de este tipo, incluyendo pero sin limitarse a la longitud de cuerda de las palas (30 o 50) de ventilador. Evidentemente, los factores distintos de la interferencia pueden influir en la retirada u otra ausencia de una parte de la pala (30 o 50) de ventilador. La parte ausente puede comprender una parte de borde (36 o 56) de ataque, una parte de borde (38 o
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58) de salida, o ambas.
Alternativamente, para abordar la interferencia de la pala (30 o 50) de ventilador en el buje (10), puede aumentarse el diametro del buje (por ejemplo, tal como sin aumentar el numero de elementos (12) de montaje de buje). Alternativamente, puede reducirse la cuerda de las palas (30 o 50) de ventilador. Para los expertos habituales en la tecnica aun seran evidentes otras alternativas y variaciones del buje (10) y/o las palas (30 o 50) de ventilador.
Los expertos habituales en la tecnica apreciaran que la pala (30 o 50) de ventilador puede tener un angulo de ataque cero o distinto de cero. Solo a modo de ejemplo, cuando esta montada en el elemento (12) de montaje de buje, la pala (30 o 50) de ventilador puede tener un angulo de ataque en el intervalo de aproximadamente -1 a 7°, inclusive; entre -2° y 10°, inclusive; o de aproximadamente 7°, 8°, 10°, o 13° solo a modo de ejemplo. Evidentemente, la pala (30 o 50) de ventilador puede tener cualquier otro angulo de ataque adecuado. La pala (30 o 50) de ventilador puede ser sustancialmente recta a lo largo de su longitud, y el angulo de ataque puede proporcionarse teniendo el elemento (12) de montaje de buje con el angulo de ataque deseado.
Alternativamente, el angulo de ataque del elemento (12) de montaje de buje puede ser cero, y un angulo de ataque para la pala (30 o 50) de ventilador puede proporcionarse mediante una torsion en la pala (30 o 50) de ventilador. En otras palabras, la pala (30 o 50) de ventilador puede ser sustancialmente recta a lo largo de la longitud a la que el elemento (12) de montaje de buje se extiende en la pala (30 o 50) de ventilador, y puede proporcionarse una torsion para proporcionar un angulo de ataque a la parte restante de la pala (30 o 50) de ventilador. Una torsion de este tipo puede producirse sobre cualquier longitud adecuada de la pala (30 o 50) de ventilador (por ejemplo toda la parte restante de la longitud de la pala (30 o 50) de ventilador tiene una torsion; o la torsion es breve, de manera que casi toda la parte restante de la pala (30 o 50) de ventilador es sustancialmente recta; etc.). Para los expertos habituales en la tecnica aun seran evidentes otras configuraciones y metodos adecuados para proporcionar un angulo de ataque para toda o parte de la pala (30) de ventilador. Adicionalmente, se apreciara que toda o cualquier parte de la pala (30 o 50) de ventilador puede tener una o mas torsiones para cualquier fin.
Los expertos habituales en la tecnica apreciaran que una pala de ventilador (por ejemplo, 30 o 50) puede modificarse de varias maneras. Tales modificaciones pueden alterar las caracterfsticas de rendimiento del ventilador. Tal como se ilustra en una forma a modo de ejemplo en las figuras 6 a 10, una modificacion de este tipo puede incluir una aleta (70). Mientras que las aletas (70) se comentaran en el contexto de las palas (30 y 50) de ventilador, se apreciara que las aletas (70) pueden usarse con cualquier otra pala de ventilador adecuada.
La aleta (70) del presente ejemplo incluye un elemento (72) vertical. El elemento (72) vertical comprende una superficie (74) interior plana y una superficie (76) exterior redondeada. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otras configuraciones adecuadas para la superficie (74) interior y la superficie (76) exterior. En el presente ejemplo, el perfmetro del elemento (72) vertical esta definido por un borde (78) inferior, un borde (80) superior, y un borde (82) trasero. Cada borde (78, 80, y 82) se encuentra generalmente en la respectiva esquina (84). Por tanto, en el presente ejemplo, el elemento (72) vertical tiene tres esquinas (84). Tal como se muestra, cada esquina (84) esta redondeada. Por consiguiente, el termino “esquina,” tal como se usa este termino en el presente documento, no debera interpretarse como que se requiere un angulo agudo. En otras palabras, no es necesario que una esquina se limite a un punto o region en la que se encuentran o intersecan un par de lfneas rectas. Mientras que en el presente ejemplo, el elemento (72) vertical se describe con tres esquinas, se apreciara que el elemento (72) vertical puede tener cualquier numero adecuado de esquinas (84).
Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otras variaciones del elemento (72) vertical.
La aleta (70) del presente ejemplo incluye ademas un elemento (90) de montaje de aleta, que se extiende sustancialmente en perpendicular desde la superficie (74) interior del elemento (72) vertical. Tal como se muestra, el elemento (90) de montaje de aleta esta configurado de manera similar al elemento (12) de montaje de buje. El elemento (90) de montaje de aleta tiene una superficie (92) superior y una superficie (94) inferior, cada una de las cuales termina en el borde (96) de ataque y el borde (98) de salida. Adicionalmente, cada elemento (92) de montaje de aleta incluye unas aberturas (100) formadas a traves de la superficie (92) superior y la superficie (94) inferior. En el presente ejemplo, cada abertura (100) esta dimensionada para recibir el elemento (26) de sujecion. El elemento (90) de montaje de aleta esta configurado para insertarse en un extremo de la pala (30 o 50) de ventilador. Los expertos habituales en la tecnica apreciaran que los elementos (90) de montaje de aleta pueden proporcionarse en una variedad de configuraciones alternativas.
La figura 9 muestra una seccion transversal de la pala (30) de ventilador con la aleta (70) montada en la misma. La seccion transversal esta tomada a lo largo de un plano transversal ubicado en el centro de la pala (30) de ventilador, mirando hacia la aleta (70) (es decir lejos del buje (10)). En el presente ejemplo, y tal como se muestra en las figuras 9 y 10, el elemento (90) de montaje de aleta esta configurado para ajustarse en el extremo de la pala (30 o 50) de ventilador. Como el elemento (12) de montaje de buje, el elemento (90) de montaje de aleta se ajusta de manera forzada contra las protuberancias (40 o 60) en la pala (30 o 50) de ventilador. En el presente ejemplo, el borde (80) superior de la aleta (70) se extiende por encima de la superficie (32 o 52) superior de la pala (30 o 50) de ventilador, ademas de extenderse mas alla del borde (36 o 56) de ataque. De manera similar, el borde (78) inferior de la aleta
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(70) se extiende por debajo de la superficie (34 o 54) inferior de la pala (30 o 50) de ventilador. El borde (82) trasero de la aleta (70) se extiende mas alla del borde (38 o 58) de salida de la pala (30 o 50) de ventilador. Evidentemente, las aletas (70) y las palas (30 o 50) de ventilador puede tener cualquier otra dimension y/o configuracion relativos.
La pala (30 o 50) de ventilador puede tener una o mas aberturas, formadas cerca de la punta de la pala (30 o 50) de ventilador a traves de la superficie (32 o 52) superior y/o la superficie (34 o 54) inferior, que esta(n) colocada(s) para alinearse con la(s) abertura(s) (100) en el elemento (90) de montaje de aleta cuando el elemento (90) de montaje de aleta se inserta en la pala (30 o 50) de ventilador, y que esta(n) dimensionada(s) para recibir el elemento (26) de sujecion. Por tanto, las aletas (70) pueden fijarse a las palas (30 o 50) de ventilador con uno o mas elementos (26) de sujecion. En una realizacion, el elemento (26) de sujecion es un perno. En otra realizacion, el elemento (26) de sujecion comprende un par complementario de tornillos de fijacion de enclavamiento de cabeza delgada, tales como tornillos sujetadores usados ocasionalmente para unir un gran volumen de papeles conjuntamente (por ejemplo, un tomillo “macho” con una superficie exterior roscada configurada para acoplarse con un tornillo “hembra” que tiene una superficie interior roscada). Sin embargo, puede usarse cualquier otro elemento de sujecion, incluyendo pero sin limitarse a adhesivos. Por consiguiente, se apreciara que las aberturas (100) son opcionales.
Se apreciara tambien que no se necesario insertar el elemento (90) de montaje de aleta en un extremo de la pala (30 o 50) de ventilador. En otras palabras, y de manera similar a los elementos (12) de montaje de buje, el elemento (90) de montaje de aleta puede hacerse ajustar en el exterior de las palas (30 o 50) de ventilador, en lugar de en el interior. Alternativamente, los elementos (90) de montaje de aleta pueden ajustarse tanto parcialmente en el interior como parcialmente en el exterior de las palas (30 o 50) de ventilador. Para los expertos habituales en la tecnica aun seran evidentes otras configuraciones.
En una realizacion alternativa, la aleta (70) carece del elemento (90) de montaje, y tiene en su lugar un rebaje formado en la superficie (74) interior del elemento (72) vertical. En esta realizacion, la punta de la pala (30 o 50) de ventilador esta insertada en la aleta (70) para la union de la aleta (70) a la pala (30 o 50) de ventilador. En aun otra realizacion, la pala (30 o 50) de ventilador esta formada de manera solidaria con la aleta (70). Por consiguiente, los expertos habituales en la tecnica apreciaran que existe una variedad de configuraciones para proporcionar la pala (30 o 50) de ventilador con la aleta (70).
Mientras que el elemento (72) vertical se muestra sustancialmente perpendicular al elemento (90) de montaje, se apreciara que estos dos elementos pueden estar en cualquier angulo adecuado uno con respecto al otro. Por tanto, y solo a modo de ejemplo, el elemento (72) vertical puede inclinarse hacia dentro o hacia fuera cuando la aleta (70) esta unida a la pala (30 o 50) de ventilador. Alternativamente, el elemento (72) vertical puede comprender mas de un angulo. En otras palabras, el elemento (72) vertical puede configurarse de manera que la parte superior del elemento vertical y la parte inferior del elemento vertical se inclinen cada una hacia dentro cuando la aleta esta unida a la pala (30 o 50) de ventilador. Para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes otras variaciones de la aleta (70), incluyendo pero sin limitarse a variaciones angulares.
Mientras que la aleta (70) se describe especfficamente en el presente documento como una modificacion para las palas (30 o 50) de ventilador, se apreciara que la aleta (70) puede usarse para modificar cualquier otra pala de ventilador.
En una realizacion, la aleta (70) esta formada a partir de un continuo homogeneo de plastico moldeado. Sin embargo, se apreciara que la aleta (70) puede realizarse a partir de una variedad de materiales, incluyendo pero sin limitarse a cualquier metal y/o plastico adecuado, y puede comprender una pluralidad de partes. Adicionalmente, se apreciara que la aleta puede realizarse mediante cualquier metodo de fabricacion adecuado.
Se apreciara tambien que los vortices de salida que se forman en o cerca de las puntas de las palas (30 o 50) de ventilador pueden aumentar la elevacion cerca de las puntas de las palas (30 o 50) de ventilador. Las aletas (70) puede impedir el flujo de aire radial sobre la superficie (32 o 52) superior y/o la superficie (34 o 54) inferior cerca de las puntas de las palas (30 o 50) de ventilador. Tal impedimento puede forzar a que el aire fluya de manera mas normal desde el borde (36 o 56) de ataque hasta el borde (38 o 58) de salida, potenciando de ese modo la eficiencia de un ventilador que tiene las palas (30 o 50) de ventilador con las aletas (70), al menos a determinadas velocidades de rotacion.
En un ejemplo, las aletas (70) estan unidas a los extremos de las palas (30 o 50) de ventilador en un ventilador que tiene un diametro de 2 m (6 pies). Con la adicion de las aletas (70), el caudal de aire del ventilador se aumenta un 4,8% a 171 rpm.
En otro ejemplo, las aletas (70) estan unidas a los extremos de las palas (30 o 50) de ventilador en un ventilador que tiene un diametro de 4 m (14 pies). Con la adicion de las aletas (70), el caudal de aire del ventilador se aumenta un 4,4% a 75 rpm
Las siguientes dos tablas ilustran las eficiencias que pueden obtenerse anadiendo las aletas (70) a un ventilador que tiene un diametro de 4 m (14 pies):
Tabla 1: Ventilador sin aletas (70)
Velocidad (rpm)
Potencia max. (vatios) Potencia prom. (vatios) Par motor (Nm) Caudal (m3 por minuto) Eficiencia (m3 por minuto/vatio)
12,5
54 50 2,0 in.lbs) (17,86 0 (0 cfm) 0 (0 cfm/vatio)
25
66 54 8,9 in.lbs) (78,80 970 cfm) (34.169 18 (632,76 cfm/vatio)
37,5
125 82 21 in.lbs) (187,53 1800 cfm) (62.421 22 (761,23 cfm/vatio)
50
339 263 43 in.lbs) (376,59 2700 cfm) (96.816 10 (368,12 cfm/vatio)
62,5
700 660 64 in.lbs) (564,01 3100 cfm) (110.784 0,5 (167,85 cfm/vatio)
75
1170 1140 95 in.lbs) (839,75 3700 cfm) (129.983 0,4(114,02 cfm/vatio)
5 Tabla 2: Ventilador con aletas (70)
Velocidad (rpm)
Potencia max. (vatio) Potencia prom. (vatio) Par motor (Nm) Caudal (m3 por minuto) Eficiencia (m3 por minuto/vatio)
12,5
50 42 2,0 (18,56 in. lbs) 760 (26.815 cfm) 18 (638,45 cfm/vatio)
25
58 43 8,9 (18,39 in.lbs) 1300 (46.547 cfm) 31 (1.082,49 cfm/vatio)
37,5
68 49 21 (186,00 in.lbs) 1700 (61.661 cfm) 36 (1.258,39 cfm/vatio)
50
241 198 43 (354,61 in.lbs) 2500 (87.552 cfm) 13 (442,18 cfm/vatio)
62,5
591 528 64 (582,78 in.lbs) 3400 (120.859 cfm) 6 (228,90 cfm/vatio)
75
980 950 95 (847,41 in.lbs) 3900 (136.560 cfm) 4 (143,75 cfm/vatio)
Evidentemente, pueden alcanzarse otros valores mediante el uso de las aletas (70). Adicionalmente, para los expertos habituales en la tecnica seran evidentes variaciones adecuadas de las aletas, incluyendo pero sin limitarse
10 a configuraciones de aleta alternativas.
En resumen, se han descrito numerosos beneficios que se obtienen como resultado al emplear los conceptos de la invencion. La descripcion anterior de una o mas realizaciones de la invencion se ha presentado con fines de ilustracion y descripcion. No se pretende que sea exhaustiva o limite la invencion a la forma precisa dada a conocer.
15 Son posibles modificaciones o variaciones obvias a la luz de las ensenanzas anteriores. La una o mas realizaciones se escogieron y describieron con el fin de ilustrar de la mejor manera los principios de la invencion y su aplicacion practica para permitir de ese modo a un experto habitual en la tecnica utilizar de la mejor manera la invencion en diversas realizaciones y con diversas modificaciones que son adecuadas para el uso particular contemplado. Se pretende que el alcance de la invencion este definido por las reivindicaciones adjuntas a la misma.
20

Claims (7)

1. Pala (50) de ventilador configurada para montarse en un buje de ventilador rotativo (10), comprendiendo la pala (50) de ventilador:
5
(a) una superficie (52) superior que tiene una curvatura generalmente elfptica;
(b) una superficie (54) inferior que tiene una curvatura generalmente elfptica;
10 (c) un borde (56) de ataque, en la que la superficie (52) superior y la superficie (54) inferior terminan cada
una en el borde (56) de ataque; y
(d) un borde (58) de salida, en la que la superficie (52) superior y la superficie (54) inferior terminan cada una en el borde (58) de salida;
15
caracterizada porque:
la curvatura de la superficie (52) superior esta basada en una primera elipse (200) que tiene un primer radio primario y un primer radio secundario;
20
la curvatura de la superficie (54) inferior esta basada en una segunda elipse (300) que tiene un segundo radio primario y un segundo radio secundario; y
en la que el primer radio primario y el primer radio secundario no son iguales.
25
2. Pala de ventilador segun la reivindicacion 1, que comprende ademas: un primer radio de curvatura proximo al borde (56) de ataque, y un segundo radio de curvatura proximo al borde (58) de salida, en la que el primer radio de curvatura es inferior al segundo radio de curvatura.
30 3. Pala de ventilador segun la reivindicacion 1, en la que la curvatura de la segunda elipse (300) depende de
la curvatura de la primera elipse (200).
4. Pala de ventilador segun la reivindicacion 1, en la que la primera elipse (200) se genera basandose al menos en parte en las siguientes ecuaciones:
35
[1] X = a (COS (t) ) ,
y
40 [2] y = b(SEN(t) ) ,
en la que x e y proporcionan un grafico x-y de la primera elipse (200),
en la que a = longitud del primer radio primario,
45
en la que b = longitud del primer radio secundario, y
en la que t = angulo de rotacion de un radio alrededor de un origen.
50 5. Pala de ventilador segun la reivindicacion 4, en la que la segunda elipse (300) se genera basandose al
menos en parte en las siguientes ecuaciones:
imagen1
55
y
[4] y2 = y(COS(9)) - x(SEN(0)),
en la que
x2 y y2 proporcionan un grafico x-y de la segunda elipse (300), y
en la que 0 = un angulo de rotacion de la primera elipse alrededor del origen.
6.
Pala de ventilador segun la reivindicacion 5, en la que 0 = 0,525 radianes.
5 7.
Pala de ventilador segun la reivindicacion 1, en la que la seccion transversal de la pala (50) de ventilador es uniforme a lo largo de la longitud de la pala (50) de ventilador.
8.
Pala de ventilador segun la reivindicacion 1, en la que la pala (50) de ventilador es sustancialmente recta a lo largo de la longitud de la pala (50) de ventilador.
10 9.
Pala de ventilador segun la reivindicacion 1, en la que la pala (50) de ventilador es sustancialmente hueca.
10.
Pala de ventilador segun la reivindicacion 1, en la que la pala (50) de ventilador esta formada por aluminio extruido.
15
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