Diseño de pala axial

La primera generación de álabes axiales de aluminio se fundió completamente en aluminio. La fundición puede conseguir una buena forma aerodinámica, pero el aluminio también tiene puntos débiles como material. Por lo tanto, las fuerzas de tracción y compresión admisibles son considerablemente inferiores a las del acero. La resistencia del aluminio disminuye rápidamente con temperaturas más altas y el material empieza a fluir. Durante el proceso de fundición pueden producirse inclusiones y grietas finas. Algunos defectos del material pueden detectarse con rayos X, otros pueden pasar desapercibidos.

La forja del aluminio tampoco aporta apenas ventajas, ya que el punto de fusión del aluminio es considerablemente inferior y el material se ablanda a temperaturas correspondientemente más bajas.

Los hallazgos elementales de la naturaleza se tuvieron en cuenta para la siguiente generación de álabes axiales. Las formas de vida sencillas, como las medusas y los gusanos, y la primera generación de cucharas axiales no tienen un esqueleto estabilizador. La cubierta exterior absorbe por sí sola las fuerzas que actúan sobre ella. Las formas más evolucionadas de los mamíferos y las dos generaciones de álabes axiales tienen un esqueleto que soporta el material del caparazón circundante y hace que toda la estructura sea mucho más rígida.

El aluminio proporciona la forma aerodinámica. El núcleo interno de acero proporciona la resistencia necesaria, especialmente a altas temperaturas, por ejemplo para la extracción de humos en caso de incendio. Porque una temperatura de 400 °C, por ejemplo, no cambia significativamente las propiedades del acero, mientras que el aluminio apenas tiene entonces resistencia.

A lo largo del tiempo, se han desarrollado núcleos de acero de diferentes formas, siempre optimizados para el requisito correspondiente. Los núcleos deben formar una fuerte unión con el aluminio y estabilizarlo, especialmente a altas temperaturas. Su forma se asemeja a la de los árboles de Navidad, por lo que los núcleos de acero de Witt & Sohn AG se denominan X-Mas-Tree.

DISEÑOS DE ÁLABES AXIALES DE ALUMINIO

Existen tipos básicos de álabes axiales de aluminio:

• Tipo A : Cuchillas y cubo en una sola pieza
• Tipo B : Cuchillas y cubo fundidas por separado y unidas

Para los rotores de tipo B, existen varios métodos de fijación de los álabes:

• Tipo B1: Pasador de los álabes sujetado entre dos piezas del cubo
• Tipo B2: Las cuchillas se fijan al cubo con un perno de acero independiente
• Tipo B3: Cuchillas con perno de acero fundido unido al cubo (Christmas Tree®)

Cuanto más complejo es un proceso de fundición, mayor es la probabilidad de que se produzcan errores (por ejemplo, los rotores fabricados de una sola pieza). Cuanto más fina sea una pieza de fundición, mayor será el riesgo de que se produzcan defectos (por ejemplo, álabes largos para evitar la posterior rotura de los álabes o del rotor debido a defectos de material no detectados.

RESISTENCIA DEL ALUMINIO (ESPECIALMENTE A ALTAS TEMPERATURAS)

Recientemente, los requisitos de los ventiladores axiales han aumentado considerablemente.

• Mayor velocidad máxima (mayores fuerzas centrífugas)
• Mayor presión/empuje (mayores fuerzas axiales)
• Peligro de establo debido al funcionamiento en el rango de la curva característica desfavorable (menos reservas del sistema, fuerzas dinámicas más elevadas &minus > fractura por fatiga)
• Mayor resistencia a la temperatura (situación de emergencia - más de 400°C/2h)

Si se compara el aluminio con el simple acero, el aluminio es mucho más resistente a la corrosión que el acero, mientras que éste tiene una resistencia tres veces mayor. (≈ 70 MPa a 20°C en lugar de ≈ 235 MPa para el acero). Además, la resistencia disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura: Por encima de los 300 °C, el aluminio deja de presentar una resistencia apreciable, mientras que el núcleo de acero no pierde prácticamente ninguna resistencia.

RESUMEN DE LAS DIFERENTES VERSIONES

Evaluación final: Los rotores de tipo B (álabes de aluminio con núcleo de acero fundido) son los que más se pueden cargar, pero al mismo tiempo también son los más caros.