Diseño industrial y electromecánico de un extractor de aire centrífugo de alta eficiencia energética para ambientes con Covid-19

Abstract

El producto es un extractor de aire centrífugo, cuyo objetivo es extraer el aire viciado de SARS-CoV-2 o Covid-19 (Coronavirus); pensado para su uso civil y comercial, funciona con un motor de corriente alterna (AC) monofásico de 220 (V) y 50 (Hz), de alta eficiencia energética (EE). Desarrollado bajo la metodología del Design Thinking, por simulación electromecánica por software NI Multisim 14.0, diseño de la carcasa por software CAD Cfturbo 2020 R2.0 y prototipado rápido 3D con la impresora OverLord Pro; con un prototipado del bobinado del estator convencional de un motor sincrónico con un devanado de campo dos polos de tipo PMSM/IPM monofásico de corriente alterna (AC) y un rotor de imanes de cerámica ferromagnética de 4000 (Gauss). Innovando en la línea nº 15 de la patente del invento n° 381968 de Nikola Tesla, 1/5/1888. Los resultados mostraron, según el análisis del banco de pruebas, que el motor síncrono de tipo PMSM/IPM utilizado en el extractor centrífugo, con la innovación del control de reactancia-inductiva en serie más el capacitor en paralelo, reduce un 67% la potencia activa (Watts) y el consumo de energía activa (kWh), realizando 56% más trabajo mecánico (Joules) sobre el fluido aire (con una reducción del 50% de la huella de carbono). Lo cual nos lleva a la siguiente conclusión: se pueden desarrollar ventiladores centrífugos que ahorren energía eléctrica (kWh) sin necesidad de recurrir a (1) la “Ley de afinidad de los ventiladores”, ni (2) al uso de variadores de velocidad (VDF) o frecuencia (que son dispositivos con una electrónica compleja y costosa). Lo cual traería un enorme ahorro del gasto de energía eléctrica.

The product is a centrifugal air extractor, whose objective is to extract the stale air of SARS-CoV-2 or Covid-19 (Coronavirus); designed for civil and commercial use, it works with a single-phase alternating current (AC) motor of 220 (V) and 50 (Hz), with high energy efficiency (EE). Developed under the Design Thinking methodology, by electromechanical simulation using NI Multisim 14.0 software, case design using Cfturbo 2020 R2.0 CAD software, and rapid 3D prototyping with the OverLord Pro printer; with a prototype of the conventional stator winding of a synchronous motor with a two-pole PMSM/IPM single-phase alternating current (AC) field winding and a 4000 (Gauss) ferromagnetic ceramic magnet rotor. Innovating on line nº 15 of invention patent no. 381968 by Nikola Tesla, 5/1/1888. The results showed, according to the analysis of the test bench, that the PMSM/IPM type synchronous motor used in the centrifugal fan, with the innovation of the reactance-inductive control in series plus the capacitor in parallel, reduces the power by 67%. (Watts) and active energy consumption (kWh), performing 56% more mechanical work (Joules) on the fluid air (with a 50% reduction in carbon footprint). Which leads us to the following conclusion: it is possible to develop centrifugal fans that save electricity (kWh) without the need to resort to (1) the "Fan Affinity Law", nor (2) the use of variable speed drives ( VDF) or frequency (which are devices with complex and expensive electronics). Which would bring an enormous saving of the cost of electrical energy.