Orice componentă sau sistem care disipă energie va genera căldură, care poate avea efecte negative asupra performanței sale. Prin urmare, managementul termic este un aspect critic al proiectării inginerești.
Principiul fundamental de inginerie pentru gestionarea termică este răcirea componentei sau a sistemului prin transferul căldurii. Acest lucru poate fi realizat prin mijloace precum: limitarea puterii în sistem, aplicarea radiatoarelor sau utilizarea țevilor sau plăcilor reci pentru a îmbunătăți disiparea căldurii. În multe aplicații practice, totuși, răcirea poate fi realizată prin utilizarea unui ventilator pentru a deplasa aerul peste componenta fierbinte.
Alegerea tipului potrivit de ventilator este importantă pentru un management termic optim și există două opțiuni principale de luat în considerare: un ventilator axial sau un ventilator centrifugal. Fiecare tip funcționează pe principii diferite, iar designul lor are avantaje și dezavantaje unice. Ca atare, este esențial să luați în considerare caracteristicile și aplicațiile acestora atunci când selectați ventilatorul potrivit pentru o anumită sarcină de răcire.
Rândurile de față își propun să ofere o privire de ansamblu asupra principiilor de funcționare ale fiecărui tip de ventilator, să discute despre aplicațiile lor tipice și să evidențieze avantajele și dezavantajele fiecărui model pentru a ajuta la luarea unei decizii informate pentru un management termic eficient.
Ventilatoare axiale
Figura 1: Direcția fluxului de aer a unui ventilator axial. (Sursă imagine: Same Sky (fostă CUI Devices))
Ventilatoarele axiale utilizează un arbore (ax) rotativ acționat de motor, care susține paletele montate în unghi (înclinate) pentru a trage aerul înăuntru și a-l forța afară paralel cu arborele. Acestea sunt uneori denumite ventilatoare cu elice și pot fi proiectate ca ventilatoare axiale cu tub sau cu palete pentru a se potrivi într-o conductă.
Ventilatoarele axiale sunt capabile să deplaseze eficient volume mari de aer, făcându-le potrivite pentru echipamentele de răcire sau pentru ventilarea spațiilor. Aceste ventilatoare sunt disponibile în diferite dimensiuni, de la nivelul plăcii, până la dimensiunea camerei și necesită o putere relativ scăzută pentru a opera, în funcție de dimensiunea lor. În plus, ele sunt oferite atât ca modele de curent alternativ, cât și de curent continuu. Ventilatoarele alimentate cu curent alternativ folosesc, de obicei, curent de la rețea și au tensiuni nominale de alimentare de peste 100 de volți, în timp ce ventilatoarele alimentate cu curent continuu pot avea tensiuni mult mai mici (cum ar fi 3, 5, 12, 24 sau 48 Vcc) și sunt alimentate de o sursă de alimentare sau de la baterii.
Ventilatoarele axiale sunt proiectate pentru a furniza volume mari de aer la presiune scăzută. Această combinație unică de presiune scăzută și debit mare de aer le face ideale pentru răcirea echipamentelor sau pentru ventilarea uniformă a spațiilor mari. Ventilatoarele axiale sunt utilizate pe scară largă în diverse aplicații, cum ar fi echipamente electronice de răcire, săli de calculatoare și rafturi de servere. Ele pot fi, de asemenea, utilizate în operațiuni HVAC, condensatoare de curent alternativ, unități de schimb de căldură sau pentru o răcire direcționată în sistemele industriale. În plus, ventilatoarele axiale pot funcționa ca ventilatoare de evacuare, extrăgând eficient aerul dintr-un spațiu închis.
În general, ventilatoarele axiale sunt potrivite pentru aplicațiile care necesită volume mari de flux de aer la presiune scăzută și sunt suficient de versatile pentru a se potrivi unei game de nevoi de răcire sau ventilație.
Factori de selecție și câteva exemple
Aurocon COMPEC oferă o gamă largă de ventilatoare axiale de înaltă calitate, atât în versiune de curent alternativ, cât și de curent continuu, de la mărci renumite precum: Sanyo Denki, ebm-papst, Sunon și, desigur, RS PRO.
După cum s-a mai menționat, funcția principală a ventilatorului axial este de a răci și de a produce o diferență de presiune. Ventilatoarele funcționează atrăgând aer pe o suprafață pentru a o răci. Ventilatoarele sunt excelente și la îndepărtarea unor volume mari de aer cald, creând un efect de răcire.
Ventilatoarele axiale sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații industriale și casnice de răcire și ventilație în aproape fiecare industrie. Unele dintre cele mai comune locuri în care le veți găsi în uz sunt: cutii și carcase electrice; sertare pentru servere; zonele liniei de producție în care motoarele sunt în mod constant în uz, prelungind durata de viață a motorului și a cutiei de viteze; computere desktop și laptopuri.
Dacă vă întrebați care ventilator axial este cel mai bun, răspunsul depinde în întregime de aplicație și de mediu. Mai mulți factori trebuie luați în considerare atunci când alegeți cel mai potrivit ventilator. Câteva puncte cheie de luat în considerare includ:
- Tensiunea de alimentare – este nevoie de operare AC sau CC?
- Viteza ventilatorului – Mică sau mare?
- Nivel de zgomot – Aplicația necesită un ventilator silențios?
- Presiune statică – Care este rezistența la fluxul de aer?
- Clasă de protecție – Este nevoie de o clasă de protecție IP55 sau mai mare?
- Debit de aer – Ce volum de aer este necesar pentru răcire?
- Formă – pătrat sau rotund?
- Mediul de utilizare?
Ventilator axial ebm-papst
Serie AxiACi 120, 115-230 Vac, 110m³/h, 3.6W, IP65
Nr. stoc RS: 264-3408
Producător: ebm-papst
Cod de producător: AxiACi120-00213
Specificații selectiv
| Tensiunea de alimentare | 115 Vac, 230 Vac |
| Dimensiuni | 120mm × 120mm × 38mm |
| Consum energie | 3,6W |
| Debit de aer | 110m³/h |
| Nivel de zgomot | 40dB(A) |
| Viteză ventilator | 3000rpm |
| Clasă de protecție | IP65 |
Ventilator axial RS, 24 V dc,
0.61m³/min, 2.4W, 50mA Max, IP20
Nr. stoc RS: 255-7296 –
Producător: RS PRO
Specificații selectiv
| Tensiunea de alimentare | 24 Vdc |
| Consum energie | 2,4W |
| Curent Maxim | 50mA |
| Terminal | Fire |
| Dimensiuni | 80mm × 80mm × 15mm |
| Debit de aer | 0,61m³/min |
| Nivel de zgomot | 23dB |
| Viteză ventilator | 2000rpm |
| Clasă de protecție | IP20 |
Ventilatoare centrifugale
Ventilatoarele centrifugale, cunoscute și sub numele de ventilatoare radiale sau suflante, folosesc un arbore acționat de motor, arbore care conține rotoare, ce proiectează aerul în carcasa ventilatorului și apoi îl redirecționează printr-o ieșire. Spre deosebire de ventilatoarele axiale, ventilatoarele centrifugale evacuează aerul la un unghi perpendicular de 90 de grade pe admisia de aer.
Figura 2: Direcția fluxului de aer a unui ventilator centrifugal. (Sursă imagine: Same Sky (fostă CUI Devices))
Aceste ventilatoare generează un flux de aer constant, de înaltă presiune, cu volume mai mici decât ventilatoarele axiale. În funcție de aplicație, acestea vin cu rotoare curbate înainte sau înapoi, fie pentru suflare, fie pentru aspirare. Ventilatoarele centrifugale pot presuriza aerul din carcasa suflantei, permițându-le să vizeze zone specifice pentru răcire, făcându-le ideale pentru disiparea căldurii din părțile individuale ale unui sistem electronic care generează cantități mari de căldură, cum ar fi FET-urile de putere, DSP-urile sau FPGA-urile.
Asemenea ventilatoarelor axiale, suflantele centrifugale sunt, de asemenea, disponibile cu alimentare de curent alternativ și continuu. Totuși, acestea necesită, în general, mai multă putere pentru a funcționa decât ventilatoarele axiale și produc mai mult zgomot audibil și electromagnetic. Carcasele care înconjoară piesele mobile în designul lor le fac fiabile, durabile și greu de deteriorat.
Ventilatoarele centrifugale sunt utile pentru deplasarea aerului printr-o zonă concentrată, cum ar fi canale sau conducte, pentru evacuare sau ventilație. Funcționează bine în medii dificile și murdare, cu particule, aer cald și gaze, ceea ce le face bine potrivite pentru aplicații în sistemele de aer condiționat sau de uscare. În electronică, ventilatoarele centrifugale se găsesc în mod obișnuit în dispozitivele mici, cum ar fi laptopurile, unde aerul este expulzat la un unghi de 90 de grade de la admisie pentru un control mai bun al direcției.
Figura 3: Ventilator centrifugal într-o aplicație cu o conductă. (Sursă imagine: Same Sky (fostă CUI Devices))
Ventilatoarele centrifugale pot fi suflante cu o singură treaptă sau cu mai multe trepte: suflantele cu o singură treaptă sunt ideale atunci când este necesar un flux de aer uniform, iar suflantele cu mai multe trepte sunt potrivite atunci când este necesar un debit de aer variabil la o presiune fixă.
Sunt disponibile diferite clase de IP, inclusiv IP68, dacă trebuie plasat într-un mediu dur. Gama de viteze ale ventilatorului este de la 780 rpm la 11500 rpm.
Factori de selecție și câteva exemple
Factori de selecție ce trebuie luați în considerare:
- Cerințe de presiune
- Cerințe de debit
- Temperatură de intrare
- Temperatură ambiantă
- Mediul de utilizare a ventilatorului
Suflantele sunt utilizate pe scară largă în numeroase echipamente foarte utilizate, cum ar fi: sisteme HVAC; sisteme de 
control praf; suflante sub presiune; aer condiționat; aspiratoare; sisteme de transport cu aer.
Ventilator centrifugal RS PRO, 24 Vdc,
10cfm, operare DC, 75mm
Nr. stoc RS: 787-4013
Producător: RS PRO
Specificații selectiv:
| Tensiunea de alimentare | 24 Vdc |
| Debit de aer | 10cfm |
| Dimensiuni | 75mm × 75mm × 30mm |
| Viteză | 3000rpm |
| Nivel de zgomot | 38dB(A) |
| Curent maxim | 240mA |
| Presiune statică | 0.35in/H2O |
| Tip senzor de ieșire | Tahometru, temperatură |
Ventilator centrifugal Sanyo Denki
Seria San Ace B76, 12 V dc, 10.2cfm
Nr. stoc RS: 191-9306
Producător: Sanyo Denki
Cod de producător: 9BD12SC6-1
Specificații selectiv:
| Tensiunea de alimentare | 12 Vdc |
| Debit de aer | 10.2cfm |
| Dimensiuni | 76mm × 76mm × 20mm |
| Viteză ventilator | 4500rpm |
| Nivel de zgomot | 43dB(A) |
| Curent maxim | 280mA |
EMI și zgomot în ventilatoare
Figura 4: Compararea EMI și zgomotului audio la ventilatoarele axiale și centrifuge. (Sursă imagine: Same Sky (fostă CUI Devices))
Atunci când proiectați un sistem care încorporează ventilatoare, este important să luați în considerare potențialul de interferență electromagnetică (EMI) și zgomotul audibil. Toate ventilatoarele au potențialul de a genera EMI radiate de la ventilator în sine sau EMI conduse de la cablurile de alimentare. Câmpurile magnetice UMF pot contribui, de asemenea, la EMI, apărând din magneții motorului sau înfășurările statorului. Luarea în considerare din timp a acestor factori poate economisi timp și bani pe termen lung, în special în aplicațiile care sunt sensibile la EMI.
Ventilatoarele alimentate în curent continuu tind să producă o interferența EMI mai mică decât ventilatoarele alimentate în curent alternativ, iar zgomotul audibil generat de ventilatoare poate varia, de asemenea, foarte mult în funcție de factori precum tipul aplicației, amplasarea și dimensiunea. Tipurile de rulmenți utilizate în ventilatoare pot afecta, de asemenea, acustica și durata de viață. O regulă bună este că debitul de aer (sau CFM) este cu atât mai mare, cu cât zgomotul este mai mare. Cu toate acestea, ventilatoarele mai mari sunt, în general, mai silențioase atunci când deplasează aceeași cantitate de aer ca un ventilator mai mic. Izolarea mecanică, grătarele de intrare a aerului și difuzoarele de ieșire pot ajuta, de asemenea, la atenuarea zgomotului audibil. Ventilatoarele axiale produc, de obicei, mai puțin zgomot decât ventilatoarele centrifugale.
Sinteză finală
Ca o sinteză de final, iată o comparație rapidă a diferitelor avantaje, dezavantaje și caracteristici ale ventilatoarelor axiale și centrifugale. Cea mai bună opțiune va depinde, până la urmă, de aplicația dorită, spațiul disponibil și cerințele termice generale ale sistemului final:
| Ventilatoare axiale | Ventilatoare centrifugale |
| Volum ridicat / Presiune scăzută | Presiune ridicată / Volum scăzut |
| Debit de aer paralel cu axa | Debit de aer perpendicular pe axă |
| Viteză de operare mai mare decât ventilatoarele centrifugale | Viteză de operare mai mică decât ventilatoarele axiale |
| Design compact | Mai bune pentru aplicații de răcire direcționată |
| Consum energetic mai redus decât cel al ventilatoarelor centrifugale | Consum energetic mai ridicat decât cel al ventilatoarelor axiale |
| Zgomot mai mic decât cel al ventilatoarelor centrifugale | Zgomot mai mare decât cel al ventilatoarelor axiale |
| Tipic cu un cost mai mic decât cel al ventilatoarelor centrifugale | Durabilitate și rezistență în medii de funcționare dificile |
Tabel: Comparație între ventilatoarele axiale și centrifugale
Concluzie: Răcirea eficientă este esențială pentru gestionarea căldurii nedorite generate de echipamentele electrice, iar atât ventilatoarele axiale, cât și ventilatoarele centrifugale și-au demonstrat eficacitatea prin ani de utilizare și prin progres tehnologic continuu. Aceste ventilatoare utilizează acum materiale mai puternice, mai ușoare și mai eficiente din punct de vedere al costurilor în designul lor modern. Alegerea dintre cele două tipuri va depinde de cerințele specifice ale sistemului. Pentru oferta completă de dispozitive de ventilație de la Aurocon COMPEC, vă invităm să accesați: https://ro.rsdelivers.com/.
Sursă: https://www.rs-online.com/designspark/axial-or-centrifugal-fans-which-is-best-for-your-design
Autor: Bogdan Grămescu
Aurocon Compec – https://www.compec.ro
