Come trovare la ventola DC giusta per il tuo progetto
Scopri come trovare il giusto ventilatore DC per il tuo progetto in questo articolo di Same Sky.
I ventilatori assiali DC di Same Sky offrono flessibilità di design in termini di dimensioni del ventilatore, consumo energetico, rumore e altro ancora. Con una così impressionante varietà di opzioni disponibili, è importante valutare alcuni elementi fondamentali prima di selezionare il ventilatore DC più adatto al tuo progetto. Questo include il calcolo del flusso d'aria e della pressione d'aria del tuo design, la comprensione dei requisiti di flusso d'aria all'interno della curva operativa di un ventilatore, la considerazione di utilizzare più ventilatori in parallelo o in serie e gli effetti complessivi della velocità di un ventilatore sul tuo progetto. Scopri di più su queste considerazioni e ottieni una comprensione migliore su come trovare il ventilatore DC ideale per il tuo design con questo articolo di Same Sky.
Parametri importanti del flusso d'aria
Prima che una ventola possa essere specificata per un determinato sistema, è importante comprendere alcuni parametri riguardanti il flusso d'aria e il trasferimento di calore. L'aria in movimento è efficace nel raffreddare oggetti assorbendo il calore dall'oggetto e trasferendolo altrove per essere dissipato. La quantità di energia trasferita dipende dalla massa dell'aria in movimento, dal calore specifico dell'aria in movimento e dalla variazione di temperatura applicata all'aria in movimento.
Energia = Massa * Calore Specifico * Aumento di Temperatura
La massa dell'aria in movimento può essere calcolata a partire dal volume dell'aria spostata e dalla densità dell'aria in movimento.
Massa = Volume * Densità
Sostituendo la seconda equazione nella prima si mette in relazione l'energia dissipata con il volume di aria coinvolto.
Energia = (Volume * Densità) * Calore Specifico * Incremento di Temperatura
Dividendo entrambi i lati dell'equazione per il tempo si ottiene la seguente forma dell'equazione.
Potenza = (Volume/Tempo) * Densità * Calore Specifico * Aumento di Temperatura
Nella maggior parte delle applicazioni, la potenza in eccesso (inefficienza del sistema) è nota e il flusso d'aria (volume/tempo) è sconosciuto. Pertanto, l'equazione può essere riorganizzata come mostrato di seguito.
Flusso d’aria = Potenza/(Densità * Calore specifico * Aumento della temperatura)
Come discusso nel nostro precedente articolo del blog, questa equazione viene comunemente scritta come:
Q = [q/(ρ * Cp * ΔT)] * k Dove Q = flusso d'aria q = calore da dissipare ρ = densità dell'aria Cp = calore specifico dell'aria ΔT = l'incremento della temperatura dell'aria durante l'assorbimento del calore da dissipare k = un valore costante, dipendente dalle unità utilizzate negli altri parametri
La densità dell'aria secca a livello del mare a 68°F (20°C) è 0.075 lbs/ft³ (1.20 kg/m³) e il calore specifico dell'aria secca è 0.24 Btu/lb °F (1 kJ/kg °C). Utilizzando questi valori per la densità e il calore specifico, l'equazione sopra si semplifica in:
Qf = 3.2q/ΔTF Qf = 1.8q/ΔTC Qm = 0.09q/ΔTF Qm = 0.05q/ΔTC Dove Qf = flusso d'aria in Piedi Cubi al Minuto (CFM) Qm = flusso d'aria in Metri Cubi al Minuto (CMM) q = calore da dissipare in Watt ΔTF = l'aumento di temperatura dell'aria quando assorbe il calore da dissipare in °F ΔTC = l'aumento di temperatura dell'aria quando assorbe il calore da dissipare in °C
Pressione dell'aria
Le equazioni sopra riportate indicano il flusso d'aria necessario per raffreddare un prodotto. È inoltre necessario conoscere la pressione con cui il flusso d'aria deve essere fornito dal ventilatore. Il percorso del flusso d'aria attraverso il prodotto da raffreddare genererà una resistenza al passaggio dell'aria. I ventilatori devono essere selezionati in modo da produrre una pressione sufficiente a spingere il volume richiesto d'aria attraverso il prodotto per ottenere il raffreddamento desiderato. Il calcolo della pressione necessaria sarà un compito separato per ogni prodotto unico e non può essere semplificato in modo simile ai calcoli del flusso d'aria. Molti prodotti CAD sono disponibili per calcolare le caratteristiche di pressione e flusso d'aria di un progetto, mentre anemometri e manometri possono essere utilizzati per misurare la velocità dell'aria e le caratteristiche di pressione una volta completato un progetto.
Figura 1: Caratterizzazione e tracciamento del flusso d'aria rispetto alla pressione
Raggiungere il flusso d'aria e la pressione richiesti
Basandosi sui concetti delle due sezioni precedenti, un flusso d'aria e una pressione dell'aria devono essere generati dal ventilatore (o dai ventilatori) per fornire il raffreddamento richiesto. Le schede tecniche dei produttori di ventilatori forniranno un valore del flusso d'aria senza contropressione, un valore di pressione massima senza flusso d'aria e una curva del flusso d'aria rispetto alla pressione disponibile dal ventilatore. Ad esempio, consideriamo un prodotto i cui requisiti di flusso d'aria sono stati calcolati come pari o superiori a 10 CFM in base al calore da rimuovere e ai limiti della temperatura dell'aria. La progettazione meccanica del prodotto è stata caratterizzata per produrre il grafico del flusso d'aria rispetto alla pressione mostrato in Figura 2. La linea tratteggiata rappresenta il flusso d'aria minimo richiesto per il prodotto (anche un flusso d'aria maggiore è accettabile), mentre la curva arancione rappresenta la relazione tra pressione e flusso d'aria per la progettazione meccanica del prodotto.
Figura 2: Requisiti del sistema, flusso d'aria rispetto alla pressione statica
Basandosi sulle curve in Figura 2, il ventilatore assiale dc CFM-6025V-131-167 di Same Sky è stato selezionato per il progetto. La scheda tecnica del ventilatore dc specifica un flusso d'aria di 16 CFM senza contropressione, una pressione statica di 0,1 inH2O senza flusso d'aria, e fornisce anche il grafico in Figura 3.
Figura 3: Grafico delle prestazioni del CFM-6025V-131-167 di Same Sky
Sovrapponendo i requisiti di sistema della Figura 2 alle caratteristiche del ventilatore a corrente continua della Figura 3 si ottiene il grafico nella Figura 4.
Figura 4: Requisiti di sistema e prestazioni della ventola
Il punto di funzionamento evidenziato dal cerchio rosso nella figura 4 indica la pressione e il flusso d'aria per il sistema con la ventola selezionata. Si noti che il requisito di flusso d'aria è stato calcolato in 10 CFM e la ventola fornirà un flusso d'aria di 11,5 CFM. Per alcune applicazioni, questo rappresenterà un margine di funzionamento termico sufficiente, mentre per altre applicazioni questa soluzione potrebbe non fornire un margine adeguato.
Funzionamento dei ventilatori in parallelo o in serie
In generale, ventole più grandi o più veloci forniranno un flusso d'aria massimo maggiore e una pressione massima maggiore. Se una singola ventola non è in grado di offrire il flusso d'aria o la pressione richiesta, allora due o più ventole possono essere operative fisicamente in parallelo o in serie. Il funzionamento delle ventole in parallelo aumenterà il flusso d'aria massimo disponibile, ma non aumenterà la pressione massima, mentre il funzionamento delle ventole in serie aumenterà la pressione massima disponibile, ma non aumenterà il flusso d'aria massimo disponibile.
Figura 5: Funzionamento di più ventole in serie o in parallelo
La curva di prestazione per il funzionamento di più ventilatori in parallelo può essere facilmente generata dall'utente. La curva combinata di flusso d'aria del ventilatore rispetto alla pressione per più ventilatori operati in parallelo è identica al grafico di un singolo ventilatore, con l'unica differenza che i valori del flusso d'aria vengono moltiplicati per il numero di ventilatori operati in parallelo.
Figura 6: Il funzionamento delle ventole in parallelo moltiplica il flusso d'aria per il numero di ventole
La curva di prestazione per il funzionamento di più ventilatori in serie può essere generata in modo simile, con i valori di pressione modificati in base al numero di ventilatori in serie. In definitiva, più ventilatori in parallelo offrono il maggiore miglioramento per sistemi a flusso d'aria elevato e bassa pressione, mentre più ventilatori in serie offrono il maggiore miglioramento per sistemi ad alta pressione e basso flusso d'aria.
Figura 7: Ventilatori multipli in sistemi con alta e bassa resistenza al flusso d'aria
Effetti della velocità della ventola
La velocità della ventola (RPM) può essere determinata dalla selezione iniziale della ventola o da un segnale di controllo della ventola. Modificare la velocità della ventola influirà sul volume d'aria, sulla pressione dell'aria, sulla potenza consumata e sul rumore acustico prodotto dalla ventola. Questi rapporti sono descritti da quelle che vengono chiamate le "leggi di affinità della ventola".
Leggi di affinità dei ventilatori
Il volume d'aria spostato dalla ventola è proporzionale alla velocità della ventola.
CFM α RPM
cioè 3 x RPM produce 3 x CFM
La pressione dell'aria generata dal ventilatore è proporzionale al quadrato della velocità del ventilatore.
Pressione dell'aria α RPM2
cioè 3 x RPM produce 9 x pressione
La potenza necessaria per far funzionare un ventilatore aumenta con il cubo della velocità del ventilatore.
Potenza α RPM3
cioè 3 x RPM richiede 27 x potenza
Il rumore acustico prodotto da una ventola aumenterà di 15 dB quando la velocità della ventola viene raddoppiata.
Un aumento di 10 dB nel rumore acustico è tipicamente percepito dall'udito umano come un raddoppio del livello di rumore
Figura 8: Grafico delle leggi di affinità del ventilatore
Conclusione
Conoscendo il flusso d'aria e la pressione richiesti, è possibile selezionare il ventilatore (o i ventilatori) appropriato per fornire un adeguato raffreddamento. L'uso di ventilatori in parallelo o in serie offre ai progettisti opzioni aggiuntive per soddisfare i requisiti termici della loro applicazione, nel caso in cui un singolo ventilatore non sia sufficiente. La linea di ventilatori assiali a corrente continua di Same Sky presenta una varietà di prestazioni, offrendo ai progettisti flessibilità nella scelta tra dimensioni del ventilatore, potenza consumata, rumore udibile prodotto e altro ancora.
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