Quando engenheiros projetam um invólucro de plástico que contém componentes eletrônicos, motores, fontes de alimentação, placas de controle, sensores ou outros dispositivos geradores de calor, uma das perguntas mais importantes é quanto fluxo de ar de resfriamento o invólucro realmente precisa. Escolher um ventilador centrífugo apenas olhando para sua classificação máxima de fluxo de ar pode facilmente levar a um sistema de resfriamento subdimensionado ou superdimensionado.

A abordagem mais prática é calcular primeiro o CFM necessário, determinar o aumento de temperatura permitido, avaliar a resistência ao fluxo de ar dentro e fora do invólucro e, então, selecionar um ventilador centrífugo que possa fornecer o fluxo de ar necessário na pressão real do sistema.

Para fabricantes e engenheiros de OEM, este processo é especialmente importante porque um invólucro de plástico pode ter um volume interno relativamente pequeno enquanto ainda produz uma quantidade significativa de calor. Um invólucro compacto também pode conter canais de fluxo de ar estreitos, filtros, grades de proteção, placas de circuito, cabos e outros componentes que aumentam a resistência.

A China Chungfo Fan concentra-se na pesquisa, desenvolvimento e fabricação de ventiladores DC e AC, sopradores centrífugos, ventiladores de fluxo cruzado, ventiladores axiais, ventiladores sem moldura e produtos de motor relacionados. Para aplicações de resfriamento de invólucros, o processo de seleção do ventilador pode ser otimizado combinando cálculos térmicos com testes de fluxo de ar e pressão estática.

1, Entendendo o CFM em um invólucro de ventilador de plástico

CFM significa pés cúbicos por minuto. Ele descreve o volume de ar que um ventilador pode mover durante um minuto. Em uma aplicação de resfriamento de invólucro, o CFM necessário representa a quantidade de ar que deve passar pelo invólucro para remover o calor gerado pelos componentes internos, mantendo a temperatura interna dentro da faixa necessária.

No entanto, existe uma diferença importante entre o fluxo de ar necessário e o fluxo de ar impresso em uma folha de especificações do ventilador.

Um ventilador pode ter uma classificação de fluxo de ar em ar livre de um certo CFM quando quase não há resistênciana entrada ou na saída. Uma vez que o mesmo ventilador é instalado dentro de um invólucro de plástico, o fluxo de ar real pode se tornar significativamente menor porque o ar deve passar por aberturas, filtros, grades, dutos, dissipadores de calor e componentes internos.

A orientação de engenharia recente enfatiza consistentemente que o fluxo de ar em ar livre não deve ser tratado como o fluxo de ar final instalado. O ponto de operação real é determinado pela relação entre a curva de desempenho do ventilador e a resistência do sistema de invólucro.

Portanto, a questão básica de engenharia não é simplesmente “Quantos CFM o ventilador produz?”

A pergunta melhor é “Quantos CFM o invólucro requer na pressão estática real do sistema?”

2, Por que o CFM é importante para invólucros de plástico

Invólucros de plástico são amplamente utilizados em eletrodomésticos, equipamentos eletrônicos, sistemas de controle, equipamentos de comunicação, dispositivos médicos, máquinas industriais, equipamentos de carregamento e pequenos produtos elétricos.

Comparados com grandes gabinetes de metal, os invólucros de plástico são frequentemente projetados para serem compactos, leves e visualmente integrados ao produto final. Isso torna o gerenciamento térmico mais desafiador.

Um pequeno invólucro pode conter vários componentes geradores de calor. Uma fonte de alimentação pode gerar calor. Um driver de motor pode gerar calor. Uma placa de circuito pode liberar calor continuamente. Um transformador, relé, controlador ou módulo LED também pode contribuir para a carga térmica total.

Se o calor não puder ser removido eficientemente, a temperatura interna continuará a subir.

A temperatura excessiva pode afetar a confiabilidade dos componentes, o desempenho elétrico, os materiais de isolamento, a vida útil do lubrificante, a resistência à deformação do plástico e a vida útil geral do produto.

O objetivo do ventilador de resfriamento, portanto, não é simplesmente criar fluxo de ar. Seu objetivo é estabelecer uma taxa de troca de ar suficiente para que o calor gerado dentro do invólucro possa ser continuamente transportado para fora.

3, A fórmula básica para o CFM necessário

Para uma primeira estimativa de engenharia, a fórmula de remoção de calor mais útil é:

CFM necessário ≈ 1,76 × Carga Térmica W ÷ Aumento de Temperatura Permitido °C

A fórmula é baseada na relação entre energia térmica, fluxo de ar, densidade do ar e a capacidade térmica específica do ar. Referências técnicas recentes fornecem a mesma relação aproximada para cálculos preliminares de resfriamento de invólucros.

Nesta fórmula, carga térmica significa a quantidade de calor gerada dentro do invólucro.

Aumento de temperatura permitido significa a diferença máxima aceitável entre a temperatura do ar de entrada do invólucro e a temperatura do ar interno ou de saída usada para o projeto térmico.

Por exemplo, suponha que um invólucro contenha componentes que geram um total de 100 W de calor.

Se o aumento de temperatura permitido for 10°C, o requisito teórico de fluxo de ar é:

CFM necessário = 1,76 × 100 ÷ 10

CFM necessário = 17,6 CFM

Isso significa que aproximadamente 17,6 CFM de fluxo de ar real são necessários sob as suposições do cálculo simplificado.

A palavra importante aqui é “real”.

Um ventilador anunciado como 17,6 CFM em ar livre não é automaticamente adequado.

O ventilador selecionado deve ser capaz de fornecer aproximadamente 17,6 CFM na pressão estática criada pelo invólucro.

4, Como calcular a carga térmica total

Antes de calcular o CFM, a carga térmica total deve ser determinada.

Este é um dos passos mais importantes porque o fluxo de ar necessário depende diretamente do calor que deve ser removido.

A carga térmica deve normalmente incluir a potência dissipada por cada componente principal dentro do invólucro.

Por exemplo, um invólucro de controle de plástico pode conter uma fonte de alimentação que dissipa 30 W, um controlador de motor que dissipa 20 W, uma PCB de controle que dissipa 15 W, um sistema de relé que dissipa 5 W e outros componentes eletrônicos que dissipam 10 W.

A carga térmica total aproximada seria, portanto:

30 W + 20 W + 15 W + 5 W + 10 W = 80 W

O projetista deve usar a dissipação de calor real em vez de simplesmente somar a potência nominal de entrada elétrica de cada componente.

Um dispositivo que consome 100 W de potência elétrica não converte necessariamente todos os 100 W em calor dentro do gabinete. Parte da energia pode ser transferida mecanicamente, eletricamente ou através de outra saída.

Para uma engenharia precisa, devem ser considerados os dados de perda do fabricante do componente, dados de temperatura medidos ou testes térmicos diretos.

Uma vez conhecida a carga térmica total, ela pode ser inserida na fórmula de fluxo de ar.

5,Como o aumento de temperatura permitido altera o CFM

O aumento de temperatura permitido tem um efeito importante no fluxo de ar necessário.

Considere uma carga térmica de 100 W.

Se o aumento de temperatura permitido for de 5°C:

CFM necessário = 1,76 × 100 ÷ 5

CFM necessário = 35,2 CFM

Se o aumento de temperatura permitido for de 10°C:

CFM necessário = 17,6 CFM

Se o aumento de temperatura permitido for de 15°C:

CFM necessário ≈ 11,7 CFM

Se o aumento de temperatura permitido for de 20°C:

CFM necessário = 8,8 CFM

Isso demonstra um princípio de projeto importante.

Quanto menor o aumento de temperatura permitido, maior o fluxo de ar necessário.

Se os componentes eletrônicos precisarem permanecer apenas 5°C acima da temperatura ambiente, será necessário consideravelmente mais fluxo de ar do que se um aumento de temperatura de 20°C for aceitável.

O aumento de temperatura permitido deve, portanto, vir dos requisitos térmicos reais do equipamento, em vez de uma especificação arbitrária do ventilador.

6,Calculando o CFM a partir de Watts

Um fluxo de trabalho de engenharia útil é começar com watts em vez do tamanho do ventilador.

Suponha que um gabinete de plástico contenha:

Perda de calor da fonte de alimentação: 40 W

Perda de calor da placa de controle: 15 W

Perda de calor do driver do motor: 25 W

Outras perdas eletrônicas: 10 W

Carga térmica total: 90 W

Se o aumento máximo de temperatura permitido for de 10°C:

CFM necessário = 1,76 × 90 ÷ 10

CFM necessário = 15,84 CFM

O alvo térmico preliminar é, portanto, aproximadamente 15,8 CFM.

Se o engenheiro de projeto quiser levar em conta as perdas práticas de fluxo de ar, o ventilador selecionado pode precisar fornecer um fluxo de ar de catálogo superior a 15,8 CFM, desde que sua curva de desempenho mostre que aproximadamente 15,8 CFM ainda podem ser entregues na pressão do sistema necessária.

É por isso que simplesmente igualar o CFM calculado à classificação de ar livre pode produzir resultados decepcionantes.

7,Considerando o volume do gabinete de plástico

O volume do gabinete também é relevante, mas não deve substituir o cálculo da carga térmica.

Para um gabinete retangular, o volume pode ser calculado como:

Volume = Comprimento × Largura × Altura

Se as dimensões forem medidas em pés, o resultado será em pés cúbicos.

Por exemplo, um gabinete medindo 2 pés × 1,5 pés × 1 pé tem um volume de:

2 × 1,5 × 1 = 3 pés cúbicos

O volume indica ao projetista quanto ar está contido dentro do gabinete, mas não indica ao projetista quanto calor está sendo gerado.

Um gabinete pequeno com 150 W de calor pode precisar de mais fluxo de ar de resfriamento do que um gabinete muito maior com apenas 30 W de calor.

Por esse motivo, a carga térmica e o aumento de temperatura permitido devem ser normalmente as variáveis primárias para o cálculo do fluxo de ar térmico.

O volume pode então ser usado como uma verificação secundária para a troca de ar e a distribuição interna do fluxo de ar.

8,Trocas de ar por hora como um método secundário

Para aplicações de ventilação, outro método é usar trocas de ar por hora.

A fórmula é:

CFM = Volume do gabinete × Trocas de ar por hora ÷ 60

Por exemplo, se um gabinete tem um volume de 3 pés cúbicos e a meta de projeto é de 60 trocas de ar por hora:

CFM = 3 × 60 ÷ 60

CFM = 3 CFM

Este cálculo pode ser útil quando o objetivo é a ventilação geral em vez de remover uma carga térmica eletrônica precisamente conhecida.

No entanto, para um gabinete eletrônico que gera calor, o método de carga térmica é geralmente mais informativo porque conecta diretamente o fluxo de ar à quantidade de calor que precisa ser removida.

As trocas de ar podem então ser usadas como uma verificação de projeto suplementar.

9,Por que a pressão estática deve ser incluída

Após calcular o fluxo de ar necessário, a próxima grande questão é a pressão estática.

É aqui que os ventiladores centrífugos podem oferecer uma grande vantagem.

Gabinetes de plástico geralmente têm caminhos de fluxo de ar restritos. A entrada pode conter uma grade de proteção. Um filtro pode ser instalado para evitar a entrada de poeira. A saída pode ter uma abertura estreita. Placas de circuito internas podem bloquear o fluxo de ar. Um duto pode forçar o ar a mudar de direção.

Cada restrição produz uma queda de pressão.

A resistência total do sistema pode incluir resistência de entrada, resistência de saída, resistência do filtro, resistência da grade, resistência do duto, curvas, dissipadores de calor e obstrução de componentes internos.

Referências recentes de seleção de ventiladores enfatizam que o ponto de operação real é determinado pela interseção da curva de desempenho do ventilador e a curva de resistência do sistema.

Isso significa que um ventilador com uma classificação de CFM de ar livre mais alta pode, às vezes, ter um desempenho pior em um gabinete restritivo do que um ventilador centrífugo com uma classificação de ar livre mais baixa, mas com maior capacidade de pressão.

10,Entendendo a curva P-Q do ventilador

Uma curva P-Q de ventilador mostra a relação entre o fluxo de ar e a pressão estática.

Com resistência muito baixa, o ventilador pode produzir um fluxo de ar relativamente alto.

À medida que a resistência do sistema aumenta, o fluxo de ar diminui.

Na pressão estática máxima, o fluxo de ar se aproxima de zero.

O ponto de operação real ocorre onde a curva do ventilador cruza a curva de resistência do gabinete.

Por exemplo, suponha que um ventilador centrífugo tenha uma classificação de fluxo de ar de ar livre de 30 CFM.

O gabinete pode criar 100 Pa de resistência.

Se a curva do ventilador mostrar que ele pode fornecer 22 CFM a 100 Pa, então o fluxo de ar prático é de aproximadamente 22 CFM, não 30 CFM.

Se o cálculo térmico exigir 25 CFM, esse ventilador não atenderia ao requisito, mesmo que sua classificação de ar livre de catálogo pareça maior do que o valor calculado.

Essa distinção é extremamente importante ao selecionar um ventilador centrífugo de plástico.

11,Estimando a resistência do gabinete

A maneira mais fácil de melhorar a precisão da seleção do ventilador é identificar cada restrição no caminho do fluxo de ar.

A grade de admissão deve ser avaliada.

A grade de saída deve ser avaliada.

Os filtros devem ser avaliados.

Os dutos devem ser avaliados.

Curvas acentuadas devem ser avaliadas.

Passagens estreitas devem ser avaliadas.

Dissipadores de calor e conjuntos eletrônicos densamente compactados devem ser avaliados.

Quanto mais restritivo o sistema se torna, maior a capacidade de pressão estática que o ventilador precisa.

Um gabinete aberto simples pode ter uma resistência relativamente baixa.

Um gabinete plástico compacto, selado ou semiselado, com um filtro e uma passagem de exaustão estreita, pode ter uma resistência substancialmente maior.

No desenvolvimento de engenharia, os testes de protótipo podem fornecer um valor de queda de pressão mais confiável do que apenas a estimativa teórica.

12,Como um ventilador centrífugo ajuda em um gabinete compacto

Ventiladores centrífugos são frequentemente selecionados quando o ar deve se mover através de um caminho restritivo.

Ao contrário de muitos ventiladores axiais que movem o ar principalmente ao longo do eixo de rotação, os ventiladores centrífugos aceleram o ar radialmente através de uma estrutura de impulsor e voluta.

Isso os torna úteis para aplicações onde o fluxo de ar precisa entrar por uma direção e sair por outra, ou onde é necessária uma pressão estática mais alta.

Por exemplo, um gabinete eletrônico de plástico pode ter uma abertura de entrada em um lado e um duto de exaustão no lado oposto.

O ventilador centrífugo pode ser integrado ao gabinete de modo que o ar seja puxado através dos componentes geradores de calor e descarregado através de uma saída estreita.

Este arranjo pode melhorar o caminho geral do fluxo de ar e ajudar a remover o calor de áreas específicas.

13,Como calcular uma margem de segurança prática

O cálculo teórico de CFM é um ponto de partida, e não a especificação final do ventilador.

Sistemas reais contêm tolerâncias de fabricação, acúmulo de poeira, carga de filtro, vazamento de fluxo de ar, obstrução de componentes e mudanças nas condições ambientais.

Portanto, os engenheiros comumente incluem uma margem de projeto.

A margem apropriada depende da aplicação.

Para um projeto preliminar, uma equipe de engenharia pode decidir usar uma margem de fluxo de ar de 20% a 30%, mas isso deve ser tratado como uma premissa de projeto do projeto, e não como um padrão universal.

Por exemplo, se o requisito calculado for 20 CFM e uma margem de projeto de 25% for selecionada:

20 × 1,25 = 25 CFM

A meta de projeto torna-se aproximadamente 25 CFM.

No entanto, o ventilador final ainda deve ser capaz de fornecer 25 CFM na pressão operacional real.

Um grande número de CFM em ar livre não compensa a pressão estática inadequada.

Exemplo de cálculo para um gabinete de ventilador centrífugo de plástico

Considere um gabinete de plástico usado para equipamentos eletrônicos.

A carga térmica interna é de 120 W.

A temperatura ambiente máxima é de 35°C.

A temperatura interna desejada máxima é de 45°C.

Portanto:

Aumento de temperatura permitido = 45°C − 35°C

Aumento de temperatura permitido = 10°C

O cálculo preliminar do fluxo de ar é:

CFM necessário = 1,76 × 120 ÷ 10

CFM necessário = 21,12 CFM

Agora, suponha que a equipe de projeto aplique uma margem de engenharia de 25%:

21,12 × 1,25 = 26,4 CFM

A meta de projeto preliminar torna-se aproximadamente 26,4 CFM.

O engenheiro então avalia a resistência do gabinete.

Suponha que a grade de entrada, o filtro, as passagens internas e a saída criem juntos uma resistência do sistema de 120 Pa a aproximadamente 26 CFM.

O engenheiro agora precisa encontrar um ventilador centrífugo cuja curva de desempenho possa fornecer pelo menos aproximadamente 26 CFM a 120 Pa.

Um ventilador que produz 35 CFM a pressão zero pode não ser adequado se ele puder fornecer apenas 20 CFM a 120 Pa.

Outro ventilador com uma classificação de ar livre de 32 CFM poderia ser mais adequado se sua curva de desempenho fornecer 28 CFM a 120 Pa.

Este exemplo mostra por que o cálculo de CFM e a avaliação da pressão estática devem ser realizados em conjunto.

14,Usando pequenos ventiladores DC em gabinetes compactos

Nem todo gabinete requer um soprador centrífugo grande.

Alguns produtos eletrônicos compactos têm cargas térmicas relativamente baixas e espaço de instalação limitado.

Nessas aplicações, um pequeno ventilador DC pode ser suficiente.

Um ventilador de 30mm 5v pode ser considerado para eletrônicos compactos, dispositivos portáteis, pequenos módulos de controle e outras aplicações de baixa potência onde tanto o tamanho físico quanto a tensão operacional são limitados.

O mesmo princípio se aplica a um ventilador dc de 25mm. Seu tamanho de estrutura pequeno pode ser útil onde a área de instalação disponível é extremamente limitada.

No entanto, o tamanho pequeno do ventilador não elimina a necessidade de cálculos de engenharia.

O projetista ainda precisa determinar o fluxo de ar necessário, a pressão estática disponível, a tensão operacional, o requisito de ruído, a temperatura operacional e a vida útil esperada.

Para produtos muito compactos, o ventilador também pode precisar operar continuamente por milhares de horas, tornando o projeto do motor, a seleção do rolamento e a confiabilidade térmica importantes.

15,Ventilador pequeno versus ventilador centrífugo

A decisão entre um pequeno ventilador axial e um ventilador centrífugo deve ser baseada no caminho do fluxo de ar.

Se o gabinete tiver um caminho de fluxo de ar relativamente aberto e baixa resistência, um ventilador axial pode fornecer uma solução eficiente.

Se o ar precisar passar por um duto estreito, filtro ou caminho interno complicado, um ventilador centrífugo pode ser mais adequado devido à sua capacidade de gerar maior pressão estática.

Um ventilador dc de 25mm pode ser apropriado para um pequeno módulo eletrônico com um caminho de ventilação curto e aberto.

Um ventilador de 30mm 5v pode ser adequado para eletrônicos de consumo compactos onde a fonte de alimentação é limitada a 5 V.

Um soprador centrífugo pode se tornar mais atraente quando o mesmo gabinete compacto contém canais de fluxo de ar estreitos ou um duto mais longo.

A escolha correta deve sempre ser confirmada usando a curva de desempenho do ventilador em vez de apenas o tamanho da estrutura.

16,Exemplo de aplicação: Refrigeração de geladeira

Equipamentos de refrigeração fornecem outro exemplo útil de projeto de fluxo de ar em gabinetes.

Uma geladeira contém compressores, sistemas de controle, componentes elétricos geradores de calor e estruturas de troca de calor.

Um ventilador de exaustão de geladeira pode ser usado em certos arranjos de ventilação para mover o ar quente para longe de uma área designada.

No entanto, o requisito exato de fluxo de ar depende da carga térmica, da área de ventilação disponível, dos limites de temperatura, das perdas de pressão e do projeto geral do sistema de refrigeração.

O ventilador não deve ser selecionado simplesmente porque uma aplicação de geladeira parece exigir alto fluxo de ar.

O projetista deve calcular o calor que deve ser removido e determinar o fluxo de ar operacional necessário.

Se o fluxo de ar precisar passar por um canal estreito ou saída restrita, a pressão estática também deve ser considerada.

17,A importância da direção do fluxo de ar

Um ventilador pode ter CFM suficiente no papel e ainda fornecer resfriamento ruim se a direção do fluxo de ar for mal projetada.

O ar deve normalmente entrar por uma região mais fria e viajar através dos componentes geradores de calor antes de deixar o gabinete.

Se a entrada e a saída estiverem posicionadas muito próximas, o ventilador pode circular o ar localmente sem resfriar efetivamente o restante do gabinete.

Isso pode criar um curto-circuito de fluxo de ar.

O ar de saída pode retornar imediatamente em direção à entrada em vez de passar pela região principal de geração de calor.

Para gabinetes plásticos compactos, a dinâmica dos fluidos computacional pode ser usada para projetos complexos, mas o teste de protótipo físico permanece valioso.

Sensores de temperatura podem ser instalados perto de componentes críticos para determinar se o fluxo de ar está realmente atingindo os locais necessários.

18,Evitando pontos quentes dentro do gabinete

A temperatura média do gabinete nem sempre representa a temperatura do componente mais sensível.

Um transistor de potência, controlador de motor ou regulador de tensão pode operar a uma temperatura muito mais alta do que o ar circundante.

É por isso que a distribuição do fluxo de ar é importante.

Um ventilador centrífugo pode ser posicionado de modo que o fluxo de ar seja direcionado para a região com a maior densidade de calor.

Defletores também podem ser usados para evitar que o ar contorne componentes críticos.

O objetivo não é apenas atingir o CFM calculado na saída do ventilador.

O objetivo é garantir que a quantidade necessária de ar de resfriamento chegue aos componentes que realmente precisam de resfriamento.

Considerando a Temperatura Ambiente

A temperatura ambiente deve ser incluída no projeto térmico.

Um sistema operando em uma sala a 20°C tem um requisito de resfriamento muito diferente do mesmo sistema operando a 40°C.

Se a temperatura interna máxima do componente for 60°C, o aumento de temperatura permitido a 20°C de temperatura ambiente pode ser de 40°C.

A 40°C de temperatura ambiente, o aumento de temperatura permitido é de apenas 20°C.

A segunda condição requer significativamente mais fluxo de ar.

Esta é uma das razões pelas quais equipamentos industriais e externos geralmente exigem uma seleção de ventilador mais cuidadosa do que equipamentos de consumo usados em ambientes internos controlados.

19,Altitude e Densidade do Ar

A densidade do ar muda com a altitude e a temperatura.

Em altitudes mais elevadas, o ar torna-se menos denso.

Para o mesmo fluxo de ar volumétrico, a massa de ar que se move através do gabinete pode, portanto, ser menor.

A fórmula básica de CFM assume condições de ar aproximadamente padrão, portanto, aplicações em alta altitude podem exigir correção de engenharia adicional.

Isso é particularmente relevante para equipamentos destinados a operar em regiões montanhosas ou em aplicações onde as condições ambientais variam significativamente.

Para cálculos preliminares, a fórmula padrão é útil.

Para equipamentos críticos, a temperatura operacional real, a altitude e a densidade do ar devem ser incluídas no cálculo térmico. Referências de engenharia também recomendam corrigir os cálculos de fluxo de ar quando as condições ambientais diferem materialmente das suposições padrão.

Requisitos de Tensão e Controle do Ventilador

Uma vez conhecidos os requisitos de fluxo de ar e pressão, a especificação elétrica também deve ser correspondida.

As tensões comuns de ventiladores DC incluem 5 V, 12 V e 24 V.

Um produto compacto pode exigir um ventilador de 5 Vporque o sistema eletrônico principal já opera a 5 V.

Equipamentos industriais podem usar um ventilador de 12 V ou 24 V, dependendo da arquitetura de energia disponível.

Além da tensão, os engenheiros devem considerar a corrente, o comportamento de inicialização, a proteção contra rotor bloqueado, o controle de velocidade, a saída do tacômetro, o controle PWM e as funções de alarme, quando necessário.

Um ventilador que atende ao requisito de fluxo de ar, mas não consegue se integrar corretamente ao sistema de energia e controle do produto, não é uma solução completa.

20,Considerações sobre Ruído

O ruído pode se tornar um fator importante em pequenos gabinetes de plástico.

Um ventilador com uma velocidade de rotação mais alta pode fornecer um fluxo de ar forte, mas também pode gerar mais ruído aerodinâmico e do motor.

Em eletrodomésticos, equipamentos médicos, eletrônicos de escritório e produtos de consumo, o desempenho acústico pode ser quase tão importante quanto o desempenho térmico.

O projetista deve, portanto, evitar simplesmente escolher o ventilador com o maior RPM disponível.

Uma abordagem melhor é identificar o ponto de operação necessário e selecionar um ventilador que possa fornecer o fluxo de ar e a pressão necessários sem velocidade excessiva.

O caminho do fluxo de ar em si também deve ser projetado cuidadosamente, pois turbulência, curvas fechadas e aberturas estreitas podem gerar ruído adicional.

Confiabilidade e Operação Contínua

Para equipamentos projetados para operação contínua, a confiabilidade do ventilador é uma consideração importante.

O ventilador pode funcionar por muitas horas todos os dias.

A seleção do rolamento, o design do motor, a temperatura do enrolamento, a temperatura de operação, a vibração e a exposição ao pó podem influenciar a vida útil.

Por esta razão, a China Chungfo Fan considera não apenas o fluxo de ar, mas também a construção do produto, as características elétricas e as condições de aplicação ao desenvolver soluções de ventilação.

Para clientes OEM, a personalização pode incluir tensão, corrente, velocidade, fluxo de ar, pressão, configuração dos fios, configuração do conector e outros requisitos funcionais.

21,Testando o Gabinete Final

Cálculos teóricos devem ser sempre seguidos por testes de protótipo quando a aplicação for importante.

Um protótipo de gabinete pode ser testado sob condições ambientais representativas.

Sensores de temperatura podem ser colocados perto de componentes críticos.

O ventilador pode então ser operado na tensão e condição de controle pretendidas.

Os engenheiros podem medir a temperatura de entrada, a temperatura de saída, a temperatura interna do ponto quente, o fluxo de ar e a pressão.

Os resultados medidos podem então ser comparados com o cálculo original.

Se a temperatura interna estiver muito alta, vários fatores devem ser investigados.

O ventilador pode não estar produzindo fluxo de ar suficiente na pressão real do sistema.

O caminho do fluxo de ar pode estar bloqueado.

A entrada ou saída pode ser muito pequena.

O ventilador pode estar posicionado incorretamente.

Pode haver vazamento excessivo.

A carga térmica pode ser maior do que a estimada originalmente.

O gabinete também pode ter uma área de ventilação insuficiente.

Os testes permitem que esses problemas sejam identificados antes da produção em massa.

22,Erros Comuns ao Calcular CFM

Um erro comum é selecionar um ventilador com base apenas no CFM máximo impresso na folha de dados.

Isso ignora a pressão estática.

Outro erro é calcular o fluxo de ar com base apenas no volume do gabinete.

O volume por si só não descreve quanto calor deve ser removido.

Um terceiro erro é usar a potência elétrica nominal de cada componente como sua carga térmica sem determinar a dissipação de potência real.

Outro problema é usar um aumento de temperatura excessivamente pequeno sem considerar se o fluxo de ar necessário é fisicamente alcançável.

Os projetistas às vezes também esquecem que os filtros se tornam mais restritivos à medida que o pó se acumula.

O sistema de fluxo de ar deve, portanto, ser avaliado sob condições operacionais realistas.

Outro erro comum é colocar a entrada e a saída muito próximas uma da outra.

Isso pode resultar em recirculação de ar em vez de resfriamento eficaz.

Um erro final é selecionar um ventilador antes de definir os requisitos térmicos.

A melhor sequência é calcular a carga térmica, determinar o aumento de temperatura permitido, calcular o fluxo de ar necessário, estimar a resistência do sistema, identificar o ponto de operação e então selecionar o ventilador.

23,Um Fluxo de Trabalho Prático para Seleção de Ventiladores

O processo completo pode ser resumido como um fluxo de trabalho de engenharia prático.

Primeiro, determine a temperatura ambiente máxima.

Segundo, determine a temperatura interna ou do componente máxima aceitável.

Terceiro, calcule o aumento de temperatura permitido.

Quarto, calcule a carga térmica interna total.

Quinto, calcule o CFM teórico necessário.

Sexto, avalie o caminho do fluxo de ar do gabinete.

Sétimo, estime ou meça a pressão estática do sistema.

Oitavo, adicione uma margem de engenharia apropriada.

Nono, compare o ponto de operação alvo com as curvas de desempenho do ventilador centrífugo.

Décimo, verifique a seleção final por meio de testes de protótipo.

Este fluxo de trabalho ajuda a evitar o problema comum de selecionar um ventilador com base em um único número de catálogo.

24,Como a China Chungfo Fan pode apoiar o resfriamento de gabinetes

A China Chungfo Fan desenvolve e fabrica uma linha de ventiladores de resfriamento DC e ventilador de resfriamento AC para diferentes aplicações de equipamentos.

Sua gama de produtos inclui ventiladores axiais, sopradores centrífugos, ventiladores de fluxo cruzado, ventiladores sem moldura e soluções de motor relacionadas.

Para aplicações OEM, o ventilador pode ser avaliado de acordo com a tensão, corrente, velocidade, fluxo de ar, pressão estática, dimensões, ruído, ambiente operacional e requisitos de fiação necessários.

Para gabinetes plásticos compactos, o processo de design pode começar com a carga térmica do cliente e o espaço de instalação disponível.

O CFM necessário pode então ser calculado e combinado com o requisito de pressão.

Essa abordagem é mais confiável do que simplesmente selecionar um ventilador de acordo com suas dimensões externas.

A China Chungfo Fan também possui capacidades de produção e teste que abrangem desenvolvimento de produto, desenvolvimento de moldes, moldagem por injeção, SMT, montagem e controle de qualidade.

Equipamentos de teste podem ser usados para avaliar o fluxo de ar, pressão, ruído, desempenho elétrico e outras características do produto.

Para aplicações OEM e personalizadas, essas capacidades podem ajudar a conectar o cálculo teórico do ventilador com o produto fabricado real.

25,Conclusão

Calcular o CFM necessário para um gabinete de ventilador centrífugo de plástico começa com o calor, não com o tamanho do ventilador.

A fórmula preliminar básica é:

CFM necessário ≈ 1,76 × Carga Térmica W ÷ Aumento de Temperatura Permitido °C

Este cálculo estabelece o requisito teórico de fluxo de ar.

No entanto, ele não representa a seleção final do ventilador.

O projetista também deve considerar a pressão estática, filtros, grades, dutos, componentes internos, direção do fluxo de ar, distribuição de temperatura, temperatura ambiente, altitude, ruído e confiabilidade.

A distinção mais importante é entre o fluxo de ar em ar livre e o fluxo de ar operacional real.

Um ventilador centrífugo deve ser selecionado de acordo com o ponto onde sua curva de desempenho cruza a curva de resistência do sistema do gabinete.

Para um gabinete de baixa resistência, um ventilador axial compacto pode ser suficiente.

Para um gabinete compacto com passagens estreitas, filtros ou dutos, um ventilador centrífugo pode fornecer um desempenho de pressão-fluxo mais apropriado.

Produtos pequenos podem usar um ventilador de 30mm 5v ou um ventilador dc de 25mm quando a carga térmica e os requisitos de fluxo de ar são relativamente baixos, enquanto sistemas maiores ou mais restritivos podem exigir um soprador centrífugo de maior desempenho.

O mesmo princípio de cálculo também pode ser aplicado a aplicações como sistemas de ventiladores de exaustão de refrigeradores, gabinetes eletrônicos, eletrodomésticos, equipamentos médicos, equipamentos de carregamento e máquinas industriais.

A abordagem mais confiável é, portanto, calcular a carga térmica, determinar o aumento de temperatura permitido, calcular o CFM, avaliar a pressão estática, selecionar o ventilador a partir de sua curva de desempenho e, em seguida, verificar o design final por meio de testes.

26,FAQ

FAQ 1: Qual é a fórmula básica para calcular o CFM necessário?

A fórmula preliminar é CFM necessário ≈ 1,76 × Carga Térmica em Watts ÷ Aumento de Temperatura Permitido em °C. O resultado representa o fluxo de ar real aproximado necessário para a remoção de calor sob as premissas do cálculo.

FAQ 2: O CFM em ar livre do ventilador é o mesmo que o fluxo de ar real do gabinete?

Não. O CFM em ar livre é normalmente medido sob condições com resistência ao fluxo de ar muito baixa. Uma vez que o ventilador é instalado em um gabinete com filtros, grades, dutos ou passagens estreitas, o fluxo de ar real pode diminuir. A curva de desempenho do ventilador deve, portanto, ser verificada na pressão estática esperada.

FAQ 3: Quanto CFM um gabinete de 100 W requer?

A resposta depende do aumento de temperatura permitido. Com um aumento de temperatura de 5°C, o requisito preliminar é de cerca de 35,2 CFM. A 10°C, é de cerca de 17,6 CFM. A 15°C, é de cerca de 11,7 CFM. A 20°C, é de cerca de 8,8 CFM.

FAQ 4: Por que a pressão estática deve ser considerada ao selecionar um ventilador centrífugo?

A pressão estática representa a resistência que o ventilador deve superar. Filtros, grades, dutos, dissipadores de calor e canais de fluxo de ar estreitos podem reduzir significativamente o fluxo de ar. Portanto, um ventilador centrífugo deve ser avaliado de acordo com a necessidade de pressão real, em vez de apenas em condições de ar livre.

FAQ 5: Um pequeno ventilador DC pode ser usado para um gabinete de plástico?

Sim, se a carga térmica e a necessidade de fluxo de ar forem suficientemente baixas. Um ventilador de 30mm 5v ou um ventilador dc de 25mm podem ser adequados para produtos eletrônicos compactos, mas o fluxo de ar, a pressão estática, a tensão, o ruído e a vida útil operacional necessários devem ser todos avaliados.

FAQ 6: Quando um ventilador centrífugo deve ser selecionado em vez de um ventilador axial?

Um ventilador centrífugo pode ser particularmente útil quando o fluxo de ar precisa passar por um caminho restritivo, duto estreito, filtro ou canal interno compacto. Se o caminho do fluxo de ar for relativamente aberto e a resistência for baixa, um ventilador axial também pode ser apropriado.

FAQ 7: Um gabinete maior sempre precisa de mais CFM?

Não. O volume do gabinete é apenas um fator. O fluxo de ar necessário está relacionado principalmente à carga térmica e ao aumento de temperatura permitido. Um gabinete pequeno com uma carga térmica alta pode exigir mais fluxo de ar de resfriamento do que um gabinete grande com uma carga térmica baixa.

FAQ 8: Uma margem de segurança de fluxo de ar deve ser adicionada?

Uma margem de projeto pode ser útil para levar em conta fatores práticos como perdas de fluxo de ar, tolerâncias de componentes, carregamento de filtro e condições operacionais. A margem apropriada depende da aplicação e não deve ser tratada como um valor fixo universal.

FAQ 9: Como a seleção final do ventilador pode ser verificada?

A melhor abordagem é comparar o fluxo de ar e a pressão estática necessários com a curva de desempenho P-Q do ventilador e, em seguida, verificar o ventilador selecionado em um gabinete protótipo representativo. A temperatura, o fluxo de ar e a pressão podem ser medidos durante os testes.

FAQ 10: A China Chungfo Fan pode fornecer soluções personalizadas de ventiladores centrífugos?

A China Chungfo Fan pode avaliar os requisitos do ventilador com base em dimensões, tensão, corrente, velocidade, fluxo de ar, pressão, ruído, fiação e condições de aplicação. Para projetos OEM, esses requisitos podem ser usados como ponto de partida para selecionar ou desenvolver uma solução de ventilador adequada.