Quin mètode de càlcul de dissipació de la calor s’utilitza per escollir la mida del ventilador de refrigeració de l’armari

Escollir el ventilador de refrigeració d'armari adequat comença molt abans de llegir un catàleg. La mida del ventilador depèn de la quantitat de calor que l'armari ha d'evacuar, de l'augment de temperatura que poden suportar els equips i del cabal d'aire necessari per eliminar aquesta calor. Una estimació errònia fa que els components electrònics funcionin massa calents i es disparin; una unitat massa gran malgasta energia i genera soroll. Un dimensionament insuficient roman ocult fins que una temperatura ambient estival fa que l'augment de temperatura intern superi el límit i el variador falli sense advertiment.

Calculeu la càrrega tèrmica abans d'escollir un ventilador

Lliste tots els focus de calor en watts

Un ventilador de refrigeració d’armari només funciona si el seu cabal d’aire coincideix amb la càrrega tèrmica real de l’armari. Comenceu per fer una llista de tots els dispositius que hi ha a l’interior del quadre: accionaments de freqüència variable, amplificadors servo, transformadors, fonts d’alimentació i mòduls PLC. Cada full de dades indica una xifra de pèrdues, normalment un percentatge de la potència d’entrada. Sumi aquestes pèrdues per obtenir la càrrega tèrmica total en watts. Un accionament de freqüència variable de 10 kW amb unes pèrdues del 3 % contribueix amb 300 W; uns quants mòduls petits afegeixen desenes de watts. El total determina tot el que ve a continuació.

Establiu l’augment de temperatura permès (ΔT)

L’augment de temperatura, indicat com a ΔT, és la diferència entre la temperatura de l’aire que entra a l’armari i la del punt intern més calent. Els dispositius semiconductors, com ara els IGBT i els rectificadors, perden vida útil ràpidament quan superen la temperatura màxima de junció especificada; per tant, la majoria de panells tenen com a objectiu un ΔT de 10–15 °C. Un ΔT més petit exigeix una taxa de cabal d’aire més elevada; un ΔT més gran permet utilitzar un ventilador de refrigeració d’armari més petit, però comporta el risc de sotmetre els components a tensions tèrmiques. Cal decidir el ΔT en funció de la qualificació del component més feble, i no per qüestions de conveniència. Les normes europees IEC i EN sobre equips especifiquen les temperatures operatives màximes, i ajustar el disseny a aquests límits assegura que l’armari es mantingui dins dels marges segurs de resistència tèrmica.

Aplicar el càlcul del CFM i la fórmula de dimensionament

Convertir watts en cabal d’aire necessari

La fórmula de dimensionament relaciona directament la càrrega tèrmica, el cabal d’aire i la ΔT. Per a l’aire, la calor eliminada equival al cabal màssic multiplicat per la calor específica i per l’augment de temperatura, expressat com a Q = m·cp·ΔT. En unitats angleses, això es converteix en un càlcul de CFM: el cabal d’aire necessari en peus cúbics per minut equival a la càrrega tèrmica en watts dividida per (1,08 × ΔT en °C aproximadament, fent servir la constant imperial). Quan la constant s’expressa per grau Celsius, el cabal d’aire en m³/h ≈ 3,6 × watts / (1,2 × 1005 × ΔT). Sigui quina sigui la fórmula emprada, duplicar la càrrega tèrmica duplica el cabal d’aire necessari per a la mateixa ΔT. Un ventilador de refrigeració per a armari correctament dimensionat subministra aquest cabal d’aire al punt de funcionament instal·lat. Cal tenir en compte que aquesta fórmula de dimensionament suposa convecció forçada amb una densitat d’aire propera a la del nivell del mar; en ubicacions d’alta altitud cal aplicar una correcció de densitat que augmenta el cabal d’aire necessari.

Ajusteu la corba del ventilador a la resistència del sistema

Una corba de ventilador representa la pressió en funció del cabal d’aire per a una unitat en lliure funcionament, però l’enclosa afegeix una resistència sistèmica deguda als filtres, reixes i components interns. El punt de funcionament real es troba on la corba del ventilador talla la corba de resistència del sistema. Un ventilador amb un cabal d’aire lliure elevat (CFM) pot col·lapsar un cop instal·lat darrere d’un filtre; per tant, el ventilador de refrigeració de l’armari s’ha d’escollir segons el punt de funcionament instal·lat, no segons la seva classificació en condicions d’aire lliure. Llegiu conjuntament les dues corbes abans de prendre cap decisió. Els filtres i les reixes representen la part més important de la resistència sistèmica, de manera que un prefiltrae lavable que es mantingui net protegeix molt més el punt de funcionament instal·lat que un petit augment del cabal d’aire lliure (CFM).

Un exercici de dimensionament d’armaris amb variadors de freqüència (VFD)

Considereu un exercici de dimensionament d’un armari per a un variador de freqüència: un variador de 22 kW dissipa uns 660 W, i les resistències de frenada en sumen 200 W, amb un total d’uns 860 W. L’armari permet una pujada de temperatura de 12 °C. Aplicant la fórmula de dimensionament, el cabal d’aire necessari és d’aproximadament 3,6 × 860 / (1,2 × 1005 × 12) ≈ 0,43 m³/s, o sigui uns 1.540 m³/h. Una sola unitat axial de 250 m³/h és clarament insuficient; caldrà bé diverses ventiladors, bé una unitat filtrant-ventiladora de major capacitat. Aquest pas evita l’error habitual de triar l’armari segons la mida del bastidor en lloc de fer-ho segons la necessitat de dissipació tèrmica, i mostra per què el ventilador de refrigeració de l’armari ha de seguir l’equació tèrmica. Si es torna a calcular el cabal en CFM per a una pujada de temperatura de 15 °C, la necessitat baixa a uns 1.230 m³/h, cosa que posa de manifest com uns quants graus de diferència de temperatura (ΔT) poden modificar completament la selecció del ventilador.

Convecció, resistència tèrmica i volum de l’armari

Per què el volum de l’armari i la convecció són importants

La convecció desplaça la calor de les superfícies calentes cap al corrent d’aire en moviment. Un volum major de recinte proporciona més aire intern i una pujada de temperatura més lenta durant càrregues transitoris, de manera que el mateix ventilador de refrigeració del quadre funciona millor en un quadre espaiós que en un de reduït. La resistència tèrmica, és a dir, la caiguda de temperatura per watt entre el component i l’aire, disminueix a mesura que augmenta el cabal d’aire. Reduir les obstruccions interiors i mantenir els camins d’aire lliures disminueix la resistència tèrmica i permet que un ventilador moderat mantingui la ΔT objectiu. La convecció natural per si sola rarament dissipa tota la càrrega tèrmica en un quadre estanc, la qual cosa explica per què el cabal d’aire forçat generat per un ventilador es converteix en el factor determinant per a la pujada estable de temperatura.

Especificar, inspeccionar i mantenir la configuració de refrigeració

Seleccionar segons el punt de funcionament real

Especifiqueu els ventiladors segons el punt de funcionament instal·lat mesurat i l’ambient més advers. Comproveu que el model porti les marques pertinents, com ara CE i UKCA, i que la categoria de protecció (IP44 o IP54) sigui adequada per al lloc: les zones polsegoses o aquelles sotmeses a netejades amb aigua requereixen la categoria més elevada. Confirmeu el tipus de rodaments i l’enrotllament del motor; les unitats amb rodaments de boles i enrotllaments de coure pur mantenen millor el rendiment durant períodes prolongats de funcionament continu. Un ventilador de refrigeració d’armari seleccionat únicament segons la mida del bastidor sovint no aconsegueix fer front a la càrrega tèrmica real. En els llocs que són cambres netes controlades, les indicacions de la norma ISO 14644 sobre partícules en suspensió a l’aire també influeixen en la tria del filtre, ja que un filtre més dens augmenta la resistència del sistema i desplaça el punt de funcionament.

El manteniment manté estable la dissipació de calor

Els filtres s’obstrueixen, les paletes acumulen pols i els coixinets envellissen, tot el qual redueix el cabal d’aire i augmenta l’elevació de temperatura. Una inspecció programada — netejant el filtre, comprovant les RPM i observant si la temperatura dels components augmenta — preserva la dissipació de calor dissenyada. Substituïu els prefiltes lavables segons un calendari i verifiqueu que l’equip encara compleixi la seva taxa de cabal d’aire al punt de funcionament instal·lat. El manteniment constant del ventilador de refrigeració de l’armari és el que fa que la mida original continuï sent vàlida durant anys de servei. Un registre senzill de la temperatura d’entrada, l’estat del filtre i la tendència de les RPM detecta una reducció del cabal d’aire abans que augmenti la càrrega de dissipació de calor interna per sobre del disseny.

Preguntes freqüents

Pregunta

Quin mètode de càlcul de dissipació de calor coincideix amb la mida del ventilador?

Resposta: El mètode suma les pèrdues internes en watts, estableix una pujada de temperatura admisible ΔT i després utilitza un càlcul de CFM a partir de Q = m·cp·ΔT per obtenir el cabal d’aire necessari. El ventilador de refrigeració de l’armari es selecciona en el punt on la seva corba de ventilador interseca la resistència del sistema de l’enclosa. Verificar el punt de funcionament instal·lat, i no la valoració en aire lliure, assegura que la mida escollida sigui correcta per a la càrrega tèrmica real.

Pregunta

Per què és més important la corba del ventilador que el CFM en aire lliure?

Resposta: Una corba de ventilador mostra la pressió respecte al cabal d’aire només per a l’unitat, mentre que l’enclosa afegeix una resistència del sistema deguda a filtres i components. El punt de funcionament real és la intersecció d’aquestes dues corbes. Un valor elevat de CFM en aire lliure es redueix dràsticament un cop s’instal·la un filtre, de manera que valorar una unitat únicament segons la seva valoració en aire lliure pot induir a error. Ajustar la corba a la resistència instal·lada permet conèixer el cabal d’aire realment subministrat.

Pregunta

Com es converteix la càrrega tèrmica en el cabal d’aire necessari?

Resposta: La càrrega tèrmica en watts es converteix amb la relació Q = m·cp·ΔT, on el cabal massic per la calor específica per l’augment de temperatura equival a la calor extreta. Reordenada, el cabal d’aire = càrrega tèrmica / (densitat × calor específica × ΔT). En la pràctica, un càlcul de CFM utilitza una constant fixa, de manera que els watts i el ΔT donen el cabal necessari en peus cúbics per minut. Una càrrega tèrmica més gran o un ΔT permès més petit exigeixen tots dos un cabal d’aire més elevat del ventilador escollit.

Pregunta

Pot reduir el volum de l’armari la mida necessària del ventilador?

Resposta: Un volum d’armari més gran conté més aire intern i redueix la velocitat de pujada de temperatura durant pics de càrrega breus, cosa que pot alleujar la demanda sobre el dispositiu de refrigeració. La convecció també millora quan les trajectòries d’aire romanen sense obstruccions, disminuint la resistència tèrmica. Tanmateix, el volum per si sol no pot substituir un càlcul correcte de CFM; la càrrega tèrmica estable en watts determina el cabal d’aire mínim. Dimensioni primer el ventilador segons l’equació tèrmica, i després faci servir el volum com a marge.

Pregunta

Quines certificacions s’apliquen als ventiladors per a armaris industrials?

Resposta: Les referències rellevants inclouen la marca CE i la UKCA per als mercats europeu i britànic, així com les normes de producte IEC i EN per a màquines elèctriques rotatives. Per a sales netes o entorns controlats, la norma ISO 14644 orienta sobre condicions de partícules i tèrmiques. On hi ha àrees perilloses, s’apliquen les normes ATEX i NFPA 70. Especificar ventiladors que portin les marques adequades per al mercat de destinació contribueix a la conformitat i a un servei més segur i durador.