कैबिनेट शीतलन पंखे के आकार के लिए ऊष्मा विसरण की गणना की कौन-सी विधि?

सही कैबिनेट शीतलन पंखे का चयन करना कैटलॉग पढ़ने से कहीं पहले शुरू हो जाता है। पंखे का आकार इस बात पर निर्भर करता है कि एन्क्लोज़र को कितनी ऊष्मा निकालनी है, उपकरण कितनी तापमान वृद्धि सहन कर सकता है, और उस ऊष्मा को दूर करने के लिए कितनी वायु प्रवाह दर की आवश्यकता है। गलत अनुमान से इलेक्ट्रॉनिक्स अत्यधिक गर्म होकर ट्रिप कर सकते हैं; बहुत बड़ा पंखा ऊर्जा का अपव्यय करता है और शोर उत्पन्न करता है। छोटे आकार के पंखे की समस्या तब तक छुपी रहती है जब तक कि गर्मियों में बाहरी तापमान के कारण आंतरिक तापमान वृद्धि सीमा से अधिक नहीं हो जाती, जिससे ड्राइव चेतावनी के बिना खराब हो जाता है।

पंखा चुनने से पहले ऊष्मा भार की गणना करें

वाट में प्रत्येक ऊष्मा स्रोत की सूची बनाएँ

एक कैबिनेट शीतलन पंखा केवल तभी काम करता है जब इसकी वायु प्रवाह डिब्बे के वास्तविक ऊष्मा भार के अनुरूप हो। सबसे पहले, पैनल के अंदर स्थित प्रत्येक उपकरण की सूची बनाएँ: चर-आवृत्ति ड्राइव, सर्वो एम्पलीफायर, ट्रांसफॉर्मर, शक्ति आपूर्ति और पीएलसी मॉड्यूल। प्रत्येक डेटाशीट में एक हानि आंकड़ा दिया गया है, जो आमतौर पर इनपुट शक्ति का एक प्रतिशत होता है। इन हानियों को जोड़कर कुल ऊष्मा भार (वॉट में) प्राप्त करें। एक १० किलोवाट का वीएफडी, जिसकी हानि ३% है, ३०० वॉट योगदान करता है; कुछ छोटे मॉड्यूल कुछ दसियों वॉट जोड़ते हैं। कुल ऊष्मा भार ही सभी अगले चरणों का निर्धारण करता है।

अनुमत तापमान वृद्धि (ΔT) निर्धारित करें

तापमान वृद्धि, जिसे ΔT लिखा जाता है, आवरण में प्रवेश करने वाली वायु और सबसे गर्म आंतरिक बिंदु के बीच का अंतर है। आईजीबीटी और रेक्टिफायर जैसे अर्धचालक उपकरण अपने नामांकित जंक्शन तापमान से ऊपर तेज़ी से अपना जीवन कम कर देते हैं, इसलिए अधिकांश पैनल 10–15 °C के ΔT को लक्ष्य बनाते हैं। छोटा ΔT अधिक वायु प्रवाह दर की मांग करता है; बड़ा ΔT छोटे कैबिनेट शीतलन पंखे की अनुमति देता है, लेकिन घटकों पर तनाव का खतरा भी बढ़ा देता है। ΔT का निर्णय सबसे कमज़ोर घटक की रेटिंग के आधार पर लें, सुविधा के आधार पर नहीं। आईईसी और ईएन उपकरण मानकों में अधिकतम कार्यकारी तापमान की सूची दी गई है, और डिज़ाइन को उन सीमाओं के अनुरूप बनाने से आवरण सुरक्षित थर्मल प्रतिरोध सीमाओं के भीतर रहता है।

सीएफएम गणना और आकार निर्धारण सूत्र का उपयोग करें

वाट को आवश्यक वायु प्रवाह दर में बदलें

आकार निर्धारण का सूत्र ऊष्मा भार, वायु प्रवाह और ΔT को सीधे जोड़ता है। वायु के लिए, निकाली गई ऊष्मा द्रव्यमान प्रवाह के गुणनफल के बराबर होती है, विशिष्ट ऊष्मा के गुणनफल के बराबर और तापमान में वृद्धि के गुणनफल के बराबर, जिसे Q = m·cp·ΔT के रूप में व्यक्त किया जाता है। क्षेत्र इकाइयों में यह एक CFM गणना बन जाता है: प्रति मिनट घन फुट में आवश्यक वायु प्रवाह, वाट में ऊष्मा भार को (लगभग 1.08 × ΔT °C से विभाजित करने पर, औपनिवेशिक स्थिरांक का उपयोग करते हुए) के बराबर होता है। जब स्थिरांक को प्रति °C में व्यक्त किया जाता है, तो m³/h में वायु प्रवाह ≈ 3.6 × वाट / (1.2 × 1005 × ΔT) होता है। कोई भी तरीका अपनाया जाए, ऊष्मा भार को दोगुना करने पर समान ΔT के लिए आवश्यक वायु प्रवाह भी दोगुना हो जाता है। एक उचित आकार का कैबिनेट शीतलन पंखा उस वायु प्रवाह को स्थापित संचालन बिंदु पर प्रदान करता है। ध्यान दें कि यह आकार निर्धारण सूत्र बल द्वारा संवहन को मानता है, जिसमें वायु घनत्व समुद्र तल के निकट होता है; उच्च ऊँचाई वाले स्थानों के लिए घनत्व सुधार की आवश्यकता होती है, जो आवश्यक वायु प्रवाह दर को बढ़ा देता है।

पंखा वक्र को प्रणाली प्रतिरोध के साथ मिलाएँ

एक पंखा वक्र एक स्वतंत्र रूप से काम करने वाली इकाई के लिए दबाव बनाम वायु प्रवाह को दर्शाता है, लेकिन आवरण फ़िल्टर, ग्रिल्स और आंतरिक घटकों से प्रणाली प्रतिरोध जोड़ता है। वास्तविक संचालन बिंदु उस स्थान पर स्थित होता है जहाँ पंखा वक्र प्रणाली प्रतिरोध वक्र से मिलता है। एक उच्च मुक्त-वायु CFM वाला पंखा एक फ़िल्टर के पीछे स्थापित होने के बाद अपना प्रदर्शन खो सकता है, इसलिए कैबिनेट शीतलन पंखे का चयन स्थापित संचालन बिंदु के आधार पर किया जाना चाहिए, न कि खुली हवा में दिए गए मान के आधार पर। अंतिम निर्णय लेने से पहले दोनों वक्रों को एक साथ पढ़ें। फ़िल्टर और ग्रिल्स प्रणाली प्रतिरोध का सबसे बड़ा हिस्सा जोड़ते हैं, इसलिए एक धोने योग्य पूर्व-फ़िल्टर जो साफ़ रहता है, स्थापित संचालन बिंदु की रक्षा करने में मुक्त-वायु CFM में छोटी वृद्धि की तुलना में कहीं अधिक प्रभावी है।

VFD ड्राइव कैबिनेट आकार निर्धारण अभ्यास

एक वीएफडी ड्राइव कैबिनेट के आकार निर्धारण का उदाहरण लीजिए: एक 22 किलोवाट ड्राइव लगभग 660 वाट की हानि करती है, जिसमें ब्रेकिंग प्रतिरोधकों के कारण 200 वाट की अतिरिक्त हानि जुड़ जाती है, जिससे कुल हानि लगभग 860 वाट हो जाती है। पैनल में 12 °से का तापमान उत्थान स्वीकार्य है। आकार निर्धारण के सूत्र का उपयोग करने पर, आवश्यक वायु प्रवाह ≈ 3.6 × 860 ÷ (1.2 × 1005 × 12) ≈ 0.43 घन मीटर/सेकंड, या लगभग 1,540 घन मीटर/घंटा होता है। एकल 250 घन मीटर/घंटा अक्षीय पंखा स्पष्ट रूप से अपर्याप्त है; इसके लिए या तो कई पंखों की आवश्यकता होगी या उच्च क्षमता वाली फ़िल्टर-पंखा व्यवस्था की आवश्यकता होगी। यह चरण आम तौर पर फ्रेम आकार के आधार पर खरीद करने की गलती को रोकता है, बजाय ऊष्मा अपव्यय की आवश्यकता के आधार पर खरीद करने के, और यह दर्शाता है कि कैबिनेट शीतलन पंखा को ऊष्मा समीकरण का पालन क्यों करना चाहिए। 15 °से के तापमान उत्थान के लिए सीएफएम गणना दोहराने पर आवश्यकता लगभग 1,230 घन मीटर/घंटा तक कम हो जाती है, जो दिखाता है कि ΔT के कुछ डिग्री का परिवर्तन पूरी पंखा चयन प्रक्रिया को कैसे प्रभावित करता है।

संवहन, तापीय प्रतिरोध और आवरण का आयतन

आवरण का आयतन और संवहन क्यों महत्वपूर्ण हैं

संवहन गर्म सतहों से गतिशील वायु प्रवाह में ऊष्मा को स्थानांतरित करता है। एक बड़ा आवरण आयतन अधिक आंतरिक वायु प्रदान करता है और अस्थायी भार के दौरान तापमान में वृद्धि की दर कम हो जाती है, इसलिए एक ही कैबिनेट शीतलन पंखा एक विस्तृत पैनल में एक संकरे पैनल की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करता है। तापीय प्रतिरोध, जो घटक और वायु के बीच प्रति वाट तापमान कमी है, वायु प्रवाह दर के बढ़ने के साथ कम हो जाता है। आंतरिक अवरोधों को कम करना और वायु प्रवाह पथ को स्पष्ट रखना तापीय प्रतिरोध को कम करता है और एक मामूली पंखा को लक्ष्य ΔT बनाए रखने में सक्षम बनाता है। प्राकृतिक संवहन अकेले एक सीलबंद पैनल में ऊष्मा भार को हटाने में दुर्लभ रूप से सफल होता है, जिसके कारण एक पंखा से बलात् वायु प्रवाह दर स्थायी तापमान वृद्धि के लिए नियंत्रक कारक बन जाती है।

शीतलन व्यवस्था का निर्दिष्टीकरण, निरीक्षण और रखरखाव करें

वास्तविक संचालन बिंदु के आधार पर चुनें

प्रत्यक्ष रूप से मापी गई स्थापित कार्य करने वाली बिंदु और सबसे खराब परिस्थितियों वाले वातावरण के खिलाफ पंखों को निर्दिष्ट करें। सुनिश्चित करें कि मॉडल पर प्रासंगिक चिह्न जैसे सीई और यूके सीए अंकित हों तथा सुरक्षा रेटिंग (आईपी44 या आईपी54) स्थान की आवश्यकताओं के अनुरूप हो — धूल भरे या वॉश-डाउन क्षेत्रों में उच्च रेटिंग की आवश्यकता होती है। बेयरिंग के प्रकार और मोटर वाइंडिंग की पुष्टि करें; शुद्ध-तांबे के, बॉल-बेयरिंग वाले उपकरण निरंतर कार्य के तहत लंबे समय तक प्रदर्शन बनाए रखते हैं। कैबिनेट शीतलन पंखे का चयन केवल फ्रेम आकार के आधार पर करने से अक्सर वास्तविक ऊष्मा भार को पूरा करने में विफलता होती है। जहां स्थान एक नियंत्रित शुद्ध कक्ष है, वहां वायु में निलंबित कणों के संबंध में आईएसओ 14644 दिशा-निर्देश भी फ़िल्टर के चयन को प्रभावित करते हैं, क्योंकि एक घने फ़िल्टर से प्रणाली का प्रतिरोध बढ़ जाता है और कार्य करने वाले बिंदु का स्थानांतरण हो जाता है।

रखरखाव ऊष्मा अपव्यय को स्थिर बनाए रखता है

फ़िल्टर अवरुद्ध हो जाते हैं, ब्लेड पर धूल जमा हो जाती है, और बेयरिंग्स का उम्र बढ़ने से सभी कारणों से वायु प्रवाह कम हो जाता है और तापमान में वृद्धि होती है। एक नियोजित निरीक्षण — फ़िल्टर की सफ़ाई, आरपीएम की जाँच, और घटकों के तापमान में वृद्धि का अवलोकन — डिज़ाइन की गई ऊष्मा अपवहन क्षमता को बनाए रखता है। धोने योग्य प्री-फ़िल्टर को निश्चित अंतराल पर बदलें, और सुनिश्चित करें कि इकाई स्थापित संचालन बिंदु पर अपनी वायु प्रवाह दर को बनाए रखती है। कैबिनेट शीतलन पंखे का निरंतर रखरखाव वर्षों तक सेवा के दौरान मूल आकार की वैधता को बनाए रखता है। इनलेट तापमान, फ़िल्टर की स्थिति और आरपीएम के रुझान का एक सरल लॉग वायु प्रवाह दर में कमी को तब पहचान लेता है, जब यह आंतरिक ऊष्मा अपवहन भार को डिज़ाइन सीमा से अधिक नहीं बढ़ने देता।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

प्रश्न

कौन सी ऊष्मा अपवहन गणना विधि पंखे के आकार से मेल खाती है?

उत्तर: इस पद्धति में आंतरिक हानियों को वॉट में जोड़ा जाता है, एक अनुमत तापमान वृद्धि ΔT निर्धारित की जाती है, और फिर Q = m·cp·ΔT से CFM की गणना करके आवश्यक वायु प्रवाह दर प्राप्त की जाती है। कैबिनेट शीतलन पंखा उस बिंदु पर चुना जाता है जहाँ उसका पंखा वक्र कैबिनेट के प्रणाली प्रतिरोध के साथ मिलता है। स्थापित संचालन बिंदु की जाँच करना—खुली हवा में दी गई रेटिंग नहीं—वास्तविक ऊष्मा भार के लिए चुने गए पंखे के आकार को सही रखता है।

प्रश्न

पंखा वक्र, मुक्त-वायु CFM की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण क्यों है?

उत्तर: एक पंखा वक्र इकाई के लिए दबाव बनाम वायु प्रवाह को दर्शाता है, जबकि कैबिनेट फ़िल्टर और घटकों के कारण प्रणाली प्रतिरोध जोड़ता है। वास्तविक संचालन बिंदु दोनों वक्रों का प्रतिच्छेदन बिंदु होता है। एक उच्च मुक्त-वायु CFM मान एक फ़िल्टर लगाने के बाद गिर जाता है, इसलिए केवल खुली हवा में दी गई रेटिंग के आधार पर इकाई का मूल्यांकन भ्रामक होता है। वक्र को स्थापित प्रतिरोध के साथ सुमेलित करने से वास्तविक प्रदान की गई वायु प्रवाह दर प्राप्त होती है।

प्रश्न

ऊष्मा भार को आवश्यक वायु प्रवाह में कैसे परिवर्तित किया जाता है?

उत्तर: वाट में ऊष्मा भार को संबंध Q = m·cp·ΔT के साथ परिवर्तित किया जाता है, जहाँ द्रव्यमान प्रवाह × विशिष्ट ऊष्मा × तापमान वृद्धि = निकाली गई ऊष्मा के बराबर होता है। पुनर्व्यवस्थित करने पर, वायु प्रवाह दर = ऊष्मा भार ÷ (घनत्व × विशिष्ट ऊष्मा × ΔT)। व्यवहार में, CFM गणना एक निश्चित स्थिरांक का उपयोग करती है, इसलिए वाट और ΔT से आवश्यक घन फुट प्रति मिनट प्राप्त होता है। एक बड़ा ऊष्मा भार या छोटी अनुमत ΔT दोनों ही चुने गए पंखे से अधिक वायु प्रवाह की मांग करते हैं।

प्रश्न

क्या आवरण का आयतन आवश्यक पंखे के आकार को कम कर सकता है?

उत्तर: एक बड़ा आवरण आयतन अधिक आंतरिक वायु को समायोजित करता है और छोटे भार शिखरों के दौरान तापमान वृद्धि को धीमा करता है, जिससे शीतलन उपकरण पर दबाव कम हो सकता है। वायु प्रवाह मार्ग अवरुद्ध न होने पर संवहन भी सुधरता है, जिससे तापीय प्रतिरोध कम होता है। फिर भी, केवल आयतन उचित CFM गणना का स्थान नहीं ले सकता; वाट में स्थायी ऊष्मा भार न्यूनतम वायु प्रवाह निर्धारित करता है। पहले ऊष्मा समीकरण के आधार पर पंखे का आकार निर्धारित करें, फिर आयतन को सुरक्षा मार्जिन के रूप में उपयोग करें।

प्रश्न

औद्योगिक आवरण पंखों पर कौन-से प्रमाणन लागू होते हैं?

उत्तर: प्रासंगिक संदर्भों में यूरोपीय और यूके बाज़ारों के लिए सीई और यूकेसीए, घूर्णन विद्युत मशीनों के लिए आईईसी और ईएन उत्पाद मानक, स्वच्छ कमरे या नियंत्रित वातावरण के लिए कण और तापीय स्थितियों के लिए आईएसओ १४६४४, खतरनाक क्षेत्रों के लिए एटेक्स और एनएफपीए ७० शामिल हैं। गंतव्य बाज़ार के लिए उचित चिह्नों के साथ पंखे निर्दिष्ट करना अनुपालन को समर्थन देता है तथा सुरक्षित और लंबे सेवा जीवन को सुनिश्चित करता है।