Cuando los ingenieros diseñan una carcasa de plástico que contiene componentes electrónicos, motores, fuentes de alimentación, placas de control, sensores u otros dispositivos que generan calor, una de las preguntas más importantes es cuánto flujo de aire de refrigeración necesita realmente la carcasa. Elegir un ventilador centrífugo basándose únicamente en su capacidad máxima de flujo de aire puede llevar fácilmente a un sistema de refrigeración insuficiente o sobredimensionado.

El enfoque más práctico es calcular primero los CFM requeridos, determinar el aumento de temperatura permitido, evaluar la resistencia al flujo de aire dentro y fuera de la carcasa y, luego, seleccionar un ventilador centrífugo que pueda proporcionar el flujo de aire necesario a la presión real del sistema.

Para los fabricantes y los ingenieros de OEM, este proceso es especialmente importante porque una carcasa de plástico puede tener un volumen interno relativamente pequeño y, aun así, producir una cantidad significativa de calor. Una carcasa compacta también puede contener canales de flujo de aire estrechos, filtros, rejillas protectoras, placas de circuito, cables y otros componentes que aumentan la resistencia.

China Chungfo Fan se centra en la investigación, el desarrollo y la fabricación de ventiladores de CC y CA, sopladores centrífugos, ventiladores de flujo transversal, ventiladores axiales, ventiladores sin marco y productos de motor relacionados. Para aplicaciones de refrigeración de carcasas, el proceso de selección del ventilador puede optimizarse combinando cálculos térmicos con pruebas de flujo de aire y presión estática.

1, Entender los CFM en una carcasa de ventilador de plástico

CFM significa pies cúbicos por minuto. Describe el volumen de aire que un ventilador puede mover durante un minuto. En una aplicación de refrigeración de carcasa, los CFM requeridos representan la cantidad de aire que debe pasar a través de la carcasa para eliminar el calor generado por los componentes internos mientras se mantiene la temperatura interna dentro del rango requerido.

Sin embargo, existe una diferencia importante entre el flujo de aire requerido y el flujo de aire impreso en la hoja de especificaciones de un ventilador.

Un ventilador puede tener una clasificación de flujo de aire en aire libre de ciertos CFM cuando casi no hay resistenciaen la entrada o salida. Una vez que el mismo ventilador se instala dentro de una carcasa de plástico, el flujo de aire real puede ser significativamente menor porque el aire debe pasar a través de rejillas de ventilación, filtros, rejillas, conductos, disipadores de calor y componentes internos.

La guía de ingeniería reciente enfatiza constantemente que el flujo de aire en aire libre no debe tratarse como el flujo de aire final instalado. El punto de funcionamiento real está determinado por la relación entre la curva de rendimiento del ventilador y la resistencia del sistema de la carcasa.

Por lo tanto, la pregunta básica de ingeniería no es simplemente: "¿Cuántos CFM produce el ventilador?"

La mejor pregunta es: "¿Cuántos CFM requiere la carcasa a la presión estática real del sistema?"

2, Por qué los CFM son importantes para las carcasas de plástico

Las carcasas de plástico se utilizan ampliamente en electrodomésticos, equipos electrónicos, sistemas de control, equipos de comunicación, dispositivos médicos, máquinas industriales, equipos de carga y pequeños productos eléctricos.

En comparación con los armarios metálicos grandes, las carcasas de plástico a menudo están diseñadas para ser compactas, ligeras y visualmente integradas con el producto final. Esto hace que la gestión térmica sea más desafiante.

Una carcasa pequeña puede contener varios componentes que producen calor. Una fuente de alimentación puede generar calor. Un controlador de motor puede generar calor. Una placa de circuito puede liberar calor continuamente. Un transformador, relé, controlador o módulo LED también puede contribuir a la carga térmica total.

Si el calor no se puede eliminar de manera eficiente, la temperatura interna seguirá aumentando.

Una temperatura excesiva puede afectar la fiabilidad de los componentes, el rendimiento eléctrico, los materiales de aislamiento, la vida útil del lubricante, la resistencia a la deformación del plástico y la vida útil general del producto.

Por lo tanto, el propósito del ventilador de refrigeración no es simplemente crear flujo de aire. Su propósito es establecer una tasa de intercambio de aire suficiente para que el calor generado dentro de la carcasa pueda ser transportado continuamente hacia afuera.

3, La fórmula básica para los CFM requeridos

Para una primera estimación de ingeniería, la fórmula de eliminación de calor más útil es:

CFM requeridos ≈ 1.76 × Carga térmica W ÷ Aumento de temperatura permitido °C

La fórmula se basa en la relación entre la energía térmica, el flujo de aire, la densidad del aire y la capacidad calorífica específica del aire. Las referencias técnicas recientes proporcionan la misma relación aproximada para los cálculos preliminares de refrigeración de carcasas.

En esta fórmula, carga térmica significa la cantidad de calor generado dentro de la carcasa.

Aumento de temperatura permitido significa la diferencia máxima aceptable entre la temperatura del aire de entrada de la carcasa y la temperatura del aire interno o de salida utilizada para el diseño térmico.

Por ejemplo, suponga que una carcasa contiene componentes que generan un total de 100 W de calor.

Si el aumento de temperatura permitido es de 10°C, el requisito de flujo de aire teórico es:

CFM requeridos = 1.76 × 100 ÷ 10

CFM requeridos = 17.6 CFM

Esto significa que se requieren aproximadamente 17.6 CFM de flujo de aire real bajo los supuestos del cálculo simplificado.

La palabra importante aquí es "real".

Un ventilador anunciado como 17.6 CFM en aire libre no es automáticamente adecuado.

El ventilador seleccionado debe ser capaz de entregar aproximadamente 17.6 CFM a la presión estática creada por la carcasa.

4, Cómo calcular la carga térmica total

Antes de calcular los CFM, se debe determinar la carga térmica total.

Este es uno de los pasos más importantes porque el flujo de aire requerido depende directamente del calor que debe eliminarse.

La carga térmica normalmente debe incluir la potencia disipada por cada componente principal dentro de la carcasa.

Por ejemplo, una carcasa de control de plástico podría contener una fuente de alimentación que disipa 30 W, un controlador de motor que disipa 20 W, una PCB de control que disipa 15 W, un sistema de relés que disipa 5 W y otros componentes electrónicos que disipan 10 W.

La carga térmica total aproximada sería, por lo tanto:

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

El diseñador debe utilizar la disipación de calor real en lugar de simplemente sumar la potencia de entrada eléctrica nominal de cada componente.

Un dispositivo que consume 100 W de potencia eléctrica no necesariamente convierte todos los 100 W en calor dentro de la carcasa. Parte de la energía puede transferirse mecánica o eléctricamente, o a través de otra salida.

Para una ingeniería precisa, se deben considerar los datos de pérdida del fabricante del componente, los datos de temperatura medidos o las pruebas térmicas directas.

Una vez que se conoce la carga térmica total, se puede insertar en la fórmula de flujo de aire.

5,Cómo cambia el CFM según el aumento de temperatura permitido

El aumento de temperatura permitido tiene un efecto importante en el flujo de aire requerido.

Considere una carga térmica de 100 W.

Si el aumento de temperatura permitido es de 5°C:

CFM requerido = 1.76 × 100 ÷ 5

CFM requerido = 35.2 CFM

Si el aumento de temperatura permitido es de 10°C:

CFM requerido = 17.6 CFM

Si el aumento de temperatura permitido es de 15°C:

CFM requerido ≈ 11.7 CFM

Si el aumento de temperatura permitido es de 20°C:

CFM requerido = 8.8 CFM

Esto demuestra un principio de diseño importante.

Cuanto menor sea el aumento de temperatura permitido, mayor será el flujo de aire requerido.

Si los componentes electrónicos deben permanecer solo 5°C por encima de la temperatura ambiente, se requerirá considerablemente más flujo de aire que si se acepta un aumento de temperatura de 20°C.

Por lo tanto, el aumento de temperatura permitido debe provenir de los requisitos térmicos reales del equipo y no de una especificación arbitraria del ventilador.

6,Cálculo de CFM a partir de vatios

Un flujo de trabajo de ingeniería útil es comenzar con los vatios en lugar del tamaño del ventilador.

Suponga que una carcasa de plástico contiene:

Pérdida de calor de la fuente de alimentación: 40 W

Pérdida de calor de la placa de control: 15 W

Pérdida de calor del controlador del motor: 25 W

Otras pérdidas electrónicas: 10 W

Carga térmica total: 90 W

Si el aumento de temperatura máximo permitido es de 10°C:

CFM requerido = 1.76 × 90 ÷ 10

CFM requerido = 15.84 CFM

El objetivo térmico preliminar es, por lo tanto, aproximadamente 15.8 CFM.

Si el ingeniero de diseño desea tener en cuenta las pérdidas de flujo de aire prácticas, es posible que el ventilador seleccionado deba proporcionar un flujo de aire de catálogo superior a 15.8 CFM, siempre que su curva de rendimiento muestre que aún se pueden suministrar aproximadamente 15.8 CFM a la presión del sistema requerida.

Es por esto que simplemente hacer coincidir el CFM calculado con la clasificación de aire libre puede producir resultados decepcionantes.

7,Consideración del volumen de la carcasa de plástico

El volumen de la carcasa también es relevante, pero no debe reemplazar el cálculo de la carga térmica.

Para una carcasa rectangular, el volumen se puede calcular como:

Volumen = Longitud × Ancho × Altura

Si las dimensiones se miden en pies, el resultado es pies cúbicos.

Por ejemplo, una carcasa que mide 2 pies × 1.5 pies × 1 pie tiene un volumen de:

2 × 1.5 × 1 = 3 pies cúbicos

El volumen le indica al diseñador cuánto aire está contenido dentro de la carcasa, pero no le indica cuánto calor se está generando.

Una carcasa pequeña con 150 W de calor puede necesitar más flujo de aire de refrigeración que una carcasa mucho más grande con solo 30 W de calor.

Por esta razón, la carga térmica y el aumento de temperatura permitido deberían ser normalmente las variables principales para el cálculo del flujo de aire térmico.

El volumen puede utilizarse entonces como una comprobación secundaria para el intercambio de aire y la distribución interna del flujo de aire.

8,Cambios de aire por hora como método secundario

Para aplicaciones de ventilación, otro método consiste en utilizar los cambios de aire por hora.

La fórmula es:

CFM = Volumen de la carcasa × Cambios de aire por hora ÷ 60

Por ejemplo, si una carcasa tiene un volumen de 3 pies cúbicos y el objetivo de diseño es de 60 cambios de aire por hora:

CFM = 3 × 60 ÷ 60

CFM = 3 CFM

Este cálculo puede ser útil cuando el objetivo es la ventilación general en lugar de eliminar una carga térmica electrónica conocida con precisión.

Sin embargo, para una carcasa electrónica que genera calor, el método de carga térmica es generalmente más informativo porque conecta directamente el flujo de aire con la cantidad de calor que debe eliminarse.

Los cambios de aire pueden utilizarse entonces como una comprobación de diseño complementaria.

9,Por qué debe incluirse la presión estática

Después de calcular el flujo de aire requerido, la siguiente pregunta importante es la presión estática.

Aquí es donde los ventiladores centrífugos pueden ofrecer una ventaja importante.

Las carcasas de plástico a menudo tienen rutas de flujo de aire restringidas. La entrada puede contener una rejilla protectora. Puede instalarse un filtro para evitar la entrada de polvo. La salida puede tener una abertura estrecha. Las placas de circuito internas pueden bloquear el flujo de aire. Un conducto puede obligar al aire a cambiar de dirección.

Cada restricción produce una caída de presión.

La resistencia total del sistema puede incluir la resistencia de entrada, la resistencia de salida, la resistencia del filtro, la resistencia de la rejilla, la resistencia del conducto, los codos, los disipadores de calor y la obstrucción de los componentes internos.

Las referencias recientes sobre la selección de ventiladores enfatizan que el punto de funcionamiento real está determinado por la intersección de la curva de rendimiento del ventilador y la curva de resistencia del sistema.

Esto significa que un ventilador con una clasificación de CFM de aire libre más alta a veces puede funcionar peor en una carcasa restrictiva que un ventilador centrífugo con una clasificación de aire libre más baja pero con una mayor capacidad de presión.

10,Comprensión de la curva P-Q del ventilador

Una curva P-Q de un ventilador muestra la relación entre el flujo de aire y la presión estática.

Con una resistencia muy baja, el ventilador puede producir un flujo de aire relativamente alto.

A medida que aumenta la resistencia del sistema, el flujo de aire disminuye.

A la presión estática máxima, el flujo de aire se acerca a cero.

El punto de funcionamiento real ocurre donde la curva del ventilador se cruza con la curva de resistencia de la carcasa.

Por ejemplo, supongamos que un ventilador centrífugo tiene una clasificación de flujo de aire de aire libre de 30 CFM.

La carcasa puede crear 100 Pa de resistencia.

Si la curva del ventilador muestra que el ventilador puede suministrar 22 CFM a 100 Pa, entonces el flujo de aire práctico es de aproximadamente 22 CFM, no 30 CFM.

Si el cálculo térmico requiere 25 CFM, ese ventilador no cumpliría con el requisito aunque su clasificación de aire libre de catálogo parezca superior al valor calculado.

Esta distinción es extremadamente importante al seleccionar un ventilador centrífugo de plástico.

11,Estimación de la resistencia de la carcasa

La forma más fácil de mejorar la precisión de la selección del ventilador es identificar cada restricción en la ruta del flujo de aire.

La rejilla de entrada debe ser evaluada.

La rejilla de salida debe ser evaluada.

Los filtros deben ser evaluados.

Los conductos deben ser evaluados.

Se deben evaluar los giros cerrados.

Se deben evaluar los pasajes estrechos.

Se deben evaluar los disipadores de calor y los ensamblajes electrónicos densamente empaquetados.

Cuanto más restrictivo se vuelve el sistema, mayor capacidad de presión estática necesita el ventilador.

Una carcasa abierta simple puede tener una resistencia relativamente baja.

Una carcasa de plástico compacta, sellada o semisellada, con un filtro y un pasaje de escape estrecho puede tener una resistencia sustancialmente mayor.

En el desarrollo de ingeniería, las pruebas de prototipos pueden proporcionar un valor de caída de presión más fiable que la estimación teórica por sí sola.

12,Cómo ayuda un ventilador centrífugo en una carcasa compacta

Los ventiladores centrífugos se seleccionan a menudo cuando el aire debe moverse a través de una trayectoria restrictiva.

A diferencia de muchos ventiladores axiales que mueven el aire principalmente a lo largo del eje de rotación, los ventiladores centrífugos aceleran el aire radialmente a través de una estructura de impulsor y voluta.

Esto los hace útiles para aplicaciones donde el flujo de aire necesita entrar por una dirección y salir por otra, o donde se requiere una mayor presión estática.

Por ejemplo, una carcasa electrónica de plástico puede tener una abertura de entrada en un lado y un conducto de escape en el lado opuesto.

El ventilador centrífugo puede integrarse en la carcasa de modo que el aire sea succionado a través de los componentes que generan calor y descargado a través de una salida estrecha.

Esta disposición puede mejorar la trayectoria general del flujo de aire y ayudar a eliminar el calor de áreas específicas.

13,Cómo calcular un margen de seguridad práctico

El cálculo teórico de CFM es un punto de partida más que la especificación final del ventilador.

Los sistemas reales contienen tolerancias de fabricación, acumulación de polvo, carga del filtro, fugas de flujo de aire, obstrucción de componentes y cambios en las condiciones ambientales.

Por lo tanto, los ingenieros suelen incluir un margen de diseño.

El margen apropiado depende de la aplicación.

Para un diseño preliminar, un equipo de ingeniería puede decidir utilizar un margen de flujo de aire del 20% al 30%, pero esto debe tratarse como una suposición de diseño del proyecto en lugar de un estándar universal.

Por ejemplo, si el requisito calculado es 20 CFM y se selecciona un margen de diseño del 25%:

20 × 1.25 = 25 CFM

El objetivo de diseño se convierte en aproximadamente 25 CFM.

Sin embargo, el ventilador final aún debe ser capaz de suministrar 25 CFM a la presión de funcionamiento real.

Un número grande de CFM en aire libre no compensa una presión estática inadecuada.

Cálculo de ejemplo para una carcasa de ventilador centrífugo de plástico

Considere una carcasa de plástico utilizada para equipos electrónicos.

La carga térmica interna es de 120 W.

La temperatura ambiente máxima es de 35°C.

La temperatura interna deseada máxima es de 45°C.

Por lo tanto:

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

Aumento de temperatura permitido = 10°C

El cálculo preliminar del flujo de aire es:

CFM requerido = 1.76 × 120 ÷ 10

CFM requerido = 21.12 CFM

Ahora suponga que el equipo de diseño aplica un margen de ingeniería del 25%:

21.12 × 1.25 = 26.4 CFM

El objetivo de diseño preliminar se convierte en aproximadamente 26.4 CFM.

El ingeniero evalúa entonces la resistencia de la carcasa.

Supongamos que la rejilla de entrada, el filtro, los conductos internos y la salida crean en conjunto una resistencia del sistema de 120 Pa a aproximadamente 26 CFM.

El ingeniero ahora necesita encontrar un ventilador centrífugo cuya curva de rendimiento pueda proporcionar al menos aproximadamente 26 CFM a 120 Pa.

Un ventilador que produce 35 CFM a presión cero puede no ser adecuado si solo puede proporcionar 20 CFM a 120 Pa.

Otro ventilador con una capacidad de aire libre de 32 CFM podría ser más adecuado si su curva de rendimiento proporciona 28 CFM a 120 Pa.

Este ejemplo muestra por qué el cálculo de CFM y la evaluación de la presión estática deben realizarse juntos.

14,Uso de ventiladores de CC pequeños en carcasas compactas

No todas las carcasas requieren un soplador centrífugo grande.

Algunos productos electrónicos compactos tienen cargas térmicas relativamente bajas y un espacio de instalación limitado.

En estas aplicaciones, un ventilador de CC pequeño puede ser suficiente.

Se puede considerar un ventilador de 30mm 5v para electrónica compacta, dispositivos portátiles, pequeños módulos de control y otras aplicaciones de baja potencia donde tanto el tamaño físico como el voltaje de funcionamiento son limitados.

El mismo principio se aplica a un ventilador de CC de 25mm. Su tamaño de marco pequeño puede ser útil donde el área de instalación disponible es extremadamente limitada.

Sin embargo, el tamaño pequeño del ventilador no elimina la necesidad de realizar cálculos de ingeniería.

El diseñador aún necesita determinar el flujo de aire requerido, la presión estática disponible, el voltaje de funcionamiento, el requisito de ruido, la temperatura de funcionamiento y la vida útil esperada.

Para productos muy compactos, es posible que el ventilador también deba funcionar continuamente durante miles de horas, lo que hace que el diseño del motor, la selección de rodamientos y la fiabilidad térmica sean importantes.

15,Ventilador pequeño frente a ventilador centrífugo

La decisión entre un ventilador axial pequeño y un ventilador centrífugo debe basarse en la trayectoria del flujo de aire.

Si la carcasa tiene una trayectoria de flujo de aire relativamente abierta y baja resistencia, un ventilador axial puede proporcionar una solución eficiente.

Si el aire debe viajar a través de un conducto estrecho, un filtro o una trayectoria interna complicada, un ventilador centrífugo puede ser más adecuado debido a su capacidad para generar una mayor presión estática.

Un ventilador de CC de 25mm puede ser apropiado para un módulo electrónico pequeño con una trayectoria de ventilación corta y abierta.

Un ventilador de 30mm 5v puede ser adecuado para electrónica de consumo compacta donde la fuente de alimentación está limitada a 5 V.

Un soplador centrífugo puede volverse más atractivo cuando la misma carcasa compacta contiene canales de flujo de aire estrechos o un conducto más largo.

La elección correcta siempre debe confirmarse utilizando la curva de rendimiento del ventilador en lugar de solo el tamaño del marco.

16,Ejemplo de aplicación: Refrigeración de refrigeradores

Los equipos de refrigeración proporcionan otro ejemplo útil de diseño de flujo de aire en carcasas.

Un refrigerador contiene compresores, sistemas de control, componentes eléctricos que generan calor y estructuras de intercambio de calor.

Se puede utilizar un ventilador de escape de refrigerador en ciertos arreglos de ventilación para alejar el aire caliente de un área designada.

Sin embargo, el requisito exacto de flujo de aire depende de la carga térmica, el área de ventilación disponible, los límites de temperatura, las pérdidas de presión y el diseño general del sistema de refrigeración.

El ventilador no debe seleccionarse simplemente porque una aplicación de refrigerador parezca requerir un alto flujo de aire.

El diseñador debe calcular el calor que debe eliminarse y determinar el flujo de aire operativo requerido.

Si el flujo de aire debe pasar a través de un canal estrecho o una salida restringida, también se debe considerar la presión estática.

17,La importancia de la dirección del flujo de aire

Un ventilador puede tener suficientes CFM sobre el papel y aun así proporcionar una refrigeración deficiente si la dirección del flujo de aire está mal diseñada.

El aire normalmente debe entrar a través de una región más fría y viajar a través de los componentes que generan calor antes de salir de la carcasa.

Si la entrada y la salida están colocadas demasiado cerca, el ventilador puede hacer circular el aire localmente sin enfriar eficazmente el resto de la carcasa.

Esto puede crear un cortocircuito de flujo de aire.

El aire de salida puede regresar inmediatamente hacia la entrada en lugar de pasar a través de la región principal que genera calor.

Para carcasas de plástico compactas, se puede utilizar la dinámica de fluidos computacional para diseños complejos, pero las pruebas de prototipos físicos siguen siendo valiosas.

Se pueden instalar sensores de temperatura cerca de componentes críticos para determinar si el flujo de aire realmente está llegando a las ubicaciones requeridas.

18,Evitar puntos calientes dentro de la carcasa

La temperatura promedio de la carcasa no siempre representa la temperatura del componente más sensible.

Un transistor de potencia, un controlador de motor o un regulador de voltaje pueden funcionar a una temperatura mucho más alta que la del aire circundante.

Es por esto que la distribución del flujo de aire es importante.

Se puede colocar un ventilador centrífugo de modo que el flujo de aire se dirija hacia la región con mayor densidad de calor.

También se pueden utilizar deflectores para evitar que el aire pase por alto los componentes críticos.

El objetivo no es simplemente alcanzar los CFM calculados en la salida del ventilador.

El objetivo es garantizar que la cantidad necesaria de aire de refrigeración llegue a los componentes que realmente necesitan refrigeración.

Consideración de la temperatura ambiente

La temperatura ambiente debe incluirse en el diseño térmico.

Un sistema que funciona en una habitación a 20°C tiene un requisito de refrigeración muy diferente al del mismo sistema que funciona a 40°C.

Si la temperatura máxima interna del componente es de 60°C, el aumento de temperatura permitido a una temperatura ambiente de 20°C puede ser de 40°C.

A una temperatura ambiente de 40°C, el aumento de temperatura permitido es de solo 20°C.

La segunda condición requiere significativamente más flujo de aire.

Esta es una razón por la que los equipos industriales y para exteriores a menudo requieren una selección de ventiladores más cuidadosa que los equipos de consumo utilizados en entornos interiores controlados.

19,Altitud y densidad del aire

La densidad del aire cambia con la altitud y la temperatura.

A mayor altitud, el aire se vuelve menos denso.

Por lo tanto, para el mismo flujo de aire volumétrico, la masa de aire que se mueve a través de la carcasa puede ser menor.

La fórmula básica de CFM asume condiciones de aire aproximadamente estándar, por lo que las aplicaciones a gran altitud pueden requerir una corrección de ingeniería adicional.

Esto es particularmente relevante para equipos destinados a operar en regiones montañosas o en aplicaciones donde las condiciones ambientales varían significativamente.

Para cálculos preliminares, la fórmula estándar es útil.

Para equipos críticos, la temperatura de funcionamiento real, la altitud y la densidad del aire deben incluirse en el cálculo térmico. Las referencias de ingeniería también recomiendan corregir los cálculos de flujo de aire cuando las condiciones ambientales difieren materialmente de las suposiciones estándar.

Requisitos de voltaje y control del ventilador

Una vez que se conocen los requisitos de flujo de aire y presión, también se debe cumplir con la especificación eléctrica.

Los voltajes comunes de los ventiladores de CC incluyen 5 V, 12 V y 24 V.

Un producto compacto puede requerir un ventilador de 5 Vporque el sistema electrónico principal ya funciona a 5 V.

Los equipos industriales pueden utilizar un ventilador de 12 V o 24 V dependiendo de la arquitectura de potencia disponible.

Además del voltaje, los ingenieros deben considerar la corriente, el comportamiento de arranque, la protección contra rotor bloqueado, el control de velocidad, la salida del tacómetro, el control PWM y las funciones de alarma cuando sea necesario.

Un ventilador que cumple con el requisito de flujo de aire pero que no puede integrarse correctamente con el sistema de potencia y control del producto no es una solución completa.

20,Consideraciones sobre el ruido

El ruido puede convertirse en un factor importante en las carcasas de plástico pequeñas.

Un ventilador con una mayor velocidad de rotación puede proporcionar un flujo de aire fuerte, pero también puede generar más ruido aerodinámico y del motor.

En electrodomésticos, equipos médicos, electrónica de oficina y productos de consumo, el rendimiento acústico puede ser casi tan importante como el rendimiento térmico.

Por lo tanto, el diseñador debe evitar simplemente elegir el ventilador con las RPM más altas disponibles.

Un mejor enfoque es identificar el punto de funcionamiento requerido y seleccionar un ventilador que pueda proporcionar el flujo de aire y la presión necesarios sin una velocidad excesiva.

La trayectoria del flujo de aire en sí también debe diseñarse cuidadosamente porque la turbulencia, las curvas cerradas y las aberturas estrechas pueden generar ruido adicional.

Fiabilidad y funcionamiento continuo

Para los equipos diseñados para un funcionamiento continuo, la fiabilidad del ventilador es una consideración importante.

El ventilador puede funcionar durante muchas horas todos los días.

La selección de rodamientos, el diseño del motor, la temperatura del bobinado, la temperatura de funcionamiento, la vibración y la exposición al polvo pueden influir en la vida útil.

Por esta razón, China Chungfo Fan considera no solo el flujo de aire, sino también la construcción del producto, las características eléctricas y las condiciones de aplicación al desarrollar soluciones de ventiladores.

Para clientes OEM, la personalización puede incluir voltaje, corriente, velocidad, flujo de aire, presión, configuración de cables, configuración de conectores y otros requisitos funcionales.

21,Prueba de la carcasa final

Los cálculos teóricos siempre deben ir seguidos de pruebas de prototipos cuando la aplicación es importante.

Se puede probar una carcasa prototipo en condiciones ambientales representativas.

Se pueden colocar sensores de temperatura cerca de los componentes críticos.

El ventilador puede entonces funcionar al voltaje y en las condiciones de control previstas.

Los ingenieros pueden medir la temperatura de entrada, la temperatura de salida, la temperatura interna de los puntos calientes, el flujo de aire y la presión.

Los resultados medidos pueden compararse entonces con el cálculo original.

Si la temperatura interna es demasiado alta, se deben investigar varios factores.

Es posible que el ventilador no esté produciendo suficiente flujo de aire a la presión real del sistema.

La trayectoria del flujo de aire puede estar bloqueada.

La entrada o la salida pueden ser demasiado pequeñas.

El ventilador puede estar colocado incorrectamente.

Puede haber una fuga excesiva.

La carga térmica puede ser mayor de lo estimado originalmente.

La carcasa también puede tener un área de ventilación insuficiente.

Las pruebas permiten identificar estos problemas antes de la producción en masa.

22,Errores comunes al calcular CFM

Un error común es seleccionar un ventilador basándose únicamente en el CFM máximo impreso en la hoja de datos.

Esto ignora la presión estática.

Otro error es calcular el flujo de aire basándose únicamente en el volumen de la carcasa.

El volumen por sí solo no describe cuánto calor debe eliminarse.

Un tercer error es utilizar la potencia eléctrica nominal de cada componente como su carga térmica sin determinar la disipación de potencia real.

Otro problema es utilizar un aumento de temperatura excesivamente pequeño sin considerar si el flujo de aire requerido es físicamente alcanzable.

A veces, los diseñadores también olvidan que los filtros se vuelven más restrictivos a medida que se acumula el polvo.

Por lo tanto, el sistema de flujo de aire debe evaluarse en condiciones de funcionamiento realistas.

Otro error común es colocar la entrada y la salida demasiado cerca una de la otra.

Esto puede resultar en la recirculación del aire en lugar de una refrigeración efectiva.

Un error final es seleccionar un ventilador antes de definir los requisitos térmicos.

La mejor secuencia es calcular la carga térmica, determinar el aumento de temperatura permitido, calcular el flujo de aire requerido, estimar la resistencia del sistema, identificar el punto de funcionamiento y luego seleccionar el ventilador.

23,Un flujo de trabajo práctico para la selección de ventiladores

El proceso completo puede resumirse como un flujo de trabajo de ingeniería práctico.

Primero, determine la temperatura ambiente máxima.

Segundo, determine la temperatura interna o del componente máxima aceptable.

Tercero, calcule el aumento de temperatura permitido.

Cuarto, calcule la carga térmica interna total.

Quinto, calcule el CFM teórico requerido.

Sexto, evalúe la trayectoria del flujo de aire de la carcasa.

Séptimo, estime o mida la presión estática del sistema.

Octavo, añada un margen de ingeniería adecuado.

Noveno, compare el punto de funcionamiento objetivo con las curvas de rendimiento del ventilador centrífugo.

Décimo, verifique la selección final mediante pruebas de prototipos.

Este flujo de trabajo ayuda a prevenir el problema común de seleccionar un ventilador basándose en un solo número de catálogo.

24,Cómo puede China Chungfo Fan apoyar la refrigeración de carcasas

China Chungfo Fan desarrolla y fabrica una gama de ventiladores de refrigeración de CC y ventilador de refrigeración de CA para diferentes aplicaciones de equipos.

Su gama de productos incluye ventiladores axiales, sopladores centrífugos, ventiladores de flujo cruzado, ventiladores sin marco y soluciones de motor relacionadas.

Para aplicaciones OEM, el ventilador puede evaluarse de acuerdo con el voltaje, la corriente, la velocidad, el flujo de aire, la presión estática, las dimensiones, el ruido, el entorno operativo y los requisitos de cableado necesarios.

Para carcasas de plástico compactas, el proceso de diseño puede comenzar con la carga térmica del cliente y el espacio de instalación disponible.

El CFM requerido puede entonces calcularse y compararse con el requisito de presión.

Este enfoque es más fiable que simplemente seleccionar un ventilador según sus dimensiones externas.

China Chungfo Fan también cuenta con capacidades de producción y pruebas que cubren el desarrollo de productos, desarrollo de moldes, moldeo por inyección, SMT, ensamblaje y control de calidad.

El equipo de pruebas puede utilizarse para evaluar el flujo de aire, la presión, el ruido, el rendimiento eléctrico y otras características del producto.

Para aplicaciones OEM y personalizadas, estas capacidades pueden ayudar a conectar el cálculo teórico del ventilador con el producto fabricado real.

25,Conclusión

El cálculo del CFM requerido para una carcasa de ventilador centrífugo de plástico comienza con el calor, no con el tamaño del ventilador.

La fórmula preliminar básica es:

CFM requerido ≈ 1.76 × Carga térmica W ÷ Aumento de temperatura permitido °C

Este cálculo establece el requisito teórico de flujo de aire.

Sin embargo, no representa la selección final del ventilador.

El diseñador también debe considerar la presión estática, filtros, rejillas, conductos, componentes internos, dirección del flujo de aire, distribución de temperatura, temperatura ambiente, altitud, ruido y fiabilidad.

La distinción más importante es entre el flujo de aire en aire libre y el flujo de aire operativo real.

Un ventilador centrífugo debe seleccionarse de acuerdo con el punto donde su curva de rendimiento se cruza con la curva de resistencia del sistema de la carcasa.

Para una carcasa de baja resistencia, un ventilador axial compacto puede ser suficiente.

Para una carcasa compacta con pasajes estrechos, filtros o conductos, un ventilador centrífugo puede proporcionar un rendimiento de presión-flujo más adecuado.

Los productos pequeños pueden usar un ventilador de 30mm 5v o un ventilador de CC de 25mm cuando la carga térmica y los requisitos de flujo de aire son relativamente bajos, mientras que los sistemas más grandes o más restrictivos pueden requerir un soplador centrífugo de mayor rendimiento.

El mismo principio de cálculo también puede aplicarse a aplicaciones como sistemas de ventiladores de escape de refrigeradores, armarios electrónicos, electrodomésticos, equipos médicos, equipos de carga y maquinaria industrial.

Por lo tanto, el enfoque más fiable es calcular la carga térmica, determinar el aumento de temperatura permitido, calcular el CFM, evaluar la presión estática, seleccionar el ventilador a partir de su curva de rendimiento y luego verificar el diseño final mediante pruebas.

26,Preguntas frecuentes

Pregunta frecuente 1: ¿Cuál es la fórmula básica para calcular el CFM requerido?

La fórmula preliminar es CFM requerido ≈ 1.76 × Carga térmica en vatios ÷ Aumento de temperatura permitido en °C. El resultado representa el flujo de aire real aproximado requerido para la eliminación de calor bajo los supuestos del cálculo.

Pregunta frecuente 2: ¿Es el CFM en aire libre del ventilador lo mismo que el flujo de aire real de la carcasa?

No. El CFM en aire libre normalmente se mide en condiciones con una resistencia al flujo de aire muy baja. Una vez que el ventilador se instala en una carcasa con filtros, rejillas, conductos o pasajes estrechos, el flujo de aire real puede disminuir. Por lo tanto, la curva de rendimiento del ventilador debe comprobarse a la presión estática esperada.

Pregunta frecuente 3: ¿Cuánto CFM requiere una carcasa de 100 W?

La respuesta depende del aumento de temperatura permitido. Con un aumento de temperatura de 5°C, el requisito preliminar es de unos 35.2 CFM. A 10°C, es de unos 17.6 CFM. A 15°C, es de unos 11.7 CFM. A 20°C, es de unos 8.8 CFM.

Pregunta frecuente 4: ¿Por qué se debe considerar la presión estática al seleccionar un ventilador centrífugo?

La presión estática representa la resistencia que el ventilador debe superar. Los filtros, rejillas, conductos, disipadores de calor y canales de flujo de aire estrechos pueden reducir significativamente el flujo de aire. Por lo tanto, un ventilador centrífugo debe evaluarse según el requisito de presión real en lugar de solo en condiciones de aire libre.

Pregunta frecuente 5: ¿Se puede usar un ventilador de CC pequeño para una carcasa de plástico?

Sí, si la carga térmica y el requisito de flujo de aire son lo suficientemente bajos. Un ventilador de 30mm 5v o un ventilador de CC de 25mm pueden ser adecuados para productos electrónicos compactos, pero se deben evaluar el flujo de aire requerido, la presión estática, el voltaje, el ruido y la vida útil operativa.

Pregunta frecuente 6: ¿Cuándo se debe seleccionar un ventilador centrífugo en lugar de un ventilador axial?

Un ventilador centrífugo puede ser particularmente útil cuando el flujo de aire debe pasar a través de una trayectoria restrictiva, un conducto estrecho, un filtro o un canal interno compacto. Si la trayectoria del flujo de aire es relativamente abierta y la resistencia es baja, un ventilador axial también puede ser apropiado.

Pregunta frecuente 7: ¿Una carcasa más grande siempre necesita más CFM?

No. El volumen de la carcasa es solo un factor. El flujo de aire requerido está relacionado principalmente con la carga térmica y el aumento de temperatura permitido. Una carcasa pequeña con una carga térmica alta puede requerir más flujo de aire de refrigeración que una carcasa grande con una carga térmica baja.

Pregunta frecuente 8: ¿Se debe añadir un margen de seguridad de flujo de aire?

Un margen de diseño puede ser útil para tener en cuenta factores prácticos como las pérdidas de flujo de aire, las tolerancias de los componentes, la carga del filtro y las condiciones de funcionamiento. El margen apropiado depende de la aplicación y no debe tratarse como un valor fijo universal.

Pregunta frecuente 9: ¿Cómo se puede verificar la selección final del ventilador?

El mejor enfoque es comparar el flujo de aire y la presión estática requeridos con la curva de rendimiento P-Q del ventilador y luego verificar el ventilador seleccionado en una carcasa prototipo representativa. La temperatura, el flujo de aire y la presión se pueden medir durante las pruebas.

Pregunta frecuente 10: ¿Puede China Chungfo Fan proporcionar soluciones de ventiladores centrífugos personalizadas?

China Chungfo Fan puede evaluar los requisitos del ventilador en función de las dimensiones, el voltaje, la corriente, la velocidad, el flujo de aire, la presión, el ruido, el cableado y las condiciones de la aplicación. Para proyectos OEM, estos requisitos pueden utilizarse como punto de partida para seleccionar o desarrollar una solución de ventilador adecuada.