Un ventilatore centrifugo da 7,5 kW che funziona a pieno regime a 3.600 giri al minuto dietro una serranda di scarico assorbirà comunque quasi l'85% della sua potenza all'albero quando lo si riduce al 60% del flusso. Lo smorzatore trasforma la pressione in eccesso in calore, rumore e vibrazioni. Sostituendo l'ammortizzatore con un controllo della velocità allo stesso punto di lavoro, la richiesta di potenza scenderà a circa il 25%-30%. Questo singolo numero è il motivo per cui i ventilatori centrifughi a velocità variabile compaiono in quasi tutti gli audit energetici degli impianti.
Innanzitutto la conclusione: il risparmio raramente deriva dalla sola girante. Derivano dalla specifica della girante, del motore, dell'azionamento e del circuito di controllo come un unico pacchetto, perché un ventilatore a velocità variabile che è abbinato sulla carta ma non corrispondente sul lato motore si surriscalderà, vibrerà o peccherà entro il primo anno. Tutto ciò che segue spiega perché e cosa controllare prima di effettuare l'ordine.
Ciò che conta come un ventilatore centrifugo a velocità variabile
Un ventilatore centrifugo muove l'aria facendo girare una girante all'interno di un alloggiamento a spirale. "Velocità variabile" significa semplicemente che il flusso d'aria viene regolato modificando il numero di giri della girante invece di chiudere una serranda o una pala di aspirazione. Tre accordi dominano il mercato:
- VFD più un motore a induzione trifase. Il percorso più comune da circa 1 kW in su. Un motore bipolare gira a 3.600 giri al minuto a 60 Hz e 3.000 giri al minuto a 50 Hz; un motore a quattro poli gira a 1.800 o 1.500 giri al minuto. Il turndown pratico è solitamente compreso tra il 30% e il 50% della velocità nominale.
- Motore EC o BLDC con elettronica integrata. Motore e azionamento sono abbinati in fabbrica, eliminando così tutta una serie di errori di configurazione. Tipico nei piccoli ventilatori inferiori a circa 1 kW.
- Trasmissione a cinghia con puleggia regolabile. Nessuna elettronica. La velocità viene regolata manualmente al momento della messa in servizio, il che è utile per mettere a punto un sistema che funzionerà quindi a un punto fisso.
La trasmissione diretta garantisce l'assenza di slittamento della cinghia, nessuna manutenzione della cinghia e una lettura accurata della velocità. La trasmissione a cinghia assorbe i carichi d'urto, tollera piccoli disallineamenti e consente di spostare il punto operativo modificando il rapporto della puleggia. Nessuno dei due è automaticamente migliore; la scelta segue il ciclo di lavoro. Se desideri un aggiornamento su come questi motori vengono avvolti, raffreddati e assemblati, questa panoramica di costruzione del motore del ventilatore copre i fondamenti.
Leggi di affinità: da dove proviene effettivamente l'energia
Per un sistema fisso, il flusso d'aria cambia in maniera direttamente proporzionale alla velocità, la pressione statica al quadrato della velocità e la potenza dell'albero al cubo della velocità. Dimezzare la velocità non dimezza la potenza: la riduce a circa un ottavo.
| Velocità (% della nominale) | Flusso d'aria (%) | Pressione statica (%) | Potenza all'albero (%) |
|---|---|---|---|
| 100 | 100 | 100 | 100 |
| 90 | 90 | 81 | 73 |
| 80 | 80 | 64 | 51 |
| 70 | 70 | 49 | 34 |
| 60 | 60 | 36 | 22 |
| 50 | 50 | 25 | 13 |
Le installazioni reali si discostano dal cubo. La resistenza del sistema, le perdite di azionamento dal 3% al 6%, un calo dell'efficienza del motore quando il carico scende al di sotto del 50% circa e un flusso d'aria minimo richiesto per il processo appiattiscono la curva. Le perdite nei condotti e le giranti sovradimensionate peggiorano la situazione. Considerate la legge del cubo come un tetto al risparmio, non come una previsione.
Opzioni di azionamento e motore a confronto
La gamma di velocità effettivamente utilizzabile dipende tanto dal motore e dall'azionamento quanto dalla girante. La tabella seguente mette a confronto le disposizioni osservate più spesso nella ventilazione, nel raffreddamento e nel servizio dell'aria di processo.
| Disposizione | Gamma di velocità pratica | Efficienza a carico parziale | Utilizzo tipico | Attenzione |
|---|---|---|---|---|
| VFD con motore a induzione | 100% fino al 30-50% | Alta, meno 3-6% di perdita di guida | 1 kW e oltre, industriale e commerciale | Isolamento per servizio inverter, correnti d'albero, armoniche, lunghezza cavo motore |
| EC o BLDC con azionamento integrato | 100% fino al 20-30% | Massima nelle taglie piccole | Piccoli ventilatori, unità compatte | Riparazione sul campo limitata; solitamente sostituito, non riavvolto |
| Trasmissione a cinghia, puleggia regolabile | 100% fino al 60-70%, manuale | Perdita della cinghia inferiore, del 2-5%. | Ventilazione semplice, retrofit | Solo regolazione manuale, usura cinghia, allineamento |
| Velocità fissa con serranda o alette di aspirazione | Solo al 100%. | Scarso a carico parziale | Sistemi legacy in attesa di aggiornamento | Energia sprecata sotto forma di calore, rumore più elevato, nessun vero turndown |
Dettagli del motore che decidono se il ventilatore sopravvive
La potenza nominale e le dimensioni del telaio sono la parte semplice delle specifiche. Questi sono i dettagli che differenziano un soffiatore che funziona per un decennio da uno che viene smontato ogni 18 mesi.
Piccolo motore del ventilatore a velocità di frequenza variabile YYK-60 1. Piccole dimensioni, grande volume d'aria in uscita. Velocità di frequenza variabile. Il piccolo motore del ventilatore YYK-60 è di piccole dimensioni. Si tratta di una pala della ventola a vortice ottimizzata con un rendimento elevato... Visualizza il prodotto → - Velocità continua minima. Un motore completamente chiuso raffreddato a ventola si raffredda tramite una ventola sull'albero. Al di sotto di una velocità compresa tra il 30% e il 40% circa della velocità nominale, la ventola non sposta più abbastanza aria attraverso il telaio, quindi la temperatura dell'avvolgimento aumenta anche se il carico è diminuito. Richiedi la velocità minima continua, non solo la velocità nominale.
- Classe di isolamento e sovratemperatura. L'isolamento di Classe F con aumento di temperatura di Classe B è una linea di base industriale comune. In un soffitto caldo o in un'unità sul tetto, quel margine è ciò che mantiene vivo l'avvolgimento in agosto.
- Cuscinetti. I cuscinetti a sfere con durata L10 adeguata al carico radiale effettivo, adeguatamente precaricati e schermati, si comportano molto meglio dell'opzione più economica disponibile. I cuscinetti a manicotto sono adatti al servizio continuo a bassa velocità ma non devono mai funzionare a secco.
- Tolleranze albero e montaggio. Il diametro dell'estensione dell'albero, la dimensione della chiavetta e l'eccentricità totale indicata sono importanti quando la girante è imbullonata direttamente all'albero. Un runout eccessivo si manifesta come una vibrazione una volta per giro che nessun bilanciamento potrà risolvere.
- Grado di servizio dell'inverter. Un motore che aziona un VFD dovrebbe essere valutato per questo: isolamento dell'avvolgimento progettato per una commutazione rapida e un piano di mitigazione della corrente nei cuscinetti per telai più grandi.
Prima di ordinare, inviare al fornitore quattro numeri: il punto di lavoro in portata d'aria e pressione statica, la temperatura ambiente, l'altitudine se è superiore a 1.000 m e la modalità di controllo che si intende utilizzare. Questo insieme di quattro previene la maggior parte dei problemi di mancata corrispondenza che compaiono dopo la messa in servizio.
Problemi che si presentano dopo la messa in servizio
La maggior parte dei reclami sul campo relativi ai ventilatori a velocità variabile non riguardano affatto problemi alla girante. Si raggruppano attorno a cinque cause principali e solo una di queste è meccanica.
Figura 2: Distribuzione dei problemi tipici di messa in servizio e del primo anno segnalati su installazioni di soffianti a velocità variabile.
Le soluzioni pratiche non sono affascinanti. Impostare una frequenza di base invece di lasciare che l'unità si sposti verso i 15 Hz. Programmare una banda di salto attorno a qualsiasi velocità che produca un picco di risonanza. Assegnare al circuito PID un tempo di rampa realistico in modo che il ventilatore non insegua ogni piccolo sfarfallio di pressione. Mantenere i cavi del motore corti o montare un filtro du/dt o sinusoidale quando non lo sono.
Applicazioni: raffreddamento, ventilazione e trattamento dell'aria
Nei raffreddatori evaporativi e nei raffreddatori ad aria, il ventilatore e la pompa di circolazione dell'acqua condividono un unico compito: spostare un grande volume d'aria a bassa pressione statica mantenendo il rumore sufficientemente basso per una camera da letto o un ufficio. Far funzionare il ventilatore a velocità ridotta di notte o in condizioni climatiche miti riduce sia la bolletta elettrica che il rumore, motivo per cui gli azionamenti a frequenza variabile sono diventati standard sulle unità di raffreddamento più grandi.
Motore del dispositivo di raffreddamento dell'aria a conversione di frequenza YYK-250 Motore del radiatore dell'aria Guscio in alluminio YYK-250 Visualizza il prodotto → La stessa logica si applica ai purificatori d’aria industriali e alla ventilazione generale: il filtro si carica, la resistenza del sistema aumenta e un ventilatore a velocità fissa semplicemente sposta meno aria. Un'unità a velocità controllata mantiene costante il flusso d'aria aumentando il numero di giri man mano che il filtro si intasa, quindi ritorna alla bassa velocità dopo aver sostituito il filtro. Questo è un vantaggio in termini di controllo, non solo energetico.
Essiccazione e aria di processo: coppia costante a bassa velocità
Le linee di asciugatura e raffreddamento spesso necessitano di un flusso d'aria moderato e stabile per un lungo ciclo di lavoro anziché di un picco elevato. Qui il motore viene selezionato per il funzionamento continuo a velocità parziale, con il margine termico per sopravvivere per ore a 40 Hz in un ambiente caldo. Un motore del ventilatore a media pressione abbinato a un azionamento offre all'operatore della linea un'unica manopola per il flusso d'aria, mentre il processo rimane all'interno della sua curva di asciugatura invece di essere acceso e spento.
Raffreddamento e asciugatura Motore del ventilatore medio YYK-60 Introduzione al prodotto: Visualizza il prodotto → Due abitudini specifiche ripagano in questo tipo di lavoro: dimensionare il motore per l'ambiente peggiore piuttosto che per le condizioni di targa e confermare l'intervallo di lubrificazione dei cuscinetti per l'intervallo di velocità effettivo, perché un motore silenzioso a 60 Hz può sviluppare un lamento a 35 Hz se i cuscinetti sono marginali.
Domande frequenti
Ogni ventilatore centrifugo beneficia della velocità variabile?
No. Se il sistema funziona davvero al punto di progettazione ogni ora dell'anno, un ventilatore a velocità fissa correttamente dimensionato con un motore ad alta efficienza può essere la risposta più economica e semplice. La velocità variabile ripaga dove si sposta il punto di lavoro: funzionamento a carico parziale, battute d'arresto notturne, caricamento dei filtri o cambiamenti meteorologici stagionali.
A quale velocità posso far funzionare il ventilatore prima che il motore diventi un problema?
Per un motore TEFC autoraffreddato, pianificare dal 30% al 40% della velocità nominale come piano di lavoro e confermare la cifra con il fornitore del motore. Al di sotto di questo, accettare una potenza continua ridotta o specificare la ventilazione forzata.
È possibile aggiungere un VFD a un motore del ventilatore esistente?
A volte. I motori più vecchi potrebbero non avere l'isolamento adatto all'inverter e i cavi motore lunghi possono creare picchi di tensione e correnti nei cuscinetti. Le opzioni più comuni sono un filtro du/dt, un filtro sinusoidale o la semplice sostituzione del motore con un'unità con inverter. Fai i conti prima di impegnarti nel retrofit.
Quanta energia risparmierò realmente?
Dipende da quante ore trascorri a carico parziale. Un calo dal 100% all'80% della velocità vale in teoria circa il 49% della potenza dell'albero e in genere dal 35% al 45% in pratica una volta conteggiate le perdite di trasmissione e l'efficienza del motore.
Ottenere le specifiche giuste la prima volta
Un ventilatore centrifugo a velocità variabile è una decisione di sistema. Scegli la girante per il punto di lavoro, il motore per la velocità più lenta a cui funzionerà effettivamente, l'azionamento per il motore e il circuito di controllo per il processo. Mettendo questi quattro in linea, il risparmio energetico diventerà un sottoprodotto di una buona ingegneria piuttosto che una promessa su una scheda tecnica.
Se disponi già del punto di lavoro (flusso d'aria, pressione statica, modalità ambiente e controllo), invialo tramite il nostro pagina dei contatti e possiamo abbinarlo a un telaio del motore che resiste alla velocità parziale, non solo alla velocità nominale.
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