Porównanie wentylatorów osiowych i odśrodkowych

Wentylatory są praktycznym rozwiązaniem pozwalającym odprowadzić nadmiar ciepła z układu oraz zapewnić przepływ chłodniejszego powietrza przez kluczowe komponenty. Oprócz obniżenia mocy układu, zainstalowania dodatkowych radiatorów oraz stosowania rur i płyt chłodniczych, często zachodzi potrzeba wytworzenia wymuszonego strumienia powietrza w celu dalszego schłodzenia układu.

W tym momencie inżynier stoi przed wyborem pomiędzy wentylatorami osiowymi i wentylatorami odśrodkowymi. Mimo że nie jest to zbyt skomplikowana decyzja, w niniejszym artykule przedstawimy podstawowe zasady działania obu typów wentylatorów, omówimy ich częste zastosowania oraz podsumujemy ich zalety i wady.

Podstawowe informacje i zastosowania wentylatorów osiowych

Wentylatory osiowe, czasami nazywane wentylatorami śmigłowymi, są wyposażone w skośne łopatki zamontowane na osi obrotowej (lub wale) napędzanej silnikiem. Zasada działania wentylatorów osiowych opiera się na zasysaniu powietrza po jednej stronie i wyrzucaniu go z drugiej, w kierunku równoległym do osi (ilustracja 1). Wentylator tunelowy bez kierownicy i wentylator tunelowy z kierownicą to inne popularne terminy, które odnoszą się do wentylatorów osiowych przeznaczonych do montażu w kanale.

Ilustracja 1: podstawowy kierunek przepływu powietrza w wentylatorze osiowym. (Źródło ilustracji: Same Sky)

Wentylatory osiowe są dostępne w praktycznie każdym rozmiarze - od wielkości płytki do wielkości pomieszczenia. Ich praca nie wymaga dużej mocy, choć moc ta zależy od ich rozmiarów. Wentylatory osiowe są oferowane zarówno w wersjach na prąd zmienny, jak i na prąd stały. Wersje na prąd zmienny wykorzystują prąd sieciowy i są zwykle zasilane napięciem powyżej 100V, natomiast wersje na prąd stały mają znacznie niższe napięcia w zakresie od 3 do 48V i są zwykle zasilane z baterii lub zasilacza.

Przepływ powietrza przez wentylatory osiowe jest duży, ale pod niskim ciśnieniem. Taki duży strumień o niskim ciśnieniu sprawia, że doskonale nadają się do urządzeń oraz małych i dużych pomieszczeń chłodniczych, dzięki równomiernej dystrybucji powietrza w określonym obszarze. Wentylatory osiowe często można znaleźć w układach chłodzenia komputerów lub urządzeń w ośrodkach przetwarzania danych, w instalacjach klimatyzacji i wentylacji, skraplaczach klimatyzacyjnych lub wymiennikach ciepła. Służą one do chłodzenia punktowego w instalacjach przemysłowych. Mogą również służyć jako wentylatory wyciągowe.

Podstawowe informacje dotyczące wentylatorów odśrodkowych i ich zastosowania

Wentylatory odśrodkowe, znane również jako wentylatory promieniowe lub dmuchawy odśrodkowe, są wyposażone w wirniki znajdujące się w piaście napędzanej silnikiem, które wciągają powietrze do obudowy, a następnie wyrzucają je z wylotu pod kątem 90 stopni (prostopadle) do wlotu (ilustracja 2).

Ilustracja 2: podstawowy kierunek przepływu powietrza w wentylatorze odśrodkowym. (Źródło ilustracji: Same Sky)

Jako wysokociśnieniowe, niskoprzepływowe urządzenia wyjściowe, wentylatory odśrodkowe w zasadzie podwyższają ciśnienie powietrza w swojej obudowie, wytwarzając stały strumień powietrza pod wysokim ciśnieniem, ale przy bardziej ograniczonej wielkości przepływu w porównaniu z wersją osiową. Ponieważ wypychają powietrze wylotem, są one idealne do kierowania strumienia powietrza w określonym obszarze w celu schłodzenia określonej części układu, która wytwarza więcej ciepła, na przykład tranzystora polowego, cyfrowego procesora sygnałowego lub bezpośrednio programowalnej macierzy bramek. Podobnie jak ich osiowe odpowiedniki, są również dostępne w wersjach na prąd stały i zmienny, o różnych rozmiarach, prędkościach i powierzchniach podstaw, ale zazwyczaj zużywają więcej energii. Ich zamknięta konstrukcja zapewnia dodatkową ochronę różnych ruchomych części, dzięki czemu są niezawodne, trwałe i odporne na uszkodzenia.

Zarówno wentylatory odśrodkowe, jak i osiowe generują hałas i zakłócenia elektromagnetyczne, jednak konstrukcje odśrodkowe są zwykle głośniejsze niż modele osiowe. Ponieważ obie konstrukcje wentylatorów wykorzystują silniki, zakłócenia elektromagnetyczne mogą mieć wpływ na parametry działania układu w zastosowaniach wrażliwych.

Wysokie ciśnienie i mała wielkość przepływu wentylatora odśrodkowego sprawiają, że idealnie nadaje się do generowania przepływu powietrza w ograniczonych przestrzeniach, takich jak rury lub kanały (ilustracja 3), a także do wentylacji i odciągu powietrza. Oznacza to, że dobrze sprawdza się on w układach klimatyzacji lub suszenia, podczas gdy wspomniana wcześniej trwałość umożliwia pracę w trudnych warunkach, w których mamy do czynienia z cząstkami stałymi, gorącym powietrzem i gazami. Jeśli chodzi o zastosowania elektroniczne, wentylatory odśrodkowe są powszechnie stosowane w laptopach ze względu na niski profil i lepszą kierunkowość (wylot powietrza pod kątem 90 stopni do wlotu).

Ilustracja 3: wentylator odśrodkowy używany w kanałach. (Źródło ilustracji: Same Sky)

Zagadnienia dotyczące zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i hałasu wentylatora

Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) generowane przez wentylatory są ważnym czynnikiem konstrukcyjnym, który należy wziąć pod uwagę na wczesnym etapie. Wszystkie wentylatory mogą generować zakłócenia elektromagnetyczne lub powodować ich powstawanie w przewodach zasilających. Zakłócenia mogą również powstawać w wyniku zewnętrznych pól magnetycznych (UMF) pochodzących z magnesów silnika i uzwojeń stojana. Staranna analiza konkretnego przypadku na wczesnym etapie projektowania pozwala zaoszczędzić czas i pieniądze w przyszłości. Ogólnie rzecz biorąc, wentylatory prądu stałego generują mniejsze zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w porównaniu z ich odpowiednikami prądu zmiennego.

Ilustracja 4: wentylatory osiowe zazwyczaj generują mniejszy hałas niż dmuchawy odśrodkowe. (Źródło ilustracji: Same Sky)

Innym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę w konkretnych zastosowaniach, jest hałas akustyczny generowany przez wentylatory. Hałas zależy od zastosowania, gęstości komponentów, umieszczenia w układzie, rozmiaru wentylatora, ilości powietrza, rodzaju używanych łożysk itp. Łożyska wentylatora nie tylko wpływają na poziom hałasu, ale mogą mieć wpływ na żywotność i potencjalne zastosowania. Hałas można często ograniczyć dzięki lepszemu umieszczeniu wentylatora, izolacji mechanicznej albo zastosowaniu kratki na wlocie powietrza lub dyfuzorów na wylocie powietrza. Obowiązuje zasada praktyczna, że im wyższy przepływ powietrza, tym wyższy poziom hałasu. W związku z tym, jeśli większy wentylator i mniejszy wentylator mają podobne znamionowe natężenia przepływu, ten większy zazwyczaj stanowi cichsze rozwiązanie. Jak wspomniano wcześniej, wentylatory osiowe są zwykle cichsze niż odśrodkowe.

Porównanie końcowe

Aby pomóc w systematyzacji wiedzy, przedstawiamy krótkie porównanie zalet, wad i cech wentylatorów osiowych i odśrodkowych. Wybór najlepszej opcji będzie tak naprawdę zależeć od przeznaczenia, dostępnego miejsca i ogólnych wymagań termicznych końcowego układu.

Ilustracja 5: porównanie podstawowych cech wentylatorów osiowych i odśrodkowych. (Źródło ilustracji: Same Sky)

Podsumowanie

Komponenty elektroniczne, które generują niepożądane ciepło, można skutecznie chłodzić za pomocą wentylatorów osiowych lub odśrodkowych. Skuteczność obu rozwiązań w tej dziedzinie została dowiedziona na przestrzeni wielu lat użytkowania i ciągłego doskonalenia. Firma Same Sky oferuje szeroką gamę wentylatorów osiowych i odśrodkowych prądu stałego o różnych rozmiarach ram i znamionowych natężeniach przepływu powietrza, aby pomóc w spełnieniu różnych potrzeb inżynierów w zakresie odprowadzania ciepła.