Controllo della temperatura

Editoriale RS Components
-----------------------------------------Giugno 2009
Controllo della temperatura
La potenza dei processori aumenta costantemente mentre i componenti diventano sempre più piccoli e inseriti in
spazi ristretti all'interno delle attrezzature: il controllo della temperatura continua quindi a essere una questione
critica per i progettisti. Non è sufficiente dissipare il calore, ma i dispositivi per il controllo della temperatura
devono essere silenziosi e molto efficienti.
Caratteristiche di base delle ventole
Il modo più facile di ridurre il rumore delle ventole, è utilizzarne una con diametro grande per spostare un volume
maggiore di aria a bassa velocità. È una buona soluzione se non vi sono problemi di spazio, tuttavia tanto più è
compatta l’applicazione, tanto più piccola deve essere la ventola, di conseguenza il flusso dell’aria è più veloce e
aumenta la rumorosità. Come per la maggior parte delle soluzioni di engineering, è necessario trovare un
compromesso, quindi quali sono le possibilità?
A iniziare dai modelli di base, non tutti i modelli sono uguali. È molto importante tenere conto dei dati relativi alla
rumorosità del costruttore e scegliere la soluzione più silenziosa. I nuovi modelli, ad es. con girante con alette
possono fare una grande differenza nella riduzione della rumorosità, vale quindi la pena di esaminare con
attenzione i modelli disponibili di volta in volta. I valori dei dB(A) costituiscono una media di diversi livelli di
rumorosità per molte frequenze e comunque la rumorosità è una questione molto soggettiva. I valori più bassi
non possono garantire che le ventole siano le più silenziose, ma è comunque un buon punto di partenza. Infatti, i
dati dei costruttori sono misurati in condizioni di laboratorio (o almeno così dovrebbe essere!) e l’utente non
raggiunge mai le stesse condizioni nell’applicazione pratica, tuttavia una selezione accurata e un buon modello
possono aiutare a mantenere un livello soddisfacente.
Poiché la maggior parte del rumore proviene dal movimento dell’aria, è importante spostare solo la quantità d’aria
strettamente necessaria. Come si fa a sapere la quantità d’aria necessaria? Non vi è la certezza assoluta,
occorre sempre effettuare delle prove scegliendo le ventole e un termometro, ma chi ha una mentalità tecnica
può applicare la seguente equazione come regola empirica.
Carico termico (kW) x 3100 = flusso d’aria (m3/h)
Temperature Rise (K)
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Chelmsford Business Park Chelmsford Essex CM2 5EZ
Telephone: +44(0)1245 468555 Fax: +44(0)1245 466336
www.ebmpapst.co.uk
Company Registered in England and Wales: 1212237 VAT Number 282885611
Ad esempio, se si calcola che l'applicazione genera 1 kW di calore e non si desidera che la temperatura si alzi
più di 50K sopra la temperatura ambiente il flusso d'aria necessario è:
1 kW x 3100 = 62 m3/h
50K
Una ventola compatta tipica che sposta 70 m3/ora produce circa 32 dB(A) di rumore. I valori per una ventola che
sposta 80 m3/ora possono salire di circa 5 dB(A), una differenza significativa.
Occorre tenere a mente che la ventola lavora contro la resistenza interna dell'applicazione, comunemente
misurata in Pascal (Pa). Tanto più è elevata la resistenza, tanto più potente dev’essere la ventola per spostare la
stessa quantità d’aria e, di conseguenza, aumenta anche la rumorosità. Si potrebbe iniziare progettando una
resistenza il più bassa possibile. Ad esempio, cercare di creare un passaggio dell’aria ottimale attraverso
l’applicazione assicurandosi che il passaggio più facile sia attorno alla fonte di calore e non la eviti. Idealmente, la
ventola deve espellere l’aria piuttosto che farla entrare e, se è necessario un filtro, assicurarsi che abbia la
minima resistenza possibile e sia facile da pulire.
La resistenza interna è molto difficile da stimare, quindi si rende
necessario effettuare delle prove. Assicurarsi di iniziare scegliendo
una ventola in grado di fornire il flusso d’aria calcolato con una
resistenza realistica, perché in caso contrario le attrezzature
inizieranno a cuocere!
Selezione ventola di 60 m3/ora @ 15
Elevate prestazioni
Sotto, è riportato un esempio con prestazioni relativamente basse. Molti sistemi moderni presentano un carico
termico superiore in uno spazio molto più ridotto necessitando quindi di un ingente aumento del flusso d'aria per
ottenere una resistenza più elevata del sistema. Fino a poco tempo fa, queste caratteristiche in conflitto
sarebbero state impossibili da risolvere senza utilizzare una ventola più grande. Oggi, però la gamma S-Force di
ebm-papst è stata concepita espressamente per questa situazione. Queste ventole ultracompatte ad elevate
prestazioni a CC riescono a produrre fino a 950 m3/h di flusso e resistono a pressioni fino a 1200 Pascal.
Presentando la stessa dimensione compatta delle ventole standard, è possibile ottenere queste prestazioni solo
facendo girare la ventola a velocità fino a 1.400 giri/minuto. A pieno carico, le punte delle lame girano a più di 225
chilometri all’ora!
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Il vantaggio di questo modello è che fornisce prestazioni raddoppiate
rispetto a quelle delle ventole delle stesse dimensioni. In questo modo è
possibile ridurre le dimensioni delle applicazioni correnti o migliorare le
prestazioni in futuro. Poiché presentano le dimensioni standard e le funzioni
delle ventole precedenti, è facilissimo effettuare la conversione,
l'aggiornamento o l’adeguamento, inoltre sono progettate per avere la
stessa durata utile.
Raffreddamento case
Dall’altra parte, più che raffreddare direttamente i circuiti elettronici, a volte si rende necessario raffreddare un
case di dimensioni maggiori. In questo caso l’approccio è molto diverso. Più che il flusso direzionale di una
ventola assiale, per questo tipo di applicazione è più adatta una ventola centrifuga curva posteriore che faccia
circolare l'aria nell'intero case. Tipicamente l’aria viene prelevata dal foro del girante attraverso un’apertura e
accelerata verso l’esterno a 90° rispetto al flusso di entrata. L’intero case è pressurizzato durante il passaggio
dell'aria che porta con sé il calore.
Nonostante la ventola curvata posteriormente svolga questo compito con maggiore efficienza e meglio di una
ventola assiale, richiede una maggiore attenzione nella progettazione dell’installazione. Per evitare potenziali
problemi di rumore e ottenere buone prestazioni, occorre tenere conto di qualche fattore. L’apertura di ingresso è
molto più efficiente se si utilizza un anello profilato che guidi l’aria nel girante. Affidandosi a un foro in una
superficie piatta si riduce la quantità d’aria e si aumenta il rumore perché i bordi affilati producono turbolenze.
Qualunque fessura fra apertura e girante influisce quindi sulle prestazioni ed è rilevante anche utilizzando un
anello di entrata delle dimensioni corrette installato a filo nel girante.
Anche il montaggio è importante. Senza il case integrale di una ventola assiale compatta, è necessario un telaio
per supportare il motore da dietro. Se questo è posizionato troppo vicino al girante rotante, possono verificarsi
ulteriori problemi di rumore conosciuti come frequenze di passaggio lama. Le onde di pressione dal girante
possono infilarsi nelle strutture adiacenti e creare un rumore tonale a
bassa frequenza collegato al numero di lame e alla velocità di
rotazione del girante. Nei casi peggiori, possono nascere frequenze
che risuonano in tutta l’applicazione.
Se ciò vi è capitato anche usando una ventola centrifuga, non
preoccupatevi: esiste una facile soluzione. ebm-papst ha prodotto una
gamma di cassette che forniscono i vantaggi in termini di prestazioni
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di una ventola ricurva all’indietro insieme alla convenienza di una ventola compatta assiale. Si presentano come
unità “plug and play” completa di anello di aspirazione, telaio di montaggio e riparo per le dita opzionale, con tutti i
componenti perfettamente adattati fra di loro per ottenere le massime prestazioni. Occorre solo pensare al
percorso dell’aria attraverso l’unità, ma la ventola può essere semplicemente avvitata in posizione.
Penso che si possa affermare con certezza che la scelta della ventola non sia una della priorità più importanti dei
progettisti elettronici, come sarebbe giusto che sia. È comunque una questione importante e i buoni produttori di
ventole sono lieti di fornire informazioni sui prodotti migliori e sulle opzioni disponibili. A CA, CC o EC, assiali o
centrifughe, ingressi di controllo, uscite di allarme … ce ne sono veramente molte fra cui scegliere.
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