Download Como Elegir el Ventilador de Enfriamiento Adecuado Para su

Como Elegir el Ventilador de Enfriamiento Adecuado
Para su Aplicación
Para satisfacer la demanda del consumidor por tecnología cada vez más
avanzada, los ingenieros de diseño necesitan crear sistemas de mayor potencia y
a la vez, reducir al mínimo el espacio. Esta potencia adicional crea un nuevo
problema, altas temperaturas. Sin un mecanismo de enfriamiento adecuado, un
sistema puede sobrecalentarse y no rendir el funcionamiento esperado. Para
proteger el diseño, el ingeniero debe seleccionar el ventilador adecuado para su
aplicación.
Antes de seleccionar el sistema de enfriamiento optimo, el diseñador debe
considerar los siguientes factores:
 Envoltura del paquete electromecánico
 Fuentes de calor
 Trayectoria del aire frio
 Impedancia del sistema
 Ruido
 Rendimiento del ventilador
 Punto de funcionamiento
 Curva de rendimiento del ventilador
 Estructura del ventilador
 Fiabilidad y costo del ventilador
1 SdR 1/17
Una vez que la envoltura del empaque electromecánico sea diseñada, el
ingeniero debe llevar a cabo un análisis preliminar térmico. Este análisis asegura
que el trabajo ya hecho no se ha de repetir al final del proceso de diseño.
Análisis Térmico
Para determinar el volumen de aire que se requiere para enfriar un sistema, el
ingeniero debe primero identificar las principales fuentes de calor. La
temperatura, resistencia térmica, y la dispersión de calor dictaran el flujo de aire
necesario para enfriar las fuentes de calor. La cantidad de calor que cada fuente
genera tiene que ser calculada. La temperatura de la envoltura, también
conocida como la temperatura del empalme, debe ser determinada. Mediante el
cálculo de los valores máximos y mínimos del empalme, el ingeniero pude
determinar un rango de condiciones de operación. La resistencia térmica de la
envoltura al aire también debe ser determinada. De igual modo, el ingeniero
debe evaluar la mejor y peor disipación típica de calor en las fuentes.
Las fuentes de calor deben tener suficiente flujo de aire para mantener
enfriamiento adecuado. Proyectar la trayectoria o el recorrido del aire frio
asegura que los principales componentes de fuentes de calor reciban el aire
necesario para enfriar el equipo. Algunos sistemas necesitaran difusores de aire
para ayudar al proceso de enfriamiento. Este dispositivo puede usarse solo, o en
combinación con un conducto para magnificar el flujo de aire. Ahora, el ingeniero
está listo para proponer la ubicación del ventilador de enfriamiento y el área de
abertura para la entrada y salida de aire del componente.
Impedancia del Sistema
Después de haber calculado el flujo de aire requerido, y haber asignado la
trayectoria del aire frio, el ingeniero necesita calcular la impedancia del sistema.
Cuando el aire se desplaza entre los difusores de entrada y salida, cae la presión
del aire. La impedancia del sistema es la suma de estas caídas de presión de aire.
Para calcular la impedancia del sistema, el ingeniero debe medir las caídas de
2 SdR 1/17
presión entre cada paso de aire, y luego sumar estos datos. Otro método
utilizado para determinar la impedancia del sistema, es recrear el flujo de aire y
el desplazo de este en una cámara de aire. Después de determinar la impedancia
del sistema y el flujo de aire requerido en general, el punto de funcionamiento
que indica el sistema de presión estática en el flujo de aire necesario se puede
medir. El punto de operación es el factor singular más importante en determinar
la solución de refrigeración más adecuada.
Ventilador Axial o Soplador
Después de determinar estos factores cruciales, el ingeniero está listo para
decidir si usar un ventilador de enfriamiento axial o un soplador.
Un soplador es típicamente utilizado en aplicaciones para telecomunicaciones y
servidores de alta gama, debido a que estos equipos funcionan bajo una alta
impedancia de sistema. El soplador ofrece un flujo de aire más concentrado,
pues está diseñado para aspirar aire por sus lados y lo fuerza hacia afuera en un
ángulo de 90 grados. Los ventiladores típicamente generan ruido más audible.
El ingeniero debe escoger un ventilador axial cuando el sistema diseñado tiene
baja presión y tiene preocupación o dudas acerca del ruido audible del sistema.
3 SdR 1/17
Curva de Rendimiento
Con el fin de determinar el tamaño y la velocidad apropiada del ventilador de
enfriamiento o soplador, el ingeniero debe ahora examinar la curva de
rendimiento. La curva de rendimiento de un ventilador indica las variaciones de
la cantidad del flujo de aire, las revoluciones o velocidad, la presión estática, y la
corriente para un voltaje específico. Por lo general la tensión que se representa
es la tensión nominal. La curva de rendimiento de un ventilador es trazada
mediante el seguimiento de la cantidad de flujo de aire, en el eje horizontal, y la
presión estática en el eje vertical.
La mayoría de los fabricantes de ventiladores de enfriamiento proveen este tipo
de datos acerca de sus productos. Al seleccionar un ventilador que tiene una
curva de rendimiento que coincide con el punto de operación propuesto, el
4 SdR 1/17
ingeniero puede estar seguro que el ventilador enfriara suficientemente el
sistema electrónico de su diseño.
Aplicaciones de diseño
Después de examinar los criterios universales para la selección de un ventilador
de enfriamiento, el ingeniero debe de enfocarse en los detalles y características
de su aplicación, como por ejemplo:
 La estructura o el tamaño del marco
 El material
 El método y tipo de montaje y herramientas
 La terminación del ventilador, ya sea alambres o conector
Es importante investigar estos factores antes de comprar un sistema de
enfriamiento. Dependiendo del medio ambiente, algunos sistemas requieren un
montaje especial para evitar ruido audible, aislamiento de vibración,
interferencia electromagnética (EMI por sus siglas en ingles: Electromagnetic
Interference) o el diseño completo del sistema electrónico.
Control de Velocidad
Los ventiladores de enfriamiento son componentes críticos en mantener la
capacidad de un sistema para operar correctamente. Aun así, los ventiladores
de enfriamiento, por sus rodamientos, son mucho más susceptibles a fallos que
otros componentes. Si un ventilador de enfriamiento falla, el sistema completo
se sobrecalienta y no funciona. Sin embargo, existen ciertas características que
le ayudan al ingeniero a proteger el sistema y prolongar la vida del ventilador de
enfriamiento y con ello la longevidad del sistema completo. Con la instalación de
un sistema de falla de monitoreo continuo, el ingeniero puede seguir el
rendimiento de un ventilador, y detectar cualquier mal funcionamiento que
5 SdR 1/17
pueda amenazar al sistema. Algunos sistemas de monitoreo continuo incluyen
una función térmica que apaga el sistema electrónico cuando se detecta un
calentamiento excesivo en el sistema.
El circuito de control de velocidad de un ventilador de enfriamiento se puede
utilizar para maximizar la longevidad de este. Cuanto más rápido corra el
ventilador, mas rápido se deteriora. Al manipular la velocidad, el ingeniero
puede controlar la expectativa de vida del ventilador. Además, dado que la
velocidad del ventilador es el principal contribuyente al ruido, el circuito de
control de velocidad puede ser usado para minimizar el sonido. Hay cuatro tipos
principales de monitores y de controladores para los ventiladores.
Estos son:
 Monitoreo de velocidad
 Monitoreo de falla
 Monitoreo de control de velocidad
 Paro por falla
El monitoreo de velocidad requiere un tercer cable del ventilador como una
salida de señal del tacómetro. Esta característica permite que se supervise el
rendimiento y velocidad del ventilador. La mayoría de los proveedores de
ventiladores de enfriamiento instalan o incorporan en el ventilador un circuito de
protección cerrado. El tercer cable emitirá una señal alertando al sistema
cuando el rotor del ventilador se traba o se para.
Utilizando el tercer cable desde el sistema del ventilador como una salida de
señal del tacómetro, el tacómetro monitorea cualquier señal o falla anormal. Si
se detecta algún problema, el dispositivo utilizara el tiempo predefinido para
forzar el sistema a apagar la corriente al ventilador.
6 SdR 1/17
El control de velocidad del ventilador es otro dispositivo de precaución que se
utiliza para evitar el apagado del sistema y aumentar el rendimiento del
ventilador. Dependiendo del sistema electrónico, un ingeniero de diseño debe
seleccionar el control de velocidad del ventilador que mejor se ajuste al sistema
electrónico.
Los controles de velocidad más comunes son el control de velocidad de paso de
temperatura y el control de velocidad de encendido/apagado.
Computadoras personales de alta gama, servidores, y equipos de
telecomunicaciones usualmente utilizan controles de velocidad proporcionales
de temperatura. De los controles de velocidad proporcionales de temperatura,
el PWM y el control de velocidad de voltaje lineal son los más populares. Si el
ingeniero prefiere no utilizar ninguno de estos controles de velocidad, se puede
utilizar un ventilador de CC con una salida de tacómetro y un sensor de
temperatura interno o externo (remoto) para el mismo propósito.
Ahora que el ingeniero ha seleccionado las características necesarias del
ventilador, es hora de seleccionar un ventilador específico.
Selección
Si bien hay muchos tipos de ventiladores que un ingeniero de diseño puede
elegir, dependiendo de la aplicación, los ventiladores que utilizan rodamientos
de bolas en su motor son los más fiables. Para satisfacer las necesidades de
enfriamiento de una aplicación, es fundamental que el sistema de ventilación
tenga un alto nivel de confiabilidad. Los ventiladores que utilizan rodamientos de
bola en su motor pueden soportar intensos niveles de calor. Utilizando el
método de L10 para comparar el tiempo medio de vida en temperaturas que
oscilan entre 25° C y 60°C, los ventiladores que contienen rodamientos de bola
en su motor, en promedio, sobresalen a los ventiladores con cojinetes
deslizantes en un 50%. Al evaluar estos ventiladores a 70°C, el ventilador que
7 SdR 1/17
contiene rodamientos de bola duro 45,000 horas, mientras que los ventiladores
con cojinetes deslizantes fueron inoperables a esta temperatura.
Es importante notar al igual que las variaciones en el montaje no acortan la vida
útil de los ventiladores con rodamientos de bola, donde el montaje puede
disminuir el tiempo de vida para otro tipo de ventiladores. Debido a que los
ventiladores con rodamientos de bola tienen una vida más larga, y son más
versátiles, a menudo, es la mejor opción de enfriamiento para el ingeniero de
diseño. Al seleccionar ventiladores con rodamientos de bola, el ingeniero puede
proteger el sistema eléctrico contra el recalentamiento y el fallo de la aplicación.
Conclusión
Elegir un ventilador que mejor se adapte a su aplicación es una decisión
importante y critica. Hay muchos factores a considerar y elegir el ventilador de
enfriamiento correcto puede significar la diferencia entre una aplicación exitosa
y eficiente, o una que resulta en un sistema sobrecalentado. Al igual que con
otros componentes electrónicos, elegir el sistema de enfriamiento adecuado es
una decisión que no debe considerarse trivial, ya que en última instancia,
representa el mantenimiento eficaz de cualquier aplicación a largo plazo.
8 SdR 1/17
Acerca de NMB: NMB es parte del Grupo Minebea, el mayor fabricante del
mundo de rodamientos de precisión en miniatura, y líder en el diseño y
manufactura de componentes electro-mecánicos de precisión. Estos productos
incluyen ventiladores de enfriamiento, pequeños motores de precisión,
productos de iluminación y tecnología de LED, entre otros. Los productos de
NMB se encuentran en la industria automotriz, medica, maquinarias
industriales, producto electrónico de uso domestico, al igual que productos
comerciales.
Para más información acerca de NMB visite a nmbtc.com
Para más información acerca de Minebea visite a minebea.co.jp/english
USA
NMB Technologies Corporation
A Minebea Group Company
39830 Grand River Avenue B-1
Novi, MI 48375
Tel: (248) 919-2250
Conéctese con NMB
México
NMB – Minebea de México, S. de R.L. de C.V.
Avenida Armando Birlain 2001
Torre 1, Piso 2, Oficina 2A (Edificio Central Park)
Centro Sur, Querétaro, Qro. 76090
México
Conéctese con NMB
Europa
NMB – Minebea GmbH
Siemenstrasse 30
63225 Langen, Alemania
Tel: +49 (0)6103-913-220
Conéctese con NMB
9 SdR 1/17