Comparaison des ventilateurs axiaux et des ventilateurs centrifuges

Lorsqu'il s'agit de gérer l'excès de chaleur dans un système, les ventilateurs représentent une solution de gestion thermique incontournable pour éliminer la chaleur indésirable et fournir de l'air plus frais aux composants critiques. Outre la réduction de la puissance du système, l'ajout de dissipateurs thermiques ou l'utilisation de tuyaux ou de plaques de refroidissement, il est souvent nécessaire de générer de l'air forcé pour refroidir encore davantage le système.

Un ingénieur doit donc choisir entre la conception d'un ventilateur axial et celle d'un ventilateur centrifuge. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une décision excessivement complexe, cet article a pour but de présenter les principes de fonctionnement de base de chaque type de ventilateur, de discuter de leurs applications et utilisations courantes et de résumer leurs avantages et inconvénients.

Principes de base et applications des ventilateurs axiaux

Parfois appelés ventilateurs hélicoïdaux, les ventilateurs axiaux comportent des pales inclinées montées sur un axe de rotation (ou arbre) qui est entraîné par un moteur. Les ventilateurs axiaux fonctionnent en aspirant l'air à une extrémité et en le refoulant à l'autre extrémité, dans une direction parallèle à l'axe (Figure 1). On parle également de ventilateurs axiaux à enveloppe ou à aubes directrices. Il s'agit simplement de ventilateurs axiaux destinés à s'adapter à un conduit.

Figure 1 : Direction de base du flux d'air d'un ventilateur axial. (Source de l'image : Same Sky)

Les ventilateurs axiaux sont disponibles dans pratiquement toutes les tailles, depuis le format carte jusqu'à la taille d'une pièce. Et bien que cela soit fonction de la taille, ils ne nécessitent généralement pas beaucoup d'énergie pour fonctionner. Proposés à la fois en versions CA et CC, les ventilateurs CA utilisent le courant du secteur et présentent généralement une tension nominale supérieure à 100 V, tandis que les ventilateurs CC affichent une tension beaucoup plus faible, comprise entre 3 et 48 Vcc, et sont généralement alimentés par des batteries ou une source électrique.

Le débit d'air produit par les ventilateurs axiaux est élevé, mais la pression est faible. Cette sortie à haut volume et basse pression les rend bien adaptés au refroidissement des équipements et des espaces, qu'ils soient petits ou grands, car le flux d'air est réparti uniformément dans une zone définie. Les ventilateurs axiaux sont souvent utilisés pour refroidir des ordinateurs ou des équipements de data centers, dans des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVC), des condenseurs de climatisation ou des unités d'échange thermique, ainsi que pour le refroidissement ponctuel de systèmes industriels. Ils peuvent également servir de ventilateurs d'extraction.

Principes de base et applications des ventilateurs centrifuges

Également connus sous le nom de ventilateurs radiaux ou souffleurs centrifuges, les ventilateurs centrifuges sont dotés de roues à ailettes contenues dans un moyeu entraîné par un moteur qui aspire l'air dans le logement et l'expulse par une sortie formant un angle de 90 degrés (perpendiculaire) avec l'entrée (Figure 2).

Figure 2 : Direction de base du flux d'air d'un ventilateur centrifuge. (Source de l'image : Same Sky)

En tant que dispositifs de sortie à haute pression et à faible volume, les ventilateurs centrifuges pressurisent essentiellement l'air dans le logement du ventilateur, ce qui permet de produire un flux d'air régulier et à haute pression, mais à des volumes plus limités par rapport aux versions axiales. Comme ils expulsent l'air à partir d'une sortie, ils sont utiles pour cibler le flux d'air dans une zone spécifique afin de refroidir une partie particulière du système qui génère plus de chaleur comme un FET de puissance, un processeur DSP ou un FPGA. Comme leurs équivalents axiaux, ils sont également disponibles en versions CA et CC avec une gamme de tailles, de vitesses et d'empreintes, mais consomment généralement plus d'énergie. Leur conception fermée offre une protection supplémentaire aux différents éléments mobiles, ce qui en fait une option fiable, durable et résistante aux dommages.

Les deux types de ventilateurs, centrifuges et axiaux, produisent des bruits audibles et électromagnétiques, mais les modèles centrifuges ont tendance à être plus bruyants que les modèles axiaux. Comme les deux modèles de ventilateurs utilisent des moteurs, les effets des interférences électromagnétiques (EMI) peuvent avoir un impact sur les performances du système dans les applications sensibles.

La haute pression et le faible volume de sortie d'un ventilateur centrifuge le rendent idéal pour la circulation de l'air dans des zones concentrées comme les tuyaux ou les systèmes de gaines (Figure 3), ou pour la ventilation et l'évacuation. Cela signifie qu'ils sont tout à fait adaptés aux systèmes de climatisation ou de séchage, tandis que leur durabilité accrue, mentionnée précédemment, permet de les utiliser dans des environnements difficiles où l'on trouve des matières particulaires, de l'air chaud et des gaz. En termes d'applications électroniques, les ventilateurs centrifuges sont couramment utilisés dans les ordinateurs portables en raison de leur profil extra-plat et de leur plus grande directionnalité (flux d'air expulsé à 90 degrés de l'entrée).

Figure 3 : Ventilateur centrifuge utilisé dans un système de gaines. (Source de l'image : Same Sky)

Remarques relatives aux interférences électromagnétiques et au bruit des ventilateurs

Les interférences électromagnétiques (EMI) générées par les ventilateurs constituent un facteur important à prendre en compte dès le début de la conception. Tous les ventilateurs peuvent générer des interférences électromagnétiques rayonnées par le ventilateur lui-même, ou des interférences électromagnétiques conduites par les câbles d'alimentation. Les champs magnétiques non confinés (UMF) provenant des aimants du moteur et des enroulements du stator peuvent également provoquer des interférences. Bien que cela concerne des applications spécifiques, un examen attentif dès les premières étapes de la conception permettra d'économiser du temps et de l'argent par la suite. En général, les ventilateurs CC créent moins d'interférences électromagnétiques que leurs équivalents CA.

Figure 4 : Les ventilateurs axiaux ont tendance à produire moins de bruit que les ventilateurs centrifuges. (Source de l'image : Same Sky)

Le bruit audible généré par les ventilateurs représente un autre aspect de conception spécifique à une application. Le bruit varie selon l'application, la densité des composants, l'emplacement dans un système, la taille du ventilateur, la quantité d'air déplacée, les types de roulements utilisés, etc. Les roulements d'un ventilateur entraînent des répercussions non seulement sur l'acoustique, mais aussi sur la durée de vie et les applications potentielles. Il est possible d'atténuer le bruit audible en plaçant mieux les ventilateurs, en les isolant mécaniquement ou en utilisant des grilles d'entrée d'air ou des diffuseurs de sortie. En règle générale, plus le CFM (ou le débit d'air) est élevé, plus le bruit audible est important. Pour autant, si un ventilateur plus grand et un ventilateur plus petit présentent tous deux des valeurs CFM similaires, le ventilateur plus grand sera généralement plus silencieux. Comme évoqué précédemment, les ventilateurs axiaux sont généralement plus silencieux que les ventilateurs centrifuges.

Comparaison finale

Pour récapituler, voici une comparaison rapide des différents avantages, inconvénients et caractéristiques des ventilateurs axiaux et centrifuges. Le choix de la meilleure option dépend réellement de l'application prévue, de l'espace disponible et des exigences thermiques globales du système final.

Figure 5 : Comparaison des caractéristiques de base des ventilateurs axiaux et centrifuges. (Source de l'image : Same Sky)

Conclusion

Le refroidissement des composants électroniques qui dégagent une chaleur indésirable peut être géré efficacement à l'aide de ventilateurs axiaux ou centrifuges. Ces deux types de ventilateurs ont fait leurs preuves sur le terrain grâce à de nombreuses années d'utilisation et d'amélioration continue. Same Sky propose une large gamme de ventilateurs axiaux et de ventilateurs centrifuges CC, avec une variété de tailles et de débits d'air qui permettent de répondre aux besoins thermiques spécifiques des ingénieurs.