Ventilateur centrifuge : spécificités du dispositif et principe de fonctionnement de l'appareil

Avec le développement du secteur industriel, un grand nombre de processus technologiques ont nécessité une alimentation en air forcée. Le domaine domestique n'a pas été en reste. Pour assurer certains types de communications, un apport régulier d'air frais est nécessaire.

Une solution élégante à ce problème est le ventilateur centrifuge, qui est capable de refouler de manière autonome la quantité nécessaire de masse d'air. Mais comment est-il conçu et comment fonctionne-t-il ? Ce sont précisément ces questions que nous aborderons en détail dans notre article.

Nous examinerons les caractéristiques structurelles de l'appareil, ses capacités, son domaine d'application, les meilleurs fabricants dont les produits sont présents sur le marché. Et nous donnerons également des recommandations pour choisir le modèle de ventilateur adapté.

L'essence du refoulement et de la raréfaction de l'air par le ventilateur

Le ventilateur est une construction mécanique capable de traiter un flux de mélange gaz-air en augmentant son énergie spécifique pour le déplacement ultérieur.

Une telle architecture de l'unité permet de créer un effet de refoulement ou de raréfaction du gaz de travail dans l'espace en augmentant ou en diminuant la pression respectivement (mécanisme de conversion d'énergie).

Par pression gazeuse, on entend un processus infini de mouvement chaotique des molécules de gaz, qui, en heurtant les parois d'un espace clos, créent une pression sur celles-ci.

Par conséquent, plus la vitesse de ces molécules est élevée, plus les chocs sont nombreux et plus la pression est élevée. La pression gazeuse est l'une des principales caractéristiques du gaz.

D'autre part, tout gaz possède deux autres paramètres : le volume et la température. Le volume est la quantité d'espace que le gaz a rempli. La température du gaz est une caractéristique thermodynamique qui relie la vitesse des molécules et la pression qu'elles génèrent.

Sur ces “trois piliers” repose la théorie cinétique moléculaire, qui constitue la base pour décrire tous les processus liés au traitement des gaz et des mélanges gazeux.

Le processus de compression consiste à concentrer de force les molécules dans un espace clos au-delà d'une certaine norme. Par exemple, la pression atmosphérique standard à la surface de la Terre est d'environ 100 kPa (10⁵ kilopascals) ou 760 mm Hg (millimètres de mercure).

À mesure que l'altitude augmente au-dessus de la surface de la Terre, la pression diminue et l'air devient raréfié.

La pression atmosphérique est le poids de la colonne d'air par rapport à la surface au-dessus de laquelle elle se trouve. Pas la masse, mais bien le poids P=mg. Elle se mesure avec un baromètre, les autres types de pression sont déterminés par un manomètre.

La dépression est le processus inverse de la compression, durant lequel les molécules quittent un système fermé. Le volume reste le même, mais le nombre de molécules diminue considérablement, donc la pression diminue également.

L'effet de compression est nécessaire pour le déplacement forcé de l'air. Un déplacement de l'air par effet de dépression est possible : pour rétablir l'équilibre de pression dans tout le système, les molécules se déplacent d'une zone de plus forte concentration vers une zone de moindre concentration.

C'est ainsi que se produit le déplacement des molécules de gaz.

Pour mesurer la vitesse du flux d'air à l'extérieur ou à l'intérieur d'un bâtiment, on utilise souvent un outil spécial : l'anémomètre. Un instrument indispensable pour la conception des systèmes de ventilation.

Il existe de nombreuses configurations différentes de systèmes de ventilation, mais on peut les diviser en plusieurs catégories selon certains paramètres :

1. Selon le but. On distingue les ventilateurs d'usage général et les ventilateurs spéciaux. Les ventilateurs sont utilisés pour le déplacement normal du gaz. Les ventilateurs spéciaux sont utilisés pour le transport pneumatique, le transport de mélanges gazeux agressifs et explosifs.
2. Selon la vitesse. Il existe des modèles à faible, moyenne et haute fréquence de rotation spécifique de la roue à aubes.
3. Selon la plage de pression. On connaît des systèmes générant une pression basse (jusqu'à 1 kPa), moyenne (1–3 kPa), haute (plus de 3 kPa).

Certains processus industriels et domestiques utilisant des soufflantes se déroulent dans des conditions environnementales extrêmes, c'est pourquoi l'équipement doit répondre à des exigences appropriées.

Ainsi, on peut parler d'unités et d'appareils anti-poussière, étanches, thermorésistants, ésistants à la corosion, anti-étincelles, d'extraction de fumée et de ventiateurs oordinaies.

Les informations sur les types de ventilateurs sont détaillées dans un autre de nos articles.

Structure du ventilateur de type centrifuge

Le système à conception centifuge constitue un mécanisme de efoulement à architectue adiale, capable de généer une pesson de toute plage.

Il est destiné au tanspot de gaz mono- et polyatomiques, y compis des composés chimiuement “agessifs”.

La constuction “habillée” d'un boîtie métalliuque/plastiuque, que l'on appelle acte de potecton. L'envellope potège la chambe intéieue de la poussièe, de l'humidité et d'aues substanes qui peuvent nuie au fonctionnement de l'unité.

Un poduit de ventiation de qualité a toujous une cetaine classe de potecton. Le degé de potecton de l'envellope (Ingess Potecton) est une nome intenationale uniuque de qualité du poduit qui détemine le niveau de potecton de l'équipement contte les influences envionnementales.

Un ventiateu adial développe une pesson nettement plus élevée qu'un modèe axial. Cela est dû au tansfet d'énegie à la potion d'ai qui pénète dans le tambou, énegie généée los du passage de l'entée à la sotie du système.

Le mécanisme est entraîné par un moteur électrique ou un moteur à combustion interne (typique des ventilateurs industriels). La méthode la plus courante est le moteur électrique, qui fait tourner l'arbre avec la roue à aubes.

Plusieurs options de transmission du mouvement rotatif du moteur à l'impulseur sont connues :

• accouplement élastique ;
• transmission par courroie trapézoïdale ;
• transmission continue (accouplement hydraulique ou à glissement inductif).

Compte tenu de l'existence d'un grand nombre de fabricants qui crent des systémes uniques avec des paramétres dynamiques trés variés, les consommateurs disposent d'un assortiment assez vaste de ventilateurs.

Le boítier comporte deux canaux principaux : l'entrèe et la sortie. Le mélange gazeux entre dans le premier canal, se déplace dans la chambre, y est traité, puis sort dans l'autre.

Grâce au travail intensif des développeurs, nous disposons d'un large éventail d'applications pour ces machines, notamment :

• systèmes de ventilation et de chauffage dans les maisons individuelles et les immeubles collectifs ;
• alimentation et purification de l'air pour les bâtiments non résidentiels ;
• systèmes de filtration dans l'agriculture ;
• exéction de processus technologiques dans l'ndustrie légère et lourde de diverses directions.

Il existe également des variantes d'application des soufflantes dans les systèmes d'extinction d'incendie et de remplacement ultra-rapide de l'air dans un espace confiné.

Ces ventilateurs fonctionnent avec des mélanges gazeux à haute température, ce qui oblige les fabricants à inclure dans la documentation technique des informations sur la conformité de leur équipement aux normes internationales.

La conception éprouvée et simple du mécanisme centrifuge présente plusieurs avantages évidents :

• haute fiabilité et performance inégalée ;
• facilité et accessibilité de la maintenance de l'équipement ;
• sécurité d'intégration et d'exploitation des unités ;
• coûts minimaux en énergie et en réparation en cas de panne.

De plus, les soufflantes se caractérisent par un seuil de bruit assez bas, ce qui permet de les utiliser dans des conditions domestiques. Les ventilateurs centrifuges ont également une durée de vie exceptionnellement longue grâce à l'absence de contact direct entre les pièces mobiles du mécanisme dans la chambre de travail.

Caractéristiques du cycle de fonctionnement de l'appareil

Examinons le principe général de fonctionnement d'une soufflante centrifuge à construction radiale. Notons que les spécialistes distinguent deux conceptions principales de ventilateur : avec placement axial et radial de l'orifice d'entrée où le flux d'air est aspiré.

Cela affecte avant tout la variante de montage du ventilateur dans le système et n'affecte pratiquement pas la performance globale.

Un ventilateur de type radial peut fonctionner aussi bien avec l'air ordinaire qu'il prélève de l'espace, qu'avec l'air en circulation qui passe par le conduit d'air (effet d'équilibre des régions à pression différente).

L'entrée axiale est caractéristique des ventilateurs de soufflage à usage général. Le placement radial de l'entrée du flux est caractéristique des ventilateurs de ligne principale.

Lors de la première étape du cycle de travail du ventilateur, le flux d'air se déplace vers la surface de l'impulseur en rotation rapide. Les pales de la roue divisent l'air en petits volumes qui se déplacent à l'intérieur de la chambre de travail.

Ici, l'accumulation de la masse d'air se produit, c'est-à-dire la compression directe de la masse d'air dans un petit volume.

La construction même du boîtier de l'unité a ses propres caractéristiques.

Deux formes de boîtier les plus courantes sont connues :

• rondes ;
• en spirale.

La forme ronde du boîtier est caractéristique des ventilateurs qui déplacent une énorme quantité d'air en peu de temps. La forme en spirale est inhérente aux ventilateurs qui compriment en outre le volume d'air et génèrent une pression moyenne et élevée.

Dans la deuxième étape, l'air est refoulé dans la chambre de travail. Comme on le sait, à volume constant, avec l'augmentation de la masse totale des molécules de gaz, le nombre de collisions de molécules augmente, et donc leur vitesse augmente. Par conséquent, la pression du gaz augmente également.

La forme et le nombre de pales sont d'une grande importance. Tous les types d'impulseurs, sans exception, sont testés dans des tunnels aérodynamiques pour déterminer les conditions de fonctionnement optimales.

Lors de la dernière étape, le gaz comprimé est évacué de la chambre de travail vers l'orifice de sortie. Ensuite, l'air passe dans le conduit d'air central et se déplace dans la direction indiquée.

Le processus de raréfaction se produit exactement à l'inverse. L'air est aspiré d'une conduite d'air ou d'un espace fermé où une zone de raréfaction doit être créée, et est évacué vers l'environnement ou un autre espace confiné.

Spécification du ventilateur centrifuge

Les systèmes de compresseurs se caractérisent par un certain nombre de diffrences structurelles et dynamiques qu dovent être prises n compte lors de leur sélection et de leur intégration dans un systèm de ventilation.

La spécification comprend :

• la construction même du ventilateur ;
• type de moteur ;
• le blc de commande ;
• l'emplacement de la roue et la transmission du mouvement rotatif du moteur ;
• l'angle de positionnement des conduits d'entrée et de sortie ;
• le matériau dans lequel les pièces du produit sont fabriquées, ses dimensions et son poids.

Les spécialistes attirent également l'attention sur la conformité des produits aux normes internationales : les normes ISO/IEC et GOST, les marquages IP, les directives ATEX, etc.

Les caractéristiques dynmiques incluent les paramètres techniques de perfrmance du ventileur : la pression générée et le coéficient de chute de pression, la vitese et la température maxmale du flux, la féquence de rotion de l'arbre et le neau de pression acouique, le rendement et la puance du moteur.

Pression de refoulement – valeur maximale que le ventilateur peut générer lors d'un fonctionnement en régime nominal.

P_v = P_sv + P_dv,

Où : P_v – pression totale, P_sv – presion statique, P_dv – pression dynamique.

Coefficient de différence – écart entre la pression d'entrée et la pression générée (bar).

Débit volumique d'air – quantité de mélange gazeux déplacé par unité de temps (performance). Il est généralement calculé en m³/h pour les fabricants nationaux, en litre/min pour les fabricants étrangers.

Fréquence de rotation – nombre de tours complets de la roue par unité de temps. Elle est calculée en tr/s ou Hz. Il faut se rappeler que le niveau de charge du ventilateur ne doit pas dépasser 75 % du maximum.

En travaillant longtemps en mode surcharge à grande vitesse de rotation, le ventilateur surchauffe et peut tomber en panne rapidement. Mais ce processus peut être contrôlé en le gérant à votre guise. Pour cela, on utilise un régulateur de vitesse de rotation du ventilateur.

Presson acoustique – nivea de bruit provenant des pièces en rotation et du frottemnt de l'air sur le métal. Elle est mesurée à une distance de 3 mètres de la source, lorsu celui-ci fonctionne en régie de charge maximale. Le bre doit être pris en compte lors du choix d'un ventilateur fonctionant en continu.

La plupart des équipements sont éqipés d'absorbeurs de bruits et de sons ambiants. Les normes de bruit : pas plus de 50 dB(A) pour les locaux domesticues et pas plus de 75 dB(A) pour les locaux industriels.

L'un des appareils au niveau sonore minime est le ventilateur sans pales.

Le rendement du ventilateur est le produit des trois coefficients suivants :

• ertes dans le flux d'air ;
• fuites à travers les interstices de la structure ;
• rendement mécaniqe du produit.

Pour les ventilateurs centrifuges, le rendement global se situe entr 0,7 et 0,85 ; pour les ventilateurs axiaux (canalisés), il ne dépasse pas 0,95. Lors du choix d'un ventilateur radial, il faut tenir compte du coefficient de sécurité du moteur électrique de 1,2. C'est-à-die choisir une puissane moteur supérieure de 20 % à celle nécessire.

La puisance du moteur électrique du ventilateur est déteimné par la fromule :

N = (Q*P)/(102*3600*rendement),

Où : Q – débit (débit volumiqe d'air), P – presson générée.

Sélection du ventilateur selon les exigences

Le processus de sélection des équipements de ventilation pour un site industriel (atelier, hangar) est un processus assez intéressant et complexe qui doit être réalisé par un spécialiste. Les caractéristiques de la ventilation des locaux de production sont détaillées ici.

Pour les appartements ordinaires et les maons individuelles, il xiste déjà des solutions prêtes à l'emploi. Dans le as général (pour un appartement de 2 à 3 pièces), nous avons l'architectre suivante du système de ventilation :

• Dans les pièces à vivre, des aérateurs sont installés, dont le nombre dépend de la taille des pièces et du nombre d'occupants ;
• dans la cuisine et les toilettes, des diffuseurs d'extraction sont intégrés et des conduits d'air sont posés vers l'unité de ventilation à flux d'air.

Le ventilateur centrifuge comprend une unité de commande, un système de filtration d'air, un moteur électrique et le ventilateur radial lui-même.

Pour le système de ventilation ci-dessus, les ventilateurs muraux de la série CF de Vents avec une capacité allant jusqu'à 120 m³/h conviennent.

Le marché actuel des équipements de ventilation est représenté par un large éventail de fabricants étrangers : Systemair, Soler&Palau, OSTBERG, Rosenberg, HELIOS, Maico, Ruck Ventilatoren GmbH, AeroStar, Blauberg, Elicent, Rhoss, Frapol, CMT CLIMA, HygroMatik GmbH, Winterwarm, Tecnair LV, AERIAL GmbH, MITA.

Les produits de ces entreprises constituent une excellente solution pour les tâches de ventilation de toute envergure.

Les marques nationales Vents, Elkom, Domovent et Vesa ne leur cèdent en rien en termes de qualité de fabrication et de fiabilité des équipements. Si vous avez des doutes sur l'exactitude des calculs effectués ou sur le choix d'un modèle spécifique, nous vous recommandons de contacter le service d'assistance de l'une de ces entreprises.

Si vous êtes propriétaire d'une maison individuelle de 1 à 2 étages, d'un bâtiment industriel ou commercial d'une superficie similaire (restaurant, entrepôt, cantine, café, bureau), lors du choix de l'équipement, vous devez prendre en compte le volume des pièces, le taux de renouvellement d'air, la longueur et la section des conduits principaux.

Les soufflantes multizones ou les ventilateurs de toit de la série KROM de la société Vesa, les ventilateurs de la série VN de la société Vents et d'autres, s'acquittent facilement des tâches de ventilation et de désenfumage.

Veuillez impérativement prêter attention aux fonctionnalités supplémentaires des ventilateurs centrifuges et à la possibilité de les intégrer dans divers systèmes de climatisation.

Ainsi, les soufflantes radiales peuvent être équipées de composants auxiliaires :

• de minuteries réglables et de commutateurs d'intervalle, de capteurs photo et de détecteurs d'humidité ;
• de régulateurs de vitesse et d'indicateurs d'état ;
• de capteurs de surcharge du moteur électrique et d'absence d'alimentation électrique du réseau ;
• d'amortisseurs de vibrations à ressort ou d'isolateurs de vibrations en caoutchouc.

Si le ventilateur est installé à l'intérieur d'un appartement ou d'une maison, vous pouvez le recouvrir d'un panneau décoratif amovible en aluminium ou en plastique, en tenant compte de l'intérieur de la pièce.

Pour de nombreux utilisateurs, un critère essentiel lors du choix d'un ventilateur est le niveau sonore. Vous choisissez un ventilateur silencieux pour la salle de bain ? Nous vous recommandons de consulter le classement des ventilateurs silencieux.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Dans la vidéo suivante, les spécialistes de la société Elkom expliquent clairement les ventilateurs centrifuges :

Ci-dessous, un excellent exemple d'installation d'un ventilateur domestique dans une salle de bain :

Encore une option d'installation d'un ventilateur domestique de faible puissance dans l'appartement :

Le ventilateur centrifuge classique est le fruit de nombreuses années d'expérience dans la conception et la fabrication d'équipements de ventilation. Ce n'est pas seulement une excellente solution pour l'industrie, mais aussi un outil de transport d'air optimal pour les locaux résidentiels et de bureau.

Vous envisagez d'acquérir un ventilateur centrifuge ? Ou avez-vous remarqué une incohérence dans le matériel présenté ? Posez vos questions, précisez les aspects technologiques dans la section des commentaires.

Ou peut-être avez-vous déjà installé un tel ventilateur dans votre salle de bain ? Êtes-vous satisfait de son fonctionnement ? Avez-vous bien choisi la puissance de l'appareil pour votre pièce ? Envoyez des photos de votre ventilateur et laissez vos commentaires.