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Comprensión de los fundamentos del flujo de aire para la selección adecuada de ventiladores de CC

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Para garantizar que se seleccione el ventilador adecuado, es importante alinear las necesidades de refrigeración del sistema con las características del flujo de aire del ventilador.

Los ventiladores han sido la solución preferida en la caja de herramientas de gestión térmica de un diseñador durante años, proporcionando refrigeración eficiente para productos que requieren la eliminación de calor de unos pocos vatios a varios cientos de vatios.

Este artículo de fondo cubrirá los conceptos básicos, incluido el cálculo adecuado de los parámetros del flujo de aire y presión de aire, la alineación de los requisitos del flujo de aire con la curva de funcionamiento de un ventilador, las implicaciones de hacer funcionar los ventiladores en paralelo o en serie y los efectos de la velocidad del ventilador.

Estos pueden ser ventiladores de corriente alterna o ventiladores de corriente continua.

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Parámetros importantes del flujo de aire

Antes de poder especificar un ventilador para un sistema en particular, hay algunos parámetros que es importante comprender con respecto al flujo de aire y la transferencia de calor. El aire en movimiento es eficaz para enfriar objetos al absorber el calor del objeto y luego transferirlo a otra parte para disiparlo.

Así, la cantidad de energía transferida depende de la masa del aire en movimiento, el calor específico del aire en movimiento y el cambio de temperatura impartido al aire en movimiento.

Energía = Masa x Calor específico x Aumento de temperatura

La masa del aire en movimiento se puede calcular a partir del volumen de aire que se mueve y la densidad del aire en movimiento.

Masa = Volumen x Densidad

Al sustituir la segunda ecuación en la primera se relaciona la energía disipada con el volumen de aire involucrado.

Energía = (Volumen x Densidad) x Calor específico x Aumento de temperatura

Dividir ambos lados de la ecuación por el tiempo produce la siguiente forma de ecuación:

Potencia = (Volumen / Tiempo) x Densidad x Calor específico x Aumento de temperatura

En la mayoría de las aplicaciones se conoce el exceso de potencia (ineficiencia del sistema) y se desconoce el flujo de aire (Volumen / Tiempo). Por tanto, la ecuación se puede ordenar como se muestra a continuación:

Flujo de aire = Potencia / (Densidad x Calor específico x Aumento de temperatura)

Como se discutió en nuestra publicación de otro artículo anterior, esta ecuación comúnmente se escribe como:

Q = [q / (ρ x Cp x ΔT)] x k

Dónde

Q = flujo de aire

q = calor a disipar

ρ = densidad del aire

Cp = calor específico del aire

ΔT = la temperatura que aumentará el aire al absorber el calor a disipar

k = un valor constante, que depende de las unidades utilizadas en los demás parámetros

La densidad del aire seco al nivel del mar a +68 °F (+20 °C) es 0.075 lbs/ft3 (1.20 kg/m3) y el calor específico del aire seco es 0.24 Btu/lb °F (1 kJ/kg °C).

Usando estos valores de densidad y calor específico, la ecuación anterior se simplifica a:

Qf = 3,2q / ΔTF

Qf = 1,8q / ΔTC

Qm = 0,09q / ΔTF

Qm = 0,05q / ΔTC

Dónde

Qf = flujo de aire en pies cúbicos por minuto (CFM)

Qm = flujo de aire en metros cúbicos por minuto (CMM)

q = calor a disipar en vatios

ΔTF = temperatura que aumentará el aire al absorber el calor a disipar en °F

ΔTC = temperatura que aumentará el aire al absorber el calor a disipar en °C


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