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Selección del ventilador más adecuado

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Tras comentar los sistemas de enfriamiento por aire forzado en equipos electrónicos Mark Patrick, Technical Marketing Manager, para EMEA en el distribuidor internacional Mouser Electronics nos habla sobre la mejor forma de realizar una efectiva selección del ventilador más adecuado para nuestro diseño.

Además de la distinción entre ventiladores de corriente alterna y de corriente continua, los ventiladores suelen clasificarse según la forma en la que el aire entra y sale de la unidad.

En los ventiladores axiales, el aire sale por el mismo plano por el que entra (el aire entra por un lado y sale por el otro), mientras que los ventiladores centrífugos (o sopladores) están diseñados para redirigir el flujo de aire de modo que salga por un plano completamente diferente. Estos últimos ventiladores pueden comprimir el aire con eficacia, lo que permite proporcionar un flujo de aire constante a diferentes presiones. El volumen de flujo de aire necesario y la presión estática del sistema dictan el tipo de ventilador más adecuado para cumplir los requisitos de cada aplicación.

Los ventiladores axiales resultan adecuados para sistemas en los que es necesario un elevado flujo de aire y la presión estática es baja. En cambio, los ventiladores centrífugos ofrecen menos flujo de aire, pero pueden hacerlo con mayores presiones estáticas.

También debe tenerse en cuenta el problema del ruido (tanto audible como eléctrico). Los ventiladores de corriente continua pueden ofrecer especificaciones impresionantes, pero el ruido audible asociado puede plantear un problema para el diseño de algunos sistemas. En general, los ventiladores axiales producen menos ruido audible que los ventiladores centrífugos. Como ya hemos dicho, reducir la impedancia del sistema hará que disminuya el flujo de aire que va a necesitar dicho sistema, lo que, a su vez, reducirá el ruido audible. Los ventiladores de corriente continua también generan interferencias electromagnéticas (EMI) que deben anularse. Para ello, pueden usarse núcleos de ferrita, protecciones o filtros.

Tecnología de control activo en la selección del ventilador

Por su combinación de bajo consumo, tamaño compacto y elevado flujo de aire, es frecuente el uso de ventiladores axiales en las cajas montadas en bastidor. En muchos casos se añaden características adicionales para mejorar aún más los parámetros de rendimiento mediante un mayor control de la velocidad de funcionamiento.

Selección del ventilador
Figura 3: esquema en el que se muestra cómo la señal permite detectar la velocidad

Esto permite reducir al mínimo su impacto en el consumo total de energía del sistema. Como ya hemos dicho, calcular el flujo de aire mínimo que se necesita para enfriar adecuadamente un circuito impreso cargado de componentes situado dentro de una caja permite a los ingenieros seleccionar un ventilador que pueda ofrecer el enfriamiento necesario en cualquier condición.

En este caso, se supone que el ventilador funcionará constantemente, aunque no se necesite el máximo enfriamiento. Si bien no es probable que esto cause una avería, se parte siempre de las condiciones más desfavorables, por lo que resulta evidente que esta solución es bastante ineficiente desde el punto de vista del sistema, ya que reduce significativamente la vida útil del ventilador. Por ello, se ha convertido en una práctica habitual vigilar la temperatura existente dentro de las cajas y encender el ventilador correspondiente solo cuando es necesario. Aunque este método aumenta la vida útil del ventilador y reduce el ruido audible, puede causar problemas relacionados con la inercia térmica. También puede ser el motivo de un estado de error si, por alguna razón, el ventilador no puede encenderse debido a alguna obstrucción.

Figura 4: esquema en el que se muestra cómo indica la señal de salida una detención o un bloqueo
Figura 4: esquema en el que se muestra cómo indica la señal de salida una detención o un bloqueo

Para solucionar estos problemas en la selección del ventilador, los modernos ventiladores axiales de corriente continua, como la serie CFM de CUI, incluyen medidas de protección contra el reinicio automático. Estas medidas detectan si el motor del ventilador no puede girar y cortan automáticamente la corriente. Los modelos de esta serie, entre los que se incluye el conocido ventilador CFM-60, también ofrecen controles opcionales como un tacómetro y sensores de detección de la rotación.

El tacómetro mide la velocidad de rotación del motor del ventilador y genera una salida en impulsos que puede usarse en la circuitería de control (como se muestra en la figura 3). Si el motor se detiene, la salida en impulsos también lo hace y permanece en un nivel lógico alto o bajo. La característica de detección de la rotación también funciona como sensor de bloqueo, de modo que, si se detiene el motor del ventilador, la salida adquiere un nivel lógico alto, mientras que permanece en un nivel lógico bajo durante el funcionamiento normal (ver figura 4).

Selección del ventilador más adecuadoEn resumen, dada la complejidad de los dispositivos semiconductores y debido a que los circuitos impresos cada vez incluyen más componentes, la gestión térmica es un reto cuya dificultad no deja de aumentar. El enfriamiento por aire forzado es un método muy eficiente para disipar el calor de los circuitos impresos situados dentro de cajas. Si se determinan correctamente las especificaciones del ventilador necesario y se elige un ventilador que cumpla los requisitos del sistema, este funcionará sin problemas durante mucho tiempo. Por el contrario, si el nivel de enfriamiento por aire forzado es insuficiente para las necesidades del sistema, el ventilador será responsable de la avería resultante casi con total seguridad, aunque dicha avería se deba al fallo de otro componente importante, como suele suceder.

El proceso de selección del ventilador requiere cuidado y atención, ya que es importante conseguir el ventilador más adecuado para el diseño del sistema de forma rápida y rentable.

Mouser Electronics y CUI colaboran estrechamente para ofrecer a los ingenieros avanzados productos de enfriamiento por aire forzado optimizados para sus necesidades concretas.

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