Comparación de ventiladores axiales y centrífugos

Cuando se trata de lidiar con el exceso de calor en un sistema, los ventiladores son una solución de gestión térmica para eliminar el calor no deseado y proporcionar aire más fresco a los componentes críticos. Aparte de regular la potencia del sistema, añadir disipadores térmicos o utilizar tubos o placas frías, a menudo sigue siendo necesario generar aire forzado para enfriar aún más las cosas.

Esto hace que el ingeniero tenga que elegir entre un diseño de ventilador axial o un diseño de ventilador centrífugo. Aunque no se trata de una decisión demasiado compleja, este artículo pretende esbozar los principios básicos de funcionamiento de cada tipo, discutir sus aplicaciones y usos más comunes y resumir sus ventajas e inconvenientes.

Fundamentos y aplicaciones de los ventiladores axiales

A veces denominados ventiladores de hélice, los ventiladores axiales cuentan con aspas sesgadas montadas en un eje giratorio (o eje) que es accionado por un motor. Los ventiladores axiales funcionan aspirando aire por un extremo y expulsándolo por el otro en dirección paralela al eje (figura 1). Otros términos habituales son los de ventilador tubeoaxial o vaneaxial, que son simplemente ventiladores axiales destinados a encajar en un conducto.

Figura 1: Dirección básica del flujo de aire de un ventilador axial. (Fuente de la imagen: Same Sky)

Los ventiladores axiales están disponibles en prácticamente cualquier tamaño, desde el nivel de la placa hasta el tamaño de la sala, y aunque dependen del tamaño, normalmente no requieren mucha energía para funcionar. Se ofrecen en versiones de CA y CC, los ventiladores de CA utilizan la corriente de la línea y suelen tener una potencia superior a los 100 V, mientras que los ventiladores de CC llevan tensiones mucho más bajas en el rango de 3 a 48 Vcc y suelen funcionar con baterías o con una fuente de alimentación.

El flujo de aire que producen los ventiladores axiales es de gran volumen, pero de baja presión. Esta salida de gran volumen y baja presión les permite ser ideales para enfriar equipos y espacios tanto pequeños como grandes, ya que el flujo de aire se distribuye uniformemente en un área definida. Los ventiladores axiales se pueden encontrar a menudo enfriando computadoras o equipos de centros de datos, utilizados en HVAC, condensadores de CA o unidades de intercambio de calor, y utilizados para la refrigeración puntual en sistemas industriales. También pueden servir como extractores.

Fundamentos y aplicaciones de los ventiladores centrífugos

También conocidos como ventiladores radiales o sopladores centrífugos, los ventiladores centrífugos cuentan con impulsores contenidos dentro de un cubo accionado por un motor que toma el aire en el receptáculo y luego lo expulsa por una salida en un ángulo de 90 grados (perpendicular) con respecto a la entrada (Figura 2).

Figura 2: Dirección básica del flujo de aire de un ventilador centrífugo. (Fuente de la imagen: Same Sky)

Como dispositivos de alta presión y bajo volumen de salida, los ventiladores centrífugos esencialmente presurizan el aire dentro del receptáculo del ventilador, lo que funciona para producir una corriente de aire constante y de alta presión, pero a volúmenes más limitados en comparación con las versiones axiales. Como expulsan el aire por una salida, son ideales para dirigir el flujo de aire a una zona específica para refrigerar una parte concreta del sistema que genera más calor, como un FET de potencia, un DSP o un FPGA. Al igual que sus homólogos axiales, también están disponibles en versiones de CA y CC con una gama de tamaños, velocidades y huellas, pero suelen consumir más energía. Su diseño cerrado ofrece cierta protección adicional a las distintas piezas móviles, lo que las convierte en una opción fiable, duradera y resistente a los daños.

Tanto los ventiladores centrífugos como los axiales producen ruido audible y electromagnético, pero los diseños centrífugos tienden a ser más ruidosos que los modelos axiales. Dado que ambos diseños de ventiladores utilizan motores, los efectos de la EMI pueden afectar al rendimiento del sistema en aplicaciones sensibles.

La salida de alta presión y bajo volumen de un ventilador centrífugo lo hace ideal para el flujo de aire en áreas concentradas como tuberías o conductos (Figura 3), o para la ventilación y el escape. Esto significa que funcionan bien en sistemas de aire acondicionado o de secado, mientras que su mayor durabilidad, mencionada anteriormente, puede permitir su funcionamiento en entornos difíciles en los que hay partículas, aire caliente y gases. En cuanto a las aplicaciones electrónicas, los ventiladores centrífugos se utilizan habitualmente en las computadoras portátiles debido a su bajo perfil y a su mayor direccionalidad (el flujo de aire se expulsa a 90 grados de la entrada).

Figura 3: Ventilador centrífugo utilizado en conductos. (Fuente de la imagen: Same Sky)

Consideraciones sobre la EMI (interferencia electromagnética) del ventilador

La interferencia electromagnética (EMI) generada por los ventiladores es una consideración importante en el diseño que debe tenerse en cuenta desde el principio. Todos los ventiladores pueden generar EMI (interferencia electromagnética) radiada por el propio ventilador o conducida por los terminales de alimentación. Los campos magnéticos no contenidos (UMF) procedentes de los imanes del motor y de los devanados del estator también pueden provocar interferencias. Aunque se trata de una aplicación específica, una cuidadosa consideración en las primeras fases del diseño ahorrará tiempo y dinero en el futuro. En general, los ventiladores de CC crean menos EMI que sus homólogos de CA.

Figura 4: Los ventiladores axiales suelen producir menos ruido que los centrífugos. (Fuente de la imagen: Same Sky)

Otra consideración de diseño específica de la aplicación es el ruido audible generado por los ventiladores. El ruido varía en función de la aplicación, la densidad de los componentes, la ubicación en un sistema, el tamaño del ventilador, la cantidad de aire movido, los tipos de rodamientos utilizados, etc. Los rodamientos de un ventil ador no solo afectan a la acústica, sino que pueden impactar en la vida útil y en las posibles aplicaciones. El ruido audible puede mitigarse a menudo mediante una mejor ubicación del ventilador, el aislamiento mecánico o el uso de rejillas de entrada de aire o difusores de salida. Una buena regla general es que cuanto mayor sea el CFM o el flujo de aire, mayor será el ruido audible. Dicho esto, si un ventilador más grande y un ventilador más pequeño tienen ambos índices de CFM similares, el ventilador más grande normalmente resultará en una solución general más silenciosa. Como se ha mencionado anteriormente, los diseños de ventiladores axiales suelen ser más silenciosos que las opciones centrífugas.

Comparación final

Para terminar, le presentamos una rápida comparación de las distintas ventajas, desventajas y características de los ventiladores axiales y centrífugos. La decisión sobre la mejor opción dependerá realmente de la aplicación prevista, el espacio disponible y los requisitos térmicos generales del sistema final.

Figura 5: Comparación de las características básicas de los ventiladores axiales y centrífugos. (Imagen: Same Sky)

Conclusión:

Mantener fríos los componentes electrónicos que producen calor no deseado puede gestionarse eficazmente con ventiladores axiales o centrífugos. Ambos han sido probados en el campo a través de muchos años de uso y mejora continua. Same Sky ofrece una amplia gama de ventiladores axiales de CC y sopladores centrífugos con una variedad de tamaños de bastidores y clasificaciones de flujo de aire para ayudar a satisfacer los requisitos térmicos específicos de un ingeniero.