Comparando ventoinhas axiais e ventoinhas centrífugas

Quando se trata de lidar com o excesso de calor em um sistema, as ventoinhas são uma solução de gerenciamento térmico para retirar o calor indesejado e fornecer ar mais frio ao longo dos componentes críticos. Além de regular a potência do sistema, acrescentar dissipadores térmicos, ou utilizar tubos ou placas frias, muitas vezes ainda há a necessidade de gerar ar forçado para resfriar ainda mais as coisas.

Isto oferece ao engenheiro a escolha entre um projeto de ventoinha axial ou um projeto de ventoinha centrífuga. Embora não seja uma decisão excessivamente complexa, este artigo visa delinear os princípios básicos de operação de cada tipo, discutir suas aplicações e usos comuns, e resumir suas vantagens e desvantagens.

Noções básicas e aplicações das ventoinhas axiais

Algumas vezes chamados de ventiladores de hélice, as ventoinhas axiais apresentam pás inclinadas montadas em um eixo rotativo que é acionado por um motor. As ventoinhas axiais operam puxando o ar em uma extremidade e forçando-o para fora da outra em uma direção paralela ao eixo (Figura 1). Ventoinhas tubo-axiais ou palhetas-axiais são outros termos comuns, que são simplesmente ventoinhas axiais destinadas a caber em um duto.

Figura 1: Direção básica do fluxo de ar de uma ventoinha axial. (Fonte da imagem: Same Sky)

As ventoinhas axiais estão disponíveis em praticamente qualquer tamanho, do nível da placa ao tamanho da sala, e embora dependentes do tamanho, normalmente não requerem muita energia para operar. Oferecidas nas versões CA e CC, as ventoinhas CA utilizam corrente da rede e são geralmente dimensionadas acima de 100 V, enquanto as ventoinhas CC carregam tensões muito mais baixas na faixa de 3 a 48 Vcc e são normalmente acionadas por baterias ou uma fonte de alimentação.

O fluxo de ar que as ventoinhas axiais produzem é de alto volume, mas baixa pressão. Esta saída de alto volume e baixa pressão as torna bem adequadas para equipamentos e espaços de resfriamento, tanto pequenos quanto grandes, devido ao fluxo de ar estar uniformemente distribuído em uma área definida. Ventoinhas axiais podem ser encontradas com frequência em computadores de resfriamento ou equipamentos de datacenter, utilizadas em unidades HVAC, condensadores CA ou trocadores de calor, e utilizadas para resfriamento pontual em sistemas industriais. Também podem servir como exaustores.

Noções básicas e aplicações da ventoinha centrífuga

Também conhecidos como ventoinhas radiais ou sopradores centrífugos, as ventoinhas centrífugas apresentam impulsores contidos dentro de um cubo motorizado que injeta ar na carcaça e depois expulsa o ar de uma saída em um ângulo de 90 graus (perpendicular) em relação à entrada (Figura 2).

Figura 2: Direção básica do fluxo de ar de uma ventoinha centrífuga. (Fonte da imagem: Same Sky)

Como dispositivos de alta pressão e baixo volume de saída, as ventoinhas centrífugas essencialmente pressurizam o ar dentro da carcaça da ventoinha, que trabalha para produzir um fluxo de ar constante e de alta pressão, mas em volumes mais limitados em comparação com as versões axiais. Como expulsam o ar de uma saída, são ideais para direcionar o fluxo de ar em uma área específica para resfriar uma parte específica do sistema que gera mais calor como um FET de potência, DSP ou FPGA. Semelhantes às suas contrapartidas axiais, elas também estão disponíveis nas versões CA e CC com uma gama de tamanhos, velocidades e pegadas, mas normalmente consomem mais energia. Seu design fechado oferece alguma proteção adicional às diversas partes móveis, tornando-as uma opção confiável, durável e resistente a danos.

Tanto as ventoinhas centrífugas como axiais produzem ruído audível e eletromagnético, mas os projetos centrífugos tendem a ser mais barulhentos do que os modelos axiais. Como ambos os projetos de ventoinhas usam motores, os efeitos do EMI podem impactar o desempenho do sistema em aplicações sensíveis.

A saída de alta pressão e baixo volume de uma ventoinha centrífuga torna-a ideal para o fluxo de ar em áreas concentradas como tubulações ou dutos (Figura 3), ou para ventilação e exaustão. Isto significa que elas funcionam bem em sistemas de ar condicionado ou secagem, enquanto que sua maior durabilidade mencionada anteriormente pode permitir a operação em ambientes severos que lidam com partículas, ar quente e gases. Em termos de aplicações eletrônicas, as ventoinhas centrífugas são comumente utilizadas em laptops devido a seu baixo perfil e direcionalidade mais alta (fluxo de ar expelido a 90 graus da entrada).

Figura 3: Ventoinha centrífuga utilizada em canalizações. (Fonte da imagem: Same Sky)

Considerações de ruído e EMI da ventoinha

A interferência eletromagnética (EMI) gerada pelas ventoinhas é uma importante consideração de projeto a ser levada em conta desde o início. Todas as ventoinhas podem gerar tanto EMI irradiada a partir da própria ventoinha ou EMI conduzida a partir dos cabos de energia. Campos magnéticos não contidos (UMF) que surgem dos ímãs do motor e dos enrolamentos do estator também podem resultar em interferência. Sendo uma aplicação específica, a consideração cuidadosa nos estágios iniciais do projeto economizará tempo e dinheiro no caminho. Em geral, as ventoinhas CC criam menos EMI do que suas contrapartes de ventoinhas CA.

Figura 4: As ventoinhas axiais tendem a produzir menos ruído do que os sopradores centrífugos. (Fonte da imagem: Same Sky)

Outra consideração de projeto específica da aplicação é o ruído audível gerado pelas ventoinhas. O ruído varia de acordo com a aplicação, densidade dos componentes, colocação em um sistema, tamanho da ventoinha, quantidade movimentada de ar, tipos de rolamentos utilizados, etc. Os rolamentos em um ventoinha não só afetam a acústica, mas podem afetar a vida útil e as aplicações potenciais. O ruído audível pode muitas vezes ser mitigado por uma melhor colocação da ventoinha, isolamento mecânico ou pelo uso de grades de entrada de ar ou difusores de saída. Uma boa regra geral é, quanto maior o CFM ou fluxo de ar, maior é o ruído audível. Dito isto, se uma ventoinha maior e uma ventoinha menor tiverem ambas dimensionamentos CFM semelhantes, a ventoinha maior normalmente resultará em uma solução geral mais silenciosa. Como mencionado anteriormente, os projetos de ventoinhas axiais são geralmente mais silenciosos do que as opções centrífugas.

Comparação final

Para ajudar a resumir as coisas, aqui está uma rápida comparação das várias vantagens, desvantagens e características das ventoinhas axiais e centrífugas. Decidir sobre a melhor opção dependerá realmente da aplicação pretendida, do espaço disponível e dos requisitos térmicos gerais do sistema final.

Figura 5: Comparação das características básicas das ventoinhas axiais e centrífugas. (Fonte da imagem: Same Sky)

Conclusão

Para manter frios os componentes eletrônicos que produzem calor indesejado, de forma eficaz, pode-se gerenciá-los com ventoinhas axiais ou ventoinhas centrífugas. Ambas têm sido comprovadas no campo através de muitos anos de uso e melhoria contínua. A Same Sky oferece uma ampla gama de ventoinhas axiais e sopradores centrífugos cc com uma variedade de tamanhos de moldura e dimensionamentos de fluxo de ar para ajudar a atender às exigências térmicas específicas de um engenheiro.