Ventiladores VFD/UPS: caudal, filtros y presión

Comience con pérdidas de unidades y UPS

Un ventilador de gabinete se selecciona en función del calor que permanece dentro del gabinete, el aumento de temperatura permitido y la trayectoria de presión.

Los VFD, módulos UPS, rectificadores, contactores, PLC y fuentes de alimentación no convierten toda la potencia de entrada en salida útil. Comience por identificar las pérdidas que se convierten en calor del gabinete en el estado operativo que importa. Utilice los datos de pérdidas del fabricante cuando estén disponibles, agregue electrónica auxiliar e indique si el valor es continuo, por sobrecarga o de corta duración. No utilice la clasificación del motor como sustituto de la pérdida real del variador.

Para una primera estimación, utilice Q = W / (rho x cp x delta-T). A modo de ilustración, 900 W de calor del gabinete a 1,20 kg/m3, 1005 J/(kg K) y un aumento de aire permitido de 12 K requieren aproximadamente 0,062 m3/s, o 131 CFM. Eso es sólo un balance de calor. El ventilador aún debe producir el flujo de aire requerido después de incluir las pérdidas del filtro, la rejilla, el disipador de calor, la ruta del cable y la salida.

Escribe la base de la temperatura al lado del cálculo. Un armario de accionamiento en una zona de planta a 45 °C tiene menos margen que el mismo armario en un laboratorio a 25 °C. Si el límite del componente se especifica en la caja del semiconductor más caliente, no valide solo la temperatura promedio del aire del gabinete. Identifique las ubicaciones de los sensores y el componente que establece el límite antes de seleccionar el ventilador.

Separe el calor continuo del calor de sobrecarga breve. Un UPS puede tener un breve evento de transferencia o recarga, mientras que un VFD puede operar a una velocidad de carga alta sostenida durante horas. El control del ventilador puede usar diferentes comandos para estos estados, pero el modelo térmico debe mostrar qué estado controla la temperatura del componente y qué estado controla el tiempo de respuesta. Si un transitorio es lo suficientemente corto como para usar capacitancia térmica, documente esa suposición y verifíquela con un seguimiento del tiempo en lugar de reducir silenciosamente el requisito del ventilador.

Convierta filtros y rejillas en un presupuesto de presión

Un número alto de CFM en aire libre puede fallar en un gabinete de control cuando no se incluye la presión del sistema.

Enumere la rejilla de entrada, el filtro, el protector para dedos, el disipador de calor, el conducto de transmisión, la obstrucción del cableado, la curva y la rejilla de salida. Obtenga cada pérdida en el flujo de aire objetivo, no en un flujo de catálogo no relacionado. Un valor de presión de filtro debe incluir el estado limpio y el estado cargado utilizados para el mantenimiento o la planificación de alarmas. Si el gabinete usa presión positiva, incluya fugas y restricciones de salida en la misma definición del sistema.

La pérdida de presión depende del flujo. La velocidad de la cara del filtro, el área libre y la distribución a través de un disipador de calor pueden ser tan importantes como el diámetro nominal del ventilador. Mantenga las unidades de presión constantes y registre si un número es presión estática, presión total o un diferencial medido en un componente.

El punto de operación es donde la curva del ventilador se encuentra con la curva del sistema del gabinete. El flujo de aire de presión cero impreso en la tarjeta del producto no es el flujo de aire del gabinete, y la presión máxima con flujo cero no es un resultado de enfriamiento útil por sí solo. Compare los ventiladores candidatos con la presión que necesita el gabinete y luego confirme el resultado en el gabinete.

No confunda la velocidad del ventilador con la refrigeración del gabinete

Un ventilador puede informar RPM normales mientras el gabinete recircula aire caliente o pierde flujo de aire a través de una ruta de derivación.

Primero verifique la dirección de la ruta del aire. Un cortocircuito desde la entrada hasta la salida puede hacer que el ventilador parezca exitoso mientras el disipador de calor del variador permanece en una bolsa de recirculación caliente. Las entradas de cables, los paneles extraíbles y los marcos de filtro no sellados también pueden crear un camino de baja resistencia que roba el flujo del componente que lo necesita.

Mida la temperatura en el disipador de calor del variador, el área de enlace DC, el módulo de alimentación del UPS y el aire que sale de la ruta crítica. Compare esas temperaturas con el aire de entrada y con las lecturas de presión del ventilador y flujo de aire. Una sola temperatura de salida o el promedio del gabinete pueden ocultar un punto de acceso local detrás de una barra colectora o un canal de cableado denso.

Si el ventilador tiene salida FG o RD, utilícela como señal de diagnóstico en lugar de prueba del flujo de aire. Combine información de velocidad o alarma con temperatura y, cuando sea práctico, filtre la presión diferencial. Un ventilador parado, un conector deslizante y un filtro bloqueado pueden producir señales diferentes y necesitar respuestas diferentes.

Busque estratificación térmica cuando el gabinete sea alto o las fuentes de calor estén colocadas de manera desigual. El aire caliente puede acumularse cerca de la parte superior mientras el sensor del ventilador permanece en una corriente de retorno más fría. Por lo tanto, una pequeña cantidad de sensores colocados solo cerca de la entrada pueden informar sobre un gabinete en buen estado mientras un capacitor, rectificador o módulo UPS montado en alto está funcionando a una temperatura más alta. Mida varias alturas durante la prueba del prototipo y conserve la peor ubicación en el registro de aceptación.

La visualización del flujo de aire es útil como diagnóstico, pero no sustituye a la medición de presión o temperatura. El humo, los mechones o una simple partícula visual pueden mostrar recirculación y derivación. Una vez que se encuentra un problema, confírmelo con un grifo de presión, un recorrido de flujo de aire o una comparación de temperatura. El propósito es cambiar la ruta del aire o el funcionamiento del ventilador basándose en la evidencia, no hacer que el gabinete parezca lleno de aire en movimiento.

Examina la interfaz eléctrica antes de elegir un ventilador.

El voltaje, la corriente, el control, el conector y el comportamiento de reinicio son parte de la función de enfriamiento del gabinete.

Registre el voltaje en el conector del ventilador durante el arranque, el funcionamiento estable y la peor condición del convertidor. Una etiqueta nominal de 24 V o 48 V no define el rango exacto permitido para cada variante. Incluya caída de cableado, dispositivos de protección, resistencia de contacto del conector y corriente durante el arranque o protección de rotor bloqueado.

Para PWM, documente el voltaje del comando, la frecuencia, el servicio mínimo, el servicio de inicio y el comportamiento de reinicio. Para FG o RD, defina pulsos por revolución, disposición pull-up, polaridad de alarma y umbral del controlador. Pruebe la interfaz con el controlador VFD o UPS real en lugar de solo con un generador de señales de laboratorio.

Las opciones AC, DC y EC deben compararse desde el límite completo del sistema. La elección correcta depende del carril disponible, el control de velocidad, los requisitos de presión, el límite de ruido, el espacio y el entorno. No trate la etiqueta de una familia de productos como evidencia de una certificación o calificación ambiental ausente en el registro exacto del producto.

Si un controlador reduce la velocidad con carga ligera, verifique la velocidad mínima estable y el comando de reinicio. Algunos problemas del gabinete aparecen solo después de un período de baja velocidad seguido de un paso repentino de carga del UPS o del variador. Registre el tiempo desde el cambio de comando hasta la recuperación del flujo de aire y la respuesta de temperatura del componente crítico. Esto hace que la decisión de control sea medible en lugar de depender de una impresión visual de que el ventilador está girando.

El conector y el arnés deben revisarse con el mismo cuidado que el ventilador. Un contacto que es aceptable a una corriente baja puede crear una caída significativa cuando varios ventiladores arrancan juntos. Registre el número de pieza del conector, la condición de acoplamiento, la longitud del cable, el dispositivo de protección y el voltaje medido en el ventilador. Si un técnico de servicio puede desconectar un ventilador mientras el gabinete está activo, defina el comportamiento de reinicio y alarma para esa acción en lugar de dejarlo a prueba y error.

Compruebe la temperatura, la altitud y el polvo como un caso de diseño

Los gabinetes industriales a menudo combinan temperatura ambiente alta, carga de polvo, vibración y acceso de servicio restringido.

Indique la temperatura ambiente mínima y máxima, la altitud, la humedad, la vibración, la exposición al polvo, el intervalo de servicio del filtro y la orientación de montaje. La densidad del aire afecta tanto al cálculo del equilibrio térmico como al resultado aerodinámico. El polvo cambia la presión del filtro y el intervalo de mantenimiento. Las vibraciones y los golpes afectan el montaje y el conector, no sólo el motor.

Una prueba de alta temperatura debe incluir el mismo filtro y ruta de flujo de aire que el gabinete final. Hacer funcionar un ventilador al aire libre a temperatura ambiente no prueba que el variador permanecerá dentro de su límite dentro de un panel cálido. Si el ventilador tiene control de velocidad, pruebe la curva de control en las condiciones térmicas en las que funcionará el controlador.

MEGA puede revisar el flujo de aire, la presión, el voltaje, el control y la validación de muestras requeridos por el ventilador. El sellado terminado del gabinete, el diseño de seguridad, la función contra incendios y el cumplimiento del gabinete de control quedan en manos del propietario del equipo y del integrador del sistema.

También es necesario medir el ruido en el armario instalado. El valor de sonido publicado de un ventilador se puede tomar bajo un método de prueba y una distancia particulares, mientras que un gabinete VFD agrega turbulencia de la rejilla, vibración del panel y componentes tonales del variador. Registre la posición del micrófono, el comando del ventilador, la presión, el flujo de aire y los paneles del gabinete utilizados. Si el gabinete está instalado cerca de una estación del operador, compare el conjunto completo en lugar de prometer que un número de dBA de catálogo más bajo producirá una máquina más silenciosa.

El acceso al servicio también es un requisito térmico. Un filtro que no se puede quitar sin alterar los componentes electrónicos de potencia permanecerá en servicio por más tiempo, lo que aumentará la pérdida de presión y reducirá el flujo de aire. Diseñe el estado de mantenimiento en el plan de aceptación: identifique el límite de reemplazo del filtro, el umbral de alarma, la secuencia segura de reinicio del ventilador y la evidencia de que el gabinete regresa a su punto de funcionamiento previsto después del servicio.

Validar estados limpios, cargados y reiniciados.

El gabinete debe probarse en estados que puedan crear un disparo térmico, no solo en un recorrido nominal cómodo.

Registre el voltaje, la corriente, el comando, la velocidad o el tacómetro del lado del ventilador, el flujo de aire, la presión estática, la presión diferencial del filtro y la temperatura de los componentes críticos. Repita la prueba con un filtro limpio y el estado de filtro cargado especificado. Incluya el funcionamiento a baja velocidad, el funcionamiento a plena carga, el reinicio después de una interrupción del suministro eléctrico y la respuesta de alarma planificada.

La tabla de aceptación debe indicar el lugar de medición y el tiempo de estabilización. Si una toma de presión está aguas arriba del filtro en una prueba y aguas abajo en otra, las cifras no son directamente comparables. Si un termopar se mueve entre pruebas, tenga en cuenta la ubicación y la incertidumbre. Los buenos registros hacen que la decisión sobre la muestra sea más rápida porque la brecha es visible.

Al reemplazar un ventilador de referencia, pruebe ambos candidatos con el mismo accesorio, trayectoria de presión, voltaje, comando, ambiente y límite de aceptación. Mismas dimensiones de contorno y CFM al aire libre similares no establecen equivalencia. Verifique el sello de montaje, el conector, la respuesta del control y el punto de operación cargado antes de la aprobación.

Un informe de muestra útil registra lo que no se probó. Si el filtro sólo estaba limpio, dígalo. Si la prueba utilizó un suministro de banco a temperatura ambiente en lugar del convertidor del gabinete, dígalo. Si el sensor de temperatura estaba fuera de la fila de conducción más caliente, muestre la limitación. Los espacios transparentes hacen que la siguiente muestra sea más eficiente porque el equipo puede decidir si necesita un ventilador diferente, una ruta de aire diferente o simplemente una mejor medición.

Para un UPS, incluya el estado de transición que ocurre cuando el suministro cambia o la ruta de la batería toma el control. Para un VFD, incluya el funcionamiento del motor y la condición de conmutación que crean la mayor pérdida sostenida. Es posible que se requiera que el ventilador acelere, mantenga un comando o informe una alarma durante el mismo evento. Una prueba nominal de estado estacionario no puede responder esas preguntas transitorias, por lo que debe incluirlas explícitamente en la matriz de validación.

Puntos de partida recomendados para el catálogo

Estas páginas de productos son puntos de partida candidatos para una revisión del gabinete VFD o UPS, no sustituciones automáticas.

La serie correcta depende de la carga térmica, la presión instalada, el voltaje, el control, el ruido, el espacio y el entorno. Solicite una recomendación de muestra con la función del gabinete en lugar de seleccionar únicamente el tamaño del marco.

Preguntas frecuentes de ingenieros: ventiladores de gabinetes VFD y UPS

Una selección práctica comienza desde la fuente de calor del gabinete y la ruta de presión, y luego prueba el resultado en el gabinete final.

P: ¿Puedo dimensionar el ventilador según la clasificación del motor VFD? R: No. Utilice la pérdida del variador o del UPS que se convierte en calor del gabinete, luego calcule un primer flujo de aire y agregue presión al sistema.

P: ¿Es automáticamente mejor un ventilador CFM de aire libre alto? R: No. Compare el flujo de aire a la presión instalada y verifíquelo con el filtro, la rejilla y el recorrido del gabinete en su lugar.

P: ¿Las RPM normales prueban que el gabinete está enfriado? R: No. Mida el flujo de aire, la presión y la temperatura de los componentes críticos y verifique el bypass o la recirculación.

P: ¿Puede MEGA suministrar un gabinete VFD o UPS completo? R: No. MEGA desarrolla y fabrica ventiladores de refrigeración personalizados y admite la selección de ventiladores, la revisión de la ruta del aire y la validación de muestras. El gabinete, el controlador y el diseño de seguridad quedan en manos del integrador.

P: ¿Qué debo enviar para una recomendación de muestra? R: Enviar carga de calor, flujo de aire y presión estática, temperatura y altitud, voltaje, PWM o FG/RD, conector, espacio, objetivo de ruido, ambiente y cantidad.

Preguntas para una revisión de diseño

Utilice estas preguntas antes de lanzar un diseño de refrigeración de gabinete VFD o UPS.

• ¿Qué pérdidas del variador, del UPS o de la electrónica de potencia se convierten en calor del gabinete en el peor de los casos?
• ¿Qué densidad del aire y aumento de temperatura permitido se utilizaron en la estimación del flujo de aire?
• ¿Qué filtro, rejilla, disipador de calor, recorrido del cable y pérdidas de salida conforman el presupuesto de presión?
• ¿Cuál es el estado de aceptación del filtro limpio y del filtro cargado?
• ¿Dónde están ubicados los grifos de presión y los sensores de temperatura de los componentes?
• ¿La interfaz PWM, FG o RD es compatible con el controlador real?
• ¿Qué sucede después de una interrupción del suministro eléctrico, un rotor bloqueado o una alarma de filtro?
• ¿Se ha comparado el recambio en el mismo punto de funcionamiento instalado?

Desde el punto de servicio del gabinete hasta una muestra de ventilador personalizado validada

MEGA Tech desarrolla y fabrica ventiladores de refrigeración personalizados, desde la selección de ventiladores, la revisión de la ruta del aire y la validación de muestras hasta la producción en volumen. Para gabinetes VFD y UPS, podemos revisar el marco y el grosor, el flujo de aire, la presión estática, el voltaje, la salida PWM, FG o RD, el conector, el objetivo de ruido y las limitaciones ambientales, y luego definir una prueba de muestra en el gabinete del cliente.

Envíe la carga de calor, el flujo de aire requerido y la presión estática en ese flujo de aire, la temperatura y la altitud, el rango de suministro, la interfaz de control, el conector, la envolvente disponible, el punto de medición de ruido, el entorno, la cantidad y el estado de aceptación del filtro. Separaremos los puntos de partida del catálogo de los valores que deben medirse en el ensamblaje.

Nuestro alcance es el ventilador de refrigeración personalizado y su validación en el equipo del cliente. No suministramos VFD, UPS, gabinete, bobina, circuito de líquido, controlador de unidad, diseño de seguridad del gabinete ni función de ventilación de emergencia. Para obtener una discusión de muestra, envíe un correo electrónico a query@cnmegatech.com o use WhatsApp al +86 135 7056 7086.