Curve del motore del ventilatore a velocità variabile: contesto e impatto

Di Brett C. Ramirez e Jay D. Harmon, Iowa State University | 06 dicembre 2022

Mentre iniziamo ad ambientarci nell'inverno e ci rendiamo conto che il freddo non scomparirà presto, questo articolo mira a discutere l'importanza e l'impatto della selezione della curva del motore corretta nel controller per il funzionamento dei ventilatori a velocità variabile. Con gli alti costi del propano e dell’elettricità che incombono per i produttori, è imperativo rivisitare uno dei principali colpevoli di una bolletta energetica costosa: un tasso di ventilazione inadeguato.

La ventilazione rappresenta dall'80% al 90% del calore perso dagli allevamenti dei suini durante l'inverno. Il ricambio d'aria è fondamentale per garantire un ambiente sano riducendo l'umidità e i gas nocivi. Poiché la sottoventilazione crea un ambiente malsano e l’eccessiva ventilazione spreca preziosa energia di riscaldamento, trovare il giusto equilibrio è la chiave per il risparmio energetico e l’efficienza.

La maggior parte dei controller controlla la velocità della ventola modificando la tensione. Le tecnologie più recenti che utilizzano azionamenti a frequenza variabile o motori a commutazione elettrica modificano la velocità della ventola utilizzando una tensione analogica, che può offrire risparmio energetico e una gestione più semplice, ma per questo articolo ci concentreremo sul tradizionale controllo della ventola a velocità variabile. Un errore frequente è pensare che la percentuale letta sul controller sia la percentuale del flusso d'aria completo erogato dalla ventola. Questo non è il caso.

La percentuale mostrata sul controller cambia linearmente con la temperatura, ma la tensione associata a tale percentuale e la risposta del motore non sono lineari. Il controller produce una tensione che cambia con la lettura percentuale mostrata sul controller.). Il motore utilizza questa tensione per funzionare a un numero di giri (velocità) corrispondente. Ad esempio, per un controller impostato al 70%, la tensione in uscita è 113 V (MC #1), 130 V (MC #2), 156 V (MC #4), 189 V (MC #5) e 156 V (MC #6). Questa velocità produce una portata del flusso d'aria (CFM) che la ventola fornirà. Questa interazione è importante per la corretta gestione del controller, ma è complessa e non facilmente comprensibile.

Idealmente, la percentuale di uscita a fondo scala di una ventola aumenterebbe gradualmente (linearmente) con la lettura della velocità variabile sul controller. Se in un controller viene selezionata la curva del motore corretta, si verificherà un aumento relativamente lineare con un aumento della lettura nel controller. Cioè, l'uscita della ventola (CFM) è quasi lineare con la velocità della ventola (rpm) per le ventole. Tuttavia, esiste un punto soglia in cui inizia questa relazione. Al di sotto di questo punto la ventola girerà, ma non emetterà aria. Le curve del motore vengono utilizzate per descrivere la relazione tra la tensione fornita al motore e il numero di giri risultante. Le curve del motore variano in base alla marca e alle dimensioni del motore, nonché curve del motore diverse per motori diversi. È fondamentale che nel controller sia selezionata la curva del motore corretta per far sì che la velocità di ventilazione aumenti gradualmente con il cambiamento di temperatura.

Le curve del motore vengono immesse in un controller associato a ventilatori a velocità variabile. Normalmente viene impostato una volta e dimenticato a meno che non venga sostituito il motore del ventilatore. Se viene selezionata la curva del motore errata, possono verificarsi alcuni risultati negativi, ad esempio un ventilatore a velocità variabile potrebbe comportarsi come un ventilatore a velocità singola, potrebbe essere impossibile avvicinarsi al tasso di ventilazione minimo necessario causando sotto o sovraventilazione e /o il motore potrebbe bruciarsi prematuramente a causa della bassa tensione. La tabella 1 mostra gli aumenti per un dato ventilatore in diversi punti lungo la sua curva.

Nella porzione di tensione più bassa, un aumento di 10 V produce un aumento di 538 cfm. I successivi 10 V aumentano la portata di 471 cfm; ancora un grande cambiamento. Ciò significa che l'85% dell'aumento totale tra 99 e 230 V si trova nei primi 20 V. Gli ultimi 111 Volt dell'aumento danno come risultato solo un aumento di 181 cfm. Pertanto, se viene selezionata la curva del motore sbagliata, piccole variazioni nella percentuale indicata sul controller potrebbero comportare variazioni molto piccole o molto grandi nella potenza della ventola. Entrambi potrebbero portare a un ambiente malsano o a un massiccio spreco di energia.