Ventilador axial versus ventilador centrífugo: guía completa de selección de refrigeración electrónica

ventilador axial vs ventilador centrífugo:

Un ventilador axial mueve grandes volúmenes de aire a lo largo de su eje de rotación a baja presión estática y es la elección correcta para rutas de enfriamiento abiertas y sin obstrucciones. Un ventilador centrífugo, también llamado ventilador, redirige el aire en un ángulo de 90 grados y genera una alta presión estática, lo que lo convierte en la opción correcta cuando el flujo de aire debe atravesar componentes densos, conductos estrechos o recintos muy restringidos. Para las decisiones de refrigeración electrónica y gestión térmica, la regla más útil es la siguiente: si su sistema tiene una impedancia baja y necesita un caudal de aire máximo en CFM (pies cúbicos por minuto), utilice un ventilador axial; Si su sistema tiene una alta impedancia del sistema debido a filtros, disipadores de calor o canales restringidos, use un ventilador centrífugo o un ventilador. Todo lo demás en la selección de fans es un refinamiento de ese principio básico.

Ventilador axial: cómo funciona y dirección del flujo de aire de los ventiladores axiales

un ventilador axial Funciona girando un conjunto de cuchillas en ángulo alrededor de un eje central. A medida que las palas giran, actúan sobre el aire de la misma manera que una hélice actúa sobre el aire o el agua, empujando el fluido en la dirección que apunta el eje. Esto define la dirección del flujo de aire de los ventiladores axiales: el aire ingresa axialmente a la cara del ventilador, es decir, directamente hacia las aspas giratorias, y sale en la misma dirección axial por el otro lado. No hay cambios en la dirección del flujo, razón por la cual las instalaciones de ventiladores axiales son fáciles de integrar y dominan cualquier lugar donde haya disponible una ruta de flujo de aire directa.

La geometría de las aspas de un ventilador axial es el principal determinante de su rendimiento. Un ángulo de paso de pala más alto mueve más aire por revolución pero también aumenta la carga sobre el motor y la turbulencia detrás de la pala, lo que aumenta el ruido. La mayoría de los productos de ventiladores axiales comerciales para refrigeración de dispositivos electrónicos utilizan un paso de aspa optimizado para lograr el mejor equilibrio entre el caudal de aire en CFM (pies cúbicos por minuto) y la salida acústica a una velocidad de rotación determinada, por lo que la hoja de datos siempre muestra las cifras de flujo de aire y ruido juntas en lugar de cada una de forma aislada.

¿Cuál es la ventaja de utilizar un ventilador axial? Las principales ventajas son una alta tasa de flujo de aire en relación con el tamaño del marco físico del ventilador, un perfil axial delgado que se ajusta entre los paneles y un costo significativamente menor que un ventilador centrífugo comparable con el mismo diámetro. Un ventilador axial de 120 mm que funciona a 2000 RPM normalmente genera de 60 a 110 CFM (pies cúbicos por minuto) y consume solo de 3 a 7 vatios, lo que lo hace extremadamente eficiente desde el punto de vista energético para el volumen de aire que se mueve. Una segunda ventaja importante es que se pueden apilar varias unidades de ventilador axial en serie o en paralelo a través de un panel para escalar el flujo de aire o la presión sin necesidad de un conjunto de ventilador centrífugo más grande y costoso.

• Alta tasa de flujo de aire en CFM (pies cúbicos por minuto) por unidad de tamaño de estructura y energía consumida
• El perfil axial delgado permite la instalación directamente en paneles planos o entre tableros muy espaciados
• Menor salida acústica que un ventilador centrífugo que entrega el mismo volumen de aire en un sistema abierto
• Menor costo unitario y mayor disponibilidad en tamaños de marco estándar desde 25 mm hasta 250 mm
• Integración sencilla en recortes de panel plano existentes sin carcasas tipo espiral ni adaptadores de descarga direccional

La limitación del ventilador Axial es precisamente su baja capacidad de presión estática. A medida que aumenta la impedancia del sistema, es decir, a medida que la ruta del flujo de aire se obstruye más, los CFM (pies cúbicos por minuto) entregados por el ventilador axial disminuyen abruptamente. Esto es visible en cualquier curva de ventilador de un ventilador axial: la curva desciende bruscamente a medida que aumenta la contrapresión y el ventilador alcanza su presión de pérdida a un valor relativamente bajo en comparación con un ventilador centrífugo del mismo diámetro.

Ventilador centrífugo y ventilador Blower: ¿Cómo funciona un ventilador centrífugo?

¿Cómo funciona un ventilador centrífugo? un ventilador centrífugo , también comercializado como ventilador en muchas líneas de productos electrónicos, aspira aire axialmente a través de una entrada en el centro de su impulsor y luego acelera ese aire radialmente hacia afuera usando fuerza centrífuga a medida que gira el impulsor. El aire se lanza al borde exterior de la espiral o carcasa de la voluta, donde la energía cinética se convierte en presión, y luego el aire sale a través de un único puerto de descarga orientado a 90 grados con respecto a la entrada. Este cambio fundamental en la dirección del flujo es lo que le da al ventilador centrífugo su ventaja definitoria: puede generar una presión estática mucho mayor que un ventilador axial del mismo diámetro porque la carcasa de espiral captura la velocidad radial del aire y la convierte en una cabeza de presión utilizable.

¿Son más potentes los ventiladores centrífugos? En términos de generación de presión, sí. Los sopladores centrífugos de alta presión estática pueden generar de 5 a 10 veces la presión estática máxima de un ventilador axial de tamaño comparable. , razón por la cual se especifican siempre que el flujo de aire debe atravesar el núcleo de un intercambiador de calor, un filtro denso, una matriz de PCB muy compacta o un conducto largo y estrecho donde la impedancia del sistema es alta. La desventaja es que un ventilador centrífugo es físicamente más alto que un ventilador axial del mismo diámetro de entrada, consume más energía con un flujo de aire equivalente contra resistencia y, por lo general, produce un perfil de ruido más tonal debido a la interacción de las aspas que pasan por el punto de corte de descarga fijo en la carcasa espiral.

Las formas de las aspas del impulsor de ventilador centrífugo varían significativamente y cada forma produce un equilibrio diferente de presión, flujo y eficiencia. Las aspas curvadas hacia atrás tienen la forma más eficiente y son estándar en los ventiladores de refrigeración para dispositivos electrónicos de alto rendimiento porque no se sobrecargan, lo que significa que el consumo de energía del motor no aumenta si la resistencia del sistema cae inesperadamente. Las aspas curvadas hacia adelante mueven más aire a baja presión y son comunes en ventiladores de HVAC y electrodomésticos. Las hojas planas inclinadas hacia atrás ofrecen un término medio y son más fáciles de fabricar, lo que las hace rentables para aplicaciones de rango medio.

Explicación de la presión estática, el caudal de aire, los CFM (pies cúbicos por minuto) y la impedancia del sistema

La selección eficaz del ventilador requiere una comprensión clara de cuatro cantidades interdependientes: presión estática, caudal de aire, CFM (pies cúbicos por minuto) e impedancia del sistema. Confundirlos o tratarlos de forma aislada es la causa fundamental de la mayoría de los fallos de refrigeración en el desarrollo de productos electrónicos.

La presión estática es la fuerza por unidad de área que ejerce un ventilador sobre el aire que mueve, medida en pulgadas de columna de agua (en H2O) o pascales (Pa). Cuando un ventilador empuja aire a través de un camino restringido, debe superar la resistencia de ese camino, y la presión estática es la moneda que utiliza para hacerlo. Un ventilador que genera 0,1 pulgadas de H2O de presión estática máxima entregará un flujo de aire cercano a cero si el sistema que alimenta requiere 0,15 pulgadas de H2O para superar su resistencia.

La tasa de flujo de aire es el volumen de aire movido por unidad de tiempo. En las hojas de datos de ingeniería norteamericana y en la mayoría de las hojas de datos de electrónica, esto se expresa como CFM (pies cúbicos por minuto), mientras que las hojas de datos métricas usan metros cúbicos por hora (m3/h) o litros por segundo (L/s). Un ventilador axial estándar de 80 mm que funciona a 2500 RPM normalmente genera de 25 a 40 CFM (pies cúbicos por minuto) al aire libre, pero puede generar solo de 10 a 15 CFM (pies cúbicos por minuto) cuando se instala dentro de una carcasa de computadora con una impedancia del sistema moderada. Esta brecha entre el rendimiento del aire libre y el rendimiento instalado es donde se originan muchos errores de gestión térmica.

La impedancia del sistema, a veces llamada resistencia del sistema, es la caída de presión total en todos los componentes en la ruta del flujo de aire a un caudal determinado. Cada elemento en el camino, rejillas, filtros, disipadores de calor, espacios para tarjetas PCB, haces de cables, se suma a la impedancia del sistema. A medida que aumenta el caudal de aire, la impedancia del sistema aumenta aproximadamente con el cuadrado de la velocidad del flujo, razón por la cual las curvas de resistencia del sistema en un gráfico de curvas de ventilador aparecen como líneas parabólicas en lugar de rectas. El punto de funcionamiento de cualquier ventilador en cualquier recinto real es la intersección de la curva de presión versus flujo del ventilador con la curva de resistencia del sistema.

Comprender las curvas del ventilador, el flujo de aire y la presión estática para una selección práctica del ventilador

Comprender las curvas del flujo de aire del ventilador frente a la presión estática es la habilidad más valiosa en la práctica en el trabajo de gestión térmica y selección de ventiladores. Una curva de ventilador es un gráfico de dos ejes donde el eje horizontal muestra la tasa de flujo de aire en CFM (pies cúbicos por minuto) y el eje vertical muestra la presión estática. Cada ventilador tiene una curva característica que comienza con la presión estática máxima cuando el flujo es cero, se curva hacia abajo a medida que aumenta el flujo y termina con el flujo de aire libre máximo cuando la presión estática es cero.

La curva de resistencia del sistema está superpuesta en el mismo gráfico. Comienza en el origen (flujo cero, presión cero) y se curva hacia arriba a medida que aumenta el flujo. El punto donde se cruzan las dos curvas es el punto de funcionamiento: el caudal de aire real y la presión estática a la que funcionará el ventilador en esa instalación específica. Mover ese punto de operación es la tarea central de la selección del ventilador y el diseño térmico.

Para un ventilador axial, la curva del ventilador cae abruptamente a medida que aumenta la contrapresión. Esto significa que un ventilador axial que funciona cerca de su punto de presión de pérdida genera muy pocos CFM (pies cúbicos por minuto) reales, aunque esté girando a toda velocidad y consumiendo toda su potencia. Para un ventilador centrífugo, la curva de presión es más plana en una gama más amplia de caudales, lo que significa que el ventilador centrífugo mantiene un flujo de aire útil incluso cuando aumenta la impedancia del sistema. Esta diferencia en la forma de la curva es la razón práctica principal para elegir un ventilador centrífugo para diseños de espacios restringidos: no solo porque genera más presión estática máxima, sino porque mantiene esa presión en una gama más amplia de condiciones operativas.

La mayoría de las hojas de datos de los ventiladores también incluyen una curva de potencia y, a veces, una curva de ruido en el mismo gráfico. La lectura de los tres juntos brinda una imagen completa de lo que el ventilador realmente ofrecerá en el punto de impedancia del sistema específico de la aplicación de destino, en lugar de las cifras optimistas de aire libre que aparecen en los resúmenes de marketing. Los ingenieros térmicos que se saltan este paso y dimensionan los ventiladores únicamente a partir del número de CFM (pies cúbicos por minuto) de aire libre descubren constantemente que sus construcciones funcionan más calientes de lo previsto una vez ensamblados, porque el flujo de aire instalado siempre es menor que el flujo de aire libre.

Diferencia entre ventiladores axiales y centrífugos: una vista detallada lado a lado

La diferencia entre ventiladores axiales y centrífugos va mucho más allá de la dirección del flujo de aire y la capacidad de presión. Comprender el conjunto completo de diferencias permite a un ingeniero de gestión térmica o diseñador de productos tomar una decisión segura sobre la selección de ventiladores sin recurrir al tipo de ventilador que utilizaron en el proyecto anterior.

Un aspecto que a menudo se pasa por alto en la diferencia entre ventiladores axiales y centrífugos es el comportamiento cuando la resistencia del sistema cambia durante el funcionamiento. Un servidor con un filtro de aire obstruido presenta una mayor impedancia del sistema a sus ventiladores que un servidor limpio. En esta situación, un ventilador axial pierde flujo de aire rápidamente y la temperatura del procesador aumenta, lo que puede provocar una regulación térmica o un apagado. Un ventilador centrífugo en la misma situación mantiene una mayor cantidad de su flujo de aire contra el aumento de resistencia, lo que le da al sistema más espacio térmico antes de que se alcance una condición de falla. Esta solidez ante las diferentes impedancias del sistema es una razón clave por la que los OEM de servidores y almacenamiento a menudo prefieren módulos de ventilador centrífugo en implementaciones de alta densidad.

Ventilador axial versus ventilador centrífugo para refrigeración de dispositivos electrónicos: elección del tipo correcto

La decisión entre un ventilador axial o un ventilador centrífugo para la refrigeración de componentes electrónicos se reduce a cuatro preguntas prácticas que pueden responderse rápidamente durante la fase inicial de diseño, antes de que comience cualquier simulación térmica o prueba de prototipo.

1. ¿Cuánta impedancia del sistema presenta la ruta del flujo de aire? Si los componentes están densamente empaquetados, si hay filtros, si el aire debe viajar a través de un conducto largo y estrecho o si hay un conjunto de aletas de disipador térmico con un espaciado de paso fino en el camino, la impedancia del sistema es alta y el ventilador centrífugo es el punto de partida correcto.
2. ¿Cuánta altura física está disponible para el aficionado? Si el gabinete es delgado, como un servidor en rack de 1U, una computadora portátil o una tableta, la capacidad del ventilador centrífugo de aspirar aire a través de una ranura delgada y descargarlo hacia los lados es una ventaja geométrica que ningún ventilador axial puede igualar independientemente del rendimiento de presión.
3. ¿Cuáles son los requisitos acústicos? Si el ruido es una preocupación principal y el sistema está abierto con una impedancia baja, un ventilador axial casi siempre será más silencioso al nivel de flujo de aire necesario. Si la impedancia del sistema es alta, el ventilador axial girará a máximas RPM tratando de superar la resistencia y será más ruidoso que un ventilador centrífugo del tamaño adecuado funcionando a una velocidad moderada.
4. ¿Cuál es el presupuesto por unidad? Las unidades de ventilador axial con tamaños de bastidor estándar cuestan significativamente menos que los conjuntos de ventilador centrífugo, lo cual es importante en productos de consumo de gran volumen. Para equipos industriales, médicos o profesionales donde la confiabilidad y el rendimiento son primordiales, la prima de costo de un ventilador centrífugo de calidad generalmente está justificada.

Para una carcasa de computadora de escritorio con paneles de malla grandes, varias unidades de ventilador axial de 120 mm o 140 mm en la entrada frontal y el escape trasero son casi universalmente la respuesta correcta. Para un servidor en rack de 1U con conjuntos de tarjetas PCB densos y un perfil delgado que limita el diámetro del ventilador, la solución correcta es un par de módulos de ventilador centrífugo de alta velocidad en una disposición de empujar o tirar. Para una computadora portátil con una cámara de vapor de cobre muy delgada y aletas de disipador térmico de paso fino, un solo ventilador que extrae aire desde debajo del teclado y lo descarga por el borde posterior es la única configuración que se ajusta físicamente a los requisitos térmicos y geométricos simultáneamente.

Comparación del nivel de ruido entre ventiladores axiales y centrífugos: lo que realmente experimentan los ingenieros y usuarios

La comparación del nivel de ruido de ventiladores axiales versus centrífugos requiere distinguir entre dos escenarios diferentes: sistemas abiertos al aire libre y sistemas instalados restringidos. En un sistema abierto de aire libre, el ventilador axial casi siempre gana en acústica porque mueve un gran volumen de aire a bajas RPM y el ruido aumenta fuertemente con la velocidad de rotación y la velocidad de la punta de las aspas. Un ventilador axial de 120 mm que entrega 60 CFM (pies cúbicos por minuto) en una caja abierta normalmente produce de 25 a 35 dBA, lo que se considera silencioso en la mayoría de los entornos de consumo y de oficina.

En un sistema instalado con una importante impedancia del sistema, la comparación del nivel de ruido entre ventiladores axiales y centrífugos se invierte. El ventilador axial, obligado a luchar contra la contrapresión, acelera a las RPM máximas para mantener cualquier flujo de aire útil y genera un ruido de banda ancha considerable debido a la calada de las aspas y la turbulencia. El ventilador centrífugo, que hace el mismo trabajo contra la misma resistencia con su curva de presión característicamente plana, funciona a una fracción inferior de su velocidad máxima y produce menos potencia acústica total a pesar de que su ruido por RPM es mayor que el del ventilador axial. En un sistema restringido, un ventilador centrífugo correctamente seleccionado que funciona entre el 60 y el 70 por ciento de la velocidad máxima puede ofrecer los mismos CFM (pies cúbicos por minuto) de refrigeración que un ventilador axial que funciona al 95 por ciento de la velocidad máxima, con una ventaja acústica significativa en la mayoría de las mediciones.

El carácter del ruido tonal de un ventilador centrífugo merece una atención especial en cualquier aplicación acústicamente sensible. La frecuencia de paso de las aspas, el tono que se produce cada vez que las aspas del impulsor pasan el corte de descarga fijo en la espiral, es percibida por la mayoría de los oyentes como más molesta que el silbido de banda ancha de un ventilador axial al mismo nivel total de dBA. Los ingenieros de gestión térmica en electrónica de consumo, dispositivos médicos y productos de oficina en el hogar a menudo prefieren el ventilador axial precisamente por esta razón, incluso en sistemas moderadamente restringidos, aceptando RPM ligeramente más altas a cambio de un ruido que es menos perceptible para los usuarios finales.

Ventiladores de enfriamiento de baja presión y alto flujo de aire: cuando el ventilador axial es claramente la respuesta correcta

Los ventiladores de enfriamiento de baja presión y alto flujo de aire son el dominio natural del ventilador axial, y especificar cualquier otra cosa en este escenario significa pagar más por menos rendimiento. Las aplicaciones que realmente presentan una baja impedancia del sistema y necesitan el máximo CFM (pies cúbicos por minuto) posible del espacio de panel disponible incluyen gabinetes de computadora de escritorio de torre abierta, gabinetes exteriores de telecomunicaciones con grandes puertas con persianas, enfriamiento de paneles de control industrial donde el gabinete es profundo y bien ventilado, y unidades de enfriamiento a nivel de fila de centros de datos donde el aire viaja a través de grandes espacios abiertos entre los bastidores de servidores.

Para estas aplicaciones de ventiladores de enfriamiento de baja presión y alto flujo de aire, un ventilador axial de 120 mm o 140 mm de 1200 a 1800 RPM ofrece la mejor combinación disponible de flujo de aire, ruido, consumo de energía y costo. Apilar dos unidades de ventilador axial en serie en el mismo conducto duplica aproximadamente la presión estática con solo una modesta penalización en el flujo de aire, lo cual es útil cuando un sistema abierto tiene un único cuello de botella, como una densa pila de aletas de disipador térmico por la que los ventiladores deben empujar el aire antes de que el resto del camino se abra nuevamente.

Sopladores centrífugos de alta presión estática: aplicaciones en las que no se pueden reemplazar

Los ventiladores centrífugos de alta presión estática ocupan una zona de rendimiento específica que las unidades de ventiladores axiales realmente no pueden alcanzar, independientemente de cuántas estén dispuestas en serie. Cuando la impedancia del sistema excede aproximadamente de 0,5 a 0,8 pulgadas de H2O en todo el recorrido de enfriamiento, los sopladores centrífugos de alta presión estática son la única solución de ventilador que proporciona un flujo de aire adecuado. Este umbral se cruza comúnmente en las siguientes categorías de productos.

• Computadoras portátiles donde el aire debe pasar a través de un disipador térmico de cobre de paso muy fino a alta velocidad a través de un área de sección transversal muy pequeña, lo que requiere niveles de presión estática que ningún ventilador axial de este tamaño puede proporcionar.
• Proyectores en los que los filtros de polvo, los deflectores del motor óptico y los canales de refrigeración de la lámpara crean una ruta de flujo de aire compleja y de alta resistencia en una carcasa extremadamente compacta.
• Equipos de diagnóstico médico donde los recintos sellados, los filtros de partículas finas y la necesidad de presión positiva dentro del dispositivo para evitar la contaminación aumentan la impedancia del sistema simultáneamente.
• Instrumentos y analizadores industriales en los que se debe bombear aire a través de cámaras de reacción o celdas de sensores a un caudal definido contra contrapresiones variables de las líneas de muestra.
• Conmutadores y enrutadores de red en factores de forma compactos donde las tarjetas de línea crean una impedancia del sistema muy alta en un chasis que es demasiado estrecho para módulos de ventilador axial estándar

El mejor ventilador de refrigeración para racks de servidores de alta densidad: conjuntos de ventiladores axiales frente a módulos de ventiladores centrífugos

Elegir el mejor ventilador de refrigeración para racks de servidores de alta densidad requiere equilibrar la presión estática, la tasa de flujo de aire en CFM (pies cúbicos por minuto), las limitaciones físicas, la redundancia y la capacidad de servicio de una manera que la gestión térmica de una computadora de escritorio o una estación de trabajo no exige. Los racks de servidores de alta densidad generalmente disipan de 20 a 40 kW o más por rack, lo que significa que los requisitos de flujo de aire se miden en cientos de CFM (pies cúbicos por minuto) por servidor de 1U o 2U, y los ventiladores que impulsan ese flujo de aire se encuentran entre los componentes con mayor estrés en todo el centro de datos.

Para servidores en rack de 1U, la solución dominante en la industria es una matriz de 4 a 7 módulos de ventilador centrífugo de doble rotor dispuestos en la parte posterior del chasis del servidor, cada módulo controlado de forma independiente e intercambiable en caliente para redundancia N plus 1. Estos módulos utilizan impulsores curvados hacia atrás que giran entre 15 000 y 25 000 RPM y entregan de 15 a 30 CFM (pies cúbicos por minuto) cada uno frente a las 0,8 a 2,0 pulgadas de H2O de impedancia del sistema que presenta un servidor 1U densamente cargado. Un ventilador axial con este diámetro y velocidad se detendría completamente contra este nivel de contrapresión y prácticamente no entregaría flujo de aire.

Para servidores de 2U y más grandes con mayor diámetro de ventilador disponible, las unidades de ventilador axiales más grandes en el rango de 60 a 80 mm resultan prácticas en algunas arquitecturas, particularmente cuando el servidor utiliza un diseño de plano medio abierto donde el flujo de aire viaja a través de grandes aberturas de la caja de tarjetas con una impedancia del sistema relativamente baja. Sin embargo, incluso en estos casos, los principales fabricantes de servidores a hiperescala han optado por módulos de ventiladores centrífugos en la mayoría de las líneas de productos debido a su estabilidad de rendimiento superior en toda la gama de condiciones térmicas y de carga de filtros que se encuentran en la operación real del centro de datos.

Resumen del mejor ventilador de refrigeración para racks de servidores de alta densidad por factor de forma del servidor:

Selección de ventilador centrífugo para diseños de espacios restringidos: parámetros clave y proceso

La selección de ventiladores centrífugos para diseños de espacios restringidos es un proceso que difiere significativamente de la selección general de ventiladores, porque las limitaciones físicas del gabinete a menudo anulan las preferencias aerodinámicas puras y requieren que el ingeniero optimice dentro de un espacio de solución estrechamente limitado.

El primer parámetro que se debe establecer al seleccionar un ventilador centrífugo para diseños de espacios restringidos es el diámetro de entrada máximo disponible, ya que el diámetro del impulsor es el mayor determinante tanto de la presión como de la capacidad de flujo. Incluso unos pocos milímetros de diámetro de entrada adicional cambian significativamente lo que puede ofrecer un ventilador centrífugo. Para una computadora portátil con 8 mm de altura de ventilador disponible, la elección puede limitarse a un impulsor de 50 a 65 mm de diámetro, y todo el diseño térmico debe construirse en torno a lo que ese tamaño de ventilador realmente puede lograr.

El segundo parámetro es la dirección de descarga y el tamaño del puerto, ya que la descarga de un ventilador centrífugo debe alinearse con el puerto de escape del gabinete. La mayoría de los diseños de ventiladores centrífugos para portátiles delgados se descargan a través de una ranura estrecha a lo largo de un borde de la carcasa, y la geometría de la carcasa en forma de espiral debe dirigir la descarga precisamente a esa ranura sin dobleces innecesarios que agregarían resistencia y reducirían el flujo de aire entregado.

• Defina la altura y el diámetro máximos disponibles para el impulsor antes de consultar cualquier catálogo o proveedor de ventiladores.
• Mida o calcule la impedancia del sistema para el disipador de calor específico y la ruta del conducto en el gabinete de destino, no una estimación genérica
• Confirme la dirección y las dimensiones del puerto de descarga para que la carcasa en espiral pueda orientarse correctamente en el diseño del gabinete.
• Verifique la curva del ventilador en el punto de operación de impedancia estimada del sistema para confirmar que los CFM (pies cúbicos por minuto) entregados cumplan con los requisitos de gestión térmica.
• Verifique que la potencia del motor en el punto de operación esté dentro del presupuesto térmico y eléctrico de la PCB host o la fuente de alimentación.
• Confirme la salida acústica a la velocidad del punto de funcionamiento frente a cualquier presupuesto de ruido en la especificación del producto.

Guía de diseño térmico para la refrigeración de carcasas de ordenadores: integración de la selección de ventiladores en todo el sistema

Una guía de diseño térmico para la refrigeración de carcasas de computadoras debe abordar la selección del tipo de ventilador, el diseño de la ruta del flujo de aire y la interacción entre ellos como un sistema integrado en lugar de tratar el ventilador como una decisión de componente aislado. Un ventilador potente en una ruta de flujo de aire mal diseñada brindará resultados decepcionantes, mientras que un ventilador modesto en una ruta bien diseñada puede exceder el rendimiento térmico de un ventilador más potente que lucha contra un flujo de aire caótico o recirculante.

Caja ATX de escritorio: el enfoque de ventilador axial estándar

Una caja ATX de torre completa o media torre con panel frontal de malla, ranuras para tarjetas abiertas y una abertura de escape trasera tiene una baja impedancia del sistema en la ruta principal del flujo de aire. Dos o tres unidades de ventilador axial de 120 mm o 140 mm en la parte delantera que aspiran aire frío, combinadas con una o dos unidades de ventilador axial en la parte trasera y la parte superior que expulsa el aire caliente, crean un gradiente de presión positivo de adelante hacia atrás que elimina el calor de la CPU y la GPU de manera eficiente. Este enfoque de gestión térmica funciona porque la impedancia del sistema es lo suficientemente baja como para que las unidades de ventilador axial funcionen cerca de su punto de máxima eficiencia en sus curvas de ventilador.

Cajas de factor de forma pequeño y Mini ITX: cuando se necesita un ventilador

Una carcasa de factor de forma pequeño con volumen interno limitado, aberturas de panel mínimas y una GPU con un enfriador de ventilador estilo referencia presenta una imagen de impedancia del sistema muy diferente. En este caso, el propio ventilador de la GPU, un ventilador centrífugo que aspira aire desde arriba de la PCB y lo expulsa directamente por la ranura del soporte trasero, suele ser una mejor solución térmica que un enfriador de GPU al aire libre porque elimina el calor de la carcasa inmediatamente en lugar de recircularlo al volumen cerrado donde reduce la eficacia de refrigeración de la CPU.

La guía de diseño térmico para el principio de enfriamiento de carcasas de computadoras que une todos los factores de forma: diseñe primero la ruta del flujo de aire, luego seleccione ventiladores cuyas curvas de ventilador intersequen la curva de resistencia del sistema en los CFM (pies cúbicos por minuto) requeridos y en un punto muy alejado de la región de pérdida. Un ventilador que funciona cerca de la parada es ruidoso, ineficiente y ofrece una refrigeración real deficiente a pesar del alto consumo de energía. Un ventilador que funciona entre el 50 y el 70 por ciento de su caudal máximo es silencioso, eficiente y tiene margen para aumentar la velocidad si las temperaturas aumentan bajo carga.

Cuándo utilizar un soplador en lugar de un ventilador axial: un resumen de decisión práctica

Cuándo utilizar un soplador en lugar de un ventilador axial es, en última instancia, una pregunta que se responde mediante la combinación de la impedancia del sistema y la geometría física, y seguir la lógica siguiente evita tanto el exceso como la falta de ingeniería en cualquier proyecto de gestión térmica.

Utilice un ventilador o un ventilador centrífugo cuando se aplique cualquiera de las siguientes condiciones:

• La impedancia del sistema supera las 0,5 pulgadas de H2O porque la ruta del flujo de aire pasa a través de disipadores de calor densos, filtros finos o conductos largos y estrechos donde un ventilador axial se detendría.
• La carcasa es lo suficientemente delgada como para que el diámetro del ventilador disponible sea demasiado pequeño para que un ventilador axial proporcione suficientes CFM (pies cúbicos por minuto) a niveles de ruido aceptables.
• La dirección de descarga se debe cambiar desde la dirección de entrada para dirigir el flujo de aire hacia una abertura de escape específica en el gabinete, como a lo largo del borde de una computadora portátil o a través del soporte trasero de una tarjeta gráfica.
• Se requiere redundancia y capacidad de servicio de intercambio en caliente en un servidor o aplicación de telecomunicaciones donde un ventilador defectuoso debe ser reemplazable sin apagar el sistema.

Utilice un ventilador axial cuando se aplique cualquiera de las siguientes condiciones:

• La impedancia del sistema es baja porque el gabinete está bien ventilado y la ruta del flujo de aire está abierta sin obstrucciones densas.
• Se requiere el mayor CFM (pies cúbicos por minuto) posible por unidad de ruido, como en una oficina doméstica silenciosa o en un entorno de audio de consumo.
• El costo unitario por ventilador es una consideración principal y el diseño del sistema puede acomodar los recortes de panel más grandes que requieren los tamaños de marco de ventilador axial estándar.
• Se implementarán varios ventiladores en paralelo a lo largo de un panel grande para maximizar el flujo de aire total en un área amplia, como en la puerta frontal de un gabinete de rack o en un gabinete de telecomunicaciones de montaje en pared.

La respuesta a cuándo usar un soplador en lugar de un ventilador axial siempre se basa en la impedancia del sistema: mida o estime la resistencia de la trayectoria del flujo de aire, grácela en la curva del ventilador de cada candidato y la elección correcta se vuelve obvia a partir de dónde cae el punto de operación en cada curva. Ninguna regla general reemplaza este paso en un proceso serio de ingeniería de gestión térmica.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la ventaja de utilizar un ventilador axial sobre un ventilador centrífugo?

¿Cuál es la ventaja de utilizar un ventilador axial? Las principales ventajas son una alta tasa de flujo de aire en CFM (pies cúbicos por minuto) en relación con el tamaño del marco físico del ventilador, un perfil axial delgado que se adapta directamente a paneles planos sin carcasa tipo espiral, menor ruido con un flujo de aire equivalente en sistemas abiertos, menor costo unitario y mayor disponibilidad en tamaños estándar desde 25 mm hasta 250 mm. Estas ventajas hacen que el ventilador axial sea la opción dominante para cualquier aplicación de enfriamiento de sistema abierto y de baja impedancia.

¿Los ventiladores centrífugos son más potentes que los axiales?

¿Son más potentes los ventiladores centrífugos? En términos de capacidad de presión estática, sí, por un amplio margen: los sopladores centrífugos de alta presión estática pueden producir de 5 a 10 veces la presión estática máxima de un ventilador axial de tamaño comparable. En términos de caudal de aire libre en CFM (pies cúbicos por minuto), las unidades de ventilador axial suelen ofrecer más para un diámetro de marco y una entrada de energía determinados. Cuál es más potente depende completamente de lo que exige la aplicación.

¿En qué se diferencia un ventilador centrífugo de un ventilador axial?

¿Cómo funciona un ventilador centrífugo? Atrae aire axialmente hacia el centro de un impulsor giratorio y luego lo arroja radialmente hacia afuera usando fuerza centrífuga, convirtiendo la energía cinética en presión estática dentro de una carcasa de espiral antes de descargarlo a 90 grados hacia la entrada. Un ventilador axial mueve el aire directamente en la misma dirección en la que gira el eje, generando un caudal de aire en CFM (pies cúbicos por minuto) con una conversión de presión mínima.

¿Cuál es la dirección del flujo de aire de los ventiladores axiales?

La dirección del flujo de aire de los ventiladores axiales es paralela al eje de rotación. El aire entra axialmente por la cara de las palas giratorias y sale por la cara opuesta en la misma dirección axial. Esta ruta de flujo directa es la característica definitoria que hace que el ventilador axial sea fácil de integrar en cortes de paneles planos y secciones de conductos en línea.

¿Cuál es la diferencia clave entre ventiladores axiales y centrífugos para comprender las curvas de los ventiladores?

Comprender las curvas del ventilador, el flujo de aire y la presión estática, revela la diferencia práctica más importante: la curva del ventilador axial cae abruptamente a medida que aumenta la contrapresión, lo que significa que sus CFM (pies cúbicos por minuto) entregados disminuyen drásticamente al aumentar la impedancia del sistema. La curva del ventilador centrífugo es mucho más plana y mantiene un flujo de aire útil en un rango más amplio de contrapresión. Esta diferencia en la forma de la curva, no solo la presión máxima o los números de flujo máximo, es lo que impulsa la diferencia entre ventiladores axiales y centrífugos en aplicaciones instaladas reales.

¿Cuál es el mejor ventilador de refrigeración para racks de servidores de alta densidad?

El mejor ventilador de refrigeración para racks de servidores de alta densidad en el factor de forma 1U es un conjunto de módulos de ventilador centrífugo curvados hacia atrás que funcionan entre 15 000 y 25 000 RPM, desplegados en una disposición de intercambio en caliente N más 1. Estos ofrecen de 15 a 30 CFM (pies cúbicos por minuto) cada uno frente a las 0,8 a 2,0 pulgadas de H2O de impedancia del sistema típica en un servidor 1U densamente cargado, un nivel de presión estática que las unidades de ventilador axial con diámetros comparables no pueden igualar.

¿Cuándo utilizar un soplador en lugar de un ventilador axial en la refrigeración de dispositivos electrónicos?

Cuándo usar un soplador en lugar de un ventilador axial: elija un ventilador cuando la impedancia del sistema exceda aproximadamente 0,5 pulgadas H2O, cuando el gabinete sea demasiado delgado para un ventilador axial de diámetro adecuado o cuando el flujo de aire deba redirigirse a 90 grados para salir a través de una ranura o puerto específico. Utilice un ventilador axial cuando la impedancia del sistema sea baja, la prioridad sea el máximo de CFM (pies cúbicos por minuto) de aire libre por unidad de ruido y el costo sea una limitación clave.

¿Cómo afecta la impedancia del sistema a la selección de ventiladores entre tipos axiales y centrífugos?

La impedancia del sistema es la resistencia total que la ruta del flujo de aire presenta al ventilador. A medida que aumenta la impedancia del sistema, un ventilador axial pierde rápidamente CFM (pies cúbicos por minuto) entregados porque la curva de su ventilador es pronunciada, mientras que un ventilador centrífugo mantiene más flujo de aire porque su curva es más plana. Por lo tanto, la selección del ventilador comienza con la medición o estimación de la impedancia del sistema y su adaptación al tipo de ventilador correcto antes de considerar cualquier otro parámetro.

¿Cómo funciona en la práctica la comparación del nivel de ruido entre ventiladores axiales y centrífugos?

En sistemas abiertos de baja impedancia, la comparación del nivel de ruido entre ventiladores axiales y centrífugos favorece al ventilador axial porque ofrece grandes CFM (pies cúbicos por minuto) a bajas RPM y bajos dBA. En sistemas restringidos de alta impedancia del sistema, la comparación se invierte porque el ventilador axial debe alcanzar las RPM máximas contra la contrapresión, mientras que el ventilador centrífugo cubre la misma carga térmica a una fracción inferior de su velocidad. El ventilador centrífugo también tiene un carácter de ruido de paso de aspas tonal que muchos oyentes encuentran más molesto que el ruido del ventilador axial de banda ancha al mismo nivel total de dBA.

¿Cuáles son los pasos principales para seleccionar un ventilador centrífugo para diseños de espacios restringidos?

La selección de un ventilador centrífugo para diseños de espacios restringidos implica cinco pasos principales: primero, medir la altura máxima disponible y el diámetro de entrada dentro del gabinete; en segundo lugar, calcule la impedancia del sistema para el disipador de calor y la ruta del conducto específicos; tercero, confirme la dirección de descarga y las dimensiones del puerto para garantizar que la orientación de la carcasa en espiral se ajuste al diseño del gabinete; cuarto, verifique la curva del ventilador en el punto de operación de impedancia del sistema calculado para verificar que los CFM (pies cúbicos por minuto) entregados cumplan con los requisitos de gestión térmica; y quinto, verificar la salida acústica a la velocidad de funcionamiento con la especificación de ruido del producto.