Ventilateur centrifuge à aubes avant : pourquoi la puissance moteur augmente avec le débit ?

Sur un ventilateur centrifuge à aubes inclinées vers l'avant, la puissance sur l'arbre augmente avec le débit : plus le ventilateur souffle librement, plus le moteur est chargé. C'est pourquoi un ventilateur à aubes avant avec une gaine courte, un filtre retiré ou une porte de visite ouverte peut surcharger un moteur qui tourne sans peine au point de conception et faire déclencher son relais thermique. Le moteur se dimensionne pour l'état de plus faible résistance du réseau, et non pour le filtre le plus encrassé.

Ci-dessous, nous calculons ce comportement avec trois points de fonctionnement d'un même ventilateur d'exemple, puis expliquons comment régler la réserve de puissance, le relais thermique et le registre. Vous pouvez choisir un moteur de puissance et de vitesse adaptées parmi les 120 modèles de notre boutique en ligne ; les informations générales se trouvent sur notre page Moteurs de ventilateur.

Qu'est-ce qu'un ventilateur à aubes avant et où l'utilise-t-on ?

Le ventilateur à aubes avant est une roue centrifuge comportant de nombreuses aubes courtes en forme de cuillère, dont la face concave est tournée dans le sens de rotation. On l'appelle aussi roue sirocco ou roue à cage d'écureuil. « Aubes avant » désigne un type d'aube, pas un principe de fonctionnement : le principe est centrifuge (l'air entre dans l'axe, tourne de 90° et sort à la périphérie) et l'enveloppe est le plus souvent une volute. La roue étant légère, lente et compacte, elle déplace un débit élevé à faible pression, et silencieusement.

Les usages typiques sont des applications compactes à basse pression : centrales de traitement d'air et climatiseurs monoblocs, ventilo-convecteurs, extracteurs de hotte de cuisine, aérothermes et ventilateur d'air de combustion des petits brûleurs. L'extraction industrielle très poussiéreuse n'est pas le domaine de cette roue : sa construction légère et la poussière qui s'accumule entre les aubes la limitent à l'air propre ou filtré.

Pourquoi la courbe de puissance monte-t-elle avec le débit ?

L'aube inclinée vers l'avant projette l'air plus vite que la vitesse périphérique de la roue. Quand le débit croît, l'énergie emportée par l'air qui quitte les aubes croît aussi ; même si la pression baisse, la puissance totale transmise à l'air continue d'augmenter. Un document de fabricant indique que la courbe de puissance monte de façon constante et assez raide de la vanne fermée jusqu'au débit libre [2]. Il n'existe pas de point maximal comme sur une roue à aubes arrière.

Pour l'exemple, nous avons utilisé une courbe simplifiée : ventilateur à aubes avant double ouïe, entraîné par courroie, roue de 400 mm, vitesse du ventilateur 950 tr/min (vitesse périphérique d'environ 19,9 m/s). Le point de conception est de 7 200 m³/h sous 350 Pa. Avec un rendement de ventilateur supposé de 0,55, P_arbre = Q·Δp / η_vent = 2,0 × 350 / 0,55 ≈ 1 270 W. Quand la résistance du réseau change, le même ventilateur se déplace vers ces points :

Alors que la pression tombe de 350 Pa à 200 Pa, la puissance sur l'arbre augmente d'environ 30 %. Quand le filtre s'encrasse, le ventilateur est soulagé ; quand on remplace le filtre ou qu'on ouvre la porte, la charge augmente. La plainte « on a mis un filtre neuf et le moteur s'est mis à déclencher » vient de cette courbe.

L'autre extrémité de la courbe compte aussi : trop étranglée, cette roue entre dans le creux de la courbe de pression et l'écoulement devient pulsé. Un document de fabricant recommande de ne pas sélectionner en dessous de 45 % du débit libre [1]. Le débit libre du ventilateur d'exemple est d'environ 13 150 m³/h ; le point de conception en représente 55 % et le point filtre encrassé 47 %.

Quel est le rôle du moteur électrique dans ce ventilateur ?

Sur les gros ventilateurs à aubes avant, le moteur est placé hors de la volute, sur un socle réglable, et entraîne la roue par courroies et poulies ; le flux d'air ne passe pas sur le moteur, qui se refroidit grâce à son propre ventilateur. La courroie permet de choisir la vitesse du ventilateur indépendamment de celle du moteur. Sur les petits ventilateurs, la roue est montée directement sur l'arbre du moteur, ou le moteur est logé dans le moyeu de la roue.

La plupart des petits ventilateurs à aubes avant des ventilo-convecteurs, hottes et climatiseurs monoblocs sont livrés avec un moteur intégré à rotor extérieur, monophasé ou EC. Ces moteurs sont conçus avec la roue ; DRG ne vend pas ce type de moteur intégré et un moteur IEC standard ne se monte pas directement à leur place. Dans ce cas, c'est généralement l'ensemble ventilateur qui est remplacé.

Le partage des responsabilités est clair : le choix du ventilateur, la courbe, la conception de la roue et de l'enveloppe relèvent du fabricant du ventilateur ou de l'ingénieur d'études. Le rôle du fournisseur de moteur est de livrer un moteur adapté à la puissance sur l'arbre, à la vitesse, au montage et aux conditions ambiantes indiqués. Les calculs de cet article servent à bien dimensionner le moteur ; ils ne remplacent pas la courbe du ventilateur.

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Dimensionner le moteur : réserve, relais thermique et registre

Sur un ventilateur à aubes avant, la puissance du moteur découle de la puissance sur l'arbre au débit le plus élevé que le ventilateur peut réellement atteindre : puissance moteur = P_arbre / η_transmission + réserve. Avec un rendement de transmission par courroie de 0,95, la charge du moteur de l'exemple est d'environ 1,34 kW au point de conception et d'environ 1,74 kW porte ouverte.

• Moteur de 1,5 kW : suffisant au point de conception, mais surchargé d'environ 16 % porte ouverte. La puissance sur l'arbre qu'un moteur de 1,5 kW peut fournir est d'environ 1,43 kW, ce qui impose au ventilateur de ne pas dépasser 8 400 m³/h.
• Moteur de 2,2 kW : couvre tous les cas, porte ouverte comprise. S'il n'existe aucun élément permanent limitant le débit, c'est le choix sûr.
• Vitesse augmentée de 10 % par les poulies : la puissance croît comme le cube de la vitesse (1,1³ ≈ 1,33). Les 1,27 kW du point de conception passent à environ 1,69 kW et la charge du moteur à environ 1,78 kW ; un moteur de 1,5 kW ne supporte pas ce réglage.

Le relais thermique se règle sur le courant de plaque du moteur, par exemple 3,3 A sous 400 V pour le DRG-90L-4. Relever le réglage parce que le relais déclenche ne règle rien et échauffe le bobinage. La vraie solution consiste à limiter le débit : registre réglable, plaque d'étranglement fixe ou limite de vitesse sur le variateur. À la mise en service, faites tourner le ventilateur porte fermée, filtres en place et gaines raccordées ; ne faites pas d'« essai porte ouverte » sans mesurer le courant. Pour le choix du relais et des fusibles, utilisez l'outil Sélection relais thermique, fusible et contacteur.

Pour situer le marché : un catalogue de fabricant liste sa série à aubes avant double ouïe jusqu'à 2 200 Pa de pression totale et 40 kW de puissance sur l'arbre, et sa série simple ouïe jusqu'à 2 400 Pa et 30 kW [3]. Un autre document de fabricant indique que cette roue peut être utilisée jusqu'à 6 pouces de colonne d'eau (environ 1 500 Pa), la plupart des applications restant à 3 pouces (environ 750 Pa) ou moins [1]. La puissance de votre propre ventilateur ne se déduit pas de ces limites, mais du débit, de la pression, du diamètre de roue, de la vitesse, de la température de l'air et des pertes de transmission. Pour un calcul rapide, il existe le calculateur de puissance pompe et ventilateur.

Vitesse et polarité : rapport de poulies ou entraînement direct 6 pôles ?

Les ventilateurs à aubes avant tournent lentement ; les 950 tr/min de l'exemple sont typiques. Deux solutions permettent d'atteindre cette vitesse :

• 4 pôles + courroie : le DRG-100L1-4 tourne à 1450 tr/min ; pour 950 tr/min au ventilateur, le rapport de poulies est d'environ 1,53. Ajuster finement la vitesse en changeant le rapport est simple, mais chaque hausse a un effet cubique sur la puissance.
• Entraînement direct 6 pôles : le DRG-100L-6 tourne à 949 tr/min, le DRG-112M-6 à 955 tr/min. Si la roue est montée sur l'arbre du moteur, les pertes et l'entretien de la courroie disparaissent ; la vitesse ne peut alors être ajustée qu'avec un variateur.

En entraînement direct, le moyeu de la roue doit correspondre au diamètre de l'arbre : 28 mm sur la carcasse 100L, 24 mm sur la 90L. On ne monte pas un moteur 2 pôles directement sur une roue à aubes avant sans l'accord du fabricant du ventilateur : la roue légère n'est pas conçue pour une vitesse périphérique plus élevée. Pour les ventilateurs à volute, le choix des pôles et des poulies est détaillé avec des exemples dans notre article sur le moteur de ventilateur centrifuge.

Le montage du moteur dépend de la disposition du ventilateur. Sur les ventilateurs à courroie, le moteur est le plus souvent à pattes B3, posé sur une glissière de tension ; l'entraînement direct peut demander une bride (B5 ou B14) ou pattes + bride (B35). Le type exact est pris sur le plan du fabricant du ventilateur.

Liste de contrôle avant commande et correspondance DRG

• Plaque ou courbe du ventilateur : débit, pression, vitesse, puissance sur l'arbre.
• Plaque de l'ancien moteur : kW, tr/min, carcasse, forme de montage, diamètre d'arbre.
• Transmission : courroie (diamètres des deux poulies) ou accouplement direct.
• État de plus faible résistance du réseau : filtre retiré, porte de visite, position du registre ?
• Réglage du relais thermique et courant mesuré en marche (dans au moins deux états).
• Ambiance : humidité dans la CTA, graisses de cuisine, installation extérieure.
• Le moteur du ventilateur est-il intégré (rotor extérieur/EC) ? Si oui, on remplace l'ensemble ventilateur.

La gamme DRG couvre les carcasses aluminium de 0,25 à 11 kW, la fonte de 0,55 à 355 kW, 1000/1500/3000 tr/min, en triphasé 230/400 V ou 400/690 V ; le montage B3/B5/B14/B35 se précise par une note de commande. Les petites et moyennes puissances où se situent la plupart des ventilateurs à aubes avant entrent dans cette gamme ; ne considérez pas toute puissance de ventilateur du marché comme un produit DRG, déterminez la valeur à partir des données de votre ventilateur. Pour les cotes, consultez la page plans techniques. Pour les centrales de traitement d'air et le CVC, notre article moteurs de ventilateurs et pompes CVC est aussi utile. DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques. Les moteurs DRG MOTOR sont garantis 2 ans à compter de la date de livraison contre les défauts de matériau et de fabrication (certificat de garantie).

Moteurs DRG pour ventilateurs à aubes vers l'avant

• DRG-90L-6 – 1,1 kW – 945 tr/min – 90L aluminium
• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1445 tr/min – 90L aluminium
• DRG-100L-6 – 1,5 kW – 949 tr/min – 100L aluminium
• DRG-100L1-4 – 2,2 kW – 1450 tr/min – 100L aluminium
• DRG-112M-6 – 2,2 kW – 955 tr/min – 112M fonte
• DRG-100L2-4 – 3 kW – 1450 tr/min – 100L fonte

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Ventilateur à aubes vers l'avant : questions fréquentes

Pourquoi le moteur du ventilateur déclenche-t-il après un changement de filtre ?

Sur un ventilateur à aubes avant, un filtre propre réduit la résistance du réseau : le débit augmente et la puissance sur l'arbre aussi. Dans l'exemple, elle est de 1,14 kW filtre encrassé, de 1,27 kW au point de conception et atteint 1,65 kW porte ouverte. Si le moteur n'a pas été choisi pour cette hausse, le relais thermique déclenche.

Tester un ventilateur à aubes avant sans gaine abîme-t-il le moteur ?

Oui, c'est possible. Sans gaine ou porte ouverte, le ventilateur se rapproche du débit libre, là où cette roue atteint sa puissance maximale. Faites l'essai réseau raccordé, ou démarrez registre étranglé en mesurant le courant.

Quelle puissance de moteur faut-il pour un ventilateur à aubes avant ?

Il n'y a pas de valeur fixe. Déterminez la puissance sur l'arbre au débit le plus élevé possible, ajoutez les pertes de transmission et passez à la puissance normalisée supérieure. Dans l'exemple, cela donne un moteur de 2,2 kW au lieu de 1,5 kW.

Quelle différence entre aubes avant et aubes arrière ?

Avec des aubes avant, la puissance augmente sans cesse avec le débit ; avec des aubes arrière, la courbe de puissance passe par un maximum puis redescend. La roue à aubes avant est plus petite et plus silencieuse, mais son moteur est plus sensible à la résistance du réseau ; la roue à aubes arrière atteint des pressions et des vitesses plus élevées.

Envoyez-nous la plaque du ventilateur et celle de l'ancien moteur : nous confirmerons ensemble le modèle DRG adapté. Téléphone +90 (542) 666 11 11, e-mail [email protected], page contact. Pour tous les modèles et les prix actuels : Acheter un moteur électrique en ligne.

Sources

1. Aerovent – Fan Performance Characteristics of Centrifugal Fans (FE-2400) – courbe de puissance croissante de la roue à aubes avant, limites de pression et plage de sélection
2. Greenheck – Product Application Guide: Fan Applications (FA/126-08) – puissance du ventilateur à aubes avant croissante de la vanne fermée au débit libre
3. Comefri – Global Product List – limites de pression et de puissance des séries à aubes avant simple et double ouïe