Moteurs de ventilateur centrifuge (radial) : choix selon les pales et l’entraînement

Le moteur de ventilateur centrifuge (radial) n’est pas un type de moteur à part : le moteur qui entraîne un ventilateur centrifuge est le plus souvent un moteur asynchrone triphasé standard, dont la puissance, la vitesse et la fixation se choisissent selon le type de pales et le mode d’entraînement du ventilateur. Le type de pales détermine comment la charge du moteur évolue quand le débit augmente ; le mode d’entraînement détermine si la vitesse du moteur et celle du ventilateur sont identiques. Sans ces deux informations, la seule question « combien de kW » ne peut pas recevoir de réponse juste.

Dans cet article, nous expliquons le principe du ventilateur centrifuge, les trois familles de pales, l’entraînement direct, par accouplement et par courroie, et leur effet sur le choix du moteur. DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques ; vous trouverez les moteurs triphasés 1000, 1500 et 3000 tr/min utilisés dans les ventilateurs centrifuges sur notre page Acheter un moteur électrique en ligne. Une vue d’ensemble des types de ventilateurs figure sur notre page Moteurs de ventilateur.

Centrifuge et radial : le même ventilateur ?

Dans un ventilateur centrifuge, l’air entre au centre de la roue parallèlement à l’axe de l’arbre ; les pales en rotation le projettent vers l’extérieur et il sort perpendiculairement à l’axe, c’est-à-dire après un virage de 90°. La pression naît de l’accélération de l’air vers l’extérieur à l’intérieur de la roue. Un ventilateur centrifuge fournit donc moins de débit qu’un ventilateur hélicoïde de même diamètre, mais une pression bien plus élevée ; on le préfère dans les réseaux avec filtres, longues gaines ou hottes.

En turc, « santrifüj » (centrifuge) et « radyal » (radial) désignent le plus souvent le même ventilateur. La confusion vient du fait que ces mots peuvent décrire des choses différentes :

Centrifuge et radial ne sont donc pas deux types de ventilateurs distincts ; « radial » s’emploie parfois dans un sens restreint pour la seule roue à pales radiales droites. Nous traitons des exemples de choix de moteur pour les ventilateurs à volute dans notre article sur le moteur de ventilateur centrifuge, et les applications en toiture dans notre article sur les tourelles d’extraction.

Que signifient les trois familles de pales pour le moteur ?

Les roues centrifuges se répartissent en trois familles selon la forme des pales. Sans entrer dans le détail, voici ce que chacune implique côté moteur :

• Pales inclinées vers l’avant (multipales) : fort débit à basse vitesse, mais la puissance absorbée continue d’augmenter avec le débit ; si la résistance du réseau est plus faible que prévu, le moteur peut être surchargé, d’où une marge de puissance.
• Pales inclinées vers l’arrière : la courbe de puissance passe par un maximum dans la plage de fonctionnement puis redescend ; si le moteur est choisi pour ce maximum, il n’est pas surchargé quel que soit le débit, mais il tourne plus vite pour le même service.
• Pales radiales droites : autonettoyantes dans l’air poussiéreux, chargé de copeaux ou de matière transportée ; la roue est lourde et robuste, et le long temps de démarrage rend importants le mode de démarrage et le réglage du relais thermique.

Par exemple, le catalogue d’un fabricant donne, pour une série de ventilateurs à simple ouïe et pales inclinées vers l’avant, des puissances absorbées maximales différentes pour une même taille de roue selon le type d’enveloppe [3]. Cela montre que le type de pales ne fixe pas à lui seul la puissance ; il doit être lu avec l’enveloppe et la vitesse limite.

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Mode d’entraînement : direct, par accouplement ou par courroie

Dans un ventilateur centrifuge, le moteur se trouve généralement hors du flux d’air ; c’est la principale différence avec un ventilateur hélicoïde. La façon dont la roue est reliée au moteur détermine à la fois la vitesse et la fixation du moteur :

En entraînement direct, la roue est montée sur l’arbre du moteur ; un fabricant proposant un catalogue de ventilateurs centrifuges à moteur standard IEC monte sa roue directement sur l’arbre du moteur et l’équilibre dynamiquement avec le moteur [2]. Dans ce montage, la vitesse du ventilateur ne peut être que la vitesse nominale d’un moteur 2, 4 ou 6 pôles ; une vitesse intermédiaire exige un variateur. N’oubliez pas que l’arbre du moteur porte le poids et le balourd de la roue ; le diamètre et la longueur d’arbre doivent être comparés au plan du fabricant du ventilateur.

Avec accouplement, le ventilateur possède ses propres paliers et son arbre ; le moteur ne transmet que le couple. Ce montage est préféré pour les ventilateurs lourds et ceux qui véhiculent des gaz chauds ; un défaut d’alignement réduit la durée de vie des roulements.

Avec entraînement par courroie, la vitesse du ventilateur est indépendante de celle du moteur et se règle par le rapport des poulies. C’est le montage le plus courant pour les grands ventilateurs centrifuges industriels. Le catalogue d’un fabricant donne des tableaux de choix de courroies pour les ventilateurs centrifuges à courroie jusqu’à une puissance moteur de 30 kW ; les puissances supérieures font l’objet d’une sélection séparée [1]. La perte de courroie s’ajoute à la puissance moteur ; un autre catalogue la donne sous forme de coefficient de correction selon la puissance du moteur [3]. Nous traitons aussi le choix du moteur pour les systèmes à courroie dans notre article sur le choix du moteur dans les systèmes poulie-courroie.

Le ventilateur retenu, sa courbe, la conception de la roue et de l’enveloppe appartiennent au fabricant du ventilateur ou à l’ingénieur de projet. Le rôle du fournisseur de moteurs est de fournir un moteur adapté à la puissance à l’arbre, à la vitesse, à la fixation et aux conditions ambiantes indiquées. Le mode de fixation du moteur découle lui aussi du montage du ventilateur : dans les ventilateurs à courroie, le moteur est généralement à pattes (B3) sur glissières ou châssis, dans les ventilateurs à entraînement direct à pattes ou à bride ; le type exact est pris sur le plan du fabricant du ventilateur.

Données nécessaires au choix du moteur

• Point de fonctionnement : débit (m³/h ou m³/s) et pression totale ou statique (Pa)
• Puissance à l’arbre lue sur la courbe du ventilateur, et type de pales
• Vitesse du ventilateur et mode d’entraînement (direct, accouplement, courroie)
• En cas de courroie : diamètres des poulies et type de courroie
• Température et masse volumique de l’air ; air plus dense au démarrage à froid
• Inertie de la roue ou temps de démarrage mesuré ; possibilité de fermer le registre au démarrage
• Environnement : poussière, humidité, extérieur ; moteur hors du flux ou non
• Diamètre et longueur d’arbre, mode de fixation, position de la boîte à bornes
• Présence d’une atmosphère explosive ou d’une fonction de désenfumage

La limite pour le dernier point est nette : une atmosphère explosive exige un ensemble ventilateur et moteur certifié ATEX/IECEx, et le désenfumage un ensemble certifié selon l’EN 12101-3. Les moteurs standard de DRG ne sont pas vendus avec ces certifications ; un moteur DRG ne peut être recommandé que pour des services de ventilation et de procédé ne nécessitant pas de certification.

Puissance et vitesse : exemple d’un ventilateur d’extraction de cabine de peinture à courroie

Nous n’attribuons pas de plage de puissance fixe aux ventilateurs centrifuges : la puissance varie avec le diamètre de roue, le débit, la pression, le type de pales, la vitesse, la résistance du réseau, la masse volumique de l’air et la perte de transmission. La puissance à l’arbre se calcule par P_arbre = Q·Δp / η_vent ; la puissance moteur correspond à cette valeur divisée par le rendement de transmission, plus une marge.

Exemple : à l’extraction d’une cabine de peinture filtrée, un ventilateur à pales inclinées vers l’arrière entraîné par courroie doit évacuer 10 080 m³/h (2,8 m³/s) sous une pression totale de 1 500 Pa ; on suppose un rendement de ventilateur de 0,72 et un rendement de courroie de 0,95. La puissance à l’arbre vaut 2,8 × 1 500 / 0,72 ≈ 5 830 W, soit environ 5,8 kW. Avec la perte de courroie, 5,83 / 0,95 ≈ 6,1 kW ; avec une marge de 10 % pour l’encrassement des filtres et l’incertitude de calcul, on obtient environ 6,75 kW, et l’on retient l’échelon standard supérieur, 7,5 kW. Vous pouvez faire le même calcul avec vos valeurs grâce au calculateur de puissance moteur pompe & ventilateur.

Vitesse du moteur et vitesse du ventilateur

Supposons que la courbe du ventilateur demande 1 750 tr/min à ce point de fonctionnement. Le DRG-132M-4 4 pôles de 7,5 kW tourne à 1 460 tr/min en charge ; le rapport de poulies vaut 1 750 / 1 460 ≈ 1,20. Avec une poulie moteur de 200 mm, la poulie du ventilateur fait environ 167 mm ; dans cet exemple, le ventilateur tourne plus vite que le moteur. Pour entraîner ce même ventilateur en direct, il faudrait un variateur, car aucun nombre de pôles ne correspond à 1 750 tr/min. Vous pouvez vérifier le calcul avec le calculateur poulie-courroie.

Attention : augmenter la vitesse du ventilateur par la poulie charge directement le moteur, car la puissance absorbée par le ventilateur croît avec le cube de la vitesse. Si le rapport de poulies doit changer, le nouveau point de fonctionnement doit être relu sur la courbe du ventilateur.

Démarrage

L’inertie d’une roue centrifuge peut être bien supérieure à celle du rotor du moteur ; le courant de démarrage dure longtemps, jusqu’à ce que le moteur atteigne sa pleine vitesse. Le DRG-132M-4 a un courant nominal de 14,3 A sous 400 V et un rapport de courant de démarrage de 7,5 ; en démarrage direct, le courant de démarrage est d’environ 107 A. Bobiné en 400/690 V, le moteur convient au démarrage étoile-triangle sur un réseau 400 V ; en étoile, le courant de démarrage tombe à environ un tiers. Avec les grandes roues, démarrer registre fermé réduit la charge. Vous pouvez comparer les modes de démarrage avec notre outil démarrage étoile-triangle.

Correspondance avec la gamme DRG

La gamme de moteurs triphasés DRG couvre 0,25 à 11 kW en carcasse aluminium et 0,55 à 355 kW en carcasse fonte ; 1000, 1500 et 3000 tr/min, triphasé, 230/400 V ou 400/690 V, fourni en fixation B3, B5, B14 et B35 sur indication à la commande. Cette gamme correspond à la plupart des ventilateurs centrifuges à entraînement direct, par accouplement ou par courroie utilisant des moteurs standard IEC. Les petits ventilateurs centrifuges à moteur intégré à rotor extérieur ou EC sont hors de ce périmètre : DRG ne vend pas ces moteurs intégrés, et en cas de panne c’est généralement l’ensemble du ventilateur qui est remplacé. Ne considérez pas toutes les puissances de ventilateurs centrifuges du marché comme des produits DRG ; confirmez avec la plaque et le plan du ventilateur.

Moteurs DRG adaptés aux ventilateurs centrifuges

Modèles à envisager pour le ventilateur d’extraction à courroie de 7,5 kW de l’exemple et les ventilateurs centrifuges de puissance voisine :

• DRG-132S2-2 – 7,5 kW – 3000 tr/min – 132S
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1500 tr/min – 132M
• DRG-160M-6 – 7,5 kW – 1000 tr/min – 160M
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1500 tr/min – 160M

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Moteur de ventilateur centrifuge : questions fréquentes

Quelle différence entre un ventilateur centrifuge et un ventilateur radial ?

En général aucune ; les deux désignent un ventilateur où l’air entre selon l’axe et sort perpendiculairement. « Radial » s’emploie parfois pour la seule roue à pales radiales droites.

Combien de kW pour un moteur de ventilateur centrifuge ?

Il n’y a pas de valeur fixe. On la calcule à partir du débit, de la pression, du rendement du ventilateur et de la perte de transmission avec P_arbre = Q·Δp / η_vent, puis on ajoute une marge et l’on retient la puissance standard supérieure.

Quelle vitesse pour le moteur d’un ventilateur centrifuge à courroie ?

Comme le rapport de poulies fixe la vitesse du ventilateur, le moteur est généralement un 4 pôles (1500 tr/min) ; 2 et 6 pôles sont aussi possibles selon les diamètres de poulies et la vitesse du ventilateur. La décision se prend avec la vitesse du ventilateur et des tailles de poulies adaptées.

Pourquoi un ventilateur centrifuge fait-il déclencher le thermique au démarrage ?

L’inertie de la roue lourde allonge le démarrage, et le moteur absorbe longtemps le courant de démarrage. Démarrer registre fermé, utiliser un démarrage étoile-triangle ou progressif et régler correctement le relais thermique font partie de la solution.

Partagez la page du catalogue du ventilateur ou une photo de la plaque signalétique de l’ancien moteur, et nous ferons le choix ensemble : +90 (542) 666 11 11, [email protected], page contact. Pour les prix actuels, consultez les 120 modèles de notre boutique en ligne.

Sources

1. S&P – HC Centrifugal fans for industry, Technical data 2010 – tableaux de choix de courroies jusqu’à 30 kW de puissance moteur
2. Ziehl-Abegg – Centrifugal fans main catalogue with IEC standard motor – roue montée directement sur l’arbre du moteur
3. S&P – FSA Single Inlet Centrifugal Fan with Forward Wheels – puissance absorbée maximale selon l’enveloppe, coefficient de perte de transmission