Ventilateur hélico-centrifuge (mixed-flow) et choix du moteur électrique

Le moteur d'un ventilateur hélico-centrifuge (mixed-flow) est un moteur asynchrone triphasé standard qui porte la roue directement sur son arbre, et sa puissance se calcule à partir du débit et de la pression statique du ventilateur ; le moteur se trouve le plus souvent à l'intérieur de l'enveloppe, au milieu du flux d'air. Par exemple, un ventilateur hélico-centrifuge à entraînement direct qui déplace 10 800 m³/h sous 450 Pa de pression statique demande environ 2,1 kW à l'arbre si l'on suppose un rendement du ventilateur de 0,65 ; avec 15 % de marge, on arrive à 2,4 kW et l'on choisit un moteur 4 pôles de 3 kW. Seuls les modèles de gaine de petit diamètre (jusqu'à 400 mm environ) ont un moteur intégré à la roue ; dans ce cas, on change le ventilateur et non le moteur.

Cet article explique pourquoi le ventilateur hélico-centrifuge se traite à part des hélicoïdes et des centrifuges, comment le moteur y travaille, quelles données réunir pour le choix et quels moteurs de la gamme DRG conviennent à ces ventilateurs. Vous trouverez les moteurs adaptés et leurs prix actuels parmi les 120 modèles de la page Acheter un moteur électrique en ligne. Vue d'ensemble : Moteurs de ventilateur.

Qu'est-ce qu'un ventilateur hélico-centrifuge et où l'utilise-t-on ?

Hélico-centrifuge est le nom d'un principe de fonctionnement ; ce n'est ni un nom de boîtier comme mural, de gaine ou de toiture, ni un usage comme le désenfumage.

Le moyeu de la roue est conique et les aubes sont disposées en biais sur ce cône. L'air entre dans la roue dans l'axe ; en passant entre les aubes, il est à la fois poussé vers l'avant et un peu projeté vers l'extérieur, si bien qu'il sort de la roue selon un angle oblique (diagonal) par rapport à l'axe. On parle donc aussi de ventilateur diagonal ou mixte. Des aubes redresseuses fixes placées derrière la roue réduisent la giration et ramènent l'air dans l'axe de la gaine.

Sa place entre hélicoïde et centrifuge

Un hélicoïde déplace beaucoup d'air pour son diamètre, mais à faible pression. Un centrifuge produit une pression élevée, mais l'air tourne de 90 degrés, le boîtier grossit et le raccordement à la gaine devient compliqué. L'hélico-centrifuge se place entre les deux : l'air entre et sort en ligne droite, il se monte donc en série dans la gaine comme un hélicoïde, tout en donnant plus de pression qu'un hélicoïde de même diamètre. À pression égale, il loge dans un espace plus étroit qu'un centrifuge. Comme il dévie l'écoulement en douceur, il est en général plus silencieux qu'un hélicoïde faisant le même travail.

Ces caractéristiques le mettent en avant dans les applications suivantes :

• Lignes d'extraction et d'air neuf gainées des parcs de stationnement couverts (mode de ventilation normale).
• Extraction centralisée des salles de bains et sanitaires et extraction en gaine technique dans les hôtels, hôpitaux et logements.
• Extraction de cuisine et de hotte, en ventilateur de gaine après le filtre.

Où se trouve le moteur et comment travaille-t-il ?

On rencontre trois dispositions d'entraînement sur les ventilateurs hélico-centrifuges, et c'est elle qui détermine le choix du moteur.

• Moteur à rotor extérieur intégré (petits ventilateurs de gaine) : dans le catalogue d'un fabricant, toute une série de ventilateurs hélico-centrifuges pour gaine circulaire est livrée avec des moteurs à rotor extérieur appariés à la roue [3]. La partie tournante du moteur se trouve dans le moyeu ; il n'existe pas de moteur séparé avec bout d'arbre et bride. En cas de panne, on achète le même ventilateur ou un ventilateur neuf de même débit et même pression. DRG ne vend pas de moteurs de ventilateur à rotor extérieur ni de moteurs EC intégrés.
• Entraînement direct (ventilateurs moyens et grands) : la roue est montée sur l'arbre d'un moteur standard fixé à un support au centre de l'enveloppe. Le moteur est dans le flux d'air. La vitesse du ventilateur est celle du moteur ; pas de poulies, pas de pertes de courroie. Le catalogue d'un fabricant précise que ses ventilateurs hélico-centrifuges à entraînement direct peuvent recevoir tout moteur en fonte disponible dans le commerce et adapté à la taille du ventilateur [2].
• Entraînement par courroie : le moteur est placé hors de l'enveloppe ou sur un support fixé à celle-ci et entraîne l'arbre du ventilateur par courroie. La vitesse se règle par les poulies et le moteur est protégé du flux d'air ; cette disposition est préférée pour les extractions chaudes ou grasses.

Travailler dans l'enveloppe, au cœur de l'air, a deux conséquences pour le moteur. Le bon côté : l'air balaie en permanence la carcasse. Le côté risqué : l'air véhiculé touche aussi le moteur. Le brouillard d'huile d'une extraction de cuisine colle à la carcasse et gêne le refroidissement ; dans une extraction humide, la condensation peut amener de l'eau dans la boîte à bornes. Plus l'air est chaud, plus le moteur se refroidit mal ; la température de l'air est donc une donnée essentielle du choix.

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Données nécessaires au choix du moteur et exemple de calcul

Le choix du ventilateur, sa courbe, la conception de la roue et du boîtier relèvent du fabricant du ventilateur ou de l'ingénieur d'études. Le rôle du fournisseur de moteur est de fournir un moteur adapté à la puissance à l'arbre, à la vitesse, au montage et aux conditions ambiantes issues de ce choix. Avant de demander un moteur pour un ventilateur hélico-centrifuge, remplissez cette liste :

• Le point de fonctionnement d'après la plaque ou le catalogue : débit (m³/h) et pression statique (Pa).
• Le diamètre de roue et la vitesse du ventilateur ; entraînement direct ou par courroie.
• La plaque de l'ancien moteur : kW, tr/min, carcasse IEC, tension, forme de montage (pattes ou bride).
• Le diamètre et la longueur de l'arbre, la dimension de clavette du moyeu.
• La température maximale et la nature de l'air véhiculé : brouillard d'huile, humidité, poussière.
• La position du ventilateur : gaine horizontale ou gaine technique verticale (arbre vers le haut ou vers le bas).
• Le mode de démarrage et l'armoire : direct, étoile-triangle, variateur ; besoin de vitesse jour/nuit.
• Si le ventilateur fait partie d'un système de désenfumage (voir l'avertissement plus bas).

La puissance à l'arbre se calcule par P_arbre = Q·Δp / η_vent (Q en m³/s, Δp en Pa, P en W). Exemple : la gaine technique d'extraction des salles de bains d'un hôtel doit rejeter 10 800 m³/h (3 m³/s) sous 450 Pa de pression statique, gaines, bouches et silencieux compris. Avec un rendement du ventilateur supposé de 0,65, la puissance à l'arbre vaut 3 × 450 / 0,65 ≈ 2 080 W. En entraînement direct, il n'y a pas de pertes de courroie ; avec 15 % de marge, le besoin est d'environ 2,4 kW et la puissance normalisée est 3 kW. Si, la nuit, un variateur ramène la vitesse à 75 %, la puissance baisse avec le cube de la vitesse : 0,75³ ≈ 0,42, la puissance à l'arbre descend donc à environ 0,88 kW. Vous pouvez refaire ce calcul avec vos valeurs dans l'outil Puissance moteur pompe et ventilateur.

Plage de puissance, vitesse et nombre de pôles

On ne peut pas attribuer une puissance fixe à un ventilateur hélico-centrifuge. Elle dépend du diamètre de roue, du débit, de la pression statique, de l'angle et du nombre d'aubes, de la vitesse, de la résistance du réseau, de la température et de la masse volumique de l'air et, en entraînement par courroie, des pertes de transmission. Pour situer l'échelle avec les chiffres du catalogue d'un fabricant : dans une série hélico-centrifuge construite en diamètres de 450 à 2 000 mm, pour 4 000–380 000 m³/h et 200–2 300 Pa, la plus grande carcasse de moteur admise en entraînement direct est 80 pour 450 mm, 180 pour 1 000 mm et 355 pour 2 000 mm [1]. Ces chiffres ne sont pas une plage de puissance ; la puissance du ventilateur se calcule toujours à partir des données de l'application.

Sur un hélico-centrifuge, le choix du nombre de pôles est lié à la vitesse périphérique de la roue, v = π·D·n/60 : une roue de 630 mm atteint environ 48 m/s à 1450 tr/min et environ 95 m/s à 2895 tr/min. La roue et l'enveloppe sont conçues pour l'une de ces vitesses. Sur un ventilateur à entraînement direct, monter un moteur 2 pôles à la place d'un 4 pôles double la vitesse ; d'après les lois de similitude, la puissance à l'arbre est multipliée par huit environ (environ 16,5 kW pour le ventilateur de 2,1 kW de l'exemple). Le moteur grille et la roue est surchargée mécaniquement. En extraction d'hôtel et de logement, les limites de bruit favorisent les moteurs 4 et 6 pôles ; le 2 pôles ne s'emploie que sur de petits ventilateurs à haute pression, et seulement si le fabricant du ventilateur l'autorise. La relation vitesse–puissance est détaillée dans notre article sur les lois de similitude.

Montage, démarrage et raccordement

La pose du ventilateur dans une gaine, une gaine technique ou au plafond et la forme de montage IEC du moteur sont deux sujets distincts. Sur les ventilateurs hélico-centrifuges à entraînement direct, le moteur est fixé sur la platine support intérieure soit par ses pattes (B3), soit par sa bride (B5 ou B14) ; cela dépend de la construction du ventilateur. Si le ventilateur est placé dans une gaine verticale, l'arbre est tourné vers le haut ou vers le bas et le moteur travaille verticalement sur sa bride (proche de V1). La forme exacte se prend sur le plan du fabricant du ventilateur ; chez DRG, la forme de montage est précisée par une note de commande.

Un point mérite attention au démarrage : le catalogue d'un fabricant indique que, sur ses ventilateurs hélico-centrifuges, les moteurs jusqu'à 2,2 kW démarrent en direct et ceux de 3 kW et plus en étoile-triangle [1]. Pour démarrer en étoile-triangle sur un réseau 400 V, le moteur doit être bobiné en 400/690 V. Dans la gamme DRG, les moteurs jusqu'à 3 kW sont en 230/400 V et ceux de 4 kW et plus en 400/690 V. Si l'armoire d'un ventilateur de 3 kW est câblée en étoile-triangle, un moteur 3 kW 230/400 V ne lui convient donc pas : soit on passe l'armoire en démarrage direct ou sur variateur, soit on choisit un moteur 4 kW en 400/690 V. Voir la page démarrage étoile-triangle. Le raccordement doit être fait par un électricien qualifié.

• Vérifiez le sens de rotation avec la flèche de l'enveloppe avant la mise en service ; une roue hélico-centrifuge qui tourne à l'envers perd une grande partie de son débit.
• En extraction grasse ou humide, nettoyez périodiquement la carcasse du moteur ; un dépôt sur la carcasse le fait chauffer.

Les ventilateurs hélico-centrifuges installés dans les parkings et les gaines techniques assurent souvent aussi le désenfumage en cas d'incendie. Un ensemble ventilateur et moteur appelé à fonctionner en mode désenfumage doit être certifié selon l'EN 12101-3 ; les moteurs standard DRG ne sont pas vendus avec cette certification. Un moteur DRG ne peut être conseillé que pour un ventilateur en mode de ventilation normale. Cadre général : moteurs de désenfumage.

Correspondance avec les moteurs DRG

DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques. Notre gamme couvre 0,25–11 kW en carcasse aluminium et 0,55–355 kW en fonte ; 1000, 1500 et 3000 tr/min ; triphasé, 230/400 V ou 400/690 V ; montage B3, B5, B14 et B35 (avec note de commande). Parmi les ventilateurs hélico-centrifuges, la correspondance concerne les modèles à entraînement direct et à courroie équipés de moteurs IEC ; les petits ventilateurs de gaine à rotor extérieur intégré sont hors de cette gamme. Pour le besoin de 3 kW de l'exemple, le DRG-100L2-4 (1450 tr/min, 6,02 A sous 400 V) convient en démarrage direct, et le DRG-112M-4 (4 kW, 400/690 V, 7,95 A sous 400 V) convient si l'armoire étoile-triangle est conservée.

Les moteurs DRG MOTOR sont garantis 2 ans à compter de la date de livraison contre les défauts de matière et de fabrication (certificat de garantie). Comparaison hélicoïde-centrifuge : moteur de ventilateur de ventilation.

Moteurs DRG pour ventilateurs hélico-centrifuges

• DRG-100L2-4 – 3 kW – 1450 tr/min – 100L fonte
• DRG-112M-4 – 4 kW – 1450 tr/min – 112M fonte
• DRG-132S-4 – 5,5 kW – 1460 tr/min – 132S fonte
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1460 tr/min – 132M fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1465 tr/min – 160M fonte
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1465 tr/min – 160L fonte

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Ventilateur hélico-centrifuge : questions fréquentes

Quelle est la différence entre un ventilateur hélico-centrifuge et un hélicoïde ?

Les deux se montent en ligne droite dans la gaine. La roue à moyeu conique de l'hélico-centrifuge rejette l'air en diagonale et produit plus de pression qu'un hélicoïde de même diamètre ; c'est pourquoi on le préfère pour les gaines longues et résistantes.

Si le moteur d'un ventilateur hélico-centrifuge grille, change-t-on seulement le moteur ?

Non s'il s'agit d'un moteur à rotor extérieur intégré à la roue ; on change alors le ventilateur. Si la roue est montée sur l'arbre d'un moteur standard, on peut monter un moteur triphasé de même puissance, vitesse, carcasse et forme de montage que sur sa plaque.

Quel moteur acheter pour un ventilateur d'extraction de parking ?

Si le ventilateur assure seulement la ventilation normale, un moteur triphasé standard à la puissance et à la vitesse de la plaque du ventilateur convient. S'il assure aussi le désenfumage, l'ensemble ventilateur et moteur doit être certifié EN 12101-3 ; ce moteur s'obtient auprès du fabricant du ventilateur.

Combien d'ampères consomme un moteur de ventilateur hélico-centrifuge de 3 kW ?

Le DRG-100L2-4 4 pôles absorbe 6,02 A sous 400 V et 6,34 A sous 380 V. Réglez le relais thermique sur le courant de la plaque.

Envoyez-nous la plaque du ventilateur, celle de l'ancien moteur et le mode de démarrage de l'armoire ; nous confirmerons ensemble le bon modèle DRG. 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. Kruger – MXA Series Axial Mixed Flow Fan (catalogue) – 450–2 000 mm, 4 000–380 000 m³/h, 200–2 300 Pa ; plus grande carcasse de moteur par diamètre ; démarrage direct jusqu'à 2,2 kW, étoile-triangle à partir de 3 kW.
2. Greenheck – Model QEID Direct Drive Mixed Flow Fans, Sound & Air Performance Supplement – emploi de moteurs en fonte du commerce en entraînement direct.
3. Systemair – KD Circular Duct Fans – petits ventilateurs de gaine à roue hélico-centrifuge et moteur à rotor extérieur.