Ventilateur en caisson et moteur de ventilateur plug (plenum) : CTA et caissons d’extraction

Un ventilateur en caisson est un ventilateur centrifuge installé dans un caisson en tôle ; à l’intérieur se trouve soit un ventilateur à volute double ouïe, le plus souvent entraîné par courroie, soit un ventilateur plug (roue libre, plenum) sans volute. Ce n’est pas le caisson qui guide le choix du moteur, mais cette disposition : sur un ventilateur plug, la roue est montée directement sur l’arbre du moteur, qui porte la roue et fixe la vitesse ; sur un caisson à volute, le moteur repose en général sur sa propre glissière dans un angle du caisson et entraîne le ventilateur par courroies et poulies. Dans les deux cas, le moteur est un moteur asynchrone triphasé standard ; il n’existe pas de type de moteur distinct appelé « moteur de ventilateur plug ».

Cet article explique comment reconnaître le type de ventilateur logé dans un caisson d’extraction ou une centrale de traitement d’air, quelles charges la liaison roue-moteur impose au moteur, et comment la puissance moteur diffère entre deux dispositions assurant le même service aéraulique. La dépose du moteur, le raccordement de la boîte à bornes et le réglage du variateur sont des travaux sous tension ; ils doivent être réalisés par un électricien qualifié. Une fois la carcasse et la vitesse connues, vous pouvez comparer les modèles parmi les 120 moteurs de notre page Acheter un moteur électrique en ligne.

Le choix général des moteurs de ventilateur est présenté sur notre page Moteurs de ventilateur, et la puissance et la vitesse nécessaires à un ventilateur centrifuge à volute dans notre article moteur de ventilateur centrifuge.

Ventilateur en caisson et ventilateur plug : est-ce la même chose ?

Non. « En caisson » est un terme de carrosserie et d’installation : il indique que le ventilateur est monté dans un caisson, souvent doublé de panneaux acoustiques. « Centrifuge » décrit le principe de fonctionnement : l’air entre axialement dans la roue et est projeté vers l’extérieur. Le ventilateur plug se trouve à l’intersection des deux : c’est une roue centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière, mais sans volute, qui souffle directement dans le caisson (le plenum). Les fabricants emploient ces termes différemment : certains catalogues appellent « en caisson » tout ventilateur monté dans un caisson, d’autres réservent ce nom aux caissons d’extraction à volute, d’autres encore vendent le module plug comme « ventilateur plenum ». Regardez l’intérieur du caisson, pas l’étiquette.

La dernière ligne est importante : certains ventilateurs plug sont livrés avec des moteurs EC (à commutation électronique) dont l’électronique est intégrée au moteur, ou avec des moteurs intégrés à rotor extérieur. Le moteur n’est alors pas une pièce que l’on remplace seule ; en cas de panne, on utilise la pièce de rechange du fabricant du ventilateur. DRG ne vend pas ces moteurs intégrés ; les moteurs DRG sont destinés aux ventilateurs dont la roue se monte sur un arbre IEC standard ou qui sont entraînés par courroie.

Sur un ventilateur plug, la roue est sur l’arbre moteur : roulements, équilibrage et socle

Sur un ventilateur plug, le moteur n’est plus un simple organe d’entraînement : il devient la pièce porteuse du ventilateur. Le moyeu de la roue est fixé sur l’arbre par une clavette et une rondelle de serrage ; la roue est en porte-à-faux au bout de l’arbre, devant le roulement côté entraînement. Cette disposition impose trois charges au moteur.

Poids de la roue en porte-à-faux et roulements

Le catalogue d’un fabricant indique des masses de roues plug de 23,5 kg pour 570 mm de diamètre et de 191 kg pour 1400 mm [1]. Cette masse crée une force radiale en bout d’arbre, reprise par le roulement côté entraînement. Sur un moteur à courroie, cette force se règle par la tension de la courroie ; sur un ventilateur plug, elle vient du poids de la roue et ne se règle pas. C’est pourquoi le fabricant du ventilateur indique dans son catalogue quelle carcasse IEC peut équiper chaque taille de roue. Pour un moteur de remplacement, conservez la taille de carcasse (ex. 132S), le diamètre d’arbre (38 mm en carcasse 132S) et le type de roulement (6208-ZZ-C3 pour le DRG-132S-4) ; descendre à une carcasse plus petite surcharge l’arbre et les roulements.

Équilibrage et vitesse limite

Comme la roue plug tourne avec l’arbre moteur, l’équilibrage de la roue et celui du rotor se retrouvent dans la même vibration. Lorsque la roue est remontée sur un nouveau moteur, l’ensemble doit être contrôlé à nouveau. Chaque roue a une vitesse maximale indiquée au catalogue ; le choix du moteur doit rester en dessous. Si le variateur doit dépasser 50 Hz, la limite est fixée par le fabricant du ventilateur, pas par le fournisseur du moteur.

Socle et forme de montage

Sur les ventilateurs plug à arbre horizontal, le moteur est le plus souvent à pattes (B3) sur un socle ; roue, pavillon d’aspiration et socle forment un module réglé en usine. La forme de montage exacte se lit sur le plan du fabricant du ventilateur. Le montage du ventilateur dans le caisson (plots antivibratiles, manchettes souples) et la forme de montage IEC du moteur sont deux sujets distincts ; modifier l’un ne modifie pas l’autre.

Cliquez pour voir les prix actuels des moteurs électriques et commanderVOIR LES PRIX →

Courroie et poulie sur un caisson à volute : le moteur hors du flux d’air

Dans le type de caisson d’extraction plus ancien et toujours courant, on trouve un ventilateur à volute double ouïe à aubes inclinées vers l’avant ou vers l’arrière. Le ventilateur tourne sur son propre arbre à paliers ; le moteur est posé sur une glissière de tension à côté ou en dessous et relié par courroies. Le moteur est dans le caisson, mais dans la plupart des dispositions il n’est pas directement dans le flux d’air.

• La vitesse vient des poulies : un moteur 4 pôles à 1460 tr/min peut entraîner le ventilateur à 1800 tr/min comme à 900 tr/min selon le rapport de poulies. Si les poulies restent en place, la vitesse du nouveau moteur doit être celle de l’ancien.
• La charge radiale vient de la tension de courroie : une courroie trop tendue use le roulement côté entraînement ; placer la poulie le plus près possible du palier réduit cette charge.
• Il y a une perte de transmission : la courroie consomme toujours un peu de puissance, que le moteur doit fournir.
• Hors du flux d’air, le moteur est moins exposé à l’air du caisson.

Même service aéraulique, deux dispositions : comment varient puissance et vitesse

La puissance sur l’arbre du ventilateur vaut P_arbre = Q·Δp / η_vent (Q en m³/s, Δp en Pa, P en W). Puissance moteur = P_arbre / η_transmission + marge. Supposons qu’un caisson d’extraction doive fournir 14 000 m³/h sous 750 Pa de pression totale, ventilateur à 1800 tr/min. 14 000 m³/h correspondent à 3,89 m³/s.

En version à courroie, le besoin de 5,6 kW est couvert par un moteur 4 pôles de 7,5 kW avec un rapport de poulies de 1,23. Le ventilateur plug est plus délicat : sans poulies, la vitesse du ventilateur est celle du moteur, et le couple à la vitesse de la roue compte plus que les kW. À 1800 tr/min, 4,5 kW sur l’arbre demandent environ 23,8 Nm.

• 2 pôles 7,5 kW (DRG-132S2-2) : couple nominal 24,4 Nm. Pour 1800 tr/min, il faut descendre à environ 31 Hz ; environ 98 % du couple moteur est utilisé et le ventilateur de refroidissement du moteur ralentit aussi. Aucune réserve, ne convient pas.
• 4 pôles 5,5 kW (DRG-132S-4) : couple nominal 36 Nm à 1460 tr/min. Pour 1800 tr/min, il faut environ 62 Hz ; dans cette zone le couple disponible tombe à environ 29,2 Nm et la charge en représente environ 82 %. C’est un bon choix si le fabricant du ventilateur confirme que la roue et le moteur acceptent cette vitesse.

Cet exemple montre pourquoi, sur un ventilateur plug, le moteur se choisit avec le ventilateur : à puissance égale, deux nombres de pôles donnent des résultats très différents à la vitesse de la roue. Quand la vitesse est réglée par variateur, la puissance varie avec le cube de la vitesse ; le calcul figure dans notre article sur les lois d’affinité (similitude). Pour tester vos propres valeurs, utilisez le calculateur de puissance pompe et ventilateur.

Mur de ventilateurs (plusieurs ventilateurs plug)

Les grandes centrales peuvent utiliser quatre, six ventilateurs plug ou plus, côte à côte dans une même section, au lieu d’un seul grand ventilateur. Côté moteur : carcasses plus petites, vitesses plus élevées et choix entre un variateur par ventilateur ou un variateur commun. Lors d’un remplacement, tous les ventilateurs doivent garder le même modèle et la même vitesse ; sinon les ventilateurs en parallèle ne se partagent pas la charge de façon égale.

Quelles informations faut-il pour choisir le moteur ?

Le choix du ventilateur, la courbe, la roue et la conception du caisson relèvent du fabricant du ventilateur ou du bureau d’études. Le rôle du fournisseur de moteur est de fournir un moteur adapté à la puissance sur l’arbre, à la vitesse, au montage et aux conditions ambiantes indiqués. Ce partage établi, le moteur demande les informations suivantes :

• Type de ventilateur : plug, à volute ou EC intégré (si EC, le moteur ne s’achète pas séparément).
• Point de fonctionnement : débit (m³/h) et pression totale ou statique (Pa).
• Puissance sur l’arbre et vitesse de la roue ; pour un plug, la vitesse maximale de la roue.
• Plaque de l’ancien moteur : kW, tr/min, carcasse, tension, courant.
• Diamètre et longueur d’arbre, clavette ; pour un plug, l’alésage du moyeu.
• Forme de montage : B3, B5, B14 ou B35 et entraxes du socle.
• Présence d’un variateur et plage de fréquence de fonctionnement.
• Température et humidité de l’air du caisson ; moteur dans le flux d’air ou non.
• En transmission par courroie, diamètres des poulies et type de courroie.

Il n’existe pas de plage de puissance fixe : la puissance moteur varie avec le diamètre de roue, le débit, la pression, la forme des aubes, la vitesse, la résistance du réseau, la masse volumique de l’air et la perte de transmission. À titre indicatif : dans le catalogue d’un fabricant, une gamme de ventilateurs plug pour CTA est proposée avec des moteurs asynchrones IEC jusqu’à 37 kW [2] ; le catalogue plug précédent du même fabricant indique des variateurs triphasés associés couvrant 0,55–11 kW de puissance moteur [1].

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 carcasse fonte ; 1000, 1500 et 3000 tr/min ; triphasé, 230/400 V ou 400/690 V. Les formes B3, B5, B14 et B35 sont précisées par une note de commande. Cette gamme ne signifie pas que toute puissance de ventilateur du marché est un produit DRG ; le modèle se choisit selon le point de fonctionnement du ventilateur. Les modèles des puissances les plus courantes sur les ventilateurs en caisson et plug figurent dans le tableau ci-dessus, avec leurs principales caractéristiques et leurs prix actuels.

Pour un moteur de ventilateur plug, vérifiez la carcasse et le diamètre d’arbre du modèle : la même carcasse IEC que l’ancien moteur s’adapte directement au moyeu de la roue et au socle. Pour comparer les cotes, consultez nos dessins techniques. 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).

Moteurs DRG pour ventilateurs plug et caissons

• DRG-132S-4 – 5,5 kW – 1460 tr/min – 132S aluminium
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1460 tr/min – 132M aluminium
• DRG-132S-4 – 5,5 kW – 1460 tr/min – 132S fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1465 tr/min – 160M fonte

Cliquez pour voir les prix actuels et commander ces moteursVOIR LES PRIX →

Ventilateur plug : questions fréquentes

Qu’est-ce qu’un ventilateur plug ?

Un ventilateur centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière, sans volute. La roue est montée directement sur l’arbre moteur et souffle dans le caisson ; on le trouve couramment dans les centrales de traitement d’air et les caissons d’extraction.

Quelle puissance pour le moteur d’un ventilateur en caisson ?

Il n’y a pas de valeur fixe. La puissance sur l’arbre se calcule à partir du débit, de la pression et du rendement du ventilateur ; en transmission par courroie, on ajoute la perte et une marge. Dans notre exemple, 14 000 m³/h sous 750 Pa demandaient environ 4,9 kW en plug et environ 5,6 kW en version à courroie.

Peut-on remplacer le moteur d’un ventilateur plug par un moteur standard ?

Oui, si la roue se monte sur un arbre IEC standard ; il faut conserver la carcasse, le diamètre d’arbre, la vitesse et la forme de montage. Si le moteur est de type EC ou à rotor extérieur intégré, on ne monte pas de moteur séparé : il faut la pièce du fabricant du ventilateur.

Moteur 2 pôles ou 4 pôles pour un ventilateur plug ?

Tout dépend de la vitesse de la roue. Si la vitesse requise est proche de la vitesse nominale d’un 4 pôles, celui-ci fournit le couple plus facilement. Le choix se fait avec la vitesse maximale admise par le fabricant du ventilateur et la plage de fréquence du variateur.

Envoyez l’étiquette du ventilateur et une photo de la plaque de l’ancien moteur par WhatsApp au +90 (542) 666 11 11 ou à [email protected] ; les autres canaux figurent sur notre page contact. Tous les modèles et les prix actuels sont sur la page Acheter un moteur électrique en ligne.

Sources

1. Nicotra Gebhardt – RLM Plug Fans technical catalogue (2013, PDF) – masses de roues ; variateurs 0,55–11 kW
2. Nicotra Gebhardt – RLM Evo plug fan – moteurs asynchrones IEC jusqu’à 37 kW