INGÉNIERIE DES PROCÉDÉS-ÉTUDES GÉNÉRALES AUDITS ÉNERGÉTIQUES-COGÉNÉRATION
LES VENTILATEURS
PARTNERS 18, rue Nelson Mandela; Annexe: centre urbain nord, Malek center B1-5 2045 L’Aouina-Tunis (Tunisie) Tél. : + 216 (0) 71 724 032/71 948 402 Fax : + 216 (0) 71 760 110 Mobile : + 216 (0) 98 270 992
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Applications
▫ Systèmes de séchage, atomisation, cuisson ▫ Ventilation, Centrales de Traitement d’air ▫ Transport pneumatique
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Types
Fournir un débit d’air tout en vainquant la résistance du système Ventilateurs centrifuges Ventilateurs axiaux (Hélicoïdaux)
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Types Axiaux: -Mouvement de l’air hélicoïdal Vitesse entre la veine et l’axe de la roue constante
Centrifuges: L’air s’éloigne de l’axe au fur et à mesure de la traversée du ventilateur augmentation de la vitesse augmentation de la pression dynamique Pression supérieure à l’axial. A diamètre de roue égal, section d’entrée plus faible débit plus faible
Centrifuge
Axial 4
Types
Ventilateur centrifuge
Ventilateur axial
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Performances oDans les deux cas, le ventilateur doit être utilisé à droite du maximum pour éviter les phénomènes de pompage. oLe débit du ventilateur ne peut être réduit à moins 33÷50% oUn ventilateur qui ne fournit pas de débit consomme de l’énergie
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Performance s • Courbe caractéristique Hauteur manométrique totale en Pa ou en mm H2O Vitesse du ventilateur Rendement du ventilateur La puissance absorbée à l’arbre Le diamètre de la roue La pression dynamique à la sortie du ventilateur Niveau sonore dB pour chaque point de fonctionnement Performances en fonction de l’angle de calage des aubes ( Hélicoïdal)
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Performances
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Performances Classe de tolérance Classe de tolérance
0
1
2
3
Débit d'air
+/1%
+/2,5 %
+/5%
+/10 %
Pression
+/1%
+/2,5 %
+/5%
+/10 %
Puissance absorbée
+2%
+3%
+8%
+ 16 %
Rendement
-1%
-2%
-5%
-
Puissance acoustique
+ 3 dB
+ 3 dB
+ 4 dB
+ 6 dB
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Performances
▫ Puissance absorbée Pabs= Q.Hm Q: débit en m3/s Hm: Hauteur manométrique totale en Pa. ∆Pt= ∆Ps+ ∆Pd Ps: pression statique ( résistance du système) Pd: Pression dynamique ( surpression nécessaire pour générer la vitesse dans le ventilateur) =ρ. V2 2
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Performances
• Lois de similitude ( RATEAU) ▫
coefficient de débit :
▫
coefficient manométrique :
▫
Coefficient de puissance:
▫
Coefficient du rendement:
avec : Q u r Ht PA g
débit d'air en m3/s vitesse linéaire en m/s rayon de la roue en m pression totale en Pa Puissance Absorbée en W accélération de la pesanteur en m/s² masse volumique du fluide en kg/m3
▫
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Performances Régles de similitude Variation des grandeurs caractéristiques d'un ventilateur lorsqu'on modifie sa vitesse à partir d'un point de fonctionnement donné q 1 / q2 = n 1 / n 2 p1 / p2 = (n1 / n2)² = (q1 / q2)²
Légende : q = débit volume (m³/h) n = vitesse de rotation (tr/min)
Pw1 / Pw2 = (n1 / n2)³ = (q1 / q2)³
p = gain de pression (Pa) Pw = puissance sur l'arbre (kW)
Variation du diamètre de l'ouïe d'aspiration pour un ventilateur tournant à vitesse constante V1 / V2 = (d1 / d2)³ p1 / p2 = (d1 / d2)² Pw1 / Pw2 = (d1 / d2)5
Légende : d = diamètre de l'ouïe d'aspiration (mm)
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Performances • Augmenter le débit d’un ventilateur: N2= 29/20 x 980=1 420 tpm Ht2= 980.(1 420/980)2=4 201 pa. PA2=49.(1 20/980)3= 148 kW Pabs= Q.H ∆H= λ .ρ .V2.L D .2 Q: V. S ∆H: Perte de charge linéaire en Pa Λ: coefficient de pertes de charge ρ: masse volumique V: vitesse en m/s Diamètre hydrauliquedu tube en m L: Longueur du tube en m Q: débit en m3/s S: section de passe en m2
Paramètre Débit Débit
Unité m3/s m3/h
Vitesse HMT Rendement Puissance absorbée
tpm Pa % kW
Initial 20 72 000 980 2 000 82% 49
Projetée 29 104 346 45% 1 420 4 201 82% 148
Projetée 29 104 346 45% 1 420 2 000 82% 71
∆P2=∆P2.(29/20)2= 4 201 Pa. V2= 1,45.V1 V=20 m/s D1= 0,9m – D2= 1,1m
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Performances
• Ventilateurs semblables Deux ventilateurs ayant les même caractéristiques ( vitesse et géométrie) avec des dimensions différentes sont semblable. Les caractéristiques comparées de deux ventilateurs semblables A et B sont liées par les relations: ▫ Débit : ▫ Pression totale: ▫ Puissance absorbée :
Qb=QA.λ3 Ht(B) = Ht(A). λ2 PA(B) = PA(A). λ5
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Performances
Paramètre
Unité
Initial
Débit Débit
m3/s m3/h
4,2 15 000
λ Vitesse HMT Rendement Puissance absorbée
tpm Pa % kW
1450 1 800 53,5% 14,0
Projetée Changeme Ventilateur Meilleur nt de semblable rendement vitesse 5 5 5 18 000 18 000 18 000 20% 20% 20% 1,06 1 740 1 450 1450 2 592 2 033 2 600 53,5% 53,5% 70% 24,2 19,0 18,6
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Performances
• Influence du poids spécifique: • Les courbes de performances sont données pour de l’air à 15°C et 0.000 m d’altitude: 1,226 kg/m3 • Rendement invariable • Débit volumique invariable Ht2= Ht1. γ2 γ1 PA2= PA1. γ2 γ13 Altitude (m)
Niveau de la mer 1 500 3 000 4 500 6 000 7 500 9 000 10 500
ρ(kg/m )
1,19 1,06 0,904 0,771 0,652 0,549 0,458 0,379
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Performances
• Ecoulement sortie ventilateur Utiliser une conduite rectiligne de longueur min. 100% la plus grande dimension de sortie
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Performances
• Position d’un ventilateur dans un système de dépoussiérage: Ventilateur avant dépoussiéreur: ▫ Commode: plusieurs aspirateurs vers le même dépoussiéreur ▫ Présence de poussières exige un rotor à pales radiales ouvertes: rendement 55 à 73% ▫ Besoins d’un piège à cales avant le ventilateur ▫ Le dépoussiéreur joue le rôle d’un piège à son
Ventilateur après dépoussiéreur: ▫ Possibilité d’utilisation de ventilateurs à haut rendement (83%) ▫ Le dépoussiéreur devra être renforcé pour –Fait travailler en dépression ▫ Nécessité d’un piège à son 18
Performances • Accouplement des ventilateurs Le montage en parallèle ne double le débit d'air qu'à l'air libre, ce qui est sans intérêt dans notre cas. Comme on le voit sur le graphique, plus la pression statique est faible et plus le gain de débit est important. Un montage en parallèle est intéressant dans un système à faible impédance , proche de l'air libre. Le montage en série permet d'avoir un débit plus important à une pression statique donnée, mais là non plus elle n'est pas doublée. Comme on le voit sur le graphique, plus la pression statique est élevée et plus le gain de débit est important. Un montage en série est intéressant dans un système à forte impédance. Lorsqu'on met en série ou en parallèle plus de 2 ventilateurs, certaines zones de la courbe de performance globale sont instables (et imprévisibles) et certaines combinaisons sont à éviter. Seule l'expérimentation peut indiquer si la solution est correcte ou non.
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Performances
Accouplement en parallèle
Accouplement en série
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Performances
• Bruit ▫ La vitesse augmente le bruit.
dB1=dB2+50log10(N1) N2
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Performances ▫ Vitesses de transport des matières Vitesse de transport vertical V= 10,7.S.d0,57 S+1 Vitesse de transport horizontal V= 8,4 .S.d0,4 S+1 V: vitesse en m/s S: Masse volumique de la matière D: diamètre moyen de la plus grande particule en mm S d mm V Vert. m/s V hor. m/s
1,80 0,40 3,74 4,08
1,80 2,00 7,13 10,21
1,80 5,00 10,28 17,22
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Performances
▫ Pertes de charge par frottement Fm=1+0.32.Ws Fa Wa
Fm = perte de charge par frottement du mélange Fa = perte de charge de l'air Ws = masse du solide Wa = masse de l'air
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Régulation •Types de régulation: ▫ par modification de la vitesse de rotation ▫ par modification de l'angle α1 par utilisation de ventelles à l'aspiration ▫ par laminage ( angle de sortie des aubages): mieux adpaté aux ventialteurs à faible β
réglage par variation de vitesse (N1>N2>N3),
réglage par modification de l'incidence à l'entrée.
réglage laminage 24
Mesures d’économie d’énergie • Exiger les courbes de performances • Réduire la perte de charge du système • Eviter l’utilisation des ventelles • Utiliser les variateurs de fréquences
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Les thermocompresseurs
Fin
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