Kipas untuk sistem ventilasi saluran
Modul ini membahas kipas sentrifugal dan aksial yang digunakan untuk sistem ventilasi saluran dan mempertimbangkan aspek-aspek tertentu, termasuk karakteristik dan atribut operasionalnya.
Dua jenis kipas yang umum digunakan dalam layanan bangunan untuk sistem saluran secara umum disebut sebagai kipas sentrifugal dan aksial – nama ini diambil dari arah aliran udara yang melalui kipas. Kedua jenis ini dibagi menjadi beberapa subtipe yang telah dikembangkan untuk memberikan karakteristik aliran/tekanan volume tertentu, serta atribut operasional lainnya (termasuk ukuran, kebisingan, getaran, kemampuan bersih, kemampuan perawatan, dan ketahanan).
Tabel 1: Data efisiensi kipas puncak yang dipublikasikan di AS dan Eropa untuk kipas dengan diameter >600mm
Beberapa jenis kipas yang lebih sering ditemui yang digunakan dalam HVAC tercantum pada Tabel 1, bersama dengan indikatif efisiensi puncak yang telah dikumpulkan1 dari data yang dipublikasikan oleh sejumlah produsen di AS dan Eropa. Selain itu, kipas 'plug' (yang sebenarnya merupakan varian dari kipas sentrifugal) semakin populer dalam beberapa tahun terakhir.
Gambar 1: Kurva kipas umum. Penggemar sejati bisa sangat berbeda dengan kurva yang disederhanakan ini
Karakteristik kurva kipas ditunjukkan pada Gambar 1. Ini adalah kurva yang dilebih-lebihkan dan diidealkan, dan kipas sebenarnya mungkin berbeda dari kurva tersebut; namun, mereka cenderung menunjukkan atribut serupa. Hal ini mencakup area ketidakstabilan yang disebabkan oleh perburuan, di mana kipas dapat berputar di antara dua kemungkinan laju aliran pada tekanan yang sama atau sebagai akibat dari kipas terhenti (lihat kotak aliran udara terhenti). Pabrikan juga harus mengidentifikasi rentang kerja 'aman' yang disukai dalam literatur mereka.
Penggemar sentrifugal
Dengan kipas sentrifugal, udara masuk ke impeller sepanjang porosnya, kemudian dikeluarkan secara radial dari impeller dengan gerakan sentrifugal. Kipas ini mampu menghasilkan tekanan tinggi dan laju aliran volume tinggi. Mayoritas kipas sentrifugal tradisional dibungkus dalam rumah tipe gulir (seperti pada Gambar 2) yang berfungsi mengarahkan udara yang bergerak dan secara efisien mengubah energi kinetik menjadi tekanan statis. Untuk menggerakkan lebih banyak udara, kipas dapat dirancang dengan impeler 'saluran masuk ganda lebar ganda', yang memungkinkan udara masuk di kedua sisi casing.
Gambar 2: Kipas sentrifugal dalam casing gulir, dengan impeler miring ke belakang
Ada sejumlah bentuk sudu yang dapat membentuk impeler, dengan tipe utama melengkung ke depan dan melengkung ke belakang – bentuk sudu akan menentukan kinerja, efisiensi potensial, dan bentuk kurva karakteristik kipas. Faktor lain yang akan mempengaruhi efisiensi kipas adalah lebar roda impeler, jarak bebas antara kerucut saluran masuk dan impeler yang berputar, dan area yang digunakan untuk mengeluarkan udara dari kipas (yang disebut 'area ledakan') .
Kipas jenis ini secara tradisional digerakkan oleh motor dengan susunan sabuk dan katrol. Namun, dengan peningkatan kontrol kecepatan elektronik dan peningkatan ketersediaan motor pergantian elektronik ('EC' atau brushless), penggerak langsung menjadi lebih sering digunakan. Hal ini tidak hanya menghilangkan inefisiensi yang melekat pada penggerak sabuk (yang bisa berkisar antara 2% hingga lebih dari 10%, tergantung pada perawatan2) namun juga cenderung mengurangi getaran, mengurangi perawatan (lebih sedikit bantalan dan persyaratan pembersihan) dan membuat perakitan lebih efisien. lebih kompak.
Kipas sentrifugal melengkung ke belakang
Kipas yang melengkung ke belakang (atau 'miring') ditandai dengan bilah yang miring menjauhi arah putaran. Efisiensinya dapat mencapai hingga 90% bila menggunakan bilah aerofoil, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, atau dengan bilah polos berbentuk tiga dimensi, dan sedikit berkurang jika menggunakan bilah melengkung polos, dan lebih sedikit lagi jika menggunakan bilah datar sederhana yang miring ke belakang. Udara meninggalkan ujung impeler dengan kecepatan yang relatif rendah, sehingga kerugian gesekan di dalam casing rendah dan kebisingan yang dihasilkan udara juga rendah. Mereka mungkin terhenti pada kurva operasi yang ekstrem. Impeler yang relatif lebih lebar akan memberikan efisiensi terbesar, dan dapat dengan mudah menggunakan bilah berprofil aerofoil yang lebih besar. Impeler yang ramping tidak akan memberikan banyak manfaat jika menggunakan aerofoil sehingga cenderung menggunakan bilah pelat datar. Kipas yang melengkung ke belakang terkenal karena kapasitasnya untuk menghasilkan tekanan tinggi yang dikombinasikan dengan kebisingan yang rendah, dan memiliki karakteristik daya yang tidak membebani – ini berarti bahwa ketika resistansi dalam suatu sistem berkurang dan laju aliran meningkat, daya yang ditarik oleh motor listrik akan berkurang. . Konstruksi kipas melengkung ke belakang cenderung lebih kuat dan lebih berat dibandingkan kipas melengkung ke depan yang kurang efisien. Kecepatan udara yang relatif lambat melintasi bilah dapat memungkinkan terjadinya penumpukan kontaminan (seperti debu dan minyak).
Gambar 3: Ilustrasi impeler kipas sentrifugal
Kipas sentrifugal melengkung ke depan
Kipas melengkung ke depan dicirikan oleh sejumlah besar bilah yang melengkung ke depan. Karena biasanya menghasilkan tekanan yang lebih rendah, kipas ini lebih kecil, lebih ringan, dan lebih murah dibandingkan kipas melengkung ke belakang bertenaga setara. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4, impeler kipas jenis ini akan mencakup lebih dari 20 bilah yang dapat dibuat sesederhana seperti yang dibentuk dari lembaran logam tunggal. Peningkatan efisiensi diperoleh dalam ukuran yang lebih besar dengan bilah yang dibentuk secara individual. Udara meninggalkan ujung sudu dengan kecepatan tangensial yang tinggi, dan energi kinetik ini harus diubah menjadi tekanan statis di dalam casing – hal ini mengurangi efisiensi. Mereka biasanya digunakan untuk volume udara rendah hingga sedang pada tekanan rendah (biasanya <1,5kPa), dan memiliki efisiensi yang relatif rendah di bawah 70%. Casing gulir sangat penting untuk mencapai efisiensi terbaik, karena udara meninggalkan ujung bilah dengan kecepatan tinggi dan digunakan untuk mengubah energi kinetik menjadi tekanan statis secara efektif. Kipas ini beroperasi pada kecepatan rotasi rendah sehingga tingkat kebisingan yang dihasilkan secara mekanis cenderung lebih rendah dibandingkan kipas melengkung ke belakang berkecepatan lebih tinggi. Kipas memiliki karakteristik daya yang berlebihan ketika beroperasi dengan resistansi sistem yang rendah.
Gambar 4: Kipas sentrifugal melengkung ke depan dengan motor integral
Kipas ini tidak cocok digunakan di tempat, misalnya, udaranya sangat terkontaminasi debu atau membawa tetesan minyak.
Gambar 5: Contoh kipas colokan yang digerakkan langsung dengan bilah melengkung ke belakang
Kipas sentrifugal berbilah radial
Kipas sentrifugal berbilah radial memiliki keuntungan karena mampu memindahkan partikel udara yang terkontaminasi dan pada tekanan tinggi (sekitar 10kPa) namun, jika dijalankan pada kecepatan tinggi, kipas ini sangat bising dan tidak efisien (<60%) sehingga tidak boleh digunakan. digunakan untuk HVAC tujuan umum. Motor ini juga mempunyai karakteristik daya yang kelebihan beban – karena resistensi sistem berkurang (mungkin dengan membuka peredam kontrol volume), daya motor akan meningkat dan, tergantung pada ukuran motor, mungkin 'kelebihan beban'.
Pasang kipas angin
Daripada dipasang di dalam wadah gulir, impeler sentrifugal yang dirancang khusus ini dapat digunakan langsung di dalam wadah unit penanganan udara (atau, di saluran atau pleno mana pun), dan biaya awalnya kemungkinan akan lebih rendah daripada menampung kipas sentrifugal. Dikenal sebagai kipas sentrifugal 'plenum', 'plug', atau sekadar 'unhoused', kipas ini dapat memberikan beberapa keunggulan ruang namun harus mengorbankan efisiensi pengoperasian (dengan efisiensi terbaik serupa dengan kipas sentrifugal melengkung ke depan). Kipas akan menarik udara masuk melalui kerucut saluran masuk (dengan cara yang sama seperti kipas yang ditempatkan) tetapi kemudian mengeluarkan udara secara radial di sekeliling keliling luar 360° dari impeler. Mereka dapat memberikan fleksibilitas yang besar pada sambungan saluran keluar (dari pleno), yang berarti bahwa mungkin ada lebih sedikit kebutuhan untuk tikungan yang berdekatan atau transisi tajam dalam saluran yang akan menambah penurunan tekanan sistem (dan, karenanya, tambahan daya kipas). Efisiensi sistem secara keseluruhan dapat ditingkatkan dengan menggunakan pintu masuk mulut lonceng ke saluran yang meninggalkan pleno. Salah satu manfaat kipas colokan adalah peningkatan kinerja akustiknya, yang sebagian besar disebabkan oleh penyerapan suara di dalam pleno dan kurangnya jalur 'penglihatan langsung' dari impeler ke mulut saluran. Efisiensi akan sangat bergantung pada lokasi kipas di dalam pleno dan hubungan kipas dengan saluran keluarnya – pleno digunakan untuk mengubah energi kinetik di udara sehingga meningkatkan tekanan statis. Kinerja yang berbeda secara signifikan dan stabilitas operasi yang berbeda akan bergantung pada jenis impeler – impeler aliran campuran (menyediakan kombinasi aliran radial dan aksial) telah digunakan untuk mengatasi masalah aliran akibat pola aliran udara radial yang kuat yang dibuat menggunakan impeler sentrifugal sederhana3.
Untuk unit yang lebih kecil, desainnya yang ringkas sering kali dilengkapi dengan penggunaan motor EC yang mudah dikontrol.
Penggemar aksial
Pada kipas aliran aksial, udara melewati kipas sejajar dengan sumbu rotasi (seperti yang ditunjukkan pada kipas aksial tabung sederhana pada Gambar 6) – tekanan yang dihasilkan oleh gaya angkat aerodinamis (mirip dengan sayap pesawat terbang). Alat ini relatif kompak, berbiaya rendah dan ringan, terutama cocok untuk menggerakkan udara dengan tekanan yang relatif rendah, sehingga sering digunakan dalam sistem ekstrak di mana penurunan tekanan lebih rendah dibandingkan sistem suplai – suplai biasanya mencakup penurunan tekanan pada semua AC. komponen pada unit penanganan udara. Ketika udara meninggalkan kipas aksial sederhana, udara akan berputar karena rotasi yang diberikan pada udara saat melewati impeler – kinerja kipas dapat ditingkatkan secara signifikan dengan baling-baling pemandu hilir untuk memulihkan pusaran, seperti pada baling-baling kipas aksial ditunjukkan pada Gambar 7. Efisiensi kipas aksial dipengaruhi oleh bentuk sudu, jarak antara ujung sudu dan wadah di sekitarnya, dan pemulihan putaran. Ketinggian bilah dapat diubah untuk memvariasikan keluaran kipas secara efisien. Dengan membalikkan putaran kipas aksial, aliran udara juga dapat dibalik – meskipun kipas akan dirancang untuk bekerja pada arah utama.
Gambar 6: Kipas aliran aksial tabung
Kurva karakteristik untuk kipas aksial mempunyai daerah terhenti (stall region) yang membuatnya tidak cocok untuk sistem dengan rentang kondisi pengoperasian yang sangat bervariasi, meskipun kipas ini mempunyai keunggulan dalam karakteristik daya yang tidak kelebihan beban.
Gambar 7: Kipas aliran aksial baling-baling
Kipas aksial baling-baling sama efisiennya dengan kipas sentrifugal melengkung ke belakang, dan mampu menghasilkan aliran tinggi pada tekanan wajar (biasanya sekitar 2kPa), meskipun kipas tersebut cenderung menimbulkan lebih banyak kebisingan.
Kipas aliran campuran merupakan pengembangan dari kipas aksial dan, seperti ditunjukkan pada Gambar 8, memiliki impeler berbentuk kerucut di mana udara ditarik secara radial melalui saluran perluasan dan kemudian dilewatkan secara aksial melalui baling-baling pemandu pelurus. Aksi gabungan ini dapat menghasilkan tekanan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kipas aliran aksial lainnya. Efisiensi dan tingkat kebisingan bisa serupa dengan kipas sentrifugal kurva mundur.
Gambar 8: Kipas inline aliran campuran
Pemasangan kipas angin
Upaya untuk memberikan solusi kipas angin yang efektif mungkin sangat dirusak oleh hubungan antara kipas angin dan jalur saluran lokal untuk udara.
Waktu posting: 07 Januari 2022