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 kipas sentrifugal dan kipas aksial – nama ini berasal dari arah aliran udara yang melewati kipas. Kedua jenis ini sendiri terbagi menjadi beberapa subtipe yang telah dikembangkan untuk memberikan karakteristik aliran volume/tekanan tertentu, serta atribut operasional lainnya (termasuk ukuran, kebisingan, getaran, kemudahan pembersihan, kemudahan perawatan, dan kekokohan).
Tabel 1: Data efisiensi puncak kipas yang diterbitkan AS dan Eropa untuk kipas dengan diameter >600mm
Beberapa jenis kipas yang paling umum digunakan dalam HVAC tercantum dalam Tabel 1, beserta indikasi efisiensi puncak yang telah dikumpulkan1 dari data yang dipublikasikan oleh berbagai produsen di AS dan Eropa. Selain itu, kipas 'plug' (yang sebenarnya merupakan varian dari kipas sentrifugal) telah mengalami peningkatan popularitas dalam beberapa tahun terakhir.
Gambar 1: Kurva kipas umum. Kipas angin sungguhan bisa sangat berbeda dari kurva yang disederhanakan ini.
Kurva kipas yang khas ditunjukkan pada Gambar 1. Kurva ini merupakan kurva yang dilebih-lebihkan dan diidealkan, dan kipas sungguhan mungkin berbeda dari kurva ini; namun, kurva-kurva tersebut kemungkinan besar menunjukkan atribut yang serupa. Ini termasuk area ketidakstabilan yang disebabkan oleh perburuan, di mana kipas dapat beralih di antara dua kemungkinan laju aliran pada tekanan yang sama atau sebagai akibat dari kipas yang macet (lihat kotak "Kemacetan Aliran Udara"). Produsen juga harus mengidentifikasi rentang kerja 'aman' yang disarankan dalam literatur mereka.
Kipas sentrifugal
Pada kipas sentrifugal, udara memasuki impeller sepanjang porosnya, kemudian dikeluarkan secara radial dari impeller dengan gerakan sentrifugal. Kipas ini mampu menghasilkan tekanan tinggi dan laju aliran volume tinggi. Sebagian besar kipas sentrifugal tradisional tertutup dalam rumah tipe gulung (seperti pada Gambar 2) yang berfungsi mengarahkan udara yang bergerak dan secara efisien mengubah energi kinetik menjadi tekanan statis. Untuk memindahkan lebih banyak udara, kipas dapat dirancang dengan impeller 'lebar ganda dengan saluran masuk ganda', yang memungkinkan udara masuk dari kedua sisi rumah.
Gambar 2: Kipas sentrifugal dalam casing gulir, dengan impeller miring ke belakang
Terdapat beberapa bentuk bilah yang dapat membentuk impeler, dengan jenis utama melengkung ke depan dan melengkung ke belakang – bentuk bilah akan menentukan kinerja, potensi efisiensi, dan bentuk kurva karakteristik kipas. Faktor lain yang akan memengaruhi efisiensi kipas adalah lebar roda impeler, ruang bebas antara kerucut saluran masuk dan impeler yang berputar, serta area yang digunakan untuk mengeluarkan udara dari kipas (yang disebut 'area semburan').
Kipas jenis ini secara tradisional digerakkan oleh motor dengan pengaturan sabuk dan puli. Namun, dengan peningkatan kontrol kecepatan elektronik dan meningkatnya ketersediaan motor komutasi elektronik ('EC' atau tanpa sikat), penggerak langsung menjadi semakin sering digunakan. Hal ini tidak hanya menghilangkan inefisiensi yang melekat pada penggerak sabuk (yang dapat berkisar antara 2% hingga lebih dari 10%, tergantung pada perawatannya2) tetapi juga kemungkinan akan mengurangi getaran, mengurangi perawatan (lebih sedikit bantalan dan kebutuhan pembersihan), dan membuat rakitan lebih ringkas.
Kipas sentrifugal melengkung ke belakang
Kipas lengkung ke belakang (atau 'miring') dicirikan oleh bilah yang miring menjauhi arah putaran. Kipas ini dapat mencapai efisiensi hingga 90% saat menggunakan bilah aerofoil, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, atau dengan bilah polos berbentuk tiga dimensi, dan sedikit lebih rendah saat menggunakan bilah lengkung polos, dan lebih rendah lagi saat menggunakan bilah pelat datar sederhana yang miring ke belakang. Udara meninggalkan ujung impeller dengan kecepatan yang relatif rendah, sehingga kerugian gesekan di dalam casing rendah dan kebisingan yang dihasilkan udara juga rendah. Kipas ini mungkin macet di titik ekstrem kurva operasi. Impeller yang relatif lebih lebar akan memberikan efisiensi terbesar, dan dapat dengan mudah menggunakan bilah profil aerofoil yang lebih besar. Impeller yang ramping akan menunjukkan sedikit manfaat dari penggunaan aerofoil sehingga cenderung menggunakan bilah pelat datar. Kipas lengkung ke belakang khususnya dikenal karena kemampuannya menghasilkan tekanan tinggi yang dikombinasikan dengan kebisingan rendah, dan memiliki karakteristik daya non-overloading – ini berarti bahwa ketika resistansi dalam sistem berkurang dan laju aliran meningkat, daya yang ditarik oleh motor listrik akan berkurang. Konstruksi kipas lengkung belakang cenderung lebih kokoh dan lebih berat daripada kipas lengkung depan yang kurang efisien. Kecepatan udara yang relatif lambat melintasi bilah kipas dapat menyebabkan penumpukan kontaminan (seperti debu dan minyak).
Gambar 3: Ilustrasi impeller kipas sentrifugal
Kipas sentrifugal melengkung ke depan
Kipas lengkung depan dicirikan oleh banyaknya bilah lengkung depan. Karena biasanya menghasilkan tekanan yang lebih rendah, kipas ini lebih kecil, lebih ringan, dan lebih murah daripada kipas lengkung belakang bertenaga setara. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4, jenis impeller kipas ini akan mencakup lebih dari 20 bilah yang dapat dibentuk sesederhana dari satu lembar logam. Efisiensi yang lebih baik diperoleh pada ukuran yang lebih besar dengan bilah yang dibentuk secara individual. Udara meninggalkan ujung bilah dengan kecepatan tangensial yang tinggi, dan energi kinetik ini harus diubah menjadi tekanan statis di dalam casing – hal ini mengurangi efisiensi. Kipas ini biasanya digunakan untuk volume udara rendah hingga sedang pada tekanan rendah (biasanya <1,5 kPa), 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 secara efektif mengubah energi kinetik menjadi tekanan statis. Kipas ini beroperasi pada kecepatan rotasi rendah dan, oleh karena itu, tingkat kebisingan mekanis yang dihasilkan cenderung lebih rendah daripada kipas lengkung belakang berkecepatan tinggi. Kipas memiliki karakteristik daya kelebihan beban saat beroperasi melawan resistansi sistem yang rendah.
Gambar 4: Kipas sentrifugal lengkung ke depan dengan motor integral
Kipas angin jenis ini tidak cocok digunakan di tempat yang, misalnya, udaranya sangat terkontaminasi debu atau mengandung tetesan minyak.
Gambar 5: Contoh kipas plug penggerak langsung dengan bilah melengkung ke belakang
Kipas sentrifugal berbilah radial
Kipas sentrifugal berbilah radial memiliki keunggulan karena mampu memindahkan partikel udara terkontaminasi pada tekanan tinggi (sekitar 10 kPa). Namun, jika beroperasi pada kecepatan tinggi, kipas ini sangat bising dan tidak efisien (<60%) sehingga tidak boleh digunakan untuk HVAC umum. Kipas ini juga memiliki karakteristik daya berlebih – ketika resistansi sistem berkurang (mungkin karena peredam kontrol volume terbuka), daya motor akan meningkat dan, tergantung pada ukuran motor, kemungkinan dapat 'kelebihan beban'.
Kipas colokan
Alih-alih dipasang di dalam casing gulir, impeler sentrifugal yang dirancang khusus ini dapat digunakan langsung di dalam casing unit penanganan udara (atau, bahkan, di saluran atau plenum apa pun), dan biaya awalnya kemungkinan lebih rendah daripada kipas sentrifugal yang terpasang di dalam rumah. Dikenal sebagai kipas sentrifugal 'plenum', 'plug', atau 'unhoused', kipas ini dapat memberikan beberapa keuntungan ruang tetapi dengan mengorbankan efisiensi operasi yang hilang (dengan efisiensi terbaik serupa dengan efisiensi kipas sentrifugal lengkung ke depan yang terpasang di dalam rumah). Kipas ini akan menarik udara masuk melalui kerucut saluran masuk (dengan cara yang sama seperti kipas terpasang di dalam rumah) tetapi kemudian mengeluarkan udara secara radial di sekeliling keliling luar impeler yang 360°. Kipas ini dapat memberikan fleksibilitas yang tinggi pada sambungan saluran keluar (dari plenum), yang berarti mungkin akan mengurangi kebutuhan akan tikungan di dekatnya atau transisi tajam pada saluran yang dapat menambah penurunan tekanan sistem (dan, karenanya, daya kipas tambahan). Efisiensi sistem secara keseluruhan dapat ditingkatkan dengan menggunakan pintu masuk berbentuk lonceng ke saluran yang meninggalkan plenum. Salah satu manfaat kipas plug adalah peningkatan kinerja akustiknya, yang sebagian besar dihasilkan dari penyerapan suara di dalam plenum dan kurangnya jalur 'pandangan langsung' dari impeller ke mulut saluran. Efisiensi akan sangat bergantung pada lokasi kipas di dalam plenum dan hubungan kipas dengan outletnya – plenum digunakan untuk mengubah energi kinetik di udara sehingga meningkatkan tekanan statis. Perbedaan kinerja dan stabilitas operasi yang substansial akan bergantung pada jenis impeller – impeller aliran campuran (yang menyediakan kombinasi aliran radial dan aksial) telah digunakan untuk mengatasi masalah aliran akibat pola aliran udara radial yang kuat yang dihasilkan menggunakan impeller sentrifugal sederhana3.
Untuk unit yang lebih kecil, desain ringkasnya sering dilengkapi melalui penggunaan motor EC yang mudah dikontrol.
Kipas aksial
Pada kipas aliran aksial, udara melewati kipas searah sumbu rotasi (seperti yang ditunjukkan pada kipas aksial tabung sederhana pada Gambar 6) – tekanan udara dihasilkan oleh gaya angkat aerodinamis (mirip dengan sayap pesawat). Kipas ini relatif ringkas, berbiaya rendah, dan ringan, khususnya cocok untuk memindahkan udara pada tekanan yang relatif rendah, sehingga sering digunakan dalam sistem ekstraksi di mana penurunan tekanan lebih rendah daripada sistem suplai – suplai biasanya mencakup penurunan tekanan semua komponen pendingin udara dalam unit penanganan udara. Ketika udara meninggalkan kipas aksial sederhana, udara akan berputar karena rotasi yang diberikan pada udara saat melewati impeller – kinerja kipas dapat ditingkatkan secara signifikan dengan adanya baling-baling pemandu hilir untuk memulihkan pusaran, seperti pada kipas aksial baling-baling yang ditunjukkan pada Gambar 7. Efisiensi kipas aksial dipengaruhi oleh bentuk bilah, jarak antara ujung bilah dan casing di sekitarnya, dan pemulihan pusaran. Pitch bilah dapat diubah untuk memvariasikan output 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 memiliki daerah macet yang dapat membuatnya tidak cocok untuk sistem dengan rentang kondisi pengoperasian yang sangat bervariasi, meskipun memiliki manfaat karakteristik daya non-kelebihan beban.
Gambar 7: Kipas aliran aksial baling-baling
Kipas aksial baling-baling dapat sama efisiennya dengan kipas sentrifugal lengkung belakang, dan mampu menghasilkan aliran tinggi pada tekanan wajar (biasanya sekitar 2kPa), meskipun 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 yang mengembang dan kemudian dialirkan secara aksial melalui sudu-sudu pengarah yang lurus. Aksi gabungan ini dapat menghasilkan tekanan yang jauh lebih tinggi daripada yang dimungkinkan oleh kipas aliran aksial lainnya. Efisiensi dan tingkat kebisingannya dapat serupa dengan kipas sentrifugal kurva mundur.
Gambar 8: Kipas inline aliran campuran
Pemasangan kipas angin
Upaya untuk menyediakan solusi kipas yang efektif mungkin sangat dirusak oleh hubungan antara kipas dan jalur saluran lokal untuk udara.
Waktu posting: 07-Jan-2022