Les ventilateurs

Les ventilateurs se distinguent des compresseurs par le débit traité qui est beaucoup plus élevée et la pression de refoulement qui est beaucoup plus faible.
On distingue principalement deux techniques de ventilateurs:

• les ventilateurs axiaux (hélicoïdes); le gaz est propulsé dans l'axe de rotation de l'impulseur. Dans les industries de procédé, on les trouve principalement dans les aéroréfrigérants ou les tours d'eau de réfrigération.

• les ventilateurs centrifuges; le gaz est propulsé perpendiculairement à l'axe de rotation de l'impulseur (radialement). Dans les industries de procédé, on les trouve principalement dans les opérations de transfert de solide, de séchage ou de dépoussiérage.

Les ventilateurs axiaux

Dans ce type de ventilateur, le gaz est aspiré et refoulé dans l'axe de rotation de l'impulseur. Ces ventilateurs ne permettent pas de générer des pressions très élevées (<300mmCE), mais ils peuvent en revanche fournir des débits très importants avec des rendements élevés (>85%). Ils peuvent être insérés dans des gaines de ventilation, mais génèrent un bruit élevé dans les moyennes fréquences.
Les modes de réglage sont:

• laminage (restriction) au refoulement entre 70 et 100% du débit
• ventelles à l'aspiration entre 40 et 100% du débit nominal
• ajustement de l'angle des pales entre 0 et 100% du débit nominal
• variation de vitesse

Les ventilateurs centrifuges

Dans ce type de ventilateur, l’air est aspiré axialement par le centre de l'impulseur et est rejeté radialement par la périphérie. Les centrifuges peuvent générer des pressions élevées (jusqu'à 2000mmCE) selon la forme de l'impulseur. On distingue généralement les impulseurs:

• à pales radiales
• à pales inclinées vers l'avant
• à pales inclinées vers l'arrière

Impulseur à pales radiales

Robuste et facile à réparer, il pourra fournir une pression assez élevée, mais son rendement est faible (<70%). Pour un point de fonctionnement donné, il nécessitera une vitesse de rotation modérée.
Il est adapté aux applications de transferts de solides.

Impulseur à pales inclinées vers l'avant (à action)

Aussi dit "en cage d'écureuil". Léger et peu coûteux c'est celui qui fournira le plus gros débit pour une dimension d'impulseur. La vitesse périphérique de l'impulseur sera plus faible que la vitesse d'éjection du gaz. Son rendement est faible (<70%) et fournira une pression limitée (<150mmCE), mais est assez silencieux.

Impulseur à pales inclinées vers l'arrière (à réaction)

Les pales peuvent être plates, courbées ou encore profilées. La vitesse périphérique de l'impulseur sera supérieure à la vitesse d'expulsion du gaz. Capable de fournir une pression élevée (jusqu'à 2000mmCE) avec un rendement pouvant atteindre 90% (avec pales profilées).
Sont destinés aux applications nécessitant des pressions élevées avec de gros débits pour lesquels le gain en rendement permet une économie d'énergie significative. Il sera toutefois réservé aux gaz propres sans risque d'abrasion.

Précautions d'installation

Les ventilateurs sont souvent choisis pour véhiculer de grands débits de gaz, mais leur pression de refoulement limitée est souvent une source de préoccupations. Quelques précautions à prendre lors de l'installation permettent d'en tirer le maximum.

Règles d'extrapolation des performances

Les fabricants de ventilateurs fournissent avec leurs machines des courbes de caractéristiques indiquant en fonction du débit:

• pression de relevage (statique ou totale)
• puissance absorbée
• rendement
• niveau sonore

Ces caractéristiques sont généralement fournies pour une masse volumique du gaz de 1,2 kg/m³ (ou 0,075 lb/ft³ pour les fabricants nord américains). Cette valeur correspond à la masse volumique de l'air à pression atmosphérique, au niveau de la mer et à 20°C).
Il est souvent nécessaire de convertir ces données pour tenir compte de:

• la pression, température ou composition du gaz véhiculé
• la vitesse de rotation réelle de l'impulseur

Débit

Le débit volumique délivré par le ventilateur augmente avec:

• la vitesse de rotation de l'impulseur: Q₂ / Q₁ = N₂ ⁄ N₁
• le diamètre de l'impulseur élevé au cube: Q₂ / Q₁ = (D₂ ⁄ D₁)³

Pression de relevage

La pression délivrée au refoulement du ventilateur est égale à la pression d'aspiration augmentée de la pression de relevage fournie par le ventilateur. La pression totale de relevage (Pt)  se décompose en:

• pression statique (Ps)
• pression dynamique: Pd = ρ×v² ⁄ 2

avec Pt = Ps + Pd

La pression totale de relevage du ventilateur augmente avec:

• la vitesse de rotation élevée au carré: Pt₂ ⁄ Pt₁ = (N₂ ⁄ N₁)²
• le diamètre de l'impulseur élevé au carré: Pt₂ ⁄ Pt₁ = (D₂ ⁄ D₁)²
• la densité du gaz: Pt₂ ⁄ Pt₁ = (ρ₂ ⁄ ρ₁)

Puissance absorbée

La puissance absorbée est le produit du débit volumique par la pression de relevage: Pa_(W) = Q_{(m³ ⁄ s)}×Pt_(Pa) ⁄ η

La puissance absorbée augmente avec:

• la vitesse de rotation élevée au cube: Pa₂ ⁄ Pa₁ = (N₂ ⁄ N₁)³
• le diamètre de l'impulseur élevé à la puissance cinq: Pa₂ ⁄ Pa₁ = (D₂ ⁄ D₁)⁵
• la densité du gaz: Pa₂ ⁄ Pa₁ = (ρ₂ ⁄ ρ₁)

Niveau sonore

Le niveau sonore (Lp) est exprimé en décibel (dB). Il  augmente avec:

• la vitesse de rotation: Lp₂ = Lp₁ + 50×lg(N₂ ⁄ N₁)
• le diamètre de l'impulseur: Lp₂ = Lp₁ + 70×lg(D₂ ⁄ D₁)

Construction anti-étincelle

Les ventilateurs peuvent être amenés à transférer des gaz ou des poussières inflammables. Ils ne doivent donc pas être une source d'ignition de ces mélanges. Dans ces situations le ventilateur devra être conçu pour ne pas pouvoir générer d'étincelle.
En europe, ces équipements devront être conformes à la directive 94/9/CE dite "ATEX". Sur le continent nord américain, c'est une association professionnelle (l'AMCA pour Air Movement and Control Association) qui a édité un guide de construction (AMCA Standard 99-0401).

Typiquement, des étincelles peuvent se produire lorsque suite à un incident ou un dérèglement, l'impulseur en mouvement vient heurter ou frotter une partie statique du ventilateur. Des étincelles se produisent si les éléments se heurtant sont en acier ferreux. Elles ne se produiront pas si ces éléments sont en aluminium ou en matière plastique. Par contre, un élément en aluminium heurtant un élément en acier préalablement rouillé, produira des étincelles.
Les constructions anti-étincelles utiliseront donc le plus souvent l'aluminium ou les matières plastiques pour la construction des pièces internes du ventilateur.