FAQ

Le bruit d’un ventilateur a plusieurs origines que l’on peut grouper dans deux grandes catégories :

  • les bruits d’origine aéraulique
  • les bruits d’origine mécanique

Les bruits d’origine aéraulique

En général, ils prédominant sur ceux d’origine mécanique.

a) Bruit dû au mouvement de la roue

La roue tourne à une vitesse de rotation de n tours par seconde. Il peut donc en résulter un son musical de fréquence fondamentale égale à n hertz. En général, ce son est très grave et peu important.

La roue porte des pales qui produisent des sillages tournant à la vitesse angulaire de la roue. Ces sillages sont aussi générateurs d’un son qui sera surtout intense lorsqu’ils rencontrent un obstacle fixe du stator (par exemple le bec de l’enveloppe d’un ventilateur centrifuge).
Enfin, si le stator comporte près de la roue une partie formée de secteurs identiques (par exemple, aubes du redresseur d’un ventilateur hélicoïde), certains harmoniques du son fondamental seront renforcés.
En résumé, on aura un bruit présentant un spectre de raies : c’est le « bruit de sirène ».

En général, le bruit de sirène est responsable d’une forte partie de la puissance acoustique globale émise par un ventilateur. L’expérience montre qu’un sillage s’amortit après un certain parcours et se perd dans la turbulence générale. Il est donc possible de diminuer le bruit de sirène en éloignant le générateur de sillages des obstacles qu’ils peuvent rencontrer (bec de volute, redresseur, etc.).

b) bruit dû à la turbulence

On dit qu’il y a turbulence quand, en un point donné, la vitesse du fluide varie de façon désordonnée, autour d’une valeur moyenne. En elles-mêmes, ces fluctuations de vitesse ne constituent pas un bruit car il est lié à des fluctuations de pression. Mais au contact d’obstacles (parois par exemple) ces fluctuations de vitesse engendrent des fluctuations de pression et produisent un bruit. En principe, un tel bruit a un spectre continu de fréquences.
Mais, la turbulence peut exciter des résonances qui renforcent alors certaines fréquences du spectre indépendantes de la vitesse de rotation de la roue.
En général, la turbulence n’a qu’une faible part dans le bruit global produit par le ventilateur.

c) Bruit dû à la giration

La giration d’un écoulement dans un conduit (par exemple en aval d’un ventilateur hélicoïde) peut produire un bruit.
Là aussi le bruit sera un son musical de fréquence fondamentale déterminée et la puissance acoustique sera plus importante si ces décollements rencontrent des obstacles fixes.

d) Bruit dû à l’instabilité de l’écoulement

L’instabilité de l’écoulement n’est pas en général productrice de bruit important».
Elle peut le devenir par suite des résonances liées aux caractéristiques dimensionnelles du conduit. Ces résonances sont à rapprocher de l’émission des sons dans certains instruments à vent (flûtes,
anches ,…), C’est le cas du bruit dû au « pompage » d’un ventilateur.

Causes du déséquilibre

Une turbine sortant de fabrication peut, pour les causes les plus diverses, présenter un déséquilibre. Ainsi, la turbine est centrée sur l’axe de rotation par son moyeu ; Or, il y a bien peu de chance que le centre du moyeu et celui du disque arrière coïncident rigoureusement.
Il en résulte que le centre de gravité de la turbine est certainement en dehors de l’axe de rotation. D’autre part, les aubes n’ont pas toutes rigoureusement le même poids et ne sont pas toutes rigoureusement à une même distance de l’axe, ce qui est une autre cause de déplacement du centre de gravité de la turbine.
Le cône et le disque ne sont ni l’un ni l’autre parfaitement centrés sur l’axe de rotation, ce qui est une cause et de balourd statique et de balourd dynamique.
Enfin, la turbine peut être légèrement inclinée sur son axe soit du fait du moyeu, soit du fait du disque, soit encore du fait des tolérances de montage du moyeu sur l’arbre, ce qui est encore une cause de balourd statique et de balourd dynamique.
Il convient encore de signaler que, même parfaitement équilibrée lors de la livraison, une turbine peut présenter un déséquilibre au bout d’un certain temps de service, soit du fait d’une usure irrégulière due à une corrosion ou à une abrasion de la turbine, soit du fait de colmatage ou de bourrage par essence même irréguliers.

Effets du déséquilibre.

Les forces ou les moments centrifuges créés dans les diverses parties d’une turbine tournant à grande vitesse causent des dommages de natures diverses.
Les ébranlements et les secousses qu’ils provoquent créent une augmentation de l’usure et, par suite, une diminution de longévité.
Sous l’action permanente des ébranlements, des éléments d’assemblage peuvent lâcher. Au passage des domaines critiques de résonance les forces centrifuges créées provoquent de très fortes oscillations. Il peut en résulter des ruptures de fatigue et même des ruptures brusques.
Les ébranlements agissent, en outre, fâcheusement dans le voisinage des ventilateurs. L’action permanente des vibrations et des bruits influe très défavorablement sur l’organisme humain, tant au point de vue physique que psychique.
Les forces centrifuges croissant proportionnellement au carré de la vitesse de rotation, un équilibrage est d’autant plus nécessaire que la vitesse de rotation choisie est plus élevée.

Le ventilateur étant une machine réceptrice qui a pour but de transporter une quantité de gaz d’un point 1 à un point 2, il arrive très souvent que des poussières abrasives (silice, ciment, métaux, bois, …) le traversent.

Au cours du temps, ces poussières finissent par user d’abord la turbine, où les vitesses d’écoulement sont les plus élevées et ensuite la partie statique.

Afin d’augmenter la durée de vie du ventilateur, on a recours à l’utilisation d’aciers à forte teneur en carbure de chrome ou de tungstène, résistants mieux à l’abrasion.

Mais, il y a toujours un compromis à faire. Ces aciers ont souvent des limites mécaniques (contraintes, température d’utilisation, …) plus faible que les aciers habituellement utilisés.

Il faut donc être très prudent dans le calcul de ces ventilateurs, et chaque cas est particulier.

La puissance absorbée à l’arbre du ventilateur se calcule par la formule :

Paer = débit  * pression totale / η

Où      débit = débit qui traverse le ventilateur ( m³/s)

Pression = différence de pression totale entre le refoulement et l’aspiration du ventilateur ( en Pascals Pa)

Ƞ = rendement du ventilateur (varie entre 0.5 à 0.9 )

Prendre 0.75 à 0.8 en première approximation.

Exemple:

débit = 3 m³/s et pression totale = 6500 Pa , avec un rendement η = 70 % =0.7, on obtient :

Paer = 3 * 6500 / 0.7 = 27857 W = 27.86 kW

 

Il existe plusieurs manières de faire varier le débit d’un ventilateur.

– Clapet/Vanne de réglage

L’ouverture ou fermeture de la vanne crée une perte de charge variable qui à pour effet de faire varier le débit.

Inconvénient : la perte de charge créée correspond à une consommation d’énergie non négligeable pour les grands ventilateurs. On utilise donc en général ce mode de réglage pour les petites puissances.

Courbe de réglage non linéaire.

Avantage : Bon marché – peu de maintenance

Inclineur ou « Vane Control »

Il s’agit d’un dispositif placé à l’aspiration du ventilateur qui permet de faire pivoter des pales en quartiers concentriques de manière à modifier la courbe propre du ventilateur

Inconvénient : Mécanique complexe qui nécessite une maintenance régulière.

Avantage :     Consomme beaucoup moins d’énergie qu’une vanne classique.

Bonne précision de réglage.

Convertisseur de fréquence

Le convertisseur de fréquence est un système électronique qui permet de faire varier la fréquence de commande du moteur. Comme le moteur asynchrone classique tourne à une vitesse directement proportionnelle à la fréquence, le ventilateur entrainé varie également de vitesse.

Or le débit d’un ventilateur est également proportionnel à sa vitesse de rotation. Il est donc facile de régler le débit en modifiant la fréquence du convertisseur.

Inconvénient : Prix élevé

Paramétrage du convertisseur

Avantage : Grandes économies d’énergie. Pour des ventilateurs de moyenne à grande puissance, le «  pay-back » peut-être rapide.

Ne nécessite pas d’entretien particulier.

Il faut tout d’abord connaître la masse volumique du gaz dans les Conditions Normales CN (1013 mbar, et 0°c)

Ex :
air : 1.293 kg/Nm³

CO2 : 1.96 kg/Nm³

La masse volumique dans les CN est égale à la masse molaire du gaz divisée par 22.4.

La masse volumique ρ est calculée d’après la formule :

ρ= ρCN * (273/(273+t)) * ((101325+p)/101325)

Où:

t = température en °c

P = pression du gaz en Pa

ρCN = masse volumique du gaz aux conditions normales en kg/Nm³

 

La perte de charge, généralement notée ΔP, d’un circuit aéraulique correspond à sa résistance. Elle dépend de sa longueur, des accidents de parcours (coudes, rétrécissements/élargissements, piquages, branchements, etc…).

Elle varie au carré de la vitesse du fluide et est proportionnelle à la masse volumique du fluide.

On peut écrire

Avec:

  • ΔP en Pa
  • K est le coefficient de perte de charge
  • ρ est la masse volumique , en kg/m³
  • V la vitesse du fluide à l’endroit de l’accident de parcours ou dans les gaines, en m/s

 

Les paramètres principaux qui permettent de sélectionner un ventilateur sont :

  • Le débit nécessaire
  • La pression qui correspond à la résistance du circuit, ou perte de charge.
  • La nature du gaz à véhiculer (composition, masse volumique)
  • La température de fonctionnement,
  • La fonction du ventilateur (Tirage, soufflage, air de combustion, dilution, brassage, …),
  • Les risques (explosion, température, corrosion, abrasion, colmatage…),
  • Etc…