La sélection d’un ventilateur commence par une donnée que le fournisseur ne peut pas calculer pour vous : la résistance de votre réseau de conduits. Envoyez une exigence de débit d’air sans cette donnée et vous recevrez un devis pour un ventilateur capable de déplacer le bon volume contre une pression incorrecte — ce qui signifie en pratique qu’il déplacera un volume sensiblement inférieur au volume requis.
Déterminer les deux valeurs essentielles
Le débit d’air dépend de l’application. En CVC, il est généralement déterminé à partir du taux de renouvellement d’air par heure : le volume du local multiplié par le taux de renouvellement requis. Un espace de 400 m³ avec 8 renouvellements d’air par heure nécessite 3,200 m³/h. La ventilation de process, les hottes de captage et l’extraction des poussières reposent chacune sur une base différente, généralement la vitesse frontale multipliée par la surface ouverte.
La résistance du réseau correspond à la pression statique totale que le ventilateur doit vaincre. Elle est constituée de la somme de toutes les pertes sur le parcours : frottement dans les conduits droits, coudes, changements de section, registres, filtres, batteries, silencieux et raccords terminaux.
Deux points concernant la résistance doivent être connus avant de commencer. Les filtres sont indiqués à la fois propres et encrassés, et le dimensionnement doit se baser sur la valeur encrassée — un filtre à sa perte de charge finale peut atteindre deux à trois fois sa valeur propre, et un réseau dimensionné avec des valeurs propres perd progressivement du débit à mesure que les filtres se chargent. Les coudes et les changements de section contribuent aussi souvent davantage aux pertes que les conduits droits, en particulier dans les locaux techniques compacts comportant des parcours courts et de nombreux raccords.
Une fois le calcul effectué, ajoutez une marge — généralement 10–15 % — pour tenir compte des écarts de construction par rapport aux plans. N’ajoutez pas 50 % « par sécurité ». Un ventilateur surdimensionné n’est pas une erreur sans conséquence, comme l’explique la section suivante.
Lire la courbe du ventilateur
Une courbe de ventilateur représente la pression statique en fonction du débit d’air. Le ventilateur n’a pas un débit unique ; il possède un ensemble de points de fonctionnement possibles, et le point effectivement atteint est déterminé par le réseau.
Votre réseau possède également une courbe. La résistance du réseau augmente approximativement avec le carré du débit — si vous doublez le débit, il faut environ quatre fois plus de pression. Le point de fonctionnement est l’intersection des deux courbes. Cette intersection est le seul point auquel le ventilateur peut fonctionner.
C’est pourquoi un ventilateur annoncé à « 5,000 m³/h » ne fournira pas 5,000 m³/h dans votre réseau, à moins que la résistance de votre réseau à ce débit corresponde à la pression fournie par le ventilateur à ce même débit. La valeur annoncée est un point sur une courbe, et non une promesse.
Les fabricants superposent sur la courbe des courbes d’efficacité et des lignes de puissance. L’objectif est d’atteindre un point proche du rendement maximal, qui se situe généralement entre 50–65 % du débit en refoulement libre du ventilateur — sensiblement à droite de l’endroit choisi instinctivement par les acheteurs.
Pourquoi le surdimensionnement est une erreur coûteuse
Un ventilateur surdimensionné fonctionne très à gauche de sa courbe, dans la zone de faible débit et de forte pression. Trois conséquences en découlent.
Le rendement s’effondre. Fonctionner très à gauche du point de meilleur rendement peut conduire à un rendement de 40–50 % alors que 75–80 % étaient disponibles, et cette différence est payée à chaque heure de fonctionnement du ventilateur pendant toute sa durée de service.
Sur les roues à aubes inclinées vers l’avant et certaines roues à aubes inclinées vers l’arrière, la zone située très à gauche est instable. L’écoulement se détache des aubes puis se rattache de manière cyclique — décrochage et, dans les réseaux gainés, pompage. Cela produit un débit pulsé, des variations audibles du bruit et une fatigue mécanique des paliers et des aubes. Des ventilateurs sont tombés en panne prématurément uniquement en raison d’un fonctionnement prolongé dans cette zone.
Vous payez également deux fois pour la capacité : d’abord dans le coût d’investissement d’un ventilateur et d’un moteur plus grands, puis dans l’énergie consommée pendant toute la durée de vie de l’installation.
En cas d’incertitude sur la résistance du réseau, ne surdimensionnez pas le ventilateur. Sélectionnez-le correctement et ajoutez un variateur de vitesse, qui permet d’adapter le fonctionnement aux conditions réelles après la mise en service.
Température, masse volumique et altitude
Les courbes de ventilateurs sont publiées pour une masse volumique standard de l’air, conventionnellement 1.2 kg/m³ à 20 °C au niveau de la mer. Un ventilateur fonctionne selon le débit volumique — il déplace le même débit volumique quelle que soit la masse volumique — mais la pression qu’il développe et la puissance qu’il absorbe varient directement avec la masse volumique.
L’air chaud est moins dense ; un ventilateur traitant de l’air à 200 °C développe donc une pression statique sensiblement inférieure à celle suggérée par sa courbe nominale. Corrigez la pression requise en fonction de la masse volumique réelle de fonctionnement avant la sélection ; sinon, le ventilateur sera sous-performant en service tout en respectant exactement sa spécification publiée.
Le cas inverse pose problème lors de la mise en service : un ventilateur destiné à fonctionner à chaud, démarré à froid, absorbe beaucoup plus de puissance que prévu au point de dimensionnement, car l’air froid est plus dense. Des moteurs ont été surchargés au démarrage dans des applications à haute température précisément pour cette raison. Vérifiez le moteur dans les conditions de démarrage à froid, et pas uniquement dans les conditions de fonctionnement prévues.
L’altitude réduit également la masse volumique — environ 12 % à 1,000 m, 22 % à 2,000 m.
Moteur et entraînement
Dimensionnez le moteur en fonction de la puissance absorbée à l’arbre au point de fonctionnement, avec une marge. Vérifiez la tension et la fréquence d’alimentation, car une alimentation de 50 Hz ou de 60 Hz modifie la vitesse du ventilateur et donc tous les autres paramètres — un ventilateur conçu pour 50 Hz et alimenté à 60 Hz tourne 20 % plus vite, déplace 20 % d’air en plus, développe 44 % de pression supplémentaire et absorbe 73 % de puissance en plus. Cette dernière valeur explique comment des moteurs sont grillés à cause d’une hypothèse concernant l’alimentation que personne n’a vérifiée.
La transmission directe est plus simple, plus efficace et ne comporte aucune courroie à entretenir, mais elle fixe la vitesse du ventilateur à celle du moteur. La transmission par courroie permet de sélectionner la vitesse au moyen du rapport des poulies, ce qui est utile lorsque le fonctionnement exact est incertain, au prix de quelques pourcents de rendement et d’un entretien régulier des courroies.
Informations à fournir pour un devis
Débit d’air en m³/h ou en CFM. Pression statique en Pa ou en pouces de colonne d’eau, indiquée comme la résistance totale du réseau. Température de l’air et éventuelle teneur en poussières ou en humidité. Tension, phase et fréquence d’alimentation. Orientation d’installation et direction de refoulement. Limite sonore éventuelle, avec la distance de mesure. Et toute classification de zone dangereuse.
Envoyez-nous ces informations et nous vous retournerons une courbe avec le point de fonctionnement indiqué ainsi que la puissance absorbée à ce point — vous pourrez ainsi voir où votre réseau se situe réellement sur la courbe, plutôt que de vous baser sur une valeur de catalogue.