Sommaire
Rendement global
h = q x p / P
Avec :
- q = débit volumique en m³/s
- p = perte de charge totale du système en Pa
- P = puissance électrique absorbée en W
Le rendement d’un système complet de ventilation dépend du
Notons que le rendement global augmente avec le débit volumique transporté par une installation, c’est-à-dire en fonction de la taille de l’installation.
Par exemple pour un groupe de ventilation équipé d’un ventilateur à aubes inclinées vers l’arrière, à deux ouïes d’aspiration, entraîné par courroie, pour un gain de pression de 1 000 Pa et pour des rendements de ventilateur et de transmission maximaux[1]Pratique des ventilateurs à l’usage des techniciens et installateurs, J.Lexis, Ed.Parisiennes, 1991 :
| Débit volume (m³/h) | Puissance nominale du moteur (kW) | Rendement du moteur | Rendement de transmission | Puissance sur l’arbre du ventilateur (kW) | Rendement du ventilateur | Rendement utile global |
| 1 000 | 0,55 | 71 % | 88 % | 0,41 | 68 % | 43 % |
| 10 000 | 4,00 | 83 % | 89 % | 3,35 | 83 % | 61 % |
| 20 000 | 7,50 | 84 % | 90 % | 6,61 | 84 % | 64 % |
| 30 000 | 11,00 | 88 % | 92 % | 9,80 | 85 % | 69 % |
| 40 000 | 15,00 | 89 % | 93 % | 13,07 | 85 % | 70 % |
| 50 000 | 18,50 | 89 % | 93 % | 16,34 | 85 % | 70 % |
| 60 000 | 22,00 | 91 % | 94 % | 20,60 | 81 % | 69 % |
| 70 000 | 30,00 | 91 % | 95 % | 23,15 | 84 % | 73 % |
| 80 000 | 30,00 | 92 % | 95 % | 26,14 | 85 % | 74 % |
| 90 000 | 37,00 | 92 % | 95 % | 29,41 | 85 % | 74 % |
| 100 000 | 37,00 | 92 % | 95 % | 32,68 | 85 % | 74 % |
Rendement du moteur électrique
Les données de la plaque signalétique, correspondant à un fonctionnement en régime nominal, permettent de calculer le rendement d’un moteur asynchrone à la puissance nominale :
η = P / (1,73 x U x I x cos φ)
η = Rendement [-], P = Puissance [W], U = Tension [V],
I = Courant [A], cos φ= Facteur de puissance
| Exemple.
À partir de la plaque signalétique ci-dessus : η = 4 000 / (1,73 x 400 x 8,1 x 0,9) = 0,79 |
Les pertes au niveau des moteurs asynchrones sont constituées
- des pertes par effet joule dans les bobinages parcourus par le courant au niveau du stator (pertes cuivre et pertes fer),
- des pertes dans d’induit au niveau du rotor,
- des pertes par frottement et ventilation au niveau du rotor.
Les rendements donnés par les fabricants tiennent compte de toutes ces pertes.
Le rendement d’un moteur électrique est fortement influencé par sa puissance nominale. Cela signifie que le rendement atteignable augmente avec la puissance nominale du moteur. Dans la pratique le rendement d’un moteur asynchrone se situe entre 58 % et 96 % en fonction de la taille du moteur.
Pour tous les moteurs, le rendement chute assez fort lorsqu’ils travaillent à charge partielle. Il faut donc se méfier des rendements maximums indiqués sans les rendements à charge partielle pour plusieurs points de fonctionnement différents.
Rendement de la transmission
La transmission de l’énergie du moteur au ventilateur se fait avec une certaine perte, principalement dans le cas d’une transmission par courroies, du fait du glissement de cette dernière sur les poulies.
|
Mode d’entraînement |
Pertes |
| Moteur à entraînement direct (roue de ventilateur directement calée sur l’arbre du moteur) | 2 à 5 % |
| Entraînement par accouplement | 3 à 8 % |
|
Transmission par courroies
|
Pmot < 7,5 kW : 10 % 7,5 kW < Pmot < 11 kW : 8 % 11 kW < Pmot < 22 kW : 6 % 22 kW < Pmot < 30 kW : 5 % 30 kW < Pmot < 55 kW : 4 % 55 kW < Pmot < 75 kW : 3 % 75 kW < Pmot < 100 kW : 2,5 % |
Rendement du ventilateur
Le rendement d’un ventilateur provient des pertes par frottement au niveau des paliers, des pertes internes dues aux tourbillons créés dans le ventilateur et des pertes dues à l’espace compris entre la roue en mouvement et l’enveloppe.
| Type de ventilateur | Rendement |
| Centrifuge à aubes vers l’arrière | 80 – 87 % |
| Centrifuge à aubes vers l’avant | 57 – 73 % |
| Hélicoïde sans diffuseur et avec redresseur | 50 – 88 % |
| Hélicoïde avec diffuseur et redresseur | 60 – 89 % |
| Hélicoïde de paroi | 35 – 50 % |
À chaque point de fonctionnement correspond un rendement du ventilateur. Les points de fonctionnement d’égal rendement sont repris sur des courbes associées aux courbes caractéristiques des ventilateurs. Elles se retrouvent dans les catalogues des fournisseurs.
Il existe un lien entre le rendement et la puissance spécifique (PSFP) :
PSFP = P/qV [W.m-3.s] = Hm/η
où :
- P = puissance absorbée au moteur du ventilateur [W]
- qV = débit nominal à travers le ventilateur en [m³.s-1]
- Hm est la hauteur manométrique [Pa]
- η est le rendement nominal [-]
Valeurs courantes
|
Composant |
Rendmt maximum possible |
| Turbinette de WC (ventilateur + moteur) | 5 % |
| Ventilateur tubulaire de gaine (ventilateur + moteur) | 20 % |
| Ventilateur de gaine (ventilateur + moteur) | 35 % |
| Ventilateur de toiture, petit à moyen (ventilateur + moteur) | 20 – 35 % |
| Ventilateur de toiture, grand avec moteur à rotor intérieur (ventilateur + moteur) | 50 % |
| Ventilateur radial à aubes recourbées vers l’avant (ventilateur seul) | 50 – 70 % |
| Ventilateur radial à aubes recourbées vers l’arrière (ventilateur seul) | 75 – 83 % |
| Ventilateur axial de paroi ou de gaine (ventilateur seul) | 40 – 65 % |
| Ventilateur axial performant avec enveloppe, sans distributeur ni redresseur (ventilateur seul) | 70 – 78 % |
| Ventilateur axial performant avec enveloppe et distributeur ou redresseur (ventilateur seul) | 75 – 85 % |
| Ventilateur axial contre-rotatif | 80 – 90 % |
| Transmission par courroie trapézoïdale puissance transmise – 200 W puissance transmise – 500 W puissance transmise – 1 000 W puissance transmise – 5 000 W puissance transmise -10 000 W puissance transmise – 30 000 W |
77 – 90 % 84 – 93 % 87 – 94 % 92 – 96 % 92,5 – 96,5 % 93,5 – 97 % |
| Bons moteurs triphasés à cage d’écureuil, à charge et vitesse de rotation nominale, 4 pôles :
0,25 kW |
66 % |
| Moteur idem à 2 bobinages 4 – 6 pôles = 1 500 – 1 000 tr/min
0,55 kW (4 pôles) – 0,18 kW (6 pôles) |
70 et 58 % |
| Convertisseur de fréquence | 95 % |
Puissance électrique par m3/s transporté
Il existe un lien entre le rendement et la puissance spécifique (PSFP) :
PSFP = P/qV [W.m-3.s] = Hm/η
où :
- P = puissance absorbée au moteur du ventilateur [W]
- qV = débit nominal à travers le ventilateur en [m³.s-1]
- Hm est la hauteur manométrique [Pa]
- η est le rendement nominal [-]
Voici une classification qualitative des ventilateurs en fonction de leur puissance spécifique :
|
Classe |
Puissance électrique par m3/s transporté |
| SFP1 | … < 500 W par m³/s |
| SFP2 | 500 < … < 750 W par m³/s |
| SFP3 | 750 < … < 1250 W par m³/s |
| SFP4 | 1250 < … < 2000 W par m³/s |
| SFP5 | 2000 < … W par m³/s |
L’annexe C3 de l’AGW du 10.05.2012 spécifie que les ventilateurs doivent appartenir à la catégorie SFP 1, SFP 2 ou SFP 3.
Lorsque vous utilisez ces valeurs dans vos calculs, ne perdez pas de vue qu’elles ne concernent qu’un ventilateur, et pas un groupe de ventilation complet… qui en compte souvent deux.
Sources
Auteur : les anciens
Notes :
Remarques !
Contenu en plus :
Il existe un lien entre le rendement et la puissance spécifique (PSFP) :
PSFP = P/qV [W.m-3.s] = Hm/η
où :
* P = puissance absorbée au moteur du ventilateur [W]
* qV = débit nominal à travers le ventilateur en [m³.s-1]
* Hm est la hauteur manométrique [Pa]
* η est le rendement nominal [-]