Tipos de cojinetes de ventilador: Analizando los pros y los contras
En muchos sistemas electrónicos, los ventiladores son un componente importante diseñado para mantener el sistema dentro de las temperaturas recomendadas, asegurando que los dispositivos electrónicos funcionen de manera óptima y alcancen su vida útil completa. Ha habido intentos de encontrar técnicas alternativas de gestión térmica, pero ninguna ha demostrado ser tan eficiente y rentable como el ventilador. El ventilador funciona utilizando un rotor que gira sobre un cojinete para desplazar el aire. El funcionamiento fiable del cojinete es clave en el diseño del ventilador, ya que este puede girar miles de veces por minuto y requerir una vida útil de muchos años. Este proceso somete al cojinete a una enorme cantidad de estrés, por lo que es esencial que esté preparado para la tarea. Existen dos diseños de cojinetes ampliamente utilizados, el cojinete de casquillo y el cojinete de bolas, y cada uno tiene sus ventajas y desventajas.
Ventiladores con cojinetes de casquillo
Los ventiladores con diseño de cojinetes de manguito son económicos, robustos y simples, lo que ha llevado a su uso generalizado en muchas aplicaciones. El diseño resistente garantiza que puedan funcionar en muchos entornos hostiles, y su simplicidad significa que son menos propensos a fallar. Otra ventaja de los ventiladores con diseño de cojinetes de manguito es que tienden a generar menos ruido mientras operan, lo que permite su uso extensivo en áreas tranquilas como oficinas. El eje central de un ventilador con cojinete de manguito está encerrado en una estructura similar a un manguito, con aceite para la lubricación que facilita la rotación. El manguito ofrece protección al eje y asegura que el rotor se mantenga en la posición correcta, preservando la separación entre el rotor y el estator.
Figura 1: Diagrama de un cojinete de manguito
Puede ser un acto de equilibrio lograr el tamaño correcto de espacio entre el eje y la manga. Muy poco espacio resulta en un aumento de la fricción, lo que hace que el ventilador sea más difícil de arrancar y consuma más energía. Si el espacio es demasiado grande, entonces el rotor puede oscilar. El segundo inconveniente de la construcción con manga es que la manga es el único medio físico que sostiene el rotor en su lugar, y con el tiempo, el eje erosionará el orificio del cojinete. Este fenómeno es más severo si el rotor siempre gira en la misma dirección, lo que eventualmente llevará a que el orificio adopte una forma ovalada, resultando en una operación más ruidosa y una vida útil más corta. Si el ventilador se mueve o se reorienta, el cojinete se erosionará en diferentes lugares y se volverá irregular, lo que hará que la oscilación y el ruido empeoren aún más. Además, la construcción del tipo manga requiere anillos de aceite y arandelas de Mylar para evitar que el lubricante se filtre, lo que genera más fricción con el eje e impide que los gases escapen. Los gases atrapados se solidifican en partículas de nitruro que dificultan el movimiento y pueden acortar la vida útil del ventilador. Los ventiladores con cojinetes de manga pueden encontrarse en muchos diseños, particularmente en aquellos que operan a temperaturas normales y en equipos estáticos. Aplicaciones como equipos de cómputo y de oficina, electrodomésticos de HVAC y gabinetes industriales hacen un uso extensivo de los diseños de ventiladores con cojinetes de manga.
Ventiladores con cojinetes de bolas
Los ventiladores con diseño de rodamientos de bolas están diseñados para combatir algunas de las desventajas que se encuentran en los ventiladores con rodamientos de manguito. En general, estos son menos propensos al desgaste y pueden operar en cualquier orientación y a temperaturas más altas. Sin embargo, los ventiladores con rodamientos de bolas son más complejos y costosos que los diseños con rodamientos de manguito, además de ser menos resistentes. Como resultado, los impactos pueden afectar significativamente el rendimiento general de un ventilador con rodamientos de bolas. También tienden a generar más ruido cuando están en funcionamiento, lo que puede limitar las áreas en las que se pueden desplegar. Los diseños de ventiladores con rodamientos de bolas utilizan un anillo de bolas alrededor del eje para resolver los problemas de desgaste desigual y el bamboleo del rotor. La mayoría de los diseños de motores de ventiladores cuentan con dos rodamientos, uno frente al otro, y estos suelen estar separados por resortes. Los rodamientos ofrecen una menor fricción en comparación con los diseños de manguito y los resortes pueden ayudar con cualquier inclinación del ventilador causada por el peso del rotor. Si los resortes se colocan completamente alrededor del eje, el dispositivo puede operar en cualquier ángulo sin desgaste ni fricción, proporcionando un diseño más fiable. Los ventiladores con rodamientos de bolas también se encuentran en aplicaciones de computación de alta densidad y centros de datos, donde el rendimiento, la temperatura y el MTBF son factores más importantes que el ruido. Además, se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales para el enfriamiento de sistemas electrónicos o como sopladores para aplicaciones de secado industrial.
Figura 2: Diagrama de un rodamiento de bolas
Rodamiento del ventilador del sistema omniCOOL™
Los diseños de cojinetes de bolas y de manguito no son las únicas dos opciones disponibles. Hay una opción alternativa introducida por Same Sky llamada el sistema omniCOOL, que se encuentra en nuestra línea de ventiladores avanzados con cojinetes de manguito. Al utilizar ya sea el equilibrio magnético del rotor, comúnmente denominado estructura magnética, o un cojinete mejorado, las tecnologías del sistema omniCOOL trabajan para proporcionar una vida útil extendida al ventilador y un rendimiento mejorado. Presente en ventiladores con el sufijo “-V” en el número de pieza, la estructura magnética del sistema omniCOOL hace que el rotor funcione de manera muy similar a un trompo giratorio, uno que puede operar en cualquier ángulo sin caerse. La estructura magnética está ubicada en la parte frontal del rotor, donde su flujo corre paralelo a la dirección del eje del motor. En esa posición, la estructura magnética atrae uniformemente al rotor independientemente del ángulo de este.
Figura 3: Diagrama de un motor de ventilador con la estructura magnética del sistema omniCOOL
La punta del eje se mantiene en posición mediante una tapa de soporte en la parte frontal del alojamiento del cojinete para formar el punto de rotación del rotor. Este método elimina el peso del rotor tanto del eje como de la manga del cojinete. El campo magnético también tira del eje hacia abajo, reduciendo su centro de gravedad, lo que resulta en una minimización de la inclinación y el tambaleo. Esto permite que el ventilador se utilice en cualquier ángulo necesario, además de minimizar la fricción. Alternativamente, en los ventiladores con un sufijo "-C" o "-CF" en el número de parte, el sistema omniCOOL presenta un diseño de cojinete mejorado para optimizar el funcionamiento. Integrando ranuras especializadas en el exterior del cojinete para promover la circulación de lubricante alrededor del eje, el cojinete mejorado previene la acumulación de lubricante y minimiza la fricción, lo que ofrece beneficios similares como reducción de ruido, mayor eficiencia y una vida útil prolongada en comparación con los diseños de ventilador convencionales.
Figura 4: Componente mecánico con diagrama de flujo interno
Ambas tecnologías del sistema omniCOOL minimizan el compromiso entre costo y rendimiento presente en los diseños tradicionales de cojinetes de manguito y de bolas. Sin embargo, la estructura magnética de los ventiladores de la serie -V ofrece una mayor expectativa de vida, mientras que el cojinete mejorado de los ventiladores de las series -C y -CF es más económico.
Cerrando la brecha en los diseños tradicionales de ventiladores
El sistema omniCOOL elimina los aspectos negativos de los diseños de ventiladores con cojinetes de bolas y cojinetes de casquillo, dando como resultado un ventilador robusto, silencioso, rentable y con una vida útil más larga. Al anular los inconvenientes de los otros dos tipos de construcción de ventiladores, el sistema omniCOOL puede implementarse para reemplazar cualquiera de los dos. En lugar de verse obligados a aceptar un compromiso, los diseñadores pueden tener acceso a una construcción de ventilador que ofrece lo mejor de ambos mundos.
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