Quali sono le grandezze fisiche che caratterizzano un ventilatore? Come vengono scelti? Scoprilo con noi!
Nel precedente articolo (dedicato alle leggi fisiche relative all’aspirazione industriale) abbiamo visto delle equazioni di bilancio molto importanti per il moto dei fluidi: il bilancio materiale e il bilancio energetico. In questo articolo, alla luce delle consapevolezze sviluppate, esamineremo più nello specifico i ventilatori industriali e le grandezze che li caratterizzano.
Abbiamo visto che la legge sopra riportata è di fondamentale importanza nell’analisi della meccanica dei fluidi. In essa compaiono i seguenti termini:
Il trinomio di Bernoulli tende a conservarsi nelle diverse sezioni prese in esame, a patto che si consideri il moto di un fluido ideale. Ebbene, viviamo in un mondo reale, nel quale spesso l’approssimazione all’idealità non può essere applicata. Nel moto di un fluido reale vi è un ulteriore contributo nell’equazione: l’effetto dissipativo, quantificato dalle perdite di carico. Questo è legato alle forze viscose, che creano fenomenologie di attrito.
Per effettuare l’analisi delle apparecchiature di nostro interesse (i ventilatori) introduciamo una nuova nomenclatura.
L’unità di misura utilizzata nel S.I. per la misurazione delle pressioni è il Pascal (Pa). Nella ventilazione viene frequentemente usata un’altra unità di misura, ossia i millimetri di colonna d’acqua (mmH2O). Per la conversione delle unità di misura può essere utilizzato il seguente fattore di conversione:
Alla luce di queste considerazioni l’equazione iniziale può essere scritta come segue:
Se consideriamo delle situazioni in cui le variazioni geodetiche sono esigue (come spesso accade nella progettazione di impianti di ventilazione) abbiamo che i contributi geodetici sono semplificabili. Otteniamo dunque:
Notiamo dunque che l’effetto delle perdite di carico è quello di diminuire la pressione totale del sistema. In particolar modo ci chiediamo: quale contributo della pressione totale diminuirà? Quello legato alla pressione statica o quello legato alla pressione dinamica?
Avevamo condotto un’analisi simile nel precedente articolo, e abbiamo visto come il termine che diminuisce a causa delle perdite di carico è quello legato alla pressione statica. Ciò è causato dal fatto che la velocità del fluido (che compare nella pressione dinamica) è governata dal bilancio materiale.
Per garantire la conservazione del flusso massivo, la velocità varia solamente se vi sono delle corrispondenti variazioni di densità o di sezione di passaggio.
Dunque, se consideriamo una tubazione a sezione costante e una situazione con esigue variazioni di densità, anche la velocità del fluido sarà la medesima, e dunque anche la pressione dinamica del fluido permarrà invariata. L’obiettivo del ventilatore è quello di creare differenze di pressione che consentano di vincere le perdite di carico garantendo così il moto del fluido. Immergiamoci nel mondo dei ventilatori.
Esaminiamo insieme la struttura di un ventilatore.
Le tubazioni vengono collegate al ventilatore attraverso la bocca aspirante e/o la bocca premente. Tramite un’apposita palettatura interna, che grazie ad un motore elettrico effettua un certo numero di giri al minuto (rpm), il ventilatore industriale è in grado di creare:
Dunque, come è possibile scegliere opportunamente un ventilatore industriale? Quali grandezze fisiche vanno tenute in considerazione in questa scelta?
È opportuno fare chiarezza sulle prestazioni che si desiderano ottenere. In particolar modo devono essere note:
Sulla base di questi parametri (Qv e ps) può essere effettuata una prima selezione di potenziali ventilatori, che possano lavorare nelle condizioni richieste. Ciascun ventilatore di potenziale scelta è caratterizzato dalle proprie curve caratteristiche, che ne descrivono il funzionamento in diverse condizioni operative. Tali curve caratteristiche vengono riportate all’interno di un diagramma, avente:
In questo modo risulta possibile determinate il punto di funzionamento del ventilatore all’interno del diagramma.
Come si può notare nell’immagine, all’interno del grafico compaiono una serie di curve caratteristiche, ciascuna associata ad un diverso numero di giri della ventola. Al punto di funzionamento, mediante altre curve parametriche presenti all’interno del grafico, è possibile associare:
Il ventilatore scelto risulta ottimale se nel punto di funzionamento garantisce delle buone performance, ossia se è vicino ai punti di massimo rendimento, i quali si trovano tipicamente nelle zone centrali delle curve stesse.
Se ci si dovesse scostare eccessivamente dal punto di massimo rendimento è bene scegliere una tipologia diversa di ventilatore. In particolar modo, se si è troppo a destra rispetto ai punti di massima funzionalità conviene scegliere un ventilatore più grande della stessa serie. Se si è invece troppo a sinistra risulta conveniente scegliere un ventilatore più piccolo.
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