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  1. Esempio di applicazione
  2. Esempio di applicazione
  3. Esempio di applicazione
  4. Esempio di applicazione
 
 
Nella norma UNE 100-230-95, che parla di questo argomento, troviamo quanto segue:

Se un ventilatore deve funzionare in condizioni diverse da quelle testate, non è né pratico né economico realizzare nuovi test per determinare le sue prestazioni.

Tramite l'uso di un insieme di equazioni note con il nome di LEGGI DEI VENTILATORI è possibile stabilire, con una buona precisione, le nuove prestazioni sulla base dei test effettuati in condizioni normali.

Al tempo stesso, queste leggi consentono di stabilire le prestazioni di una serie di ventilatori geometricamente simili a partire dalle caratteristiche del ventilatore testato.

Le leggi dei ventilatori vengono indicate, sotto forma di relazioni di grandezze, in equazioni che si basano sulla teoria della meccanica dei fluidi e la loro esattezza è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni, con la condizione che il differenziale di pressione sia inferiore a 3 kPa, al di sopra del quale bisogna considerare la comprimibilità del gas.

Per essere un po' più precisi in quanto alla norma UNE, potremmo affermare che quando uno stesso ventilatore viene sottoposto a regimi diversi di funzionamento, oppure cambiano le condizioni del fluido che travasa, si possono calcolare in anticipo i risultati che si otterranno sulla base di quelli noti, attraverso delle leggi o dei rapporti semplici che sono anch'essi applicabili quando si tratta di una serie di ventilatori omologhi, vale a dire di dimensioni e caratteristiche simili che si mantengono quando cambiano le dimensioni se si passa da uno di questi a qualsiasi altro della sua stessa famiglia.

Queste leggi si basano sul fatto che due ventilatori di una serie omologa hanno le loro curve caratteristiche omologhe e per punti di lavoro simili hanno lo stesso rendimento, per cui si mantengono interconnesse tutte le altre variabili.

Le variabili di un ventilatore sono la velocità di rotazione, il diametro della girante, le pressioni totale, statica e dinamica, la portata, la densità del gas, la potenza assorbita, il rendimento e il livello sonoro.

Le norme internazionali ISO, 5801-96 (E) e WD 13348-1998, assegnano a queste variabili i seguenti simboli e unità, che useremo qui per indicare le definizioni e applicazioni.

SimboloConcetto Unità
DrDiametro girante m
LwtLivello Potenza totale sonoradB
n Velocità di rotazione s-1
Pr Potenza meccanica fornita al ventilatoreW
PfPressione del ventilatorePa
qvFlusso di entratam³/s-1
rDensità kg/m-3

Inoltre, prima di applicare le leggi dei ventilatori, bisogna considerare che i valori noti di un ventilatore della stessa famiglia che lavora nelle stesse condizioni in cui desideriamo determinare i nuovi valori e che le condizioni del ventilatore considerato siano tutte proporzionali a quelle corrispondenti al punto considerato di partenza e i cui valori reali di test siano noti. È anche necessario che la velocità del fluido all'interno del ventilatore sia proporzionale dall'uno all'altro, per cui bisogna verificare che il rapporto tra la velocità periferica di due punti di un girante sia la stessa che tra due punti simili dell'altro girante.

Mano a mano che vengono presentate le leggi non valide per le variazioni dei ventilatori, verranno presentati degli esempi di applicazione per agevolare la loro comprensione.

Fig. 1. Variazione del diametro
 
 
 
  1. Esempio di applicazione
 
 
 
Le formule per il cambio di diametro si devono utilizzare con precauzione dal momento che sono valide solo se i ventilatori indicati sono rigorosamente simili. Nella pratica esistono sempre deviazioni di somiglianza, che non si apprezzano evidentemente, soprattutto quando si tratta di ventilatori della stessa famiglia.

Consideriamo un ventilatore di diametro 450 mm che fornisce 5.000 m³/h a 12 mm c.d.a. con un livello sonoro di 65 db(A) e che assorbe 480 W. Che portata, pressione, rumore e potenza sonora avrà un altro ventilatore simile di diametro 630 mm?

L'applicazione delle equazioni della tabella precedente risolve il problema:

Il ventilatore di 630 mm avrà:
Flusso qv = 5.000 
630³
 
450³
 =13.720 m³/h
Pressione p = 22 
630²
 
450²
 = 43 mm c.d.a.
Potenza assorbita = 480 
6305
 
4505
 = 2.582 W
Livello sonoro Lwt = 65 + 70 log 
630
 
450
 = 75 dB (A)
Fig. 2. Variazione della velocità
 
 
 
 
  2. Esempio di applicazione
 
 
 
Un ventilatore a 1.400 giri/min, fornisce un flusso di 15.000 m³/h con una pressione di 22 mm c.d.a. installato in un sistema determinato. La potenza assorbita e la potenza sonora sono rispettivamente 1.500 W e 88 dB(A).

La domanda: che pressione e flusso fornirebbe a 2.000 giri/min? Quanto consumerebbe allora? E il rumore, che valore raggiungerebbe?

Flusso qv = 1.500 
2.000
 
1.400
 = 2.143 m/h
Pressione PF = 22 
2.000²
 
1.400²
 = 44,9 mm c.d.a.
Potenza assorbita Pr = 1.500 
2.000³
 
1.400³
 = 4.373 W
Livello Potenza sonora Lwt = 88 + 50 log 
2.000
 
1.400
 = 95,7 dB (A)
 
 
 
 
  3. Esempio di applicazione
 
 
 
Con queste stesse formule si può risolvere un problema molto comune nella pratica. Supponiamo che dopo avere realizzato un impianto con un ventilatore determinato verifichiamo che la portata effettiva è di 2.300 m³/h al posto dei 3.000 richiesti nelle specifiche tecniche. Se attualmente il ventilatore gira a 800 giri/min sorgono le seguenti domande: A che velocità dovrà girare il dispositivo per soddisfare le specifiche? In che proporzione aumenterà la potenza assorbita dal motore? Quanto aumenterà il rumore? Togliendo "n" dalla formula del flusso, avremo:

n = n0  
qv
 
qv0
 = 800 
3.000
 
2.300
 = 1.043 rev/min

Aumentando la velocità del ventilatore fino a 1.043 giri/min si otterranno i 3.000 m³/h desiderati.

Tuttavia la potenza consumata sarà notevolmente maggiore, poiché verrà moltiplicata per 2,22 il che richiederà di sostituire il motore con uno di potenza maggiore.

Pr
 
Pr0
 = 
1043³
 
800³
 = 2.22

Il rumore aumenterà di:

Lwt - Lwt0 = 50 log 
1.043
 
800
 = 5,8 db(A)

Il che, a seconda dei casi, può essere preoccupante.
Fig. 3. Variazione della densità
 
 
 
 
  4. Esempio di applicazione
 
 
 
Le curve caratteristiche dei ventilatori che appaiono nel catalogo sono state fornite in condizioni normali di pressione atmosferica, temperatura e umidità. Ciò significa che si riferisce a un'aria normale standard con una densità di 1,2 kg/m³.

In molte occasioni i ventilatori lavorano in condizioni diverse da quelle normali, come nel caso di un ventilatore all'interno di una cella frigorifera con un'aria a una densità notevolmente superiore al normale. Oppure un ventilatore installato a Città del Messico dove la pressione atmosferica è notevolmente inferiore e, a causa dell'altitudine, sposterà un'aria di densità inferiore rispetto al normale.

Consideriamo, ad esempio, un ventilatore che in condizioni normali fornisca 5.000 m³/h, 22 mm c.d.a. di pressione, che consumi 480 W e abbia un livello di potenza sonora di 65 db (A). Quale sarà il rendimento di questo ventilatore all'interno di una cella frigorifera a -35 ºC?

Bisogna calcolare in primo luogo la densità, che è inversamente proporzionale alla temperatura assoluta.

r (273 - 35) = 1,2 (273 + 20) = 1,48 kg/m³


Applicando ora le formule della relativa tabella, avremo:

q = 5.000 m³/h
p = 20 
1,48
 
1,2
 = 27,1 mm c.d.a.
P = 480 
1,48
 
1,2
 = 592 W
L = 65 + 20 log 
1,48
 
1,2
 = 66,8 dB

Bisogna osservare che anche se l'aumento di pressione può sembrare vantaggioso in alcuni casi, la caratteristica resistente del sistema aumenta nella stessa proporzione in cui scompare il vantaggio dell'aumento di pressione.

Per quanto riguarda la potenza bisogna prendere in considerazione l'aumento sperimentato, anche se nel caso specifico di aumento della densità per diminuzione della temperatura il motore non si riscalderà eccessivamente poiché ha un maggiore raffreddamento, se si effettua con l'aria fredda. Ad ogni modo è consigliabile controllare il consumo del motore.

Le formule delle tabelle precedenti possono essere riassunte nelle due tabelle qui di seguito, che ci consentono di calcolare la portata, la pressione, la potenza e il rumore di un ventilatore cambiando vari parametri alla volta.

Fig. 4. Variazione di vari parametri


Tutte queste formule fino adesso risolvono il problema diretto, di fatto cambiando delle grandezze indipendenti quali il diametro, la velocità e la densità, è possibile di trovare il risultato aerodinamico e acustico conseguenza di tali variazioni; in tal modo troviamo la portata, la pressione e il livello sonoro.

A volte, tuttavia, è pratico poter risolvere il problema opposto, come ad esempio: Che diametro dovrà avere un ventilatore per ottenere tale flusso e tale pressione? A che velocità dovrà girare il ventilatore?

Le formule della seguente tabella risolvono alcuni di questi casi opposti anche se bisogna indicare che provengono da quelle precedenti, semplicemente cambiando le grandezze che si desidera calcolare.

Fig. 5. Variazione di varie prestazioni
 
 
 
 
 
 
 
 
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