Curve caratteristiche dei ventilator

Princìpi

– I ventilatori radiali ad alto rendimento, con pale ri- piegate all'indietro, scelti in modo corretto, con- sumano meno energia e sono meno rumorosi dei ventilatori con rotore a tamburo, molto meno co- stosi.

– Nelle applicazioni usuali della tecnica di ventila- zione, anche i ventilatori assiali hanno spesso un rendimento minore di quello dei ventilatori radia- li ad alto rendimento.

Se il progettista vuole valutare ed utilizzare in modo corretto le caratteristiche specifiche dei diversi tipi di ventilatori, occorre che egli possegga le più impor- tanti conoscenze basilari della tecnica di ventilazio- ne. Per restare in questo campo a livello di un aiuto pratico, si è qui rinunciato a trattare tutta la teoria det- tagliata che può, se necessario, essere reperita nei manuali specializzati. Lo stesso vale per le curve ca- ratteristiche prive di dimensioni che in pratica ven- gono raramente utilizzate.

5.2.1 Ventilatori radiali

Nel settore dei ventilatori radiali si fa una prima di- stinzione a seconda dei diversi angoli formati dalle pale all'uscita della ruota.

Figura 5.11

Ruota con pale ripiegate all'indietro [5.3] (rendimento 70-85%)

Figura 5.12

Ruota con pale radiali [5.3] (per la tecnica di trasporto)

Figura 5.13

Ruota con pale ripiegate in avanti [5.3]

(ventilatore con rotore a tamburo, rendimento 50-70%)

Mentre la ruota con pale ripiegate all'indietro rag- giunge il miglior rendimento, la ruota con rotore a tamburo, con le sue pale ripiegate in avanti, presen- ta la stessa pressione statica per una velocità perife- rica inferiore. A dimensioni e prestazioni uguali, il ventilatore con rotore a tamburo genera quindi me- no rumore, anche se il suo rendimento è peggiore e la potenza che esso assorbe è più elevata di quella della ruota con pale ripiegate all'indietro. Questo pa- ragone è bensì utilizzabile, ma non senza aver prima preso in considerazione diversi elementi (cfr. figure 5.20 e 5.21).

Le pale radiali vengono utilizzate soprattutto nella tecnica di trasporto dell'aria a causa della loro resi- stenza all'insudiciamento. Nella presente documen- tazione si è rinunciato ad ogni ulteriore commento a questo proposito.

Il flusso dell'aria nella ruota a pale

Poiché nel ventilatore radiale si tratta di accelerare il flusso dell'aria mediante la ruota a pale e di trasfor- mare nella chiocciola l'energia cinetica, prodotta in questo modo, in pressione, la velocità relativa del flusso dell'aria potrebbe essere diminuita già nel ca- nale delle pale e l'energia dinamica essere così tra- sformata in pressione. Ciò ha tuttavia ben chiari li- miti, poiché l'angolo dell'apertura dei diffusori è mol- to limitato.

È questo il motivo per cui, nel caso di rapporti mag- giori, occorre fare in modo di ottenere, mediante una riduzione della larghezza della ruota, una sezione quasi stabile del flusso dell'aria. Nei ventilatori con rotore a tamburo ciò non ha importanza a causa del- la differenza minima delle superfici d'entrata e di usci- ta dei canali delle pale.

Figura 5.14

Realizzazione di ruote a pale con o senza restringimento

L'angolo delle pale all'entrata della ruota deve adem- piere alle stesse esigenze in tutti i tipi di ruota. Poiché l'entrata dell'aria senza ostacoli avviene in modo ra- diale, l'angolo delle pale si regola a seconda del flus- so volumetrico (ossia secondo la velocità d'entrata radiale, risultante dal flusso volumetrico e dalla su- perficie d'entrata di tutti i canali delle pale) e a se- conda della velocità periferica degli spigoli interni delle pale. Nella maggior parte dei modelli è di circa 35°. Sulla base delle indicazioni fornite dalla figura 5.15 si ottiene un flusso d'aria con una velocità as- soluta c1per quanto concerne lo spazio all'entrata del

canale delle pale ed una velocità relativa w1per quan-

to concerne la ruota.

Figura 5.15

Triangolo della velocità sulla ruota u velocità periferica della ruota

w velocità relativa in direzione della curvatu- ra delle pale

c velocità assoluta risultante da w e u cu componente periferico di c

cm componente radiale di c

Per tutte le grandezze l'indice 1 designa l'inizio, mentre l'indice 2 designa la fine del canale del- le pale.

Appare senz'altro evidente che le pale fortemente ri- curve del ventilatore con rotore a tamburo inducono una velocità assoluta di uscita c2relativamente più

elevata di quanto non lo facciano le pale molto me- no ricurve di una ruota ripiegata all'indietro che gira con una velocità periferica uguale (figure 5.11 e 5.13). Contemporaneamente appare tuttavia chiaro che nel caso del ventilatore con rotore a tamburo le perdite per urto sono maggiori e, di conseguenza, deve es- sere minore il rendimento a causa dello spostamen- to dell'aria più critico su un tratto breve. Il fatto che il ventilatore con rotore a tamburo si è acquistato, ciò nonostante, la fama di funzionare con minor rumore anche a parità di dimensioni è da ascrivere al nume- ro di giri chiaramente minore.

Curva caratteristica teorica e reale

L'aumento della pressione che si può ottenere in teo- ria con un numero infinito di pale e senza tener con- to delle perdite per urto comprende tre componenti: – aumento statico della pressione

Esso risulta dalla differenza di u22- u12e dipende

quindi dal rapporto tra il diametro ed il numero dei giri.

– Aumento dinamico della pressione

Esso risulta dalla differenza di c22- c12e dipende

dall'angolo delle pale b2, dal diametro e dal nu-

mero dei giri.

– Ricupero statico della pressione

Esso risulterebbe dalla differenza tra la velocità relativa del flusso dell'aria nel canale delle pale w12- w22. Il guadagno è tuttavia esiguo, poiché, per

i motivi menzionati in precedenza, la differenza di velocità viene mantenuta bassa dal tipo di strut- tura.

Dp

=

[(u

– u

) + (c

– c

) +

(w

– u

)]

r

2

Sulla base dei principali fattori geometrici determi- nanti, per i diversi tipi di ruota a pale risulta un an- damento tipico della differenza di pressione Dpthteo-

ricamente ottenibili in funzione della produzione ora- ria del volume d'aria V secondo la figura 5.16. Per completezza occorre qui rammentare ancora una vol- ta la ruota munita di pale ad estremità radiali.

Figura 5.16

Andamento tipico di Dpth

Differenza di pressione ottenibile in teoria

Flusso volumetrico dell'aria

A causa di perdite diverse, in caso di flusso effettivo nel ventilatore ha luogo un mutamento considere- vole della curva caratteristica teorica. La curva carat- teristica effettiva di un ventilatore può essere sem- pre decrescente oppure presentare un vertice o un punto di flesso.

Figura 5.17

Modificazione della curva caratteristica teorica a causa delle perdite [5.6]

Differenza totale di pressione

D

pt

Numero delle pale limitato Perdite nell'involucro

Attrito Perdite per urto

Curva caratteristica Flusso volumetrico

P potenza dell'albero del ventilatore [W]

Dptot differenza totale di pressione [Pa]

V flusso volumetrico [m3_/h]

h

Poiché i settori d'impiego dei singoli tipi di ventila- tori sono notevolmente grandi, le curve caratteristi- che vengono riportate di regola e per motivi di spa- zio su carta con scala logaritmica doppia. Per i nu- meri di giri che sono presi in considerazione, le cur- ve caratteristiche vengono rappresentate nel settore dei rendimenti e dei punti d'esercizio ottimali. Le cur- ve per la determinazione del fabbisogno di potenza, del rendimento e della potenza sonora vengono di regola parimenti riportate nei diagrammi delle curve caratteristiche. Un esempio di un diagramma com- pleto delle curve caratteristiche di un ventilatore ra- diale è illustrato alla figura 5.18.

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