Girante motorizzata con pale curve in avanti
Una volta definita la portata volumetrica necessaria, che si tratti di fornire aria fresca o di raffreddare il processo, è necessario combinarla con la resistenza al flusso che il ventilatore incontrerà nell'applicazione. La portata volumetrica (in m³/h) e la pressione (in Pascal - Pa) vengono combinate per definire il punto di lavoro rispetto al quale il ventilatore deve operare. È importante selezionare un ventilatore le cui caratteristiche prestazionali soddisfino il punto di lavoro richiesto, in prossimità o al punto di massima efficienza. L'utilizzo del ventilatore alla massima efficienza riduce al minimo il consumo energetico e la rumorosità, garantendo al contempo le prestazioni richieste.
Come funziona il ventilatore centrifugo a pale avanti?
Il nome "ventilatore centrifugo" deriva dalla direzione del flusso e dal modo in cui l'aria entra nella girante in direzione assiale e viene poi spinta verso l'esterno dalla circonferenza esterna del ventilatore. La differenza nella direzione del flusso tra un ventilatore centrifugo a pale avanti e uno a pale indietro risiede nella direzione in cui l'aria esce dalla circonferenza della girante. Con una girante a pale indietro, l'aria esce in direzione radiale, mentre con una a pale avanti l'aria esce tangenzialmente dalla circonferenza del ventilatore.
Un ventilatore centrifugo a pale avanti è caratterizzato dalla sua forma cilindrica e da numerose piccole pale sulla circonferenza della girante. Nell'esempio mostrato di seguito, il ventilatore ruota in senso orario.
A differenza della girante a pale rovesce, la girante a pale avanti richiede un alloggiamento che converte l'aria ad alta velocità che esce dalle punte delle pale della girante in una forza statica a velocità inferiore. La forma dell'alloggiamento dirige inoltre il flusso d'aria verso l'uscita. Questo tipo di alloggiamento del ventilatore è comunemente noto come chiocciola; tuttavia, può anche essere definito chiocciola o alloggiamento a sirocco. Installando la girante a pale avanti in un alloggiamento a chiocciola, di solito ci riferiamo a un ventilatore a pale avanti.
Esistono due tipi di soffianti che utilizzano una girante motorizzata a curvatura in avanti, come mostrato di seguito...
Il ventilatore a singola aspirazione a sinistra aspira l'aria da un lato dell'alloggiamento attraverso l'ingresso circolare e la dirige verso l'uscita quadrata (qui visibile con una flangia di montaggio). Il ventilatore a doppia aspirazione ha un alloggiamento a spirale più ampio che aspira l'aria da entrambi i lati della spirale e la dirige verso l'uscita quadrata più ampia.
Come nel caso del ventilatore centrifugo a pale curve all'indietro, il lato di aspirazione della pala della girante aspira aria dal centro del ventilatore, determinando un cambiamento direzionale di 90° del flusso d'aria tra l'ingresso e lo scarico.
Caratteristica del ventilatore
L'area operativa ottimale per un ventilatore centrifugo a pale avanti è quella in cui opera a pressioni più elevate. Un ventilatore centrifugo a pale avanti funziona al meglio quando sono richieste pressioni elevate a fronte di portate volumetriche inferiori. Il grafico seguente illustra l'area di lavoro ottimale...
La portata volumetrica è tracciata lungo l'asse X e la pressione del sistema sull'asse Y. In assenza di pressione nel sistema (il ventilatore soffia liberamente), un ventilatore centrifugo a pale avanti produrrà la portata volumetrica maggiore. Quando si applica una resistenza al flusso sul lato di aspirazione o di scarico del ventilatore, la portata volumetrica diminuisce.
Si raccomanda cautela nella scelta di un ventilatore a pale avanti per operare a basse pressioni e portata massima. In questo caso, la girante opera in stallo aerodinamico, proprio come un ventilatore assiale che opera nel punto di sella della sua curva. In questo caso, rumore e consumo energetico saranno massimi a causa della turbolenza.
L'efficienza massima si raggiunge in un punto chiamato ginocchio della curva caratteristica. In questo punto il rapporto tra la potenza in uscita del ventilatore (portata volumetrica (m³/s) x pressione statica sviluppata (Pa) e la potenza elettrica assorbita (W) è massimo e la pressione sonora prodotta dal ventilatore è minima. Al di sopra e al di sotto dell'intervallo di funzionamento ottimale, il flusso attraverso il ventilatore diventa più rumoroso e l'efficienza del sistema di ventilazione diminuisce.
Il vantaggio dell'utilizzo di una girante motorizzata a pale avanti con ingresso singolo è la sua caratteristica di ventilazione ripida. Questo è particolarmente utile nei sistemi che richiedono livelli di filtrazione costanti. Quando l'aria passa attraverso un filtro antiparticolato, il filtro trattiene polvere e polline sospesi nell'aria; più fine è il grado di filtrazione, più piccole sono le particelle che vengono trattenute dal filtro. Col tempo, il filtro si intaserà progressivamente di sporco e detriti, il che renderà necessaria una maggiore pressione per erogare lo stesso volume d'aria. L'utilizzo di una girante con una curva caratteristica ripida in questo caso significa che, man mano che il filtro si intasa, la portata volumetrica rimane costante mentre la pressione attraverso il filtro aumenta.
Il vantaggio dell'utilizzo di una girante a pale avanti a doppia aspirazione è che, pur essendo una soffiante di dimensioni relativamente ridotte, può erogare una portata elevata. Il compromesso con l'utilizzo di una soffiante a doppia aspirazione è che sviluppa una pressione inferiore, il che significa che può funzionare solo con sistemi a bassa pressione.
Opzioni di montaggio
Come accennato in precedenza, la girante motorizzata a pale avanti produce aria ad alta velocità alle estremità della pala, che deve essere direzionata e rallentata per convertire la pressione dinamica in pressione statica. Per facilitare questo, costruiamo una chiocciola attorno alla girante. La forma è creata dal rapporto tra le distanze tra il centro della girante e la bocca di uscita del ventilatore. Come per la ventola a pale rovesce, si consiglia anche di avere una piccola sovrapposizione tra l'anello di ingresso e la bocca della girante. Entrambe le considerazioni sul montaggio sono illustrate nello schema seguente…
Il diametro dell'anello di ingresso dovrebbe consentire solo un piccolo spazio tra la girante e l'anello per evitare il ricircolo dell'aria.
Considerazioni sul montaggio - Distanze
È importante garantire sufficiente spazio libero sull'aspirazione e sul lato della ventola...
Uno spazio insufficiente sul lato di aspirazione del ventilatore aumenterà la velocità di ingresso, causando turbolenza. Questa turbolenza aumenterà durante il passaggio dell'aria attraverso la girante, rendendo meno efficiente il trasferimento di energia dalla pala del ventilatore all'aria, causando maggiore rumore e riducendo l'efficienza del ventilatore.
Le raccomandazioni generali per le condizioni di ingresso e di scarico sono:
Lato di ingresso
- Nessuna ostruzione o cambiamento nella direzione del flusso entro 1/3 del diametro del ventilatore dalla presa d'aria del ventilatore
Riepilogo: perché scegliere un ventilatore centrifugo a pale avanti?
Quando il punto di lavoro richiesto si trova in un'area con pressioni di sistema più elevate rispetto a una portata inferiore sulla caratteristica del ventilatore, si consiglia di prendere in considerazione un ventilatore centrifugo a pale avanti a singola aspirazione. Se l'applicazione richiede una portata elevata in uno spazio limitato, si consiglia di prendere in considerazione un ventilatore centrifugo a pale avanti a doppia aspirazione.
La ventola deve essere selezionata all'interno del suo intervallo ottimale, ovvero in corrispondenza del cosiddetto ginocchio della sua curva caratteristica. Il punto di massima efficienza si trova più vicino al limite di pressione più elevato sulla curva caratteristica della ventola, dove funziona anche a livello più silenzioso. Il funzionamento al di fuori dell'intervallo ottimale (agli estremi di portata elevata) deve essere evitato, poiché la turbolenza e l'efficienza aerodinamica della pala della girante in questi punti generano rumore e la girante funziona anche in stallo aerodinamico. A basse pressioni e portate elevate, è necessario tenere in considerazione la temperatura di esercizio del motore sotto carico, poiché esiste il rischio di surriscaldamento del motore.
L'aria sul lato di ingresso della girante deve essere mantenuta il più possibile liscia e laminare. Per massimizzare l'efficienza, è necessario lasciare almeno 1/3 del diametro della girante all'ingresso del ventilatore. L'utilizzo di un anello di ingresso (ugello di ingresso) sovrapposto all'ingresso della girante contribuirà a eliminare le perturbazioni del flusso prima che l'aria venga aspirata attraverso il ventilatore, a ridurre il rumore indotto dalla turbolenza, a ridurre al minimo il consumo energetico al punto di lavoro e a massimizzare l'efficienza.
Le caratteristiche operative ripide, la capacità di pressione più elevata delle ventole a singolo ingresso e l'elevata capacità di flusso delle ventole a doppio ingresso fanno sì che il ventilatore a pale avanti sia un'opzione utile da prendere in considerazione per un'ampia gamma di installazioni.
Data di pubblicazione: 16 agosto 2023