Girante motorizzata curva in avanti
Una volta definita la portata volumetrica necessaria, sia per l'immissione di aria esterna che per il raffreddamento di processo, è necessario correlarla alla resistenza al flusso che la ventola incontrerà nell'applicazione. La portata volumetrica (in m³/h) e la pressione (in Pascal - Pa) vengono combinate per determinare il punto di funzionamento della ventola. È fondamentale selezionare una ventola le cui caratteristiche prestazionali soddisfino il punto di funzionamento richiesto, in corrispondenza o in prossimità del punto di massima efficienza. L'utilizzo della ventola al suo massimo di efficienza minimizza il consumo energetico e la rumorosità, garantendo al contempo le prestazioni richieste.
Come funziona una ventola centrifuga a curvatura in avanti?
Il nome "ventilatore centrifugo" deriva dalla direzione del flusso d'aria, che entra nella girante in direzione assiale per poi essere espulsa verso l'esterno dalla circonferenza esterna del ventilatore. La differenza nella direzione del flusso tra un ventilatore centrifugo a pale curve in avanti e uno a pale curve all'indietro risiede nella direzione di uscita dell'aria dalla circonferenza della girante. Con una girante a pale curve all'indietro, l'aria esce in direzione radiale, mentre con una girante a pale curve in avanti l'aria esce tangenzialmente dalla circonferenza del ventilatore.
Una ventola centrifuga a pale curve in avanti è caratterizzata dalla sua forma cilindrica e da numerose piccole pale disposte lungo la circonferenza della girante. Nell'esempio mostrato di seguito, la ventola ruota in senso orario.
A differenza della girante a pale curve all'indietro, la girante a pale curve in avanti richiede un alloggiamento che converta l'aria ad alta velocità in uscita dalle punte delle pale in una forza statica a velocità inferiore. La forma dell'alloggiamento direziona inoltre il flusso d'aria verso l'uscita. Questo tipo di alloggiamento per ventilatore è comunemente noto come involucro a spirale; tuttavia, può anche essere chiamato involucro a voluta o involucro a sirocco. Installando una girante a pale curve in avanti in un alloggiamento a spirale, si parla solitamente di ventilatore a pale curve in avanti.
Esistono due tipi di soffianti che utilizzano una girante motorizzata curva in avanti, come mostrato di seguito…
Il ventilatore a singola aspirazione, a sinistra, aspira aria da un lato dell'alloggiamento attraverso l'ingresso rotondo e la convoglia verso l'uscita quadrata (visibile qui con una flangia di montaggio). Il ventilatore a doppia aspirazione ha un alloggiamento a spirale più ampio che aspira aria da entrambi i lati della spirale, convogliandola verso l'uscita quadrata più ampia.
Come nel caso della ventola centrifuga a pale curve all'indietro, il lato di aspirazione della pala della girante aspira aria dal centro della ventola, determinando un cambio di direzione del flusso d'aria tra l'ingresso e lo scarico di 90°.
Caratteristica del fan
L'area di funzionamento ottimale per una ventola centrifuga a pale curve in avanti si ha quando opera ad alta pressione. Una ventola centrifuga a pale curve in avanti funziona al meglio quando sono richieste pressioni elevate a fronte di portate ridotte. Il grafico sottostante illustra l'area di funzionamento ottimale…
Sull'asse X è riportata la portata volumetrica, mentre sull'asse Y è rappresentata la pressione del sistema. In assenza di pressione nel sistema (quando la ventola soffia liberamente), una ventola centrifuga a pale curve in avanti produce la portata volumetrica maggiore. Quando si applica una resistenza al flusso sul lato di aspirazione o di scarico della ventola, la portata volumetrica diminuisce.
Occorre prestare attenzione nella scelta di un ventilatore a pale curve in avanti per il funzionamento a basse pressioni e portate massime. In queste condizioni, la girante opera in stallo aerodinamico, analogamente a un ventilatore assiale che opera nel punto di sella della sua curva. In questo punto, rumore e consumo energetico raggiungono il picco massimo 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 erogata dalla ventola (portata volumetrica (m³/s) x pressione statica sviluppata (Pa)) e la potenza elettrica in ingresso (W) è massimo e la pressione sonora prodotta dalla ventola è minima. Al di sopra e al di sotto dell'intervallo di funzionamento ottimale, il flusso attraverso la ventola diventa più rumoroso e l'efficienza del sistema di ventilazione diminuisce.
Il vantaggio di utilizzare una girante motorizzata a singola aspirazione con profilo curvo in avanti è la sua ripida caratteristica di flusso d'aria. Ciò risulta particolarmente utile nei sistemi che richiedono livelli di filtrazione costanti. Quando l'aria attraversa un filtro antiparticolato, questo trattiene polvere e polline presenti nell'aria; maggiore è il grado di filtrazione, minori saranno le particelle trattenute dal filtro. Nel tempo, il filtro si intaserà progressivamente di sporco e detriti, con la conseguenza che sarà necessaria una pressione maggiore per erogare lo stesso volume d'aria. In questo caso, l'utilizzo di una girante con una ripida curva caratteristica di flusso d'aria consente di mantenere costante la portata volumetrica, nonostante l'aumento della pressione attraverso il filtro, anche con l'intasamento progressivo del filtro.
Il vantaggio di utilizzare una girante a doppia aspirazione curva in avanti è che, pur essendo un ventilatore di dimensioni relativamente ridotte, è in grado di erogare un flusso d'aria elevato. Lo svantaggio di un ventilatore a doppia aspirazione è la minore pressione di esercizio, il che significa che può funzionare solo con sistemi a bassa pressione.
Opzioni di montaggio
Come accennato in precedenza, la girante motorizzata a pale curve in avanti genera un flusso d'aria ad alta velocità sulle punte delle pale, che deve essere direzionato e rallentato per convertire la pressione dinamica in pressione statica. Per facilitare questo processo, si realizza una forma a spirale attorno alla girante. La forma è determinata dal rapporto tra le distanze dal centro della girante all'uscita della ventola. Come per la ventola a pale curve all'indietro, si raccomanda anche in questo caso una piccola sovrapposizione tra l'anello di ingresso e la bocca della girante. Entrambe le configurazioni di montaggio sono illustrate nel diagramma sottostante…
Il diametro dell'anello di ingresso deve consentire solo un piccolo spazio tra la girante e l'anello per evitare il ricircolo dell'aria.
Considerazioni sul montaggio - Spazi liberi
È importante garantire uno spazio libero sufficiente sia in fase di aspirazione che lateralmente alla ventola…
Uno spazio insufficiente sul lato di aspirazione della ventola aumenterà la velocità dell'aria in ingresso, causando turbolenza. Questa turbolenza aumenterà man mano che l'aria attraversa la girante, rendendo meno efficiente il trasferimento di energia dalle pale della ventola all'aria, generando più rumore e riducendo l'efficienza della ventola.
Le raccomandazioni generali per le condizioni di aspirazione e scarico sono le seguenti:
Lato ingresso
- Nessun ostacolo o cambiamento di direzione del flusso entro una distanza pari a 1/3 del diametro della ventola dall'ingresso della ventola
Riepilogo: perché scegliere una ventola centrifuga a pale curve in avanti?
Quando il punto di funzionamento richiesto si trova nell'area di pressioni di sistema più elevate rispetto a portate volumetriche inferiori sulla caratteristica della ventola, è opportuno considerare una ventola centrifuga a pale curve in avanti con un'unica aspirazione. Se l'applicazione richiede una portata volumetrica elevata in uno spazio ristretto, è opportuno considerare una ventola centrifuga a pale curve in avanti con doppia aspirazione.
La ventola deve essere selezionata all'interno del suo intervallo ottimale, che corrisponde al cosiddetto punto di flesso della sua curva caratteristica. Il punto di massima efficienza si trova in prossimità del limite di pressione più elevato sulla curva caratteristica della ventola, dove quest'ultima opera anche con la minima rumorosità. È opportuno evitare di operare al di fuori dell'intervallo ottimale (agli estremi di elevata portata volumetrica), poiché la turbolenza e l'efficienza aerodinamica delle pale della girante in questi punti genereranno rumore e la girante opererà in condizioni di stallo aerodinamico. A basse pressioni e portate elevate, è necessario considerare la temperatura di esercizio del motore sotto carico, poiché esiste il rischio di surriscaldamento.
Il flusso d'aria sul lato di ingresso della girante deve essere mantenuto il più possibile uniforme e laminare. Per massimizzare l'efficienza, è necessario lasciare uno spazio libero di almeno 1/3 del diametro della girante all'ingresso della ventola. L'utilizzo di un anello di ingresso (ugello di ingresso) sovrapposto all'ingresso della girante contribuirà a eliminare le turbolenze del flusso prima che l'aria venga aspirata dalla ventola, a ridurre il rumore indotto dalla turbolenza, a mantenere al minimo il consumo energetico al punto di funzionamento e a massimizzare l'efficienza.
La ripida curva di risposta, la maggiore capacità di pressione dei soffiatori a singola aspirazione e l'elevata capacità di portata dei soffiatori a doppia aspirazione fanno sì che il ventilatore a pale curve in avanti sia un'opzione valida da considerare in un'ampia gamma di installazioni.
Data di pubblicazione: 16 agosto 2023