Vuoi evitare problemi di prestazioni nel tuo impianto?

Scopri come il calcolo della densità di un ventilatore è fondamentale per salvarti dall’acquisto di una ventola industriale sottodimensionata.

Lo sai che potresti trovarti con l’impianto che lavora a capacità ridotta a causa di un ventilatore sottodimensionato e scelto con una densità sbagliata? Purtroppo la densità del gas aspirato è un numero spesso sottovalutato. Eppure le curve di portata e pressione di un ventilatore cambiano a seconda di quanto è più o meno denso il gas. Leggi quindi questo articolo fino alla fine. Ti svelerò come evitare prese in giro e scegliere il ventilatore più adatto al tuo impianto, tenendo conto della densità di un ventilatore industriale.

Sicuramente ne avrai già sentito parlare a scuola o all’università. Ma lascia che ti dia una mia definizione molto terra a terra. Se sei ingegnere so già che inorridirai per quanto semplifico le cose. Rassegnati, a me interessa far comprendere quello che scrivo. Non mostrare quanto ho studiato.

Densità dell’aria: formule

Una definizione semplice di densità del gas e quali effetti ha sulle prestazioni del ventilatore

La densità fa parte delle grandezze caratteristiche dei ventilatori, cioè quelle grandezze fisiche o termodinamiche che determinano il funzionamento corretto di una ventola nel tuo impianto. La definizione di densità è molto semplice: è quella grandezza che esprime quanto pesa un volume di una sostanza. Cioè è un rapporto tra un peso ed un certo volume. Quindi si esprime in kg/mq³.

Calcolo densità aria: kg/m3

Guarda questo video all’interno del quale ti parlo di quello che io chiamo il tranello della densità.

La formula per il calcolo della densità dell’aria è questa.

Dove “m” è il peso in chilogrammi e “V” è il volume in metri cubi considerato. Come racconto nel video, la densità del gas aspirato da un ventilatore non è costante. Varia infatti in base al tipo di gas, alla temperatura, alla pressione, etc. Nella formula sopra ti ho mostrato come puoi eseguire il calcolo della densità di una sostanza qualsiasi in certe condizioni ambientali. Adesso ti svelo altre formulette che sono vitali se vuoi veramente ottenere dalla ventola le prestazioni di cui hai bisogno nell’impianto.

Quali gas sono meno pesanti dell’aria

Come puoi eseguire il calcolo della densità di un ventilatore e correggerla in base alle condizioni di funzionamento del tuo processo produttivo?

Il peso specifico – altro nome per chiamare la densità – dipendi innanzitutto dal tipo di gas che stai considerando. Se infatti le molecole della sostanza sono molto grandi e pesanti, aumenta il peso di un metro cubo di quel gas.

Qual è il gas più denso dell’aria?

In questa immagine trovi le densità dei gas più comunemente trattati dai ventilatori industriali all’interno degli impianti. (Clicca con tasto destro del mouse sull’immagine per scaricarla o stamparla, mi fa piacere farti questo piccolo dono).

Tabella densità dei gas:

• densità dell’aria
• densità dell’azoto
• densità dell’idrogeno
• densità dell’ossigeno
• densità dell’argon
• densità dell’ammoniaca
• densità del biossido di carbonio
• densità del monossido di carbonio
• densità del metano

Come puoi vedere nell’immagine, trovi indicata la densità normale (kg/Nm³). No. Non esiste anche una densità Anormale. Non è per questo che viene data questa definizione. Come ti ho detto nel video, la densità di un gas dipende dalle condizioni ambientali. Per poter avere un valore di riferimento, con il quale poter parlare tutti la stessa lingua è stata introdotta la condizione normale di un gas. In parole povere, quando trovi la dicitura Normale, significa che il calcolo della densità del ventilatore è stato eseguito ad una temperatura di 0°C, pressione atmosferica sul livello del mare ed umidità pari a zero.

Ovviamente per la corretta scelta del ventilatore devi trasformare la densità normale in quella valida nelle tue condizioni di esercizio. Non ti preoccupare. Adesso ti svelo come fare.

Variazione densità con temperatura. Formule per calcolo della densità di un ventilatore nelle condizioni reali di funzionamento

Come già detto nel video la densità diminuisce quando aumenta la temperatura. Ecco perché l’aria calda tende a salire verso il soffitto, mentre quella più fredda resta al livello del pavimento.

Correzione densità temperatura. Come puoi calcolare la densità dell’aria a diverse condizioni di temperatura in meno di due minuti?

Per il calcolo della densità di un ventilatore a diversi valori di temperatura, dovrei rispolverare la legge dei gas perfetti. (ti ricordi che testa ci hanno fatto a scuola con questa formula?) Ma non voglio annoiarti con lunghe dimostrazioni. Quindi lasciami andare subito al sodo e mostrarti la formula per il calcolo della densità di un ventilatore a diverse temperature del gas.

ρN è la densità normale vista prima, che è riferita a 273 K (cioè 0 °C) e T è la temperatura alla quale lavora il tuo ventilatore industriale. Ovviamente puoi anche eseguire il calcolo della densità partendo da una temperatura diversa da quella delle condizioni normali. La formula del calcolo della densità del ventilatore ha sempre la stessa forma, ma cambiano un po’ i pedici.

Le grandezze con pedice “1” sono riferite alle condizioni dalle quale parti, mentre quelli con pedici “2” indicano le condizioni alle quali vuoi eseguire il calcolo della densità del ventilatore. Può sembrarti complicato, ma in realtà è tutto più semplice a dirsi che a farsi. All’interno della mia “Guida rapida alla scelta definitiva del tuo ventilatore industriale” – che è completamente gratuita – trovi alcuni esempi molto chiari ed utili che ti possono aiutare a comprendere meglio queste formule. Puoi richiedere la tua copia gratuita della guida semplicemente compilando il modulo che trovi qua sotto.

Con la temperatura abbiamo terminato. Passiamo ora all’altra grandezza che ha un forte impatto sul peso specifico di un gas e quindi sulla corretta scelta del ventilatore.

Il contributo più pesante – e spesso trascurato – nel calcolo della densità: la pressione.

Se aumenti la pressione di un gas questo diventa più denso. Se infatti non cambi il volume, per aumentare la pressione devi aumentare la quantità di molecole. Quindi è ovvio che come effetto hai un aumento del peso di quel volume, cioè della densità del gas. Ma vediamo come trasformare questo concetto in numeri che ti servono per l’uso delle curve caratteristiche dei ventilatori. Sempre partendo dalla legge dei gas perfetti, questa è la formula per il calcolo della densità di un ventilatore a certe condizioni di pressione.

Dove anche in questo caso il pedice “0” indica le condizioni normali, cioè con una pressione barometrica pb=101325 Pa. Analogamente a come fatto per la temperatura, ecco la formula per il calcolo della densità di un ventilatore nel caso in cui parti da condizioni diverse da quelle normali. (Pedice “2” per le condizioni che vuoi ricavare, pedice “1” per quelle che vuoi ottenere).

Come vedi da queste formule, la pressione ha un doppio effetto sul calcolo della densità di un ventilatore. Da un lato c’è infatti la pressione barometrica. Più ti sposti in alto rispetto al livello del mare, più la densità diminuisce. Se sei un montanaro accanito avrai sicuramente provato sulla tua pelle questo effetto. In alta quota l’aria è più rarefatta, giusto? È proprio perché a quell’altitudine la densità dell’aria è molto bassa.

C’è poi però anche l’effetto della pressione a cui il ventilatore lavora, che si somma in modo algebrico alla pressione barometrica. (Se è una depressione si sottrae, altrimenti si somma).

Per convenzione tutti noi costruttori abbiamo preso come riferimento per le curve caratteristiche dei ventilatori industriali il valore di densità – e quindi di pressione – misurato all’aspirazione della ventola. Ci sarebbe poi da considerare anche l’effetto dell’umidità relativa nel calcolo della densità di un ventilatore. La formula completa per il calcolo della densità di un ventilatore diventa quindi:

Dove il termine U.R. è un fattore di correzione che tiene conto dell’umidità relativa. Non vorrei però dilungarmi troppo su queste formule e andare subito a svelarti come evitare di comprare una ventola incapace di darti le prestazioni di cui hai bisogno. Compila quindi il modulo che trovi qua sotto e scarica SUBITO la tua copia gratuita della “Guida rapida alla scelta definitiva del tuo ventilatore industriale”, all’interno della quale troverai due esempi pratici su come utilizzare la formula completa per il calcolo della densità di un ventilatore.

Scopri in che modo le curve caratteristiche dei ventilatori sono dipendenti dal corretto calcolo della densità e perché NON devi trascurare questa grandezza, se vuoi evitare di buttare soldi al vento acquistando una ventola per il tuo impianto.

Fino ad ora ti ho mostrato come sia la temperatura che la pressione hanno una forte influenza sul calcolo della densità di un gas. Ma in che modo la densità del gas può influire sui valori di portata e pressione di un ventilatore industriale? Per rispondere a questa domanda, devo scomodare le leggi dei ventilatori. Queste leggi ti dicono come variano i valori di portata, pressione, potenza assorbita e rumore di un ventilatore al variare della densità, della velocità di funzionamento e del diametro della ventola.

Se ti interessa scoprire nel dettaglio queste leggi dei ventilatori, ne parlo in maniera molto dettagliata all’interno del mio libro “Fans for Industrial Process” in vendita su Amazon. Ho scritto un articolo dettagliato sulle leggi dei ventilatori, quindi non ti mostrerò in questa sede tutte le formule. Mi limito a darti le indicazioni più importanti – riferite alla densità – per aiutarti ad effettuare un corretto dimensionamento del ventilatore che devi acquistare.

Ecco quello che dicono in soldoni le leggi dei ventilatori a proposito della densità. La portata (quella volumetrica) è totalmente immune dal valore della densità. Un ventilatore industriale spinge sempre la stessa portata di aria, a qualsiasi temperatura.

La pressione che il ventilatore riesce a creare nel tuo impianto – a differenza della portata – risente del peso specifico del gas.

Più diminuisce la densità e minore sarà la prevalenza del ventilatore.

Ti faccio un piccolo esempio per aiutarti a comprendere. Se con la tua mano provi a muovere dell’acqua, riesci ad imprimere una buona velocità. Puoi anche lanciarla come si fa al mare quando si vuole schizzare qualcuno, giusto? Se provi a fare la stessa cosa con l’aria, che è molto meno densa dell’acqua, non riesci così facilmente a muoverla. O fai dei movimenti più veloci, o devi aumentare la superficie. (Con un ventaglio ad esempio).  Allo stesso modo le pale di un ventilatore, riescono a dare una pressione minore quando la densità del gas è bassa. Quindi a parità di portata, la prevalenza del ventilatore diminuisce quando il gas è meno denso. In gergo si dice che la curva portata pressione si abbassa.

Ed è per questo motivo che – se trascuri il calcolo della densità di un ventilatore – puoi ritrovarti con seri problemi di scarse prestazioni nell’impianto.

Quanto pesa un metro cubo di aria? Curve caratteristiche e calcolo della prevalenza di un ventilatore.

Ignorare l’effetto della densità può portarti al drammatico errore di pagare una macchina del tutto inutile per il tuo impianto. Come ti ho appena mostrato le prestazioni che una ventola può dare al tuo impianto cambiano a seconda delle condizioni di temperatura e pressione alle quali lavora. A tutto questo aggiungi il fatto che le curve dei ventilatori sono sempre disegnate con una densità di 1,22 kg/m³ ed il gioco è fatto. Se infatti non correggi la pressione di cui hai bisogno – tenendo conto della diversa densità – ti ritrovi con un ventilatore INCAPACE di darti le prestazioni di cui hai bisogno. Questo passaggio è un po’ complicato da spiegare a parole. Rischierei di crearti confusione.

Ho registrato quindi questo video nel quale ti mostro come un errore nel calcolo della prevalenza – ignorando l’effetto della densità – può davvero farti prendere un enorme granchio nell’acquisto di un ventilatore centrifugo.

Come hai potuto notare nel video, le differenze tra le prestazioni dichiarate sulla carta e quelle che effettivamente puoi ottenere sull’impianto possono anche essere enormi.

Ne ho parlato in modo approfondito anche all’interno dell’articolo sul calcolo della prevalenza di un ventilatore.

Come ti ho già detto più sopra, ho scritto una guida sulla scelta dei ventilatori industriali. Tutto quello che devi fare per ottenere in meno di 5 minuti la tua copia gratuita della “Guida rapida alla scelta definitiva del tuo ventilatore industriale” è semplicemente compilare il modulo che trovi qua sotto. Perché ho scritto un manuale su come svolgere il mio lavoro? Presto detto.

Ero stufo di dover mettere le pezze agli errori sulla scelta di un ventilatore capitati a diversi miei clienti.

A volte erano stati proprio loro a voler scegliere – convinti di risparmiare – la ventola di cui avevano bisogno da un catalogo di ventilatori standard. Negli altri casi – la stragrande maggioranza – l’errore nella scelta del ventilatore era stato commesso dal fornitore. (E non sempre in buona fede). Molti costruttori di ventole si appoggiano infatti a rappresentanti ed agenti che di lavoro vendono tutto e di più. (Venderebbero pure la loro madre pur di avere una provvigione). Inutile dirti che chi vende di tutto e di più, alla fine è esperto di nulla.

Ecco perché in molti casi – quando il ventilatore va un po’ al di fuori delle condizioni di funzionamento più normali – commettono gravi errori nella selezione della giusta girante.

L’unico modo per proteggerti dal pericolo di finire vittima di un rappresentante incompetente, era di svelarti tutti i “trucchi del mestiere” che ogni giorno utilizzo per scegliere, progettare e costruire i ventilatori industriali che permettono ai miei clienti di far funzionare per decenni i loro impianti. Oltre al calcolo della densità di un ventilatore, all’interno della mia “Guida rapida alla scelta definitiva del tuo ventilatore industriale” troverai anche una serie di consigli per acquistare una macchina molto più affidabile ed idonea a lavorare nelle condizioni particolari del tuo impianto. Compila adesso il modulo che trovi qua sotto e nel tempo di un caffè riceverai la tua copia gratuita della guida nella tua casella e-mail.

“Mai più guasti improvvisi!”

Il Signore delle Ventole

P.S. se hai bisogno di acquistare un nuovo ventilatore da installare nel tuo impianto, dopo aver scaricato la guida gratuita ti consiglio di leggere anche l’articolo che scritto tempo fa su come scegliere un ventilatore centrifugo.