In questa nona puntata rispondo a Damiano, che mi fa una domanda abbastanza interessante sulle curve dei ventilatori.
“Come mai la curva di pressione dei ventilatori a portata nulla ha un certo livello di pressione diverso da zero?”
Mi fa piacere ricevere questo quesito, perché dimostra uno bello spirito di osservazione.
Quindi Damiano, complimenti per la tua mente curiosa.
Vediamo di trovare una risposta a questa domanda.
Curva di pressione ventilatori: in che modo si crea una prevalenza positiva se la portata è nulla?
So che sembra paradossale. Ammetto che quando ero un ragazzino anche a me non sembrava possibile.
Il pensiero comune è infatti:
“Se non passa nessuna portata come fa a crearsi una pressione?”
Ma è proprio questo pensiero comune che nasconde in realtà una piccola credenza errata.
Non mi fraintendere, è effettivamente un punto a “zero portata”, che di solito si ottiene chiudendo una delle bocche (quella di aspirazione o quella di mandata) tant’è che questa condizione di funzionamento viene chiamata spesso “punto a bocca chiusa”.
Il punto a zero portata nella curva di pressione dei ventilatori rappresenta però il funzionamento dell’intero ventilatore, NON della girante al suo interno.
Durante le prove di prestazioni – sulla base delle quali si costruiscono le curve dei ventilatori – vengono misurate la portata e la pressione dell’intero ventilatore.
Non si misura quindi quello che succede dentro alla chiocciola.
Se dal ventilatore non esce una portata d’aria, in realtà, all’interno c’è un ricircolo continuo: la girante continua comunque ad aspirare il gas e – grazie al suo effetto centrifugo – ne aumenta la pressione.
Siccome una delle due bocche del ventilatore è chiusa – ad esempio quella in aspirazione – NON si crea però un flusso di aria, cioè una portata, che attraversa il ventilatore.
Nel punto a bocca chiusa della curva di pressione dei ventilatori, viene comunque assorbita della potenza elettrica. Una parte di questa viene proprio trasformata in prevalenza
Se misuri la potenza emessa dal motore elettrico, ti accorgi che in questa condizione NON è nulla.
Il continuo ricircolo attraverso la girante comporta anche un certo riscaldamento dell’aria o del gas che è contenuto all’interno della ventola. Quindi una parte dell’energia elettrica viene si trasforma in calore.
Una buona parte di questa potenza si trasforma però in pressione.
Come detto prima, anche se tu non “vedi” uscire aria dal ventilatore, comunque questa ricircola dentro la girante.
Quindi in realtà non esiste una condizione di portata “zero” nella girante.
Il gas si muove solo dentro alla chiocciola, ma non ne esce.
Nella curva di pressione dei ventilatori quindi è del tutto normale avere un punto con prevalenza diversa da zero e portata nulla.
E non si tratta di un punto del tutto trascurabile.
Il punto a bocca chiusa è una delle tre caratteristiche principali delle curve dei ventilatori.
Esistono infatti tre valori di portata che danno molte informazioni preziose per chi installa i ventilatori nei suoi impianti.
Il più critico è il punto di massimo della curva di pressione dei ventilatori – che separa la zona di pompaggio dalla zona di funzionamento corretto – che ho cerchiato in rosso nella curva di pressione del ventilatore qua sotto.
Se non hai ben chiaro cosa si intende, leggi questo mio articolo sul pompaggio dei ventilatori nel quale ti svelo come e perché devi evitare di far funzionare l’impianto in questa zona pericolosa.
Un altro punto importante è quello che viene chiamato a bocche libere, cioè quando il ventilatore lavora senza nessuna tubazione collegata. Né in aspirazione né in mandata.
Questo valore di portata – che ho cerchiato in blu nella curva di prima – è il massimo raggiungibile dal ventilatore ad un certo numero di giri.
Infine il terzo punto è quello di cui stiamo parlando, la condizione a bocca chiusa.
Perché il punto a portata nulla nella curva di pressione dei ventilatori è così importante?
I motivi sono tre.
Il primo, che è più una curiosità, è che questo è l’unico punto in cui la pressione statica e la pressione totale sono uguali.
Cioè solo in questa condizione la pressione dinamica è nulla.
Il secondo motivo ha invece a che fare con il calcolo degli spessori delle tubazioni.
Se infatti per un qualsiasi motivo il ventilatore deve funzionare con delle serrande chiuse, e quindi a portata nulla, all’interno delle tubazioni si genera una pressione data proprio dal valore che leggi sulla curva di pressione.
Solitamente, nel punto di funzionamento normale, il ventilatore genera una prevalenza più bassa di quella che si ha a bocca chiusa. (vai a leggere la regola del 60% in questo mio articolo sui ventilatori industriali)
Quindi le tubazioni sono sollecitate al massimo come pressione proprio quando la portata che passa al loro interno è nulla.
Se il ventilatore sta lavorando in aspirazione, – ovvero sulla bocca di uscita non ci sono tubazioni o sono molto corte – all’interno della tubazione in ingresso si crea una depressione.
Il valore di questa pressione negativa è proprio la prevalenza a portata nulla, e può essere talmente elevato da accartocciare su sé stessa la tubazione.
Ecco perché è un parametro importante per calcolare gli spessori del tubo da collegare all’ingresso di un ventilatore.
Infine, ultimo ma non meno importante, il terzo motivo per il quale il punto a portata nulla è così importante.
Il punto a bocca chiusa di un ventilatore consuma energia anche se non ti sta dando nessun effetto utile. (visto che non muove l’aria)
Quando la portata è nulla – in teoria – il rendimento del ventilatore si annulla.
In realtà è un concetto matematico.
Come ho indicato nell’articolo che ho scritto sul calcolo della potenza di un ventilatore, la formula che esprime il rendimento è questa:
Se la portata è nulla – poiché qualsiasi numero moltiplicato per zero, dà come risultato zero – la formula matematica dice in questo caso il rendimento si annulla. (volendo essere precisi non può essere proprio pari a 0, altrimenti la potenza dovrebbe essere infinita…ma queste sono fisime da ingegnere ? )
Quindi è uno dei punti più sfavorevoli, più energivori o più “disastrosi”, dove un ventilatore possa lavorare.
Ecco perché continuo a sgolarmi nel dire che NON ha nessun senso tenere accesa ventola e farla funzionare a portata quasi nulla.
A quel punto conviene spegnerla e risparmiare energia elettrica.
Tutti pensano che un ventilatore serve a fare fresco, quando invece funziona proprio al contrario. Scalda l’aria che ci passa dentro, a volte anche di qualche decina di gradi.
Quello che sto per dirti è un’ulteriore caratteristica importante del punto a zero portata della curva di pressione dei ventilatori.
Qualsiasi ventola – qualunque sia il costruttore – NON è una macchina ideale. Ha al suo interno delle perdite di potenza e degli attriti.
Per questo motivo il rendimento di un ventilatore NON è mai uguale al 100%.
Durante il funzionamento, una parte della potenza assorbita si trasforma in pressione del gas.
Un’altra parte invece viene dispersa sotto forma di calore.
Ebbene sì, i ventilatori riscaldano l’aria. NON la raffreddano.
Nel punto a portata nulla, dove cioè il rendimento è pari a zero, questo effetto è ancora più accentuato.
Un po’ perché al suo interno è presente sempre la stessa quantità di gas, lo stesso volume, che rimane dentro e continua a surriscaldarsi per via dell’attrito che ha con la girante.
Ma soprattutto perché peggiora notevolmente la capacità della girante di cedere potenza.
La quasi totalità dell’energia che entra nel ventilatore dal motore elettrico, viene sostanzialmente dispersa sotto forma di energia termica e quindi surriscalda il gas.
Considera che su macchine molto strette quelle utilizzate per alte pressioni puoi avere un salto di temperatura anche di 100 gradi/150 gradi.
Grazie mille Damiano per avermi fatto dare questa risposta, che spero da un lato ti chiarisca questo dubbio, ma soprattutto credo che possa essere utile per molte persone che devono progettare qualche impianto e magari non sapevano che il ventilatore non raffredda ma in realtà riscalda.
Questa è una cosa difficile da far passare come concetto: siamo abituati a vedere il ventilatore butta aria che sembra fresca, ma in realtà non lo è.
Il ventilatore riscalda l’aria: questo perché durante il suo funzionamento disperde dell’energia. Poi ti butta addosso un flusso d’aria che ti rinfresca.
Il ventilatore scalda soprattutto quando lavora vicino a quel punto che ha individuato Damiano, cioè di bocca chiusa.
Questo è un punto da tenere in considerazione non solo durante la progettazione ma anche quando si parla di sistemi di sicurezza, delle massime temperature di progetto e quant’altro.
Il mondo dei ventilatori ha bisogno del tuo aiuto.
Voglio aiutare chi tutti i giorni deve progettare impianti industriali nei quali vanno inseriti dei ventilatori.
Il mio obiettivo è evitare loro gli errori più comuni e banali, in grado però di compromettere del tutto i risultati dei loro progetti.
Quindi se tu sei uno di questi, voglio proporti uno scambio alla pari.
Qualsiasi sia il dubbio, la domanda o una cosa poco chiara che ti frulla in testa in merito ai ventilatori industriali, scrivimela nel modulo che ti appare cliccando sul pulsante qua sotto.
Userò la tua domanda per creare una nuova puntata del podcast ed in questo modo aiuterai altri tuoi colleghi a scegliere sempre e solo i migliori ventilatori per il proprio impianto.
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Ci vediamo fra una settimana.
“Mai più guasti improvvisi!”
Il Signore delle Ventole
