Ti piacerebbe poter prevedere di quanto aumentare le prestazioni del tuo impianto, SENZA essere costretto a spendere soldi per un nuovo ventilatore? Allora devi appellarti alle Leggi dei Ventilatori.

Da | marzo 6, 2018

Leggi dei ventilatori come prevedere i nuovi dati di funzionamento di una ventola

Driiin.

“Perfettibile, in impianto abbiamo un ventilatore centrifugo che ancora ci aveva venduto tuo padre nel marzo del 1986. Abbiamo bisogno di aumentare la portata di gas aspirati dal forno, ma se possibile senza cambiare ventola. Funziona ancora bene.

Queste sono state le parole con le quali Antonio – responsabile di produzione di una ferriera bresciana – ha iniziato la conversazione telefonica quando mi ha chiamato questa mattina.

Il ventilatore per l’aspirazione fumi in questione è di medie dimensioni – circa 1400 mm di diametro della girante – e lavora alla temperatura di 438 °C.

Non è quindi una ventola da battaglia che costa qualche manciata di euro.

Capisco bene la sua richiesta di poter evitare l’acquisto di una nuova macchina. (anche se dopo quasi 32 anni di lavoro continuo, una piccola rinfrescata gliela darei)

Rispondo quindi ad Antonio che – se mi comunica i nuovi valori di portata e prevalenza di cui ha bisogno – posso verificare se quel vecchio ventilatore ha ancora margini per aumentare le prestazioni del forno.

Mentre siamo al telefono chiacchierando di come sia cambiato il mondo dell’acciaio e della sempre più scarsa qualità dei prodotti industriali, controllo con i nuovi dati di funzionamento se la ventola può ancora farcela.

Fantastico. Non immagini che bella notizia mi hai appena dato. Settimana prossima organizzo il trasporto per mandarti il ventolone. Mi raccomando dagli una bella verniciata già che lo revisioni.

Questa la sua reazione quando gli comunico che può stare tranquillo. Possono aumentare le prestazioni del forno SENZA cambiare ventola.

Come è possibile?

Grazie ad una serie di formulette matematiche che hanno quasi un sapore magico.

Leggi dei ventilatori. Lo strumento più potente per conoscere – con una precisione quasi chirurgica – come cambiano le prestazioni nel tuo impianto, quando modifichi una o più condizioni di funzionamento del ventilatore.

Il mio “segreto” per poter rispondere ad Antonio così velocemente è stato l’aver utilizzato quelle che tra noi costruttori di ventole vengono chiamate leggi dei ventilatori. (a voler essere precisi si chiamano leggi di similitudine dei ventilatori, e più avanti ti spiegherò il motivo)

Prima di presentartele devo farti una piccola confessione.

Quando offriamo o progettiamo un nuovo ventilatore, quasi mai partiamo proprio da zero. anche chi come progetta la ventola su misura per i tuoi impianti, parte sempre da una serie di “famiglie standard”.

Non certo per pigrizia.

Quanto piuttosto per essere certo dei valori di portata e pressione che ti dichiaro. (e che tu ti aspetti di avere all’interno del tuo impianto)

Inoltre sarebbe anti-economico – e richiederebbe mesi di studio ogni volta – progettare da zero il tipo di girante in grado di fornire le prestazioni di cui hai bisogno.

Ogni famiglia di ventilatore è stata testata a suo tempo con un prototipo e poi – grazie alle leggi di similitudine dei ventilatori – viene cucita su misura sui bisogni specifici del tuo impianto.

Forse avrai sentito parlare di CURVE CARATTERISTICHE dei ventilatori, cioè quei grafici che ti mostrano – al variare della portata – come cambiano la pressione, la potenza ed il rendimento di una ventola.

Vengono calcolate tramite dei test in scala, come previsto anche dalla ISO 5801:2017.

Su un ventilatore (non troppo) piccolo, si misurano i valori di portata, pressione statica e dinamica, potenza assorbita e numero di giri. Il tutto ovviamente riferito alle condizioni di temperatura, umidità, altitudine e densità misurate durante le prove.

Si crea così la curva caratteristica del prototipo.

Come facciamo noi ventilatoristi ad ottenere le prestazioni di tutte le altre ventole, partendo dalle curve del modello in scala?

Usiamo le leggi dei ventilatori, che legano tutti i parametri di prestazioni dei ventilatori e permettono (entro alcuni limiti) di “trasformarle” da una grandezza a un’altra.

Eccole tutte elencate qua sotto:

Leggi dei ventilatori formula calcolo portata

Leggi dei ventilatori formula calcolo pressione statica

Leggi dei ventilatori formula calcolo potenza assorbita

Leggi dei ventilatori formula calcolo potenza sonora rumore

Dove le grandezze con il pedice 1 sono quelle riferite al modello di partenza, e quelle con il pedice 2 invece indicano i valori relativi al tuo ventilatore particolare.

Giusto per chiarezza. Q è la portata volumetrica, pFs è la pressione statica del ventilatore, Pa è la potenza assorbita e Lw è il livello di potenza sonora.

Il rapporto tra i due coefficienti Kp1 e Kp2 è quasi sempre uguale a 1, visto che i ventilatori non hanno mai dei rapporti di compressioni così elevati da rendere importante la comprimibilità del gas.

Nel caso di soffianti o di ventilatori con più giranti in serie (multistadio) è necessario considerare anche questi due parametri.

Non ti preoccupare, anche a me la prima volta che le ho viste hanno fatto paura e dato un senso di sconforto.

Quello che ci vuole è una piccola dimostrazione.

Esempio. Ecco come ho utilizzato le leggi di similitudine dei ventilatori per scoprire se la ventola di Antonio poteva dare una portata più alta al forno.

Inutile infatti usare dei dati inventati quando posso riportarti il caso reale di quel ventilatore vecchio di oltre 30 anni.

Quando mio padre lo ha venduto – all’epoca avevo 7 anni, pazzesco – i dati di funzionamento erano i seguenti.

Portata Q1 = 85.000 m³/h

Pressione statica ps1 = 67 mm c.a.

Potenza assorbita Pa1 = 24 kW

Velocità di funzionamento n1 = 960/1’

Potenza sonora Lw1 = 78 dB(A)

Quello che mi chiedeva adesso Antonio era invece di poter avere questi nuovi parametri:

Portata Q2 = 92.000 m³/h

Pressione statica ps2 = 78 mm c.a.

Vediamo come puoi applicare le leggi dei ventilatori in questo caso.

Le condizioni di densità sono le stesse nei due casi, quindi è possibile trascurarla nel calcolo. Anche il diametro della girante – ovviamente – non cambia e puoi quindi non considerarlo.

Per prima cosa devi calcolare il nuovo numero di giri che ti permette di avere le nuove prestazioni.

Puoi prendere la formula per il calcolo della portata, che non ha esponenti sul numero di giri.

Riscrivendo l’equazione al contrario, ecco quello che ottieni:

Leggi dei ventilatori caso reale calcolo giri

Leggi dei ventilatori caso reale calcolo giri con valori

Quindi il ventilatore di Antonio deve poter funzionare a 1.039 /1’ per essere in grado di aumentare le prestazioni del forno ai nuovi valori richiesti.

ATTENZIONE: aumentare il numero di giri di una ventola è sempre una questione delicata. Chiedi sempre conferma al tuo fornitore se puoi aumentare la velocità di rotazione, in quanto è possibile che superi la massima resistenza meccanica della girante e dei cuscinetti.

A questo punto bisogna verificare i nuovi valori di potenza assorbita e di rumorosità.

Leggi dei ventilatori caso reale calcolo potenza con valori

Leggi dei ventilatori caso reale calcolo rumore con valori

Nel caso di Antonio il motore elettrico installato aveva una potenza di 75 kW, per poter garantire l’avviamento del ventilatore anche con il forno freddo. Quindi non era necessario prenderne uno più potente.

Stai attento a questo aspetto. La potenza assorbita da una ventola aumenta molto velocemente quando incrementi il numero di giri.

Se sei stato di braccia corte quando hai comprato il ventilatore, potresti trovarti con un problema di eccessivo assorbimento elettrico.

Come hai visto non è così complicato utilizzare le leggi dei ventilatori per passare da una condizione di funzionamento già nota del ventilatore ad una che vorresti conoscere.

Queste formulette magiche possono esserti molto utili quando ad esempio hai bisogno di aumentare la pressione o la portata di cui hai bisogno e – come nel caso di Antonio – NON vuoi spendere soldi per acquistare una ventola più grande.

Purtroppo però NON puoi usare queste equazioni sempre.

Teoria dei ventilatori. Esistono dei limiti invalicabili oltre ai quali le leggi che hai appena visto perdono totalmente i loro poteri magici, impedendoti di prevedere quali nuove prestazioni puoi ottenere.

Ma quali sono le condizioni che rendono inutili le leggi di similitudine dei ventilatori?

Ne parlo in questo video, piccolo estratto del mio corso sui ventilatori per processi industriali.

Prima di tutto i ventilatori in oggetto devono essere in “omotetia geometrica” o in similitudine tra di loro. (ecco perché si chiamano leggi di similitudine dei ventilatori)

In parole povere, due ventilatori si dicono omotetici quando sono in scala, cioè uno è la copia ingrandita dell’altro.

Ne consegue un secondo limite importante alle leggi dei ventilatori.

Se le due ventole non fanno parte di una stessa famiglia o serie, non puoi passare dalle prestazioni di una a quelle dell’altra usando le formule che ti ho mostrato prima.

Infine arriviamo al terzo limite. Oltre a dover essere in omotetia geometrica, i due ventilatori devono anche rispettare la similitudine fluidodinamica.

Cosa vuol dire?

Per dirla senza troppi paroloni, le velocità del gas in ogni punto della ventola devono essere in proporzione tra di loro. Questo significa che entrambe le macchine stanno funzionando in un impianto che ha la stessa curva di resistenza.

In pratica – come nel caso di Antonio – puoi applicare le leggi dei ventilatori solo se nel tuo impianto non cambi nulla e la curva delle sue perdite di carico rimane uguale.

Tutto qua. Se stai attento a non superare questi confini, le formule che ti ho mostrato più sopra possono aiutarti a fare quasi tutti i calcoli di cui puoi aver bisogno per una ventola.

BONUS. Ecco un semplice foglio di calcolo grazie al quale potrai calcolare le nuove prestazioni nel tuo impianto – senza dover usare le curve caratteristiche dei ventilatori – quando cambi la velocità di funzionamento e/o la densità del gas aspirato.

Come ti ho mostrato poco sopra, applicare le leggi dei ventilatori alle varie esigenze che possono capitare ai miei clienti è diventato per me semplice come ripetere la tabellina del 2.

E se ti ci metti anche tu un paio di volte, vedrai che diventa un gioco da ragazzi anche per te.

L’unico problema può essere nel mettersi li a fare calcoli un po’ complicati da inserire in una calcolatrice. (e che assolutamente una persona comune NON può fare a mente)

Ho quindi preparato un piccolo regalo per te.

Pensando al caso più comune nel quale potresti aver bisogno delle leggi dei ventilatori – cioè scoprire cosa succede se aumenti o riduci la velocità di funzionamento – ho creato un comodissimo foglio di calcolo in Excel.

Ti basta cliccare sul pulsante che trovi qua sotto per scaricarlo SUBITO ed ovviamente a titolo gratuito. (altrimenti che regalo sarebbe?)

Leggi dei ventilatori scarica il file per il calcolo delle nuove prestazioni

Se poi dopo aver letto questo articolo, utilizzato il file di calcolo che ti ho regalato – e magari anche dopo aver letto l’articolo sulla scelta del ventilatore industriale perfetto – hai ancora dei dubbi e non sai se la ventola installata nel tuo impianto può veramente fornirti prestazioni maggiori, allora non ti demoralizzare.

Può benissimo capitare. Effettuare questi calcoli e valutare le prestazioni di un ventilatore non è certamente il tuo lavoro, giusto?

La buona notizia è che puoi tranquillamente avere tutto il mio aiuto, che oramai dopo tutti questi anni a masticare pane e ventilatori posso dire di aver visto molti casi simili al tuo.

Ti basta semplicemente lasciarmi i tuoi recapiti ed un messaggio nel quale descrivi il tuo problema nel modulo di contatto che trovi qua sotto:

Entro massimo 48 ore ti contatterò per analizzare insieme a te i tuoi bisogni e cercare la soluzione migliore sia dal punto di vista del funzionamento del tuo impianto, sia rispettando lo spinoso tema economico.

Mai più guasti improvvisi!

Il Signore delle Ventole

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