Articolo

Il progetto di ventilatori industriali a flusso assiale e pale inclinate avanti - Parte II

Nella prima parte è stata affrontata la determinazione delle grandezze geometriche principali di ventilatori assiali intubati che soddisfano le specifiche aerauliche ed eventuali vincoli di taglia e velocità, e il progetto della palettatura a vortice arbitrario che considera lo spostamento radiale del flusso. In questa seconda parte, si conclude la presentazione del metodo pratico di progetto di unità ad alto rendimento, con il criterio per definire l'inclinazione in avanti delle pale o l'entità dell'angolo di freccia. Le prestazioni ottenibili da ventilatori industriali disegnati con il metodo proposto sono quantificate da misure su prototipi. Introduzione
Da oltre vent'anni, l'angolo di freccia (sweep) è applicato alle palettature rotanti dei ventilatori assiali, principalmente per ridurne la rumorosità [1] e per estenderne il campo di funzionamento alle basse portate [2], sebbene sia stato dimostrato [3] che la sua applicazione può anche offrire incrementi di rendimento fino al 3%, quando il disegno della palettatura prevede un forte gradiente radiale positivo di circuitazione. D'altra parte, diversi studi (per esempio [4]) confermano che la capacità dell'angolo di freccia di migliorare il limite di stallo della macchina è generalmente accompagnata da una riduzione della pressione del ventilatore nel punto di progetto. L'origine di questa riduzione è tradizionalmente giustificata (es. [1, 5]) equiparando il flusso relativo alla pala a freccia al flusso relativo ad un'ala di pari freccia: quest'ultima manifesta una perdita di capacità portante quantificabile mediante la cosiddetta "regola del coseno dell'angolo di freccia". Tuttavia, i lavori [6-11] dimostrano che mediante l'introduzione di un angolo di freccia in avanti di valore appropriato è possibile ottenere nel punto di progetto un apprezza bile incremento della pressione del ventilatore che si affianca e/o si sostituisce al possibile incremento di rendimento quantificato in [3]. Questa apparente incoerenza con la regola del coseno ha portato ad una revisione delle basi concettuali utilizzate per spiegare gli effetti dell'angolo di freccia sulle prestazioni della palettatura dei ventilatori assiali. In particolare, a partire dalla teoria di Busemann sulle ali a freccia, e tenendo conto degli approfondimenti [12] sull'interazione tra angolo di freccia, distribuzione di carico aerodinamico lungo l'altezza palare, e flusso meridiano nella regione anulare vicina alle punte, sono state formalizzate le ipotesi fondamentali alla base della validità dell'analogia tra l'ala prismatica in volo rettilineo con angolo di attacco costante lungo l'apertura e la pala girante a linea di calettamento radiale [13]. L'analogia, che chiarisce l'apparente contraddizione esistente tra diverse evidenze sperimentali, è schematizzata in Fig.1, e sussiste per pale di schiere a bassa solidità e forte rapporto d'aspetto che realizzino una distribuzione di carico a velocità tangenziale all'incirca costante. Come schematizzato dallo schizzo in basso a sinistra in Figura 1, il gradiente radiale della circuitazione palare associato a distribuzioni di carico diverse da quella a vortice libero origina una componente di velocità parallela alla linea di calettamento dei profili e una corrispondente obliquità g del flusso meridiano. Quest'ultima impone che l'ala prismatica in moto a velocità pari alla velocità relativa alla pala (schizzo in basso a destra in Figura 1) debba essere posizionata con un certo angolo di freccia indietro l per realizzare la stessa portanza aerodinamica della pala rotante. Da ciò consegue che l'applicazione di un angolo di freccia avanti alla palettatura rotante di un ventilatore non comporta necessariamente una diminuzione della pressione del ventilatore. Anzi, un'opportuna scelta dell'entità della freccia avanti può portare a incrementi della pressione del ventilatore [10]. A partire da questa base concettuale, questa seconda parte dell'arti colo descrive il terzo e conclusivo passo del metodo di progetto proposto, che consiste nell'introdurre un angolo di freccia che migliori ulteriormente le prestazioni aerauliche di un ventilatore industriale disegnato seguendo i due passi del metodo illustrati nella prima parte. Sebbene approfondimenti scientifici con analisi CFD supportate da misure puntuali del flusso possano certamente dettagliare i meccanismi fisici appena richiamati e massimizzare il livello di ottimizzazione di un progetto, è indispensabile disporre preliminarmente di verifiche sperimentali, basate su metodologie standardizzate e consolidate, che mettano in evidenza pregi, limiti e, soprattutto, entità dell'impatto sulle prestazioni globali derivanti dalle soluzioni di progetto proposte. Pertanto, questa seconda parte innanzitutto ratta della caratterizzazione sperimentale dei prototipi realizzati in accordo con i primi due passi del metodo, e successivamente, presenta il terzo passo del metodo di progetto e la quantificazione sperimentale delle sue potenzialità nella versione completa, anche confrontando le misure effettuate con dati disponibili in letteratura relativi a progetti sviluppati con tecniche di ottimizzazione supportate da calcoli CFD allo stato dell'arte.
Massimo Masi - Università di Padova - https://www.unipd.it/
Articoli tecnico scientifici o articoli contenenti case history
Ultimi articoli e atti di convegno

I sistemi di automazione dell'edificio: efficienza e risparmio energetico

- Risparmio energetico - Consumi Usi finali EU - Ruolo delle tecnologie elettriche - Ruolo delle norme Automazione edificio: - Comfort e...

Minimetrò di Perugia: un esempio di infrastruttura automatizzata per la mobilità pubblica

- Transport& Building - Parametridi servizio - Visiosuite: Architettura SCADA software - Gli impianti: i numeri - Dettagli: Ethercate...

I tecnici dei sistemi BACS del futuro: la visione di AIBACS

- Un Building Manangement System - Il BMS si occupa della distribuzione dell'energia meccanica ed elettrica necessaria al funzionamento dell'edificio...

Industria 5.0: alleanza tra uomini e robot

L'industria mondiale ed europea sta vivendo un momento di particolare euforia dopo il forzato rallentamento dovuto alla pandemia, ma i canoni di...

Automazione industriale a servizio delle PMI: tre domande a Giacomo Mariotti di Universal Robots Italy

A SAVE svoltasi a Veronafiere lo scorso 27 e 28 ottobre 2021, appuntamento di riferimento per i professionisti dell'Automazione Industriale,...

Motori a idrogeno per cogenerazione

La cogenerazione che utilizza l'idrogeno come combustibile di alimentazione dei motori endotermici sta diventando importante nell'ambito della filiera...

Intelligenze artificiali a supporto delle strategie energetiche locali: analisi previsionale nella Regione Umbria

L'obiettivo di ridurre le emissioni di CO2 richiede strategie energetiche a medio-lungo termine sempre più mirate e affidabili. In questo contesto,...

Tradizione e sostenibilità

KSB Italia opera nel mercato come unità di personalizzazione e fornitore affidabile di pompe, valvole, relativi sistemi e servizi, basandosi su una...

Caratterizzazione termoacustica e impatto ambientale di pannelli ecosostenibili prodotti da scarti del legno

Sono state studiate le prestazioni termo-acustiche e l'impatto ambientale di pannelli realizzati mediante incollaggio e pressatura a caldo,...

Modello fluidodinamico di un distributore load sensing

In questo studio è presentata l'analisi CFD di una valvola di controllo della direzione oleodinamica. La simulazione è stata validata in termini di...

Pompe di calore o cogenerazione? Due pratiche virtuose: cosa è preferibile per il clima?

Il percorso ideale della transizione ecologica prevede l'incremento della domanda elettrica nei settori (riscaldamento, industria, trasporti) in cui...