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Ventilatori assiali e centrifughi: le differenze più importanti da sapere

Ci sono molti produttori di ventilatori industriali, ma cosa fanno veramente? Nei mercati di riferimento, il termine “ventilatore industriale” non ha una definizione precisa e in questo articolo cerchiamo di spiegare cosa sono i ventilatori industriali e rispondere ad alcune domande a loro riferite.
Ci sono solo due tipi fondamentali di ventilatori industriali: i ventilatori assiali ed i ventilatori centrifughi. Fanno parte di queste due categorie  soffianti, aspiratori, hvac, compressori e molti altri termini usati per definire un ventilatore centrifugo o un ventilatore assiale utilizzato in un ambiente industriale.

Differenza tra i ventilatori assiali e quelli centrifughi

ventilatore-centrifugo-vs-ventilatore-assiale

 

Un ventilatore assiale è un ventilatore in cui l’aria estratta è costretta a muoversi parallelamente all’albero attorno al quale ruotano le pale. I ventilatori centrifughi estraggono l’aria ad angolo retto rispetto all’aspirazione della ventola e fanno ruotare l’aria verso l’uscita per deflessione e forza centrifuga. La girante ruotando, permette all’aria di entrare nella ventola vicino all’albero e la stessa viene inviata in direzione radiale (cioè in direzione perpendicolare all’asse della girante) all’esterno. I ventilatori assiali sostituiscono in alcuni campi di applicazione la ventola centrifuga dal punto di vista funzionale, operando a velocità più elevate con diametri inferiori.  Una ventolatore assiale, a parità di portata e pressione, presenta le seguenti differenze rispetto ad un ventilatore centrifugo:

  • Ha un diametro inferiore della girante
  • – Ha una pressione dinamica più alta
  • – Ha una velocità operativa (e quindi anche quella specifica uguale a Q e P) chiaramente più alta
  • – Ha una velocità periferica più alta
  • Ha un rendimento inferiore e quindi un maggiore consumo energetico
  • – E’ molto più rumoroso
  • E’ significativamente più piccolo, più leggero e meno costoso

I dati più significativi di questo confronto sono il peso, la velocità di funzionamento e il rumore. Il confronto della velocità di funzionamento indica che le stesse caratteristiche di portata e pressione sono ottenibili dai ventilatori assiali con velocità di funzionamento e periferiche maggiori rispetto a quelle dei ventilatori centrifughi. Poiché esiste un limite alle tensioni nei corpi rotanti e quindi alle loro velocità periferiche, possiamo tranquillamente affermare che le pressioni di una certa quantità sono ottenute più facilmente con i ventilatori centrifughi anziché con i ventilatori assiali, inoltre i ventilatori assiali sono molto più rumorosi e spesso accade che per contenere il rumore del ventilatore assiale sia necessario l’uso di silenziatori, dove in caso di installazione di ventilatore centrifugo non occorre.

Questi aspetti negativi si oppongono comunque ad un peso inferiore, meno spazio e costi inferiori. L’uso di ventilatori assiali nel campo di bassa pressione (fino a 100 mm di H2O) è molto più frequente. Le rese raggiunte dai ventilatori assiali, specialmente se di dimensioni considerevoli, sono molto simili a quelle ottenibili con i ventilatori radiali. Un altro elemento che di solito indirizza verso l’uso di un ventilatore assiale è il parallelismo delle due bocche, aspirazione e scarico, e quindi il suo facile inserimento nell’impianto, dove il ventilatore assiale diventa nient’altro che un pezzo del tubo, mentre il ventilatore centrifugo richiede un soluzione più costosa. Un ventilatore centrifugo può avere un ingresso di aspirazione o due bocche di aspirazione. Con lo stesso numero, diametro, numero di giri, peso specifico e pressione totale, la ventola a doppia aspirazione ha una doppia capacità e assorbe il doppio della potenza rispetto all’entrata a singola aspirazione.

Ventilatore assiale intubato

I ventilatori assiali intubati hanno la girante all’interno di un alloggiamento cilindrico, con uno stretto gioco tra le pale e l’alloggiamento per migliorare l’efficienza del flusso d’aria. La girante ruota più velocemente rispetto ai ventilatori ad elica, consentendo il funzionamento sotto alte pressioni di 250 – 400 mm WC. L’efficienza è fino al 65%, con l’aggiunta di palette di guida, raddrizzatori di filetto, si può migliorare l’efficienza indirizzando e raddrizzando il flusso. Questi ventilatori sono progettati per applicazioni commerciali e industriali dove sono richiesti grandi volumi d’aria a pressioni da moderate a elevate. Sono in genere i ventilatori più efficienti dal punto di vista energetico e dovrebbero essere utilizzati ogni volta che è possibile. Gli usi includono la rimozione di calore, fumo e fumi, l’essiccazione del processo, il comfort e il raffreddamento del processo e la ventilazione generale. Solitamente funzionano a basse velocità e a temperature moderate. Provocano un grande cambiamento nel flusso d’aria con piccoli cambiamenti nella pressione statica. Gestiscono grandi volumi d’aria a bassa pressione. Le applicazioni per esterni includono condensatori raffreddati ad aria e torri di raffreddamento. L’efficienza è bassa.

Un particolare tipo ventilatore assiale è il ventilatore assiale a trasmissione, lo scopo di questo tipo di costruzione è quello di far uscire il flusso dal motore elettrico. Ciò può essere desiderabile per ragioni come la temperatura o a causa delle proprietà corrosive del gas erogato. Sono infatti destinati ad installazioni per l’estrazione di fumi caldi, ambienti umidi e grassi, in cui il motore deve essere completamente isolato dal fluido convogliato. In caso di alte temperature può essere fornita una ventilazione incrociata del motore elettrico (o dei supporti). Così come vengono utilizzati per l’estrazione dell’aria dalle cucine, cabine di verniciatura, forni, fonderie.

Come selezionare correttamente un ventilatore o una soffiante

La scelta di un ventilatore industriale richiede un esame approfondito delle caratteristiche del sistema in cui si intende installare il ventilatore, nonché la conoscenza delle caratteristiche tecniche del ventilatore che si desidera acquistare. Uno scambio di informazioni tecniche tra l’acquirente e il fornitore è spesso necessario per raggiungere un acquisto il più corretto possibile, in linea con le reali esigenze dell’acquirente. È dovere del venditore non solo vendere una macchina, ma capire le reali esigenze del cliente, cioè definire la portata e la pressione per le quali il ventilatore deve essere scelto correttamente

Allo stesso tempo, il cliente deve determinare le caratteristiche e le esigenze effettive del suo sistema. Il ventilatore è necessario per trasmettere un determinato flusso di fluido che può essere espresso in volume o peso per unità di tempo ad una certa pressione, solitamente espressa in Pa o mmH2O, necessario per superare le perdite di carico (resistenze) che si verificano nel circuito in cui circola questo fluido. Il ventilatore deve trasmettere al fluido che attraversa una certa quantità di energia, energia che riceve dal motore elettrico. Questo trasferimento di energia meccanica in energia elettrica non è lo stesso (altrimenti la resa sarebbe del 100%). Questo è il caso di un calo del rendimento. L’energia meccanica emessa dal motore alla ventola è sempre superiore a quella che rende la ventola al fluido trasportato. La relazione tra la seconda e la prima energia è l’efficienza della ventola.

I quattro parametri principali, caratteristici di un ventilatore, sono:

Portata (V)

Pressione (p)

Efficienza (η)

Velocità di rot. (Rpm)

Portata

La portata è la quantità di fluido spostato dalla ventola, in volume, all’interno di un’unità di tempo, ed è solitamente espressa in m3 / h, m3 / min., m3 / sec.

Pressione

La pressione totale (pt) è la somma della pressione statica (pst), ovvero l’energia richiesta per sopportare attriti opposte dal sistema, e la pressione dinamica (pd) o energia cinetica impartita al fluido in movimento (pt = pst + pd ). La pressione dinamica dipende sia dalla velocità del fluido (v) che dalla gravità specifica

Capacity Pressure Formula

 

Dove:
V= portata(m3/sec)
A= sezione della bocca interessata dall’impianto(m2)
v= velocità del fluido alla bocca del ventilatore dal sistema (m/sec)

Dynamic pressure Formula

Where:
pd= pressione dinamica (Pa)
y=peso specifico del fluido(Kg/m3)
v= velocità del fluido alla bocca del ventilatore dal sistema (m/sec)

Efficency

L’efficienza è il rapporto tra l’energia prodotta dal ventilatore e l’energia assorbita dal motore di azionamento del ventilatore.

output efficency formula

Dove:
η= rendimento(%)
V= portata(m3/sec)
pt= potenza assorbita (KW)
P= pressione totale (daPa)

Speed of Rotation

La velocità di rotazione è il numero di giri che la girante deve eseguire per soddisfare i requisiti di prestazione. Poiché il numero di giri varia (n), mentre il peso specifico del fluido rimane stabile (urs), si verificano le seguenti variazioni:

La capacità (V) è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione, quindi:

speed rotation capacity

Dove:
n = velocità di rotazione
V = portata
V1 = nuova portata ottenuta al variare della velocità di rotazione
n1 = nuova velocità di rotazione

La pressione totale (pt) varia in funzione del rapporto al quadrato delle velocità di rotazione; perciò:

speed rotation totale pressure formula

Dove:
n = velocità di rotazione
pt = pressione totale
pt1 = nuova pressione totale ottenuta al variare della velocità di rotazione
n1 = nuova velocità di rotazione

La potenza assorbita (P) varia in funzione del rapporto al cubo della velocità di rotazione:

speed rotation abs power formula

Dove:
n = velocità di rotazione
P = potenza assorbita
P1 = nuovo ingresso elettrico ottenuto al variare della velocità di rotazione
n1 = nuova velocità di rotazione