esercitazione_ventilatori

Corsi di Laurea Ingegneria Industriale

Corso di Laurea

Ingegneria dellInformazione

Universit degli Studi di Lecce

Facolt di Ingegneria

Corso di Macchine I Prof. D. Laforgia Corso di Sistemi e Tecnologie per lEnergia Ing. T. Donateo

Esercitazione di laboratorio

Ventilatore assiale

Gruppo N __________

Componenti: Matr.

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Data:

____________________

Esercitazione sui ventilatori assiali

2

Nomenclatura

c Velocit assoluta media nella vena fluida [m/s]

F Forza [N]

g Accelerazione di gravit [m/s2]

G Portata in massa [kg/s] oppure [kg/s]

H Prevalenza/ Carico [mmH2O]

Li Lavoro allunit di massa [J/kg]

Lw Lavoro delle resistenze passive [J/kg]

n Numero di giri della macchina [rpm]

p Pressione [Pa]

Pa Potenza assorbita [W]

Q Portata volumetrica [m3/s] oppure [m

3/h]

S Sezione [m2]

v Volume specifico del fluido [m3

/kg]

Rendimento

Densit del fluido [kg/m3]


3

Introduzione

Il ventilatore una macchina operatrice che fornisce al fluido un incremento della sua energia

cinetica e un lieve aumento di pressione che ha lo scopo di vincere le sole perdite di carico del

circuito in cui inserita la macchina. Per tale motivo il fluido trattato nel ventilatore si pu

considerare incomprimibile, cio a densit costante, anche se si tratta di un gas.

Se si applica il I principio della termodinamica tra ingresso e uscita del ventilatore, si ha:

2 2 2

2 12 1

1

( )2 2

i w

c cL L v dp g z z

(1)

Nel caso dei ventilatori leffetto della forza di gravit trascurabile mentre lincremento di energia

cinetica sempre rilevante. Nellipotesi di densit costante, inoltre, lintegrale si semplifica

ottenendo la seguente relazione:

2 2

2 11 2 1( )

2 2i w

c cL L v p p

(2)

Analogamente alle pompe, si soliti definire leffetto utile in termini di prevalenza:

2 2

1 2 1 2 1( )

2stat din

v p p c ch h h

g g

(3)

Dove hstat il contributo statico legato alla pressione mentre hdin il contributo dinamico legato alla

velocit. Anche per i ventilatori si soliti esprimere la prevalenza in termini di metri di colonna

dacqua utilizzando la seguente relazione:

2

12[mH O]

H O

H h (4)

La potenza assorbita dal ventilatore data da:

( ) ( )i i w i wa

v m y v m vent

GL G L L G L LP

(5)

Dove hvent il rendimento complessivo del ventilatore. Essendo trascurabile lincremento di

pressione subito dal fluido nella macchina risulta trascurabile anche leffetto di controrecupero per

cui lecito per il ventilatore assumere che il rendimento idraulico sia uguale al rendimento

meccanico. In termini di prevalenza:


4

2

21 1 1

H O

H O

a

vent vent vent vent

Q Qgh gH

gQHGgh v vP

(6)

Se invece si vuole esprimere la prevalenza in termini di variazione di pressione totale attraverso la

macchina, si avr:

1 1

t

ta

vent vent vent

pQ

Q pGgh vP

(7)

La pressione totale, somma del termine statico e del termine dinamico, data da:

2

12

t s d s

cp p p p

(8)

La potenza assorbita dal ventilatore fornita dal motore elettrico. Se si conosce la coppia e la

velocit di rotazione del motore elettrico:

2

60a el

nP P T T

(9)

La curva caratteristica del ventilatore fornisce la prevalenza in funzione della portata in

corrispondenza delle diverse velocit di rotazione. Di seguito si riportano le caratteristiche del

ventilatore assiale e del ventilatore centrifugo utilizzabili sul banco prova.

Figura 1 Caratteristica del ventilatore assiale


5

Figura 2 Caratteristica del ventilatore centrifugo


6

Descrizione del banco di prova

Il banco di prova composto da una struttura in ferro verniciata su cui sono montati i ventilatori in

prova. Nelle figure seguenti presentata una vista complessiva del banco e alcuni dettagli sugli

elementi presenti.

Figura 3 Vista in pianta

1. Camera di prova (lunghezza 2300 mm e diametro 500 mm)

2. Prese di pressione statica

3. Set dinamometrico per misurare la potenza assorbita dal ventilatore

4. Contagiri del ventilatore

5. Dispositivo normalizzato per la misura della portata (da 150 a 20000 m3/h)

6. Dinamometro

7. Ventilatore centrifugo

8. Ventilatore assiale

9. Ventilatore centrifugo supplementare ad azionamento elettrico

10. Farfalla di regolazione e posizionatore di bocchetta

11. Struttura portante

12. Quadro di comando elettrico


7

13. Quadro di comando della bilancia elettronica

14. Superficie di montaggio del misuratore di coppia

15. Bilancia elettronica a tre componenti

16. Manometro multitubo a 10 elementi

17. Vassoi delle manopole

18. Profilo in camera di prova.

Figura 4 Camera di prova


8

Figura 5 Schema del banco di prova

1. Ventilatore assiale 2. Ventilatore centrifugo 3. Schermo 4. Bocchetta (diffusore) 5. Ventilatore ausiliario 6. Valvola a farfalla 7. Tubo di Pitot 8. Termometro 9. Tubo di Venturi 10. Diaframma


9

Figura 6 Quadro di comando

1. Misuratore digitale di coppia 2. Spia luminosa di inserimento corrente 3. Selettore con funzionamento a tasto 4. Spia luminosa di emergenza a fungo su pulsante di emergenza rosso 5. Commutatore di comando di fase 6. Misuratore della tensione di alimentazione 7. Spia luminosa su pulsante rosso per attivare il ventilatore ausiliario 8. Spia luminosa su pulsante rosso per disattivare il ventilatore ausiliario 9. Direzione del selettore di rotazione 10. Spia luminosa verde di inserimento corrente al misuratore di coppia 11. Pulsante nero per attivare il misuratore di coppia in funzione 12. Spia luminosa rossa di misuratore di coppia in funzione 13. Pulsante rosso per disattivare il misuratore di coppia 14. Manopola di comando della velocit 15. Misuratore di tensione dellarmatura 16. Misuratore di corrente (amperometro) dellarmatura 17. Amperometro della corrente di eccitazione 18. Contagiri digitale (rpm)


10

SISTEMI DI MISURA

I sistemi di misura presenti sul banco di prova sono in grado di misurare la portata, la velocit del

fluido, la pressione differenziale.

Misure di portata

Per misurare la portata possibile utilizzare la bocchetta (o diffusore), un tubo di venturi oppure un

diaframma. Per lesecuzione della prova si utilizzer la bocchetta:

La bocchetta un diffusore tarato (ISO 5167-1) per il quale nota la relazione tra la portata che

attraversa lo strumento e la caduta di pressione attraverso lo strumento stesso. Misurando la caduta

di pressione con un manometro differenziale, la portata in massa che attraversa lo strumento pari

a:

[ / ]nG k p kg h (10)

Dove np la caduta di pressione espressa in mm di acqua e K=173.08 la costante del diffusore.

La portata volumetrica elaborata dal ventilatore sar quindi:

1

n

kQ p

(11)

Misure di pressione

Le pressioni saranno misurate mediante manometri differenziali in grado di misurare la differenza

di pressione tra due diverse sezioni della camera di prova.

Misure di temperatura

Nella banco di prova possibile montare un termometro per la misura della temperatura dellaria a

valle del ventilatore.


11

Esecuzione delle prove

Lo scopo dellesercitazione tracciare la curva caratteristica del ventilatore assiale con e senza

ventilatore ausiliario, determinando landamento al variare della portata di:

Prevalenza (eq. (3))

Potenza (eq. (9))

Rendimento (eq. (7))

Per poter tracciare graficamente le suddette caratteristiche si devono misurare nel corso di una

prova i seguenti valori:

Variazione di pressione statica nel ventilatore ( Ps) misurando con il manometro

differenziale la variazione di pressione tra le sezioni 6 e 7.

Portata erogata dal ventilatore attraverso i diffusore ( Pn) misurando con il

manometro differenziale la variazione di pressione tra le sezioni 1 e 2

Coppia applicata allalbero del ventilatore

Velocit di rotazione del motore di comando del ventilatore

La velocit del fluido, necessaria per il calcolo della pressione dinamica, pu essere valutata

conoscendo la sezione di passaggio della camera di prova (diametro di 50cm) e la portata

volumetrica espressa in m3/h.:

3600 3600 0.19625

Q Qc

S

(12)

Prova del ventilatore assiale senza ventilatore ausiliario

1. Ruotare linterruttore differenziale e linterruttore principale per portare lapparecchiatura su ON

2. Accendere la bilancia e il pannello di controllo 3. Misurare le condizioni atmosferiche con la stazione meteo (Patm e Tatm) 4. Accendere il ventilatore 5. Aprire al massimo la valvola a farfalla (90) 6. Regolare la velocit al valore richiesto

7. Leggere i valori di n, T, ( Ps) e ( Pn) sui relativi strumenti e inserirli nella tabella allegata 8. Regolare la portata dellaria per mezzo della valvola a farfalla e ripetere la misura per 6

diversi valori di apertura della valvola (tra 90 e 15)

9. (A casa) elaborare i dati e tracciare i grafici di prevalenza, potenza e rendimento


12

Prova del ventilatore assiale con ventilatore ausiliario

1. Ruotare linterruttore differenziale e linterruttore principale per portare lapparecchiatura su ON

2. Accendere la bilancia e il pannello di controllo 3. Misurare le condizioni atmosferiche con la stazione meteo (Patm e Tatm) 4. Accendere il ventilatore 5. Accendere il ventilatore ausiliario 6. Aprire al massimo la valvola a farfalla (90) 7. Regolare la velocit al valore richiesto

8. Leggere i valori di n, T, ( Ps) e ( Pn) sui relativi strumenti e inserirli nella tabella allegata

9. Regolare la portata dellaria per mezzo della valvola a farfalla e ripetere la misura per 6 diversi valori di apertura della valvola (tra 90 e 15)

10. (A casa) elaborare i dati e tracciare i grafici di prevalenza, potenza e rendimento


13

Scheda rilevazione dati

Data ..................................... Nr..........

SENZA VENTILATORE Studenti........................................................................................

AUSILIARIO ......................................................................................................

n

[rpm]

ta

[C]

Paa

[bar]

alfa

[]

T

[Nm] Pn

[mmH2O]

Ps [mmH2O]

Q

[m3/h]

c

[m/s] H

[mmH2O]

Pa

[kW]

3000 90

CON VENTILATORE

AUSILIARIO

n

[rpm]

ta

[C]

Paa

[bar]

alfa

[]

T

[Nm] Pn

[mmH2O]

Ps [mmH2O]

Q

[m3/h]

c

[m/s] H

[mmH2O]

Pa

[kW]

3000 90

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