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]
Esercitazione sui ventilatori assiali
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:
Esercitazione sui ventilatori assiali
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
Esercitazione sui ventilatori assiali
5
Figura 2 Caratteristica del ventilatore centrifugo
Esercitazione sui ventilatori assiali
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
Esercitazione sui ventilatori assiali
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
Esercitazione sui ventilatori assiali
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
Esercitazione sui ventilatori assiali
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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)
Esercitazione sui ventilatori assiali
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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.
Esercitazione sui ventilatori assiali
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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
Esercitazione sui ventilatori assiali
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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
Esercitazione sui ventilatori assiali
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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