Una cappa da cucina, un aspiratore di fumi industriale o una cappa chimica da laboratorio: la domanda è la stessa per tutti. Il contaminante viene catturato prima di lasciare la sorgente e mescolarsi all'ambiente?
La portata d'azione di un'apertura di aspirazione è molto corta
Un'asimmetria fondamentale della meccanica dei fluidi: un getto che soffia arriva lontano, un'aspirazione no. L'influenza di un'apertura di aspirazione decade rapidamente — già a pochi diametri di distanza la velocità di aspirazione è trascurabile.
La conseguenza pratica: avvicinare la sorgente all'apertura è molto più efficace che aumentare la portata. Abbassare una cappa di 10 cm rende più che salire di una taglia di ventilatore.
Cavalcare il pennacchio termico
Sopra una sorgente calda sale un pennacchio termico che porta già verso l'alto il contaminante. Un buon progetto di cappa cerca di incontrare quel pennacchio, non di contrastarlo.
La portata del pennacchio cresce salendo, perché trascina aria circostante. Se la cappa è alta, la portata da catturare è maggiore. È questo il vero legame fra altezza e portata necessaria. Vedi la nota sulla convezione naturale.
Il vero nemico: le correnti trasversali
Ciò che degrada di più l'efficienza di cattura non è la mancanza di portata ma il movimento laterale dell'aria: una porta aperta, un diffusore di mandata vicino, una persona che passa, una finestra. Basta una piccola velocità laterale per piegare il pennacchio fuori dalla cappa.
Per questo il confine del modello in un'analisi di cappa non può essere la cappa stessa; da dove arriva l'aria di mandata e qual è lo schema di moto generale del locale devono stare nel modello.
Modellazione
Tracciare il contaminante. L'efficienza di cattura si misura da quanta parte di un tracciante rilasciato alla sorgente esce dall'estrazione — giudicare a occhio dal campo di velocità inganna.
Scenari transitori. L'apertura delle porte e il movimento delle persone sono eventi transitori e producono il caso peggiore. Vedi la nota sui contorni mobili.
Riferimenti
- ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration. ISO, Geneva.
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4