«Questo ventilatore rende 5000 m³/h» è un'affermazione incompleta. Un ventilatore lavora dove la propria curva interseca la curva di resistenza dell'impianto. Se la resistenza dell'impianto è più alta del previsto, lo stesso ventilatore rende assai meno — e non è colpa del ventilatore.
Due curve, un'intersezione
La curva del ventilatore viene dal costruttore ed è misurata su un banco normalizzato: ANSI/AMCA 210 (pubblicata in parallelo come ANSI/ASHRAE 51) definisce le condizioni di laboratorio in cui si determinano portata, pressione, potenza e rendimento di un ventilatore [1].
La curva del sistema, invece, è il vostro progetto, e in regime turbolento la perdita di carico cresce con il quadrato della portata. La CFD serve qui esattamente a quella curva: calcolare la perdita di carico a poche portate, costruire la curva del sistema, poi intersecarla con quella del ventilatore.
La condizione di catalogo non è l'installazione reale
Su un banco normalizzato l'afflusso e il deflusso al ventilatore sono puliti. In un'installazione reale di solito non lo sono, e la differenza si chiama effetto sistema:
- Una curva vicina all'aspirazione del ventilatore consegna un profilo distorto e abbassa la curva del ventilatore.
- Senza sufficiente tratto rettilineo alla mandata, il ventilatore non può usare il proprio diffusore e il recupero di pressione statica va perso.
- Nei ventilatori incassati in armadio, la sola geometria della cassa di aspirazione può costare diversi punti di rendimento.
Nessuna di queste perdite è nel catalogo. Modellare il ventilatore insieme alla sua geometria d'installazione reale è ciò che rende visibile l'effetto sistema.
Decisione di modellazione: come rappresentare il ventilatore
Salto di pressione / condizione al contorno a curva. La geometria palare non viene risolta; su una superficie si impone un incremento di pressione dipendente dalla portata. Se state indagando la resistenza dell'impianto, è la scelta corretta ed economica.
Risolvere le pale (frozen rotor o griglia scorrevole). Necessario se la domanda riguarda il rendimento del ventilatore stesso, il rumore o il carico sulle pale. Si veda la nota sulle macchine rotanti.
Un errore frequente è imporre una portata fissa all'ingresso mentre si indaga la resistenza dell'impianto. Equivale a presupporre che la curva del ventilatore sia infinitamente ripida: la portata non cala quando cresce l'ostruzione, e l'effetto sistema non compare mai. Si veda la nota sulle condizioni al contorno.
La differenza nei ventilatori di estrazione fumi e a getto
Nei ventilatori certificati per l'incendio il punto di funzionamento si sposta perché la densità del mezzo cambia con la temperatura: il fumo a 400 °C è circa la metà denso dell'aria a 20 °C. Lo stesso ventilatore alla stessa velocità trasporta assai meno portata massica. La scelta del ventilatore va fatta per la condizione calda.
Riferimenti
- ANSI/AMCA Standard 210 / ANSI/ASHRAE Standard 51 — Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating. Air Movement and Control Association International / ASHRAE.
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6