Ventilazione - Guida Al Tunnelling

delle pale; come illustra~ Figura 3 si possono disim: guere tre differenti tipi: a) pale radiali diritte; b) pale curve in avanti? ' c) pale curve rovescie. La forma delle pale infi = sce sulla forza esercii sull' aria, cioè sulla qu tità d'energia impari alla stessa sotto forma velocità. La velocità <:

28. Ventilazione l. I VENTILATORI Il ventilatore è quella macchina che provoca un flusso continuo d'aria per azione aerodinamica. I compressori a pistoni e le macchine volumetriche non sono classificate,. di solito, come ventilatori. Si posGottard A/p Transit, impianto sono distinguère tre tipi fondamentali di véntilatori: centrifughi, elicoidali ed assiali; questi ultimi due tipi sono talvolta classificati in un unico gruppo, ma le loro differenze costruttive e di funzionamento sono tali da rendere giustificata una distinzione.

1.1 Ventilatoricentrifughi Un ventilatore centrifugo è costituito da una girante che ruota in una. carcassa a forma di chiocciola, com'è illustrato nella Figura 1. La girante a sua volta è costituita da un certo numero di pale, sistemate sulla sua circonferenza in modo del tutto simile a

Chiamati anche ventilatori a palette, son~ tipo più semplice. Esso ha un certo numl di pale piatte montate su bracci che si ,mano da un mozzo centrale. Queste poste radialmente, dal mozzo verso il do esterno, e talvolta possono essere stremate verso il centro nel senso di loro larghezza. In molti casi questi venti tori risultano ingombranti rispetto alla l. prestazione; il loro rendimento non è. vato e sono progettati in genere per svil! pare modeste pressioni. Una caratteristica notevole di questo ti di ventilatore è data dal fatto che iLm~ riale eventualmente trasportato dall';! non tende ad aderire alle sue pale, le ql per tale ragione sono chiamate autopul ti; ciò costituisce un vantaggio praticc gli impianti in cui sia da aspirare e cm gliare aria polverosa. Gli andamenti cl pressione statica el la potenza all' asse funzione della pOJ d'aria sono rappre tati dalle curve caI'i ristiche della Figlli Si noterà che la pc za massima viene

~d angolo retto rispetto a tale asse, com'è illustrato nella Figura 2. Quando la girante è posta in rotazione, le pale richiamano l'aria per forza centrifuga alla sua periferia e la sospingono nel senso della sua rotazione. L'aria in movimento nella chiocciola viene convogliata verso la bocca di mandata nella misura in cui essa esce dalle pale della girante; contemporaneamente altra aria viene richiamata attraverso la bocca d'aspirazione per rimpiazzare quella già scaricata. Uaria, quindi, entra in direzione assiale, compie un angolo retto attraverso le pale e viene scaricata in senso radiale. La chiocciola ha la funzione di converti-

rianti, secondo la forma e la posizione 598

GUida al'Tunneliing

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1.I.AVentilatori apaleradiali

quello di una ruota idraulica o di un hattello a vapore per navigazione fluviale. La chiocciola presenta una bocca d'aspirazione sull' asse della girante ed una bocca di mandata

re l'elevata pressione dinamica sviluppata all'estremità delle pale in pressione statica. Di questo tipo fondamentale di ventilatore centrifugo esistono diverse va-

l'aria che lascia la gira è proporzionale alla I ghezza dei vettori rapli sentatinellaFigura 3. Il rendimento dei ventilatori è infl zato dal fatto che l'aria convogliata deve compiere un a lo di 90°, e ciò comporta perdite d'energia per urto e, vortici. Inoltre, l'efficienza aerodinamica della carcassa chiocciola come più spesso viene chiam è di solito piuttosto bassa. Secondo il ti] la grandezza, il rendimento di questi "' tilatori è compreso, generalmente, tra il e 1'85%.

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un'altezza radiale contenuta e vengono chiamate anche giranti a pale multiple. Esse sono sistemate tra due anelli laterali e rigidamente connesse ai bracci di un mozzo, come indica la Figura 5, oppure saldate o chiodate ad un disco pieno calettato, tramite un mozzo, sull' albero. La pala curva in avanti ha sull' aria un' effetto paragonabile a quello d'una scopa e, come risulta dalla Figura 3b, la velocità impressa all'aria da questo tipo di ventilatore è più ele-

inclinate in avanti; il.rendimento, però, può essere più elevato. Inoltre, taluni particolari tipi di ventilatori centrifughi a pale rovesce possono sviluppare pressioni molto alte, come nel caso dei ventilatori a tiraggio forzato per

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Questi tre tipi fondamentali e differenti di ventilatori centrifughi vengono, talvolta, modificati allo scopo di migliorarne la resa. Due , ~ profili di pala diversi possono essere combi80' ~ nati in uno: una curvatura in avanti all' entra60 ~ ~ Q. ta o piede di pala, può essere combinta con 40 !'i,.!!2 un'uscita radiale diritta all' estremità della ~ 20 ~ '" stessa; una doppia curvatura delle pale, in e avanti all'entrata ed all'indietro all'uscita, O "'"'" JOO =Q. costituisce un' altra possibilit~ di variare il profilo dei tipi più noti. Alcuni esempi di tali avanti varianti sono illustrati nella Figura 8. Purtrop120 ;, 8 100,g

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599

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I ventilatori elicoidali hanno un campo di applicazione molto vasto, soprattutto quando la resistenza al passaggio dell' aria è limitata. Di regola essi vengono impiegati dove non ci sono condotti (vedi alcuni acceleratori di flusso in sottosuolo) o dove la lunghezza di questi è molto ridotta. Nella maggior parte dei casi essi convogliano aria da un ambiente all'altro attraverso un'apertura praticata in una parete. Prerogativa principale di tali macchine è quella di poter erogare grandi portate d'aria a basso costo d'esercizio e con minima spesa d'installazione. -.".. Di conseguenza il loro impiego è universalmente diffuso per le più disparate applicazioni nella tecnica della ventilazione in genere. Tali ventilatori elicodali spesso sono chiamati aspira tori, perché impiegati per estrarre aria dagli ambienti; tale espressione, usata in senso generico, è però impropria,

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Guida al Tunnelling

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casi il ventilatore essere dota to della puleggia, per In! della quale potrà ~ re azionato da u mando indipenc così come avveru passato quandi pratica corrente nare i ventilatOImezzo di una tra sione centralizza~ ora questa pratJ può considerare tutto sorpassata. L'aria viene a dal ventilatore. dale da tutte le zioni e viene scaricata in se]

assiale, ma oltre a questa direzione

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essere anche, in una certa misura, scaricata in senso Se sul lato della mandata l'aria incontra una certa resi!; essa tenderà a fluire all'indietro attraverso la ventola. risulta dalla Figura lO; di conseguenza tali ventilato sono adatti a convogliare aria contro una rilevante res~ Il loro campo d'applicazione è quello che prevede un: mento d'aria con aspirazione e scarico liberi o, tutlfar con una resistenza non superiore a 15 mm c. d'a.. Per tali applicazioni, questi tipi di ventilatori - in campo d'azione - risultano di pratica ed economica aj zione. L
tenza, salendo notevolmente, può favorire un surriscaldamento del motore che può anche bruciare; come misura di sicurezza si dovrebbe provvedere all'installazione di motori abbondantemente dimensionati. Come regola generale si può assumere~che un ventilatore elicoidale con pale in lamiera FigDra 1"E-Posizione~orretta fornisce la massima portata a dellagira!jte in eseculione ad bocca libera quando il bordo anello perottenere la massima diritto d'uscita (ossia il bordo portéIta di scarico) delle pale è a filo dell' anello di montaggio, com' è illustrato nella Figura 11. Invece, la pressione massima si ottiene facendo sporgere parzialmente le pale dall' apertura, come risulta dalla Figura 12. Questa posizione delle pale consente anche un'uscita con componente centrifuga, riduce le perdite per flusso di ritorno e permette perciò di sviluppare la sua massima pressione. Quindi, conviene sempre lasciare all' estremità delle pale un certo spazio necessario per tale scaricò centrifugo. Quando un ventilatore è montato in un condotto circolare, la migior resa s'otterrà allorché il diametro del condotto sarà almeno del 25% più grande del diametro della ventola e quando lo stesso sarà montato entro una piastra con funzione di diaframma e quando le pale sporgeranno dall'apertura com'è illustrato -~ nella Figura 12.

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1.3 Ventilatori a flusso assiale

Negli ultimi anni si è verificato un rapido incremento nell'uso dei ventilatori a flussoassiale e ciò grazie alloro rendimento, alla loro compattezza e semplicità d'installazione. Questi ventilatori sono costituiti da una o più ventole, con pale a sezione trasversale a profilo alare, rotanti in una carcassa cilindrica. Il flusso dell' aria attraverso il ventilatore è praticamente parallelo all'asse della ventola. Rendimenti totali compresi tra il 70 e 1'80% sono abbastanza comunemente riscontrabili e per i grandi ventilatori costruiti per applicazioni speciali si possono raggiungere rendimenti anche del 90%. L'attraversamento diretto dell' aria permette di inserire il ventilatore in un condotto rettilineo senza bisogno di curve e raccordi. La rete di condotti risulterà, dicon~ seguenza, più semplice di quella dei ventilatori radiali, che comportano sempre l'installazione di .curve a 90°. Inoltre, con il ventilatore assiale non sarà necessario occupare superficie a terra ed infine le sue dimensioni d'ingombro sono decisamente minori, a parità di prestazioni, di quelle di un ventilatore centrifugo. La forma più semplice di ventilatore a flusso assiale è data da una ventola singola montata sull'albero di un motore, come illustra la Figura 14. Questo tipo, in genere, è capace di sviluppare pressioni fino a 60 mm c.d'a. Per pressioni più elevate questa esecuzione base potrà essere modificata in diversi modi, come si dirà più avanti. 1.3.AProfiloalare

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La prestazione dei ventilatori a flusso assiale dipende da uncerto numero di fattori, tra i quali il princip~il tipo delle pale ed il loro profilo. Benché questa considerazione possa non interessare il lettore, si ritiene utile dare una breve spiegazione dei profili aerodinamici od alari. La sezione di una pala aerodinaGuida al Tunnelling

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che non siano provvisti di direttrici. Si sono costruiti ve tori speciali nei quali l' angolcì cidenza, o passo, può essereJ,] ficato anche con il ventilato~ funzione. Nella Figura 17 è' strata la variazione di pressiOi funzione della portata d'aria nita da un ventilatore assial~ co. Dalla stessa si vedrà che angoli d'incidenza relativan stretti, la pressione aumenta samente con il decrescere.

golo d'incidenza o passo. Tutti e tre ,questi fattori influiscono decisamente sulla

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tamente la portata d'aria richEsso si presta particolarmer. essere usato nel caso di venti

mica può assumere svariate forme ma, fondamentalmente, resta simile a quella illustrata nella FiguraJ5, dove si può osservare una rastrematùra che parte dal bordo anteriore, adeguamente arrotondato, e va al sottile bordo d'uscita. La lunghezza della sezione è detta corda, la forma della linea mediana A-A, . tra la superficie superiore e quella inferiore, è la curvatura della pala, e l'angolo tra la sezione trasversale ed il senso di rotazione è detto an-

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prestazione del ventilatore. Lo sviluppo della pressione dipende anche dal. diametro del mozzo: correntemente parlando, ventilatori con mozzi di diametro relativamente grande hanno pressioni più alte che quelli con mozzo più piccolo, a pari velocità periferica; va notato, però, che ciò si accompagna ad una certa riduzione di

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portata, mentre, per angoli giori, la caratteristica del veJ tore presenta un punto in cui si verifica più l'incremento di pressione necessario erogare la portata d'aria voluta. Questo appare evi{ dalla brusca caduta della curva. Il punto in avviene è comunemente noto come «punto. lo». Di solito non conviene usare ventilaton grandi angoli d'incidenza per portate quella corrispondente al punto di stalla. rogativa di questo tipo di ventilatore potenza massima assorbita dalla ventola tra la zona normale di funzionamento

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portata. A parità di prestazioni, anche il costo tende ad essere

sente di poter definire tale curva caratteri: curva a regime di potenza non sovraccaricaI;

maggiore nel caso di mozzi. più grandi. Per uguali diametri di'mozzo e d'estremità

1.3.8

delle pale e per uguale velocità, lo sviluppo di pressione dipende dalla superficie totale delle pale; il limite massimo a ciò è stabilito dalla reciproca interfei'enza delle pale che verranno a sovrapporsi. Il numero delle pale non è importante: un numero esiguo di pale larghe equivale ad un numero elevato di pale strette, aventi la stessa corda totale e la stessa area. La portata dipende dall' angolo d'inci~ denza: variando gli angoli d'incidenza, si può ottenere una certa gamma di portate per un dato diametro di ventola ed una data velocità di rotazione. Nella Figura 16 è illustrata una perfezionata soluzione costruttiva che permette d'ottenere un'estesa varietà di portate, modificando l'angolo d'incidenza. Questo dispositivo consente di disporre le pale secondo l'angolo necessario per dare esat602

Guida al Tunnelling

Giocoall'estremità dellepale

Per ottenere il massimo sviluppo di pressione ventilatori a flusso assiale è necessario che il gioco tra le e la carcassa sia il più ridotto possibile. Di solito, esso 1 dallo 0,1 allo 0,4% del diametro della ventola, secolll modalità costrl!.1 adottate; infatti, iL~' limite di questo gi< quello jmposto dal getto meccanico e i relative tolleranze ,"bricazione. Se si p tasse il caso di mo una ventola in un dotto già esistente quale non sia più m nuto il gioco previs. sviluppo di pressior trebbe risultare noi mente comprome~ L'effetto massimo ( sto inconveniente senta quando il~vj tore è chiamato a g, pare la massima pr' ne, mentre tale et sarà irrilevante nel i'

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pressione od a bocca ~era. Possono preseniafsi dei casi, tuttavia, ilei quali è necessario che le ventole ruotino t:on un gioco considerevole all'estremità delle loro pale. In tali evenienze lo stallo si verificherà ad una pressione più bassa e bisognerà porre attenzione nello scegliere il ventilatore più adatto, perché esso, all'atto pratico, non si trovi a funzionare in condizioni di stallo.

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fatto e da impartire all'aria l'energia necessaria e quindi scaricarla con la-minima rotazione.

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La sola perdita d'energia che potrà verificarsi in questo processo 'Sarà quella dovuta ad imperfezioni di progetto e di .. ' fabbricazione del ventilatore stesso. Con y l'adozione di tali alette raddrizzatrici o .. ~ 40 12 preraddrizzatrici di filetti, lo sviluppo Cb 30 o.. di pressione potrà essere incrementato 2 o dal 20 al 60% (Figura 19). Figura 18 - Effetto del gioco periferico della giréJ.nte salla preggiooo Un'ulteriore possibilità di realizzare La Figura 18 mostra l'efsviluppata da un ventilatore assiale . fetto che il gioco alpressioni più elevate è offerta dall'im,. piego di più ventole, ossia di un ventilatore pluristadio. Uno l'estremità delle pale ha sullo sviluppo della pressione più alta di un ventilatore a profilo alare monostadio, avente un dei vantaggi precipui del ventilatore a flussoassiale è quello angolo di incidenza di 210. di consentire la formazione di gruppi a più stadi. In un ventilatore con alette raddrizzatrici si è detto che queste, unitamente alla vento la, devono essere progettate in modo 1.3.( Sviluppodi pressionielevate da eliminare la rotazione dell' aria ed ottenere il massimo Se l'aria entra in una ventola senza possedere alcun movisviluppo possibile di pressione con aria che entra ed esce in mento rotatorio, la reazione alla forza determinata dal movisenso assiale; orbene, se vengono uniti due o più ventilatori mento delle pale metterà inevitabilmente l'aria in rotazione di questo tipo, ognuno di essi contribuirà allo sviluppo della quando questa uscirà dalla ventola. Questa rotazione avviepressione totale che ci si prefigge di raggiungere. Se, però, ne nello stesso senso si accoppiassero due ventilatori identici senza della vento la; infatti alette raddrizzatrici, si noterebbe che l'aria in l'aria si muove come se uscita dal primo stadio avrebbe un movimento seguisse una filettaturotatorio considerevole, cosa questa che ridurra a passo lungo, il cui rebbe drasticamente la prestazione ottenibile dal asse coincide con quelsecondo stadio, ciò anche se la seconda ventola lo dell' albero. Sel'aria, fosse studiata in modo da adattarsi a talemoviprima di entrare nella mento rotatorio, ed in definitivanonsi otterrebbe ventola, è già in rotala prestazione nominale. Infatti, anziché raddopzione nel senso della piare approssimativamente la stessa o nel senso contrario, la rotazione Figura 20 pressione sviluppata da 'Ventilatore-assiale all'uscita sarà rispettivamente accresciuta un'unità, due ventilatori di a doppio stadio o diminuita. Il movimento rotatorio possequesto tipo riuscirebbero a con giranti controrotantff' duto dall'aria costituisce una parte delprodurre un incremento intorno al 50% soltanto, l'energia che le è stata impartita; ciò vale a dire che parte dell' energia disponibile per Per evitare questo inconveniente senza ricorrere all' uso sviluppare pressione risulta assorbita da tale movimento. Se si lascia che la corrente di alette raddrizzatrici, la d'aria riprenda il suo cammino rettilineo, seconda ventola doyrà ruquesta energia di rotazione andrà in gran otare nella direzi~e oppoparte perduta ed in definitiva si avrà una sta a quella della prima, con il risultato di eliminare, anperdita di pressione. Per far sì che il ventiziché 'd'aumentare, la rotalatore riesca a sviluppare la pressione massima di cui è capace, sarà indispensabile zioneprovocata dalla ventola eliminare la rotazione dell' aria con la minor perdita d'enerdel primo stadio. Questa seconda unità è il cosiddetto ventilatore controrotante. Va notato inoltre che la ventola del gia possibile. Ciò si può ottenere ricorrendo alla sistemazione di alette che aiutino l'aria in uscita dalla ventolaa secondo stadio non soltanto corregge la rotazione dovuta raddrizzarsi; tali alette, chiamate raddrizzatrici «a valle», alla prima, ma gode del vantaggio di ricevere aria già in potranno incrementare lo sviluppo di pressione di una rotazione, v-antaggio ottenibile altrimenti solo con un ,~ = o.. .!!! 60 "ij; ,'t:> .. Cb 50 'O; .2

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~

-

Guida al Tunnelling

603

predistributore. La pressione sviluppata da un gruppo simile sarà dell'ordine di 3 volte quella sviluppata da un ventilatore analogo a semplice stadio senza alette raddrizzatrici e di circa due volte quella sviluppata da una razionale unità provvista di alette raddrizzatrici. Tale principio è sfruttato in pratica dai ventilatori controrotanti a profilo alare illustrati nella Figura 20. Tale applicazione non è limitata all'uso di due soli stadi; si possono infatti realizzare in modo semplice, pratico e conveniente gruppi a controrotazione, accoppiando unità ad unità, allo scopo di realizzare pressioni assai elevate. La condizione essenziale per la formazione degli stadi è che ogni unità riceva e scarichi l'aria in senso assiale, così che siano mantenute per ogni gruppo le stesse condizioni di funzionamento. Le 'unità con ventilatori controrotanti sono particolarmente adatte alla formazione di tali stadi, poiché rispondono al requisito già detto; pur con alcune limitazioni se ne possono collegare in serie un numero qualsiasi, sia adiacenti l'una all' altra sia poste ad una certa distanza lungo il condotto di convogliamento dell'aria. Fino a pressioni totali di circa 500 mm c. d'a. si può dire che lo sviluppo totale di pressione dato dalla combinazione sarà la somma delle pressioni totali ottenibili dalle singole unità. Poiché la corrente d'aria passa successivamente attraverso ciascuna unità, la pressione dinamica necessaria per la propulsione dell' aria si può considerare fornita soltanto dalla prima unità e, dunque, la pressione statica ottenuta dall'insieme sarà data dalla pressione statica del primo gruppo più la somma delle pressioni totali sviluppate dalle unità successive. -

Tale affermazione si basa sull'ipotesi che l'aria esca dal primo gruppo in senso assiale per ogni regime di portata d'aria. Di fatto,ciò si verifica solo per una data portata, ma la pratica metterà in evidenza soltanto piccole deviaziòni rispetto a quanto affermato. Per pressioni totali oltre i 500 mm c.d'a. si dovrà tener conto della comprir.nibilità dell'aria, introducendo le necessarie correzioni pertinenti lo sviluppo di pressione e l'assorbimento di potenza. Inoltre, può costituire un problema serio il riscaldamento dell'aria, non solo per le opportune correzioni della pressione e della potenza ma, soprattutto, per la necessità di dover raffreddare i motori dei ventilatori, fatto questo esclusivamente dipendente dall' aria che li lambisce. Un'indicazione circa l'aumento di temperatura dovuto alla compressione dell' aria si può ricavare con la seguente formula approssimata: Aumento

della t. (°C)

0,82 x pressione -

totale del ventilatore

rendimento totale del ventilatore

Una compressione eccessiva potrà quindi provocare un indesiderato aumento della temperatura dell'aria. Un'indicazione approssimata della sopraelevazione di temperatura si potrà ottenere sviluppando la seguente formula: Aumento della t. (°C) 604

100

3.000 P (kW)

=

Guida al,Tunneliing

Q (m3/h)

x

h (%)

oppure: Aumento della t. (°C)

3.000 P' (kW) -

Q (m3/h)

dove: P P'

11 Q

= = = =

potenza motore (kW) potenza assorbita dal motore rendimento d~l motore (%) portata aria (m3jh).

(kW)

Si sono studiati diversi metodi per azionare le due-v1 di un gruppo controrotante, ma senza dubbio il piÙ5 ce e conveniente è quello dato dall'impiego di un ] elettrico separato per ciascuna ventola. Tale metodo non soltanto dimezza la possibilità di un sto totale, ma consente di poter regolare abbastanza;i cemente la portata, fermando il motore di uno dei dUI È preferibile, ovviamente, utilizzare motori ident comporterà una scelta accurata degli angoli d'in(delle due ventole poiché, in genere, se le vento] studiate in modo tale da ottenere la prestazione o dall'unità, si troverà che il secondo stadio assorbe ~ tenza del primo. Uno dei numerosi vantaggi dei gruppi controrotanfi filo alare sta nel fatto che lo sviluppo della massima RJ ne è disgiunto da un incremento proporzionale del sonoro. Tale unità fornirà la portata e la pressione con i soli due terzi della velocità periferica neces~ caso di un ventilatore monostadio senza alette raddl" da ciò la considerazione fatta circa la relativa sil del complesso. Per la stessa ragione, tali gruppi risultano convenii che nei casi in cui, con pressioni moderate, si voglia« una marcia silenziosa. Infine, con tali unità non si VE ranno gli inconvenienti dovuti alla vicinanza deU raddrizzatrici alle pale di una v.entola con passo otL d'incidenza elevato e ciò perché le singole ventole P' essere sufficientemente distanziate per evitare ogni renza.

1.4 Prestazionideiventilatori I ventilatori vengono scelti per fornire una certa d'aria in funzione d'una determinata pressione e prestazione deve essere definita da questi due fai che se progettato in modo tale da realizzare una pn ottimale, in determinate condizioni, un ventila1 funzionare in modo del tutto soddisfacente {n c( denza di un' ampia gamma di pressioni e di portatI prestazioni saranno definite più compiutamente di una tabella o di un diagramma pressione ,p rapporto tra queste due entità costituisce la cUrva stica del ventilato!e. La Figura 21 illustra:iina Cl pressione portata di un ventilatore a profilo alare di diametro con angolazione pale 24°, funzion velocità di 1.140 giri/min; completano il diagram niscono ogni particolarità della macchina, la Cl potenza e la curva 'del-rendimento totale. La curva del rendimento è tracciata sulla base deUa ne totale del ventilatore, poiché questa dà la ~ lavoro totale compiuto sull' aria. La relazione tra

?ressione, potenza e rendimento viene espressa come indiGito qui di seguito, usando i seguenti simboli:

certe leggi, che possono essere enunciate brevemente come segue.

Q = portata d'aria nell'unità di tempo Pr = pressione totale del ventilatore

Per uguale diametro di girante: 1. la portata d'aria varia direttamente in funzione della velocità di rotazione; 2. la pressione sviluppata varia con il quadrato della velocità di rotazione; 3. la potenza assorbita varia con il cubo della velocità di rotaziOlle.

Ps = pressione

statica

(m3/h) (mm HP) (mm HP) (kW)

del ventilatore

p = potenza assorbita dal ventilatore -=ls=rendimento statico del ventilatore ~h = rendimento totale del ventilatore Potenza assorbita

P(kW) =

dal ventilatore:

Q(m3/h)

. PT(mm HP)

370.000

=

Q(m3/h)

. 11T

. P s(mm HP)

370.000

. 11s

Per uguale velocità di rotazione: 4. la portata d'aria varia con il cubo del diametro della ventola; 5. la pressione sviluppata varia con il quadrato del diame~ tro della ventola;

6. la potenza assorbita varia con la quinta potenza del diaDa cui deriva, a pari portata

d'aria, la relazione

seguente:

~=~ 11T

I

\\

-

vntilatoe assiae'24:'..600 mm di diamo - 1440 giri/min.

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Figura 21

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' 12000 (ni' /h)

caraffe,ristica pressione

50%

Esempio A

Un ventilatore a profilo alare monostadio da 960 mm di diametro, con una portata d'aria di 12.000 m3/h alla velocità di 470 giri! min, una pressione statica di 6 mm c. d'a. e con un assorbimento di potenza di 0,32 kW, viene regolato al 70% della sua velocità. Quali saranno la portata, la pressione e la potenza, supponendo che il ventilatore lavori sul medesimo punto della curva caratteristica?

40%

~O%

Secondo la legge l. la portata d'aria varia proporzionalmente alla velocità di rotazione, quindi la nuova portata sarà:

20%

\ ;

i80%

",n.1ì 70%

\

",,/

Scopo principale di queste leggi è quello di poter calcolare le prestazioni di un ventilatore, quando siano note quelle di un ventilatore simile, come nell'esempio seguente.

105 I

\ \\1\

i

"

;

Di conseguenza, per una variazione simultanea di velocità e di diametro della ventola: 7. la portata d'aria varia secondo il prodotto: (velocità di rotazione) x (diametro della ventola)3 ; 8. la pressione sviluppata varia secondo il prodotto: (velocità di rotazione)2 x (diametro della ventola )2; 9. la potenza assorbita varia secondo il prodotto: (velocità di rotazione)3 x (diametro alla ventola)5.

PT

"o

;;--:::-

5

0,7 x 470

Q = o

16QOO "

x 12.000 = 8.400 m3/h

470

10%

\

Secondo la legge 2. la pressione sviluppata varia secondo il quadrato della velocità di rotazione e la nuova pressione

~

sarà: -'"portata d;JJn ;;;

il

metro della ventola.

veotilat5re

1.5 Leggideiventilatori Di solito sono costruiti in serie di dimensioni e velocità differenti e se, in una data serie, ciascuno di essi è identico agli altri, tranne che per le dimensioni, si dice che i ventilatori sono geometricamente simili. La prestazione relativa di questi ventilatori, quando funzionano nello stesso punto della curva caratteristica pressione portata, è governata da

_ 0,7X470 Ps -

(

470

2

-

) x 6 - 2,~4 mm HP

Secondo la legge 3. la potenza assorbita varia con il cubo della velocità di rotazione, per cui la nuova potenza sarà: P=

0,7 x 470

(

470

)

3x

0,32 = 0,11 kW

Poiché per il medesimo ventilatore la portata d'aria varia proporzionalmente alla velocità e la pressione con il quaGuida al Tunnelling

605

v

Il

!É Il:1

I1II

drato di tale velocità, ne consegue che la pressione va.r;ierà con il quadrato della portata. Anche la resistenza di una rete di condotti varia con il

densità; l2.la potenza assorbita varia proporzionalmente

quadrato della portata: di conseguenza, il ventilatore seguirà le stesse leggi del suo circuito. Ciò significa che, quando c'è qualche dispositivo per regolare la velocità del ventilatore, la portata del circuito sarà proporzionale alla velocità dello stesso ventilatore. Questo si verifica perché, sia la resistenza della rete che le pressioni (statica e totale) del ventilatore variano con il quadrato della sua velocità ed il ventilatore si troverà a funzionare sempre sul medesimo punto della sua curva caratteristica pressione portata.

Esempio C Quale sarà la portata di un ventilatore come queL~ l'esempio B quando la densità dell'aria sarà di 1 kgh la portata nominale è riferita alla densità 1,2 kg/m3? Per la legge lO. la portata d'aria resterà invariata.. 12.000 m3/h. Per la legge 11, la nuova pressione sta'ventilatore sarà:

Esempio B Un ventilatore, monostadio a profilo alare con ventola da 960mm di diametro, funzionante alla velocità di 470 giri/ min, fornisce una portata d'aria di 12.000 m3/h ad una rete di condotti che oppone al passaggio di tale portata una resistenza di 6mm c. d'a., assorbe una potenza di 0,32 kW. Se il ventilatore viene regolato all'80% di questa velocità, quali saranno i nuovi valori di portata, pressione e potenza? Per la legge 1. la portata varia proporzionalmente alla velocità di rotazione e la nuova portata sarà:

Per la legge 12, la nuova potenza

Q = 0,80 x 470 12.000 m3/h = 9.600 m3/11

470

.

Per la legge 2. la pressione sviluppata varia con il quadrato della velocità di rotazione, cioé come la resistenza del circuito, e la nuova pressione sarà: Q

alla'

1 .6=5mmHO 122 , assorbita

sarà:

1 .0,32 = 0,26 kW 1,2 Le variazioni di densità possono essere dovute a c menti di pressione, temperatura e composizione i: trattato. La cosa più semplice da farsi in questi casi è;, lare la resistenza del circuito e scegliere il ventilatore:nendo che la densità dell' aria sia quella normale; aJ portata d'aria resterà quella calcolata, indipendentE dalla densità, e la potenza assorbita varierà propor, mente alla densità stessa. Ma, di solito, non c'è bisc considerare tali variazioni, se queste avvengono, comuni limiti di variazione delle condizioni atmosf€ Si possono considerare a tal fine i seguenti dizioni atmosferiche normali»:

limiti alle

x 470 = 0,80470 2.6 = 3,84mm HP

(

)

Per legge 3. la potenza assorbita varia con il cubo della velocità di rotazione e la nuova potenza sarà: P

= 0,8 x 470 3. 0,32 = 0,16 kW

(

470

)

1.S.8 Influenza della densità del/'ariasulle prestazioni dei ventilatori

Le Tabelle ed i diagrammi delle prestazioni dei ventilatori presuppongono che l'aria abbia una densità normale (la densità in questa trattazione è considerata corrispondente a 1,2 kg/m3) per aria secca e ad una pressione barometrica di 760 mm Hg, cioè al livello del mare. Quando la densità dell' aria cambia, ne risulta una variazione proporzionale della pressione (statica o totale) sviluppata e della potenza assorbita del ventilatore, a pari portata d'aria. Poiché anche la resistenza del circuito varia, a pari portata, in proporzione alla densità, ne consegue che il ventilatore, in un dato impianto, lavora sempre sullo stesso punto della curva caratteristica e fornisce una portata d'aria costante ad una velocità costante, quale che sia la densità. Le leggi dei ventilatori lelative alla densità, a velocità costante del ventilatore, sono perciò: lO. la portata d'aria non varia al cambiare della densità; H.la pressione sviluppata varia proporzionalmente alla 606

Guida al Tunnelling

L'aria satura è più leggera di quella secca, ma la diffe è soltanto del2% a 15°C e de14,3% a50°C; perciò tuttiiv d'umidità, fino alla saturazione, sono normalmente m rati. Allorchè si debbano correggere i risultati delle' per riferirsi alle condizioni normali, od allorché si ope] fuori dei limiti di pressione e temperatura, è nece: calcolare la variaziope di densità ed applicare qUÌJ leggi lO, Il e 12 perché la prestazione del ventilatore] debitamente corretta. La densità dell'aria (o di qm gas) è inversamente proporzionale alla temperatura as5 ta. La temperatura assoluta si trova sommando 273 temperatura dell'aria misurata in gradi centigradi. Infatti, la temperatura normale dell'aria di 20°C corri$] de ad una temperatura assoluta di 273 + 20 = 293 °K. Per contro, la densità è direttamente ,proporzionale a..~ pressione barometrica in mm', Hg.

Esempio D Qual è la densità dell' aria con temperatura di 30°C e pr~ ne barometriCa di 750 mm Hg?

o~

f Il «atmosfera normale» con riferimento ad una pressione di 760 mm al livello del mare corrispondente alle diverse altitudini.

.-

.

"

La Tabella a lato fornisce i valori di queste pressioni normali alle diverse quote partendo, come s'è detto, da una pressione di 760 mm al livello del mare. Nella tabella sono indicate anche le pressioni per altitudini notevolmente inferiori al livello del mare; èsse sono importanti soprattutto per i ventilatori da miniera, dove la densità atmosferica aumenta proprio come se ci trovasse all' aperto e sotto il livello del mare. La tabella riporta inoltre i valori delle densità relative a tre differenti temperature: densità

relativa

=

densità

it

':1

reale

1,2 Si noti che la pressione e potenza assorbita dal ventilatÒre possono essere corrette con riferimento alle condizioni n"ormali dell'aria, per altitudine di funzionamento, 'semplicemente moltiplicando i valori per la densità relativa.

1.6Riepilogo delleleggidei ventilatori oSicorregga dapprima la densità normale a 20°C per la temperatura e si avrà:

dell' aria 1,2 kg/ m3

273 + 20 273 +30

alla temperatura

La portata varia in proporzione: - diretta con la velocità di rotazione - cubica del diametro della ventola La portata dell' aria

x 1,2 = 1,16 kg/m3

di 30°C ed alla pressione

barometrica

di

760 mm Hg. Quindi si corregga per la nuova pressione 750 mm la densità trovata e si avrà:

barometrica

di

760 x 1,16 = 1,145 kg/m3

-

Per valutare l'influenza di questa variazione di densità sulla prestazione del ventilatore, ci si potrà riferire all' esempio precedente. Queste regole possono essere combinate, se lo si desidera, con le leggi dei ventilatori nel seguente modo: 13. la pressione sviluppata è direttamente proporzionale alla pressione barometrica; 14. la pressione sviluppata è inversamente proporzionale alla temperatura assoluta; 15. la potenza assorbita è direttamente proporzionale alla pressione barometrica; 16. la potenza assorbita è inversamente proporzionale alla temperatura assoluta.

\

Come si sa, la pressione barometrica dell' atmosfera diminuisce all'aumentare dell'altitudine sul livello del mare ed in tal caso non c'è differenza tra un' altitudine raggiunta volando al di sopra della superficie terrestre con un aereo o salendo su una montagna o stando su un altopiano alla stessa quota sul livello del mare. Qualunque sia l'altitudine, si può riscontrare da un giorno all' altro un' escursione della pressione barometrica tra 25e 50 mm Hg di quella normale ma, per maggiore comodità, in aeronautica si è definita una

Legge L Legge 4.

I", o

:i~oJ

della densità

"

Legge 10.

fJ IH :,. .

~ I ~

Quindi, la portata d'aria varia con il prodotto:

. ;

(velocità di rotazione) x (diametro della ventola)3 La pressione sviluppata varia in proporzione: - quadrata della velocità di rotazione - quadrata del diametro della ventola - diretta con la densità dell' aria

750

1.5.(Variazione delladensitàdell'ariaconl'altitudine

non varia al cambiare

o"

Quindi,

~

Legge 2. Legge.5. Legge 11.

n; = 3

la pressione sviluppata varia con il prodotto:

~

(velocità di rotaz.)2 x (diam. della ventola)2 x densità dell' aria ossia con il prodotto: preso barometrica (velocità di rotaz.)Z x (diam. della ventola)2 x tempo asso l uta

~;

La potenza assorbita varia in proporzione: - cubica della velocità di rotazione

I

.

I ~ , ~

Legge 3, - alla quinta potenza del diametro della ventola Legge 6. - diretta con la densi tà dell' aria Legge 12. .

~ ~ ~

~

Quindi,

la potenza assoluta assorbita

varia con il prodotto:

"~

...

"" ...

(velocità di rotaz.)2 x (diam. della ventola)5 x densità

~ ]" "!

aria

ossia il prodotto:

. preso barometrica (velocità di rota;.;;.)3x (diam. della ventola)5 x tempo asso l uta

1.1 Confrontoe sceltadei'ventilatori Per confrontare e scegliere i ventilatori ci si può servire delle loro leggi, nel senso che le prestazioni di un ventilatore (3uida al Tunnelling

607

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illustrano

le caratteristiche

di un ventilatore

assiale

a

profilo alare; si tratta di un ventilatore da 610 mm di diametro rotante a 1.440 giri/min, dove le caratteristiche sono indicate in funzione delle portate, delle pressioni e delle potenze.

1.8 Reversibilitàdei ventilatori In molti impianti di ventilazione e di circolazione dell'aria può rendersi opportuno, in certi momenti, invertire la direzione del flusso dell'aria. Talvolta, ciò viene fatto come misura di emergenza; in altri casi previene il ristagno dell'aria, per esempio in aspirazione al fronte dopo una volata. Nel caso di ventilatori centrifughi l'inversione del flusso comporta l'installazione di una complicata rete di condotti che consenta, per mezzo d'opportune serrande, di ottenere la voluta inversione d'aria.


Non ci sono altre possibilità d'inV)' ~ versione per un ventilatore cenc.. trifugo poiché questo è di principio una macchina irreversibile. I ventilatori elicoidali e quelli assiali, invece, sono macchine sostanzialmente reversibili, anche se taluni di essi, secondo il tipo, risultano più efficaci di altri. L'inversione del flusso d'aria si ottiene semplicemente invertendo il senso di rotazione e, nel caso di ventilatori azionati da motori elettrici, l'operazione può essere effettuata con un semplice commutatore. Questo metodo può essere applicato a ventilatori mano stadio senza alette raddrizzatrici e ad unità controrotanti, mentre i ventilatori con alette raddrizzatrici non si prestano, di solito, all'inversione di flusso. Con i tipi comuni di ventilatori assiali la portata d'aria è minore quando questi ruotano nella direzione inversa; in effetti di solito essa è pari al 70 -75% della portata normale, nel caso di ventilatori elicoidali mano stadio, ed al 65 - 70% nel caso di unità controrotanti, sempre che si operi sulla stessa rete di condotti. Quando è necessario avere un' eguale portata d'aria in entrambe le direzioni, si possono costruire ventilatori speciali e totalmente reversibili. "Le pale con profilo aerodinamico delle ventole di tali ve~tilatori dispongono di sezioni disposte alternativamente in direzioni opposte una all'altra. In questo modo, qualunque sia il senso di rotazione della ventola, le condizioni di resa sono le stesse in entrambe le direzioni. È ovvio ed inevitabile che si verifichi, in questo caso, una certa riduzione nella prestazione, a paragone con quella realizzata da un ventilatore normale, ma tale riduzione è ben contenuta. Per esempio, paragonando un ventilatore normale a pale alari con un altro delle stesse dimensioni e velocità, ma totalmente reversibile, si riscontrerà una riduzione di portata d'aria pari all'85% e di pressione pari al 70%. Il rendimento totale di questo ventilatore è abbastanza alto, essendo circa del60 - 65%, se paragonato a quello di un ventilatore normale corrispondente che è del 70 - 78%.

1.9 Funzionamento dei ventilatori in parallelo Ventilatori identici possono funzionare in parallelo abbastanza soddisfacentemente e due di essi forniranno una portata d'aria doppia, a parità di pressione, di quella data da una singola unità. Anche ventilatori non identici possono funzionare in parallelo, ma bisogna porre attenzione nello scegliere il punto di lavoro sulla caratteristica risultante, anche se, in questo caso, è improbabile che entrambi i ventilatori si trovino a funzionare contemporaneamente nel punto di massimo rendimento. Se, come nel caso di un ventilatore a flusso assiale a grande angolo d'incidenza delle pale, si pone attenzione al punto di stalla della curva caratteristica in corrispondenza di una pressione elevata, si noterà che anche l'unità combinata presenterà un analogo andamen~ to. Di conseguenza, maggior attenzione dovrà essere prestata nella scelta di ventilatori che dovran-

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no funzionare in parallelo per evitare decisamente la possibilità di funzionamento al punto di stallo. Il pericolo è probabilmente maggiore quando si vuole .

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Guida al Tunnelling

609

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aggiungere un altro ventilatore a quelli di un impianto esistente, nel qual caso, come illustra la Figura 24 , da un impianto iniziale C soddisfacente si potrà passare, sulla curva caratteristica combinata, ad un punto D del tutto inaccettabile. Va notato poi che due ventilatori funzionanti sullo stesso circuito non danno una portata d'aria doppia di quella che uno di essi darebbe funzionando da solo, perché la resistenza del circuito, aumentando con il quadrato della portata d'aria, farà sì che i ventilatori si uniscano per dare un valore corrispondente inferiore al doppio. L'in-

nell'impianto; in altri termini si pui! dire che, modificando la resistenZa del circuito con un dispositivo di posizioni strozzamento, si ottiene la portal2 della s.erranCia voluta agendo semplicemente sul1io curva caratteristica del ventilato~ = come appare dalla Figura 26. Di co~ - .. ~-. .~q seguenza, la potenza richiesta all'as"f~"..!..çyY j; se varia secondo l'andamento della ! "' s-:,..v/ ~ '" Ò0 curva di potenza del ventilatore. QUt;o ,. {Y/ '05 sto metodo è soddisfacente se appli~ 0~J @ 'm ..g~/ cato a ventilatori radiali, ma non e.. l Q. ~ / raccomandabile per quelli assiali, che ; / /' /" presentano il noto punto di stallo e ~~,/ ,../" che dovrebbero essere scelti per svi,/-:: rel="nofollow">~ <1 luppare una pressione molto più alta ~3 !;; Rodata alle-posizioriiff; di quella necessaria. ~ ~ .. Va notato poi che, per ventilatori as.§;; cremento di portata d'aria per Figura26 - Rèf!olazione conserranda siali con motori direttamente accop.ogni ventilatore aggiunto dimipiati, un eccessivo strozzamento ponuirà all' aumentare del numero di ventilatori funzionanti trebbe causare un surriscaldamento del motore per mancanza d'aria. in parallelo. Con tale sistemazione sarà possibile regolare abbastanza facilmente la portata d'aria fermando una o più macchine, ma generalmente sarà necessario predisporre 1.10.8Regolazione in by-pass dispositivi che prevengano flussi d'aria di ritorno ed evitino corto circuiti attraverso i ventilatori fermi. Di solito si ricorNella maggior parte dei ventilatori a flusso assiale la rè alla sistemazione in parallelo quando la mancanza di regolazione della portata in derivazione (by-pass) risulta più economica di quella ottenuta mediante una serranda.e spazio non permette l'installazione di un unico grande mantiene inalterata la quantità d'aria che lambisce e rafventilatore. Inoltre si può impiegare, talvolta, un certo nufredda il motore posto nel condotto prevenendo l'inconvemero di piccoli ventilatori con un costo d'impianto minore niente già detto. di quello che avrebbe comportato una grande unità capace Tutto ciò che occorre per una regolazione in derivazione ~ della stessa prestazione complessiva. Con tale sistemazione dato da un semplice dispoin parallelo il rischio di un arresto

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parte dell' aria principale<>r in certi casi, che consenta di farne uso per fini secondari. Quando il dispositivo di derivazione è aperfu~ la resistenza del circuito diminuisce ed il ventilatore

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J.' ORegolazionedellaportata dei ventilatori In molti impianti di ventilazione ri,-'I .!!. v --, sulterà opportuno poterne regolare portata = la portata d'aria; ciò si può ottenere con molti e noti sistemi, ma alcuni di questi risulteranno più convenienti di altri. Dal punto di vista del consumo di potenza, il metodo ideale consiste nel vàriare la velocità del ventilatore, sebbene in pratica anche questo sistema comporti una certa perdita di potenza. La Figura 26 (pagina precedente) dà un'idea relativa ai vantaggi dei vari tipi di regolazione della portata, di cui si tratterà, paragonandoli al consumo di potenza del metodo ideale ottenuto per regolazione della velocità.

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eroga una maggiore porta-

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ta d'aria; agendo su tale

dispositivo si otterrà la giusta distribuzione tra circuito principale e derivazIone. Pi~ sarà aperta la serranda, più aria sarà derivata e, nella maggior parte dei casi, la potenza consumata dal ventilato~ assiale tenderà a diminuire. La Figura 27 illustra il principio su cui si fonda questo metodo di regolazione della portata. pdrtiila

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1.10.( Regolazione di portataconvariantedellavelocità 1.10.ARegolazione conserrandadi taratura Questo metodo viene spesso utilizzato poiché molto semplicemente provvede allo strozzamento della corrente d'aria 610

Guida al Tunnelling

Questo metodo di regolazione della portata è quello ideak poiché la portata diminuisce in proporzione diretta, la pressione con il quadrato e la potenza consumata con il cubo -

della velocità. L'economicità

di

quindi con diametro variabile per cinghie trapezoidali, che permettono una variazione continua, seppur limitata, della velocità. Si può ottenere invece una variazione a scatti usando pulegge a gradini. In tal caso la regolazione della portata potrà essere mantenuta a lungo od indefinitivamente, come nel caso d'ampliamento d'una rete di condotti, montando pulegge motrici più grandi, semprecché la potenza disponibile sia sufficiente.

questo tipo di regolazione è ovvia, ma non è facile poter disporre di un metodo relativamente poco costoso che non comporti un'eccessiva perdita di potenza. Imetodi di regolazione di velocità possono essere classificati in due categorie principali: meccanici ed elettrici. Metodimeccanici

Giunti idraulici.

Ventilatore ad alta prestazione (50-110 m3/s, 2.500-6.000 me/h) con motorizzazìone e regolazìone meccanica esterna

Sono essenzialmente di due tipi; il più conosciuto forse è il giunto fluido dinamico o giunto a scorrimento, che generalmente è costituito da due giranti, una funzionante come pompa e 1'altra come motore, e da un dispositivo per regolare il flusso del fluido alla parte motrice con il risultato, quindi, di poter variare la velocità. L'altro tipo di giunto è quello volumetrico. Anche in questo caso è presente una pompa ed un corrispondente motore, ma questa volta invece d'essere del tipo centrifugo, le pompe sono del tipo volumetrico. La regolazione della velocità si "' ottiene modificando le portate della pompa e ciò, generalmente, è ottenuto variando la corsa dei pistoni nella pompa. Entrambi i tipi di giunti funzionano con un buon rendimento; la sola differenza tra loro è che il tipo volumetrico consente la trasmissione di una coppia motrice più alta alle basse velocità rispetto al tipo a scorrimento. Tuttavia ciò non ha molta importanza nel caso dei ventilatori, perché la coppia di un ventilatore diminuisce rapidamente con il quadrato della velocità. Questi giunti, però, sono piuttosto ingombranti ed altrettanto costosi. Scatole a variazione di velocità. Possono essere del tipo ad ingranaggi o del tipo a frizione. Il tipo ad ingranaggi consente una variazione a gradini della velocità mentre il tipo a frizione consente una variazione continua della stessa. Si tenga inoltre presente che con il primo ci sarà la tendenza ad aumentare la rumorosità del funzionamento mentre con il secondo si avranno ingombro e spesa superiori. Comandi a cinghie. . Esistono pulegge espansibili e

Metodielettrici

Motori a corrente continua con resistenze in serie. La regolazione di veloCità si ottiene riducendo l'intensità del campo magnetico del motore, provocando così un aumento della velocità rispetto a quella ottenuta con l'intensità nominale. La riduzione dell'intensità di campo si ottiene inserendo una resistenza nel circuito induttore, mentre I:indotto resterà alimentato a piena tensione. La Figura 28 mostra la variazione della coppia motore in funzione della velocità e della posizione di regolazione, la velocità finale si troverà all'intersezione della linea di carico del ventilatore con le curve della coppia motore. La carcassa di un motore, costruito per essere regolato mediante shunt, è generalmente più grande di quella di un motore avente la stessa massima velocità.e potenza. Motori a corrente continua con eccitazione In serze. La regolazione della velocità si ottiene riducendo sia !'intensità del campo magnetico che la corrente dell'indo~to, provocando così una diminuzione della velocità del motore. Ciò si realizza con una resistenza di regolazione posta in serie all' alimen tazione ed al motore. Questo procedimento è molto buono per i motori più piccoli (potenza fino a 1 kW), ma non è altrettanto economico per motori dipotenza superiore, perché le perdite elettriche sono maggiori che nel caso dei motori regolati in derivazione. Nella Figura 29 sono rappresenta~ te le curve caratteristiche coppia velocità di un motore con regolazione in serie riferita al carico delventilatore. Variazione della resistenza rotorica dei motori a corrente alternata del tipo induzione. Aumentando la resistenza degli avvolgimenti del rotore in un motore ad induzione in corrente alternata, si diminuisce la velocità corrispondente alla coppia massima. Se i tenÌlinali degli avvolgimenti del rotore vengono portati all'esterno del motore, con opportuni anelli Guida al Tunnelling

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~ I motori a corrente alternata in serie di contatto, si potrà cambiare la resi- 1~!5 "' _o stenza totale del circuito inserendo '" hanno caratteristiche simili a quelle dei ~ motori a corrente continua in serie e una resistenza esterna regolabile. Questa resistenza costituisce appunpossono essere regolati nella stessa mato 1'elemento regolatore della veloniera. Questo procedimento di regola$i cità: nella misura in cui la velocità zione generalmente non viene usato con i motori a commutazione, perché quediminuisce, le perdite elettriche nel circuito del rotore aumentano, e di sti non si prestano per il comando dei = ciò bisogna tenere conto nella proventilatori. La regolazione di velocità gettazione del motore, perché la su altri tipi di motore potrà invece essere effettuata cambiando la posizione maggior parte di queste perdite ver;;;" !!' della spazzola. I motori a commutaziO"" ranno dissipate sotto forma di calore ne in corrente alternata non sono molto nella zona esterna del circuito. Quecoppia dei motore usati, perché non presentano alcun parsto metodo di regolazione della vea tensione ridotta locità, nel caso di alimentazioni in ticolare vantaggio rispetto ai motori ad induzione con rotore avvolto. coppia deimotore e dei ventilatore corrente alternata,è ottimo sotto ogni Accoppiamenti a correnti parassite. punto di vista e copre una gamma di Figura ~()c~RegoléiZione di tensiOne Un accoppiamento a correnti parassite velocità che va da quella massima ad è un dispositivo magnetico di trasmisun punto molto prossimo all' arresione della coppia posto tra il motore e la macchina comansto. Ciò nonostante il rapporto di velocità viene limitato generalmente al valore di 2/1 per avere un dispositivo di data. Al carico normale si ha uno slittamento del 3% circa della velocità di comando. Quando tale giunto viene usato regolazione di dimensioni e costo ragionevoli. Regolazione della tensione dei motori ad induzione con rotore a per variazione della velocità, si può dire che il suo comportamento è molto simile a quello dei giunti idraulici a scorrigabbia di scoiattolo. La coppia sviluppata da un motore a corrente alternata è mento. Regolazione a gradini su ventilatori controrotanti a due motori.. proporzionale al quadrato della tensione applicata. Questo Quando due motori a corrente continua in serie vengono principio può essere sfruttato in un motore a corrente alternata con rotore in corto circuito, detto anche a gabbia di posti a loro volta in serie sulla rete di alimentazione, si scoiattolo, che abbia una resistenza rotorica elevata, per realizza una riduzione di velocità pari al 70% circa della velocità normale. Nel caso di motori a corrente continua in ottenere una regolazione di velocità sulla base della carattederivazione, se si collegano in serie i rispettivi indotti laristica coppia- tensione. Com'è noto, anche la coppia del ventilatore è proporzionale al quadrato della velocità e la sciando i campi in parallelo sulla linea di alimentazione, Figura 30 mostra come avviene in tal caso la regolazione s'otterrà una riduzione di velocità pari a150% circa di quelle normale. della velocità del ventilatore. Bisogna porre attenzione nelQuesto metodo di collegamento dei motori in serie parallelo la progettazione del motore, perché la carcassa possa dissipare sotto forma di calore tutte le perdite addizionali deriè relativamente poco costoso e consente di funzionare a due, vanti dalla regolazione della velocità, aJ1€hein corrispondiversi regimi, ma è applicabile soltanto per alimentazioni a corrente continua. denza di una portata d'aria ridotta. Regolazione a gradini con motori a due velocità. La riduzione di tensione si potrà ottenere per mezzo di un auto trasformatore, di una bobina o di una resistenza in serie I motori ad induzione a corrente alternata possono avere un doppio avvolgimento od un unico speciale avvolgimento e ciò permetterà, generalmente, una riduzione del 50% della per funzionare a due velocità in modo del tutto soddisfacenvelocità massima. In ogni caso con tale metodo la velocità te e questo è un sistema molto semplice e relativamenre potrà essere instabile, cioé si potranno presentare delle pendolazioni; anche per tale ragione non conviene applicare questo procedimento di regolazione ai motori di potenza 'Aegolazi°!Je agradinfcJf.J!,n venfillMfre assi~ a 4 staagper pr;iijJorziO!Jjjea superiore a 2 kW. le prestazioni e (conslJ[ri.Lqel siste~gJJe eff~ttive nece'[sità divel]ti/azionf§ Regolazionedella velocitàconil sistemaWardLeonard. man mano chtfiil fronte!f1,fscavo qplla gaaeria ava(!zg~ ""È, '" ~ = Questo procedimento consente una completa regolazione della velocità su una gamma estesa, sia in un senso di rotazione sia nel senso inverso. Il principio della regolazione Ward Leonard consiste nel far funzionare un motore a = corrente continua sotto eccitazione costante e nel variare la = ~. 3;£fi:adio tensione applicata all'indotto; ciò si ottiene, di solito, generando la tensione dell'indotto con un motore generatore -" '" alimentato a corrente continua od alternata; la variazione di tensione sarà ottenuta regolando l'intensità di campo di 20 " '10 1'°stadioa questo generatore. Il costo di tale apparecchiatura è piuttoO sto elevato e ciò limiterà fortemente l'impiego di questo 20 'iO, 40 ~50 ",,:!ioo sistema per variare la velocità dei ventilatori. A v,f'flmeri!'lr";:o Regolazione dei motori a corrente alternata a collettore.

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Guida al Tunnelling

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-

gommata o similare, il sistema più semplice consist~ ricorrere ad uno spezzone metallico di circa 1+2 m di ghezza (di egual diametro e munito, lato monte, di, rapido) da predisporre sempre in coda alla tubazione

2.16 Perditedi carico

TubO-spira/afa Schauenburg

b) In fogli di lamierino avvolti a spirale: spessori minimi e lunghezze qualsivoglia; notevole rigidità; da evitare i tipi semplicemente graffati e da preferire quelli saldati (almeno

apunti).

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c) In faesite: di forma leggermente conica in modò da permettere gi1..lnzioni in opera maschio femmina con tenuta a mezzo canapa bitumata; montaggio necessariamente molto accurato per,dare rigidità al complesso ed evitare perdite ai giunti; difficoltà nel riparare eventuali forature. Vantaggio: costruzionediretta in cantiere con materiale a miglior mercato. d) In cart(i: costruiti in cantiere con macchine avvolgitrici; economia nella produzione ma risultati complessivamente poco probanti (durata limitata, perdite ai giunti poco resistenti agli urti). e) In'legno bakelizzato: rivestimento interno ed esterno di bakelite;-perdite di carico notevolmente basse; prezzo notevole, h:'ggeri, robusti. f) In tessuto-gommato: flessibili e pertanto solo per mandata; supporto dicofone passato con gomma allo spreading: economia nel magazzinaggio e nel trasporto; lunghezz~ qualsivoglia; facilità di montaggio; facili agli strappi; rap~ pezzi in opera abbastanza semplici; prezzo leggermente minore (a parità di diametro) di quelli metallici; devono essere montati a mezzo di sospensioni molto accostate per evitare ondulazioni e quindi perdite di carico. g) In tessuto e p.v.c.: trama e ordito in nylon impregnati sotto e sopra con p.v.c. (cloruro di polivinile); buona resistenza agli strappi; flessibili e pertanto adatti alla sola mandata. h) Irrigiditi con spirale: esecuzione per i tipi in tessuto gommato o in p.v.c.; è possibile l'impiego anche in aspirazione; perdite di carico maggiori della norma. i) In semplice p.v.c.: spessori minimi, limitati a diametro massimo di 500 mm circa. Minima resistenza agli strappi; si induriscono e si tagliano se messi in opera a basse temperature; basso prezzo d'acquisto.

2.15 Protezionial/'estremitàdelletubazioni Arrivando il tubo di ventilazione a breve distanza dal fronte di avanzamento/ la sua estremità è sottoposta ai danni dovuti alla proiezione durante lo sparo. Se la tubazione è metallica il modo più ovvio di proteggerla è quello di ricorrere ad un cappello in lamiera (spessore 6/10 mm) od 622

Guida al Tunnelling

I diagrammi delle perdite di carico riportati alle Figure~ hanno dato risultati soddisfacenti e sono relativi rispetl mente a tubazioni usate, in lamierino d'acciaio, diritte sezione circolare ed a tubazioni flessibili in tessuto gO1 to (o p.v.c.) ben tesate e diritte. Da tener presente tubazioni flessibili, se appese a sostegni molto inter' formano festoni e le relative perdite di carico aument_cctal caso, a circa 1,3 volte i dati tabellari di Figura 37. C detto i dati di Figura 36 si riferiscono a tubi già usati ~; superfici parzialmente scabre, ma di norma riutilizzab:iIi lavori di cantiere; per tubazioni nuove e lisce moltipli~ dati di Figura 36 per 0,75. Nel calcolo della prevali sta tic a di un impianto di ventilazione intervengono and perdite di carico relative al tronco di galleria perc. dall' aria; sono quasi sempre di scarsa entità ed in pr-'non se ne tiene conto.

2.11 ~erditediportata Al problema

dell' ermeticità

dei giunti non si è ancora tro~

ta una soluzione di tutto riposo; una perdita del 6 + 7% per km di tubazione in servizio è considerata normale, a meIm che non si usi un sistema agiunto integrato (brevetto SchaueiE burg). Esce dal compito del presente promemoria il dettagliare ti~ e caratteristiche dei vari giunti attualmente sul mercato;cr limiteremo ad accennare a: a) I giunti semirigidi (muniti all'interno di guarnizione, ~ gomma ed a chiusura rapida a leva) che consentono ~ perfetta tenuta allo stato di nuovi se posti in opera correter

mente; non altrettanto se le tubazioni hanno subito deformazioni anche poco sensibili. b) Le fasce o nastri adesivi, che si prestano per tubazioni con estremità lisce e per impieghi limitati nel tempo; soffrono infatti le lunghe permanenze in luoghi troppo umidi o troppo secchi.

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Figura 37 - Perdite di carico in tubazioni fiessibiii, tessuto gommato, dritte, ben tese (peso specifico aria y= 1,2 Kg/m3)

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Figura 36 - Perdite di carico in tubazioni usate, in iamierino acciaio,

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!l c) Gli anelli di tenuta in gomma da calzare con leggera pressione sulle estremità da congiungere e qui assicurati con filo di ferro o con semplici collari. Di sezione piatta o sagomata, si prestano ad un montaggio rapido, ad una buona tenuta (anche se l'allineamento non è perfetto). d) Sistemi a zip e stratch, ottimi in fase di lavoro ma delicati nel loro riutilizzo successivo.

Sistema Oidorid di ventiiazione ad aita turboienza per ia diiuizione di gas potenziaimente espiosivi

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26

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3. VENTILAZIONEDI UNAGALLERIA A FORO CIECO:NORMATIVEINTERNAZIONALI I sistemi

di ventilazione

utilizzati

isoiinee di veiocità

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Europa (soprattutto in Francia e Svizzera) per lo scavo di galleria a foro cieco seguono generalmente le regole indicate nei paragrafi seguenti. Queste ultime sono di gran lunga più restrittive rispetto. alle indicazioni del capitolo 2; probabilmenfe verranno recepite a breve anche in Italia. La diver-

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l'introduzione quasi obbligatoria di una doppia canalizzazione atta allo smaltimento dei fumi nelle zone di lavoro: aspirazione e contemporanea mandata. Guida

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3.2 Applicazione delle normativeprecedenti

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Nel caso in cui vengano utilizzati veicoli con motore endotermico all'interno della galleria, bisogna assicurare una portata minima di ca. 50 li sec per HP presente in galleria. Questa portata non deve essere necessariamente aggiunta a quella richiesta per l'aspirazione.

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3.1.3 Eliminazione deigasdi scaricocreatidai motoriendotermici

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Indipendentemente da quanto indicato al 3.1.2 e per rispettare quanto riportato ai 3.1.1 e 3.1.3, si deve utilizzare un sistema di ventilazione che, a seconda dei casi, sia simile ad uno degli schemi sotto riportati: a) Quando la portata in aspirazione Qa richiesta (sulla base dei 300 li sec per m2 di sezione) è superiore alla portata Qm necessaria per la diluizione dei gas generati dai motori delle macchine adibite allo smarino in galleria (50 1/ sec per Hp presente): - soffiare al fronte una portata Qa + Qr (dove Qr è la portata richiesta per la diluizioJ;le dei gas di scarico) e aspirare una portata Qa come indicato nello schema riportato in Figura 40;

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3.1Scavo di una, galleria

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3.1.1Eliminazione dellepolveri ~

a) Installazione di una tubazione di aspirazione che assicuri una portata dal fronte all'esterno pari a 300 l/secper m2 di sezione di scavo (a volte elevabile a 350 in funzione della situazione specifica). La distanza ottimale rispetto al fronte della bocchetta di aspirazione è data solitamente dalla seguente formula (vedi grafico di Figura 38): dove:

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b) Durante le operazioni di perforazione e smarino la bocca di aspirazione della condotta deve essere portata in prossimità del fronte in modo tale che le polveri e i fumi generati dalle varie operazioni vengano assorbiti. Figura

3.1.2Eliminazione deigasgeneratidal/'esplosione Dopo l'esecuzione della volata, l'evacuazione dei gas generati dall' esplosione viene ottenuta a mezzo di una tubazione ausiliaria in mandata, posta leggermente arretrata ed avente portata minore risp(;!tto a quella aspirante (vedi Figura 39 nel caso di utilizzo di acceleratori di flusso lungo l'asse della galleria). 624

Guida al Tunnelling

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