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Nello scegliere il motore di un aspiratore per la raccolta polveri, molti considerano il filtro sporco come la condizione più gravosa. Nei ventilatori centrifughi vale il contrario: quando il filtro è pulito o una manica si strappa, la resistenza dell'impianto cala, la portata aumenta e il motore assorbe la potenza massima. Per questo il motore si sceglie in base al filtro nella condizione più pulita, e lo schema di avviamento in base alla forte inerzia della girante. Questo articolo spiega come la resistenza del filtro sposta il punto di lavoro e cosa sollecita il motore all'avviamento.
Come cambia il punto di lavoro del ventilatore con la resistenza del filtro?
La resistenza totale di un impianto di raccolta polveri è data dalle perdite di cappe e canali, dalla perdita dell'eventuale ciclone e dalla caduta di pressione dell'unità filtrante. Di queste, solo la perdita del filtro varia continuamente durante l'esercizio. Maniche o cartucce nuove o appena pulite presentano una bassa resistenza; man mano che vi si accumula il pannello di polvere, la resistenza cresce. La pulizia a scuotimento o ad aria compressa a impulsi (pulse-jet) riduce in parte il pannello e il ciclo ricomincia.
Il ventilatore lavora in ogni istante nel punto in cui la propria curva interseca la curva dell'impianto. Quando la resistenza aumenta, la curva dell'impianto diventa più ripida e il punto di intersezione si sposta verso una portata più bassa. Quando la resistenza diminuisce, il punto si sposta invece a destra, verso una portata più alta.
| Stato del filtro | Resistenza dell'impianto | Portata | Carico del motore (ventilatore centrifugo) |
|---|---|---|---|
| Nuovo o appena pulito | Minima | Massima | Massimo |
| Esercizio normale (pannello formato) | Valore di progetto | Portata di progetto | Valore di progetto |
| Pulizia ritardata, molto sporco | Alta | Bassa | Più basso |
| Manica strappata o portello aperto | Molto bassa | Molto alta | Rischio di sovraccarico |
Il filtro sporco indebolisce l'aspirazione e provoca fughe di polvere alla sorgente; è un problema di processo, non del motore. A sollecitare il motore sono la prima e l'ultima riga della tabella.
La potenza del motore si sceglie in base al filtro nella condizione più pulita
Il costruttore del ventilatore indica una potenza all'albero per il punto di progetto. Questo punto, però, è spesso calcolato sullo sporcamento medio del filtro. Nella scelta del motore guardi sulla curva del ventilatore altri due punti:
- Punto a filtro pulito: il punto in cui la curva dell'impianto, calcolata con la caduta di pressione a filtro pulito dell'unità filtrante, interseca la curva del ventilatore. Il motore deve coprire la potenza all'albero in questo punto.
- Tetto legato al tipo di girante: nella girante a pale rovesce la curva di potenza presenta un massimo; se il motore è scelto al di sopra di questo valore di picco, il sovraccarico non si verifica per quanto aumenti la portata. Nelle giranti a pale radiali e a pale in avanti la potenza continua a crescere con la portata; in questi ventilatori è indispensabile una serranda di regolazione sul lato aspirazione o una limitazione della portata.
Anche la concentrazione di polvere entra nel calcolo. All'aumentare della quantità di polvere nell'aria trasportata, la potenza assorbita dal ventilatore cresce leggermente; negli impianti molto carichi il costruttore del ventilatore fornisce una correzione per questo. Se il ventilatore si trova dopo il filtro (lato aria pulita), la polvere che arriva alla girante è poca; nei ventilatori posti prima del filtro sono più alte sia la potenza sia l'usura.
Temperatura e densità dell'aria
La potenza assorbita dal ventilatore è direttamente proporzionale alla densità dell'aria trasportata. Un ventilatore scelto per aria di processo calda, quando viene avviato per la prima volta d'inverno con aria fredda, trasporta aria più densa e assorbe più potenza di quella calcolata. Ad esempio, un impianto calcolato per aria a 80 °C, funzionando con aria a 0 °C, può richiedere circa il 29% di potenza in più. In questi impianti il motore si sceglie in base alla condizione di funzionamento a freddo, oppure si chiude la serranda all'avviamento a freddo.
Carico di avviamento: girante pesante e accelerazione lunga
Le giranti dei ventilatori per la raccolta polveri sono costruite in lamiera spessa per resistere all'usura e hanno grande diametro. Il momento d'inerzia di questa girante è di gran lunga superiore a quello del rotore del motore. All'avviamento il motore deve portare da ferma alla velocità nominale non solo l'aria, ma anche questa massa. Il risultato è un tempo di accelerazione che può andare da alcuni secondi a decine di secondi.
- Tempo di accelerazione: più grande è l'inerzia totale e più piccola la differenza tra coppia del motore e coppia del ventilatore, più il tempo si allunga. In questo intervallo il motore assorbe più volte la corrente nominale e l'avvolgimento si scalda rapidamente.
- Avviamento a serranda chiusa: il ventilatore centrifugo assorbe la potenza minima a serranda chiusa. Chiudere la serranda di aspirazione all'avviamento riduce la coppia resistente e accorcia l'accelerazione.
- Avviamento stella-triangolo: nella posizione a stella la coppia del motore scende a circa un terzo. Se un ventilatore con girante pesante non accelera abbastanza a stella, al passaggio a triangolo si genera un forte picco di corrente. Questo metodo è adatto solo se la serranda è chiusa e il ventilatore riesce a raggiungere a stella una velocità vicina a quella nominale.
- Avviatore statico e azionamento: si possono regolare per un tempo di accelerazione lungo; con l'azionamento si limita anche la corrente di spunto. Le nostre serie trifase sono adatte alla regolazione della velocità con convertitore di frequenza; per il funzionamento prolungato a bassa velocità con coppia piena può servire una ventilazione assistita, se il cavo tra azionamento e motore è lungo si valuta un filtro dv/dt o sinusoidale; queste condizioni vanno indicate nell'ordine.
- Taratura della protezione: se la classe di intervento del relè termico non è scelta adatta a un avviamento lungo, il motore viene escluso prima di aver completato l'accelerazione. Le classi di intervento sono descritte nell'articolo Scelta della protezione del motore.
Il momento d'inerzia di ventilatore e girante è riportato nei dati del costruttore del ventilatore. Se nell'ordine indica questo valore e il metodo di avviamento che verrà usato, è possibile valutare l'avviamento dal punto di vista del motore. Per confrontare i valori di coppia nominale può consultare l'articolo tabella delle coppie.
