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Il motore del ventilatore a tiraggio forzato di una caldaia si sceglie in base alla potenza all'albero nel momento dell'avviamento a freddo, quando il ventilatore movimenta l'aria più densa, alla velocità per cui è progettata la girante e al regime di funzionamento continuo della caldaia. La potenza di targa è spesso calcolata sui fumi alla temperatura di esercizio; se non si tiene conto di avviamento a freddo, posizione della serranda e variazioni di carico, il motore si sforza alla prima accensione. In questo articolo esaminiamo questi tre aspetti sulla base del reale funzionamento di una centrale termica.
In cantiere il nome "ventilatore a tiraggio forzato" si usa per lo più per il ventilatore di aspirazione (ventilatore ID) che estrae i fumi dalla caldaia e li manda al camino. Il ventilatore che soffia l'aria comburente al bruciatore è invece il ventilatore di mandata o dell'aria comburente. La valutazione che segue riguarda soprattutto il ventilatore di aspirazione; i punti diversi sono indicati a parte.
Dove lavora il ventilatore: differenza tra ventilatore di aspirazione e ventilatore dell'aria comburente
Le condizioni che i due ventilatori impongono al motore sono diverse:
- Ventilatore di aspirazione (tiraggio forzato): trasporta i fumi caldi in uscita dalla caldaia. La girante si trova nel gas caldo, mentre il motore è all'esterno della cassa del ventilatore, di solito collegato tramite un gruppo supporti e un giunto o una cinghia. Il gas può trasportare cenere e polvere; con il tempo la girante si usura e perde l'equilibratura.
- Ventilatore dell'aria comburente: manda al bruciatore l'aria pulita e relativamente fresca della centrale termica. La girante è spesso montata direttamente sull'albero motore. Il carico del motore è più regolare; la temperatura dell'aria è quella del locale.
Il motore trifase standard non è progettato per lavorare dentro i fumi o su una superficie calda adiacente al condotto dei gas. Il motore va collocato fuori dal flusso dei gas, in un punto in cui possa aspirare aria fresca. Il trasferimento di calore tra gas caldo e motore è gestito dal gruppo supporti del ventilatore, dal disco di raffreddamento e dall'isolamento della cassa; questi componenti sono di competenza del costruttore del ventilatore.
Potenza: quale punto di lavoro determina il motore?
La potenza all'albero di un ventilatore è direttamente proporzionale alla densità del gas trasportato. I fumi caldi sono molto più leggeri dell'aria fredda. Per questo il ventilatore di aspirazione, quando viene avviato a caldaia fredda e con aria ancora fredda nel condotto, assorbe una potenza nettamente superiore a quella delle condizioni di esercizio. Se la scheda del ventilatore riporta la potenza solo per il gas caldo, questa differenza può mandare il motore in sovraccarico.
Nella pratica si seguono tre strade:
- Motore dimensionato per la potenza a freddo: il motore si sceglie in base alla potenza all'albero del ventilatore con aria fredda. È la soluzione più semplice e più sicura; in esercizio il motore lavora meno caricato.
- Avviamento con serranda: il ventilatore parte con la serranda di aspirazione o di mandata parzializzata; man mano che la caldaia si scalda, la serranda si apre. In questa configurazione occorre assicurarsi che il comando della serranda funzioni correttamente; se la serranda resta aperta, il motore lavora a pieno carico con gas freddo.
- Inverter: finché la caldaia non si scalda, il ventilatore viene mantenuto a bassa velocità. Poiché la potenza assorbita cala rapidamente con la velocità, anche il problema dell'avviamento a freddo si risolve in gran parte.
Chieda al costruttore del ventilatore la potenza all'albero alla temperatura di esercizio e quella con aria fredda, separatamente. La potenza del motore non si stima in base alla capacità della caldaia o al tipo di combustibile; due caldaie della stessa capacità possono avere resistenza dei condotti e progetto del ventilatore molto diversi.
Velocità: perché si mantiene la velocità della girante?
In un ventilatore ad accoppiamento diretto la girante ruota alla velocità nominale del motore. Cambiare il numero di poli modifica la pressione del ventilatore con il quadrato della velocità e la sua potenza circa con il cubo della velocità. Montare un modello a 2 poli al posto di un motore a 4 poli manda il motore in sovraccarico di più volte e può far superare alla girante la velocità periferica ammessa. Nella sostituzione fa fede la velocità indicata sulla targa del vecchio motore.
Nei ventilatori a cinghia la velocità si regola con il rapporto delle pulegge; se cambia il numero di poli del motore, le pulegge vanno ricalcolate. Nei ventilatori di aspirazione che trasportano cenere, per ridurre l'usura la girante lavora spesso a velocità relativamente bassa. Per questo nei ventilatori di aspirazione sono più frequenti i motori a 4 e 6 poli, mentre nei ventilatori dell'aria comburente, con aria pulita, i motori a 2 poli. È una tendenza; la decisione si basa sulla velocità di progetto del ventilatore stesso.
Regime di funzionamento: servizio continuo e variazioni di carico
Il ventilatore della caldaia lavora di solito senza sosta per tutta la stagione di riscaldamento, e nelle caldaie a vapore tutto l'anno. Il motore deve essere adatto al servizio continuo (S1) alla potenza di targa; la temperatura raggiunta dalla centrale termica nei mesi estivi e la posizione del motore vanno indicate in fase d'ordine.
- Carico a gradini e modulante: al variare della capacità del bruciatore, la portata del ventilatore viene regolata con la serranda o con l'inverter. Il motore va scelto in modo da poter erogare in continuo la potenza del gradino di carico più alto.
- Numero di avviamenti: anche se il bruciatore si accende e si spegne spesso, il ventilatore di aspirazione viene di solito lasciato in funzione. Se anche il ventilatore si ferma a ogni ciclo, indichi nell'ordine il numero di avviamenti all'ora; con una girante di grande inerzia gli avviamenti frequenti scaldano l'avvolgimento.
- Vibrazioni: l'accumulo di cenere e l'usura sulla girante creano squilibrio; queste vibrazioni si riflettono per prime sui cuscinetti del motore. Pulire la girante e controllarne l'equilibratura prima della sostituzione protegge il nuovo motore.
- Motore di riserva: se il ventilatore si ferma, si ferma anche la caldaia. Negli impianti critici si può prevedere di tenere pronto un motore di riserva della stessa grandezza e velocità; per la conservazione del motore in attesa può consultare l'articolo conservare a magazzino il motore di riserva.
Se si userà la regolazione della velocità vale l'indicazione generale del sito: le nostre serie trifase sono adatte alla regolazione della velocità con inverter; per il funzionamento prolungato a bassa velocità con coppia piena può servire una ventilazione esterna, se il cavo tra inverter e motore è lungo si valuta un filtro dv/dt o sinusoidale; queste condizioni vanno indicate in fase d'ordine. Poiché nel carico di un ventilatore anche il fabbisogno di coppia diminuisce a bassa velocità, questa configurazione è diffusa nei ventilatori per caldaie.
