Ventilatori industriali e carico aerodinamico

Così, soprattutto per le applicazioni domestico-residenziali dove è più forte l'esigenza di disegni che abbinino a soddisfacenti prestazioni aerauliche livelli di emissioni acustiche estremamente contenuti, è usuale imbattersi in disegni "scolpiti" dall'aerodinamica, in cui le palettature hanno abbandonato lo sviluppo a linea di calettamento radiale (radial stacking line) e la tradizionale distribuzione di carico aerodinamico "a vortice libero" (free vortex) a favore di soluzioni con pale che presenta no angoli "di freccia" (sweep) e "diedro" (dihedral) e che implementano distribuzioni di carico aerodinamico a vortice controllato (controlled vortex design).
Tutto ciò ha ridimensionato l'interesse di ricerca per gli approcci al progetto di ventilatori assiali proposti nel secolo scorso. Infatti, le distribuzioni di carico a vortice controllato sono accompagnate da componenti radiali della velocità di attraversamento, che spesso non possono essere trascurate e che rendono meno agevole l'applicazione delle tecniche di progetto tradizionali, basate sull'ipotesi che il flusso interpalare si sviluppi lungo superfici cilindriche. D'altra parte, nell'ambito dei ventilatori industriali, dove l'affidabilità nel tempo è importante almeno quanto la prestazione aeraulica e l'emissione acustica, geometrie palari eccessivamente complesse trovano impiego ancora limitato.
In questo contesto, le buone prestazioni ottenute da prototipi disegnati applicando un metodo originariamente proposto per il progetto preliminare, che non prevede il ricorso alla fluidodinamica computazionale e ad algoritmi di ottimizzazione, hanno spinto ad ulteriori indagini e alla successiva formalizzazione di un metodo pratico di progetto di ventilatori assiali di buon rendimento ed elevate prestazioni aerauliche. Il metodo (descritto in dettaglio in grado di raccoglie in un unico flusso di lavoro: una procedura di dimensionamento preliminare per macchine a vortice controllato; un metodo di progetto di palettature a linea di calettamento radiale e distribuzione di carico a velocità tangenziale costante che evolve l'originale proposta di Kahane-Wallis ; e un criterio di ottimizzazione della palettatura mediante introduzione di un angolo di freccia avanti, determinato in base all'estensione della teoria di Busemann sulle ali a freccia a palettature per ventilatori assiali intubati. Questo articolo è composto da due parti che insieme sintetizzano le modalità di applicazione del metodo pratico di cui si sono appena tracciate le fasi principali. In particolare, in questa prima parte vengono presentate le caratteristiche principali delle diverse distribuzioni di carico aerodinamico della palettatura - per comprendere i vantaggi offerti dalla distribuzione di carico a velocità tangenziale costante - la procedura di progetto preliminare di ventilatori intubati che implementano tale distribuzione di carico, e il metodo di progetto della palettatura a linea di calettamento radiale. L'ottimizzazione del disegno della palettatura rotante e i riscontri sperimentali alla validità del metodo proposto saranno oggetto della seconda parte dell'articolo.

In questa prima parte dell'articolo sono state illustrate le caratteristiche principali della distribuzione di carico palare a velocità tangenziale costante e le motivazioni per cui tale distribuzione è diffusamente applicata nell'ambito dei ventilatori assiali industriali. Inoltre, sono state presentate due delle tre fasi in cui si articola il metodo pratico di progetto aeraulico di ventilatori intubati che implementano tale distribuzione di carico. Nella seconda parte, la presentazione della terza fase del metodo sarà integrata dalla de scrizione dei prototipi realizzati e dai risultati della sperimentazione effettuata per riscontrare la validità del metodo proposto.