Portata Aria - Misura e Regolazione

La massa d'aria (Q) in una condotta, mossa da un ventilatore, può essere misurata in kg/h se si conoscono la Temperatura (T), la Pressione (P), la Velocità (V), l'area (S) della sezione del canale e il contento di umidità o altri gas o vapori.

Nelle misure che richiedono grande accuratezza la Portata deve essere riferita ad aria secca in condizioni normali (0 °C e 1013 mbar) e vengono espresse in Nmc/h (normal metricubi/ora)

Nelle applicazioni pratiche (Condizionamento dell'aria, Ventilazione o Estrazione) a temperatura ambiente si considerano costanti T e P e si considera trascurabile il contenuto di umidità commettendo così un errore che è spesso accettabile.

La Portata Q viene espressa in mc/h e viene espressa dalla formula:

Formula

Supponendo un tratto di condotta a sezione costante e nota, la misurazione della Portata si riduce alla misurazione della Velocità dell’aria.

Uno dei sistemi per la misurazione della Velocitˆ si basa sulla misurazione della Pressione dinamica (Pd) per mezzo di manometri.

La Velocità viene poi calcolata con la formula:

Formula-Legenda

Dove k è un coefficiente adimensionale pari a 1.293

La Pressione dinamica si misura per differenza fra la Pressione totale e la Pressione statica.

Figura_1

La Figura 1 rappresenta la misurazione della Pressione statica in un condotto di mandata in presenza di flusso laminare.

Figura_2

Se il condotto è in depressione la Pressione statica assume un valore negativo rispetto alla Pressione ambiente.

I valori assoluti delle pressioni, in mandata o in aspirazione, assumono valori diversi che dipendono dalle caratteristiche del ventilatore e del circuito

L’aria è dotata, oltre che dell’energia misurabile come Pressione statica, anche dell’energia cinetica, misurabile come Pressione dinamica. La somma della Pressione statica e di quella dinamica è la Pressione totale.

Nella Figura 3 è rappresentato il modo in cui si può misurare la Pressione totale, sempre in caso di flusso laminare sia in aspirazione che in mandata. Anche in questo caso i valori di Pressione totale fra mandata e aspirazione possono differire.

Figura_3

Nella Figura 4 è raffigurata la misurazione della sola Pressione dinamica, mediante “sottrazione” della statica dalla totale.

Figura_4

In casi come quello raffigurato (flusso laminare e sezioni uguali) i valori di dinamica, in mandata e in aspirazione, sono uguali come intensità e segno.

Nelle applicazioni reali, anche in presenza di flusso regolare e di basse Velocità, la forma del fronte del flusso non è mai come quella rappresentata nelle figure che precedono.

La Velocità dell’aria è massima al centro e minima in prossimità delle pareti.

Figura_5

Nel punto A la Pressione assume il valore della Pressione totale. Nel punto B, dove la la statica ha un valore superiore a quello medio.
Lo strumento misura una Pressione dinamica inferiore a quella di Figura 4.

E’ molto facile che nella realtà ci si trovi di fronte a flussi molto perturbati.

In questi casi il sistema di misurazione della Pressione dinamica è molto impreciso e in accurato.

Figura_6

In caso di moto turbolento le condizioni di Pressione e Velocità nei due punti di lettura sono molto diverse e continuamente variabili.
La lettura diventa instabile.

Per questo motivo le misurazioni di Pressione dinamica che richiedano un buon grado di accuratezza vengono effettuate con uno strumento chiamato tubo di Pitot.

Nella Figura 7 è illustrato schematicamente un tubo di Pitot in sezione.

I punti di prelievo della Pressione statica e di quella totale sono molto vicini; le leture sono meno influenzate dalla turbolenza.

I metodi ufficiali di misura prevedono l’uso del tubo di Pitot e di un numero di letture tanto maggiore quanto più è perturbato il flusso.

Figura_7

Il tubo di Pitot è costituito da due tubi coassiali non in comunicazione fra loro.

Il tubo centrale, che deve avere i bordi molto affilati, quando lo strumento è orientato verso la direzione del flusso d’aria, è sottoposto alla Pressione totale (dinamica più statica).

Il tubo esterno è in comunicazione con il flusso d’aria solo per mezzo di 4 o più piccoli fori disposti radialmente in modo da non essere sottoposti alla Pressione dinamica.

I due tubi sono collegati per mezzo di tubi di gomma alle prese di Pressione di un Manometro differenziale.

Il Manometro misura così la differenza fra totale e statica.

Per misure di precisione devono essere effettuate diverse misurazioni in punti opportuni della sezione del canale.

Le procedure vengono descritte in diverse norme fra le quali il Metodo Unichim n° 422 (Manuale 122) e la norma UNI 10162.

Figura_8

Con il tubo di Pitot i punti di prelievo della Pressione totale e di quella statica sono abbastanza vicini da permettere misure accurate e stabili.
In caso di flusso perturbato si devono sulla circonferenza effettuare più letture sulla circonferenza media di corone circolari di uguale area.

Il tubo di Pitot viene normalmente usato per controlli periodici ed è poco adatto alla misurazione in continuo.

Per questo scopo si utilizzano normalmente le flange tarate, costituite da un semplice anello oppure da dispositivi come quello rappresentato in Figura 9.

Questo Misuratore di Portata crea un restringimento della sezione provocando una differenza di Pressione che può essere misurata con un Manometro.

La differenza di Pressione è legata alla Portata dalla relazione:

Formula-Legenda

dove k è un coefficiente ricavato sperimentalmente.

Figura_9

Lo strumento illustrato fornisce valori tanto più attendibili quanto maggiore è la distanza fra la superficie di ingresso dall'ultima variazione di sezione del canale (curva o restringimento).

È bene che questo valore sia di almeno 5 volte il diametro dello
strumento.

Con altri sistemi pu˜ essere necessario un valore minimo di 8 volte il diametro prima del punto di lettura e di 4 volte dopo.

La forma aerodinamica dello strumento illustrato consente di ottenere un livello di rumorosità più basso rispetto ad altri sistemi basati sul restringimento della sezione

Lo strumento non va utilizzato in sistemi che lavorano la limite della Pressione statica disponibile.

La Tabella 1 fornisce i valori di perdita di carico a varie portate e le formule per calcolare Portata e Perdita di Carico per qualsiasi valore di Portata.

Schema Collegamento_A

Cv_Df Collegamento valido per Direzione Flusso

Tabella_1