Confronto tra metodi di prova normalizzati per ventilatori

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Capitolo Primo
INTRODUZIONE
La ventilazione Ł un argomento la cui trattazione presenta non poche difficol-
t . Le prove delle prestazioni degli apparecchi per la ventilazione, in particola-
re, devono essere eseguite con particolare cura  e nel rispetto di specifiche ben
precise. Il tipo di impianto e/o la modalit  di installazione del ventilatore pos-
sono far variare le prestazioni dello stesso.
Le normative che, oggi a livello internazionale e nazionale, trattano della ven-
tilazione sono molteplici e si dividono, principalmente, in normative relative
alla ventilazione domestica e industriale. A livello internazionale esistono la
ISO 5801 e la CEI 665 che specificano, rispettivamente,  i metodi di prova per
ventilatori industriali e domestici.
In Francia Ł in vigore un protocollo di norma, il  VMR, che descrive le
metodologie e le normative a cui riferirsi per lo studio della ventilazione mec-
canica ripartita. In Italia, la vecchia normativa UNI  7179, rimasta in vigore
per piø di vent anni, Ł stata sostituita nel  95 da una nuova normativa, l UNI
10531, che tratta dei metodi di prova dei ventilatori industriali.
La normatva UNI 10531 si rif  all ISO 5801, Ł molto piø articolata e com-
plessa della precedente UNI 7179, ed Ł stata predisposta per fornire a chi
opera nel campo della ventilazione industriale una vasta  raccolta di impianti,
atti a riprodurre il piø possibile le reali condizioni di lavoro a cui sono destinati
gli apparecchi da provare. Questa normativa, inoltre, si propone di
razzionalizzare gli impianti di prova, prevedendo, al fine di limitare il numero
di tubazioni normalizzate richieste in un laboratorio, di interscambiare alcune
parti componenti tra le diverse categorie di installazione.
In questo contesto si inserisce questo lavoro di tesi che ha la finalit  principale
di verificare le diversit  o possibili equivalenze delle misure eseguite su uguali
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Introduzione
apparecchi  utilizzando  diversi impianti di prova rispettivamente normalizza-
ti: UNI 10531, CEI 665 e secondo il  protocollo di norma francese VMR.
Inoltre ci si propone di fare alcune prove comparative di verifica di soluzioni di
impianto diverse normalizzate UNI 10531, ma che sono considerate dalla nor-
mativa stessa equivalenti dal punto di vista dei risultati di prova  con esse
ottenuti.
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Lo studio delle normative
1.1 Lo studio delle normative
Il presente lavoro di tesi ha si Ł riferito a due normative, l UNI 10531
[1]
 e la CEI 665
[2]
, e a un
protocollo di norma francese: il VMR
[3]
. Per i dettagli sul loro contenuto si rimanda al capitolo
secondo.
La prima definisce i metodi di prova dei ventilatori industriali, mentre le altre due norme indicano
i metodi di prova per i ventilatori di uso domestico. La norma UNI 10531 inoltre  concorda con
quanto previsto dalla normativa internazionale ISO 5801
[4]
 relativa allo stesso argomento.
Lo studio si Ł soffermato in particolare sulle tipologie di impianto per la prova di ventilatori
funzionanti in situ con mandata e  aspirazione libera, cioŁ non collegate ad alcuna tubazione.
L interesse per tali normative Ł legato alla loro specificit : l UNI 10531 prevede diverse soluzio-
ni di impianto e procedure di calcolo per i risultati delle prove molto elaborate che tengono conto
delle  diverse  grandezze  fisiche  tempovarianti  correlate  alle  prove stesse, mentre la CEI 665
Ł piø semplificata, prevedendo un numero piø limitato di impianti di prova.
Il VMR Ł un protocollo di norma a cui  fa riferimento un decreto legge francese  per la caratte-
rizzazione dei ventilatori domestici, che non contiene soluzioni di impianto e procedure di calcolo
proprie, ma che rimanda ad altre normative esistenti sulla ventilazione.
1.2 La progettazione e realizzazione dell’impianto di prova.
Per poter effettuare le prove preventivate si Ł resa necessaria la realizzazione di un nuovo banco
di prova normalizzato secondo la normativa UNI 10531. Si tratta di un impianto di categoria A,
cioŁ adatto a provare i ventilatori con aspirazione e mandata libera, con camera di prova all aspi-
razione.
La progettazione e realizzazione di un impianto di prova consta, essenzialmente,  di tre fasi: una
prima fase legata alla progettazione e costruzione delle parti componenti l impianto vero e pro-
prio, una seconda fase legata alla scelta e installazione degli strumenti di misura necessari, la terza
e ultima fase Ł legata all individuazione e risoluzione della procedura di calcolo adatta a produrre
i risultati della prove.
L esecuzione delle  prove per caratterizzare un ventilatore  consiste, in pratica,  nella valutazione
delle pressioni totali e totali statiche prodotte, della potenza elettrica assorbita e del rendimento
dell apparecchio, al variare della portata elaborata.
L impianto deve quindi possedere un dispositivo per la misura di portata, strumenti per rilevare
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Introduzione
temperature e pressioni utili a definire lo stato fisico dell aria elaborata dal ventilatore, dispositivi
per la misura di pressioni  o depressioni prodotte  dall apparecchio stesso,  nonchØ la
strumentazione necessaria per rilevare i consumi energetici in riferimento alle prestazioni ottenute.
La caratteristica fondamentale dell impianto di prova Ł quella di simulare le reali e diverse  con-
dizioni di funzionamento dell apparecchio da campionare. Nell impianto realizzato, questo Ł reso
possibile mediante l impiego di una camera di prova all aspirazione in cui Ł controllata la pressio-
ne di aspirazione  del ventilatore in prova per mezzo di  un ventilatore ausiliario le cui prestazioni
vengono opportunamente variate.
1.3 Gli obiettivi delle prove previste
Attualmente le norme  riguardanti le metodologie di prova  dei ventilatori prevedono la possibilit 
di poter effettuare campionamenti su  ventilatori ad uso domestico con impianti di prova costruiti
secondo le specifiche relative agli impianti di prova dei ventilatori industriali. Il viceversa, invece,
non Ł consentito.
I quattro obiettivi delle prove effettuate nel presente lavoro di tesi sono qui di seguito elencati:
Il primo obiettivo Ł quello di verificare l equivalenza dei risultati ottenuti dalle prove di quattro
ventilatori domestici campionati con due impianti di prova per ventilatori domestici (uno norma-
lizzato CEI 665 e l altro secondo quanto previsto dal VMR), e con un impianto per ventilatori
industriali (normalizzato UNI 10531).
Il risultato positivo di tale ricerca consentirebbe a chi produce entrambe le tipologie di ventilato-
re, di dotarsi di un unico impianto di prova (evidentemente basato sulle specifiche degli impianti
per  ventilatori industriali) per misurare le prestazioni sia dei ventilatori domestici che industriali.
In  un precedente lavoro di tesi
[5]
, Ł stato realizzato  un altro banco di prova sempre normalizzato
secondo l UNI 10531, appartenente alla stessa categoria di installazione del nuovo impianto, ma
con la camera di prova alla mandata.
Un secondo obiettivo dell analisi sperimentale Ł quello di valutare le differenze esistenti tra i
risultati delle prove effettuate con i due impianti sugli stessi ventilatori.
Val la pena comunque far notare che la normativa UNI 10531 considera i due impianti come
equivalenti. Il confronto, quindi, ha lo scopo di verificare tale premessa e quantificare le differen-
ze rilevate in riferimento alle inevitabili incertezze di misura e alle tolleranze attualmente previste
dalla normativa per la tipologia di ventilatori provati.
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I ventilatori  in prova, in esercizio vengono  montati   alla parete  del locale in cui funzionano e
possono scaricare direttamente all esterno. Per simulare tale situazione, alla mandata degli appa-
recchi Ł montato un tronco di tubazione di diametro pari al diametro della mandata e lunghezza di
200 mm che simula lo spessore della parete. Inoltre, allo scarico del tubetto Ł montata anche una
griglia ad alette mobili, la cui funzione Ł quella di impedire l entrata di animali o altri corpi estranei
quando il ventilatore Ł spento.
Il montaggio del tubetto e della griglia durante le prove, per altro, Ł  imposto dal protocollo di
norma francese VMR.
Il terzo obiettivo Ł proprio l analisi dell influenza del tubetto e della griglia sulle prestazioni dei
ventilatori. A tal fine, le prove sono state eseguite considerando le due configurazioni dei ventila-
tori, provati, quindi, con il tubo e la griglia e senza il tubo e la griglia montati alla mandata.
Il nuovo impianto realizzato Ł dotato, quale dispositivo per la misura della portata, di un diafram-
ma inserito nella tubazione di prova (cf. capitolo terzo). Il diaframma Ł un dispositivo deprimogeno,
costituito da un disco, con al centro un foro di debita misura, inserito nella tubazione all interno
della quale passa la portata d aria elaborata dal ventilatore in prova. La portata viene determina-
ta rilevando la depressione provocata dal passaggio del flusso d aria attraverso il restringimento
della sezione del tubo nel quale il diaframma Ł inserito.
Sono necessarie quindi due serie di prese di pressione, una a monte e una a valle del diaframma
per poter rilevare la pressione differenziale.
Per il tipo di impianto realizzato, la normativa UNI 10531, prevede due diversi tipi equivalenti di
prese di pressione:
- il  primo sistema consiste di prese di pressione inserite  su anelli piezometrici subito a monte e a
valle del diaframma;
- il secondo prevede, invece, di realizzare delle prese di pressione, direttamente sulla tubazione,
distanti rispettivamente D e D/2 (D rappresenta il diametro del tubo) dal diaframma stesso.
La normativa, inoltre, suggerisce di utilizzare il primo sistema quando si vogliano misurare basse
portate.
La quarta indagine sperimentale effettuata vuole, appunto, verificare l equivalenza dei due sistemi
previsti dalla normativa, e quantificare eventualmente le differenze di misura che emergono dalle
prove.
Infine si utilizzer  il nuovo impianto di prova per rilevare le curve caratteristiche dei quattro
ventilatori provati.
Gli obiettivi delle prove previste
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Introduzione
1.4 Il compendio della norma UNI 10531
Il compendio della norma UNI 10531 ha lo scopo di sintetizzare l esperienza maturata nella
progettazione, realizzazione  e utilizzo del nuovo banco di prova. Esso Ł costituito da un primo
capitolo riassuntivo dei contenuti della normativa utile a dare quella visione d insieme che pu 
facilitare la consultazione e comprensione della stessa.
Nel secondo capitolo viene proposta una guida all utilizzo della normativa articolata in diversi
punti che descrivono nell ordine i passi  da compiere per la realizzazione e utilizzo di un banco di
prova normalizzato.
Il terzo capitolo presenta le difficolt  e i problemi incontrati nella realizzazione del banco di prova
costruito nel presente lavoro di tesi.
Infine nel quarto capitolo sono riportate alcune osservazioni critiche alla normativa. Si tratta di
considerazioni relative piø alla organizzazione degli argomenti trattati, che al loro contenuto,  che
la renderebbero di piø facile consultazione e utilizzo.
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Capitolo Secondo
LE NORMATIVE CONSIDERATE, I
VENTILATORI  PROVATI, I  CAMPIONAMENTI
ESEGUITI
Nel presente capitolo viene proposta  una breve panoramica sulle normative a
cui ci si Ł riferiti per la realizzazione del presente lavoro di tesi.
Vengono altres  descritte le prove che sono state effettuate, considerando in
particolare  le soluzioni di impianto adottate e  le tipologie di campionamento
eseguite per le diverse combinazioni  ventilatori/impianti esaminati.  Sono pre-
sentati  infine i ventilatori disponibili per le prove e le analisi comparative dei
dati rilevati che si Ł  previsto effettuare.
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Le normative considerate, i ventilatori provati, i campionamenti eseguiti
2.1 Le normative considerate
Nell ambito delle prove sui ventilatori eseguite, si sono considerati impianti e procedure di
calcolo conformi alle seguenti normative:
- la UNI 10531
[1]
;
- la CEI 665
[2]
.
Sono stati inoltre comparati i risultati ottenuti con dati di prova rilevati con un impianto conforme
al protocollo di norma francese VMR
[3]
.
2.1.1 La norma UNI 10531
La UNI 10531 Ł la   normativa  elaborata dall UNI, l Ente Nazionale Italiano di Unificazione,
nella  quale vengono definiti i metodi di prova di tutti i tipi di ventilatori industriali ad eccezione di
quelli destinati alla movimentazione dell aria, quali ventilatori da soffitto o da tavolo.
Tale normativa fa riferimento all ISO 5801
[4]
, norma elaborata dall International Organization for
Standardization.
In entrambe vengono definite quattro categorie di installazione:
A aspirazione libera e mandata libera;
B aspirazione libera e mandata collegata a tubazione;
C aspirazione collegata a tubazione e mandata libera;
D aspirazione e mandata collegate a tubazione.
Per ogni categoria sono previste diverse soluzioni di impianto, e per ciascuna vengono specificati
i metodi e le grandezze da rilevare, gli strumenti da utilizzare, le procedure di calcolo per l elabo-
razione dei risultati delle prove, le condizioni di accettazione degli stessi e la loro rappresentazio-
ne.
L obiettivo delle due norme Ł quello di fornire a chi opera nel campo della ventilazione
industriale una vasta raccolta di impianti, procedure e metodi di prova standardizzati che possa-
no  riprodurre il piø possibile le reali condizioni di lavoro a cui sono destinate le macchine da
provare. Un altro aspetto importante Ł quello legato alla razionalizzazione degli impianti di prova.
Le normative infatti prevedono che, al fine di limitare il numero di tubazioni normalizzate richieste
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in un laboratorio, quelle utilizzate per installazioni di una certa categoria possano essere adattate
a prove con installazione di altra categoria. E  grazie a queste possibilit  che una camera di prova
in aspirazione o in mandata, che gi  pu  coprire un largo campo di taglie di ventilatori, Ł adatta
per le necessit  di un installazione di prova universale.
Per ogni categoria di installazione Ł previsto l utilizzo di piø sistemi di misurazione della portata.
2.1.2 La norma CEI 665
Questa normativa Ł proposta dalla CEI, (Commissione Elettrotecnica Internazionale), per la
regolamentazione delle metodologie e degli impianti di prova di ventilatori per applicazioni do-
mestiche e analoghi.
In essa, vengono considerati i ventilatori di piccole dimensioni destinati al ricircolo e al-
l aspirazione dell aria, alimentati da motori monofase a corrente alternata con assorbimenti
di potenza non superiori a 500 W,  collegati  a  linee elettriche con tensioni inferiori o uguali
a  250 V.
Come l UNI 10531 e l ISO 5801, anche la CEI 665 divide gli impianti di prova nelle categorie
di installazione: A, B, C, D. Inoltre, la CEI 665 indica una tipologia di impianto per ciascuna
categoria di installazione e non prevede la possibilit  di adattare o condividere parti di impianto
tra le diverse categorie.
Le metodiche di calcolo indicate sono piø semplici anche se meno rigorose. Per ogni cate-
goria di installazione Ł previsto un unico sistema di misura della portata.
2.1.3 Il protocollo di norma VMR
La VMR, Ventilation, MØcanique RØpartie, Ł un protocollo di norma francese per la verifi-
ca delle prestazioni di apparecchi per la ventilazione di locali domestici effettuata per mez-
zo di una delle seguenti varianti:
- ventilazione di un locale per mezzo di un ventilatore da parete con scarico diretto all esterno;
- ventilazione di un locale per mezzo di un ventilatore da parete con scarico collegato a  una rete
di condotti di scarico;
- ventilazione di piø locali per mezzo di un ventilatore collocato in un locale riscaldato.
Le normative considerate
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Le normative considerate, i ventilatori provati, i campionamenti eseguiti
La VMR suddivide i ventilatori e i loro impianti di prova nelle seguenti categorie di installazione:
A Ventilatori da parete;
(equivalenti ai ventilatori con aspirazione e mandata libera)
B Ventilatori con aspirazione libera e mandata collegata a tubazione;
C Ventilatori con mandata libera e aspirazione collegata a tubazione;
D Ventilatori con mandata e aspirazione collegate a tubazioni;
E Ventilatori con aspirazione collegata a piø prese d aria e mandata collegata a un uni-
ca tubazione.
Per ciascuna categoria di installazione sono previsti particolari configurazioni degli impianti e dei
metodi di prova.
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2.2  I  ventilatori  provati
Le prove sono state effettuate sui seguenti quattro ventilatori (Fig. 2.1):
- Ariet 30/15;
- Ariet 75/20 New;
- Vort Press 110 90/30;
- Vort Press 140 135/45;
I ventilatori  sono progettati e prodotti dalla ditta Vortice e classificati dalla stessa, come aspira-
tori centrifughi professionali da muro per scarico in condotto di ventilazione.
Tutti e quattro i ventilatori sono dotati di doppia velocit  di funzionamento.
Nella definizione del modello, i numeri di seguito al nome rappresentano rispettivamente la por-
tata massima e minima previste per l apparecchio.
Le normative considerate
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Le normative considerate, i ventilatori provati, i campionamenti eseguiti
a. ARIETT  30/15 b. ARIETT NEW 75/20
c.  VORT PRESS 110 90/30 d. VORT PRESS 140 135/45
Fig. 2.1 - I ventilatori provati
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2.3 Descrizione delle prove
2.3.1 Le soluzioni di impianto adottate
Nel presente lavoro si Ł considerata  la categoria di installazione definita tipo A, cioŁ quella che
prevede la prova del ventilatore con aspirazione libera e mandata libera, dove per  aspirazione e
mandata libera si intende che l aria entra ed esce dal ventilatore  da e verso l atmosfera libera.
Per qualificarsi quindi come installazione di tipo A i ventilatori devono essere provati  senza alcun
dispositivo ausiliario aggiunto per le prove, tipo boccagli di aspirazione o tubazioni di mandata. I
ventilatori,  quindi, sono stati  provati solo con gli ausiliari forniti dal costruttore (griglie di prote-
zione, boccagli di aspirazione, ecc...).
Come gi  ricordato al paragrafo 1.3  i ventilatori  sono stati  provati aggiungendo alla  mandata
un tronco di tubo di PVC dello stesso diametro dello sbocco (100 mm) e di lunghezza pari a 200
mm, e la  griglia Vortice 22300 con alette mobili (Fig. 2.2). Tale configurazione non Ł comunque
da intendersi come dispositivo aggiunto per le prove, ma piuttosto come simulazione delle reali
condizioni di installazione degli apparecchi.
Il tronco di tubo Ł lungo quanto lo spessore della parete sulla quale si prevede di montare
l apparecchio, e simula quindi la reale situazione di scarico. La griglia fa parte degli ausiliari forniti
dal costruttore.
Fig. 2.2 - Spezzone di tubo e griglia montati alla mandata dei ventilatori
I ventilatori provati
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Le normative considerate, i ventilatori provati, i campionamenti eseguiti
Le installazioni per la prova degli apparecchi tipo A,  sui quali sono stati eseguiti i campionamenti,
sono:
- due impianti dimensionati e costruiti secondo la norma UNI 10531 dotati, uno di camera di
prova all aspirazione e l altro alla mandata;
- un  terzo  impianto, anch esso con camera di prova all aspirazione di tipo A, ma  realizzato
seguendo le indicazioni previste dalla norma CEI 665.
Gli impianti normalizzati UNI si trovano  presso l Universit  di Padova; quello con camera di
prova alla mandata Ł stato realizzato in un precedente lavoro di tesi, mentre quello con camera di
prova all aspirazione Ł stato realizzato in questo lavoro di tesi (cf. Cap. 3-4).
L impianto di prova CEI 665 invece, si trova presso la ditta Vortice Elettrosociali  S. p. A. nella
sede di Zoate (MI).
Per la descrizione dettagliata dei tre impianti di prova si rimanda al terzo capitolo.
I risultati delle prove eseguite sui due impianti con camera di prova all aspirazione,  sono  stati
inoltre confrontati con quelli di misure effettuate sugli  stessi ventilatori  con  un terzo  impianto,
anch esso con camera di prova all aspirazione, installato  presso il CETIAT (Centre Technique
des Industries aerauliques et thermiques - France).
Lo schema Ł quello riportato in Fig. 2.3. Si tratta dell impianto previsto dal protocollo di  norma
Fig. 2.3 - Impianto di prova del CETIAT
VMR per la categoria di installazione tipo A che impone una camera di aspirazione  conforme a
quanto previsto dall ISO 5801, e un dispositivo ad elica di tipo CETIAT per la  misura della
portata.