Motori per ventilatori canalizzati e portata d’aria: quello che dovete sapere

Pressione statica e impedenza del sistema: i vincoli critici sulle prestazioni dei motori per ventilatori canalizzati

Perché la pressione statica limita la portata d'aria esprimibile in CFM — e come rispondono i motori per ventilatori canalizzati

La pressione statica, misurata in pascal (Pa) o in pollici di colonna d'acqua (in. WG), rappresenta fondamentalmente la resistenza che il motore di un ventilatore per canali deve vincere semplicemente per mettere in movimento l'aria attraverso il sistema. L'entità della pressione statica influisce direttamente sulla quantità di aria effettivamente spinta dal motore, espressa in piedi cubi al minuto (CFM). Quando la resistenza offerta dal sistema stesso aumenta, la portata d'aria diminuisce in modo proporzionale alla curva di prestazione del motore. Ad esempio, se la pressione statica aumenta di circa il 20%, la portata d'aria potrebbe ridursi del 15–30% in quegli ambienti particolarmente ristretti, dove la circolazione dell'aria è già limitata. Cosa accade successivamente? Il motore tenta di compensare incrementando sia la coppia sia il consumo di potenza, ma questa strategia funziona soltanto fino al raggiungimento della sua capacità massima. Una volta superata tale soglia, le prestazioni precipitano rapidamente: la portata d'aria crolla, i componenti interni si surriscaldano in modo pericoloso e, infine, il motore può bloccarsi completamente. Non stiamo parlando soltanto di teoria: secondo la norma ASHRAE 111, far funzionare questi motori in modo continuativo oltre i livelli di pressione statica nominali costituisce una delle principali cause di guasto prematuro nelle installazioni reali.

Disposizione dei canali, raccordi e filtri: fonti reali di impedenza del sistema

L’impedenza del sistema deriva da perturbazioni fisiche del flusso d’aria laminare — ciascuna delle quali aggiunge una resistenza misurabile che si accumula lungo il percorso del canale. I principali fattori contribuenti sono:

• Geometria della canalizzazione : curve brusche (>45°), variazioni improvvise del diametro e canali di dimensioni insufficienti aumentano in modo significativo le perdite per attrito e turbolenza
• Fittings : serrande, diffusori, raccordi e griglie introducono cadute di pressione localizzate
• Filtrazione : filtri ad alto valore MERV — soprattutto quando intasati — generano carichi prolungati, spesso sottovalutati
• Scambiatori di calore : batterie evaporanti, scambiatori di calore a recupero entalpico (ERV) e scambiatori di calore a recupero di calore (HRV) restringono i percorsi di flusso ed elevano la pressione di base

Tutte queste diverse resistenze insieme generano quella che chiamiamo curva di impedenza del sistema, la quale rappresenta fondamentalmente il lato della domanda nell’analisi del funzionamento dei ventilatori. Quando i componenti sono troppo grandi rispetto alle esigenze operative, ciò comporta un consumo eccessivo di energia e genera fastidiosi problemi di rumore. D’altra parte, se i componenti sono troppo piccoli, alcune zone ricevono una portata d’aria insufficiente, mentre i motori finiscono per lavorare oltre il necessario, causando svariati tipi di inefficienze. Ciò che conta di più è dimensionare correttamente ogni componente in base alla specifica situazione. L’aspetto fondamentale consiste nel garantire che il motore sia in grado di gestire effettivamente le resistenze presenti nel sistema, anziché basarsi su valori teorici o ipotizzare sistematicamente il caso peggiore.

Selezione del motore per ventilatore canalizzato mediante curve di prestazione (curve P-Q)

Interpretazione delle curve P-Q: adattamento dell’erogazione del motore per ventilatore canalizzato alle esigenze del sistema

I diagrammi prestazione-portata (P-Q) sono lo strumento definitivo per la selezione del motore di un ventilatore canalizzato. Questi grafici standardizzati, sviluppati secondo i protocolli AMCA 210/ASHRAE 51, riportano in ascissa la portata d’aria (CFM) e in ordinata la pressione statica (in. WG). La curva evidenzia tre zone fondamentali:

• Portata massima a pressione zero : Portata teorica in condizioni di aria libera (non sostenibile in canali reali)
• Pressione di arresto : Pressione statica massima a portata nulla
• Zona di efficienza massima : Generalmente compresa tra il 60% e l’80% della pressione di arresto, dove il motore eroga la portata obiettivo con un utilizzo ottimale dell’energia

Il punto di funzionamento del vostro sistema corrisponde all'intersezione tra la curva di prestazione e il profilo di impedenza dell'impianto di canalizzazione. Questo profilo tiene conto di fattori quali la lunghezza dei canali, la resistenza aggiuntiva introdotta dalle tubazioni e dalle raccorderie, l'effetto dei filtri sul flusso d'aria e la perdita di pressione attraverso le batterie di scambio termico. Secondo uno studio recente sull'efficienza degli impianti HVAC pubblicato sulle ASHRAE Transactions nel 2023, i sistemi che operano entro circa il 5% del loro punto di massima efficienza sulla curva pressione-portata (P-Q) riducono il consumo annuo di energia di circa il 18%. Inoltre, questi sistemi opportunamente tarati presentano anche una maggiore durata: i motori, ad esempio, durano in media 3 anni e 2 mesi in più rispetto a quelli funzionanti fuori dal punto ottimale.

Evitare lo squilibrio: motori per ventilatori di canalizzazione sovradimensionati vs. sottodimensionati nella pratica

Selezionare un motore per ventilatore di canalizzazione basandosi esclusivamente sulla potenza in cavalli vapore — o addirittura sulla portata nominale in CFM — è un errore comune ma costoso. Le unità sovradimensionate operano molto a sinistra sulla curva P-Q, con conseguenze quali:

• Spreco energetico (fino al 30% di assorbimento eccessivo, secondo il manuale fondamentale ASHRAE)
• Ciclaggio breve che accelera l'usura dei cuscinetti
• Rumore aerodinamico superiore a 65 dB(A), in particolare nelle vicinanze di transizioni o smorzatori

Quando i motori sono di dimensioni inferiori rispetto alle esigenze del loro impiego, tendono a bloccarsi quando devono affrontare carichi di pressione statica normali durante il funzionamento regolare. Ciò comporta difficoltà nel soddisfare adeguatamente le esigenze di ventilazione e, alla lunga, provoca il surriscaldamento degli avvolgimenti. L’analisi dei dati sulla affidabilità dei motori in diversi settori rivela che far funzionare i motori in queste condizioni aumenta effettivamente la probabilità di guasti agli avvolgimenti di circa il 40% già nei primi due anni successivi all’installazione. Qual è dunque la soluzione? Tutto dipende dal calcolo accurato fin dall’inizio. Innanzitutto, determinare la pressione statica totale del sistema utilizzando linee guida consolidate, come quelle contenute nel manuale ACCA Manual D o nei fondamenti ASHRAE. Successivamente, scegliere il motore più piccolo disponibile il cui diagramma di prestazioni soddisfi effettivamente il requisito di portata richiesto (espresso in piedi cubi al minuto) all’interno del range di funzionamento più efficiente del motore. Il punto di intersezione tra tali curve riveste un’importanza molto maggiore rispetto a qualsiasi numero appariscente riportato sul foglio tecnico. Questo approccio garantisce prestazioni migliori nel tempo, una maggiore durata dell’equipaggiamento e, in ultima analisi, mantiene la conformità del sistema agli standard di settore.

Domande Frequenti

Che cos'è la pressione statica e come influenza i motori dei ventilatori per canali?

La pressione statica misura la resistenza che il motore di un ventilatore per canali incontra a causa del movimento dell'aria all'interno di un sistema, influenzando la quantità di aria (CFM) che il motore è in grado di spingere. Un aumento della pressione statica comporta una riduzione della portata d'aria.

In che modo la configurazione del canale e le relative raccorderie influenzano l'impedenza del sistema?

La configurazione del canale e le raccorderie, come curve, variazioni di diametro, filtri e scambiatori di calore, generano resistenza al flusso d'aria, compromettendo le prestazioni del sistema mediante un aumento della pressione statica e una riduzione dell'efficienza.

Che cosa sono le curve P-Q e perché sono importanti nella selezione dei motori per ventilatori per canali?

Le curve P-Q (Prestazione-Portata) sono grafici che rappresentano la portata d'aria in funzione della pressione statica e consentono di selezionare i motori per ventilatori per canali abbinando opportunamente le prestazioni del motore ai requisiti del sistema per ottenere un'efficienza ottimale.

Quali sono i rischi derivanti dall'utilizzo di un motore per ventilatore per canali sovradimensionato o sottodimensionato?

I motori sovradimensionati sprecano energia e si usurano più rapidamente, mentre i motori sottodimensionati possono andare in stallo e non soddisfare le esigenze di ventilazione, causando surriscaldamento e problemi di affidabilità.