Introduzione alle alette guida
Nel campo della gestione della portata d'aria, il design degli angoli dei condotti svolge un ruolo chiave nell'efficienza e nella funzionalità della ventilazione, dei sistemi HVAC e delle gallerie del vento. Quando l'aria è costretta a compiere una curva stretta, come spesso è richiesto nei sistemi di condotti, incontra una maggiore resistenza idraulica, portando a maggiori perdite di carico e turbolenza. Ciò non solo compromette l'efficienza del sistema richiedendo più energia per mantenere la portata d'aria, ma influisce anche sull'integrità strutturale dei condotti a causa delle pressioni irregolari esercitate dai flussi turbolenti.
È qui che entrano in gioco le alette guida (Fig. 1). Progettate per essere installate all'interno degli angoli, le alette d'angolo del condotto consentono all'aria di percorrere la curva con una resistenza minima, riducendo efficacemente le perdite di carico e mitigando la turbolenza senza la necessità dello spazio aggiuntivo richiesto dalle curve a raggio dolce. Ciò rende le alette guida una soluzione ideale per gestire la portata d'aria in modo efficiente in uno spazio compatto.
Fig. 1. Gruppo della sezione d'angolo con alette guida Tunnel Tech
Sezioni con alette guida ad alte prestazioni in competizione con le soluzioni HVAC generiche.
La soluzione tradizionale per superare i suddetti fenomeni dannosi di aumento della turbolenza, perdita di carico e rumore in un condotto fortemente curvo consiste nel progettare gomiti radiali del condotto (Fig. 2 e Fig. 4, caso 2). Questi gomiti, pur essendo efficaci in una certa mitigazione della turbolenza, del rumore e delle perdite di carico (che sono comuni in una curva stretta come si vede nella Fig. 4, caso 1), presentano una propria serie di problemi.
Diversi sistemi di condotti di ventilazione tradizionali con una curva realizzata in lamiera metallica a curvatura dolce con deviatori di flusso piegati sono presentati nella Fig. 2 a sinistra. L'immagine rappresenta alcuni esempi di varianti standard comunemente utilizzate nei condotti HVAC, ad es. conformi agli standard per condotti DW144.
Tali soluzioni per condotti sono comuni ed economiche per piccole applicazioni nell'ingegneria civile, nelle piccole imprese e nei sistemi HVAC a bassa potenza in cui il costo dell'energia non è un fattore significativo. Tuttavia, questo design non è una buona soluzione per i sistemi di ventilazione e raffreddamento su media e larga scala e per la generazione di energia ad alta capacità, la metallurgia, le turbomacchine, gli scambiatori di calore, il recupero del calore di scarto e le moderne applicazioni di energia verde e rinnovabile in cui l'efficienza idraulica e il risparmio energetico sono un must.
Tuttavia, non è necessario costruire un condotto non standard personalizzato ogni volta che il consumo di potenza di una rete idraulica deve essere ottimizzato alla perfezione. La stessa Figura 2 a destra mostra una variante della sezione con alette guida diagonali di Tunnel Tech, che è efficiente dal punto di vista energetico, a basso rumore e a bassa turbolenza, pur soddisfacendo gli standard del settore per i sistemi HVAC, ma può essere utilizzata anche in casi d'uso industriali su larga scala e ad alta potenza. Un esempio di struttura su larga scala in cui la sezione con alette guida diagonali può essere facilmente integrata è mostrato nella Fig. 3.
Fig. 2. Tradizionale gomito liscio HVAC di media scala con aletta di divisione in lamiera metallica, standard DW144 (a sinistra), e gruppo diagonale con alette guida Tunnel Tech ad alte prestazioni per condotti dell'aria standard (a destra).
Fig. 3. Sezioni di deviazione per condotti dell'aria su larga scala Tunnel Tech per gallerie del vento, generazione di energia e applicazioni industriali.
Design delle alette guida per la riduzione della caduta di pressione, della turbolenza e del rumore
Per il confronto tra diversi design di curve di deviazione, le cadute di pressione (ΔP) e i modelli di flusso simulati tramite CFD sono riportati nella Fig. 4 di seguito. Come esempio dimostrativo sono stati scelti una velocità dell'aria in ingresso di 20 m/s e un condotto quadrato di 2×2 m. L'intervallo di velocità di 20 m/s è stato scelto a scopo dimostrativo, poiché normalmente le gallerie del vento verticali di livello professionale per il paracadutismo indoor operano per la maggior parte del tempo in modalità in cui la velocità del flusso nella sezione di rotazione varia tra 10 e 30 m/s. I calcoli CFD sono stati eseguiti per 1 atmosfera standard a 20 °C e umidità dell'aria pari a zero con un gas comprimibile e una parete adiabatica con una rugosità di 250 µm. È stata utilizzata una mesh da 6 a 10 milioni di celle per dominio. Al contorno di ingresso sono stati applicati un profilo di ingresso piatto e una turbolenza del 2%. La turbolenza è stata trattata utilizzando il modello k-ε.
NB! Si prega di notare che le illustrazioni mostrate nella Fig. 4 sono esempi particolari, presentati al solo scopo di illustrare i principi di funzionamento e confrontare alcuni tipi di sezioni d'angolo rotanti. Questi casi non possono essere interpretati come generali per assolutamente ogni caso d'uso. Per ogni sistema di ventilazione reale o altra rete idraulica, è necessario tenere conto di parametri idraulici specifici, dimensioni e forma del condotto, rugosità e irregolarità strutturali, disomogeneità del flusso ed esatti parametri fisici del gas per ogni punto di calcolo. È possibile richiedere un calcolo di questo tipo per un sistema specifico contattandoci.
Vengono descritti i seguenti casi di design:
- Sezione d'angolo senza alette guida.
- Sezione d'angolo a curvatura dolce (r = ½ dell'altezza del condotto) con deviatori di flusso piegati radialmente. La caduta di pressione dipende anche dal numero e dalla geometria dei distanziatori del condotto. Viene mostrato l'esempio con un numero ridotto al minimo di piastre di divisione della portata d'aria dalla forma ottimale.
- Semplici piastre sottili curve radialmente (spessore 10-20 mm).
- Tipiche alette guida non ottimizzate dei diretti concorrenti.
- Alette guida Tunnel Tech (TTE-TV) con profilo ottimizzato.
Il problema più significativo dei condotti a curvatura tonda con un piccolo numero di semplici separatori a piastra piegata (o del tutto privi di alette guida) è il modello di distribuzione della pressione e della velocità all'uscita della sezione di deviazione (Fig. 4, caso 2, vedere la sezione trasversale di uscita). Questo modello mostra che la velocità aumenterà dalla parete esterna a quella interna di ciascun sottodominio di flusso, portando a un flusso non uniforme, a una forte turbolenza e a rumore. Minore è il raggio di curvatura, maggiore è la possibilità di separazione del flusso, distorsione del campo di pressione e velocità, livello di rumore e valore della caduta di pressione.
L'unico modo per superare questi problemi è un ampio raggio di curvatura di tale sezione d'angolo e un aumento del numero di alette guida della portata d'aria. Qui sorge il secondo problema: il maggiore spazio richiesto per accogliere tali curve e il costo del materiale di diversi distanziatori radiali del condotto dell'aria, dimensionati in base alla sezione trasversale del condotto. Nei sistemi di condotti di grandi dimensioni, l'implementazione di curve a raggio dolce può portare a strutture irragionevolmente grandi, rendendo questo approccio poco pratico in molti scenari, specialmente dove lo spazio è limitato. Lo spazio aggiuntivo necessario è indicato dalle linee tratteggiate nella Fig. 4, caso 2 di seguito. È necessario aumentare l'altezza e la larghezza di ciascuna curva di almeno ½ della dimensione del condotto. Per le gallerie del vento a circuito chiuso, ciò significa un aumento delle dimensioni dell'edificio di diversi metri in ogni direzione, il che porta a costi più elevati per i condotti e a maggiori investimenti di capitale. Inoltre, ogni divisore di flusso avrà lo stesso costo della parete del condotto.
Fig. 4. Sezioni d'angolo in un sistema di condotti - confronto tra design e prestazioni
La soluzione ottimale per le gallerie del vento e la ventilazione industriale è rappresentata dalle alette guida della sezione di deviazione con profilo alare disposte lungo la diagonale, come illustrato nella Figura 4, casi 3-5.
Tutte le immagini CFD precedenti corrispondono alla sezione d'angolo del condotto dell'aria con un ingresso di 2x2 m a una velocità dell'aria di 20 m/s, come esempio più rilevante per i casi d'uso del paracadutismo indoor e delle gallerie del vento subsoniche a bassa velocità.
La Figura 4, caso 3 mostra una sezione d'angolo con semplici alette guida realizzate in sottili lamiere metalliche piegate. La Fig. 4, caso 4 è il miglior esempio di alette guida disponibili presso i diretti concorrenti di TunnelTech. Entrambe presentano una lunghezza della corda inferiore e una forma del profilo alare non ottimizzata, il che si traduce in quella che appare come una non uniformità di flusso residua all'uscita della sezione, una maggiore resistenza aerodinamica e rumore nel condotto dell'aria. Le alette sottili realizzate in semplici lamiere metalliche piegate superano solitamente i livelli di rumore consentiti anche a bassa velocità dell'aria, e un'opzione con un profilo spesso e corto con un basso rapporto corda-spessore avrà anche una superficie inferiore, il che è indesiderabile nelle applicazioni in cui vengono utilizzate alette guida con raffreddamento integrato per il trasferimento di calore.
Nella parte inferiore della Figura 4, caso 5, è mostrato l'angolo del condotto dell'aria dotato di alette guida Tunnel Tech ad alte prestazioni (per l'ordinazione fare riferimento al seguente p/n: TTE-TV-90). Come si può notare dalle sezioni trasversali, il flusso è più uniforme nel caso di alette guida adeguatamente profilate, il che porta a una minore caduta di pressione e a una bassa turbolenza.
Anche il profilo di pressione/velocità dell'aria in uscita è nettamente migliore per le sezioni d'angolo Tunnel Tech dotate di alette a corda lunga rispetto ad altri casi. Ciò si traduce in una qualità aerodinamica Tunnel Tech senza rivali, come confermato da numerose recensioni di paracadutisti professionisti e altri clienti.
Tutti i dati discussi in precedenza, inclusa la lunghezza della corda e le opzioni di raffreddamento, sono disponibili anche nella <strong>Tabella 1</strong>.
| Caso / Tipo di aletta | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Lunghezza della corda (mm) | Raffreddamento |
|---|---|---|---|---|
| 1. Nessuna aletta, curva stretta | 114 | 0.47 | — | No |
| 2. Sezione d'angolo a curvatura dolce | 41 | 0.17 | > 2000 | No |
| 3. Semplici piastre sottili curve radialmente | 80 | 0.33 | 250–500 | No |
| 4. Alette guida dei diretti concorrenti | 88 | 0.37 | 280 | Sì |
| 5. Alette guida ottimizzate Tunnel Tech | 57 | 0.24 | 500 | Sì |
I valori del coefficiente di perdita idraulica per l'intervallo di velocità fino a 100 m/s per la sezione di deviazione del condotto con alette TunnelTech e della concorrenza, senza variazioni dovute alla scelta dei dati iniziali, sono riportati nella Fig. 5.
Maggiori dettagli sulle perdite idrauliche lungo la lunghezza del condotto, sulla resistenza locale e sul coefficiente di perdita idraulica totale sono forniti di seguito.
Fig. 5. Confronto tra la sezione di deviazione Tunnel Tech e quella della concorrenza. Coefficiente di perdita idraulica di Darcy-Weisbach per la stessa geometria e condizioni di calcolo iniziali.
Mitigazione della turbolenza per calcoli affidabili di sicurezza idraulica e strutturale
Fig. 6. Scala di turbolenza della sezione con alette d'angolo Tunnel Tech (m) a 20 m/s
Un profilo di pressione/velocità fluido e prevedibile è particolarmente importante per le applicazioni in cui un'elevata turbolenza o la separazione del flusso non sono accettabili, come le gallerie del vento sperimentali, le strutture per il paracadutismo indoor e le applicazioni ad alta potenza. Questi fenomeni parassiti, così come le pulsazioni di pressione causate dalla separazione del flusso e dalla turbolenza su larga scala, sono inaccettabili anche nelle installazioni che richiedono l'assenza di vibrazioni indotte acusticamente e in cui non sono consentite deviazioni della pressione statica a causa dei requisiti di stabilità strutturale del condotto dell'aria. Inoltre, questi flussi turbolenti sono una fonte comune di rumore, che compromette ulteriormente le prestazioni complessive del sistema e il comfort fornito agli utenti finali.
Va inoltre considerato che le irregolarità del flusso tendono a svilupparsi e intensificarsi ulteriormente se non vengono utilizzati speciali raddrizzatori, nidi d'ape, reti di deturbulizzazione o altri dispositivi di gestione della portata d'aria [1-3]. Un'analisi gasdinamica precisa richiede il calcolo della resistenza di ogni successivo elemento del condotto dell'aria tenendo conto del reale profilo di pressione/velocità in ingresso, generato nell'elemento precedente della rete idraulica. Per reti idrauliche lunghe è spesso impossibile eseguire una simulazione CFD dell'intero sistema a causa delle enormi dimensioni. Per una situazione del genere, vengono utilizzati calcoli semi-empirici approssimativi che coinvolgono numeri adimensionali dei fluidi e criteri geometrici [4] o software basati su tali metodi. Inoltre, la modellazione FEA per determinare la stabilità strutturale del condotto viene in genere eseguita con un campo di pressione statica stabile applicato alle pareti del condotto. Pertanto, gravi irregolarità del flusso che si sviluppano a valle possono anche introdurre errori nelle indagini critiche per la sicurezza delle strutture portanti.
I metodi approssimativi di solito non affrontano la distorsione del profilo di velocità all'ingresso dell'elemento della rete idraulica e, nel migliore dei casi, tengono conto se il profilo è sviluppato o non ancora sviluppato (uniforme) e dei parametri dello strato limite. Nelle gallerie del vento e nei sistemi di ventilazione industriale, ogni deviazione del flusso può causare non uniformità e un forte swirl del flusso, il che porta a incertezze nei calcoli della resistenza idraulica in reti idrauliche lunghe. Pertanto, ove possibile, si dovrebbe evitare la comparsa di grandi irregolarità del profilo di velocità.
Si può notare nella Fig. 6 e da quanto dimostrato in precedenza che i parametri delle sezioni di deviazione con alette guida TunnelTech sono tali da non creare ulteriori disturbi del flusso, ma possono anche essere utilizzati per smorzare gli swirl e la non uniformità a valle della sezione di deviazione. Pertanto, la sezione rotante con alette TunnelTech può fungere anche da efficace raddrizzatore di flusso, se installata dopo il ventilatore assiale, il diffusore del condotto, lo scambiatore di calore, la sezione di prova, la diramazione o la derivazione in un condotto, o qualsiasi altro oggetto che genera turbolenza.
Coefficiente di perdita locale
Le caratteristiche di resistenza locale della curva di deviazione possono essere calcolate utilizzando la nota equazione di Darcy-Weisbach:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Dove:
- ΔP – perdite di carico totali (caduta di pressione) in Pa;
- ξ – coefficiente di perdita locale (Darcy-Weisbach);
- ρ – densità del fluido (kg/m³);
- V – velocità del fluido nella sezione trasversale di ingresso (m/s).
Questi parametri, che determinano l'efficienza energetica del condotto dell'aria, dipendono fortemente dal design delle alette guida.
Secondo [4] la resistenza totale di un elemento idraulico complesso può essere rappresentata come somma della resistenza di attrito di lunghezza ξL e della resistenza locale ξ0:
ξSUM = ξL + ξ0
Per un condotto dell'aria rettilineo la resistenza di lunghezza è proporzionale alla lunghezza e inversamente proporzionale al diametro idraulico, il che è espresso dalla formula:
ξL = (L / D) · f
dove f è il fattore di attrito di Darcy.
Nel caso di tubi di forma semplice (es. circolari, quadrati, esagonali), f può essere espresso da una dipendenza non lineare solo dal numero di Reynolds – vedere il Capitolo 2 in [4] o https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Il fattore di attrito f per un semplice tubo tondo (condotto circolare) con pareti lisce, con un profilo di flusso stabilizzato sviluppato all'ingresso e per regime turbolento (numeri di Reynolds Re > 4×103) può essere calcolato con la formula:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Per i condotti reali, è necessario tenere conto anche della rugosità.
La Fig. 7 di seguito mostra un grafico del fattore di attrito di Darcy rispetto al numero di Reynolds Re per varie rugosità relative della parete, pubblicato per la prima volta da Nikuradze in [5-8]. Questo grafico è noto anche come diagramma di Moody [9] o correlazione di Colebrook-White [10-11]. Uno studio moderno per tubi lisci può essere trovato in [12].
Questo diagramma mostra la complessa dipendenza di f(Re) per un tubo tondo con diversa rugosità. Per tubi quadrati e altri tubi non circolari, il diagramma sarà più complesso. Pertanto, è necessario tenere conto dei regimi di flusso (numero di Reynolds), della forma del condotto e della rugosità relativa della parete.
Fig. 7. Diagramma di Moody (noto anche come Nikuradze), che mostra il fattore di attrito di Darcy-Weisbach fD tracciato rispetto al numero di Reynolds Re per varie rugosità relative – Diagramma originale: S Beck e R Collins, Università di Sheffield, condiviso con licenza CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
Nel caso di condotti ruvidi reali, è ancora possibile rappresentare la resistenza totale come somma ξSUM = ξL + ξ0 della resistenza di lunghezza e della resistenza locale.
Questa rappresentazione della somma semplifica lo studio dei parametri del condotto, poiché la resistenza locale ξ0 può essere calcolata per una geometria dell'elemento semplificata, ad esempio in una formulazione periodica del problema con un dominio di calcolo più piccolo o in una versione 2D del problema. Si noti l'enorme dimensione del dominio computazionale degli esempi mostrati nella Fig. 4, in cui la sezione ha un'altezza di 3 e una lunghezza di 18 metri, e la convergenza della griglia inizia ad apparire adeguatamente a una dimensione di oltre 10 milioni di elementi mesh. Una variante della formulazione del problema con condizioni periodiche o 2D per questi casi potrebbe avere un numero di elementi mesh inferiore di un ordine di grandezza e il calcolo semplificato di ciascun punto di velocità per il grafico ΔP(v) richiederebbe solo pochi minuti o addirittura secondi anziché ore.
Pertanto, la scomposizione nella somma di due resistenze può semplificare notevolmente i calcoli: è possibile determinare rapidamente la resistenza locale ξ0 e quindi aggiungere la resistenza di lunghezza ξL. Quest'ultima può essere stimata rapidamente da tabelle note o da formule approssimative utilizzando equazioni semplificate basate su numeri adimensionali e parametri geometrici del condotto dell'aria. Per elementi di reti idrauliche e di condotti con bruschi cambiamenti nella direzione del flusso (gomiti angolati, curve dolci, curve a diverse angolazioni con e senza alette guida), un approccio e un metodo simili sono presentati nei Capitoli 6-1 e 6-2 del completo Manuale di resistenza idraulica [4].
Specifiche Tecniche
Dati tecnici completi per un'ingegneria precisa e calcoli delle prestazioni.
Tecnologia di Raffreddamento Integrata
Rivoluzionando il design delle gallerie, le nostre alette guida presentano canali di raffreddamento interni integrati, offrendo un'efficienza di scambio termico superiore senza compromettere la qualità del flusso d'aria.
- Enorme capacità di dissipazione del calore, scalabile da centinaia di kilowatt a decine di megawatt.
- Gestione termica efficiente con zero impatto negativo sulla turbolenza del flusso d'aria o sulla qualità del flusso.
- Progettato con sei canali di raffreddamento interni integrati per aletta per la massima efficienza termica
- Integrazione perfetta con infrastrutture di raffreddamento ad acqua industriali standard
Caratteristiche del prodotto
Le alette guida della portata d'aria di Tunnel Tech (prodotto TTE-TV) sono all'avanguardia in questa tecnologia, offrendo un'efficienza senza pari nella gestione della portata d'aria. I nostri prodotti sono progettati per un'ampia gamma di applicazioni, dalle strutture per il paracadutismo indoor e gallerie del vento ai sistemi HVAC e di ventilazione, incarnando l'avanguardia del design aerodinamico e dell'efficienza energetica.
Prestazioni della sezione con alette guida nei condotti dell'aria
Le alette guida della portata d'aria ad alte prestazioni di Tunnel Tech stabiliscono lo standard del settore per potenza ed efficienza aerodinamica. Le nostre alette guida a risparmio energetico sono progettate per ridurre al minimo l'attrito aerodinamico, garantendo una portata d'aria fluida e riducendo il consumo di energia.
Le alette guida di TunnelTech presentano eccellenti caratteristiche di resistenza locale del condotto dell'aria. I parametri di resistenza, calcolati utilizzando l'equazione di Darcy-Weisbach, come descritto in precedenza, sono presentati nelle figure seguenti (vedere Fig. 8 di seguito) e nel Datasheet delle alette guida.
In generale, per il caso in cui la dimensione del condotto è sconosciuta, vengono forniti i valori per un elemento idealizzato con condizioni al contorno laterali periodiche, senza tenere conto del contributo apportato dalla resistenza aggiuntiva della parete lungo la lunghezza, dalla rugosità e dall'influenza di altri parametri locali. Nella Fig. 8 sono riportati i valori per un elemento d'angolo rotante idealizzato con alette Tunnel Tech, calcolato nell'approssimazione di sequenza periodica infinita di un pacco di 15 pale con condizioni al contorno periodiche.
Fig. 8. Coefficiente di perdita locale dell'aletta guida Tunnel Tech e corrispondente caduta di pressione.
Se il sistema HVAC o un altro sistema idraulico è costituito da condotti che generalmente non modificano la forma della sezione trasversale dell'area di flusso lungo il percorso del flusso, è conveniente stimare la resistività per unità di lunghezza per calcoli approssimativi (da stimare, ovviamente, per l'intero intervallo di velocità):
KL = ξL / L = f / Dh
dove Dh è il diametro idraulico del condotto. Il valore di KL è facile da determinare dai manuali di riferimento, come discusso in precedenza. Pertanto, moltiplicandolo per la lunghezza e aggiungendo i valori di resistenza locale ξ0 ottenuti dai datasheet o calcolati in modo indipendente, è possibile stimare rapidamente la perdita di carico totale nel sistema.
ξSUM = KL · L + ξ0
I precedenti esempi illustrativi mostrati nella Fig. 4 di un condotto quadrato di 2×2 metri con i parametri del gas e la rugosità utilizzati nel calcolo presentano una resistività per unità di lunghezza dell'ordine di K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2,1 Pa. Questo valore si applica quando si valuta un condotto quadrato senza tenere conto di curve, alette o altre apparecchiature interne. Per un'intera lunghezza di 21 metri percorsa dalla massa d'aria lungo il condotto si otterrà una caduta di pressione di ~44 Pascal. Aggiungendo a questo il valore mostrato nella Fig. 8 (11 Pa per una velocità di 20 m/s preso in base al Datasheet delle alette guida (Tabella A.2.1) si ottiene una resistenza totale di 55 Pa per una reale sezione di condotto quadrato 2×2 con alette rotanti al suo interno. Questo valore è in buon accordo con il valore mostrato nella Fig. 4, caso 5.
Maggiori informazioni sui metodi approssimativi per calcolare le resistenze dei condotti di qualsiasi forma senza utilizzare metodi CFD possono essere facilmente trovate in <a href="#references">[4]</a> o in letteratura simile.
NB! Si prega di notare che gli esempi mostrati nella Fig. 4 sono solo un caso speciale per dimostrare il funzionamento delle alette rotanti e non possono essere utilizzati per valutare un condotto arbitrario! La Figura 8 è applicabile in un contesto più ampio, tuttavia, è necessario considerare i parametri specifici del condotto del cliente. Ogni sistema specifico necessita di un'analisi dettagliata, che è possibile richiedere a Tunnel Tech. Per un calcolo accurato della resistenza idraulica del condotto e una valutazione esperta del consumo di potenza delle apparecchiature di ventilazione o della galleria del vento, contattaci.
Ulteriori informazioni sui servizi e sulla R&S sono disponibili anche nella pagina Tecnologia e nella sezione Servizi.
Alette guida per il raffreddamento e il riscaldamento industriale
Unici tra le alette guida per condotti dell'aria industriali, i nostri prodotti offrono la capacità di far circolare il refrigerante a un'elevata portata, consentendo un efficiente raffreddamento o riscaldamento dell'aria mentre passa attraverso il condotto. Questa caratteristica apre nuove possibilità nella regolazione termica per l'uso di alette per il controllo del clima interno e scambiatori di calore integrati nel condotto dell'aria a bassa resistenza, fornendo ai nostri clienti soluzioni versatili per le loro esigenze di portata d'aria.
Valutate utilizzando il metodo di calcolo HTCL (Coefficiente di trasferimento di calore per metro lineare), che quantifica il flusso di calore (in Watt) per metro di lunghezza dell'aletta guida per ogni Kelvin di differenza di temperatura media logaritmica (ΔTLMTD) tra l'aria esterna e il refrigerante dell'aletta d'angolo, le nostre alette guida sono progettate per un'efficace dissipazione del calore in varie condizioni di portata d'aria, garantendo prestazioni stabili e regolazione della temperatura.
I parametri del coefficiente di trasferimento di calore per le alette guida raffreddate ad acqua sono presentati nella Fig. 9, sia per aria umida che secca, dove ΔP [kPa] rappresenta la differenza di pressione dell'acqua tra le porte di ingresso e di uscita dell'aletta (blu e rosso nella Fig. 10).
Fig. 10. Canali di raffreddamento delle alette guida
Fig. 9. Coefficiente HTCL. Aria secca (UR=0%) e umida (UR=90% a 30 °C) a diverse differenze di pressione del refrigerante (acqua) tra le porte di ingresso e di uscita del canale del refrigerante.
Alette guida per il recupero del calore di scarto
Le alette guida con canali di scambio termico integrati offrono una soluzione versatile per il recupero del calore di scarto in una varietà di applicazioni. Se integrate nei sistemi di scambio termico, queste alette possono catturare l'energia termica in eccesso che altrimenti andrebbe persa, trasferendola ai sistemi di recupero del calore, migliorando così in modo significativo l'efficienza complessiva del sistema.
Nelle applicazioni pratiche, questa tecnologia può essere utilizzata in molteplici aree. Ad esempio, nei processi industriali, le alette guida con raffreddamento integrato possono recuperare il calore di scarto dai gas di scarico e reindirizzarlo per preriscaldare i fluidi o l'aria in ingresso, riducendo così il consumo di energia. Nei sistemi HVAC, principi simili vengono impiegati attraverso dispositivi come i ventilatori a recupero di calore (HRV) e i ventilatori a recupero di energia (ERV), che trasferiscono il calore tra i flussi d'aria di scarico e in ingresso. Questo processo riduce al minimo l'energia necessaria per riscaldare o raffreddare l'aria in ingresso, portando a notevoli risparmi energetici.
Inoltre, le alette guida con raffreddamento integrato possono essere integrate nei sistemi utilizzati nei settori della generazione di energia e delle energie rinnovabili. Ad esempio, nei sistemi di cogenerazione (CHP), il calore di scarto derivante dalla generazione di elettricità viene recuperato e utilizzato per scopi di riscaldamento, migliorando l'efficienza complessiva del sistema. Nei sistemi di energia geotermica, queste alette possono aiutare a gestire l'energia termica estratta dalla terra, ottimizzando i processi di trasferimento di calore.
Nelle iniziative per l'energia verde e rinnovabile, il recupero del calore di scarto svolge un ruolo fondamentale nella riduzione dell'impronta di carbonio e nel miglioramento della sostenibilità dei sistemi energetici. Questo approccio è in linea con i principi della lean manufacturing, migliorando l'efficienza delle risorse e riducendo i costi operativi attraverso un'efficace gestione del calore. Inoltre, nei progetti ESG, l'integrazione di tali tecnologie dimostra l'impegno a ridurre al minimo l'impatto ambientale e a ottimizzare l'uso delle risorse, in linea con obiettivi di sostenibilità più ampi.
Recupero del calore – Progetti correlati
Tunnel Tech vanta una vasta esperienza nell'implementazione di progetti che coinvolgono scambiatori di calore e sistemi HVAC progettati per il recupero del calore di scarto utilizzando alette guida con raffreddamento integrato. Integrando queste alette in configurazioni di scambio termico, progettate per catturare e riutilizzare l'energia termica che altrimenti andrebbe persa, Tunnel Tech consente un recupero più efficace del calore di scarto da vari processi industriali e commerciali. Questo approccio non solo migliora l'efficienza energetica, ma supporta anche gli obiettivi di sostenibilità riducendo il consumo di energia e i costi operativi.
Applicazioni
Le nostre alette guida servono un'ampia gamma di settori e applicazioni
Sistemi HVAC
| Edifici commerciali | Ottimizzazione dei condotti; Efficienza energetica; Riduzione dei costi operativi; Miglioramento della salute e della sicurezza gestendo in modo efficiente la qualità dell'aria e la temperatura; |
| Complessi residenziali | Garantiscono ambienti di vita confortevoli con qualità e portata d'aria ottimali; Migliorano la salute e la sicurezza; |
| Data Center | Le alette guida per la gestione termica mantengono livelli critici di temperatura e umidità per le prestazioni e la longevità dei server; |
Sistemi di ventilazione per l'ingegneria civile
| Ospedali e strutture sanitarie | Le alette guida a funzionamento silenzioso forniscono un controllo vitale della qualità dell'aria per proteggere pazienti e personale; migliorano la salute e la sicurezza gestendo in modo efficiente la qualità dell'aria e la temperatura |
| Istituti scolastici | Crea ambienti di apprendimento favorevoli attraverso una migliore circolazione dell'aria |
Controllo ambientale
| Elettronica, biotecnologie, tecnologie alimentari e altre strutture high-tech / Camere bianche | Regolano la temperatura e l'umidità per produzioni high-tech ed esigenti; le alette guida per il condizionamento dell'aria mantengono rigorosi standard di portata d'aria per la produzione e la ricerca |
| Arene sportive | Garantiscono comfort e sicurezza sia per gli atleti che per gli spettatori |
Applicazioni industriali e specializzate
| Costruzione e manutenzione di gallerie | Migliorano la qualità dell'aria e la sicurezza per i lavoratori negli ambienti in galleria; |
| Strutture industriali | Ottimizzazione dei condotti; Efficienza energetica; Sviluppo sostenibile; Riduzione dei costi operativi; |
| Fonderie e strutture per impieghi gravosi | Efficienza energetica; Riduzione dei costi operativi; Recupero dell'energia termica di scarto; Decarbonizzazione ed ESG; Condotti dell'aria HVAC per impieghi gravosi; Gestione termica; |
| Ingegneria navale | Migliorano i sistemi di ventilazione su navi e sottomarini per il comfort dell'equipaggio e l'affidabilità delle apparecchiature; |
| Miniere e costruzioni sotterranee | Forniscono una ventilazione cruciale ai siti minerari e ad altre strutture sotterranee, riducendo il rischio di condizioni pericolose; |
Ciascuna di queste applicazioni trae un notevole vantaggio dal design avanzato e dalla funzionalità delle alette guida di TunnelTech, segnando un passo avanti nell'efficiente gestione della portata d'aria. Scegliendo le alette guida a bassa resistenza aerodinamica di TunnelTech, i clienti possono aspettarsi non solo di raggiungere, ma di superare i propri obiettivi di prestazione del sistema, il tutto
- •riducendo il consumo di energia * fino al 30%
- •riducendo il rumore * del 60%, rispetto ai condotti dell'aria convenzionali.
* – risultati sperimentali per la geometria della galleria del vento TT45 PRO.
Per richieste e maggiori dettagli su come le nostre alette guida possono essere personalizzate per soddisfare esigenze specifiche, contatta il nostro team. Lascia che TunnelTech sia il tuo partner per ottenere soluzioni ottimali per la gestione della portata d'aria.
Installazione e manutenzione
- •Dimensioni e specifiche
Verifica le dimensioni del condotto e le specifiche delle alette guida prima dell'installazione
- •Opzioni di montaggio
Disponibili in configurazioni a morsetto, imbullonate e saldate
- •Movimentazione dei carichi
Segui le linee guida per la movimentazione dei carichi per un trasporto e un posizionamento sicuri
- •Installazione passo dopo passo
Istruzioni di installazione dettagliate fornite con ogni consegna del prodotto
- •Programma di ispezione
Ispezioni visive regolari per garantire l'allineamento delle alette e l'integrità strutturale
- •Procedure di pulizia
Pulizia periodica per rimuovere l'accumulo di polvere e detriti sulle superfici delle alette
- •Monitoraggio dell'usura
Monitora la presenza di segni di corrosione, erosione o danni meccanici
- •Guida alla risoluzione dei problemi
Risolvi problemi comuni come vibrazioni, rumore o ridotta efficienza della portata d'aria
Documentazione
Le informazioni tecniche sui gruppi delle sezioni d'angolo della galleria del vento Tunnel Tech e sui parametri delle alette guida sono disponibili in un datasheet completo per i prodotti TTE-TSA e TTE-TV. La documentazione contiene informazioni sulle opzioni di design, sulle resistenze locali per le curve di deviazione del flusso a 90 gradi orizzontali e verticali, nonché sui parametri idraulici e di trasferimento di calore per le alette guida con raffreddamento integrato.
Scarica il datasheet TTE-TSA (PDF)Riferimenti e pubblicazioni correlate
Ulteriori informazioni sulla progettazione e l'ottimizzazione delle pale rotanti per gallerie del vento, sistemi di condotti industriali, condotti HVAC e apparecchiature per la gestione della portata d'aria, raddrizzatori per ventilatori ecc. sono disponibili ai link sottostanti:
- Baals, D.D., and W.R. Corliss. Wind Tunnels of NASA. NASA; SP-440. Scientific and Technical Information Branch, National Aeronautics and Space Administration, 1981. books.google.rs
- Barlow, J.B., W.H. Rae, and A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. books.google.rs
- Pope, A., and K.L. Goin. High Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1965. books.google.rs
- Idelchik, I. E. “Handbook of Hydraulic Resistance, Revised and Augmented.” Begell House, 2008. begellhouse.com
- Nikuradse, J. 1933. Strömungsgesetz in rauhen Rohren, VDI Forschungshefte 361. (English translation: Laws of flow in rough pipes). Technical report, NACA Technical Memorandum 1292. National Advisory Commission for Aeronautics (1950), Washington, DC. ntrs.nasa.gov
- Nikuradse, J. (1931), Strömungswiderstand in rauhen Rohren. Z. angew. Math. Mech., 11: 409-411. doi.org/10.1002/zamm.19310110603
- Nikuradse, J. 1932. Laws of turbulent flow in smooth pipes (English translation). NASA TT F-10: 359 (1966).
- Nikuradse, J. 1930. Widerstandsgesetz und Geschwindigkeitsverteilung von turbulenten Wasserströmung in glatten und rauhen Rohren, Proc. 3rd Int. Cong. Appl. Mech., Stockholm, 239-248.
- Moody, L. F. 1944. Friction factors for pipe flow. Trans. ASME, 66, 671–684. doi.org/10.1115/1.4018140
- Colebrook, C. (1939). Turbulent Flow in Pipes, with Particular Reference to the Transition Region between the Smooth and Rough Pipe Laws. Journal of the Institution of Civil Engineers, Volume 11 Issue 4, February 1939, pp. 133-156. doi.org/10.1680/ijoti.1939.13150
- Colebrook, C. F. (February 1939). “Turbulent flow in pipes, with particular reference to the transition region between smooth and rough pipe laws”. Journal of the Institution of Civil Engineers. London. Volume 12 Issue 8, October 1939, pp. 393-422. doi:10.1680/ijoti.1939.14509.
- McKeon, Beverley J., Chris J. Swanson, Mark V. Zagarola, Russell James Donnelly, and Alexander J. Smits. “Friction Factors for Smooth Pipe Flow.” Journal of Fluid Mechanics 511 (2004): 41–44. doi.org/10.1017/S0022112004009796
- Mehta R.D., Bradshaw P. Design rules for small low speed wind tunnels. The Aeronautical Journal. 1979;83(827):443-453. doi.org/10.1017/S0001924000031985
- Cattafesta, Louis, Chris Bahr, and Jose Mathew. “Fundamentals of Wind-Tunnel Design.” In Encyclopedia of Aerospace Engineering. John Wiley & Sons, Ltd, 2010. doi.org/10.1002/9780470686652.eae532
- Hurtado, J.P.; Villegas, B.; Pérez, S.; Acuña, E. Optimization Study of Guide Vanes for the Intake Fan-Duct Connection Using CFD. Processes 2021, 9, 1555. doi.org/10.3390/pr9091555 mdpi.com
- Gelder, T.F., Moore, R.D., Sanz, J.M. and McFarland, E.R. Wind tunnel turning vanes of modern design. 24th Aerospace Science Meeting. NASA Technical Memorandum, AIAA Paper 86-0044. Reno, Nevada, January 1986. semanticscholar.org
- Schirf, Collin. “Optimization of Expanding Turning Vanes by Bezier Curve Parameterization,” Master Dissertation, University of Maryland, 2019. doi.org/10.13016/5x1x-gxhz
- Almeida, Odenir De, Frederico Carnevalli De Miranda, Olivio Ferreira Neto, and Fernanda Guimarães Saad. “Low Subsonic Wind Tunnel – Design and Construction.” Journal of Aerospace Technology and Management 10 (February 26, 2018). doi.org/10.5028/jatm.v10.716
- Modi, P. P., and S. Jayanti. “Pressure Losses and Flow Maldistribution in Ducts with Sharp Bends.” Chemical Engineering Research and Design 82, no. 3 (2004): 321–31. doi.org/10.1205/026387604322870435
- Kotb, N. A. E., M. R. Mokhtarzadeh-Dehghan, and A. J. Ward-Smith. “A Numerical Study of Laminar and Turbulent Flows in a Two-dimensional Bend with or without a Guide Vane.” International Journal for Numerical Methods in Engineering 26, no. 1 (January 1988): 245–62. doi.org/10.1002/nme.1620260117
- Sahlin, A.; Johansson, A.V. Design of guide vanes for minimizing the pressure loss in sharp bends. Fluids A Fluid Dyn. 1991, 3, 1934–1940.
- Crawford, N.M.; Cunningham, G.Y. Prediction of Pressure Drop for Turbulent Fluid Flow in 90° Bends. Sage: London, UK, 2003; pp. 153–155.
- Kumar, S.; Nandi, N. Change in Flow Separation and Velocity Distribution Due to Effect of Guide Vane Installed in a 90° Pipe Bend. Mech. Eng. 2017, 21, 353–361.
Vedi anche:
- Diagramma di Moody: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Fattore di attrito: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Perdita per attrito: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss