Come scegliere un gruppo filtro: portata d’aria, pressione e punto di lavoro

Spesso si sceglie il gruppo filtro per il quadro elettrico in base alle dimensioni e alla sua portata d’aria, tuttavia, è necessaria una comprensione più profonda per determinare come si comporterà effettivamente il gruppo filtro in un’applicazione reale. In questo articolo affronteremo le definizioni di portata d’aria e pressione statica, per poi esaminare la relazione tra loro e l’importanza del punto di lavoro.

Portata d’aria e pressione statica

Iniziamo con le definizioni:

• La portata d’aria è il volume d’aria prodotto dal ventilatore nel tempo e viene misurato in metri cubi ora (m³/h) in unità metriche, o piedi cubi al minuto (CFM) in unità imperiali. Ad esempio, se si disponesse di un contenitore di 5m x 5m x 5m e di un ventilatore che genera 125 m³/h di portata d’aria, indicativamente la ventola impiegherà 1 ora per prelevare l’aria calda dal contenitore (anche se l’esperienza ci insegna che non è sempre così semplice!).
• La pressione statica è la quantità di forza esercitata dall’aria sulle pareti di un contenitore (pressione) e viene misurata in Pascal (Pa) o in pollici d’acqua (inH2O), in parole semplici quanto lontano il flusso d’aria riuscirà ad arrivare.

Come scegliere il gruppo filtro: esempio

Questo grafico mostra le prestazioni di un gruppo filtro con ventilatore attraverso i valori di portata (o flusso) d’aria e pressione statica.

È importante sapere che anche se vengono specificati i valori massimi per la portata d’aria e la pressione statica, il gruppo filtro non potrà mai fornire i due valori massimi contemporaneamente.

In questo secondo grafico, invece, viene mostrata la correlazione inversa esistente tra la portata d’aria e la pressione statica.

Quando la portata d’aria aumenta, la pressione statica diminuisce e viceversa.

I tre punti sul grafico rappresentano i possibili e ipotetici scenari in cui il gruppo filtro potrebbe lavorare, in questo caso a 60Hz (curva rossa), ma lo stesso discorso vale per la frequenza di 50Hz (curva blu).

Per poter meglio capire i tre scenari, è necessario immaginare un contenitore su cui montiamo un gruppo filtro, facendo riferimento al grafico sopra con i tre punti designati 1, 2 e 3.

Per il punto 1 dobbiamo immaginare un contenitore completamente aperto su un’estremità. Non c’è nulla che ostruisca il movimento dell’aria dal ventilatore e tutto il flusso d’aria viene espulso dall’altra estremità. In questo caso avremo la portata d’aria massima (in aria libera) e la pressione statica a zero.

Per il punto 2 dobbiamo immaginare un contenitore chiuso tranne che per un piccolo foro di scarico, o uscita dell’aria, all’altra estremità. La dimensione di questo foro di scarico è inferiore a quella del gruppo filtro montato in aspirazione, il che ostacola il flusso d’aria. Il costante accumulo di aria internamente al contenitore, non potendo fuoriuscire, aumenta la pressione statica al suo interno. In questo caso la portata d’aria è limitata dall’aumento della pressione statica e sarà inferiore al suo valore massimo.

Per il punto 3 dobbiamo immaginare un contenitore completamente chiuso. In questo caso, il flusso d’aria che entra nel contenitore farà aumentare la pressione statica poiché non c’è spazio per la fuoriuscita dell’aria. Una volta superata la specifica di pressione statica, anche se il gruppo filtro continua a funzionare, l’elevata pressione statica non farà più entrare aria. In questo caso è stata raggiunta la pressione statica massima e il volume del flusso d’aria scende a zero.

Nelle applicazioni reali, i casi 1 e 3 non sono realistici. In un esempio pratico di ventilazione di un armadio elettrico, la maggior parte dei gruppi filtro si avvicinano all’esempio 2. Tuttavia, per produrre il grafico, viene utilizzato un metodo simile agli esempi sopra descritti, utilizzando una camera aeraulica.

L’importanza dell’impedenza aeraulica (o perdita di carico)

La portata d’aria effettiva e la pressione statica sono determinati dall’impedenza aeraulica. L’impedenza aeraulica è definita come resistenza al passaggio del flusso d’aria che si potrebbe presentare sotto forma di componenti elettronici, pareti o qualsiasi cosa che impedisca il libero percorso del flusso d’aria, nel nostro caso specifico dal filtro di uscita dell’aria.

Per una volta lasciamo da parte le formule matematiche e vediamo l’effetto di questa impedenza aeraulica sul grafico di un gruppo filtro.

Riprendiamo il grafico studiato inizialmente in cui abbiamo trovato le curve di prestazione del gruppo filtro con ventilatore FF15A230UF riportate in blu (50Hz) e in rosso (60Hz) e aggiungiamo le curve di impedenza del filtro riportate in verde (per un filtro FF15U con le stesse dimensioni del gruppo filtro) e in arancione tratteggiato (per un filtro FF20U di dimensione più grande del gruppo filtro).

Il flusso d’aria effettivo e la pressione statica che troveremo nell’armadio su cui vengono montati il gruppo filtro e il filtro vengono determinati nel punto in cui la curva di impedenza (verde) interseca la curva di prestazione (blu o rossa).

Scegliere un gruppo filtro: il punto di lavoro

Per una corretta progettazione della ventilazione dell’armadio elettrico è quindi importante tenere ben presente che il valore corretto da prendere in considerazione non è quello di portata massima in aria libera, ma piuttosto il “punto di lavoro” dell’accoppiata gruppo filtro con ventilatore e filtro di uscita.

Oltre alla corretta selezione del gruppo filtro si dovrà tenere in considerazione anche del posizionamento dei componenti all’interno dell’armadio elettrico e della loro densità.

Il numero di componenti all’interno di un armadio determina la “densità di installazione”.

Con meno componenti (bassa densità di installazione), c’è più spazio per il passaggio dell’aria e il gruppo filtro riesce a produrre un flusso d’aria elevato.

Con più componenti (alta densità di installazione), ci sono più ostacoli nel percorso del flusso d’aria. In questo caso, l’elevata pressione statica indotta riduce drasticamente la portata d’aria portandola parecchio al di sotto del suo punto di lavoro.

Alcune volte basta prendere dei piccoli accorgimenti per evitare grandi perdite di portata d’aria, uno di questi ad esempio è evitare di montare il gruppo filtro proprio davanti a un componente di grandi dimensioni (ad esempio un trasformatore, un inverter, etc.), oppure, in mancanza di programmi specifici per il calcolo dei flussi d’aria, immaginare quale potrebbe essere il flusso d’aria che si crea all’interno del quadro ottimizzando la posizione dei componenti e/o del gruppo filtro (e del filtro),  uniformando il flusso d’aria e cercando di evitare hot spot di calore.

La gamma Fandis di gruppi filtro

I valori di portata d’aria massima, di pressione statica e del punto di lavoro che troverete nelle schede tecniche dei nostri prodotti sono riferite a un armadio elettrico vuoto, tenetelo in considerazione quando dovrete scegliere il modello più adatto al vostro armadio elettrico con alta densità di installazione.

Per saperne di più, visita il nostro sito fandis.com e scopri i nostri prodotti per quadri elettrici, oppure consulta i nostri articoli sui gruppi filtro. Per ricevere informazioni, contattaci o lascia un commento a questo articolo. Un nostro tecnico ti risponderà il prima possibile.