indagine teorico - sperimentale sui campi di velocita' all'imbocco di ...

cappe chiuse (enclosing hoods);cappe riceventi (receiving hoods);cappe catturanti (capturing hoods).Le cappe riceventi (fig. 2) sono configurate inmaniera tale da catturare “spontaneamente” gli elementicontaminanti rilasciati da un particolare processo.In genere queste cappe si adottano o neiprocessi “caldi” o in quelle situazioni dove le particellecontaminanti, di dimensioni medio-grandi,vengono rilasciate con una velocità sufficiente araggiungere la cappa stessa. Nei primi i vapori e/ofumi prodotti da una sorgente calda tendono naturalmentea salire (moti convettivi naturali) verso lacappa che, appunto, li riceve e li smaltisce. In questocaso, ovviamente, la cappa va disposta superiormente.Al fine di potere contenere eventuali sovracenclosinghoods;receiving hoods;capturing hoods.estrattore /extractor fan10% di v /10% of v10% di v /10% of vFigura 1Differenza tra il campo fluidodinamico in mandata e quello inaspirazione.Figure 1Difference between the fluid dynamics range in delivery and suction.2.1. Cappe chiuseLe cappe chiuse (fig. 2) circondano, più o menocompletamente, la sorgente contaminante. Per questotipo di cappe è quindi importante realizzare unefficace “tiraggio” in modo da non far fuoriuscire lepolveri e/o i fumi all’esterno del volume della cappa,confinando così il processo. Laddove possibilequesto tipo di cappa è da preferire poiché, com’èovvio, quanto meglio si riesce ad “avvolgere” lasorgente inquinante, tanto minore sarà la portatad’aria necessaria per il controllo dell’atmosfera.Ovviamente le cappe chiuse non sono utilizzabiliin tutte quelle situazioni in cui è necessario unintervento attivo nel processo produttivo da partedell’operatore [7]. Applicazioni tipiche di cappechiuse sono quelle relative al trasporto e convogliamentodi particolato solido (specie se inquinantecome il polverino di carbone) per mezzo dinastri trasportatori (fig. 3) e quelle relative al casodi particolari forni, per lo scarico dei gas combusti.2.2. Cappe riceventi2.1. Enclosing hoodsEnclosing hoods (fig. 2) surround the contaminatingsource more or less completely. Hence for thistype of hoods it is important to have an efficient“draught” in order to allow the dusts and/or fumesto escape outside the volume of the hood, thus confiningthe process. Where possible, this type of hoodis to be preferred because obviously the better is thehood able to “wrap round” the contaminatingsource, the smaller will be the air flow rate requiredfor controlling the atmosphere. Obviously enclosinghoods are not useable in all those situations wherethe operator is required to take an active part in theproduction process [7]. Typical applications ofenclosing hoods are those concerning the transportand conveying of solid particulate (especially acontaminant such as carbon dust) by belt conveyors(fig. 3) and those regarding the case of specialfurnaces, for discharge of burnt gases.2.2. Receiving hoodsReceiving hoods (fig. 2) are configured so as to“spontaneously” capture the contaminating elementsreleased by a particular process. Normallythese hoods are used either in “hot” processes or inthose situations where the contaminating particles,of medium-large size, are released at a sufficientspeed to reach the actual hood. In the first applications,the vapours and/or fumes produced by a hotsource naturally tend to rise (natural convectivemotions) towards the hood which, as its name suggests,receives them and disposes of them. Needlessto say in this case the hood should be installedabove. In order to be able to limit any overloads of

carichi di inquinante, è buona norma prevedere unorlo lungo tutto il perimetro della cappa [1].Nel secondo caso le cappe riceventi vanno necessariamenteutilizzate, in quanto esse svolgonoun’azione di convogliamento (il loro posizionamentoinfatti avviene lungo la traiettoria preferenzialedell’inquinante emesso) nei confronti di quelleparticelle contaminanti che, o in virtù della loromassa o della velocità con cui vengono rilasciate,possiedono una quantità di moto non trascurabileed una direzione preferenziale. Per tanto, in questesituazioni il posizionamento delle cappe riceventipuò essere sia superiore che laterale [7].Va inoltre precisato che nelle cappe riceventi ilventilatore (o estrattore) svolge unicamente la funzionedi smaltire i volumi d’aria contenuti nellacappa, e non già quella di catturare all’estremo diquesta le particelle contaminanti. L’utilizzazionedelle cappe riceventi viene, inoltre, consigliataladdove il processo contaminante da controllareavviene in dispositivi di notevoli dimensioni, talicioè da scoraggiare da un punto di vista economicol’impiego delle cappe chiuse, in quanto la calandraturadelle lamiere intorno alla sorgente inquinantediventerebbe eccessivamente onerosa.Il principale limite delle cappe riceventi è quello dinon riuscire a catturare le particelle di piccoledimensioni (minori di circa 30 µm) in quanto questenon hanno sufficiente quantità di moto per raggiungere,con il flusso principale, le cappe stesse.Com’è noto le particelle di piccole dimensioni sonoproprio le più dannose per la salute dell’uomo, inquanto se respirate si depositano nei polmoni, adifferenza delle particelle più grosse che vengonotrattenute nel naso, o al limite si depositano nelleprime vie respiratorie. Per questo motivo tali cappenon sono utilizzabili nei processi in cui è richiestala presenza di un operatore che, per quantodetto, si troverebbe inevitabilmente ad inalare, nellapropria zona di lavoro, il contaminante rilasciato.Un tipico esempio di utilizzazione di cappe riceventiè quello relativo ad alcuni tipi di lavorazionimeccaniche con asportazione di truciolo (ad esempiomolatura, segatura, lucidatura) dove cioè leparticelle inquinanti prodotte posseggono sufficientequantità di moto e traiettorie preferenziali(fig. 4).2.3. Cappe catturantiPer processi dove si rende necessario l’interventodell’operatore è consigliabile l’adozione delle cappecatturanti (fig. 2). In queste il contaminante,necessariamente di piccole dimensioni ( Ø < 30µm), viene aspirato verso la cappa, anche se dadistanze relativamente modeste (al massimo 60-70cm) per mezzo di un flusso d’aria direzionale, taleda realizzare l’opportuna velocità di cattura alladistanza voluta. Le cappe catturanti presentano,però, rispetto alle precedenti, maggiori costi dithe contaminating, it is good practice to provide anedge all along the perimeter of the hood [1].In the second case it is necessary to use the receivinghoods as they perform a conveying action (infact, their positioning takes place along the preferentialpath of the emitted contaminant) as regardsthose contaminating particles which, either becauseof their mass or speed of their release, have a quantityof motion not to be overlooked and a preferentialdirection. Hence in these situations, the hoodscan be positioned at the top or at the side [7].It should also be stated that in receiving hoods, thefan (or extractor) performs the sole function of disposingof the volumes of air contained in the hood,and already not that of capturing the contaminatingparticles at the end of the hood. Moreover use ofthe receiving hoods is recommended when the contaminatingprocess to be controlled takes place indevices of considerable size, i.e. such to discourage,for reasons of cost-effectiveness, the use of enclosinghoods, because the roll forming of the metal sheetsaround the contaminating sources would be toodifficult.The main limit of receiving hoods is that of notbeing able to capture the particles of smaller size(less than approx. 30 µm) because the latter do notpossess sufficient quantity of motion to reach thehoods with the main flow. It is well known that particlesof small size are the ones most harmful forperson’s health, because if inhaled, they aredeposited in the lungs, unlike the coarser particleswhich are captured in the nose, or at the most theyare deposited in the upper respiratory ways. This iswhy such hoods cannot be used in processes requiringthe presence of an operator who, for reasonsstated above, would inevitably be in position toinhale the released contaminate in his work zone.A typical example of application of receiving hoods,is the one regarding certain types of chip cuttingmachining operations (e.g. grinding, sawing, polishing),i.e. where the contaminating particles producedpossess sufficient quantity of motion andpreferential paths (fig. 4).2.3. Capturing hoodsFor processes requiring operator attendance, it isadvisable to adopt capturing hoods (fig. 2). In thesehoods the contaminant, necessarily of small size (dia. < 30 µm), is drawn towards the hood, evenfrom relatively modest distances (max. 60-70 cm)by means of a directional air flow, such as toobtain the appropriate capture velocity at therequired distance. However compared to the previoushoods, the capturing hoods have greater runningcosts owing to the large volumes of airrequired to ensure an adequate capture velocity inthe vicinity of the contaminating source.The capturing hoods can, in turn, be classified intotop, side and bottom (fig. 5). Particularly interestingfrom the industrial point-of-view are the side

esercizio dovuti ai maggiori volumi di aria necessaria garantire un’adeguata velocità di cattura neipressi della sorgente contaminante.Le cappe catturanti possono distinguersi, a lorovolta, in superiori, laterali ed inferiori (fig. 5). Diparticolare interesse industriale sono le cappe catturantilaterali. Queste, infatti, forse più delle altre,presentano il vantaggio di interferire il meno possibilecon il lavoro dell’operatore ed inoltre possonoessere posizionate relativamente vicine alla sorgenteinquinante, ma soprattutto in maniera taleche l’operatore non si interponga tra sorgente esistema di aspirazione.capturing hoods. In fact, these, perhaps more thanthe others, have the advantage of interfering theleast possible with the operator’s work; moreoverthey can be positioned relatively close to the contaminatingsource, but above all so that the operatordoes not place himself between the contaminatingsource and the exhaust system.estrattore /extractor fanestrattore /extractor fancappa chiusa /enclosing hoodcappa ricevente /receiving hoodestrattore /extractor fancappa catturante /capturing hoodFigura 2Classificazione delle cappe di aspirazioneFigure 2Classification of exhaust hoodsestrattore /extractor fanestrattore /extractor fanpolverino di carbone /carbon dustcappa chiusa /enclosing hoodmolatrice /grindercappa ricevente /receiving hoodnastro trasportatore /belt conveyorFigura 3Esempio di applicazione di cappa chiusaFigure 3Example of application of enclosing hoodtramoggia /hopperpezzo da lavorare /workpieceFigura 4Esempio di applicazione di cappa riceventeFigura 4Example of application of receiving hood

estrattore /extractor fancappa catturante laterale /side capturing hoodvasca di placcatura /plating tankFigura 7Esempio di applicazione di cappa catturanteFigure 7Example of application of capturing hood3. RELAZIONI PER LA DEFINIZIONEDEL CAMPO DI MOTOIn questa nota al fine di fornire le relazioni disponibiliper la determinazione del campo di motoall’imbocco di sistemi aspiranti, si rivolgerà l’attenzioneunicamente verso i dispositivi di maggioreinteresse industriale, e cioè le cappe catturanti.Per questo tipo di cappe in letteratura non esistonorelazioni atte a descrivere un vero e propriocampo di velocità all’imbocco. In particolare, lamaggior parte delle relazioni disponibili per ildimensionamento dei sistemi aspiranti è di naturaempirica, e per di più queste consentono unicamentela valutazione della velocità di cattura sololungo l’asse della cappa.3.1. Cappe catturanti superioriPer le cappe catturanti superiori (fig. 8) le relazioniempiriche, che permettono di valutare la portatavolumetrica richiesta in funzione della necessariavelocità di cattura del contaminante, sonosostanzialmente tutte riconducibili ad un’unicarelazione del tipo [3]:V P–– = 2x ––Vx A (1)dove:V è la velocità media nella sezione della cappa(m/s);Vx è la velocità di cattura che si realizza ad unadistanza x dalla sezione d’ingresso (m/s);3. RELATIONSHIPS FOR DEFINITION OFTHE RANGE OF MOTIONIn this note, designed to supply the relationshipsavailable for determination of the range of motionat the inlet of exhaust system, attention is drawnsolely to devices of greater industrial interest, i.e.the capturing hoods.For this type of hoods, no relationships are to befound in the literature suitable for describing a truevelocity range at the inlet. Above all most of therelationships available for dimensioning exhaustsystems are empirical and at the most they justallow assessment of the capture velocity only alongthe axis of the hood.3.1. Top capturing hoodsFor top capturing hoods (fig. 8) the empiricalrelationships which allow assessing therequired volumetric flow in relation to therequired contaminant capture velocity, can allbe essentially referred back to a single relationof type [3]:V P–– = 2x ––Vx A (1)where:V is the average velocity in the hood section (m/s);Vx is the capture velocity obtained at a distance xfrom the inlet section (m/s);X is the axial distance of the work surface from theinlet section of the hood (m);

X è la distanza assiale del piano di lavoro dallasezione d’ingresso della cappa (m);P è il perimetro della cappa (m);A è l’area della superficie di aspirazione (m 2 ).La struttura della relazione (1) può pensarsi derivata,a meno di opportuni coefficienti, dall’equazionedella continuità. Infatti, il prodotto (V . A) altro nonè che la portata volumetrica che attraversa la sezioned’imbocco della cappa, mentre il prodotto(Vx . P . x) rappresenta la portata volumetrica chefluisce attraverso la superficie laterale di altezza x(fig. 8).L’indeterminazione sulla direzione della velocità dicattura Vx, e sulla distribuzione della sorgenteinquinante, dà una misura dell’approssimazionedella (1).3.2. Cappe catturanti lateraliLe relazioni disponibili in letteratura si riferiscononon solo alle cappe vere e proprie, dotate cioè diuna struttura d’imbocco opportunamente profilata,ma anche alle bocchette circolari, quadrate e rettangolari.In generale, le espressioni di calcolo relativea questo tipo di cappe sono di fatto estendibilianche per le cappe catturanti inferiori.Per sistemi di aspirazione semplici, o per bocchettesia circolari che rettangolari, la relazione più diffusain letteratura per il proporzionamento è quellaintrodotta negli anni ‘30 da J.M. Dalla Valle [9, 10]:V 10x 2 +A–– = –––––––Vx A(2)dove per V ed A valgono le definizioni già forniteper la relazione (1), mentre x e Vx rappresentano,rispettivamente, la distanza assiale dalla sezioned’ingresso della bocchetta e la velocità di catturamisurata lungo l’asse della bocchetta stessa.La relazione empirica (2) è monodimensionale;consente cioè di calcolare unicamente l’abbattimentodella velocità di cattura lungo l’asse delsistema di aspirazione. Le indagini sperimentalicondotte da Dalla Valle hanno mostrato come lavelocità decresce rapidamente con la distanza della(2) è quindi limitata ad un dominio piuttostoristretto: in pratica, per una bocca circolare libera(fig. 9) l’azione di richiamo, esercitata dalla cappa,si estingue ad un diametro. Nella figura vengonoinoltre riportate sia le linee di flusso che le lineeisocinetiche, o profili di velocità, espresse in percentualedella velocità media v nel condotto.Anche la (2) può, probabilmente, pensarsi derivata,a meno di opportuni coefficienti correttivi, dauna equazione di continuità; infatti, il prodotto(V . A) è la portata volumetrica effluente attraversola sezione d’ingresso della bocca circolare libera,mentre il prodotto [(10x 2 + A) . Vx] rappresenta laportata volumetrica che fluisce attraverso unasuperficie isocinetica di area (10x 2 + A). Una boc-P is the perimeter of the hood (m);A is the surface area of exhaust (m 2 ).It could be assumed that the structure of relation(1) could have been derived, apart from appropriatecoefficients, from the continuity equation. Infact, the product (V . A) is none other than the volumetricflow passing through the inlet section of thehood, while the product (Vx . P . x) represents the volumetricflow passing across the side surface atheight x (fig. 8).The indetermination regarding the direction ofcapture velocity Vx, and the distribution of the contaminatingsource, gives a measure of the approximationof (1).3.2. Side capturing hoodsThe relations available in the literature refer notonly to the actual hoods (i.e. hoods provided with asuitably shaped inlet structure), but also to circular,square and rectangular hoods. Generally speaking,the calculation expressions concerning this type ofhoods can also be extended to the bottom capturinghoods.For simple exhaust systems, or for circular or rectangularhoods, the most widely adopted relationshipin the literature for the proportioning is the oneput forward in the 1930’s by J.M. Dalla Valle [9, 10]:V 10x 2 +A–– = –––––––Vx A(2)where the definitions already given for relation (1)apply to V and A, while x and Vx respectively representthe axial distance of the hood inlet sectionand the capture velocity measured along the axis ofthe hood.Empirical relation (2) is one-dimensional; i.e. itallows calculating just the reduction in capturevelocity along the axis of the exhaust system. Theexperimental studies conducted by Dalla Valleshowed how the velocity decreases rapidly with thedistance of (2), therefore it is limited to rather arestricted field: in actual practice, for a free circularinlet (fig. 9) the attractive action, exerted by thehood, is limited to one diameter. The figure alsogives the flow lines and the iso-kinetic lines, orvelocity profiles, expressed in percentage of theaverage velocity v in the duct.Also relation (2) could probably be considered,apart from appropriate corrective coefficients, to bederived from a continuity equation; in fact, theproduct () is the effluent volumetric flow throughthe inlet section of the free circular hood, while theproduct [(10x2 + A).Vx] represents the volumetricflow passing across an iso-kinetic surface area of[(10x2 + A). However a free exhaust hood alsodraws in air behind the ideal through plane via itsinlet section; i.e. normally outside the zone of contamination.As the flow lines (fig. 9) bend towards

chetta d’aspirazione libera aspira però l’aria anchedietro il piano ideale passante per la sua sezioned’imbocco, e cioè, in genere, al di fuori della zonadi contaminazione. Le linee di flusso (fig. 9) curvandosiverso la parete della tubazione interferiscononegativamente con le linee di flusso utili [11].Pertanto, un netto miglioramento dell’efficienza dellecappe di aspirazione si realizza flangiando opportunamentele bocchette (fig. 10). Ciò comporta unanotevole riduzione della portata d’aria richiesta, aparità di velocità di cattura, in quanto diminuisce laquantità d’aria aspirata dal retro della cappa.La flangia quindi realizza un “allungamento” delcampo di moto, nel senso che l’azione di richiamosi risente ad una distanza dalla sezione d’ingressomaggiore (circa 1,30 volte il diametro) rispetto alcaso di bocchetta libera. Pertanto, la flangiaturaproduce, a parità di portata V . A, un incrementodella velocità di cattura sull’asse di circa il 33%,migliorando nel contempo la distribuzione di velocità.Per questo tipo di cappa il Dalla Valle ha fornitoun’ulteriore relazione empirica monodimensionalederivata dalla (2):V 10x 2 +A–– = 0,75 –––––––Vx A (3)Dall’esame della figura 11, relativa al caso di bocchettacircolare flangiata, e come peraltro può riscontrarsisperimentalmente [9, 12], le linee isocinetichesono assimilabili ad una famiglia di ellissi omofocali,aventi per fuochi i punti A e B di figura 11.Accanto alle succitate relazioni empiriche, per ladeterminazione del campo di moto all’ingresso dibocche aspiranti, è possibile usufruire anche direlazioni analitiche.the pipe wall they interfere negatively with the usefulflow lines [11].Hence a clear improvement in the efficiency can beobtained by appropriately flanging the hoods (fig.10). This produces an appreciable reduction in therequired air flow, for the same capture velocity,because the quantity of air drawn in from behindthe hood is decreased.Thus the flange creates an “extension” of the rangeof motion, in the sense that the attracting action isfelt at a greater distance from the inlet section(approx. 1.30 times the diameter) compared to thecase of the free hood. Therefore the flanging produces,for an equal flow rate , an increase in capturevelocity on the axis by approx. 33%, at thesame time improving the velocity distribution. Forthis type of hood, Dalla Valle supplied a furtherempirical one-dimensional relation derived fromrelation (2):V 10x 2 +A–– = 0,75 –––––––Vx A (3)Examining figure 11, regarding the case of flangedcircular hood, and as may be found experimentally[9, 12], the iso-kinetic lines can be assimilated toa family of homofocal ellipses, having, as focalpoint, points A and B of figure 11.Alongside the above empirical relations, it is alsopossible to use analytical relations for determinationof the range of motion at the inlet of exhausthoods.estrattore /extractor fancappa catturante superiore /upper capturing hoodpiano di lavoro /work surfaceFigura 8Cappa catturante superioreFigure 8Upper capturing hood

linee isocinetiche /iso-kinetic lineslinee di flusso /flow linesestrattore /extractor fanFigura 9Campo di moto all’ingresso di bocca libera circolareFigure 9Range of motion at inlet of free circular hoodestrattore /extractor fanflangia /flangeFigura 10Esempio di cappa aspirante flangiataFigure 10Example of flange exhaust hoodIn particolare, si possono utilizzare diverse soluzionidi moto a potenziale risolte dal Lamb [13]: traqueste, quella di maggior interesse, per il caso dibocca circolare con flangia di lunghezza infinita, è:QdkØ = - –– ∫ ∞ o e-kz J o(kr)sin(ka) ––2πak(4)Above all, it is possible to use different potentialmotion solutions solved by Lamb [13]: from these theone of greater interest, as regards the circular hoodwith flange of infinitely length, is:QdkØ = - –– ∫ ∞ o e-kz J o(kr)sin(ka) ––2πak(4)

dove:Ø è il potenziale di velocità;Q è la portata volumetrica;a è il raggio della bocca circolare;k è la variabile di integrazione;J o è la funzione di Bessel di ordine zero;z, r sono le coordinate cilindriche.where:Ø is the velocity potential;Q is the volumetric flow;a is the radius of the circular hood;k is the integration variable;Jo is the Bessel function of order zero;z, r are the cylindrical co-ordinates.linee isocinetiche /iso-kinetic lineslinee di flusso /flow linesestrattore /extractor fanflangia /flangeFigura 11Campo di moto all’ingresso di bocca circolare flangiataFigure 11Range of motion at inlet of flanged circular hoodLa (4) è relativa ad un campo di moto a potenzialetridimensionale assialsimmetrico generato dauna distribuzione non uniforme di pozzi in corrispondenzadella sezione d’ingresso della bocca circolaretale che in essa risulti una velocità uniforme.Come per tutti i moti a potenziale, alla base della(4) vi è il rispetto delle ipotesi di moto incomprimibile,irrotazionale, stazionario e di fluido nonviscoso [14]. Queste ipotesi risultano accettabili conuna certa approssimazione nel caso dei sistemi diaspirazione in esame in quanto trascurare gli effettiviscosi equivale a non tenere conto dell’instaurarsi,all’imbocco di tali sistemi aspiranti, dei fenomenidi vena contracta che di fatto condizionano ilcampo di moto [12].4. RISULTATI DELLE INDAGINI SPERIMENTALICon riferimento alla relazione (2) relativa ad unabocca circolare libera, si riportano nel seguito i primirisultati sperimentali di indagini svolte presso ilDIME [15].In particolare, nella tabella I vengono posti aconfronto rilievi sperimentali della velocità lungoRelation (4) concerns a range of axial symmetricmotion with three-dimensional potential generatedby an uneven distribution of apertures at the inletsection of the circular hood such that a uniformvelocity is obtained in it.As in the case of all potentialmotions, there is observance in accordancewith relation (4) of the assumptions of motion consideredas steady, incompressible, irrotational, andnon viscous [14]. These assumptions are acceptablewith a certain degree of approximation in the caseof the exhaust systems under consideration becauseto ignore the viscous effects is equivalent to not takinginto account the setting up, at the inlet of suchexhaust systems, of the vena contracta phenomenawhich actually condition the range of motion [12].4. RESULTS OF THE EXPERIMENTALINVESTIGATIONSWith reference to relation (2) regarding a free circularinlet, the preliminary experimental results ofresearch carried out at DIME [15] are given below.Above all, a comparison is made in table I of theexperimental findings of the velocity along the axis

l’asse del sistema di aspirazione, con i valori che siricavano dalla relazione (2) del Dalla Valle.Le misure suddette sono state ricavate attraversoprove condotte su di un apposito apparato sperimentalecostituito da una tubazione di diametrointerno pari a 175 mm e da un ventilatore centrifugoche elabora una portata massima di 0,28 m 3 /s.Le misure di velocità all’ingresso sono state effettuatemediante un anemometro a filo caldo termocompensato,opportunamente tarato. La movimentazionedella sonda anemometrica è stata effettuataper mezzo di slitte ottiche a scansione millimetricadotate di un accoppiamento pignone-cremagliera.La velocità media nel condotto è stata valutatacon un tubo di Pitot (AMCA a vaso emisferico)[16] mediante quattro rilievi di velocità locale inun’opportuna sezione di misura (metodo diTchebycheff [17]).I valori della velocità di cattura sull’asse sono stati riportatinella tabella I dimensionalizzati rispetto allavelocità media misurata in quanto, come risulta ancheda precedenti indagini sperimentali [9, 12], il campodi velocità all’imbocco, e quindi il rapporto Vx/V(velocità di cattura/velocità media nel condotto), èpraticamente indipendente dal valore della portata edal diametro della bocca circolare aspirante.Dall’esame dei risultati riportati nella tabella Iscaturisce che i valori di velocità di cattura ricavatidalla relazione empirica (2) del Dalla Valle risultanoleggermente sovrastimati rispetto alle misureeffettuate, così come evidenziato anche dalla fig.12, dove sono messe a confronto la curva dell’abbattimentodella velocità di cattura assiale del DallaValle ed i rilievi sperimentali.of the exhaust system with the results deduced fromthe Dalla Valle relation (2).The above measurements were obtained throughtests carried out on a special experimental apparatusconsisting of a pipe with inner diameter equal to175 mm and a centrifugal fan delivering a maximumflow of 0.28 m3/s. Inlet velocities were measuredby a suitably calibrated, thermally compensatedhotwire anemometer. Movement of the anemometricprobe was driven via optical slides featuringfine scanning and provided with rack & pinion.The average velocity in the duct was measured witha Pitot tube (to AMCA with hemispherical tipdesign) [16] through four measurements of localvelocity in an appropriate measuring section(Tchebycheff method [17]).The capture velocities along the axis are given intable I. They are dimensioned according to theaverage velocity measured because, as also foundin previous experimental research work [9, 12], thevelocity range at the inlet, and therefore the ratioVx/V (capture velocity/average velocity in the duct),is practically independent from the flow rate anddiameter of the circular exhaust hood.Upon examining the results given in table I itemerges that the capture velocities deduced fromthe Dalla Valle empirical relation (2) are found tobe slightly overestimated with respect to the measurementsmade, as also is apparent from fig. 12,where a comparison is made between the curvewith reduction of axial capture according to DallaValle and the experimental findings.Tabella I - Confronto tra la formula (2) ed i rilievisperimentali del DIME relativi ad una bocca circolarelibera.Table I – Comparison between formula (2) andexperimental findings by DIME regarding a freecircular hood.Ascissa Velocità in base alla formula (2) Velocitàdi Dalla Vallesperimentalex/D Vx/V (%) Vs/V (%)0.00 100.0 1070.06 95.6 860.12 84.5 730.18 70.8 590.24 57.7 500.30 46.6 420.36 37.7 340.42 30.8 280.48 25.4 220.54 21.2 190.60 17.9 160.66 15.3 140.72 13.2 120.78 11.4 110.84 10.0 90.90 8.8 80.96 7.8 71.02 7.0 6Abscissa Velocity according to ExperimentalDalla Valle formula (2) velocityx/D Vx/V (%) Vs/V (%)0.00 100.0 1070.06 95.6 860.12 84.5 730.18 70.8 590.24 57.7 500.30 46.6 420.36 37.7 340.42 30.8 280.48 25.4 220.54 21.2 190.60 17.9 160.66 15.3 140.72 13.2 120.78 11.4 110.84 10.0 90.90 8.8 80.96 7.8 71.02 7.0 6

Tabella II - Confronto tra le formule (3), (4) ed irilievi sperimentali del DIME relativi a bocca circolareflangiata.Table II - Comparison between formulae (3), (4)and experimental findings by DIME regarding aflanged circular hoodAscissa Velocità Velocità Velocitàin base alla moto a potenziale sperimentaleformula (3) di formula (4) flangia flangiaDalla Valle R-120 mm R-240 mmx/D Vx/V(%) Vx/V(%) Vx/V(%)0.00 133.3 ∞ 98 1010.06 127.5 49.3 84 890.12 112.7 47.3 72 750.18 94.4 44.3 62 660.24 76.9 40.6 52 540.30 62.1 36.7 45 490.36 50.3 32.9 40 400.42 41.1 29.3 31 350.48 33.9 26.0 28 290.54 28.3 23.1 24 250.60 23.9 20.5 20 220.66 20.4 18.2 18 190.72 17.5 16.3 16 180.78 15.2 14.6 14 160.84 13.3 13.1 12 150.90 11.8 11.8 11 130.96 10.5 10.7 10 111.02 9.4 9.7 8 101.08 8.4 8.8 7 91.14 7.6 8.1 6 81.20 6.9 7.4 5 6Abscissa Velocity Velocity Experimentalaccording to potential motion velocityformula (3) of formula (4) flange flangeDalla Valle R-120 mm R-240 mmx/D Vx/V(%) Vx/V(%) Vx/V(%)0.00 133.3 ∞ 98 1010.06 127.5 49.3 84 890.12 112.7 47.3 72 750.18 94.4 44.3 62 660.24 76.9 40.6 52 540.30 62.1 36.7 45 490.36 50.3 32.9 40 400.42 41.1 29.3 31 350.48 33.9 26.0 28 290.54 28.3 23.1 24 250.60 23.9 20.5 20 220.66 20.4 18.2 18 190.72 17.5 16.3 16 180.78 15.2 14.6 14 160.84 13.3 13.1 12 150.90 11.8 11.8 11 130.96 10.5 10.7 10 111.02 9.4 9.7 8 101.08 8.4 8.8 7 91.14 7.6 8.1 6 81.20 6.9 7.4 5 6curva del Dalla Valle /Dalla Valle curvevalori sperimentali /experimental valuesFigura 12Curve di abbattimento della velocità di cattura assialeFigure 12Curves plotting reduction of axial capture velocity

denza al sovradimensionamento, a cui, per sicurezza,spesso si ricorre proprio a causa di una certa indeterminazionecon la quale si riesce a valutare il campodi moto.Attualmente si può affermare che sia la letteraturatecnica specializzata che le raccomandazioni internazionalinon forniscono delle relazioni atte adescrivere soddisfacentemente il campo di motoall’ingresso di bocche aspiranti. In particolare, sonodisponibili solo poche relazioni empiriche chedescrivono l’abbattimento della sola velocità di catturaassiale in cappe catturanti ed alcune soluzioniteoriche di detti campi di moto, basate però sulleipotesi di moto incomprimibile, irrotazionale, stazionarioe di fluido non viscoso. Entrambi questitipi di relazione forniscono una valutazione delcampo di moto abbastanza limitata, e quindi insufficienteper consentire un’efficace dimensionamentodegli impianti di aspirazione. Le relazioniempiriche, infatti, fornendo come unica informazionequella sulla velocità assiale di cattura,riducono semplicisticamente la fluidodinamica alcaso monodimensionale, laddove, invece, per qualunquegeometria della bocca aspirante, il campodi moto è tridimensionale. Le soluzioni teoriche,invece, possono essere ritenute valide solo ad unacerta distanza dalla sezione d’imbocco, dove cioèpuò considerarsi accettabile l’ipotesi di fluido nonviscoso.Gli Autori, sulla base di indagini sperimentali condottepresso i laboratori del DIME, in questo lavorohanno cercato di fornire un’analisi critica dellerelazioni esistenti in letteratura per la progettazionedei sistemi aspiranti, riproponendosi nel seguito[19], grazie ad ulteriori ricerche ancora in corso,di definire nuove relazioni semiempiriche, checonsentano una soddisfacente descrizione del campodi velocità all’imbocco di cappe di aspirazione.Questo lavoro è stato sviluppato nell’ambito delleattività del contratto MPI 60% n. 8800276.Relazione presentata al XV Congresso InternazionaleANIMP, Firenze 3-5 novembre 1988.to a certain inexactness in evaluating the range ofmotion.At the moment it can be stated that the specializedtechnical journals and international recommendedpractices do not supply suitable relationships foran adequate description of the range of motion atthe inlet of exhaust hoods. Above all, there are onlya few empirical relations which describe the reductionof just the axial capture velocity in capturinghoods and certain theoretical solutions of saidranges of motion; however these are based on theassumptions of motion of fluids considered assteady, incompressible, irrotational, or non viscous.Both these types of relation provide a fairlylimited evaluation of the range of motion, thereforeinsufficient to allow effective dimensioning of theexhaust systems. In actual fact, by supplying as soleinformation the axial capture velocity, the empiricalrelations merely reduce the fluid dynamics tothe one-dimensional case, where, however, therange of motion is three-dimensional for any typeof geometry of the exhaust hood. On the otherhand, the theoretical solutions may be consideredvalid only at a certain distance from the inlet section;i.e. where the assumption of non-viscous fluidcould be considered as acceptable.On the basis of experiments carried out at theDIME laboratories, the Authors have sought, in thiswork, to provide a critical analysis of the relationshipsin the literature for design of exhaust systems,by proposing in the follow-up [19] (and thanks tofurther research still in progress) the definition ofnew semi-empirical relationships which allow satisfactorydescription of the range of velocity at theinlet of exhaust hoods.This work has been carried out within the frameworkof the activities according to the contract MPI60% n. 8800276.Paper presented at the XV International ANIMPConference, Florence 3rd –5th November 1988.

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