L’analisi del comportamento del flusso d’aria in prossimità di cappe aspiranti a fessura con flange di differenti angoli e lunghezze rivela una complessità significativa nelle variazioni dei profili di velocità e nella formazione delle zone vorticosi (VZ). Le simulazioni numeriche, sia tramite il Metodo delle Vortici Discreti (DVM) sia con la Dinamica dei Fluidi Computazionale (CFD), evidenziano come la presenza e la geometria della flangia influiscano profondamente sulla distribuzione della velocità e sull’efficienza di cattura degli inquinanti.

Per esempio, nel caso di una lunghezza di flangia pari a metà della larghezza della cappa (d = 0,5B) e un angolo α di 30°, si osserva un decremento del fattore di correlazione lineare per le componenti di velocità: esso scende a 0,85 per la componente orizzontale (v_x) e a 0,58 per quella verticale (v_y). Nei calcoli CFD, il calo della velocità all’interno della zona vorticosa risulta meno drastico rispetto al modello DVM, dove si riscontrano valori non nulli della velocità tangenziale sulla parete solida, dovuti alla considerazione nel modello DVM di condizioni al contorno (BC) solo per la componente normale del flusso. Il modello CFD, invece, impone la condizione di non scorrimento (no-slip) sulla parete, annullando quindi la componente tangenziale della velocità. Ciò comporta tuttavia un cambiamento a gradino nella componente verticale della velocità, che si manifesta in prossimità della parete.

L’efficienza di captazione degli inquinanti è strettamente legata alla distribuzione della velocità d’aria intorno alla cappa e dipende dalla lunghezza e dall’angolo della flangia. Le curve della velocità adimensionale |v|/v_0 in funzione della distanza normalizzata y/B rispetto all’asse centrale mostrano come i valori di velocità massima si spostino lateralmente con l’aumento dell’angolo α. A breve distanza dall’imbocco (x/B tra 0 e 0,5), le differenze di velocità tra le sezioni trasversali sono accentuate a causa dell’influenza diretta della zona vorticosa. Ad esempio, per una flangia lunga 2,5 volte la larghezza della cappa e con angolo α = 0°, il massimo di velocità si riscontra tra y/B=0 e 1; per α = 15° si sposta tra 1 e 1,7, mentre per α = 30° si estende da -1,7 a 2,2. Procedendo più lontano dall’imbocco (x/B > 0,75), il massimo valore di velocità per α = 0° diminuisce progressivamente fino a scomparire, mentre le flange con angolo di 90° mantengono valori elevati di velocità lungo un ampio intervallo di y/B, aumentando così la loro efficacia a distanze maggiori.

Le differenze tra i risultati ottenuti con DVM e CFD si accentuano con l’aumentare della distanza dall’imbocco, principalmente perché i valori assoluti della velocità decrescono, mentre la differenza assoluta tra i metodi rimane simile, facendo aumentare la discrepanza relativa. In generale, le simulazioni CFD tendono a mostrare velocità leggermente superiori rispetto al modello DVM.

Un aspetto cruciale è l’inversione di segno della componente di velocità orizzontale v_x fuori dalla zona vorticosa, che indica un flusso diretto verso l’asse centrale della cappa. Questa inversione deve essere considerata attentamente quando si interpretano le distribuzioni della velocità, poiché modifica la direzione locale del flusso e influisce sull’efficienza di captazione.

La definizione della zona vorticosa principale (prima VZ) risulta particolarmente importante per comprendere il comportamento globale del flusso. I contorni di questa zona, ottenuti con metodi numerici e confermati da dati sperimentali, mostrano una migliore corrispondenza con i risultati CFD rispetto al modello DVM, soprattutto per quanto riguarda la precisione dimensionale. La zona vorticosa appare inoltre più uniformemente connessa alla flangia nel modello DVM, il quale prevede l’assenza di una seconda zona vorticosa (SVZ) se la cappa è sagomata in accordo con il contorno della prima VZ.

Una proprietà interessante, già nota per cappe circolari, è che le sagome delle zone vorticosi sono geometricamente simili tra loro e possono essere determinate tramite un fattore di scala k_VZ che dipende dalla lunghezza e dall’angolo della flangia. Tale caratteristica si mantiene valida anche per le cappe a fessura con flangia, permettendo di stimare efficacemente la forma e l’estensione della zona vorticosa in funzione dei parametri geometrici.

In aggiunta a quanto esposto, è fondamentale comprendere che le caratteristiche del flusso e le zone vorticosi non solo influenzano direttamente l’efficienza della cappa nel catturare contaminanti, ma incidono anche sulla rumorosità, sul consumo energetico e sulla durata del sistema di aspirazione. La scelta della geometria ottimale deve pertanto considerare un compromesso tra queste variabili, tenendo conto che ogni fonte di inquinamento può richiedere una configurazione specifica per ottenere il massimo rendimento.

Inoltre, la complessità del flusso richiede un’attenta validazione sperimentale delle simulazioni numeriche, poiché piccoli errori nelle condizioni al contorno o nelle ipotesi modellistiche possono portare a discrepanze significative nella predizione delle prestazioni della cappa. Per questo motivo, l’integrazione di diverse tecniche analitiche, numeriche e sperimentali risulta imprescindibile per una progettazione accurata e affidabile.

Come l'asimmetria influisce sulle perdite di carico in un raccordo a T: Analisi e soluzioni

Il comportamento del flusso in un raccordo a T asimmetrico, come quello di una diramazione di scarico, è influenzato in modo significativo dalle caratteristiche del flusso, dalla geometria del raccordo stesso e dalla distribuzione delle velocità all'interno dei condotti. L'analisi delle perdite di carico, la loro distribuzione e le zone di influenza sono fondamentali per ottimizzare il progetto e migliorare l'efficienza energetica in numerosi sistemi di ventilazione e trasporto di fluidi.

Nel caso di un raccordo a T di alimentazione con un flusso misto, la pressione totale lungo il condotto mostra aree in cui le perdite sono dovute esclusivamente all'attrito, e altre in cui l'elemento di disturbo, ovvero la geometria del raccordo, genera una diminuzione non lineare della pressione totale. Questo fenomeno è tipico delle aree di perturbazione fluviale, dove l'intensità delle turbolenze dipende non solo dalla velocità del flusso ma anche dalla configurazione geometrica del raccordo.

Per esempio, analizzando un raccordo a T con un rapporto di portata G/G = 0.5, è evidente come l'area di influenza della diramazione laterale si estenda per circa 25 misure di calibro (in unità normalizzate) lungo il condotto di scarico a valle del raccordo. Allo stesso tempo, le variazioni della lunghezza delle zone di influenza in funzione del rapporto di flusso tra la diramazione laterale e il ramo principale mostrano una certa indipendenza rispetto alla portata del flusso. Questo fenomeno può essere spiegato dalla distanza che le perturbazioni provocate dalla zona vorticosa possono percorrere all'interno del condotto, senza dipendere direttamente dalla lunghezza di quest'area vorticosa.

Le zone di influenza (IZ) del raccordo a T sono distribuite principalmente lungo il condotto principale, a monte e a valle del raccordo. La lunghezza della zona di influenza in un raccordo asimmetrico dipende dal flusso laterale e dalla configurazione geometrica del raccordo stesso. Nel caso di raccordi a T di scarico asimmetrici, le analisi numeriche mostrano che la lunghezza della zona vorticosa nel condotto a valle della confluenza del raccordo varia significativamente in funzione del rapporto di portata G/G. A valori di flusso più elevati, la zona vorticosa aumenta di dimensioni, ma non influisce sostanzialmente sull'estensione della zona di influenza totale, che rimane relativamente invariata. Questo comporta un maggiore interesse nello studio delle zone turbolente e nel comportamento delle perdite di carico che esse provocano.

La modellazione della geometria del raccordo, che può essere adattata per minimizzare le perdite, è essenziale per ridurre l'impatto energetico del sistema. I raccordi a T sagomati, progettati in base alla geometria ottimale che minimizza la resistenza del flusso, sono una soluzione interessante. Un raccordo sagomato, ad esempio, quello con un rapporto di portata G/G = 0.511, è considerato il più “universale” per ridurre al minimo le perdite di carico. In effetti, questo tipo di raccordo ha mostrato le perdite di carico più basse su tutta la gamma di rapporti di portata esaminati, evidenziando come una progettazione ottimizzata possa rendere identiche le condizioni di flusso sia nel ramo laterale che nel ramo principale del raccordo, nonostante l’asimmetria geometrica iniziale.

L’efficacia di questa geometria ottimizzata non solo riduce le perdite di carico, ma contribuisce anche a bilanciare il flusso tra il ramo principale e quello laterale, riducendo le differenze tra le perdite in ciascuna direzione. Un aspetto importante da notare è che le condizioni di flusso diventano quasi identiche quando il rapporto di portata si avvicina a 1, portando a una minimizzazione delle perdite di carico in tutte le sezioni del sistema.

L'analisi numerica delle geometrie del raccordo a T sagomato e delle perdite di carico rivela un'importante opportunità per ottimizzare l'efficienza dei sistemi di ventilazione o di trasporto di fluidi. Tuttavia, è fondamentale anche considerare le dinamiche turbolente e il comportamento del flusso in zone particolarmente disturbate, come quelle vicino alle pareti, per garantire che la simulazione numerica rifletta accuratamente la realtà del sistema. L'uso di modelli avanzati come il modello k-ε con trattamenti di parete migliorati permette di ottenere risultati più affidabili, minimizzando l'incertezza nei risultati delle simulazioni.

Infine, è essenziale che il progettista comprenda come le variazioni di geometria, il flusso e le condizioni turbolente possano influenzare non solo le perdite immediate nel sistema, ma anche la durata complessiva delle operazioni e l'affidabilità nel lungo periodo. La corretta analisi delle perdite di carico e la modellazione dei flussi contribuiscono a garantire non solo un funzionamento efficiente, ma anche la durabilità del sistema e la sua capacità di adattarsi a diversi scenari operativi.

Quali sono i metodi di analisi delle proprietà fisiche e chimiche della polvere nelle sale di manicure?

Nelle sale di manicure, i rilasci di polvere più significativi si verificano durante il processo di limatura delle unghie, quando le microparticelle di polvere vengono liberate nell'aria. La polvere più fine può rimanere sospesa nell'atmosfera per ore, influenzando la qualità dell'aria e potenzialmente causando danni alla salute a lungo termine. Un aspetto fondamentale della ricerca in questo campo è l'analisi delle caratteristiche fisiche e chimiche della polvere, il che implica l'uso di metodi rigorosi per la raccolta e la misurazione dei contaminanti presenti nell'aria.

I filtri utilizzati per la raccolta della polvere in queste analisi sono realizzati in fibra di perclorovinile e vengono asciugati in un essiccatore fino a raggiungere una massa stabile. I filtri vengono quindi pesati su bilance elettroniche di alta precisione, con una tolleranza di errore di 0,0001 g. I campioni di polvere sono raccolti a una distanza di 300–400 mm dalla superficie del tavolo di lavoro della sala di manicure, come evidenziato nel diagramma mostrato nella Figura 9.8. La misurazione viene effettuata su un flusso di aria estratta a una velocità di 20 L/min per una durata di 10 minuti, che rappresenta il tempo medio del processo di limatura.

Una volta completata la raccolta dei campioni, i filtri vengono nuovamente asciugati e successivamente pesati per determinare la concentrazione di polvere nell'aria. Questo valore viene calcolato utilizzando una formula specifica che tiene conto della massa del filtro carico di polvere, del flusso d'aria e del tempo di campionamento. È essenziale notare che la concentrazione di polvere tende a diminuire rapidamente dopo che gran parte di essa si è depositata, ma le particelle più fini possono persistere nell'aria per molte ore.

Per determinare le proprietà fisiche e chimiche della polvere raccolta, i campioni vengono inviati a laboratori indipendenti che utilizzano metodi analitici avanzati. Uno degli approcci principali consiste nell'analisi chimica della polvere per identificare e quantificare i contaminanti pericolosi come formaldeide e fenoli volatili, utilizzando tecniche fotometriche. La determinazione della composizione chimica avviene tramite estrazione e distillazione in ambiente altamente acido, seguita da misurazioni fotometriche a lunghezze d'onda specifiche. I risultati forniscono una valutazione precisa della presenza di sostanze tossiche nell'ambiente di lavoro, che sono cruciali per la valutazione dei rischi sanitari per i lavoratori delle sale di manicure.

Un altro aspetto fondamentale dell'analisi riguarda la densità delle particelle di polvere, che viene determinata mediante il metodo del cilindro pycnometrico. Questo approccio misura la quantità di liquido spostato dalla polvere e permette di calcolare la densità delle particelle. L'uso del pycnometro gas per la misurazione della densità basata sul principio di spostamento di gas è uno strumento avanzato che fornisce dati altamente affidabili.

Per quanto riguarda la dimensione delle particelle di polvere, essa viene misurata utilizzando un analizzatore di dimensioni delle particelle basato sulla diffrazione laser. Questo strumento sfrutta il principio della dispersione delle onde elettromagnetiche, dove la luce dispersa dalle particelle viene misurata e correlata alla dimensione delle stesse. I risultati dell'analisi consentono di determinare la distribuzione della dimensione delle particelle, espressa tramite la mediana del diametro delle particelle e la dispersione standard. In particolare, l'analisi delle polveri industriali spesso mostra una predominanza di particelle molto sottili, il che richiede l'uso della distribuzione lognormale per descrivere la composizione della polvere.

Una distribuzione lognormale consente di descrivere più accuratamente la distribuzione delle dimensioni delle particelle nei campioni di polvere industriale. In questa distribuzione, il diametro delle particelle viene rappresentato su una scala logaritmica, con la percentuale di massa cumulativa corrispondente alla posizione delle particelle lungo l'asse delle ordinate. La misurazione delle particelle sospese nell'aria a livello respiratorio (circa 30–40 cm sopra la superficie del tavolo) fornisce informazioni importanti sulle concentrazioni di polvere nell'area respiratoria, in modo che possano essere adottate misure preventive per proteggere la salute dei lavoratori.

L'analisi delle particelle di polvere e dei contaminanti chimici nell'aria di una sala di manicure non è solo una questione di misurazioni fisiche precise, ma riguarda anche la comprensione dei rischi associati a un'esposizione continua a polveri fini e sostanze tossiche. È cruciale per i responsabili delle strutture di manicure implementare sistemi di ventilazione adeguati e utilizzare dispositivi di protezione individuale per ridurre i rischi per la salute. Solo con una valutazione completa delle proprietà fisiche e chimiche della polvere, insieme a misure di sicurezza appropriate, si possono proteggere i lavoratori e garantire un ambiente di lavoro più sano e sicuro.

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