Sviluppo e applicazione di procedure per l'ottimizzazione di cappe da laboratorio a elevate prestazioni

The aim of the thesis is to characterize a relationship that allows to obtain an optimization on the suction capacity of the LaboSystem laboratory hood. A main source of energy waste of laboratory fume cupboards is provided by the fan, which must guarantee coverage of a pressure drop which is caused by the suction chamber. To ensure optimal use of the fan, it has been necessary to calibrate the operation of the laboratory hood by characterizing the relationship that enables to predict the operator's behavior in order to prepare the correct conditions beforehand. It will be given by the knowledge of the position of the opening of the sash window and the static pressure detected in a specific point of the fume cupboard (on the conveyor). Firstly, it has been important to understand the correlation between the extract volume flow air and the pressure drop between upstream and downstream of the single slit; secondly, a model has been proposed to replace the use of the slits by using holes, with the same diameter, in order to run tests; thirdly, after the characterization of holes, it has been possible to obtain an equivalence between the slits and holes. Finally, it has been realized a prototype to run tests that led a homogeneity of face velocity, as well as the precise knowledge of the fan frequencies to be used to obtain a certain predefined average value. Once the model has been completely calibrated, the Power Law has been determined which allows to link the static pressure and sash opening in order to properly configure an electronic controller for the correct operation of the fan. Moreover it is possible to replace the machine, with rotating parts, with a damper operated by an actuator.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di caratterizzare un legame che permetta di ottenere un'ottimizzazione sulla capacità di aspirazione della cappa da laboratorio di LaboSystem. Una principale fonte di spreco energetico nelle cappe da laboratorio è causato dal ventilatore, il quale deve garantire la copertura della caduta di pressione causata dalla camera di aspirazione. Per garantire un uso ottimale del ventilatore è necessario calibrare il funzionamento della cappa da laboratorio mediante la caratterizzazione di un legame che permette di prevedere il comportamento dell'operatore al fine di predisporre in anticipo le condizioni corrette. Il legame sarà dato dalla conoscenza della posizione del saliscendi della sezione frontale e la pressione statica rilevata in un punto specifico della cappa (sul convogliatore). Di conseguenza è stato necessario: in primo luogo capire il legame che intercorre tra la portata d'aria aspirata e la prevalenza generate a monte e valle della singola feritoia; in secondo luogo è stato proposto un modello che permette di svincolarsi dall'uso delle feritoie ricadendo sull'utilizzo di fori, con ugual diametro, al fine di eseguire i test e di conseguenza sulla loro caratterizzazione; in terzo luogo è stato possibile ricavare un'equivalenza tra fori-feritoie. Infine, si è riusciti a realizzare un prototipo su cui eseguire i test che hanno portato a ottenere una omogeneità di velocità sulla sezione frontale, nonché la conoscenza precisa delle frequenze del ventilatore da adottare per ottenerne un certo valore medio predefinito. Calibrato completamente il modello si è giunti alla determinazione della "Power Law" che permette di legare la pressione statica e l'altezza del saliscendi al fine di configurare opportunamente un controllore elettronico per il corretto funzionamento del ventilatore. Oltretutto, grazie alla legge ricavata, è possibile sostituire l'utilizzo del corpo aspirante con una serranda manovrata da un'attuatore.