Analisi sperimentale di una cappa chimica a bassa portata d'aria.

The purpose of this thesis is to evaluate the containment performance of a prototype chemical fume hood equipped with an additional vertical air curtain. Over the years, various studies adopted engineering solutions in an attempt to enhance the protection and energy efficiency of chemical fume hoods, known for their high energy consumption. Typically, the amount of air expelled by a chemical fume hood equals the quantity of primary air treated by the AHU and introduced into the laboratories. The chemical fume hood used for the thesis tests differs from the original model as it is equipped with a top-down vertical air curtain add-in positioned at the end of the fume hood's up-and-down movement. Specifically, this component uses recirculated ambient air to shield the operator from the dispersion of aero-dispersed gases in the workspace. The aim of this addition is to reduce the expelled air flow, thereby limiting the volumes of treated air introduced into the laboratories and consequently reducing energy consumption. In the project development, the aim was to evaluate the performance difference between the active and inactive air curtain scenarios, also considering a potential suboptimal distribution of aeraulic components that might increase turbulence in the suction section. The experimental tests aim to evaluate the potential improvement in the performance of hoods with a vertical air curtain, including protection and containment levels, along with a significant reduction in expelled air volumes. The objective is to contribute to energy savings without compromising containment safety. The analysis of experimental data confirmed the initial hypotheses regarding the reduction in flow while maintaining the protection level, with some distinctions based on the types of tests conducted. Particularly, in tests with face velocities below 0,3 m/s, surpassing containment on the internal plane proves impossible because of a test layout not optimized for low-flow fume hoods with a vertical air curtain.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di valutare le prestazioni di contenimento di un prototipo di cappa chimica aspirante dotata di una lama d’aria aggiuntiva. Nel corso degli anni, diversi studi hanno cercato di migliorare la protezione ed efficienza energetica delle cappe chimiche aspiranti, notoriamente energivore. La quantità di aria che viene espulsa da una cappa chimica, di norma è pari alla quantità di aria primaria trattata dall’UTA e immessa nei laboratori. La cappa chimica aspirante utilizzata per effettuare i test oggetto di tesi, si differenzia dal modello originale in quanto equipaggiata con un add-in lama d’aria verticale con flusso top-down, posizionato alla fine del saliscendi della cappa chimica. Nel dettaglio, questo componente utilizza aria di ricircolo ambiente per proteggere l'operatore dalle fuoriuscite di gas aerodispersi nella zona di lavoro. L'obiettivo di tale aggiunta è ridurre la portata d'aria espulsa, limitando le portate di aria trattata immesse nei laboratori e conseguentemente abbattendo i consumi energetici. Per lo sviluppo del progetto, si è voluto valutare la differenza di prestazioni tra la cappa con lama d'aria attiva e quella spenta, anche considerando una potenziale distribuzione non ottimale dei componenti aeraulici: questo potrebbe aumentare le turbolenze nella sezione aspirante. Le prove sperimentali mirano a valutare il possibile miglioramento delle prestazioni delle cappe con lama d'aria verticale, inclusi i livelli di protezione e contenimento, insieme a una significativa riduzione delle portate d'aria espulsa. L'obiettivo è contribuire al risparmio energetico senza compromettere la sicurezza del contenimento. L’analisi dei dati sperimentali ha confermato le ipotesi iniziali in merito alla diminuzione di portata elaborata rispettando il grado di protezione, ma con alcuni distinguo dovuti alle tipologie di prove effettuate. In particolare, nei test con velocità frontale inferiori a 0,3 m/s, il superamento del contenimento sul piano interno risulta impossibile a causa di un layout di prova non ottimizzato per cappe chimiche a basse portate con lama d'aria verticale.