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Distribuzione dello spruzzo

Cos’è la distribuzione dello spruzzo?

Oltre che dalla portata, dalla conformazione dello spruzzo e dal suo angolo, un ugello è caratterizzato da un parametro chiamato distribuzione

Lo spruzzo è formato da una dispersione di goccioline di liquido in una corrente aeriforme; se consideriamo le goccioline passanti per un piano π, normale all’asse dell’ugello, osserviamo che tendono ad allontanarsi ma questa dispersione non è in genere uniforme e si potranno individuare zone dove le goccioline sono maggiormente addensate ed altre dove sono più disperse.

La distribuzione è un indice dell’addensamento (o della dispersione) delle goccioline presenti all’interno dello spruzzo.

Consideriamo lo spruzzo rappresentato in figura:

Alla pressione P, l’ugello eroga una portata Q che all’uscita dell’orifizio viene atomizzata.
Ad ogni distanza H (detta altezza di spruzzo) possiamo individuare un piano π, normale all’asse dell’ugello, che seziona lo spruzzo.

La conseguente superficie S (detta sezione di spruzzo) dipende da vari parametri:

  • la conformazione dello spruzzo F (Es Cono Pieno)
  • l’angolo di spruzzo α
  • la distanza H.

Possiamo quindi scrivere S = S (F, α, H)

Nel caso di un ugello a cono pieno standard, la sezione è un cerchio di diametro C (detto copertura di spruzzo).
Per cui si ha: S = 0,785 C2 con C = C (H)

Il flusso di liquido, rappresentato dalle goccioline, passa per ogni sezione S.
Ma se la portata complessiva Q è costante non altrettanto saranno le portate riferite ad aree inferiori appartenenti alla sezione.

Portata specifica | Distribuzione lineare effettiva | Distribuzione angolare effettiva

Portata specifica

dove
ΔQ è la portata che passa attraverso un’area ΔS
ΔS area appartenente alla sezione S

La funzione q dipende dallo specifico punto della sezione in cui viene misurata per cui si ha:

dove
x e y sono le coordinate locali del piano della sezione
H è la distanza del piano π dall’orifizio dell’ugello

La misurazione della funzione q è però onerosa; pertanto si preferisce individuare due funzioni, anch’esse derivate dalla portata, che possano rappresentare adeguatamente la dispersione delle goccioline. 

Distribuzione lineare effettiva

dove
∂Q è la variazione della portata
∂x è la variazione di una coordinata lineare

Nota la direzione x è presa come direzione generica

Distribuzione angolare effettiva

dove
∂Q è la variazione della portata
∂φ è la variazione di una coordinata angolare

I valori assunti da queste funzioni caratterizzano lo spruzzo e permettono di tracciare gli specifici grafici chiamati Curve di distribuzione. Dall’analisi delle curve si può determinare il tipo di conformazione del getto (Spray Pattern). Il tipo di curva infatti indica se un ugello appartiene a uno dei seguenti tipi: cono pieno, cono cavo, dardolama, ecc. 

Distribuzione lineare

Distribuzione angolare

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Misurazione della distribuzione

Le distribuzioni vengono determinate tramite un dispositivo chiamato “Patternator”.

Il patternator è costituito essenzialmente da 4 parti:
1 Collettore
2 Cella di raccolta
3 Blocco di misura
4 Blocco di scarico
Nota: Gli N collettori costituiscono il captatore.

L’ugello viene posto sopra l’apparecchiatura in modo che il getto investa il captatore ortogonalmente. Per misurare la distribuzione lineare occorre utilizzare un captatore lineare mentre per la distribuzione angolare occorre utilizzare un distributore circolare. Ogni collettore (1) intercetta il flusso di goccioline passante per il proprio settore e lo convoglia nella relativa cella di raccolta (2). Il blocco di misura (3) determina la quantità di liquido raccolta; Il blocco di scarico (4) permette lo scarico del liquido dopo la fine della prova. 

Captatore lineare

Captatore circolare

Esistono due tipi di patternator:
1. Patternator Analogici: forniscono un indicazione diretta dei volumi raccolti tramite la visualizzazione dei livelli di liquido in ogni cella.
2. Patternator Digitali: forniscono una lettura automatica dei volumi raccolti e riportano i valori rilevati su un apposito file. 

Valutazione della distribuzione

La caratterizzazione delle curve di distribuzione considera tre proprietà:

Distribuzione normalizzata monotona

Distribuzione normalizzata monotona

UNIFORMITÀ

Definiamo UNIFORME una distribuzione che minimizza il rapporto A/A° dove A è l’area sottesa dalla curva di distribuzione normalizzata A° è l’area complementare a A rispetto al rettangolo d’inviluppo 2 × 1

MONOTONIA

Definiamo MONOTONA una distribuzione che cresce nella parte sinistra e diminuisce nella parte destra. dove La parte sinistra è il tratto -1, 0 La parte destra è il tratto 0, +1

SIMMETRIA

Definiamo SIMMETRICA una distribuzione che minimizza il rapporto A+/A dove A+ è l’area sottesa dalla curva di distribuzione nella parte positiva A- è l’area sottesa dalla curva di distribuzione nella parte negativa