Quando si progetta un impianto idraulico è particolarmente importante considerare le perdite di carico o perdite di pressione perchè da loro dipende l'efficienza idraulica e anche il risparmio energetico.
- La dinamica dei fluidi comporta un’inevitabile perdita di pressione lungo la rete
- Lunghezza e diametro delle tubazioni, velocità e coefficiente di attrito: sono tanti i fattori da considerare
- È importante tenere conto sia delle perdite di carico distribuite sia di quelle concentrate
- Diagrammi e tabelle aiutano nel calcolo delle perdite di carico e nella progettazione pratica dell’impianto
Tabelle e diagrammi per le perdite di carico: un aiuto per il progettista
Le perdite di carico sono un fenomeno riscontrabile in ogni circuito idraulico. È la stessa dinamica dei fluidi, infatti, a comportare una perdita di pressione sia a causa dell’attrito generalizzato lungo tutta la rete di scorrimento, sia per la presenza di elementi - ad esempio una valvola o una curva - che causano una resistenza al flusso. Nel primo caso si parla di perdite di carico distribuite, nel secondo caso di perdite di carico localizzate.Quando si progetta un impianto idraulico è fondamentale tenere conto delle perdite di carico e calcolarle con precisione. Solo così è possibile dimensionare correttamente l’impianto e garantire la portata richiesta.
A questo scopo esistono tabelle e diagrammi che consentono di misurare le perdite di carico e realizzare di conseguenza il proprio impianto in maniera efficiente.
A questo scopo esistono tabelle e diagrammi che consentono di misurare le perdite di carico e realizzare di conseguenza il proprio impianto in maniera efficiente.
Perdite di carico distribuite: fattori determinanti
Per quanto riguarda le perdite di carico distribuite, si possono individuare alcuni concetti basilari. Le perdite di carico sono una caduta di pressione che corrisponde all’energia potenziale perduta sotto forma di calore dal fluido per vincere l'attrito incontrato lungo la condotta.
Le perdite di carico dipendono dalle dimensioni delle tubazioni (lunghezza e diametro), dalla viscosità e velocità del fluido, dalla rugosità della superficie interna delle tubazioni. In particolare, le perdite di carico sono:
- direttamente proporzionali alla lunghezza del tubo: aumentano con la lunghezza della condotta;
- inversamente proporzionali al quadrato del raggio della sezione: se il diametro diminuisce le perdite di carico aumentano notevolmente a parità di portata;
- direttamente proporzionali alla velocità del fluido: più il fluido scorre veloce, più energia viene dissipata. A parità di diametro di tubazione, più aumenta la velocità e più aumentano le perdite di carico;
- direttamente proporzionali alla viscosità del liquido e alla rugosità delle tubazioni.
Coefficiente di attrito e diagramma di Moody
La formula che mette insieme tutti questi elementi è la legge di Darcy. Secondo tale formula la perdita di carico è data dal rapporto tra il prodotto del quadrato della velocità per un coefficiente di resistenza o fattore di attrito e il doppio del diametro della condotta. Il coefficiente di resistenza, a sua volta, è in funzione della scabrezza del tubo e del numero di Reynolds, valore adimensionale proporzionale al rapporto tra le forze d’inerzia e le forze viscose. È il numero di Reynolds che permette di distinguere tra flusso laminare o turbolento.
Per conoscere il coefficiente di attrito è possibile utilizzare il diagramma di Moody. In esso le ascisse riportano i valori del numero di Reynolds, le ordinate il valore del coefficiente di attrito e le diverse curve i valori della scabrezza.
Qual è, dunque l'utilità del diagramma di Moody?
Conoscendo il valore del numero di Reynolds e conoscendo la scabrezza relativa della condotta, il diagramma permette la determinazione del fattore di attrito che a sua volta consente di calcolare le perdite di carico distribuite.
Conoscendo il valore del numero di Reynolds e conoscendo la scabrezza relativa della condotta, il diagramma permette la determinazione del fattore di attrito che a sua volta consente di calcolare le perdite di carico distribuite.
Naturalmente per facilitare il calcolo delle perdite di carico, a partire dalle leggi fisiche e dalle formule relative, sono state create tabelle e diagrammi pronti all’uso. Generalmente i diagrammi delle perdite di carico sono sviluppati in scala logaritmica e riportano perdite di carico sulle ascisse e portate sulle ordinate. I diametri dei tubi e le velocità dell’acqua sono rappresentati da fasci di rette fra loro perpendicolari.
Quando le perdite di carico sono localizzate
Accanto alle perdite di carico distribuite è necessario considerare anche le perdite di carico localizzate o concentrate. I principi fisici che determinano la perdita di pressione non cambiano ed è possibile ricorrere al metodo delle lunghezze equivalenti per il calcolo. In pratica si fa corrispondere la perdita di carico concentrata alla lunghezza di tubo che darebbe la stessa perdita di carico. Un metodo più preciso è però l’utilizzo del coefficiente Kv o coefficiente di flusso.
Questo coefficiente definisce il flusso d’acqua che attraversa il componente con una pressione differenziale di 1 bar, mettendo quindi in relazione portata e perdita di carico.
Questo coefficiente definisce il flusso d’acqua che attraversa il componente con una pressione differenziale di 1 bar, mettendo quindi in relazione portata e perdita di carico.
Sono disponibili tabelle con i coefficienti di flusso relativi ai componenti principali delle rete idrauliche. Tuttavia è importante considerare che la tipologia di prodotto può fare la differenza. Non tutte le valvole, ad esempio, hanno lo stesso coefficiente di flusso. Ci sono valvole che garantiscono minime perdite di carico e di conseguenza possono incidere significativamente sul risparmio energetico.
