Calcolo perdite di carico tubazioni aria. Un Semplice Metodo in 4 Passi Per Evitare COSTOSI Errori Quando Dimensioni il Tuo Impianto.

di | settembre 25, 2018

Calcolo perdite di carico tubazioni

Il calcolo delle perdite di carico nelle tubazioni è – o meglio dovrebbe essere – il passo fondamentale per un corretto acquisto dei ventilatori.

La pressione con la quale devi scegliere la ventola, dipende infatti dalla somma di tutte le perdite di carico che l’impianto offre.

In caso contrario ti puoi ritrovare in uno di questi due casi:

  • Il ventilatore NON riesce a dare abbastanza portata nel tuo impianto, se hai sottostimato le perdite di carico
  • La ventola assorbe una potenza maggiore – rischiando di mandare in blocco il motore – nel caso in cui hai abbondato con i margini di sicurezza.

In entrambi i casi il risultato è identico.

Hai speso inutilmente soldi per un ventilatore NON idoneo per il tuo impianto.

Ma tranquillo. Ci pensa il tuo Signore delle Ventole ad evitarti questo casino.

Per prima cosa però voglio mostrarti gli errori che non devi commettere quando valuti perdite di carico.

Il caso di Matteo. Cosa rischi se acquisti un ventilatore prima di conoscere le reali perdite di carico?

Lo scorso luglio Matteo mi ha scritto un messaggio sul mio profilo Linkedin chiedendomi di aiutarlo per un problema che era piombato sulla sua scrivania.

Nella sua azienda hanno da poco installato nuovi macchinari per aumentare la produzione.

Questi macchinari producono delle polveri che devono essere aspirate ed inviate ad un filtro separatore. (non posso entrare più nel dettaglio, Matteo mi ha chiesto di non esplicitare la sua azienda)

L’idea che ha avuto chi stava installando il nuovo impianto era molto semplice.

Modificare l’impianto di aspirazione originale, aggiungendo le tubazioni per le nuove macchine, e collegare il tutto al vecchio aspiratore.

L’installatore però è stato furbo. Non voleva prendersi responsabilità.

Ha quindi chiesto ai tecnici dell’azienda di Matteo di dare indicazioni sui diametri delle tubazioni da installare.

Il problema delle perdite di carico delle tubazioni è finito sulla scrivania di Matteo.

Per calcolare il diametro delle tubazioni bisogna infatti calcolare le perdite di carico dell’insieme di tutte le tubazioni.

Matteo però si occupa della qualità, non è un tecnico che si occupa di dimensionare impianti di aspirazione.

Doveva però dare una mano al suo ufficio tecnico ad uscire da questa situazione.

Per questo motivo ha deciso di contattarmi e provare a richiedere il mio aiuto.

Dopo una breve chiacchierata al telefono, chiedo a Matteo di inviarmi i dati dell’aspiratore e uno schizzo ipotetico delle linee di aspirazione che l’installatore ha pensato di realizzare.

Calcolo perdite di carico impianto di aspirazione

Mi metto subito al lavoro. (Matteo aveva bisogno di una risposta ultra urgente.)

Il ramo di tubazione con le maggiori perdite di carico è quello più lungo nell’immagine.

Arriva la brutta notizia per Matteo

In base alla portata di aria aspirata dall’aspiratore, le perdite di carico di questo nuovo impianto sono molto più alte rispetto alla situazione originale.

È molto probabile che il ventilatore non riesca ad aspirare correttamente le polveri da tutte le macchine.

In questo caso, la fortuna di Matteo è che stavano semplicemente cercando di “riciclare” un vecchio aspiratore.

Ma se invece i suoi tecnici avessero acquistato un nuovo ventilatore, per poi scoprire che NON era idoneo ad aspirare correttamente le polveri?

Come ti sentiresti a commettere un simile errore?

Opinione su calcolo perdite di carico

Ecco il motivo cui già in apertura di questo articolo, ho precisato che il calcolo delle perdite di carico è un passo fondamentale da compiere PRIMA di acquistare qualsiasi ventilatore.

Mi spiace sempre dare queste brutte notizie ai miei clienti. Preferisco risolvere i problemi, piuttosto che confermare che ne esiste uno.

Matteo però ha apprezzato il mio lavoro, nonostante si sia concluso con una brutta sorpresa per lui.

A fianco puoi leggere quello che mi ha scritto qualche giorno dopo, per sdebitarsi del tempestivo aiuto ricevuto.

2 modi che devi evitare se non vuoi eseguire un calcolo delle perdite di carico errato

Grazie a questa breve storia, spero di averti convinto di NON acquistare un ventilatore ancora prima di aver calcolato le perdite di carico del tuo impianto.

È però altrettanto importante evitare di prendere pericolose scorciatoie quando devi valutare la caduta di pressione della linea di tubazioni.

A questo proposito internet è un vero diavolo tentatore. Se cerchi infatti “calcolo perdite di carico” su Google, troverai sicuramente una miriade di risultati che ti promettono una facile soluzione al tuo problema.

Ci sono infatti delle tabelle che ti danno – per ogni componente della tua tubazione – un coefficiente pronto all’uso per il calcolo delle perdite di carico.

Oppure potresti trovare dei siti dove tutto quello che devi fare è inserire qualche dato e – dopo aver schiacciato il pulsante “calcola” – ti restituiscono il valore della perdita di carico.

Fai attenzione.

Le tabelle con i coefficienti o i software per il calcolo delle perdite di carico sono un ottimo aiuto per una prima valutazione PRELIMINARE della pressione necessaria al ventilatore.

Anche io spesso le uso per avere velocemente il valore di resistenza dell’impianto.

Ma non devi prenderle come oro colato. E soprattutto non devi basare il dimensionamento del tuo impianto di aspirazione sui risultati ottenuti da queste “scorciatoie”.

Per quale motivo?

Come scoprirai più avanti, la perdita di carico viene calcolata moltiplicando un certo coefficiente di perdita per la pressione dinamica.

Questo coefficiente di perdita è funzione di molti fattori, tra i quali le dimensioni della tubazione, la sua forma geometrica e la velocità del gas.

Lo stesso tratto di tubazione può avere quindi diversi coefficienti di perdita.

Le tabelle che trovi in internet riportano i coefficienti “tipici” o raccomandati. Non quelli reali per il tuo caso.

Se il tuo impianto di aspirazione è costituito da un solo tubo rettilineo, allora anche usando queste tabelle l’errore che commetti è minimo.

Ma nel caso di tubazioni più complesse, con curve e raccordi, la somma delle singole imprecisioni può causare un grande errore nel calcolo delle perdite di carico totali.

E come detto prima, se scegli un ventilatore usando un valore errato della pressione richiesta finisci con lo spendere inutilmente soldi per acquistare una ventola INCAPACE di muovere la portata di cui hai bisogno.

Visti gli errori che non devi commettere, iniziamo ad entrare nel vivo del calcolo delle perdite di carico di un impianto.

Partiamo prima con una distinzione importante. Se la conosci già, salta pure questo paragrafo e prosegui nella lettura dell’articolo.

Calcolo perdite di carico tubazioni: le due diverse resistenze dell’impianto.

La formula per il calcolo delle perdite di carico è questa:

Formula calcolo perdite di carico

Dove Dp è la perdita di carico, x è il coefficiente di perdita, r è la densità del gas e v la sua velocità.

Quando il gas messo in moto dal ventilatore attraversa la tubazione, nascono una serie di resistenze che tendono a “consumare” il valore di pressione che il gas possiede.

Queste resistenze, chiamate appunto perdite di carico, sono dovute a due diversi fattori.

Perdite di carico distribuite

In un tubo circolare nel quale l’aria si muove in modo uniforme – cioè senza vortici o grandi turbolenze – l’attrito è l’unico responsabile della perdita di carico.

La superficie della tubazione non è infatti perfettamente liscia. L’aria che scorre in prossimità di questa superficie, a causa dell’attrito tende a rallentare.

Si chiamano “distribuite” perché sono delle perdite che si verificano per tutta la lunghezza della tubazione.

Perdite di carico concentrate

Quando l’aria che si muove nell’impianto incontra dei cambiamenti di direzione o di sezione di passaggio, si innescano delle turbolenze e spesso dei “distacchi di vena”, cioè il flusso del gas si “stacca” dalla superficie della tubazione.

Questi fenomeni causano un forte aumento della resistenza che l’aria incontra.

Si tratta quindi di perdite di carico “concentrate”, perché si manifestano solo in quel punto dove il flusso cambia direzione o la sezione di passaggio varia.

Esempi di perdite concentrate sono le curve, i raccordi convergenti o divergenti e gli innesti.

Ma anche lo scarico in atmosfera, all’uscita del camino, o l’ingresso nella tubazione in aspirazione generano delle perdite di carico concentrate.

Queste due ultime parti dell’impianto rappresentano uno dei 3 errori spesso commesso come svelo in questo articolo sul calcolo delle perdite di carico concentrate.

Solitamente le perdite di carico concentrate sono più elevate di quelle distribuite.

Come calcolare le perdite di carico dell’impianto in maniera corretta?

Ai tempi dell’università, l’esame di meccanica dei fluidi è stato uno dei miei preferiti.

Tuttora mi piace calcolare le perdite di carico di una condotta e cosa ancora più sfidante è riuscire ad ottimizzare l’impianto per cercare di ridurre al minimo la sua resistenza.

Come certamente saprai, ridurre le perdite di carico equivale a diminuire i consumi elettrici dei ventilatori.

Rispetto a quando bazzicavo il Politecnico, oggi ci sono software che possono velocizzare di molto e fornire risultati di gran lunga più precisi del calcolo manuale delle perdite di carico.

Quindi il primo consiglio che sento di darti è di utilizzare, o rivolgerti a chi può farlo per te, i nuovi software di calcolo.

Uso questi programmi da anni e devo confessarti che possono realmente risolvere problemi complessi in poche ore.

Ovviamente posso eseguire il calcolo delle perdite di carico del tuo impianto utilizzando il mio software. Per richiederlo non devi far altro che cliccare sul pulsante che vedi qua sotto e lasciarmi i tuoi dati di contatto.

Consulenza calcolo perdite di carico tubazioni

L’unico svantaggio dell’utilizzo di questi programmi per il calcolo delle perdite di carico, è che deve essere disponibile un modello tridimensionale del percorso delle tubazioni.

Non sempre – soprattutto quando si è ancora in fase di studio preliminare – ha senso investire tempo e denaro nella realizzazione di un modello dell’impianto.

In questi casi non resta altro che fare alla vecchia maniera. Armarsi di carta, penna e calcolatrice per eseguire a mano il calcolo delle perdite di carico.

Per ogni componente della tubazione è necessario calcolare le perdite di carico distribuite e quelle concentrate.

Successivamente devi sommare tutte le perdite prima del ventilatore e tutte quelle dopo.

Per una corretta scelta di un ventilatore devi infatti conoscere non solo la prevalenza totale che deve fornire, ma anche il valore di depressione che la ventola sente in aspirazione.

I 4 passi che seguo ogni volta che devo calcolare le perdite di carico per un mio cliente.

Ovviamente parto dal presupposto che esista almeno una bozza preliminare del circuito di tubazioni.

Senza un’idea delle lunghezze, numero di curve e diametri delle tubazioni non è infatti possibile procedere con il calcolo delle perdite di carico.

Così come deve essere nota la portata di gas, o almeno la sua velocità desiderata in un punto, per poter iniziare.

Fatta questa premessa ecco come procedo solitamente.

1° Passo: calcolo velocità aria nei canali

La velocità dell’aria in qualsiasi punto dell’impianto si calcola facilmente con questa formula:

Formula calcolo velocità aria nei canali

Ovviamente devi calcolare la velocità dell’aria ogni volta che cambia la sezione A della tubazione, o la portata Q se hai diverse linee di aspirazione che convergono in un unico collettore.

2° Passo: calcolo del numero di Reynolds

Il numero di Reynold è un parametro senza unità di misura, che dà un’idea di quanto “turbolento” è il flusso di aria – o di altri gas – nella tubazione.

La formula per il calcolo del numero di Reynolds è la seguente:

Formula calcolo numero di reynolds

Dove n è la viscosità cinematica dell’aria alla temperatura di lavoro, e D è il diametro della tubazione.

Non andare in ansia per questi paroloni da ingegneri.

Per renderti la vita più semplice ho creato un comodo foglio di calcolo di Excel per il calcolo delle perdite di carico distribuite, grazie al quale non dovrai diventare matto a cercare o calcolare strani valori come la viscosità cinematica.

Compila il modulo che trovi qua sotto per riceve subito nella tua casella e-mail il foglio di calcolo delle perdite di carico distribuite.

Vedrai che una volta scaricato, ti innamorerai di questo semplice file di Excel.

Ora che conosci il numero di Reynolds per ogni singolo componente del tuo impianto, puoi entrare nel vivo del calcolo delle perdite di carico.

3° Passo: calcolo del coefficiente di perdita distribuita

A questo punto puoi calcolare il coefficiente di perdita per attrito di tutti i singoli componenti della tubazione. (anche per quelli che poi andrai ad analizzare come perdite concentrate)

La formula per il calcolo delle perdite di carico distribuite è questa:

Calcolo perdite di carico distribuite formula

Dove l è la lunghezza del tratto di tubazione o di curva, D è il diametro interno e l è il fattore di attrito che la tubazione oppone al passaggio dell’aria.

Il fattore di attrito dipende sia dal numero di Reynolds che da quanto è “ruvida” la parete della tubazione.

Devi quindi conoscere la scabrezza della tubazione e per ricavare il fattore di attrito l.

In questo passaggio puoi utilizzare un grafico molto caro a chi ha studiato meccanica dei fluidi, il diagramma di Moody.

calcolo perdite di carico diagramma di moody

Hai calcolato prima il numero di Reynolds, quindi ti basta entrare nel grafico e leggere sulla curva relativa alla tua rugosità relativa e/D.

Esempio:
Hai calcolato un valore di Reynolds pari a 105 e la rugosità relativa è pari a 0,004. Il fattore di attrito sarà quindi pari a 0,03 come puoi leggere dal diagramma di Moody che ti ho riportato sopra.

Se poi non hai voglia di diventare cieco nel cercare di leggere il diagramma di Moody, ti ricordo che ho creato un file di Excel che calcola il fattore di attrito in maniera automatica al posto tuo.

Ti basta compilare il modulo che vedi qua sotto per ricevere immediatamente nella tua casella di posta il foglio di calcolo delle perdite di carico distribuite.

Una volta terminato di calcolare le perdite di carico distribuite di tutta la tua linea, puoi passare al quarto ed ultimo passo.

4° Passo: calcolo delle perdite di carico concentrate

Devi passare in rassegna ogni possibile fonte di perdita di carico concentrata:

  • Curve, innesti, raccordi di transizione
  • Valvole, filtri, scambiatori
  • Scarichi in atmosfera, prese di aspirazione
  • Etc

Per i componenti che acquisti – come filtri o scambiatori – il fornitore dovrebbe dichiarare il valore di perdita di carico alla tua portata di progetto.

Per quanto riguarda invece gli altri elementi devi procedere con un calcolo matematico.

Questo articolo è ormai diventato già abbastanza lungo e trattare tutte le formule per il calcolo delle perdite di carico concentrate richiederebbe ancora molto spazio.

Per questo motivo per il momento mi fermo a questo punto, rimandando al prossimo articolo l’analisi delle perdite di carico concentrate più comuni negli impianti di aspirazione industriali.

Ti ricordo che puoi scaricare il foglio di calcolo delle perdite di carico distribuite che ho creato proprio per semplificare la vita a chi come me deve valutare quanta pressione serve per vincere tutte le resistenze dell’impianto.

Hai bisogno di calcolare le perdite di carico di un piccolo impianto di aspirazione INDUSTRIALE, ma nessuno ti vuole dar retta?

Lo so, spesso le società di ingegneria hanno in carico la progettazione di impianti grandi e complessi.

Per questo motivo se provi a chiedere loro una mano per un piccolo impianto di aspirazione, molto spesso ti snobbano.

Ecco perché, dato che al contrario io non avrei tempo di progettare dei mega-impianti, posso essere la tua scelta migliore.

Come avrai già capito, mi occupo abbastanza frequentemente di questo tipo di consulenze.

Non è raro che un cliente mi contatti perché ha bisogno di acquistare un ventilatore, MA non ha la minima idea di quale sia la pressione che la ventola deve fornire.

O semplicemente ha bisogno di qualche consiglio per ridurre al minimo le perdite di carico e contenere in questo modo i costi sia del ventilatore che dei consumi elettrici.

Se anche tu ti ritrovi in una di queste situazioni, allora non devi far altro che cliccare sul pulsante che trovi qua sotto e richiedere di essere contattato senza impegno.

Consulenza calcolo perdite di carico tubazioni

Una volta che avrai compilato il modulo di contatto che ti apparirà cliccando sul pulsante, riceverai una telefonata da me o da uno dei miei tecnici per valutare insieme a te se e in che modo posso esserti utile.

Mai più guasti improvvisi!

Il Signore delle Ventole

 

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