Calcolo perdite di carico circuiti idraulici

Calcolo perdite di carico circuiti idraulici

La perdita di carico di un circuito idraulico, è la resistenza che oppone lo stesso allo scorrere dei fluidi nel suo interno. Il totale assoluto di tutte le perdite di carico, viene chiamata “Prevalenza del circuito”

La prevalenza è la forza che la elettropompa dovrà avere per vincere le perdite di carico del circuito e far circolare al suo interno, la quantità di acqua necessaria nell’unità di tempo (funzione della variazione di temperatura prescelta).

Il calcolo della prevalenza viene effettuato considerando il circuito più sfavorito, cioè il circuito che offre maggior resistenza in assoluto al moto del fluido.

Vengono sommate tutte le perdite di carico nelle tubazioni che dal generatore di calore (o refrigeratore) conducono all’utilizzatore più sfavorito (andata + ritorno). Il loro totale verrà sommato al totale delle perdite di carico localizzate (curve, variazioni di sezione, valvole, terminali, generatore, ecc.).

Il loro totale è la “Prevalenza del circuito”.

Suddivisione delle perdite

Perdite di carico continue

Sono le perdite di carico (o di pressione) che un fluido, in moto attraverso un condotto, subisce a causa delle resistenze continue, a causa degli attriti interni al fluido stesso e degli attriti esterni dovuti alla rugosità del condotto.

Le perdite di carico continue si possono esprimere sia in unità di pressione (pascal o bar), sia in altezza di fluido (metri o millimetri di colonna d’acqua).

È conveniente esprimere il loro valore facendo riferimento ad una lunghezza unitaria di condotto (negli impianti idraulici, normalmente: metro).

Le perdite di carico continue si possono calcolare con la seguente formula generale:

r = perdita di carico unitaria (Pa/m)

Fa = fattore di attrito (adimensionale)

D = diametro interno del condotto (m)

ρ = massa volumica del fluido (kg/m3)

v = velocità media del fluido (m/s)

Perdite di carico localizzate

Sono le perdite di carico (o di pressione) che un fluido, in moto attraverso un condotto, subisce a causa delle resistenze accidentali e delle irregolarità di percorso (riduzioni o allargamenti, curve, valvole, organi di regolazione, caldaie, refrigeratori acqua, terminali, ecc.).

Le perdite di carico localizzate possono essere determinate mediante uno dei seguenti metodi di calcolo:

  • diretto: che si basa sulla determinazione di un coefficiente il cui valore dipende dalla forma della resistenza accidentale;
  • portate nominali: che fa riferimento (per ogni resistenza) alla portata corrispondente ad una perdita di carico unitaria (1 bar o 0,01 bar);
  • lunghezze equivalenti: che sostituisce ogni resistenza accidentale con una lunghezza di tubo equivalente, cioè in grado di dare la stessa perdita di carico.

Tutti i nostri calcoli verranno effettuati mediante il “metodo diretto” usando la seguente formula:

z = perdita di carico localizzata (mm c.a.)

ξ = coefficiente di perdita localizzata (adimensionale)

ρ = massa volumica del fluido (kg/m3)

v = velocità media del flusso (m/s)

Perdite di carico totali

Sono le perdite di carico (o pressione) che un fluido, in moto attraverso un condotto, subisce a causa delle resistenze continue e localizzate.

Ad esempio, in un impianto di riscaldamento a circolazione forzata, sono le pressioni che si oppongono al lavoro delle elettropompe.

Il valore delle perdite di carico totali si determina sommando fra loro le perdite di carico continue e localizzate.

Va evidenziato, però, che il valore così ottenuto non è un valore certo, perché risulta influenzato dall’indeterminazione con cui diversi parametri entrano nei calcoli:

  • il diametro delle tubazioni può variare per le tolleranze di produzione, per il formarsi di incrostazioni o per il deposito di calcare;
  • la viscosità è un parametro non sempre ben conosciuto, specie quando si fanno miscele con liquidi antigelo;
  • la rugosità è un fattore difficile da determinare e varia sensibilmente nel tempo;
  • la messa in opera delle tubazioni può essere realizzata con giunzioni mal saldate (con sbavature interne), oppure con curve troppo strette e schiacciate;

lo sviluppo della rete di distribuzione può avvenire con varianti in corso d’opera, dovute ad interferenze con gli altri impianti o ad altri ostacoli non previsti in sede di progetto.

Dopo questa breve prefazione, iniziamo ad analizzare il programma: “Calcolo perdite di carico circuiti idraulici”, e come esso analizza e calcola le perdite di carico localizzate.

Indicazioni evidenziate in rosso

  1. ρ = massa volumica del fluido: kg/m3. Il valore corrisponde alla temperatura di 80°C. Tramite la freccia ci si può connettere con un programma che calcola altre temperature. Il risultato che da, va moltiplicato per 1.000;
  2. qui è possibile, tramite un menu a tendina, inserire le resistenze in gioco facendo attenzione ad inserire quelle che collegano i punti A e B del circuito più sfavorito;
  3. Le frecce di collegamento, riportano rispettivamente ai programmi “Dimensionamento reti tubazioni rame e acciaio” che verranno trattati di seguito;
  4. Va inserito il valore calcolato con il programma prima indicato. Nota: si può fare anche il contrario e cioè riportare il valore calcolato con questo programma in quello del dimensionamento delle reti;
  5. Risultato della prevalenza indicato nelle diverse unità di misura;
  6. La sezione di prova inserita a puro titolo indicativo.

Come esempio, abbiamo deciso di effettuare i calcoli su un circuito realizzato con tubazioni di rame (è possibile utilizzarne anche altri con tubazioni di acciaio in millimetri e in pollici).

 Di seguito viene indicato, come tramite il programma “Dimensionamento reti tubazioni rame”, sia possibile calcolare le perdite di carico delle tubazioni in gioco:

Una volta inseriti i valori di progetto nel circuito analizzato, è sufficiente riportare il valore cerchiato di rosso, nel punto 4 del programma:

Con questi semplici passaggi, abbiamo calcolato la prevalenza totale del circuito idraulico in esame che, in questo caso, risulta: 5.364 mm c.a.

Calcoliamo anche la portata che dovrà avere l’elettropompa per far circolare l’acqua nel circuito con un differenziale di temperatura tra andata e ritorno di 10°C (∆t) con il programma: “Dimensionamento elettropompe

Con tutti i risultati a disposizione risulta agevole anche determinare la potenza elettrica necessaria alla elettropompa, potenza che si può calcolare con il seguente programma: “Calcolo potenza elettropompe”.

Facile vero?

Buon lavoro.

Link correlati

error: Content is protected !!