Perdite di carico nelle tubazioni: come rimediare?
Il calcolo perdite di carico è sicuramente il primo aspetto da considerare quando si deve acquistare un nuovo ventilatore per la propria attività. Bisogna infatti considerare la pressione della ventola, parametro dal quale dipendono le perdite di carico delle tubazioni.
Cosa succede esattamente in caso di perdite di carico concentrate? Sarà inevitabile andare incontro a tutta una serie di spiacevoli conseguenze. A seconda dei casi l’impianto potrebbe non garantire la portata necessaria. Altre volte, invece, la ventola inizia ad assorbire una potenza maggiore rispetto a quella necessaria mandando di conseguenza in blocco il motore.
Per questo è molto importante eseguire il calcolo delle perdite di carico delle tubazioni dell’aria prima di compiere un investimento e scegliere il proprio ventilatore. Diversamente sarà facile ritrovarsi con un impianto non efficiente, destinato a guastarsi prima del previsto. Perché rischiare nell’acquisto di un ventilatore non adeguato per il caso specifico?
In realtà ci sono degli errori che non bisogna commettere quando si effettua il calcolo delle perdite di carico dell’aria. Prima di installare nuovi macchinari per aumentare e ottimizzare i tempi della produzione bisogna agire con molta prudenza, evitando di affidarsi a persone non preparate e con scarsa competenza in materia.
Stesso vale quando si desidera modificare un impianto già esistente. Anche in questo caso è bene muoversi con molta attenzione, perché è alto il rischio di scegliere tubazioni con diametro errato. Ecco tutto quello che bisogna sapere su questo argomento.
Calcolo perdita di carico: considerazioni generali
Capita molto spesso di voler cambiare il proprio impianto industriale, magari aggiungendo nuove tubazioni che permettono così di accrescere il ritmo della produzione. Vale la pena puntare su questo tipo di investimento? La risposta sicuramente è affermativa, ma tutto dipende da ciò che nei fatti verrà eseguito.
Molti installatori spesso rifiutano di assumersi ogni responsabilità, perché non sono in grado di calcolare con esattezza le perdite di carico che interessano l’insieme delle tubazioni. Del resto riuscire a dimensionare gli impianti di aspirazione in maniera corretta non è un lavoro alla portata di tutti e richiede molta preparazione. La prima cosa da fare in questi casi è realizzare uno schizzo ipotetico di ciò che si vuole ottenere, per poi chiedere il parere di un esperto del settore.
Quando si vuole modificare un impianto già esistente non bisogna escludere nessun imprevisto e problema futuro. In tanti casi, infatti, può capitare che le perdite di carico del nuovo impianto potrebbero essere più elevate rispetto a ciò che succedeva con la configurazione originaria. Ecco, quindi, che la modifica si rivela una scelta da scartare. Questo genere di situazione è facilmente superabile quando l’intento è solo quello di riciclare un vecchio aspiratore, perché la cifra da spendere resta comunque contenuta. La questione si complica, diventando anche piuttosto dispendiosa, nel momento in cui si vuole spendere per un nuovo ventilatore, per poi scoprire che non è adeguato.
Le perdite di carico delle tubazioni dell’aria non sono disagi di poco conto, ma influiscono direttamente sull’andamento aziendale, ovvero sullo svolgimento della produzione. Nel momento in cui l’impianto non riesce ad aspirare le polveri che si concentrano all’interno dei luoghi di lavoro è normale andare incontro a spiacevoli conseguenze, che costringono all’arresto dell’attività lavorativa. In buona sostanza, comprare un ventilatore inadatto è una scelta errata che nessun imprenditore può permettersi di adottare.
Per evitare qualsiasi imprevisto è di fondamentale importanza la valutazione delle perdite di carico concentrate. Questo tipo di analisi tecnica deve essere svolta sempre prima di comprare il nuovo impianto e non quando diventa troppo tardi e rimediare diventa complicato, oltre che antieconomico.
Perdite di carico delle tubazioni: come eseguire il calcolo?
Posto che un ventilatore deve essere comprato solo dopo aver eseguito in maniera corretta il calcolo delle perdite di carico, ci sono degli errori che non bisogna mai commettere. Oggi molti rappresentati si recano presso le aziende proponendo ventilatori performanti, ma senza specificare bene quali sono le caratteristiche tecniche. Sul punto è bene sapere che non esiste un impianto che vada bene in maniera indistinta per ogni esigenza produttiva. Sono infatti numerose le variabili da considerare per trovare ventilatori in linea con le specifiche necessità.
Come si fa a capire se un ventilatore è quello giusto? Sicuramente eseguendo il calcolo delle perdite di carico delle tubazioni dell’aria, ma in maniera professionale. Questa operazione non è alla portata di tutti, per cui sbagliano coloro che pensano di poter trovare programmi attendibili su internet. Navigando sul web, infatti, si trovano diversi tool, alcuni dei quali completamente gratuiti, che permettono di eseguire il calcolo della perdita di carico in maniera facile e veloce.
Questi software, più in particolare, presentano delle tabelle, all’interno delle quali l’utente dovrà inserire i valori delle tubature dell’impianto. I valori verranno poi moltiplicati con un coefficiente e ciò permetterà di conoscere la perdita di carico tubazioni. Non mancano anche siti in cui basta inserire qualche dato, cliccare sul pulsante ‘calcola’ per ottenere il risultato. Affidarsi a questi sistemi è molto rischioso perché ciò che si ottiene non è un calcolo attendibile e accurato.
Le tabelle che presentano i coefficienti, così come i veloci software per il calcolo delle perdite di carico dell’aria, possono solo fornire delle indicazioni molto approssimative, utile per compiere delle stime in via preliminare. In particolare, questi strumenti servono solamente per avere una vaga idea della pressione necessaria per il ventilatore. Pertanto non sono soluzioni professionali e sicure. Tabelle e software vengono spesso usati dai tecnici solo per operare calcoli sbrigativi, da approfondire necessariamente, prima di poter pianificare e progettare un impianto davvero performante e duraturo nel tempo.
Insomma i risultati ottenuti con questi strumenti non possono essere considerati veritieri al 100%, in quanto le perdite di carico dalle tubazioni dell’aria si possono calcolare moltiplicando un certo coefficiente per la pressione dinamica.
Perdite di carico concentrate: il calcolo corretto
Abbiamo visto che le tabelle che si trovano facendo una piccola ricerca sul web riportano soltanto coefficienti standard o raccomandati, comunque non adatti per il caso specifico. Il calcolo corretto viene invece eseguito moltiplicando un certo coefficiente di perdita per la pressione dinamica. Il coefficiente, a sua volta, è condizionato da numerosi fattori, fra cui le dimensioni delle tubazioni, la loro forma e la velocità del gas. Occorre anche considerare che un medesimo tratto di tubazione potrebbe avere anche differenti coefficienti di perdita. Anzi, questo è proprio un caso abbastanza ricorrente. Non è detto che l’impianto sia dotato di un solo tubo rettilineo, ma spesso presenta un circuito più complesso, oltre che più o meno esteso.
Quando ci troviamo davanti ad un impianto di aspirazione composto da un singolo tubo orizzontale, allora è possibile utilizzare i software che si trovano in rete, in quanto il rischio di commettere errori di calcolo resta abbastanza contenuto. In questo genere di impianti le perdite di carico sono comunque circoscritte.
Nel caso di tubature complesse, che presentano ad esempio vari raccordi e più curve, la somma delle singole imprecisioni può determinare un grave errore di calcolo delle perdite complessive. L’uso delle tabelle è fortemente sconsigliato perché non sarà possibile ottenere un risultato rispondente alla realtà dei fatti.
Infatti è proprio sulla base di calcoli completamente sbagliati che si finisce poi per acquistare un ventilatore inadeguato, cioè per fare un investimento completamente inutile. Tutto questo perché la ventola non riuscirà a garantire la portata che serve effettivamente.
Molti continuano a sottovalutare l’importanza delle perdite di carico delle tubazioni, ma in realtà quando queste vengono conosciute a monte sarà possibile dotare la propria azienda di un ventilatore davvero efficace, non soggetto a continue manutenzioni e in grado di sopportare anche carichi di lavoro continui. Questo vuol dire che non serve acquistare il miglior ventilatore oggi presente sul mercato, ma quello che conta davvero è trovare un modello che possa andare bene per le specifiche applicazioni che vengono svolte all’interno della propria azienda.
Classificazione delle perdite di carico
Quando si conteggiano le perdite bisogna distinguere quelle distribuite dalle concentrate. Per prima cosa immaginiamo di trovarci di fronte a un tubo dalla forma circolare, all’interno del quale l’aria si muove in maniera uniforme, quindi senza grandi turbolenze o vortici. In questa situazione l’unico fattore che determina la perdita di carico è l’attrito. La superficie interna ai tubi non è mai completamente liscia e l’aria che scorre, per via dell’attrito, tende a rallentare. In gergo tecnico queste perdite di carico vengono chiamate distribuite proprio perché si verificano lungo tutta la lunghezza della tubazione.
Nel momento in cui l’aria che si muove all’interno dell’impianto dovesse invece incontrare dei cambi di direzione e sezioni di passaggio, si innescano delle turbolenze che agiscono direttamente sul flusso del gas. Il fenomeno determina un elevato aumento della resistenza che l’aria incontra, ecco perché si parla di perdite concentrate. Queste, infatti, si manifestano solo dove il flusso cambia la direzione o la sezione di passaggio muta. Curve, innesti e raccordi sono esempi classici di perdite concentrate. Tuttavia anche lo scarico in atmosfera, all’uscita del camino oppure a monte della tubazione in aspirazione, genera perdite concentrate.
Conoscere bene la differenza fra le due tipologie di perdite è essenziale per eseguire un calcolo delle perdite di carico dell’aria preciso e senza margini di errori. In linea generale è anche bene sapere che nella maggior parte dei casi le perdite di carico concentrate sono più elevate rispetto a quelle distribuite. Avendo risultati certi e sicuri è anche più semplice capire dove poter intervenire e migliorare l’impianto, che il più delle volte potrebbe essere opportunamente ottimizzato per garantire la massima resa.
Da quanto è quindi emerso un calcolo delle perdite di carico esatto richiede anche una certa preparazione in ambito meccanico, fisico e matematico. Le tabelle e i software con coefficienti standardizzati disponibili a costo zero su internet non tengono conto delle perdite concentrate e distribuite che interessano la quasi totalità degli impianti industriali.
Calcolo delle perdite di carico delle tubazioni dell’aria: perché è importante?
Coloro che riescono a conteggiare, ma senza commettere errori, la perdita di carico delle tubazioni potranno trovare con più facilità il ventilatore adeguato al tipo di impianto e non solo. Riuscire a ridurre le perdite di carico vuol dire anche abbassare il consumo elettrico del ventilatore, rendere l’impianto complessivamente più efficiente e ridurre i costi fissi dell’azienda.
Oggi per fortuna esistono dei sofisticati programmi in grado di portare a termine conteggi meticolosi. Trattasi di software che si rivolgono ai professionisti del settore e che quindi non sono disponibili gratuitamente su internet. Quindi, chi non è in grado di misurare le perdite di carico, siano queste concentrate o distribuite, potranno chiedere il supporto di un esperto, in grado di operare con questi strumenti informatici di ultima generazione.
Grazie a questi software si possono risolvere molti problemi e portare l’azienda al successo, rendendola in definitiva più competitiva. Occorre comunque precisare che per poter usare con successo i programmi professionali bisogna avere un modello tridimensionale delle tubature. Tuttavia, non sempre è conveniente investire nella realizzazione di un modello dell’impianto, specie quando è in corso la fase di studio. Il modello, infatti, comporta anche un certo investimento in termini di tempo e denaro.
Cosa è possibile fare in mancanza di un modello tridimensionale? L’unica cosa è affidarsi al vecchio sistema, ovvero eseguire un calcolo manuale, ma anche in questo caso l’aiuto di un tecnico qualificato è quantomai indispensabile per non rischiare di commettere gravi errori di valutazione. In particolare, per ciascun componente della tubazione sarà necessario calcolare le relative perdite, distribuite e concentrate. In seguito si dovranno sommare le perdite che si concentrano prima del ventilatore e a seguire. Per poter acquistare un buon ventilatore occorre sapere la prevalenza complessiva che deve fornire, ma anche il valore di depressione che influisce sul corretto funzionamento della ventola.
Quando si devono eseguire tutti questi conteggi è bene procedere per step. In ogni caso è sempre bene avere una bozza del circuito delle tubazioni, perché senza avere un’idea sulle lunghezze è normale commettere errori e sarà impossibile avere dei risultati attendibili. Inoltre è fondamentale avere tutte le informazioni sulla portata del gas o quantomeno sulla sua velocità. Senza questi dati iniziali non è possibile iniziare a svolgere le operazioni matematiche.
I passi da seguire per il calcolo perdita di carico
Per prima cosa bisogna calcolare la velocità dell’aria. Naturalmente sarà necessario applicare la relativa formula ogni volta che cambia la sezione della tubazione o la portata. Quest’ultimo caso si verifica quando il circuito presenta diverse linee di aspirazione che convergono nel medesimo collettore.
Si continua ricavando il numero di Reynolds per comprendere il grado di turbolenze all’interno della tubazione. Stabilito il numero di Reynolds per ciascun componente dell’impianto, si può finalmente entrare nel vivo del calcolo delle perdite di carico.
Occorre, quindi, calcolare le perdite distribuite, tenuto conto del fattore di attrito che ostacola il flusso dell’aria. In questo passaggio può tornare molto utile il diagramma di Moody, per conoscere la scabrezza della tubazione. Ecco, quindi, che adesso sarà possibile calcolare le perdite concentrate: curve, innesti, raccordi, valvole, filtri, scarichi in atmosfera, prese di aspirazione etc. In genere per i filtri e gli scambiatori che vengono acquistati, il fornitore dichiara la perdita di carico. Per tutti gli altri elementi sarà necessario procedere con un calcolo matematico.
Chi si occupa del calcolo delle perdite di carico?
Solitamente questa analisi complessa e che richiede diverse formule matematiche viene eseguita dai grandi studi di ingegneria che progettano impianti industriali di grossa portata. Chi si rivolge a questi studi per ottenere il calcolo delle perdite di carico dalle tubazioni dell’aria di un piccolo impianto difficilmente potrà ottenere un aiuto.
La buona notizia è che esistono degli esperti in impianti industriali che forniscono tutta l’assistenza tecnica necessaria per trovare il ventilatore più adatto al proprio impianto. In questa maniera sarà possibile fare investimenti mirati. Le stime parlano chiaro. Buona parte dei malfunzionamenti degli impianti dipendono da una stima sulle perdite di carico approssimativa o del tutto errata.
Purtroppo, infatti, ancora è assai diffusa la tendenza di calcolare a grandi linee le perdite di carico e ciò porta ad una progettazione completamente sbagliata dell’impianto. In queste situazioni l’impianto risulta sottodimensionato e questo vuol dire che all’interno circola una portata d’aria minore rispetto a quella necessaria. La ventola, pertanto, inizia a lavorare in maniera continua nella sua zona di instabilità e per questa ragione smette di funzionare in poche settimane dall’avvenuta installazione e molto spesso di frantuma. Un professionista del settore saprà bene come calcolare le perdite, valutando non solo l’attrito, ma anche le turbolenze che si creano nel flusso, per ottenere dati precisi e concordanti.
L’effetto dell’attrito non è così complicato da calcolare perché si può ricavare applicando delle formule. Per quanto invece riguarda le turbolenze, bisogna portare a termine dei conteggi molto più complessi. In ogni caso queste operazioni non sono così semplici e richiedono una certa preparazione.
Quando si progetta un nuovo impianto è bene ricordare che spesso gli spazi che si hanno a disposizione sono assai ridotti. Lungo il percorso delle tubazioni ci sono anche tutta una serie di ostacoli da superare. Una soluzione lineare è sempre quella preferibile, ma nei fatti assai difficilmente viene attuata. In ogni caso è molto importante stabilire come posizionare le curve, evitando che queste possano interferire fra loro. Se, ad esempio, sono presenti numerose curve è fondamentale distanziarle in maniera opportuna. Diversamente le perdite di carico saranno molto più alte rispetto a quelle reali e ciò porterà a seri problemi. Il ventilatore, infatti, sarà costretto a fornire una portata più bassa rispetto a quella che era stata preventivata nel progetto.
Inoltre si rischia seriamente di compromettere la sicurezza dell’impianto. Qualsiasi elemento che genera perdite di carico concentrate finisce per alterare il flusso del gas che attraversa le tubazioni, con conseguenti vortici e turbolenze. A lungo andare queste situazioni provocheranno la rottura di qualche componente, ad esempio della flangia o di tratti della tubazione. Come è possibile evitare questi guasti? Facendo in modo che il gas possa assorbire le turbolenze, per poi tornare alla sua condizione di uniformità.
Per tale ragione sia prima che dopo una curva viene consigliato di mantenere la tubazione rettilinea per una lunghezza non inferiore a tre volte il diametro. Quando queste distanze minime non possono essere rispettate sarà possibile correre ai ripari usando i deflettori. Anche questi elementi, tuttavia, non si possono posizionare a caso ma richiedono un’accurata progettazione.
L’uscita e l’ingresso delle tubazioni non devono mai essere trascurate perché è proprio in questi punti che si verificano importanti perdite concentrate. In mancanza sarà facile trovarsi in una situazione molto ricorrente, ovvero il calcolo delle perdite darà un valore molto più basso rispetto a quello reale. Ciò porterà ad una scelta d’acquisto errata, ovvero ad un ventilatore con una portata inferiore, dunque insufficiente per lo specifico impianto.
In conclusione
Il calcolo esatto delle perdite di carico concentrate e distribuite è il primo passo da seguire per poter investire nell’acquisto del proprio ventilatore. Del resto non si tratta di una spesa contenuta e per questo bisogna essere molto cauti e fare tutte le necessarie valutazioni preliminari. Poi, aggiungendo piccoli accorgimenti, come una flangia o un cono sull’aspirazione, sarà possibile ottimizzare l’impianto e fare in modo che i consumi siano anche più contenuti.
Coloro che non vogliono commettere errori nel calcolo delle perdite e vogliono ottenere risultati precisi non potranno fare affidamento solo alle tabelle o ai software che si trovano online. Inoltre, altrettanto sbagliato, è affidarsi ai rivenditori che propongono ventilatori performanti senza poi fornire alcun dettaglio tecnico.
Ecco perché è necessario affidarsi a mani esperte, cioè progettare il proprio impianto tenendo conto di ogni fattore, fra cui curve e cambi di direzione all’interno delle tubature, che condizionano direttamente il flusso del gas, creando fastidiosi vortici. Grazie al calcolo corretto delle perdite di carico sarà davvero possibile trovare un ventilatore adeguato, evitando scarse prestazioni, malfunzionamenti, continue riparazioni e arresti della produzione.
