Calcolatore Portata Tubazioni

Dal diametro e dalla portata alla velocità del fluido

Il primo passo è sempre lo stesso: nota la portata volumetrica Q che deve attraversare il tubo e il diametro interno d, la velocità del fluido si ottiene dividendo la portata per l'area della sezione circolare (area = π × (d/2)²). È un calcolo diretto, ma è anche il dato più importante da controllare: una velocità troppo alta genera rumore, erosione e perdite di carico eccessive; troppo bassa, in una tubazione per solidi in sospensione, rischia la sedimentazione.

Il numero di Reynolds: laminare o turbolento?

Il numero di Reynolds (Re = ρ·v·d / μ, dove ρ è la densità del fluido e μ la sua viscosità dinamica) è il criterio che stabilisce il regime di moto. Sotto 2300 il flusso è laminare — le particelle di fluido si muovono su traiettorie ordinate e parallele. Sopra 4000 è turbolento — il moto diventa caotico e mescolato. Tra i due valori c'è una zona di transizione dove il comportamento non è prevedibile in modo affidabile con le formule standard. Il regime cambia radicalmente il passo successivo del calcolo.

Il fattore di attrito: due strade diverse

Per calcolare la perdita di carico serve il fattore di attrito del tubo, e qui laminare e turbolento si separano. In regime laminare il fattore è semplicemente 64/Re: dipende solo dal numero di Reynolds, non dal materiale del tubo. In regime turbolento, invece, dipende anche dalla rugosità relativa della superficie interna (rugosità del materiale diviso il diametro) e si ricava dall'equazione di Colebrook-White — un'equazione implicita, che il calcolatore risolve per approssimazioni successive (iterazione) invece che con una formula diretta.

Dalla frizione alla perdita di carico: Darcy-Weisbach

Il fattore di attrito trovato entra nell'equazione di Darcy-Weisbach, che lega la perdita di carico distribuita ΔP alla lunghezza del tratto, al diametro, alla densità del fluido e al quadrato della velocità: ΔP = f × (L/d) × (ρ·v²/2). È l'equazione di riferimento per le perdite lungo un tratto rettilineo di tubazione, e mostra perché la velocità pesa più di ogni altro parametro: raddoppiarla non raddoppia la perdita di carico, la moltiplica per quattro.

Perché la velocità raccomandata cambia con il fluido

Acqua, olio idraulico e aria compressa hanno densità e viscosità molto diverse, e per questo le velocità consigliate non sono le stesse: l'acqua resta tipicamente sotto i 3 m/s in mandata per limitare rumore ed erosione, l'olio idraulico può salire fino a 4-6 m/s grazie alla maggiore viscosità, l'aria compressa — molto meno densa — tollera velocità molto più alte, fino a 15-25 m/s, senza le stesse perdite per attrito.

Cosa questo calcolo non copre

Il risultato riguarda solo le perdite distribuite lungo un tratto rettilineo. Le perdite concentrate — curve, valvole, riduzioni, raccordi a T — vanno sommate a parte con i rispettivi coefficienti di perdita localizzata, e in un circuito reale sono spesso una quota significativa del totale. Restano fuori anche i dislivelli geodetici e i fluidi non newtoniani, il cui comportamento non segue le stesse leggi. Per un dimensionamento completo di una rete di tubazioni, questi aspetti vanno sommati da un tecnico che valuti l'intero circuito, non solo il singolo tratto.