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Calcolatore della velocità del flusso nei tubi
Calcolare la velocità del flusso v = 4Q/(πd²), il numero di Reynolds e confrontarlo con i limiti di velocità consigliati per i sistemi idraulici e idrici.
Risultati
Formula della velocità del flusso
La velocità media del flusso in un tubo circolare si ricava dall'equazione di continuità Q = v × A:
- v — velocità media del flusso (m/s)
- Q — portata volumetrica (m³/s)
- D — diametro interno del tubo (m)
- A — sezione trasversale del tubo (m²)
Numero di Reynolds
Il numero di Reynolds determina il regime di flusso: laminare, transitorio o turbolento:
- Re < 2300 — Flusso laminare (regolare, ordinato)
- 2300 ≤ Re ≤ 4000 — Transitorio (instabile)
- Re > 4000 — Flusso turbolento (caotico, maggiore attrito)
Limiti di velocità consigliati
| Tipo di linea | Velocità (m/s) | Velocità (ft/s) | Note |
|---|---|---|---|
| Aspirazione idraulica | 0,5 – 1,5 | 1,6 – 4,9 | Evitare la cavitazione all'ingresso della pompa |
| Pressione idraulica | 3,0 – 6,0 | 9,8 – 19,7 | Fino a 7 m/s per tratti brevi |
| Ritorno idraulico | 2,0 – 4,0 | 6,6 – 13,1 | Sono accettabili tubi più grandi e a bassa pressione |
| Approvvigionamento idrico | 1,0 – 3,0 | 3,3 – 9,8 | Limite di rumore ~2,5 m/s negli edifici |
| Vapore (saturo) | 20 - 40 | 66 - 131 | Alta velocità tipica del vapore |
| Aria compressa | 6 - 15 | 20 - 49 | Maggiore velocità = maggiore caduta di pressione |
Riferimento alla tabella delle tubazioni: ID da OD e spessore della parete
Dimensioni comuni dei tubi in acciaio (Schedule 40) con diametro esterno, spessore della parete e diametro interno:
| Nominale | Diametro esterno (mm) | Parete (mm) | Diametro interno (mm) |
|---|---|---|---|
| DN15 (½″) | 21.3 | 2.77 | 15.8 |
| DN20 (¾″) | 26.7 | 2.87 | 20.9 |
| DN25 (1″) | 33.4 | 3.38 | 26.6 |
| DN32 (1¼″) | 42.2 | 3.56 | 35.1 |
| DN40 (1½″) | 48.3 | 3.68 | 40.9 |
| DN50 (2″) | 60.3 | 3.91 | 52.5 |
| DN65 (2½″) | 73.0 | 5.16 | 62.7 |
| DN80 (3″) | 88.9 | 5.49 | 77.9 |
| DN100 (4″) | 114.3 | 6.02 | 102.3 |
| DN150 (6″) | 168.3 | 7.11 | 154.1 |
| DN200 (8″) | 219.1 | 8.18 | 202.7 |
Esempio pratico
Dato: Q = 60 L/min, ID tubo = 25 mm, Viscosità olio = 32 cSt
Convertire: Q = 60 / 60000 = 0,001 m³/s, d = 0,025 m
A = π/4 × 0,025² = 4,909 × 10⁻⁴ m²
v = 0,001 / 4,909×10⁻⁴ = 2,04 m/s
Re = 2,04 × 0,025 / (32 × 10⁻⁶) = 1,592 → Laminare
Una velocità di 2,04 m/s rientra nell'intervallo consigliato per le linee di pressione (3–6 m/s è ottimale, ma 2 m/s è accettabile).
⚠️ Nota: La velocità calcolata è la velocità media attraverso la sezione trasversale del tubo. La velocità effettiva varia da zero alla parete al massimo al centro (profilo parabolico per flusso laminare).
Usare la formula v = 4Q / (π d²). Convertire la portata Q in m³/s (dividere il valore in L/min per 60.000) e il diametro d in metri (dividere il valore in mm per 1000). Il risultato è la velocità media del flusso in m/s.
Ad esempio: 60 L/min attraverso un tubo da 25 mm → v = 4 × 0,001 / (π × 0,025²) = 2,04 m/s.
Raccomandazioni standard per la velocità nei sistemi idraulici:
- Linee di aspirazione: 0.5 – 1.5 m/s (evitare la cavitazione all'ingresso della pompa)
- Linee in pressione: 3 – 6 m/s (fino a 7 m/s per tratti brevi)
- Linee di ritorno: 2 – 4 m/s
Per gli impianti ad acqua: 1 – 3 m/s; mantenere la velocità al di sotto di 2.5 m/s negli edifici per contenere il rumore.
Una velocità eccessiva causa:
- Rumore e vibrazioni nelle tubazioni
- Aumento della caduta di pressione (proporzionale a v²)
- Erosione delle pareti dei tubi e dei raccordi
- Rischio di cavitazione nelle linee di aspirazione
- Colpo d'ariete in caso di chiusura improvvisa di una valvola
Dimensionare sempre i tubi in modo da mantenere la velocità entro i limiti raccomandati.
Il numero di Reynolds Re = vD/ν è il rapporto adimensionale tra le forze d'inerzia e le forze viscose. Determina il regime di flusso:
- Re < 2300: Flusso laminare — regolare, prevedibile, con basso attrito
- 2300 – 4000: Di transizione — instabile, evitare di progettare in questo regime
- Re > 4000: Turbolento — caotico, con un fattore di attrito più elevato
Il regime di flusso determina quale formula del fattore di attrito utilizzare per i calcoli della caduta di pressione.
La viscosità non modifica direttamente la velocità a parità di portata e dimensioni del tubo — l’equazione di continuità v = Q/A è indipendente dalla viscosità.
Tuttavia, la viscosità influisce sul numero di Reynolds, che determina il regime di flusso e le perdite per attrito. Una viscosità maggiore riduce il numero di Reynolds e modifica il regime di flusso e le perdite di pressione. Per un flusso laminare in un tubo a sezione circolare, il fattore di attrito di Darcy è 64/Re; a parità di velocità e diametro del tubo, un Re più basso significa un fattore di attrito più alto.
Valori comuni di viscosità: acqua a 20°C ≈ 1 cSt; olio idraulico ISO VG 32 a 40°C ≈ 32 cSt; ISO VG 46 a 40°C ≈ 46 cSt.
Le procedure descritte in questa pagina sono state sviluppate e collaudate sul campo dal team Vibromera utilizzando il Balanset-1A, un bilanciatore portatile a due canali e analizzatore di vibrazioni per l'equilibratura dei rotori in loco.
Strumenti e software professionali per il bilanciamento sul campo. Utilizzati in oltre 50 paesi.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko è ingegnere di analisi delle vibrazioni nonché fondatore e amministratore delegato di Vibromera. Da più di 15 anni bilancia macchine rotanti sul campo anziché al banco di prova: pacciamatrici, ventilatori industriali, frantoi, centrifughe, alberi e mandrini. È da questo lavoro che sono nati gli strumenti Balanset — sono stati progettati come uno strumento che il tecnico può portare fino alla macchina e usare da solo, in loco, e non come apparecchiatura da laboratorio. Vibromera è stata fondata nel 2017 e dal 2023 ha sede a Porto, in Portogallo. Qui avvengono lo sviluppo, l'assemblaggio e l'assistenza della linea Balanset. Lo strumento di punta è il Balanset-1A, un analizzatore portatile per il bilanciamento su uno e due piani e per la diagnostica delle vibrazioni. Nikolai segue personalmente l'assistenza ai clienti, la risoluzione dei casi di bilanciamento più difficili e lo sviluppo del software. Lavora con clienti in tutto il mondo, in qualsiasi lingua.
