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Beedy Academy · Calcolatori

Calcolatori di meccanica dei fluidi

16 calcoli di campo per tubazioni, pompe, serbatoi e misura di portata. Ogni calcolatore mostra la sua formula e propone esercizi.

Tubazioni e perdite di carico

Velocità in una tubazione

Formulav = Q ÷ (π D² ÷ 4)  ·  hv = v² ÷ 2g  ·  Dreq = √(4Q ÷ π vt)
m³/h
mm
m/s
Velocità (v)—m/s
Altezza cinetica (hv)—m
Diametro necessario per vt—mm

Acqua, valori usuali: aspirazione pompa da 0,6 a 1,5 m/s, mandata da 1,5 a 3 m/s. Usare il diametro interno reale (da spessore o schedula).

Numero di Reynolds (regime di moto)

FormulaRe = ρ × v × D ÷ μ
m³/h
mm
kg/m³
mPa·s
Velocità (v)—m/s
Numero di Reynolds (Re)—

Laminare sotto 2300, turbolento oltre circa 4000, transizione nel mezzo. Acqua a 20 °C: μ ≈ 1,0 mPa·s; oli: da 10 a 1000 mPa·s.

Perdita di carico in tubazione (Darcy-Weisbach)

Formulaf = 64 ÷ Re (Re < 2300)  ·  f = 0,25 ÷ [log₁₀(ε ÷ 3,7D + 5,74 ÷ Re0,9)]²  ·  hf = f × L ÷ D × v² ÷ 2g  ·  Δp = ρ g hf
m³/h
mm
m
kg/m³
mPa·s
Numero di Reynolds (Re)—
Fattore d'attrito (f)—
Perdita di carico (hf)—m
Caduta di pressione (Δp)—kPa

Fattore di Darcy con Swamee-Jain (±1 % rispetto a Colebrook per Re da 5000 a 10⁸); in zona di transizione (2300–4000) il risultato è approssimato. Tubo nuovo: la rugosità cresce con l'età.

Perdite concentrate (somma dei K)

Formulahm = ΣK × v² ÷ 2g  ·  Δp = ΣK × ρ v² ÷ 2
m³/h
mm
kg/m³
Velocità (v)—m/s
Perdita di carico concentrata (hm)—m
Caduta di pressione (Δp)—kPa

Valori di K usuali: curva 90° standard da 0,3 a 0,9; saracinesca aperta da 0,1 a 0,2; valvola di ritegno 2; sbocco in serbatoio 1; imbocco a spigolo vivo 0,5.

Pressione e altezza di liquido

Formulah = p ÷ (ρ g)  ·  p = ρ g H
kPa
m
kg/m³
Altezza equivalente a p—m
Pressione equivalente a H—kPa
p in psi—psi

Per l'acqua, 1 bar ≈ 10,2 m. Un liquido più denso dà meno altezza a pari pressione: la pompa dà la stessa prevalenza, non la stessa pressione.

Pompe

Potenza idraulica e all'albero

FormulaPh = ρ g Q H  ·  Parbre = Ph ÷ ηp  ·  Pél = Parbre ÷ ηm
m³/h
m
kg/m³
%
%
Potenza idraulica (Ph)—kW
Potenza all'albero—kW
Potenza elettrica assorbita—kW

Scegliere un motore almeno del 10–15 % sopra la potenza all'albero nel punto più gravoso della curva. Rendimento pompa centrifuga: dal 50 all'85 %.

Leggi di affinità (velocità o diametro della girante)

FormulaQ₂ = Q₁ × (N₂ ÷ N₁)  ·  H₂ = H₁ × (N₂ ÷ N₁)²  ·  P₂ = P₁ × (N₂ ÷ N₁)³
m³/h
m
kW
rpm or mm
rpm or mm
Nuova portata (Q₂)—m³/h
Nuova prevalenza (H₂)—m
Nuova potenza (P₂)—kW

Esatto per un cambio di velocità a rendimento costante; per la tornitura della girante, valido solo per piccole riduzioni (meno del 10–15 %). Il punto reale dipende anche dalla curva dell'impianto.

NPSH disponibile e margine

FormulaNPSHa = (ps − pv) ÷ (ρ g) + z − hfs
kPa abs
m
m
kPa abs
kg/m³
m
NPSH disponibile (NPSHa)—m
Margine (NPSHa − NPSHr)—m
Rapporto NPSHa ÷ NPSHr—

z è negativo quando la pompa aspira da sotto (aspirazione negativa). Puntare a NPSHa ≥ 1,3 × NPSHr (o almeno 1 m di margine); acqua a 20 °C: pv = 2,34 kPa, a 60 °C: 19,9 kPa.

Punto di lavoro pompa-impianto

FormulaHp = H₀ − a Q²  ·  Hs = Hst + k Q²  ·  Q* = √((H₀ − Hst) ÷ (a + k))
m
m³/h
m
m
m
Portata al punto di lavoro—m³/h
Prevalenza al punto di lavoro—m

Approssimazione: curva della pompa parabolica passante per H₀ e il punto nominale, perdite dell'impianto in Q². Per un calcolo preciso, sovrapporre la curva reale del costruttore.

Portata della pompa con prova di livello

FormulaQ = π D² ÷ 4 × Δh ÷ t + Qe
m
m
min
m³/h
Portata della pompa—m³/h
Portata della pompa—L/s

Serbatoio verticale a sezione costante. Chiudere l'ingresso se possibile (Qe = 0) e misurare almeno 2–5 minuti per ridurre l'errore di lettura.

Serbatoi

Serbatoio verticale: livello e volume

FormulaV = π D² ÷ 4 × h  ·  h = V ÷ (π D² ÷ 4)
m
m
m
m³
Volume al livello h—m³
Capacità totale—m³
Percentuale di riempimento—%
Livello per il volume V—m
Volume per centimetro—L/cm

Fondo piano. Per un fondo conico o bombato, aggiungere a parte il volume del fondo. Livello misurato dal fondo interno.

Serbatoio orizzontale: volume parziale

FormulaV = L × [R² acos((R − h) ÷ R) − (R − h) √(2Rh − h²)]
m
m
m
Volume al livello h—m³
Capacità totale—m³
Percentuale di riempimento—%

Fondi piani (R = D ÷ 2). Con fondi bombati il volume reale è un po' maggiore: usare la tabella di taratura se esiste.

Tempo di svuotamento da un foro

Formulat = (At ÷ (Cd Ao)) × √(2 ÷ g) × (√h₁ − √h₂)
m
mm
m
m
Tempo—min
Portata iniziale—m³/h

Torricelli: serbatoio verticale aperto all'aria, uscita libera sul fondo, senza tubazione a valle. Una tubazione di uscita aggiunge perdite e allunga il tempo.

Tempo di riempimento o svuotamento

FormulaΔV = π D² ÷ 4 × (h₂ − h₁)  ·  t = ΔV ÷ (Qe − Qs)
m
m
m
m³/h
m³/h
Variazione di volume (ΔV)—m³
Tempo—h
Tempo—min

Serbatoio verticale. Per svuotare, mettere h₂ sotto h₁ e una portata in uscita maggiore di quella in ingresso. Nessun risultato se il livello non va nel verso giusto.

Misura di portata

Portata con diaframma

Formulaβ = d ÷ D  ·  Q = C ÷ √(1 − β⁴) × π d² ÷ 4 × √(2 Δp ÷ ρ)
mm
mm
kPa
kg/m³
Rapporto dei diametri (β)—
Portata (Q)—m³/h
Portata massica—t/h

Solo liquidi (ε = 1). Semplificato dalla ISO 5167: C ≈ 0,60–0,61 per diaframma a spigolo vivo, β da 0,2 a 0,75 e Re elevato; per misure fiscali usare l'equazione completa (Reader-Harris/Gallagher).

Misuratore a pressione differenziale: estrazione di radice

FormulaQ = Qmax × √(Δp ÷ Δpmax)
m³/h
kPa
kPa
Portata (Q)—m³/h
Portata in % del campo—%
Δp in % del campo—%

Al 25 % di Δp si ha già il 50 % della portata. Sotto circa il 10 % della portata la misura è poco affidabile: quasi tutti i trasmettitori hanno un taglio di bassa portata.

Strumenti di apprendimento e verifica. Gli intervalli indicati sono riferimenti generali: seguite sempre le procedure, le autorizzazioni e le consegne del vostro impianto. Non viene inviato nulla: i calcoli avvengono nel browser.