Dimensionamento Tubazioni Pneumatica Alta Pressione

[Lasher]

Buongiorno a tutti,

vorrei sapere quali sono i criteri che si utilizzano per il dimensionamento delle tubazioni pneumatiche in alta pressione. Nel caso di un circuito oleodinamico, per esempio, vige la regola di ottenere velocità nelle linee di mandata tra 2 e 6 m/s in modo da rimanere in regime laminare e non avere troppe perdite di carico.

Nel caso dell' aria o gas in genere, il regime di moto è sempre turbolento data la viscosità e inoltre, data la densità bassissima del gas, le perdite di carico sono molto basse anche con portate (e di conseguenza velocità di efflusso) molto elevate.

L' unico parametro che mi viene in mente è il numero di Mach. In particolar modo, per Ma<0,3 è possibile trascurare gli effetti di comprimibilità del gas che può pertanto essere assimilato ad un fluido. Mi chiedevo quindi se è buona norma dimensionare la tubazione in modo da rimanere a valori di Mach minori di 0,3.

In particolar modo devo far passare 3000 l/min di gas alla pressione di 250 bar attraverso una tubazione. Il solo calcolo delle perdite di carico mi suggerisce una tubazione piccola ma le velocità del flusso sono comunque alte. Ad esempio con un tubo da 2" DN 50 ho velocità del flusso di 25,46 m/s e Ma=0,44 [at] 20 °C. Le perdite di carico sono di circa 0,0016 bar/m quindi in prima approssimazione mi verrebbe da pensare che posso anche ridurre la dimensione del tubo ma il numero di Mach di 0,44 mi fa pensare che i fenomeni di comprimibilità non siano trascurabili.

Quali sono i criteri da rispettare per questo dimensionamento?

Grazie

[luigi69]

come accennavi tu per l'oleodinamica , i 6 metri al secondo sono comunque considerati una "fucilata" ovvero...forse eccessivi , ma "tanto" si è in pressione . Sui ritorni si sta su valori molto più bassi più che altro per non avere eccessive contropressioni verso il classico scarico T ( thank , serbatoio )

provo un suggerimento , ma a quella pressione.... un DN 50 deve avere un certo spessore.. non indifferente....

e provare a sentire un costruttore di tubi, ovvero cosa consiglia lui come criterio ? Hai portate e pressioni non indifferenti, la tubazione lunga quanto ?

[Lasher]

Si certo, sulle aspirazioni e sulle linee di ritorno le velocità di progetto in oleodinamica sono differenti. Il tubo è un 2" SCH160 (60,3x8,74 mm) tiene circa 350 bar. Purtroppo sia i costruttori di tubi che di valvole parlano solo di perdite di carico che sono "ridicole". Dicono che dipende dalla perdita di carico che decidi di accettare.

Questo già si sapeva.....il problema è che, a mio parere, c' è qualcosa in più. Non vorrei fidarmi troppo.

[luigi69]

curiosità che non dovrebbe centrare con il dimensionamento che tipo di gas è ?

[Lasher]

Azoto

[Lasher]

Ok, mettendo insieme un pò di informazioni sono riuscito a venire a capo del problema ed è come avevo immaginato. Rispolverare i libri universitari fa sempre bene.

Provo a spiegare:

La tipica applicazione in cui ci si imbatte in questo tipo di problemi è l' utilizzo di un accumulatore oleodiinamico a pistone, con bombole di azoto in back-up. In queste applicazioni, generalmente si ha la concomitanza di elevate portate con pressioni elevate. Leggendo il datasheet di un noto costruttore di accumulatori a pistoni ho trovato una nota: "1.6.2 permitted velocities Gas velocity: The flow velocities in the gas connection and pipe system should be limited to 30 m/s when using piston accumulators of the back-up type. gas velocities of over 50 m/s should be avoided at all."

I 30 m/s e 50 m/s sono infatti i limiti imposti dal regime di moto e di conseguenza dal numero di Mach.

Mach <0,3 REGIME IPOSONICO (incomprimibilità)

Mach =0,5 TRANSIZIONE TRA REGIME IPOSONICO E SUBSONICO

0,8<Ma<1,2 REGIME TRANSONICO l' andamento del flusso è indeterminato in quanto caratterizzato da moti sonici e subsonici

Mach=1 REGIME SONICO

Mach>1 REGIME SUPERSONICO

La differenza sostanziale per flusso interno è che: in regime subsonico ad un restringimento della vena fluida e quindi della sezione corrisponde un aumento di velocità. In regime supersonico avviene invece l' esatto opposto cioè un restringimento della sezione fa aumentare la velocità del gas fino al regime sonico poi lo rallenta. Per accelerare il gas oltre il regime sonico è necessaria una sezione convergente-divergente (ugello di de la val).

Tornando alle velocità limite avremo che: Ma=v/sqrt(kRT) se consideriamo:

K=1,4

R=8,3144 J/Kmol

T= 298,15 K

Avremo:

Ma (30m/s)= 0,5 che corrisponde al limite superiore di regime iposonico

Ma (50m/s)=0,85 che corrisponde a regime transonico

Velocità superiori a 50m/s sono quindi da evitare assolutamente per non avere flussi interni sonici o al limite supersonici.

Anche se mi sono risposto da solo, spero che queste considerazioni possano essere confermate da qualcuno e sopratutto che questo post possa servire.

Ciao

[luigi69]

be lasher... una ottima lezione.... avevo consultato un manuale di tecniche nuove sulla pneumatica ma non arrivava a tanto , nel senso che considerava pressioni sull'ordine dei 10 bar