Come compensare le perdite di carico distribuite e localizzate in un circuito

Le perdite di carico rappresentano un aspetto molto rilevante in un circuito idraulico.  Si potrebbe riassumere questo fenomeno con l’espressione “dissipazioni di energia”, facendo riferimento con queste parole a tutte le forze che si oppongono al movimento impresso a un fluido.

Tener conto della dissipazione di energia che si crea nelle tubature è fondamentale per il corretto dimensionamento dell’impianto, in modo che la portata corrisponda sempre a quella richiesta sia alla fine del circuito sia in tutti i punti di erogazione.  Le perdite di carico sono assimilabili a perdite di pressione e per compensarle bisogna valutare sia la giusta dimensione delle condotte sia le caratteristiche dei componenti dell’impianto, dalle pompe che servono per movimentare il fluido fino alle valvole che ne garantiscono il controllo. Oltre a quello della funzionalità e del comfort c’è però un altro aspetto importante legato alle perdite di carico, quello della sostenibilità. Poiché la correlazione tra perdite di carico e consumo energetico è evidente, cercare di contenere le perdite di carico equivale a risparmiare energia e a ridurre l’impatto ambientale del nostro impianto.

Differenza tra perdite di carico distribuite e perdite di carico localizzate

Per compensare le perdite di carico bisogna prima di tutto considerare tutte le diverse situazioni in cui si presentano.

Le perdite di carico di un circuito idraulico sono essenzialmente di due tipi: distribuite e localizzate. Più grande è il valore della somma tra perdite di carico distribuite e perdite di carico localizzate, maggiore è l’energia che deve essere impressa al fluido per garantire le prestazioni dell’impianto.

Le perdite di carico distribuite sono le perdite di pressione che il fluido incontra a causa dell’attrito nel corso del suo scorrimento. Sono direttamente proporzionali alla lunghezza del circuito e proprio per questo si parla di perdite distribuite per l’intera estensione delle tubazioni. Queste cadute di pressione sono direttamente proporzionali alla viscosità del fluido e alla sua velocità. Più un fluido è viscoso e maggiore è l’attrito tra i suoi strati in movimento; allo stesso modo se si raddoppia la velocità, le perdite di carico aumentano di quattro volte a causa dell’attrito che si genera. Le perdite di carico sono, invece, inversamente proporzionali alla sezione della tubazione. Se infatti il diametro diminuisce, a parità di portata le perdite di carico aumentano considerevolmente in seguito all’aumentare della velocità.

In sintesi: la lunghezza delle tubazioni, il diametro.  la rugosità della loro superficie interna, la viscosità del fluido e la sua velocità, sono tutti elementi che influiscono sulle perdite di carico distribuite di un circuito idraulico.

Le perdite di carico localizzate o concentrate sono dovute alla presenza di singoli elementi del circuito. Possono essere legate alla costruzione dell’impianto, ad esempio alla presenza di incroci, curve, confluenze o variazioni di sezione, oppure dipendere dal passaggio del fluido all’interno di componenti come le valvole idrauliche. In tutti questi casi si generano delle resistenze che causano dissipazione di energia e quindi perdita di carico. Per calcolare le perdite di carico concentrate si può ricorrere al metodo delle lunghezze equivalenti. In pratica si riconduce il calcolo delle perdite localizzate a quello delle perdite distribuite sostituendo le resistenze localizzate con una lunghezza di tubo rettilineo in grado di dare le stesse perdite di carico. Questo metodo si basa su una forte semplificazione e ciò lo rende adatto soprattutto per reti molto estese, nelle quali le perdite di carico localizzate rappresentano una percentuale minima rispetto alle perdite di carico distribuite. Quando invece le perdite di carico localizzate possono fare la differenza ed è richiesto un calcolo non approssimativo, si preferisce utilizzare il coefficiente di flusso o coefficiente Kv.

Il coefficiente Kv definisce il flusso di acqua (tra 5° e 40°), espresso in m³/h, che attraversa una valvola con una pressione differenziale (caduta di pressione) di 1 bar. Esso mette in relazione la portata della valvola con la perdita di carico e quindi permette di dimensionare le valvole in base alla portata richiesta e alla massima perdita di carico ammessa nell’impianto.

Valvole idrauliche con un alto coefficiente di flusso

Il coefficiente di flusso serve a individuare la misura della valvola più adatta per le esigenze del proprio impianto, ma permette anche di confrontare l’efficienza di valvole diverse a parità di dimensione. La crescente sensibilità per il risparmio energetico indirizza sicuramente lo sforzo tecnico-ingegneristico verso la riduzione delle perdite di carico. Questo è possibile agendo sia sui materiali sia sulla geometria della valvola in modo da ridurre gli attriti e massimizzare lo spazio di passaggio del fluido.  La ricerca di una minor perdita di carico ha guidato Mondeo fin dall’inizio della sua storia, a partire dalla scelta dell’acciaio inox stampato. Le pareti sottili, l’assenza di rugosità dell’inox, lo studio della geometria dei componenti per garantire ampie superfici di passaggio, l’attenzione ai dettagli come l’uso di saldature a tig senza apporto di materiale per evitare aree di attrito interne dovute alle saldature, sono i punti di forza delle valvole Mondeo. Questa ricerca in continua evoluzione ci ha permesso di raggiungere risultati già molto interessanti. Abbiamo calcolato che l’installazione in un impianto di un sistema valvola-filtro (ad esempio valvola Idrja+ filtro Linia) realizzato con queste caratteristiche permette un risparmio dei consumi energetici pari al 20%.