L’efficienza dei sistemi idraulici è un argomento chiave in cui la riduzione delle dissipazioni gioca un ruolo fondamentale nel suo incremento: per questo è spesso importante ottimizzare o, in ogni caso, essere consapevoli delle perdite di carico esistenti in un circuito durante un ciclo operativo. Le conseguenze di elevate perdite di carico vanno dall’aumento del livello di pressione nell’impianto alla generazione aggiuntiva di calore da rimuovere (richiedendo quindi ulteriore energia). Le perdite principali provengono da pompe, motori e valvole che comandano gli attuatori ma un significativo miglioramento nella loro riduzione può essere ottenuto ottimizzando i percorsi del fluido nei tubi e nei collettori.
Ci sono diverse strade per conoscere le perdite di carico in un percorso:
- Test al banco prova del circuito reale
- Simulazioni CFD utilizzando il disegno 3D del percorso
- Calcolo con le formule teoriche
Come si può intuire le 3 soluzioni sono in ordine crescente di semplicità di calcolo ma decrescente di accuratezza. SmartFluidPower ha realizzato uno strumento di progettazione che consente di stimare molto rapidamente le perdite di carico in un circuito, cercando un compromesso tra accuratezza e difficoltà nell’ottenere il risultato.
La procedura consiste nell’impostare le condizioni al contorno (proprietà del fluido e la sua portata) e inserire le caratteristiche di tutte le occorrenze che il fluido incontra dall’ingresso all’uscita: contrazioni/espansioni di sezione, gomiti, condotti rettilinei, orifici, perdite di carico concentrate note (valvole, ecc.). Lo strumento utilizza delle formule semi-empiriche per il calcolo delle perdite di carico in ciascuna delle geometrie inserite. Il risultato è una somma di tutti i valori e, ovviamente, risulta immediato ricalcolarlo modificando le condizioni del fluido o caratteristiche geometriche dei vari ‘blocchi’ inseriti.
Di seguito vengono mostrati i due percorsi di esempio sui quali vengono calcolate le perdite di carico: i risultati sono stati confrontati anche sperimentalmente realizzando i due percorsi in un manifold e testandoli al banco prova.
La figura mostra i due strumenti software per il calcolo delle perdite di carico: le simulazioni CFD con le distribuzioni di velocità e pressione e lo strumento di SmartFluidPower con l’elenco degli ‘ostacoli’ incontrati dal fluido durante il percorso.
I grafici riassumono i risultati di perdite di carico in funzione della portata, ottenuti per i due percorsi e confrontando le 3 metodologie. Prendendo il dato sperimentale come riferimento (anche se sempre affetto da un certo errore), le simulazioni CFD forniscono un errore medio del 6.6% nel ‘Solid A’ e del 3.1% nel ‘Solid B’. Lo strumento di SmartFluidPower ha un errore più alto (14.9% ‘Solid A’ e 12.5% ‘Solid B’) sempre sovrastimando il valore di riferimento (quindi conservativo), ma guadagnando significativamente nella rapidità e semplicità di calcolo delle curve.
