Per la maggior parte dei flussi di acqua e di tipo HVAC nei tubi in acciaio inossidabile, in genere è un fattore di attrito Darcy pratico f ≈ 0,018–0,022 (completamente turbolento, gamma da “liscio a leggermente ruvido”). Per numeri di Reynolds più alti (flusso molto veloce), f spesso tende verso ~ 0,015–0,018 ; per numeri di Reynolds turbolenti inferiori (vicini a 5.000–20.000), f può essere ~ 0,03–0,04 .
Per essere precisi, calcolare f dal numero di Reynolds (Re) e dalla rugosità dell'acciaio inossidabile (ε) utilizzeo una correlazione esplicita (ad esempio, Swamee–Jain o Haaland) o l'equazione di Colebrook.
Fattore di attrito per tubi in acciaio inossidabile: quale valore utilizzare
Usa il Fattore di attrito Darcy (chiamato anche fattore di attrito Darcy-Weisbach) a meno che il grafico o il software non indichino esplicitamente "Fanning". Il fattore Darcy lo è 4× il fattore Fanning.
Una stima rapida e difendibile quando non si conosce ancora il flusso esatto è:
- Acqua in tipiche tubazioni in acciaio inossidabile (Re ~ 50.000–300.000): f ≈ 0,018–0,022
- Re molto alto (~1.000.000): f si avvicina spesso ~ 0,015–0,018
- Re turbolento inferiore (~ 5.000–20.000): f comunemente ~ 0,03–0,04
Quindi perfezionare con i passaggi di calcolo riportati di seguito una volta conosciuti il diametro, la portata e la viscosità del fluido.
La rugosità dell'acciaio inox: l'input che guida il risultato
Nel flusso turbolento, il fattore di attrito dipende fortemente da relativa ruvidità (ε/D). L'acciaio inossidabile è generalmente “liscio”, ma il presunto ε è ancora importante.
| Superficie/ipotesi | Rugosità assoluta, ε (mm) | Rugosità assoluta, ε (m) | Quando usarlo |
|---|---|---|---|
| Acciaio inossidabile pulito (presupposto di progettazione comune) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Tubo nuovo/pulito, linea di base conservativa ma fluida |
| Leggermente invecchiato/accumulo di pellicola (regola empirica) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Se ti aspetti depositi o un servizio meno controllato |
| Condizione sconosciuta (margine di progettazione) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Quando hai bisogno di ulteriore conservatorismo |
Calcolare la rugosità relativa come ε/D utilizzando il metodo diametro interno (dimensione non nominale). Anche piccoli cambiamenti in D o ε/D possono cambiare sensibilmente f nella regione completamente turbolenta.
Calcolo passo passo (Re → f) di cui ti puoi fidare
1) Calcola il numero di Reynolds
Per un tubo circolare completo:
Re = (V·D)/ν
- V = velocità media (m/s)
- D = diametro interno (m)
- ν = viscosità cinematica (m²/s)
2) Scegliere la giusta regola del regime di flusso
- Laminare (Re < 2300): f = 64/Re
- Di transizione (2300–4000): evitare la “precisione”; confermare con i dati del test o utilizzare margini conservativi
- Turbolento (Re > 4000): utilizzare ε/D con una correlazione esplicita
3) Flusso turbolento: formule pratiche esplicite
Due opzioni esplicite ampiamente utilizzate (Darcy f):
- Swamee-Jain: f = 0,25 / [log10( (ε/(3,7D)) (5,74/Re^0,9) )]^2
- Haaland: 1/√f = -1.8·log10( [ (ε/(3.7D))^1.11 ] [ 6.9/Re ] )
Se stai iterando nel software, il riferimento classico è Colebrook (implicito):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)) )
Esempio realizzato: fattore di attrito del tubo inossidabile e caduta di pressione
Presupporre acqua vicino a 20°C, rugosità inossidabile pulita ε = 0,015 mm (1,5×10⁻⁵ m) e un diametro interno del tubo D = 0,0525 m (circa un ID Schedule 40 da 2 pollici). Portata Q = 50 g/min (0,003154 m³/s).
Calcolare la velocità e il numero di Reynolds
- Area A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Velocità V = Q/A = 1,46 m/s
- Viscosità cinematica ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Rugosità relativa ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Calcolare il fattore di attrito (Swamee-Jain)
Fattore di attrito Darcy f ≈ 0.0203
Traduci f in perdita di pressione (Darcy-Weisbach)
Per lunghezza L = 100 m, densità ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa per 100 m (circa 4,2 milioni di battente d'acqua per 100 m).
Tabella di riferimento rapido: fattore di attrito dell'acciaio inossidabile rispetto al numero di Reynolds
I valori seguenti presuppongono ε = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), utilizzando la correlazione Swamee-Jain. Usalo per verificare l'integrità dei tuoi risultati.
| Numero di Reynolds (Re) | Fattore di attrito Darcy (f) | Interpretazione tipica |
|---|---|---|
| 5.000 | 0.038 | Basso turbolento; f ancora relativamente alto |
| 10.000 | 0.031 | Presto turbolento; sensibile a Re |
| 50.000 | 0.0219 | Regione di progettazione comune per l'acqua pompata |
| 100.000 | 0.0194 | Medio turbolento; f si stabilizza |
| 1.000.000 | 0.0156 | Molto turbolento; si avvicina al comportamento controllato dalla rugosità |
Insidie comuni che causano fattori di attrito sbagliati
- Utilizzando la dimensione nominale del tubo anziché il diametro interno: f dipende da ε/D e la perdita di pressione dipende da L/D, quindi l'ID conta due volte.
- Miscelazione dei fattori di attrito Darcy e Fanning: se il risultato sembra 4 volte sbagliato, questo è il solito motivo.
- Ignorando la temperatura del fluido: la viscosità cambia Re; l'acqua più fredda aumenta ν e può aumentare f.
- Supponendo che l'acciaio inossidabile sia sempre "perfettamente liscio": saldature, incrostazioni o accumuli di prodotto possono giustificare l'uso di ε più elevati rispetto a tubi nuovi e puliti.
- Aspettarsi un'elevata precisione nel flusso transitorio: trattare 2300–4000 come incerti e progettare con margine.
In conclusione: il tubo in acciaio inossidabile spesso cede f intorno a 0,02 nei comuni servizi idrici turbolenti, ma il numero più affidabile viene da Re e ε/D utilizzando una correlazione standard.
