Nel post di marzo abbiamo approfondito le tipologie dei fluidi utilizzati nelle applicazioni oleodinamiche: l’olio impiegato e le sue caratteristiche influiscono infatti sulla scelta e sul dimensionamento del filtro, nonché sui materiali da utilizzare. Ma la nostra analisi non termina qui.

La progettazione del sistema di filtrazione più adatto ad un impianto è influenzata da un’altra caratteristica del fluido: la viscosità.
La viscosità del fluido rappresenta infatti uno dei principali fattori per il calcolo delle perdite di carico di un sistema oleodinamico.

Cos’è la viscosità di un fluido?

La viscosità misura la resistenza di un fluido allo scorrimento. 
Nel settore oleodinamico viene solitamente definita secondo la  norma ISO 3448 – Classifica di viscosità – con classificazione ISO-VG, che indica appunto il grado di viscosità dell’olio.

La viscosità del fluido ha un impatto importante sulle perdite di carico dell’impianto e deve essere attentamente considerata durante la progettazione del sistema di filtrazione.
La corretta valutazione della viscosità in fase di progettazione assicura la corretta circolazione dell’olio all’interno dell’impianto e previene eventuali problemi agli altri componenti.

Le perdite di carico sono infatti direttamente proporzionali alla viscosità del fluido, pertanto, ad elevati gradi di viscosità dell’olio corrisponderanno in proporzione perdite di carico più elevate all’interno del filtro. Viceversa, diminuendo il grado di viscosità dell’olio, si riducono anche le perdite di carico.

Cosa sono le perdite di carico?

Si definisce perdita di carico l’energia dissipata per vincere le resistenze incontrate dal fluido durante lo scorrimento nel sistema. L’energia dissipata non è più recuperabile perché dispersa sotto forma di calore. Negli impianti questo si traduce  in una perdita di pressione lungo il circuito.

La perdita di carico può essere:

• distribuita, quando è generata dall’attrito interno del liquido tra una particella e l’altra (viscosità) o dall’attrito del liquido contro le pareti lungo tutta la linea
• localizzata, se generata in punto specifico dovuto alla presenza di elementi o componenti specifici dell’impianto, quali, ad esempio, valvole, filtri o curve.

Come si calcolano le perdite di carico? 

Quando si realizza un sistema oleodinamico è fondamentale considerare le perdite di carico perché influiscono significativamente sulle prestazioni dell’impianto, nonché sui consumi del macchinario.

Esistono due modalità per il calcolo delle perdite di carico di un circuito oleodinamico:

• metodo matematico
• metodo grafico

Il metodo matematico

Per un calcolo più preciso delle perdite di carico del sistema di filtrazione è invece necessario

• affidarsi ad un professionista, contattando direttamente il Team Commerciale dell’azienda produttrice del componente per richiedere una consulenza personalizzata,
• utilizzare un software di calcolo, quale ad esempio il CAF di UFI Filters Hydraulics, per ottenere una indicazione veloce e precisa della perdita di carico della propria applicazione utilizzando un filtro con specifiche caratteristiche, selezionabili direttamente dal configuratore,
• effettuare autonomamente il calcolo utilizzando una formula

Il metodo grafico

Questa metodologia, piuttosto sommaria, permette di effettuare un calcolo preliminare utilizzando grafici e tabelle già disponibili per un determinato componente, date alcune caratteristiche del sistema.
I produttori di componenti oleodinamici più esperti includono infatti le curve o le tabelle con le perdite di carico nel proprio catalogo.
In questo modo il progettista dell’impianto può valutare in autonomia la migliore soluzione per il proprio circuito oleodinamico.

Ad esempio, UFI Filters Hydraulics riporta le curve delle perdite di carico per ciascuna serie a catalogo in condizioni standard, ovvero con olio minerale a viscosità cinematica 30 cSt e peso specifico 0,86 kg/dm³.

Tutte le curve sono ottenute da test effettuati presso il laboratori del Gruppo UFI Filters, secondo la specifica ISO 3968.

Per fluidi con caratteristiche diverse, è comunque possibile calcolare dei valori di massima considerando i fattori illustrati nel paragrafo successivo.

Dimensionamento del filtro e perdita di carico (Δp)

Il dimensionamento del filtro deve essere calcolato sulla perdita di carico totale, che dipende dall’applicazione, dalla portata, dalla viscosità del fluido e dal media filtrante utilizzato, in modo da ottenere il livello di pulizia dell’olio richiesto dal costruttore dell’impianto.

La perdita di carico totale del filtro (Δp) è data da 2 fattori, che vanno sommati:

• La caduta di pressione dovuta al corpo filtro (Δp_{corpo filtro})
• La caduta di pressione imputabile all’elemento filtrante (Δp_{elemento filtrante})

La somma di questi 2 fattori, con filtro pulito, non deve superare i seguenti valori, che differiscono a seconda dell’applicazione:

• Aspirazione 3 kPa (0,03 bar) max
• Ritorno 35 ÷ 50 kPa (0,35 ÷ 0,5 bar) max
• Pressione fino a 11 MPa (110 bar) 35 ÷ 50 kPa (0,35 ÷ 0,5 bar) max
• Pressione oltre 11 MPa (110 bar) 80 ÷120 kPa (0,80 ÷1,2 bar) max

Una minore perdita di carico iniziale garantisce una migliore efficienza del filtro e una maggiore durata dell’elemento filtrante.

Per ottenere il valore Δp₀, calcolato per olio minerale con viscosità cinematica “V” di 30 cSt e densità “ps” = 0,86 Kg/dm³, si sommano pertanto i valori identificati sulle tabelle riportate sul catalogo alla portata di riferimento.

Nel caso di utilizzo di fluidi con caratteristiche diverse, è necessario applicare i seguenti fattori di correzione ai valori di Δp₀ ottenuti sulle curve, come segue:

• Per il corpo filtro, la perdita di carico è direttamente proporzionale alla densità dell’olio “ps”, quindi nel caso si abbia ps1 ≠ 0,86
  Δp₁ = (Δp₀ x ps₁) : 0,86
• Per l’elemento filtrante, la perdita di carico varia in funzione della viscosità cinematica dell’olio, quindi nel caso in cui si abbia una viscosità cinematica V₁ (cSt) ≠ 30 cSt
  per viscosità cinematica dell’olio ≤ 150 cSt, Δp₁= Δp₀ x (V₁ : 30)
  per viscosità cinematica dell’olio > 150 cSt, Δp₁ = Δp₀ x [V₁ : 30 +√(V₁ : 30)] : 2

Per qualunque dubbio in merito al calcolo delle perdite di carico o alla selezione del filtro più adatto a garantire la perdita di pressione richiesta dalla specifica applicazione, meglio rivolgersi ad un esperto, come ad esempio il Team commerciale di UFI Filters Hydraulics.

L’attenta valutazione delle perdite di carico e delle prestazioni richieste dall’applicazione, garantisce infatti la riduzione delle stesse, indicendo significativamente sia sul risparmio energetico dell’impianto, sia sull’allungamento delle tempistiche del service tra una manutenzione e l’altra.