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Impatto del getto

Come si calcola l’impatto del getto generato da un ugello?

L’impatto dell’acqua spruzzata da un ugello, più precisamente la geometria e l’angolo di spruzzo, dipende da parecchi fattori.
La prima cosa da fare per calcolare il valore dell’impatto, che solitamente è espresso in chilogrammi per centimetro quadrato, è la determinazione del Valore dell’Impatto Teorico Totale usando la formula qui accanto

Dove
Q è la portata alla pressione operativa in lpm
P è il valore della pressione espresso in kgp/cm2

Il valore così ottenuto deve essere moltiplicato per il Coefficiente dell’Impatto Teorico Totale per Centimetro Quadrato (E).
Il valore finale ottenuto è l’Impatto dello Spruzzo del Liquido espresso in kgp/cm2.
Naturalmente non tutta l’energia della vena di fluido viene trasferita al punto d’impatto.

Una parte di questa energia, a volte una parte considerevole, contribuisce all’ottenimento dell’angolatura di spruzzo desiderata facendo acquisire alla vena di fluido un’elevata velocità rotazionale all’interno della camera di vorticazione.

Il valore più alto di impatto si ottiene con un ugello a dardo ed il valore può essere calcolato moltiplicando la pressione dello spruzzo per 1,9.
La tabella sottostante contiene i valori del coefficiente di Impatto Teorico Totale per cm2 per ugelli con diverse geometrie di spruzzo per una distanza fissa di 300 mm.

COEFFICIENTE IMPATTO TEORICO TOTALE PER CM2 ALLA DISTANZA DI 300 MM (E)

ANGOLO DI SPRUZZO
UGELLO A DARDO
ANGOLO DI SPRUZZO
UGELLO A CONO PIENO
ANGOLO DI SPRUZZO
UGELLO A CONO CAVO
15°0,30015°0,110  
25°0,180    
35°0,13030°0,025  
40°0,120    
50°0,10050°0,010  
65°0,07065°0,004  
    60°/80°0,01/0,02
80°0,05080°0,002  
  100°0,001  

Diagrammi della forza di impatto

Come calcolare la distribuzione della forza di impatto del getto

Una ulteriore caratterizzazione di uno spruzzatore è la distribuzione della forza di impatto del getto, che si potrebbe ricavare matematicamente dal diagramma di distribuzione del liquido sulla superficie investita ma che è tuttavia molto più rapido misurare direttamente attraverso strumentazioni specifiche. 

Conformazione tipica di un raddrizzatore di flusso

In alcune applicazioni, ed in particolare nella discagliatura a caldo in acciaieria, la forza di impatto del getto serve ad ottenere un risultato di fondamentale importanza per l’ottenimento di una superficie regolare : la rimozione della scaglia superficiale. 
Sono stati pertanto sviluppati degli ugelli specialmente studiati per i quali non solo la forza di impatto supera un determinato valore ma anche la sua distribuzione risponda ai criteri di impiego richiesti in fase di progetto dell’impianto.
Questi diagrammi si ottengono in laboratorio a mezzo di una attrezzatura specifica che rileva i valori di pressione lungo una matrice di punti distribuita nella zona di copertura del getto, e li fornisce come serie di valori e come rappresentazione grafica.

Rilievo dei valori della forza di impatto senza raddrizzatore

Rilievo dei valori della forza di impatto senza raddrizzatore

Riportiamo qualche diagramma di questo tipo relativo ad ugelli per discagliatura. Per questa applicazione è di fondamentale importanza ottenere una elevata forza di impatto, e si è pertanto diffuso l’impiego di dispositivi quali i raddrizzatori di flusso che riducono le turbolenze della vena liquida interna e permettono un maggiore valore per la forza di impatto a parità di pressione in entrata.
I due diagrammi sono relativi allo stesso ugello e mostrano il maggior valore nella forza di impatto ottenuto montando un raddrizzatore di flusso a monte dell’ ugello: la riduzione delle perdite interne per turbolenza si traduce in una maggiore efficienza di funzionamento ed un guadagno nella di forza di impatto di circa il 40%.

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Perdita di carico attraverso un ugello

Molto spesso da parte dei nostri Clienti ci viene richiesto quale sia la perdita di carico attraverso un determinato ugello, in quanto l’ugello viene considerato come una valvola ovvero come un altro elemento tra quelli inclusi in una tubatura.

La realtà è diversa e si può facilmente comprendere rifacendosi alla equazione di Bernoulli : essa ci dice che l’energia totale di una vena liquida si mantiene inalterata tra due sezioni di un condotto ed è costituita dalla somma di tre fattori.
Trascuriamo qui la perdita di energia per attriti e turbolenze originata dal movimento del fluido tra le due sezioni sotto esame, il che è lecito in quanto un ugello ha una lunghezza trascurabile.
Se applichiamo poi l’equazione tra la sezione di entrata nell’ugello e la sezione di uscita dallo stesso e calcoliamo le variazioni in questi due punti dei tre fattori considerati.

FATTORE 1

L’energia potenziale dovuta alla quota

La variazione di energia potenziale dovuta alla quota è trascurabile: date le ridotte dimensioni dell’ugello si può considerare che la sezione di entrata e la sezione di uscita dallo stesso siano alla stessa quota.

FATTORE 2

L’energia di pressione

La variazione di energia di pressione è significativa, in quanto il liquido fuoriesce in genere nell’ambiente e quindi la sua pressione cade al valore della pressione atmosferica

FATTORE 3

L’energia di velocità

Di conseguenza dato che il valore totale della energia del liquido deve restare costante, deve aumentare il valore della energia cinetica e quindi il liquido prende velocità e si separa in gocce.

L’aumento della energia cinetica corrisponde esattamente alla caduta della energia di pressione. Un ugello svolge quindi la funzione di trasformare in velocità la energia di pressione di un fluido.

Il progettista dell’impianto deve calcolare le cadute di pressione sulla linea tra la flangia di uscita della pompa e la sezione di entrata sull’ugello, in modo che all’entrata nell’ugello siano disponibili la portata e la pressione necessarie al funzionamento dell’ugello stesso.