Flusso laminare vs flusso turbolento

Flusso laminare vs flusso turbolento: cosa sono?

Quando si tratta di misurare la portata, due fattori cruciali possono influenzarne notevolmente la misurazione: il flusso laminare e il flusso turbolento. Questi fenomeni svolgono un ruolo significativo nel comportamento dei misuratori di portata e possono influire sull’accuratezza delle misurazioni di portata. Approfondiamo le differenze tra flusso laminare e flusso turbolento, esploriamo alcuni suggerimenti per ridurre al minimo gli effetti negativi della turbolenza e scopriamo perché il flusso laminare è importante per i misuratori di portata.

Comprendere il flusso laminare

Il flusso laminare è un aspetto in cui le particelle di fluido si muovono in strati lisci e paralleli. Questo movimento ordinato consente un’eccellente miscelazione del fluido e riduce la perdita di energia, rendendolo altamente auspicabile in varie applicazioni. Nel flusso laminare, la velocità del fluido rimane relativamente costante. Questa caratteristica crea profili di flusso ben definiti, garantendo misurazioni di portata coerenti e accurate. Il flusso laminare si osserva comunemente a basse portate e in situazioni in cui il flusso è libero da ostacoli. Ciò significa che non ci sono troppe ostruzioni nel percorso del flusso, come valvole, adattatori o accoppiamenti.

Comprendere il flusso turbolento

Il flusso turbolento si verifica quando il flusso di un fluido viene interrotto, spesso a causa di restrizioni come valvole o adattatori in combinazione con elevate velocità del fluido. Questo fenomeno, noto come “effetto turbolenza”, porta a schemi di flusso caotici e non lineari. Il flusso turbolento è un fenomeno che si desidera evitare all’ingresso dello strumento di misurazione di portata, poiché può influire sulla precisione della misurazione. È preferibile avere un flusso laminare. Tuttavia, lo strumento stesso utilizzato come regolatore di portata, con una valvola dietro il misuratore, può causare nuovamente un flusso turbolento. Non tutti i tipi di misuratori di portata lo considerano inconveniente. Principalmente i misuratori di portata termici che utilizzano il principio del bypass sono sensibili a questo effetto. I misuratori di portata basati sul principio di funzionamento di Coriolis, i misuratori di portata a ultrasuoni o i misuratori che misurano il flusso “in linea” (chiamati anche anemometria a temperatura costante) non sono interessati dalla turbolenza.

Come si fa a sapere se il flusso è laminare o turbolento?

In generale, si può dire che esistono due tipi di flussi: un flusso laminare e un flusso turbolento. Nell’immagine si può vedere il flusso laminare, che è stato reso visibile da un esperimento che utilizza l’inchiostro in un tubo cilindrico. L’inchiostro è stato iniettato al centro di un tubo di vetro attraverso il quale scorre l’acqua. Quando la velocità dell’acqua è ancora bassa, l’inchiostro non sembra mescolarsi con l’acqua, le linee di flusso sono parallele; questo è chiamato flusso laminare. Se la velocità dell’acqua aumenta, a una certa velocità si verifica un cambiamento improvviso. Il flusso si interrompe completamente e l’acqua si omogenea con l’inchiostro. Le linee di flusso sono caotiche, non più lineari, e questo effetto prende il nome di flusso turbolento.

Numero di Reynolds: Il parametro chiave

Quando le condizioni di portata portano a un flusso laminare o a un flusso turbolento? Ciò è determinato dal numero di Reynolds (Re). Il numero di Reynolds combina quattro variabili:

Diametro del tubo
Velocità del fluido
Densità del fluido
Viscosità dinamica del fluido

Un numero di Reynolds basso (≤ 2300 circa) indica un flusso laminare, mentre un numero di Reynolds alto (≥ 3000 circa) indica un flusso turbolento. Per valori compresi tra 2300 e 3000, il flusso può essere transitorio, mostrando caratteristiche sia di flusso laminare che turbolento.

Se la velocità dell’acqua aumenta, a una certa velocità si verifica un cambiamento improvviso. Il flusso si interrompe completamente e l’acqua si omogenea con l’inchiostro. Le linee di flusso sono caotiche, non più lineari, e questo effetto prende il nome di flusso turbolento.

3 Suggerimenti per minimizzare gli effetti negativi del flusso turbolento

Quando si utilizzano misuratori di portata massica termici basati sul principio del sensore “bypass”, è necessario tenere conto di questi tre suggerimenti:

Ottimizzare la geometria del processo;
Evitare restrizioni inutili come valvole, adattatori e raccordi a gomito nel processo di flusso. Queste possono indurre turbolenze. Se sono necessarie, considerare l’uso di un filtro anti-turbolenza tra questi componenti e il misuratore di portata.
Limitare la velocità della portata;
Mantenere la lunghezza del tubo appropriata per limitare la velocità della portata. La lunghezza minima del tubo deve essere almeno 10 volte il diametro del tubo all’ingresso dello strumento e 4 volte il diametro del tubo all’uscita (per i misuratori di portata). L’uso della lunghezza corretta del tubo aiuta a passare dal flusso turbolento a quello laminare.
Applicare i filtri di turbolenza;
I filtri anti-turbolenza aiutano a smussare il flusso e a trasformare il flusso turbolento in flusso laminare prima di raggiungere il sensore. Alcuni misuratori di portata sono dotati di filtri di turbolenza integrati, che rappresentano una soluzione efficace per contrastare gli effetti della turbolenza.

Perché si vuole un flusso laminare?

Elevata accuratezza; il flusso laminare garantisce che le misurazioni di portata rimangano costanti e affidabili, con conseguente maggiore accuratezza delle misure. Questo aspetto è fondamentale in applicazioni critiche come il trattamento chimico e la produzione farmaceutica.
Caduta di pressione minima: grazie al suo andamento regolare, il flusso laminare riduce al minimo la caduta di pressione sui misuratori di portata, riducendo il consumo energetico e ottimizzando le prestazioni del sistema.
Ideale per basse portate; il flusso laminare è particolarmente auspicabile nelle applicazioni a bassa portata, dove il mantenimento della precisione può essere difficile in condizioni di turbolenza.

Flusso Laminare vs Flusso Turbolento: tutto dipende dal processo e dall'applicazione

Le conseguenze del flusso turbolento dipendono molto dall’applicazione. Nei processi di semiconduttori, ad esempio, in particolare nei processi di rivestimento come la deposizione di strati, il flusso turbolento è un no-go! Un processo stabile è essenziale in questo caso. Tuttavia, in altri processi di rivestimento, come le tecniche di flame spray, l’impatto delle turbolenze sarà minore a causa dell’elevata pressione nella portata. Se avete bisogno di consigli per scegliere il misuratore di portata migliore per la vostra applicazione, fatecelo sapere o scaricate il nostro e-book.