Qual è il fattore di attrito di smazzamento?
Il fattore di attrito di Fanning è un elemento nel calcolo della perdita di pressione dovuta all'attrito in un tubo. È una funzione della rugosità del tubo e del livello di turbolenza all'interno del flusso del liquido. Questi fattori possono essere determinati sperimentalmente, ma sono più spesso presi da grafici e diagrammi. I numeri sono senza dimensioni, nel senso che non hanno unità di misura.
La pressione del liquido che fluisce attraverso un tubo diminuisce a causa dell'attrito tra le pareti interne del tubo e il liquido in movimento. Le pompe o la gravità devono fornire l'energia per spostare il liquido. In tubi molto lunghi, la caduta di pressione dovuta alla perdita per attrito sarà così elevata che il liquido non scorrerà affatto. I gasdotti, come il gasdotto in Alaska, richiedono stazioni di pompaggio intermedie per aumentare la pressione.
La comprensione della perdita di pressione che si verifica quando i liquidi si muovono attraverso i tubi è essenziale in qualsiasi applicazione di tubazioni. È fondamentale per i processi chimici che utilizzano tubi come reattori a flusso tubolare. I tubi usati come reattori producono condizioni di reazione in cui temperatura e pressione sono facilmente controllabili. Il tempo di permanenza della reazione e il grado di completamento della reazione dipendono dalla lunghezza del tubo.
Le reazioni esotermiche emanano calore man mano che progrediscono. Per mantenere condizioni isotermiche e un fattore di attrito di Fanning costante, il tubo dovrà essere raffreddato in una direzione controcorrente. Le reazioni endotermiche, che assorbono il calore, richiederanno il trattamento opposto. Se le condizioni isotermiche non vengono mantenute, i calcoli utilizzando il fattore di attrito di Fanning dovranno soddisfare il cambiamento di viscosità e attrito che si verifica quando il liquido diventa più caldo o più freddo.
I numeri di Reynolds sono misure senza dimensioni del grado di turbolenza nel liquido. Nel flusso laminare con numeri di Reynolds inferiori a 2.000, il liquido si muove con un profilo di velocità a forma di proiettile e poco mescolanza. La velocità massima si verifica al centro della sezione trasversale del tubo ed è il doppio del flusso medio del liquido. Il flusso turbolento, con miscelazione completa, si verifica a numeri di Reynolds superiori a 3.000. Una sottile zona cuscinetto, con numeri di Reynolds compresi tra 2.000 e 3.000, si verifica tra le zone laminare e turbolenta.
Un fattore di attrito di smazzamento può essere determinato misurando le cadute di pressione attraverso le tubazioni di diametro sufficientemente grande da essere scalabili per le operazioni sul campo o dell'impianto. Tipicamente, questi esperimenti vengono eseguiti se sono necessarie condizioni di flusso laminare. Più comunemente, il fattore di attrito di Fanning viene letto da un grafico, poiché la maggior parte dei reattori a flusso plug-in sono gestiti con numeri di Reynolds elevati.
La rugosità della superficie interna del tubo è determinata dalla misurazione. Il numero di Reynolds viene calcolato dal diametro del tubo, dalla viscosità del fluido e dalla caduta di pressione. Grafici del fattore di attrito di Fanning rispetto al numero di Reynolds per tubi di varia rugosità sono disponibili nei manuali di ingegneria. Questi libri hanno anche tabelle sulla rugosità superficiale di vari materiali.