Lamiera perforata in acciaio inossidabile: calcolo dell'area aperta, schema dei fori e caduta di pressione

Area aperta (%)= area del foro ÷ area del motivo ripetuto × 100. Per fori rotondi:90.69 × (d ÷ p)²per uno schema sfalsato di 60 gradi,78.54 × (d ÷ p)²per un modello diritto a 90 gradi (d=diametro del foro, p=passo da centro a centro).

Modello migliore:60 gradi sfalsati offrono circa il 15% in più di area aperta rispetto a 90 gradi diritti con la stessa dimensione e passo del foro e mantengono i ponti metallici più ampi nella stessa area aperta.

Caduta di pressione:per un foglio sottile, Δp=ζ × ½ρu², dove ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² e f è l'area aperta come frazione. Tagliare l'area aperta dal 40% al 20% moltiplica la caduta di pressione di circa 6.

Forza:un'area più aperta significa meno metallo tra i fori. Una lastra con un'area aperta del 40% mantiene solo circa un terzo della resistenza della lastra solida lungo la linea più stretta.

Grado:304, 316L o 2205 non modificano l'area aperta o la caduta di pressione. Cambia la durata e la resistenza alla corrosione, e quindi lo spessore della lamiera che è possibile utilizzare.

Una lamiera forata appare semplice: una lastra piana piena di fori. Eppure tre numeri decidono se funziona in un filtro, uno schermo, un distributore di flusso o una protezione: l'area aperta, la disposizione dei fori e la caduta di pressione su di essa. Sono collegati. Il modello definisce l'area aperta, l'area aperta determina la caduta di pressione e ogni foro in più toglie forza.

Questa guida spiega ogni collegamento in un linguaggio semplice, fornisce le formule e funziona attraverso esempi che puoi riprodurre con una calcolatrice. Quando un numero deriva da un nostro calcolo piuttosto che da una tabella pubblicata, lo diciamo.

Cos'è l'area aperta nella lamiera forata di acciaio inossidabile e come si calcola?

L'area aperta è la percentuale della faccia del foglio che è forata. Dividere l'area di un foro per l'area della cella ripetuta che lo contiene, quindi moltiplicare per 100. Per i fori rotondi in uno schema sfalsato di 60 gradi, la scorciatoia è90.69 × (d ÷ p)².

Pensa al lenzuolo come a un pavimento piastrellato. Ogni tessera contiene un foro (o un numero fisso di fori). L'area aperta indica la quantità di spazio vuoto di ciascuna tessera. Poiché la piastrella è impostata in base al passo, sono necessari solo tre input: dimensione del foro, passo e modello. Utilizza le stesse unità per d e p, come i millimetri.

La costante 90,69 deriva dalla geometria di una griglia triangolare, che è il modo più denso per compattare i fori rotondi. È anche il limite superiore: viene raggiunto solo se i fori si toccano (d=p), il che non lascerebbe alcun metallo per formare una lamiera. Le righe dritte sprecano gli angoli tra i buchi, motivo per cui la costante scende a 78,54.

Esempi realizzati

• Esempio A.Fori da 3 mm, passo da 5 mm, sfalsati di 60 gradi. d ÷ p=0.6 e 0,6²=0.36. area aperta=90.69 × 0.36 =32.7%. Gli stessi fori in uno schema diritto danno 78,54 × 0.36=28.3%.
• Esempio B.Fori da 6 mm, passo 9 mm (scritta "6 @ 9"), sfalsati di 60 gradi. d ÷ p=0.667 e 0,667²=0.444. area aperta=90.69 × 0.444 =40.3%.

Tre errori comuni

• Utilizzando la formula del modello sbagliato.L'applicazione di 90,69 a un modello diritto sovrastima l'area aperta di circa il 15%.
• Confondere le definizioni del tono.I fornitori differiscono a seconda che il passo venga misurato lungo la fila o tra le file e i modelli a 45 gradi sono definiti in più di un modo. Confermare la definizione sul disegno.
• Ignorare i margini.Le formule danno l'area aperta del campo perforato. I bordi pieni attorno al campo abbassano l'area aperta dell'intero foglio.

Quale schema di fori scegliere: sfalsato a 60 gradi, dritto a 90 gradi o sfalsato a 45 gradi?

Sceglieresfalsati di 60 gradia meno che non siano necessari buchi in file diritte. Fornisce la massima area aperta per i fori rotondi, lascia ponti più ampi nella stessa area aperta ed è il modello standard per la maggior parte dei perforatori.

A parità di diametro e passo del foro, una configurazione a 60 gradi fornisce 90,69 ÷ 78.54=1.155 volte l'area aperta di una configurazione diritta a 90 gradi, che è15,5% in più. Puoi anche guardarlo dall'altra parte. Per colpire la stessa area aperta con la stessa dimensione del foro, il modello a 60 gradi può utilizzare un passo più grande di circa il 7,5%, quindi il metallo tra i fori è più largo.

Ecco un caso concreto. Un foro da 5 mm con un passo di 8 mm in uno schema a 60 gradi fornisce un'area aperta del 35,4% con ponti da 3,0 mm. Per ottenere una corrispondenza del 35,4% in uno schema diritto, il passo deve ridursi a circa 7,4 mm, lasciando ponti di soli 2,4 mm circa. Ciò significa circa il 20% in meno di metallo tra i fori per la stessa area di flusso.

Quanta resistenza perde una lamiera perforata all'aumentare dell'area aperta?

Più di quanto suggerisca il numero delle aree aperte. La striscia di metallo più stretta tra i fori trasporta il carico e la sua quota di lamiera solida è approssimativamente(p − d) ÷ p, chiamata efficienza del legamento. Con un'area aperta del 40%, tale quota è solo del 33% circa.

L’area aperta e la forza tirano in direzioni opposte. Quando si aumenta l'area aperta scegliendo un foro più grande o un passo più piccolo, i ponti tra i fori si assottigliano. Poiché i ponti sopportano il carico, la forza diminuisce rapidamente. La tabella mostra la velocità.

L'ultima riga mostra il compromesso. Una lastra con un'area aperta del 63% si trova vicino alla parte superiore della fascia compresa tra il 23% e il 64% prescritta dalla norma ISO 7805-1 per lamiere di spessore pari o superiore a 3 mm, ma mantiene solo circa un sesto della sua resistenza nella sezione più stretta.

I produttori utilizzano semplici regole pratiche per mantenere i fogli perforabili e piatti. Molti mantengono il ponte largo almeno quanto lo spessore della lamiera e molti mantengono il diametro del foro almeno uguale allo spessore dell'acciaio al carbonio e circa 1,5 volte o più lo spessore dell'acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile si indurisce ed è più tenace dell'acciaio al carbonio, quindi i punzoni si usurano più velocemente e i piccoli fori nella lamiera spessa sono più difficili da realizzare. Queste sono linee guida del produttore, non standard pubblicati e i limiti variano in base al negozio. Conferma con il tuo fornitore.

Come si calcola la caduta di pressione su una lamiera perforata?

Per un foglio sottile e dai bordi taglienti,Δp = ζ × ½ × ρ × u², dove u è la velocità di avvicinamento a monte del foglio, ρ è la densità del fluido, eζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², con f l'area aperta come frazione. Il risultato è una prima stima valida per numeri di Reynolds elevati; vedere i limiti di seguito.

Ogni foro si comporta come un piccolo orifizio. Il flusso si insinua nei fori, accelera fino a u ÷ f, quindi si espande nuovamente sul lato opposto e l'energia viene persa nel processo. Un'area aperta più piccola significa un flusso più veloce nei fori e una perdita molto maggiore. La formula sopra è il risultato della piastra sottile compilato da Idelchik e ampiamente utilizzato nei manuali di ingegneria.

Passo dopo passo

1. Calcola la frazione di area aperta f dalle formule nella prima sezione (35% di area aperta significa f=0.35).
2. Trova la velocità di avvicinamento u=portata ÷ area frontale del foglio.
3. Calcola ζ con la formula sopra o leggila dalla tabella seguente.
4. Calcola Δp=ζ × ½ × ρ × u². Con ρ in kg/m³ e u in m/s, Δp è in pascal.

Esempio lavorato: 5 a 8 mm, sfalsato di 60 gradi

L'area aperta è 35,4%, quindi f=0.354 e ζ=11.7. Foraria a 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, con una velocità del foro di 5,6 m/s. Peracqua a 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, con una velocità del foro di 1,4 m/s.

Cosa ti dicono i numeri

• Dominano gli spazi aperti.Ridurre l'area aperta dal 40% al 20% aumenta ζ da 8,2 a 51,3, circa6 voltela caduta di pressione a parità di portata.
• La velocità è al quadrato.Raddoppiando la portata si moltiplica la caduta di pressione per quattro.
• L'intasamento aggrava il problema.Se i detriti bloccano la metà dei fori, l’area aperta si dimezza e la caduta di pressione aumenta di un fattore simile. Questo è il motivo per cui i fogli filtranti e filtranti sono dimensionati con un'ampia area aperta.

Limiti della formula

La formula della piastra sottile è il limite del numero di Reynolds elevato. Nell'esempio elaborato, i numeri di Reynolds del foro sono solo circa 1.900 per l'aria e 7.000 per l'acqua (assumendo viscosità cinematiche di 1,5 × 10⁻⁵ e 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). Questo è al di sotto dell'intervallo in cui il coefficiente di perdita si ferma a seconda del numero di Reynolds, quindi tratta questi risultati come una stima e utilizza i grafici dipendenti da Reynolds di Idelchik o i dati di test quando la risposta è importante.

Le vere lamiere inossidabili sono anche più spesse del rapporto di diametro 0,015 presupposto dalla formula. Un riassunto secondario degli esperimenti pubblicati su piastre a passo triangolare riporta che la perdita di pressione diminuisce quando lo spessore aumenta verso circa 1,5 diametri del foro, per poi stabilizzarsi. Per le lamiere tipiche, i numeri delle lamiere sottili tendono quindi ad essere nella parte alta. Non abbiamo potuto confermare direttamente i dati sperimentali originali, quindi usiamoli come tendenza, non come fattore di correzione.

La forma e il modello dei fori modificano la caduta di pressione?

Per lo più attraverso aree aperte. Il modello e la forma sono importanti perché determinano la quantità di area aperta fornita da una data dimensione del foro e dal passo. I dati pubblicati da Idelchik coprono i fori circolari; per i quadrati e le fessure, gli ingegneri solitamente lavorano con un diametro idraulico equivalente e lo confermano mediante test o CFD.

Il diametro idraulico è d_h=4 × area aperta ÷ perimetro bagnato. Per un foro rotondo è uguale al diametro. Per un quadrato è uguale alla lunghezza del lato. Per una scanalatura con estremità arrotondata è maggiore della larghezza della scanalatura, come mostra la tabella.

Il grado di acciaio inossidabile influisce sull'area aperta o sulla caduta di pressione?

No. L'area aperta e la caduta di pressione dipendono dalla geometria e dal fluido, non dalla lega. Il grado è importante perché determina la durata e la resistenza alla corrosione, e la resistenza influenza lo spessore che deve avere la lamiera.

I dettagli di fabbricazione contano più di quanto la maggior parte degli acquirenti si aspetti. Un foro sovradimensionato di 0,1 mm su un foro di 3 mm aumenta l'area aperta di circa il 6,8% ((3,1 ÷ 3)²=1.068), che riduce la caduta di pressione di circa il 12% se si approssima ζ come proporzionale a 1 ÷ f² (stima EETA). Questo è il motivo per cui la tolleranza del foro appartiene al disegno. Anche la direzione della bava, la planarità e la finitura superficiale sono importanti. I bordi lisci ed elettrolucidati resistono alle incrostazioni e i limiti di planarità per la piastra di base sono trattati nel nostro articolo sulle tolleranze ASTM A240.

Come si specifica un foglio perforato in modo che l'ordine corrisponda al calcolo?

Indicare la dimensione del foro, il passo e il modo in cui viene misurato, l'angolo del modello, lo spessore, il grado e le specifiche, i margini e le tolleranze. Ogni articolo mancante rappresenta una possibilità che il foglio consegnato differisca dal calcolo.

Quali standard si applicano alla lamiera perforata di acciaio inossidabile?

Nessuno standard unico copre la lamiera forata inossidabile da un'estremità all'altra. La geometria del foro e del passo viene solitamente presa dalla serie ISO 7805 e il metallo di base da ASTM A240 e A480.

Fonti: voci di catalogo ISO 7805-1, ISO 7805-2 e ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS). I documenti ISO riguardano l'acciaio a basso tenore di carbonio; per gli ordini di acciaio inossidabile, gli acquirenti in genere fanno riferimento alla geometria ISO e citano ASTM per il metallo di base. Conferma l'approccio con il tuo produttore.

Domande frequenti

D: Qual è una tipica area aperta per la lamiera forata in acciaio inossidabile?

A: La maggior parte dei modelli standard rientra tra il 20% e il 65% circa dell'area aperta. La norma ISO 7805-1 prescrive rapporti passo-foro che forniscono aree aperte nominali comprese tra circa il 23% e il 64% per piastre di spessore pari o superiore a 3 mm. Andare più in alto lascia ponti molto stretti tra i buchi, quindi resistenza e planarità ne risentono.

D: Cosa significa un codice come "5 @ 8"?

A: Di solito significa fori da 5 mm su centri da 8 mm. Con uno schema sfalsato di 60 gradi si ottiene un'area aperta del 35,4%; con andamento rettilineo a 90 gradi dà il 30,7%. Conferma sempre il modello e il modo in cui il fornitore misura il passo.

D: La lamiera perforata può raggiungere il 90% di area aperta?

A: No. Il limite teorico per i fori rotondi con uno schema sfalsato di 60 gradi è del 90,69%, raggiunto solo quando i fori si toccano (il diametro del foro è uguale al passo). A quel punto non rimane più alcun metallo per formare un foglio, quindi i prodotti reali rimangono molto al di sotto di esso.

D: Una lastra più spessa riduce la caduta di pressione?

A: Spesso sì, fino a un certo punto. La formula della piastra sottile in questo articolo presuppone un foglio molto sottile. Esperimenti pubblicati su piastre a passo triangolare riportano che la perdita diminuisce quando lo spessore aumenta fino a circa 1,5 volte il diametro del foro, per poi stabilizzarsi. Per lamiere spesse e piccoli fori, l'attrito della parete inizia ad avere importanza. Utilizza i dati di test per progetti critici.

D: La caduta di pressione è diversa per la lamiera forata 304 e 316L?

A: No. La caduta di pressione dipende dalla geometria (area aperta, dimensione del foro, spessore) e dal fluido (densità, velocità, viscosità). Il grado cambia la resistenza alla corrosione e la resistenza, che possono cambiare lo spessore scelto, e lo spessore influisce sulla caduta di pressione.

D: Come posso convertire la velocità di avvicinamento in velocità di foratura?

A: Dividere la velocità di avvicinamento per la frazione di area aperta. Ad esempio, 2 m/s avvicinandosi ad una lastra con il 35% di area aperta diventano circa 5,7 m/s all'interno dei fori. La caduta di pressione è determinata da questa maggiore velocità del foro.