# Calcolo Shear Stress e Dimensionamento Tubi Flessibili

## In questo post

- [Lo shear stress meccanico e la vitalità del lievito](#lo-shear-stress-meccanico-e-la-vitalita-del-lievito)

- [Relazione tra portata diametro e velocità del fluido](#relazione-tra-portata-diametro-e-velocita-del-fluido)

- [Calcolo dello shear stress in tubazioni circolari](#calcolo-dello-shear-stress-in-tubazioni-circolari)

- [Valori critici per diversi ceppi di lievito](#valori-critici-per-diversi-ceppi-di-lievito)

- [Strumento interattivo per il calcolo dello shear stress](#strumento-interattivo-per-il-calcolo-dello-shear-stress)

- [Scelta dei tubi flessibili per il trasferimento del mosto](#scelta-dei-tubi-flessibili-per-il-trasferimento-del-mosto)

## Lo shear stress meccanico e la vitalità del lievito

Il **lievito e la sua gestione** rappresenta uno degli aspetti più delicati della produzione brassicola. Durante il trasferimento del mosto o del birra in fermentazione, le cellule di lievito subiscono sollecitazioni meccaniche. Lo **shear stress** o sforzo di taglio danneggia le membrane cellulari quando supera certi limiti.

La **raccolta lavaggio propagazione e vitalità** del lievito dipende dalle condizioni di trasferimento. Un shear stress elevato causa la lisi delle cellule. Il contenuto cellulare rilasciato genera off-flavor nella birra. I sapori di brodo vegetale o di carne bollita indicano spesso un eccesso di lisi.

I **lieviti birra innovativi** come i ceppi kveik mostrano una resistenza meccanica superiore. I ceppi tradizionali per lager sono più sensibili. Un **lievito pilsner lager** tollera shear stress fino a 50 Pa. Oltre questa soglia, la vitalità diminuisce rapidamente.

Il problema dello shear stress si manifesta in diverse fasi produttive. Il pompaggio del mosto dal whirlpool al fermentatore rappresenta il momento più critico. Anche il trasferimento della birra matura al filtro o all'imbottigliatore richiede attenzione. Per chi utilizza una **canning line per microbirrifici**, il riempimento delle lattine espone il lievito residuo a sollecitazioni significative.

## Relazione tra portata diametro e velocità del fluido

La relazione tra **portata e diametro** segue l'equazione di continuità. Per un fluido incomprimibile come il mosto, la portata volumetrica Q (m³/s) è uguale al prodotto dell'area della sezione A (m²) per la velocità media v (m/s):

**Q = A × v = (π × d² / 4) × v**

A parità di portata, un diametro minore produce una velocità maggiore. La velocità del fluido influenza direttamente lo shear stress. Per un birrificio artigianale che trasferisce 50 hl/h, ecco le velocità per diversi diametri:

Diametro 25 mm (1 pollice): velocità ≈ 2,8 m/s

Diametro 38 mm (1.5 pollici): velocità ≈ 1,2 m/s

Diametro 50 mm (2 pollici): velocità ≈ 0,7 m/s

Le **pompe e flussi come dimensionare la linea** devono considerare anche la lunghezza delle tubazioni. Un **tubo flessibile** di gomma da 10 metri genera perdite di carico maggiori di un tubo liscio in acciaio. La rugosità superficiale aumenta l'attrito e quindi lo shear stress.

Per la **fermentazione controllata strumenti digitali e parametri**, la velocità di trasferimento influenza la temperatura del mosto. Velocità elevate aumentano l'attrito e riscaldano il fluido. Un aumento di 2-3°C durante il pompaggio è normale per portate elevate.

## Calcolo dello shear stress in tubazioni circolari

Lo shear stress alla parete di un tubo circolare si calcola con la formula:

**τ_w = (ΔP × d) / (4 × L)**

Dove τ_w è lo shear stress alla parete in Pascal, ΔP la caduta di pressione in Pascal, d il diametro interno in metri, L la lunghezza del tubo in metri.

Per calcolare ΔP in funzione della portata, si usa l'equazione di Darcy-Weisbach:

**ΔP = f × (L/d) × (ρ × v² / 2)**

Il fattore di attrito f dipende dal numero di Reynolds e dalla rugosità del tubo. Per flussi turbolenti nel mosto (tipico durante il pompaggio), f varia tra 0,02 e 0,04.

Combinando le due equazioni, otteniamo:

**τ_w = f × (ρ × v²) / 8**

Questa forma semplificata mostra che lo shear stress alla parete dipende dalla densità del fluido e dal quadrato della velocità. La densità del mosto vale circa 1050-1080 kg/m³. La birra finita ha densità vicina a 1000 kg/m³.

Un esempio concreto:

Mosto con densità 1060 kg/m³ pompato a 1,5 m/s in un tubo liscio (f=0,02)

τ_w = 0,02 × 1060 × (1,5)² / 8 = 0,02 × 1060 × 2,25 / 8 = 0,02 × 2385 / 8 = 47,7 / 8 = 5,96 Pa

Questo valore è molto basso e non danneggia il lievito. Per una velocità di 3 m/s:

τ_w = 0,02 × 1060 × 9 / 8 = 0,02 × 9540 / 8 = 190,8 / 8 = 23,85 Pa

Ancora sotto la soglia critica per la maggior parte dei ceppi. I problemi iniziano con velocità superiori a 5 m/s.

## Valori critici per diversi ceppi di lievito

La ricerca scientifica ha stabilito valori di riferimento per lo shear stress letale. Il **lievito saccharomyces cerevisiae** utilizzato per le ale tollera fino a 80 Pa. Oltre questa soglia, la vitalità scende sotto l'85% dopo 60 minuti di esposizione.

Il **lievito weizen hefeweizen** mostra una sensibilità intermedia. Il valore critico si aggira sui 65 Pa. I ceppi per birre di frumento producono cellule più grandi e fragili. Le pareti cellulari più sottili cedono sotto sforzi minori.

Il **lievito saccharomyces pastorianus** per lager è il più sensibile. Lo shear stress critico si attesta tra 40 e 50 Pa. Per questo i grandi birrifici usano diametri generosi e velocità di pompaggio ridotte per le loro lager.

La **gestione del lievito** nei birrifici artigianali richiede attenzione anche alla durata dell'esposizione. Un picco di shear stress elevato per pochi secondi danneggia meno di uno stress moderato prolungato. La **propagazione del lievito** in laboratorio richiede condizioni molto delicate, con shear stress sotto 10 Pa.

I **lieviti per birra acida** come i brettanomyces mostrano una resistenza eccezionale. Questi microrganismi selvaggi tollerano shear stress superiori a 150 Pa. Le loro pareti cellulari più spesse e la forma ellissoidale riducono l'impatto delle forze di taglio.

## Strumento interattivo per il calcolo dello shear stress

Ecco un calcolatore per determinare lo shear stress in un tubo flessibile e valutare il rischio per il lievito.

  

### Calcolatore shear stress per trasferimento mosto/birra

  
    Portata (litri/ora):
    
  

  
    Diametro interno tubo (mm):
    
  

  
    Densità fluido (kg/m³):
    
      Mosto (1060 kg/m³)
      Birra in fermentazione (1010 kg/m³)
      Birra matura (1005 kg/m³)
      Acqua (1000 kg/m³)
    
  

  
    Tipo di tubo (rugosità):
    
      Tubo in acciaio liscio (f=0.012)
      Tubo in acciaio commerciale (f=0.018)
      Tubo flessibile gomma nuovo (f=0.025)
      Tubo flessibile gomma usato (f=0.035)
    
  

  Calcola shear stress

  
    **Velocità del fluido:** -- m/s

    **Shear stress alla parete:** -- Pa

    **Valutazione rischio per lievito:** --
  

function calculateShearStress() {
  var Q_lph = parseFloat(document.getElementById('flow_rate').value) || 0;
  var d_mm = parseFloat(document.getElementById('tube_diameter').value) || 0;
  var rho = parseFloat(document.getElementById('density_select').value);
  var f = parseFloat(document.getElementById('roughness_select').value);

  if(Q_lph