O impacto da resistência da tubulação na carga e no cálculo das perdas na tubulação

O impacto da Résistência da tvocêbueuação na carga e no cálculo das perdas na tubulação

Como sabemos, uma tubulação é um material sólido, enquanto a água é uma substância que flui facilmente. Se a água dentro da tubulação estiver fluindo, uma parte de sua energia deve ser convertida em calor e "perdida", o que significa que parte da pressão (ou carga) da água é perdida. Este é um reflexo da realidade objetiva e de uma lei inevitável do movimento fluido. Geralmente, nos referimos a esse fenômeno de conversão de energia como perda de energia (ou perda hiDr.áulica, ou perda de carga), que é calculada em metros.

Quanto a resistência do gasovocêto afeta a cabeça? Alguns usuários, após a medição, descobrem que, embora a distância vertical do reservatório ou torre de água até a fonte de água seja um pouco menor que a cabeça da bomba, o fluxo de água ainda é baixo ou a água não pode ser elevada. A razão geralmente é que a tubulação é muito longa e tem muitas curvas, causando perda excessiva de resistência na tubulação. Geralmente, uma curvatura de 90 graus causa mais resistência do que uma curvatura de 120 graus. Cada curva de 90 graus resulta em uma perda de carga de cerca de 0,5 a 1 metro, e cada 20 metros de resistência da tubulação pode causar uma perda de carga de cerca de 1 metro. Além disso, alguns usuários também alteram arbitrariamente o diâmetro do tubo de entrada e saída da bomba, o que também pode afetar a altura manométrica.

Você tem clareza sobre os motivos das perdas hidráulicas causadas pelo fluxo de água nas tubulações?

1. A resistência causada pela rugosidade da parede do tubo.
2. O movimento relativo entre as diferentes camadas do fluxo de água.
3. Os vórtices formados por mudanças repentinas no fluxo de água dentro das conexões.
As perdas hidráulicas na tubulação (rede) consistem tanto em perdas por atrito ao longo da tubulação quanto em perdas locais. Na prática de engenharia, devemos calcular e compreender a quantidade dessas perdas para selecionar corretamente a bomba e determinar a altura manométrica necessária.

A perda por atrito da tubulação ocorre devido à resistência ao atrito do fluxo de água em toda a tubulação e está relacionada a fatores como rugosidade da parede do tubo, comprimento do tubo, diâmetro do tubo e velocidade do fluxo. Com base em princípios hidráulicos, pode-se estabelecer uma relação para isso.

A perda por atrito ao longo do tubo é diretamente proporcional ao fator de atrito, que é influenciado pela rugosidade da parede do tubo. Diferentes materiais possuem diferentes níveis de rugosidade; por exemplo, os tubos de ferro fundido são mais ásperos, resultando em um fator de atrito mais alto, enquanto os tubos de plástico são mais lisos, resultando em um fator de atrito mais baixo. A perda também é diretamente proporcional ao comprimento do tubo e inversamente proporcional ao diâmetro do tubo. Isto significa que, para uma determinada vazão, um diâmetro de tubo menor e uma velocidade de fluxo mais alta resultam em maior perda por atrito. Além disso, a perda é proporcional ao quadrado da velocidade do fluxo. É claro que o cálculo pode ser complexo, mas métodos mais simples podem ser usados ​​para estimativa.

Perdas locais na tubulação ocorrem quando a água flui através de componentes como válvulas inferiores, válvulas, cotovelos e redutores. Esses componentes causam mudanças no padrão do fluxo, alterando tanto a direção quanto a magnitude da velocidade do fluxo, e gerando vórtices que causam turbulência e colisões entre os fluxos de água. A perda hidráulica causada por essas resistências locais é chamada de perda local.

A magnitude das perdas locais é proporcional ao quadrado da velocidade do fluxo através dos componentes da tubulação. Também está relacionado à forma e ao número dos componentes. Quanto maior a variação na forma da seção transversal dos componentes e quanto maior o seu número, maior será a perda local. Uma vez determinado o layout da tubulação, a altura manométrica de perda da tubulação é geralmente calculada para determinar a altura manométrica de projeto necessária para a estação de bombeamento, que é necessária para selecionar a bomba apropriada. No entanto, o processo de cálculo pode ser complexo. Para simplificar, os dados de cálculo podem ser compilados em tabelas para fácil referência. Além disso, uma estimativa aproximada pode ser feita: a perda de carga é de aproximadamente 30% a 50% da altura real de elevação (medida a partir do terreno). Para diâmetros de tubos menores e tubulações mais curtas, deve-se considerar o valor mais alto; para diâmetros de tubos maiores e tubulações mais longas, o valor mais baixo deve ser usado.

A perda de pressão de um líquido que flui através de um tubo reto é causada pelo atrito do fluxo do líquido, conhecido como perda de pressão por atrito. Depende principalmente de fatores como o comprimento e o diâmetro interno do tubo, a velocidade do fluxo do líquido e sua viscosidade. A perda de pressão por atrito varia com o regime de fluxo do líquido. O fluxo laminar em um tubo circular é o regime de fluxo mais comum na transmissão hidráulica. Portanto, ao projetar sistemas hidráulicos, muitas vezes é desejado que o fluxo na tubulação permaneça em estado laminar.

1. Fluxo Laminar

um). Perda de pressão no fluxo laminar
Na transmissão hidráulica, o fluxo de líquido ocorre principalmente em um estado de fluxo laminar. Sob esta condição, a perda de pressão do líquido que flui através de um tubo reto pode ser calculada teoricamente.

(1). O padrão de distribuição de velocidade do líquido através da seção transversal do fluxo.
Conforme mostrado na figura acima, o líquido sofre fluxo laminar em um tubo circular com diâmetro d, colocado horizontalmente. Considere um pequeno segmento cilíndrico do tubo, alinhado com o eixo do tubo, com raio r e comprimento l. As forças que atuam ao longo do eixo deste pequeno segmento cilíndrico incluem a pressão na extremidade esquerda p1, a pressão na extremidade direita p2, e a força de atrito Aff na superfície cilíndrica. A equação de equilíbrio de forças para este segmento é:

Pode-se ver na equação (2-6) que:

foto 8

Na equação, μ é a viscosidade dinâmica.
Como o incremento de velocidade du e o incremento do raio dr têm sinais opostos, um sinal negativo é adicionado à equação.
Adicionalmente, Δp = p1 - p2.
Substituindo Δp e a equação (2-45) na equação (2-44), obtemos:

Integrando a equação dá:

Quando r = R, você = 0. Substituindo isso na equação (2-47) dá:

Então

A partir da equação, pode-se ver que a velocidade do fluxo u dentro do tubo segue uma distribuição parabólica ao longo da direção radial, com a velocidade máxima ocorrendo na linha central, e seu valor é:

(2). Taxa de fluxo na tubulação.

O volume do parabolóide mostrado na Figura (b) representa o volume de líquido fluindo através da seção transversal de fluxo por unidade de tempo, ou seja, a taxa de fluxo. Para calcular seu volume, um anel circular fino com raio r e espessura dr é considerado. A taxa de fluxo através desta área em forma de anel é:

:

.

Por comparação, a relação entre a velocidade média do fluxo e a velocidade máxima do fluxo pode ser obtida:

(4) Perda de pressão por fricção. No estado de fluxo laminar, a perda de pressão por atrito do líquido que flui através de um tubo reto pode ser obtida a partir da seguinte equação:

A partir da equação, pode-se observar que no estado de fluxo laminar, a perda de pressão do líquido que flui através de um tubo reto é diretamente proporcional à viscosidade dinâmica, ao comprimento do tubo e à velocidade do fluxo, e inversamente proporcional ao quadrado do tubo diâmetro.

Nos cálculos práticos de perda de pressão, para simplificar o cálculo, utilizamos a relação μ = υdρ/Ree substitua μ = υdρ/Re na equação. Então, multiplicando o numerador e o denominador por 2g, obtemos:

. Perda de pressão em fluxo turbulento No fluxo laminar, as partículas se movem em uma direção axial regular, sem movimento transversal. Uma das principais características do fluxo turbulento é que as partículas líquidas não se movem mais de maneira axial regular; em vez disso, eles se misturam e flutuam durante o movimento. Este movimento altamente irregular leva a colisões entre partículas e à formação de vórtices, o que resulta em perda de energia muito maior no fluxo turbulento em comparação ao fluxo laminar.

Devido à complexidade dos fenômenos de fluxo turbulento, um estudo teórico abrangente ainda não produziu resultados satisfatórios. Portanto, os métodos experimentais ainda são usados ​​principalmente para pesquisa, com explicações teóricas fornecidas ao lado. Como resultado, a perda de pressão do fluxo líquido em fluxo turbulento ainda é calculada usando a seguinte equação, onde o valor de λ depende não apenas do número de Reynolds Re, mas também na rugosidade da parede do tubo.

2. Perdas locais

b). Perda de pressão local

A perda de pressão local é a perda de pressão causada pelo líquido que flui através de componentes como válvulas (alguns dados podem ser consultados Fábrica de válvula de retenção LF2), cotovelos e alterações na área da seção transversal do fluxo. Quando o líquido passa por essas áreas, tanto a direção quanto a velocidade do fluxo mudam, causando a formação de vórtices. Isso resulta na colisão de partículas fluidas, levando a uma perda significativa de energia.

A perda de pressão local durante uma expansão repentina pode ser expressa pela seguinte equação:

Na equação, ξ é o coeficiente de resistência local, que pode ser derivado teoricamente apenas quando o fluido flui através de uma seção transversal repentinamente expandida. Em outros casos, deve ser determinado experimentalmente. v representa a velocidade média do fluxo do fluido, que geralmente se refere à velocidade a jusante da resistência local. A perda de pressão total no sistema de tubulação é a soma de todas as perdas de pressão por atrito (ou com base no comprimento) e todas as perdas de pressão locais, ou seja,