Perdita di carico e resistenza idraulica
Continua a navigare :
Le nostre ultime notizie :
I nostri progetti :
Le nostre aree di intervento :
Calcolo delle perdite di carico e delle resistenze idrauliche
La perdita di energia nel flusso dei fluidi è legata alla viscosità del liquido, ma la viscosità stessa non è l’unico fattore che determina la caduta di pressione. Ma si può affermare che l’entità della perdita di carico è quasi sempre proporzionale al quadrato della velocità media del fluido.
Questa ipotesi è confermata dai risultati della maggior parte dei lavori sperimentali e da esperimenti appositamente allestiti. Per questo motivo, le perdite di pressione sono solitamente calcolate in funzione del carico di velocità (energia cinetica specifica del flusso). Quindi :
Naturalmente, le pareti solide impediscono il libero flusso del liquido. Pertanto, con il movimento relativo di superfici fluide e solide, si creano inevitabilmente resistenze idrauliche. Una parte dell’energia del flusso viene spesa per superare la resistenza risultante.
Questa perdita di energia è chiamata perdita idraulica specifica o perdita di carico. Le perdite idrauliche sono principalmente associate al superamento delle forze di attrito nel flusso e dipendono da una serie di fattori, i principali dei quali sono
- La forma geometrica del tubo
- La velocità del fluido
- La rugosità delle pareti solide del flusso
- Il tipo di flusso
- La viscosità del liquido
- Alcune altre proprietà operative del liquido
Le perdite di gas sono praticamente indipendente dalla pressione nel liquido.
Se consideriamo un tubo con due sezioni trasversali 1 e 2 con la stessa sezione trasversale а, la differenza di altezza di livellamento Z1 e Z2la perdita di energia specifica può essere considerata come
Gli esperimenti dimostrano che in molti casi le perdite di energia sono direttamente proporzionali al quadrato della portata del fluido, per cui in idraulica si è soliti esprimere l’energia persa come frazioni dell’energia cinetica attribuita all’unità di peso del liquido.
Dove Ɛ̧ è il coefficiente di attrito.
Pertanto, il coefficiente di resistenza aerodinamica può essere definito come il rapporto tra l’headroom e l’headroom di velocità.
Perdite di carico singolari sulle resistenze idrauliche locali
Resistenza idraulica singolare
Le resistenze idrauliche locali sono tutte le sezioni del sistema idraulico in cui sono presenti curve, ostacoli, espansioni o contrazioni che causano un cambiamento improvviso del profilo del flusso. Esempi di resistenze locali possono essere le curve dell’asse del tubo, le variazioni della sezione trasversale di qualsiasi apparato idraulico, i giunti del tubo, ecc.
Allargamento improvviso di un tubo :
Spesso si può osservare un’improvvisa espansione del canale all’incrocio dei tratti di condotta. Il valore del coefficiente di perdita di carico è determinato con sufficiente precisione a livello teorico.
Il flusso di liquido da un tubo di diametro minore d, che cade in un tubo di diametro maggiore, non tocca immediatamente le pareti della nuova sezione del tubo, ma solo in una sezione trasversale di 2-2′.
Nell’area tra le sezioni 1 – G e 2-2′, si forma una zona in cui il liquido partecipa poco al movimento attraverso i tubi, formando un flusso vorticoso locale, dove subisce una deformazione. Per questo motivo, una parte dell’energia cinetica del fluido in movimento viene spesa per mantenere la fusione e la deformazione “parassite” del liquido. I valori delle velocità medie del liquido nelle sezioni possono essere determinati dalla condizione di continuità.
Si può quindi affermare che la perdita di altezza durante un’espansione improvvisa del flusso è pari all’altezza di velocità corrispondente alla velocità persa.
Espansione uniforme di un tubo (diffusore) :
L’espansione liscia del tubo è chiamata diffusore. Il flusso del fluido nel diffusore è complesso. Quando la sezione trasversale viva del flusso aumenta gradualmente, la velocità del fluido diminuisce di conseguenza e la pressione aumenta.
Restringimento improvviso di un tubo :
Con un improvviso restringimento del canale, il flusso di liquido si stacca dalle pareti.
In questa regione di flusso si formano due intense zone di formazione di vortici (sia in una sezione larga del tubo sia in una sezione stretta) che, come nel caso precedente, danno luogo a perdite di pressione. Si tratta di due componenti (perdite per attrito e perdite per ritiro).
Restringimento delicato di un tubo
Il restringimento del canale è ottenuto con una sezione affusolata chiamata confusore. Le perdite di carico nel confusore si formano quasi per attrito, poiché la formazione di vortici nel confusore è praticamente assente. Il coefficiente di perdita di carico nel confusore può essere determinato con la formula
Per un grande angolo di cono > 50°, il coefficiente di perdita di carico può essere determinato introducendo un coefficiente di correzione km nella formula.
Ingresso normale del tubo flessibile
Dai serbatoi in cui sono stoccati i liquidi, la condotta di scarico viene immessa nella cosiddetta versione normale, cioè quando l’asse del tubo di derivazione della condotta si trova normalmente sulla parete laterale del serbatoio. Questo tipo di resistenza idraulica può essere attribuita anche alle resistenze associate alla variazione delle dimensioni del canale. Le dimensioni del nuovo canale sono infinitesimali rispetto alle dimensioni del canale originale con la sezione trasversale del bacino.
In questo caso, all’interno del tubo di bypass a getto, il liquido proveniente dal serbatoio riempie l’intera sezione del tubo non immediatamente, ma solo a una certa distanza dall’ingresso. Nella zona stagnante, una parte del liquido ruota e il vortice che ne risulta genera ulteriori g.
Il rapporto di perdita di carico è circa la metà della prevalenza della velocità: Ɛ̧ = 0,5
Uscita del tubo in un liquido fermo
Si tratta di un elemento comune nel collegamento della parte in pressione della tubazione con il serbatoio. Il tubo di ingresso della tubazione è normalmente situato sulla parete laterale del serbatoio. Questo tipo di resistenza idraulica può anche essere vista come una sorta di espansione improvvisa del flusso di fluido in una sezione infinitamente grande. Il valore del coefficiente di perdita di carico, nella maggior parte dei casi, è considerato uguale alla velocità di testa.
Curva rettangolare a 90°
In presenza di una resistenza idraulica di questo tipo, si intende il luogo di collegamento di condotte dello stesso diametro, in cui le linee centrali delle condotte non coincidono, per cui formano un certo angolo tra di loro. Questo angolo è chiamato angolo di rotazione del canale, perché qui cambia la direzione di movimento del liquido. La base fisica del processo di conversione dell’energia cinetica durante la rotazione del flusso è piuttosto complessa e deve essere considerata solo come il risultato di questi processi. In questo modo, durante il passaggio, si forma un modello di flusso complesso con due zone di movimento del fluido a vortice. Va notato che questa curva come elemento di connessione è estremamente indesiderabile a causa dell’elevata perdita di pressione in questo tipo di connessione.
Rotazione fluida del canale
Questo tipo di resistenza idraulica può essere considerato economicamente più favorevole in termini di entità della perdita di carico, poiché in questo caso non esistono praticamente zone pericolose per la formazione di intensi movimenti di fluido. Tuttavia, sotto l’influenza del fatto che quando il flusso viene ruotato, si verificano forze centrifughe che contribuiscono alla separazione delle particelle di liquido dalla parete del tubo, si formano sempre zone di vortice. Inoltre, in questo caso, si verificano dei riflussi di liquido dalla parete interna del tubo alla parete esterna del tubo.
Valvola
Le valvole a saracinesca sono spesso utilizzate per regolare le caratteristiche di flusso del fluido (portata, prevalenza, velocità). Se nella tubazione è presente una valvola, il flusso intorno alla valvola rallenta notevolmente. Questo flusso porta alla comparsa di vortici in prossimità delle matrici delle valvole. Il coefficiente di perdita di carico dipende dal grado di chiusura della valvola: a/d
Registro
Le valvole a saracinesca sono spesso utilizzate per regolare le caratteristiche di flusso del fluido (portata, prevalenza, velocità). Se nella tubazione è presente una valvola, il flusso intorno alla valvola rallenta notevolmente. Questo flusso porta alla comparsa di vortici in prossimità delle matrici delle valvole. Il coefficiente di caduta di pressione dipende dal grado di chiusura della valvola
Valvole di controllo e filtri
I coefficienti di perdita di carico sono solitamente determinati sperimentalmente.
