Qué es la pérdida menor de cabeza – Pérdidas locales – Definición

Todos los accesorios, codos, tees, se pueden resumir para hacer una longitud total , y la pérdida de presión calculada a partir de esta longitud. Se ha encontrado experimentalmente que si las longitudes equivalentes para un rango de tamaños de un tipo de accesorio dado se dividen por los diámetros de los accesorios, entonces se obtiene una relación casi constante (es decir, L _e / D). La ventaja del método de longitud equivalente es que un solo valor de datos es suficiente para cubrir todos los tamaños de ese ajuste y, por lo tanto, la tabulación de datos de longitud equivalente es relativamente fácil. Algunas longitudes equivalentes típicas se muestran en la tabla.Ver también: Tamaño de tubería y software de cálculo de flujo

Método del coeficiente de resistencia – Método K – Exceso de carga

El método coeficiente de resistencia (o K-método, o método de la cabeza exceso) permite al usuario para describir la pérdida de presión a través de un codo o un montaje por un número adimensional – K . Este número adimensional (K) se puede incorporar a la ecuación de Darcy-Weisbach de una manera muy similar al método de longitud equivalente. En lugar de datos de longitud equivalente en este caso, el número adimensional (K) se utiliza para caracterizar el accesorio sin vincularlo a las propiedades de la tubería.

El valor K representa el múltiplo de las cabezas de velocidad que se perderán por el fluido que pasa a través del accesorio. La ecuación para el cálculo de la pérdida de presión del elemento hidráulico es, por lo tanto:
Por lo tanto, la ecuación para el cálculo de la pérdida de presión de todo el sistema hidráulico es:

El valor K se puede caracterizar para varios regímenes de flujo (es decir, de acuerdo con el número de Reynolds ) y esto hace que sea más preciso que el método de longitud equivalente.

Existen varios otros métodos para calcular la pérdida de presión de los accesorios, estos métodos son más sofisticados y también más precisos :

• Método 2K . El método 2K es una técnica desarrollada por Hooper BW para predecir la pérdida de cabeza en un codo, válvula o tee. El método 2K mejora el método del exceso de carga al caracterizar el cambio en la pérdida de presión debido al número variable de Reynolds . El método 2-K es ventajoso sobre otro método, especialmente en la región de flujo laminar .

• Método 3K . El método 3K (por Ron Darby en 1999) mejora aún más la precisión del cálculo de la pérdida de presión al caracterizar también el cambio en las proporciones geométricas de un accesorio a medida que cambia su tamaño. Esto hace que el método 3K sea particularmente preciso para un sistema con accesorios grandes .

Resumen:

• La pérdida de carga del sistema hidráulico se divide en dos categorías principales :
  • Pérdida de carga importante : debido a la fricción en tuberías rectas
  • Pérdida de carga menor : debido a componentes como válvulas, curvas …
• Se puede usar una forma especial de la ecuación de Darcy para calcular pérdidas menores .
• Las pérdidas menores son más o menos proporcional a la cuadrado de la velocidad de flujo y por lo tanto puede ser fácil integrados en la ecuación de Darcy-Weisbach a través de coeficiente de resistencia K .
• Como pérdida local de presión, también se puede considerar la aceleración del fluido en un canal calentado .

Existen los siguientes métodos:

• Método de longitud equivalente
• Método K (coeficiente de resistencia, método)
• Método 2K
• Método 3K

¿Por qué la pérdida de cabeza es tan importante?

Como se puede ver en la imagen, la pérdida de carga es una característica clave de cualquier sistema hidráulico. En los sistemas, en los que se debe mantener cierto caudal (por ejemplo, para proporcionar suficiente enfriamiento o transferencia de calor desde el núcleo del reactor ), el equilibrio de la pérdida de carga y la  carga añadida por una bomba determina la velocidad de flujo a través del sistema.

Flujo a través del codo: pérdida menor

El flujo a través de los codos es bastante complicado . De hecho, cualquier tubería curva siempre provoca una pérdida mayor que la tubería recta simple. Esto se debe al hecho de que en una tubería curva el flujo se separa en las paredes curvas. Para un radio de curvatura muy pequeño, el flujo entrante incluso es incapaz de girar en la curva, por lo tanto, el flujo se separa y se estanca en parte contra el lado opuesto de la tubería. En esta parte de la curva, la presión aumenta (como resultado del principio de Bernoulli ) y la velocidad disminuye.

Una característica interesante de los valores K para los codos es su comportamiento no monótono a medida que aumenta la relación R / D. Los valores K incluyen tanto las pérdidas locales como las pérdidas por fricción de la tubería. Las pérdidas locales, causadas por la separación del flujo y el flujo secundario, disminuyen con R / D, mientras que las pérdidas por fricción aumentan porque aumenta la longitud de la curva. Por lo tanto, hay un mínimo en el valor K cerca del radio de curvatura normalizado de 3.

Aceleración de fluidos

Se sabe que cuando el fluido se calienta (por ejemplo, en un canal de combustible), el fluido se expande (cambia la densidad del fluido) y aumenta su velocidad de flujo como resultado de la ecuación de continuidad (la sección transversal del canal sigue siendo la misma). Para un volumen de control que tiene una sola entrada y una única salida, esta ecuación establece que, para el flujo en estado estacionario, la tasa de flujo másico hacia el volumen debe ser igual a la tasa de flujo másico hacia afuera.

Masa entrando por unidad de tiempo = Masa saliendo por unidad de tiempo

Ver también: Propiedades del agua subenfriada

Otro principio muy importante establece ( principio de Bernoulli ) que el aumento en la velocidad del flujo en el canal calentado causa la disminución de la presión del fluido . Esta pérdida de presión también se puede considerar como una pérdida de presión local y se puede calcular a partir de la siguiente ecuación:

Velocidad de flujo a través del núcleo del reactor: aceleración del refrigerante

Es un ejemplo ilustrativo, los siguientes datos no corresponden a ningún diseño de reactor.

Los reactores de agua a presión se enfrían y moderan con agua líquida a alta presión (p. Ej., 16MPa). A esta presión, el agua hierve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F). La temperatura de entrada del agua es de aproximadamente 290 ° C (⍴ ~ 720 kg / m ³ ). El agua (refrigerante) se calienta en el núcleo del reactor a aproximadamente 325 ° C (⍴ ~ 654 kg / m ³ ) a medida que el agua fluye a través del núcleo.

El circuito primario de los PWR típicos se divide en 4 circuitos independientes (diámetro de tubería ~ 700 mm), cada circuito comprende un generador de vapor y una bomba de refrigerante principal . Dentro del recipiente a presión del reactor (RPV), el refrigerante primero fluye hacia abajo fuera del núcleo del reactor (a través del tubo de bajada). Desde el fondo del recipiente a presión, el flujo se invierte a través del núcleo, donde la temperatura del refrigerante aumenta a medida que pasa a través de las barras de combustible y los conjuntos formados por ellas.

Calcular:

• Pérdida de presión debido a la aceleración del refrigerante en un canal de combustible aislado.

 cuando

• la velocidad del flujo de entrada del canal es igual a 5.17 m / s
• la velocidad de flujo de salida del canal es igual a 5.69 m / s

Solución:

La pérdida de presión debido a la aceleración del refrigerante en un canal de combustible aislado es entonces:

Este hecho tiene importantes consecuencias. Debido a la diferente potencia relativa de los conjuntos de combustible en un núcleo, estos conjuntos de combustible tienen una resistencia hidráulica diferente y esto puede inducir un flujo lateral local de refrigerante primario y debe tenerse en cuenta en los cálculos termohidráulicos.