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¿Qué es el cabezal de presión? – Definición

2020-01-202019-09-30 por Nick Connor

Potencial de presión – Cabezal de presión: el cabezal de presión representa la energía de flujo de una columna de fluido cuyo peso es equivalente a la presión del fluido. Ingenieria termal

Cabeza de presión

En general, la altura hidráulica , o altura total, es una medida del potencial del fluido en el punto de medición. Se puede usar para determinar un gradiente hidráulico entre dos o más puntos.

En dinámica de fluidos , la cabeza es un concepto que relaciona la energía en un fluido incompresible con la altura de una columna estática equivalente de ese fluido. Las unidades para todas las diferentes formas de energía en la ecuación de Bernoulli se pueden medir también en unidades de distancia y, por lo tanto, estos términos a veces se denominan “cabezas” (cabeza de presión, cabeza de velocidad y cabeza de elevación). La cabeza también se define para bombas. Esta cabeza generalmente se conoce como la cabeza estática y representa la altura máxima (presión) que puede entregar. Por lo tanto, las características de todas las bombas se pueden leer generalmente de su curva QH (caudal – altura).

Hay cuatro tipos de potencial (cabeza):

Potencial de presión – Cabezal de presión: el cabezal de presión representa la energía de flujo de una columna de fluido cuyo peso es equivalente a la presión del fluido.ρ _w : densidad del agua que se supone que es independiente de la presión
Potencial de elevación – Altura de elevación: la altura de elevación representa la energía potencial de un fluido debido a su elevación por encima de un nivel de referencia.
Potencial cinético – Cabeza cinética: la cabeza cinética representa la energía cinética del fluido. Es la altura en pies que un fluido que fluye se elevaría en una columna si toda su energía cinética se convirtiera en energía potencial.

La suma de la cabeza de elevación, la cabeza cinética y la cabeza de presión de un fluido se denomina cabeza total . Por lo tanto, la ecuación de Bernoulli establece que la altura total del fluido es constante.

Diagrama característico de QH de la bomba centrífuga y de la tubería

Cabezal hidráulico - Línea de cabezal total — Niveles de piezómetro cuando fluye fluido. En esta figura, los niveles se han reducido en una cantidad igual a la altura de la velocidad.

Cabezal hidráulico - Cabezal de velocidad — Niveles de piezómetro y cabezales de velocidad con fluido que fluye en tuberías de diámetro variable. El cabezal de velocidad en cada punto ahora es diferente. Esto se debe a que la velocidad es diferente en cada punto.

Cabezal hidráulico - Línea de grado hidráulico — Línea de grado hidráulico y líneas de cabeza total para una tubería de diámetro constante con fricción. En una tubería real hay pérdidas de energía debido a la fricción, que deben tenerse en cuenta, ya que pueden ser muy significativas.

Considere una tubería que contenga un fluido ideal. Si esta tubería experimenta una expansión gradual del diámetro, la ecuación de continuidad nos dice que a medida que aumenta el diámetro de la tubería , la velocidad del flujo debe disminuir para mantener la misma velocidad de flujo másico. Dado que la velocidad de salida es menor que la velocidad de entrada, la altura cinética del flujo debe disminuir desde la entrada hasta la salida. Si no hay cambios en la altura de elevación (la tubería queda horizontal), la disminución de la altura cinética debe compensarse con un aumento de la altura de presión.

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Qué es la energía interna – Primera ley de la termodinámica – Definición

2020-01-162019-09-30 por Nick Connor

Energía interna: primera ley de la termodinámica. La energía interna de un sistema tiende a aumentar si el sistema absorbe calor o si se realiza un trabajo positivo en el sistema. Ingenieria termal

Energía interna – Energía térmica

La energía potencial y la energía cinética , que se discutió en capítulos anteriores, son formas macroscópicas de energía . Dependen de variables macroscópicas como la posición y la velocidad de los objetos.

En termodinámica, la energía interna (también llamada energía térmica ) se define como la energía asociada con formas microscópicas de energía . Es una cantidad extensa , depende del tamaño del sistema o de la cantidad de sustancia que contiene. La unidad SI de energía interna es el julio (J) . Es la energía contenida dentro del sistema, excluyendo la energía cinética de movimiento del sistema como un todo y la energía potencial del sistema. Las formas microscópicas de energía incluyen aquellas debidas a la rotación , vibración, traslación e interacciones.entre las moléculas de una sustancia. Ninguna de estas formas de energía se puede medir o evaluar directamente, pero se han desarrollado técnicas para evaluar el cambio en la suma total de todas estas formas microscópicas de energía.

Además, la energía se puede almacenar en los enlaces químicos entre los átomos que forman las moléculas. Este almacenamiento de energía a nivel atómico incluye energía asociada con estados orbitales de electrones, espín nuclear y fuerzas de unión en el núcleo.

La energía interna está representada por el símbolo U , y el cambio en la energía interna en un proceso es U ₂ – U ₁ .

Energía interna y la primera ley de la termodinámica.

En termodinámica, el concepto de energía se amplía para tener en cuenta otros cambios observados, y el principio de conservación de la energía se extiende para incluir una amplia variedad de formas en que los sistemas interactúan con su entorno. Las únicas formas en que se puede cambiar la energía de un sistema cerrado son mediante la transferencia de energía por trabajo o por calor . Además, según los experimentos de Joule y otros, un aspecto fundamental del concepto de energía es que la energía se conserva. Este principio se conoce como la primera ley de la termodinámica . La primera ley de la termodinámica se puede escribir en varias formas:

En palabras:

conservación de energía en termodinámica — Diseño físico de los cuatro dispositivos principales utilizados en el ciclo de Rankine y las transferencias de energía básicas.

Forma de ecuación:

IntE _int = Q – W

donde E _int representa la energía interna del material, que depende solo del estado del material (temperatura, presión y volumen). Q es el calor neto agregado al sistema y W es el trabajo neto realizado por el sistema. Debemos ser cuidadosos y consistentes al seguir las convenciones de signos para Q y W. Como W en la ecuación es el trabajo realizado por el sistema, entonces si el trabajo se realiza en el sistema, W será negativo y E _int aumentará.

Del mismo modo, Q es positivo para el calor agregado al sistema, por lo que si el calor abandona el sistema, Q es negativo. Esto nos dice lo siguiente: la energía interna de un sistema tiende a aumentar si el sistema absorbe calor o si se realiza un trabajo positivo en el sistema. Por el contrario, la energía interna tiende a disminuir si el sistema pierde calor o si se realiza un trabajo negativo en el sistema. Debe agregarse que Q y W dependen de la ruta, mientras que E _int es independiente de la ruta.

Forma diferencial:

dE _int = dQ – dW

La energía interna E _int de un sistema tiende a aumentar si se agrega energía como calor Q y tiende a disminuir si la energía se pierde como trabajo W realizado por el sistema.

Vea también: Sistema abierto – Sistema cerrado – Sistema aislado

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¿Qué es la cabeza hidráulica? Definición

2020-01-202019-09-30 por Nick Connor

La altura hidráulica, o altura total, es una medida del potencial del fluido en el punto de medición. Se puede usar para determinar un gradiente hidráulico entre dos o más puntos. Ingenieria termal

Cabeza hidráulica

Hay cuatro tipos de potencial (cabeza):

Potencial de presión – Cabezal de presión: el cabezal de presión representa la energía de flujo de una columna de fluido cuyo peso es equivalente a la presión del fluido.ρ _w : densidad del agua que se supone que es independiente de la presión
Potencial de elevación – Altura de elevación: la altura de elevación representa la energía potencial de un fluido debido a su elevación por encima de un nivel de referencia.
Potencial cinético – Cabeza cinética: la cabeza cinética representa la energía cinética del fluido. Es la altura en pies que un fluido que fluye se elevaría en una columna si toda su energía cinética se convirtiera en energía potencial.

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¿Qué es la energía interna de un gas ideal? Definición

2020-01-142019-09-30 por Nick Connor

Energía interna de un gas ideal. La energía interna de un gas ideal depende solo de la temperatura y la cantidad de moles de gas. E = 3/2 nRT

Energía interna de un gas ideal

La energía interna es el total de toda la energía asociada con el movimiento de los átomos o moléculas en el sistema. Las formas microscópicas de energía incluyen aquellas debidas a la rotación , vibración , traslación e interacciones entre las moléculas de una sustancia.

Gas monoatómico

Para un gas ideal monoatómico (como helio, neón o argón), la única contribución a la energía proviene de la energía cinética traslacional . La energía cinética traslacional promedio de un solo átomo depende solo de la temperatura del gas y está dada por la ecuación

K _promedio = 3/2 kT.

La energía interna de n moles de un gas ideal monoatómico (un átomo por molécula) es igual a la energía cinética promedio por molécula multiplicada por el número total de moléculas, N:

E _int = 3/2 NkT = 3/2 nRT

donde n es el número de moles. Cada dirección (x, y y z) contribuye (1/2) nRT a la energía interna. Aquí es donde entra en juego la idea de equipartición de energía: cualquier otra contribución a la energía también debe contribuir (1/2) nRT. Como se puede ver, la energía interna de un gas ideal depende solo de la temperatura y la cantidad de moles de gas.

Molécula Diatómica

Si las moléculas de gas contienen más de un átomo, hay tres direcciones de traslación , y la energía cinética rotacional también contribuye, pero solo para rotaciones alrededor de dos de los tres ejes perpendiculares. Las cinco contribuciones a la energía (cinco grados de libertad) dan:

Gas ideal diatómico:

E _int = (5/2) NkT = (5/2) nRT

Esto es solo una aproximación y se aplica a temperaturas intermedias. A bajas temperaturas solo contribuye la energía cinética traslacional, y a temperaturas más altas dos vibraciones aportan dos contribuciones adicionales (energía cinética y potencial).

La energía interna será mayor a una temperatura dada que para un gas monoatómico, pero seguirá siendo función solo de la temperatura para un gas ideal.

La energía interna de los gases reales también depende principalmente de la temperatura, pero de manera similar a la Ley del Gas Ideal , la energía interna de los gases reales también depende en cierta medida de la presión y el volumen. Todos los gases reales se aproximan al estado ideal a bajas presiones (densidades). A bajas presiones, las moléculas están lo suficientemente separadas como para que no interactúen entre sí. La energía interna de líquidos y sólidos es bastante complicada, ya que incluye la energía potencial eléctrica asociada con las fuerzas (o enlaces “químicos”) entre átomos y moléculas.

Segunda ley de Joule

Para cualquier gas cuya ecuación de estado esté dada exactamente por pV = nRT (o pv = RT), la energía interna específica depende solo de la temperatura. Esta regla fue encontrada originalmente en 1843 por Joule experimentalmente para gases reales y se conoce como la segunda ley de Joule :

La energía interna de una masa fija de un gas ideal depende solo de su temperatura (no de presión o volumen).

La entalpía específica de un gas descrita por pV = nRT también depende solo de la temperatura. Tenga en cuenta que la entalpía es la cantidad termodinámica equivalente al contenido total de calor de un sistema. Es igual a la energía interna del sistema más el producto de presión y volumen. En variables intensivas, la segunda ley de Joule está dada por h = h (T) = u (T) + pv = u (T) + RT .

Estas tres ecuaciones constituyen el modelo de gas ideal, resumido de la siguiente manera:

pv = RT

u = u (T)

h = h (T) = u (T) + RT

Energía microscópica

La energía interna implica energía a escala microscópica . Se puede dividir en energía potencial microscópica, U _pot , y energía cinética microscópica, U _kin , componentes:

U = U _pot + U _kin

donde la energía cinética microscópica, U _kin , involucra los movimientos de todas las partículas del sistema con respecto al marco del centro de masa. Para un gas monoatómico ideal , esto es solo la energía cinética traslacional del movimiento lineal de los átomos. Las partículas monoatómicas no giran ni vibran. El comportamiento del sistema está bien descrito por la teoría cinética de los gases. La teoría cinética se basa en el hecho de que durante una colisión elástica entre una molécula con alta energía cinética y otra con baja energía cinética, parte de la energía se transferirá a la molécula de menor energía cinética. Sin embargo, para los gases poliatómicos hay rotación yenergía cinética vibracional también.

La energía potencial microscópica, U _pot , involucra los enlaces químicos entre los átomos que forman las moléculas, las fuerzas de unión en el núcleo y también los campos de fuerza física dentro del sistema (por ejemplo, campos eléctricos o magnéticos).

En líquidos y sólidos hay un componente significativo de energía potencial asociado con las fuerzas de atracción intermoleculares .

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¿Qué es la ecuación extendida de Bernoulli? Definición

2020-01-202019-09-30 por Nick Connor

La ecuación extendida de Bernoulli es muy útil para resolver la mayoría de los problemas de flujo de fluidos. La siguiente ecuación es una forma de la ecuación extendida de Bernoulli.

Ecuación extendida de Bernoulli

Hay dos supuestos principales , que se aplicaron en la derivación de la ecuación simplificada de Bernoulli .

La primera restricción en la ecuación de Bernoulli es que no se permite realizar ningún trabajo sobre el fluido. Esta es una limitación importante, porque la mayoría de los sistemas hidráulicos (especialmente en ingeniería nuclear ) incluyen bombas. Esta restricción evita que se analicen dos puntos en una corriente de fluido si existe una bomba entre los dos puntos.

La segunda restricción sobre la ecuación simplificada de Bernoulli es que no se permite la fricción del fluido para resolver problemas hidráulicos. En realidad, la fricción juega un papel crucial . La cabeza total que posee el fluido no puede transferirse por completo y sin pérdidas de un punto a otro. En realidad, un propósito de las bombas incorporadas en un sistema hidráulico es superar las pérdidas de presión debido a la fricción.

Debido a estas restricciones, la mayoría de las aplicaciones prácticas de la ecuación simplificada de Bernoulli a sistemas hidráulicos reales son muy limitadas. Para tratar tanto las pérdidas de carga como el trabajo de bombeo, se debe modificar la ecuación simplificada de Bernoulli .

La ecuación de Bernoulli puede modificarse para tener en cuenta las ganancias y pérdidas de carga . La ecuación resultante, conocida como la ecuación extendida de Bernoulli , es muy útil para resolver la mayoría de los problemas de flujo de fluidos. La siguiente ecuación es una forma de la ecuación extendida de Bernoulli.

donde:
h = altura por encima del nivel de referencia (m)
v = velocidad promedio del fluido (m / s)
p = presión del fluido (Pa)
H _bomba = altura agregada por la bomba (m)
H _fricción = pérdida de altura debido a la fricción del fluido ( m)
g = aceleración debida a la gravedad (m / s ² )

La pérdida de carga (o la pérdida de presión) debido a la fricción del fluido (H _fricción ) representa la energía utilizada en la superación de la fricción causada por las paredes de la tubería. La pérdida de carga que ocurre en las tuberías depende de la velocidad del flujo, el diámetro y la longitud de la tubería , y un factor de fricción basado en la rugosidad de la tubería y el número de Reynolds del flujo. Un sistema de tuberías que contenga muchos accesorios y juntas de tubería, convergencia de tubos, divergencia, giros, rugosidad de la superficie y otras propiedades físicas también aumentará la pérdida de carga de un sistema hidráulico.

Aunque la pérdida de carga representa una pérdida de energía , no representa una pérdida de energía total del fluido. La energía total del fluido se conserva como consecuencia de la ley de conservación de la energía . En realidad, la pérdida de carga debido a la fricción produce un aumento equivalente en la energía interna (aumento de la temperatura) del fluido.

La mayoría de los métodos para evaluar la pérdida de cabeza debido a la fricción se basan casi exclusivamente en evidencia experimental. Esto se discutirá en las siguientes secciones.

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¿Qué es la energía interna específica? Definición

2020-01-142019-09-30 por Nick Connor

La energía interna específica (u) de una sustancia es su energía interna por unidad de masa. Es una propiedad intensiva. Es igual a la energía interna total (U) dividida por la masa total (m). Ingenieria termal

Energía interna específica

La energía interna específica (u) de una sustancia es su energía interna por unidad de masa. Es una propiedad intensiva . Es igual a la energía interna total (U) dividida por la masa total (m).

u = U / m

dónde:

u = energía interna específica (J / kg)

U = energía interna (J)

m = masa (kg)

Energía interna – Energía térmica

La energía interna está representada por el símbolo U , y el cambio en la energía interna en un proceso es U ₂ – U ₁ .

Energía microscópica

La energía interna implica energía a escala microscópica . Se puede dividir en energía potencial microscópica, U _pot , y energía cinética microscópica, U _kin , componentes:

U = U _pot + U _kin

En líquidos y sólidos hay un componente significativo de energía potencial asociado con las fuerzas de atracción intermoleculares .

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¿Qué es la bola giratoria en un flujo de aire? Efecto de Bernoulli: definición

2020-01-202019-09-30 por Nick Connor

Supongamos que una pelota gira mientras viaja por el aire. A medida que la pelota gira, la fricción de la superficie de la pelota con el aire circundante arrastra una capa delgada de aire con ella. Ingenieria termal

La ecuación de Bernoulli

La ecuación de Bernoulli puede considerarse como una declaración del principio de conservación de energía apropiado para fluidos fluidos. Es una de las ecuaciones más importantes / útiles en mecánica de fluidos . Pone en una relación presión y velocidad en un flujo invisible incompresible . La ecuación de Bernoulli tiene algunas restricciones en su aplicabilidad, que se resumen en los siguientes puntos:

sistema de flujo constante,
la densidad es constante (lo que también significa que el fluido es incompresible),
no se realiza ningún trabajo sobre el fluido,
no se transfiere calor hacia o desde el fluido,
no ocurre cambio en la energía interna,
la ecuación relaciona los estados en dos puntos a lo largo de una línea de corriente única (no condiciones en dos líneas de corriente diferentes)

En estas condiciones, la ecuación energética general se simplifica para:

Esta ecuación es la ecuación más famosa en dinámica de fluidos . La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento cualitativo que fluye el fluido que generalmente se etiqueta con el término efecto de Bernoulli . Este efecto provoca la disminución de la presión del fluido en regiones donde aumenta la velocidad del flujo. Esta disminución de la presión en una constricción de una ruta de flujo puede parecer contradictoria, pero parece menos cuando se considera que la presión es la densidad de energía. En el flujo de alta velocidad a través de la constricción, la energía cinética debe aumentar a expensas de la energía de presión. Las dimensiones de los términos en la ecuación son energía cinética por unidad de volumen.

Efecto de Bernoulli: bola giratoria en un flujo de aire

El efecto de Bernoulli tiene otra consecuencia interesante e interesante. Supongamos que un balón está girando a medida que viaja por el aire. A medida que la bola gira, la fricción superficial de la bola con el aire circundante arrastra una capa delgada (denominada capa límite ) de aire con ella. Se puede ver en la imagen que la capa límite está en un lado viajando en la misma dirección que la corriente de aire que fluye alrededor de la pelota (la flecha superior) y en el otro lado, la capa límite está viajando en la dirección opuesta ( la flecha inferior). En el lado de la pelota donde la corriente de aire y la capa límite se mueven en la dirección opuesta (la flecha inferior) entre sí, la fricción entre los dosralentiza la corriente de aire . En el lado opuesto, estas capas se mueven en la misma dirección y la corriente se mueve más rápido .

Según el principio de Bernoulli , el aire que se mueve más rápido ejerce menos presión y, por lo tanto, el aire debe ejercer una fuerza hacia arriba sobre la pelota. De hecho, en este caso el uso del principio de Bernoulli puede no ser correcto. El principio de Bernoulli supone la incompresibilidad del aire, pero en realidad el aire es fácilmente compresible. Pero hay más limitaciones de explicaciones basadas en el principio de Bernoulli.

El trabajo de Robert G. Watts y Ricardo Ferrer (Las fuerzas laterales en una esfera giratoria: Aerodinámica de una bola curva) este efecto puede explicarse por otro modelo que presta atención importante a la capa límite de aire giratorio alrededor de la pelota. En el lado de la pelota donde la corriente de aire y la capa límite se mueven en la dirección opuesta (la flecha inferior), la capa límite tiende a separarse prematuramente. En el lado de la bola donde la corriente de aire y la capa límite se mueven en la misma dirección, la capa límite se transporta más alrededor de la bola antes de separarse en un flujo turbulento. Esto da una desviación de flujode la corriente de aire en una dirección detrás de la pelota. La bola giratoria genera elevación al ejercer una fuerza descendente sobre el aire a medida que pasa. Según la tercera ley de Newton , el aire debe ejercer una fuerza hacia arriba sobre la pelota.

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¿Qué es la fuerza de elevación? – Definición

2020-01-202019-09-30 por Nick Connor

En general, el elevador es una fuerza de acción ascendente en un ala o superficie aerodinámica. Hay varias formas de explicar cómo un perfil aerodinámico genera elevación. Fuerza de elevación

La ecuación de Bernoulli

sistema de flujo constante,
la densidad es constante (lo que también significa que el fluido es incompresible),
no se realiza ningún trabajo sobre el fluido,
no se transfiere calor hacia o desde el fluido,
no ocurre cambio en la energía interna,
la ecuación relaciona los estados en dos puntos a lo largo de una línea de corriente única (no condiciones en dos líneas de corriente diferentes)

En estas condiciones, la ecuación energética general se simplifica para:

Fuerza de elevación: principio de Bernoulli

Fuerza de elevación - Ley de Newton — La tercera ley de Newton establece que la elevación es causada por una desviación del flujo.

En general, el elevador es una fuerza de acción ascendente en un ala o superficie aerodinámica . Hay varias formas de explicar cómo un perfil aerodinámico genera elevación . Algunas teorías son más complicadas o matemáticamente más rigurosas que otras. Se ha demostrado que algunas teorías son incorrectas. Hay teorías basadas en el principio de Bernoulli y hay teorías basadas directamente en la tercera ley de Newton .

La explicación basada en la tercera ley de Newton establece que el levantamiento es causado por una desviación del flujo de la corriente de aire detrás del perfil aerodinámico. La superficie aerodinámica genera elevación al ejercer una fuerza descendente sobre el aire a medida que pasa. Según la tercera ley de Newton, el aire debe ejercer una fuerza ascendente sobre el perfil . Esta es una explicación muy simple.

Fuerza de elevación - Principio de Bernoulli — De acuerdo con el principio de Bernoulli, el aire que se mueve más rápido ejerce menos presión y, por lo tanto, el aire debe ejercer una fuerza hacia arriba en el perfil (como resultado de una diferencia de presión).

El principio de Bernoulli combinado con la ecuación de continuidad también se puede utilizar para determinar la fuerza de elevación en una superficie de sustentación, si se conoce el comportamiento del flujo de fluido en las proximidades de la lámina. En esta explicación, la forma de un perfil aerodinámico es crucial. La forma de una superficie aerodinámica hace que el aire fluya más rápido en la parte superior que en la inferior. De acuerdo con el principio de Bernoulli , el aire que se mueve más rápido ejerce menos presión y, por lo tanto, el aire debe ejercer una fuerza hacia arriba sobre la superficie de sustentación (como resultado de una diferencia de presión).

El principio de Bernoulli requiere que el perfil aerodinámico tenga una forma asimétrica . Su superficie debe ser mayor en la parte superior que en la inferior. A medida que el aire fluye sobre la superficie de sustentación, es desplazado más por la superficie superior que por la inferior. Según el principio de continuidad , este desplazamiento debe conducir a un aumento en la velocidad del flujo (lo que resulta en una disminución de la presión). La velocidad del flujo aumenta un poco por la superficie inferior del perfil, pero considerablemente menos que el flujo en la superficie superior. La fuerza de elevación de una superficie de sustentación , caracterizada por el coeficiente de elevación , se puede cambiar durante el vuelo mediante cambios en la forma de una superficie de sustentación . Por lo tanto, el coeficiente de elevación puede incluso duplicarse con dispositivos relativamente simples (aletas y listones ) si se usan en todo el tramo del ala.El uso del principio de Bernoulli puede no ser correcto. El principio de Bernoulli supone la incompresibilidad del aire, pero en realidad el aire es fácilmente compresible. Pero hay más limitaciones de explicaciones basadas en el principio de Bernoulli. Hay dos explicaciones populares principales de ascensor:

Explicación basada en la desviación hacia abajo del flujo: la tercera ley de Newton
Explicación basada en cambios en la velocidad y presión del flujo: principio de continuidad y principio de Bernoulli

Ambas explicaciones identifican correctamente algunos aspectos de las fuerzas de elevación, pero dejan otros aspectos importantes del fenómeno sin explicar. Una explicación más completa implica tanto cambios en la velocidad del flujo como en la desviación hacia abajo y requiere observar el flujo con más detalle.

Ver más: Doug McLean, Understanding Aerodynamics: Arguing from the Real Physics. John Wiley & Sons Ltd. 2013. ISBN: 978-1119967514

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¿Qué es la clasificación de la pérdida de cabeza? Definición

2020-01-202019-09-30 por Nick Connor

Clasificación de la pérdida de carga. La pérdida de carga del sistema de tuberías se divide en dos categorías principales, pérdidas importantes y pérdidas de carga mínimas. Ingenieria termal

Clasificación de la pérdida de cabeza

La pérdida de carga de un sistema de tubería, tubo o conducto es la misma que la producida en un tubo o conducto recto cuya longitud es igual a las tuberías de los sistemas originales más la suma de las longitudes equivalentes de todos los componentes del sistema.

Como se puede ver, la pérdida de carga del sistema de tuberías se divide en dos categorías principales, ” pérdidas mayores ” asociadas con la pérdida de energía por longitud de tubería y ” pérdidas menores ” asociadas con curvas, conexiones, válvulas, etc.

Pérdida de carga principal : debido a la fricción en tuberías y conductos.
Pérdida menor de carga : debido a componentes como válvulas, accesorios, curvas y tees.

La pérdida de cabeza se puede expresar como:

h _loss = Σ h _{major_losses} + Σ h _{minor_losses}

Resumen:

La pérdida de carga o pérdida de presión es la reducción en la carga total (suma de carga potencial , carga de velocidad y presión ) de un fluido causada por la fricción presente en el movimiento del fluido.
La pérdida de carga y la pérdida de presión representan el mismo fenómeno: pérdidas por fricción en tuberías y pérdidas en componentes hidráulicos, pero se expresan en diferentes unidades .
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 …
La ecuación de Darcy se puede usar para calcular pérdidas importantes .
Se puede usar una forma especial de la ecuación de Darcy para calcular pérdidas menores .
El factor de fricción para el flujo de fluido se puede determinar usando un gráfico Moody .

¿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.

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¿Qué es la microescala de Kolmogorov? Definición

2020-01-202019-09-30 por Nick Connor

Los movimientos turbulentos implican una amplia gama de escalas. Desde una macroescala a la que se suministra la energía, hasta una microescala de Kolmogorov a la que la energía se disipa por la viscosidad. Ingenieria termal

Microescalas de Kolmogorov

En opinión de Kolmogorov ( Andrey Nikolaevich Kolmogorov era un matemático ruso que hizo contribuciones significativas a las matemáticas de la teoría de la probabilidad y la turbulencia), los movimientos turbulentos implican una amplia gama de escalas . Desde una macroescala a la que se suministra la energía, hasta una microescala a la que la energía se disipa por la viscosidad.

Por ejemplo, considere una nube cúmulo. La macroescala de la nube puede ser del orden de kilómetros y puede crecer o persistir durante largos períodos de tiempo. Dentro de la nube, los remolinos pueden ocurrir en escalas del orden de milímetros . Para flujos más pequeños, como en tuberías, las microescalas pueden ser mucho más pequeñas. La mayor parte de la energía cinética del flujo turbulento está contenida en las estructuras de macroescala. La energía “cae en cascada” desde estas estructuras de macroescala a estructuras de microescala mediante un mecanismo de inercia. Este proceso se conoce como la cascada de energía turbulenta .

Las escalas más pequeñas en flujo turbulento se conocen como las microescalas de Kolmogorov . Estos son lo suficientemente pequeños como para que la difusión molecular se vuelva importante y se produzca una disipación viscosa de energía y la energía cinética turbulenta se disipe en calor.

Las escalas más pequeñas en flujo turbulento, es decir, las microescalas de Kolmogorov son:

donde ε es la tasa promedio de tasa de disipación de la energía cinética de turbulencia por unidad de masa y tiene dimensiones (m ² / s ³ ). ν es la viscosidad cinemática del fluido y tiene dimensiones (m ² / s).

El tamaño del remolino más pequeño en el flujo está determinado por la viscosidad. La escala de longitud de Kolmogorov disminuye a medida que disminuye la viscosidad. Para flujos de número de Reynolds muy altos , las fuerzas viscosas son más pequeñas con respecto a las fuerzas de inercia. Los movimientos de escala más pequeños se generan necesariamente hasta que los efectos de la viscosidad se vuelven importantes y la energía se disipa. La relación de las escalas de longitud mayor a menor en el flujo turbulento es proporcional al número de Reynolds (aumenta con la potencia de tres cuartos ).

Esto hace que las simulaciones numéricas directas del flujo turbulento sean prácticamente imposibles. Por ejemplo, considere un flujo con un número de Reynolds de 10 ⁶ . En este caso, la relación L / l es proporcional a 10 ^18/4 . Como tenemos que analizar el problema tridimensional, necesitamos calcular una cuadrícula que consta de al menos 10 ¹⁴ puntos de cuadrícula . Esto supera con creces la capacidad y posibilidades de las computadoras existentes.

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