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Fluxo através do cotovelo – perda menor

O fluxo através dos cotovelos é bastante complicado . De fato, qualquer tubo curvo sempre induz uma perda maior do que o simples tubo reto. Isso ocorre pelo fato de que em um tubo curvo o fluxo se separa nas paredes curvas. Para um raio de curvatura muito pequeno, o fluxo de entrada é até incapaz de fazer a curva na curva; portanto, o fluxo se separa e em parte estagna contra o lado oposto do tubo. Nesta parte da curva, a pressão aumenta (como resultado do princípio de Bernoulli ) e a velocidade diminui.

Uma característica interessante dos valores K para cotovelos é o seu comportamento não monótono à medida que a razão R / D aumenta. Os valores K incluem as perdas locais e as perdas por atrito do tubo. As perdas locais, causadas pela separação de fluxo e fluxo secundário, diminuem com R / D, enquanto as perdas por atrito aumentam porque o comprimento da dobra aumenta. Portanto, há um mínimo no valor K próximo ao raio de curvatura normalizado de 3.

Método 2K – Método 3K

O valor K representa o múltiplo de cabeçotes de velocidade que serão perdidos pelo fluido que passa pelo acessório. A equação para o cálculo da perda de pressão do elemento hidráulico é, portanto:

Portanto, a equação para o cálculo da perda de pressão de todo o sistema hidráulico é:

O valor K pode ser caracterizado para vários regimes de fluxo (isto é, de acordo com o número de Reynolds ) e isso faz com que seja mais preciso que o método de comprimento equivalente.

Existem vários outros métodos para calcular a perda de pressão para conexões, esses métodos são mais sofisticados e também mais precisos :

• Método 2K . O método 2K é uma técnica desenvolvida por Hooper BW para prever a perda de carga em um cotovelo, válvula ou T. O método 2K aprimora o método do excesso de cabeça, caracterizando a alteração na perda de pressão devido à variação do número de Reynolds . O método 2-K é vantajoso em relação a outro método, especialmente na região de fluxo laminar .

• Método 3K . O método 3K (de Ron Darby em 1999) melhora ainda mais a precisão do cálculo da perda de pressão, caracterizando também a mudança nas proporções geométricas de um acessório conforme o tamanho muda. Isso torna o método 3K particularmente preciso para um sistema com acessórios grandes .

Método do coeficiente de resistência – Método K

O método coeficiente de resistência (ou K-método, ou método de cabeça em excesso) permite que o utilizador para descrever a perda de pressão através de um cotovelo ou um encaixe por um número adimensional – K . Esse número adimensional (K) pode ser incorporado à equação de Darcy-Weisbach de maneira muito semelhante ao método de comprimento equivalente. Em vez de dados de comprimento equivalente, neste caso, o número sem dimensão (K) é usado para caracterizar o acessório sem vinculá-lo às propriedades do tubo.

O valor K representa o múltiplo de cabeçotes de velocidade que serão perdidos pelo fluido que passa pelo acessório. A equação para o cálculo da perda de pressão do elemento hidráulico é, portanto:
Portanto, a equação para o cálculo da perda de pressão de todo o sistema hidráulico é:

O valor K pode ser caracterizado para vários regimes de fluxo (isto é, de acordo com o número de Reynolds ) e isso faz com que seja mais preciso que o método de comprimento equivalente.

Existem vários outros métodos para calcular a perda de pressão para conexões, esses métodos são mais sofisticados e também mais precisos :

• Método 2K . O método 2K é uma técnica desenvolvida por Hooper BW para prever a perda de carga em um cotovelo, válvula ou T. O método 2K aprimora o método do excesso de cabeça, caracterizando a alteração na perda de pressão devido à variação do número de Reynolds . O método 2-K é vantajoso em relação a outro método, especialmente na região de fluxo laminar .

• Método 3K . O método 3K (de Ron Darby em 1999) melhora ainda mais a precisão do cálculo da perda de pressão, caracterizando também a mudança nas proporções geométricas de um acessório conforme o tamanho muda. Isso torna o método 3K particularmente preciso para um sistema com acessórios grandes .

Método de comprimento equivalente

O método de comprimento equivalente ( O método L _e / D ) permite ao usuário descrever a perda de pressão através de um cotovelo ou acessório como um comprimento de tubo reto .

Este método baseia-se na observação de que as principais perdas também são proporcionais à cabeça de velocidade ( v ² / 2g ).

O método L _e / D simplesmente aumenta o fator multiplicador na equação de Darcy-Weisbach (ou seja, L / D ) por um comprimento de tubo reto (ou seja, L _e ), o que daria origem a uma perda de pressão equivalente às perdas na acessórios, daí o nome “comprimento equivalente”. O fator multiplicador torna-se, portanto, ƒ (L + L _e ) / D e a equação para o cálculo da perda de pressão do sistema é, portanto:

Todos os acessórios, cotovelos, T, podem ser somados para formar um comprimento total e a perda de pressão calculada a partir desse comprimento. Verificou-se experimentalmente que se os comprimentos equivalentes para uma variedade de tamanhos de um determinado tipo de acessório são divididos pelos diâmetros dos acessórios, então é obtida uma relação quase constante (isto é, L _e / D). A vantagem do método de comprimento equivalente é que um único valor de dados é suficiente para cobrir todos os tamanhos desse acessório e, portanto, a tabulação de dados de comprimento equivalente é relativamente fácil. Alguns comprimentos equivalentes típicos são mostrados na tabela.

Veja também: Software de dimensionamento de tubos e cálculo de fluxo

Rugosidade relativa

A quantidade usada para medir a rugosidade da superfície interna do tubo é chamada de rugosidade relativa e é igual à altura média das irregularidades da superfície (ε) dividida pelo diâmetro do tubo (D).

, onde as irregularidades médias da superfície da altura e o diâmetro do tubo estão em milímetros.

Se conhecermos a rugosidade relativa da superfície interna do tubo, podemos obter o valor do fator de atrito no Gráfico Moody .

O gráfico Moody (também conhecido como diagrama Moody) é um gráfico em forma não dimensional que relaciona o fator de atrito de Darcy , o número de Reynolds e a rugosidade relativa do fluxo totalmente desenvolvido em um tubo circular.

Fator de atrito de Darcy

Existem dois fatores de atrito comuns em uso, os fatores de atrito Darcy e Fanning .

O fator de atrito de Darcy é uma quantidade adimensional usada na equação de Darcy-Weisbach , para a descrição de perdas por atrito em tubulação ou duto, bem como para fluxo em canal aberto. Isso também é chamado de fator de atrito de Darcy-Weisbach , coeficiente de resistência ou simplesmente fator de atrito .Determinou-se que o fator de atrito depende do número de Reynolds para o fluxo e do grau de rugosidade da superfície interna do tubo (especialmente para fluxo turbulento ). O fator de atrito do fluxo laminar é independente da rugosidade da superfície interna do tubo.

A seção transversal do tubo também é importante, pois os desvios da seção circular causarão fluxos secundários que aumentam a perda de carga. Tubos e dutos não circulares são geralmente tratados usando o diâmetro hidráulico .

Rugosidade relativa

A quantidade usada para medir a rugosidade da superfície interna do tubo é chamada de rugosidade relativa e é igual à altura média das irregularidades da superfície (ε) dividida pelo diâmetro do tubo (D).

, onde as irregularidades médias da superfície da altura e o diâmetro do tubo estão em milímetros.

Se conhecermos a rugosidade relativa da superfície interna do tubo, podemos obter o valor do fator de atrito no Gráfico Moody .

O gráfico Moody (também conhecido como diagrama Moody) é um gráfico em forma não dimensional que relaciona o fator de atrito de Darcy , o número de Reynolds e a rugosidade relativa do fluxo totalmente desenvolvido em um tubo circular.