O que é perda de cabeça menor – Perdas locais – Definição

Menor perda de carga são perdas de pressão locais ou quedas de pressão de vários elementos hidráulicos, como curvas, conexões, válvulas, cotovelos, T ou canais aquecidos. Engenharia Térmica

Menor Perda de Cabeça – Perdas Locais

Na indústria, qualquer sistema de tubulação contém diferentes elementos tecnológicos como dobras, conexões, válvulas ou canais aquecidos . Esses componentes adicionais aumentam a perda de carga geral do sistema. Tais perdas são geralmente denominadas perdas menores , embora geralmente representem uma parte importante da perda de carga . Para sistemas de tubulação relativamente curtos, com um número relativamente grande de dobras e conexões, pequenas perdas podem facilmente exceder grandes perdas (especialmente com uma válvula parcialmente fechada que pode causar uma maior perda de pressão do que um tubo longo, na verdade quando uma válvula é fechada ou fechada). quase fechada, a perda menor é infinita).

As perdas menores são comumente medidas experimentalmente. Os dados, especialmente para válvulas, dependem um pouco do projeto do fabricante.

Como o atrito do tubo, as perdas menores são proporcionalmente ao quadrado da vazão e, portanto, podem ser facilmente integradas à equação de Darcy-Weisbach . K é a soma de todos os coeficientes de perda no comprimento do tubo, cada um contribuindo para a perda de carga geral.perda de cabeça menor - equação

Existem vários métodos para calcular a perda de carga de conexões, dobras e cotovelos. Na seção a seguir, esses métodos são resumidos na ordem do mais simples ao mais sofisticado. 

 

Método de comprimento equivalente

O método de comprimento equivalente ( método 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 ( 2 / 2g ).

método de comprimento equivalente

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, 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:

comprimento equivalente

tabela de comprimentos equivalentes - válvulas, cotovelos, curvasTodos 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

Método do coeficiente de resistência – Método K – Excesso de cabeça

tabela de valores K - válvulas, cotovelos, curvasO 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:
Método do valor KPortanto, a equação para o cálculo da perda de pressão de todo o sistema hidráulico é:
Valor K - perda de carga
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 2K
  • 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 3K

Resumo:

  • A perda de carga do sistema hidráulico é dividida em duas categorias principais :
    • Perda de Cabeça Maior – devido ao atrito em tubos retos
    • Menor perda de carga – devido a componentes como válvulas, curvas…
  • Uma forma especial da equação de Darcy pode ser usada para calcular pequenas perdas .
  • As perdas menores são aproximadamente proporcional ao quadrado da taxa de fluxo e, portanto, eles podem ser facilmente integrados na equação de Darcy-Weisbach através de coeficiente de resistência K .
  • Como uma perda de pressão local, a aceleração do fluido em um canal aquecido também pode ser considerada.

Existem os seguintes métodos:

  • Método de comprimento equivalente
  • Método K (método coeficiente de resistência)
  • Método 2K
  • Método 3K

Por que a perda de cabeça é muito importante?

Como pode ser visto na figura, a perda de carga é a principal característica de qualquer sistema hidráulico. Nos sistemas em que uma certa vazão deve ser mantida (por exemplo, para fornecer refrigeração ou transferência de calor suficiente a partir do núcleo do reator ), o equilíbrio da perda de carga e da  carga adicionada por uma bomba determina a vazão através do sistema.

Diagrama característico de QH da bomba centrífuga e do gasoduto
Diagrama característico de QH da bomba centrífuga e do gasoduto

Fluxo através do cotovelo – perda menor

fluxo através do cotovelo - perda menorO 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.

Aceleração de Fluidos

Gráfico - densidade - água - temperatura
Densidade da água líquida (comprimida) em função da temperatura da água

Sabe-se que quando o fluido é aquecido (por exemplo, em um canal de combustível), o fluido se expande (mudança na densidade do fluido) e aumenta sua velocidade de fluxo como resultado da equação de continuidade (a seção transversal do canal permanece a mesma). Para um volume de controle que tem uma única entrada e uma única saída, esta equação afirma que, para o fluxo em estado estacionário, a taxa de fluxo de massa no volume deve ser igual à taxa de fluxo de massa.

aceleração de fluidos - queda de pressão
Entrada de massa por unidade de tempo = Saída de massa por unidade de tempo

Veja também: Propriedades da água sub – resfriada

Outro princípio muito importante afirma ( princípio de Bernoulli ) que o aumento da velocidade do fluxo no canal aquecido causa a diminuição da pressão do fluido . Essa perda de pressão também pode ser considerada como uma perda de pressão local e pode ser calculada a partir da seguinte equação:
aceleração de fluidos - equação

Caudal através do núcleo de um reactor – aceleração do líquido de refrigeração

É um exemplo ilustrativo, os dados a seguir não correspondem a nenhum projeto de reator.

Equação de continuidade - vazões através do reator
Exemplo de vazões em um reator. É um exemplo ilustrativo, os dados não representam nenhum projeto de reator.

Os reatores de água pressurizada são resfriados e moderados por água líquida de alta pressão (por exemplo, 16MPa). A essa pressão, a água ferve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F). A temperatura de entrada da água é de cerca de 290 ° C (~ ~ 720 kg / m 3 ). A água (refrigerante) é aquecido no núcleo do reactor para cerca de 325 ° C (⍴ ~ 654 kg / m 3 ) medida que a água flui através do núcleo.

O circuito primário dos PWRs típicos é dividido em 4 circuitos independentes (diâmetro da tubulação ~ 700 mm), cada circuito compreende um gerador de vapor e uma bomba de refrigeração principal . Dentro do vaso de pressão do reator (RPV), o líquido de arrefecimento flui primeiro para fora do núcleo do reator (através do descendente). Do fundo do vaso de pressão, o fluxo é revertido através do núcleo, onde a temperatura do líquido de refrigeração aumenta à medida que passa pelas barras de combustível e pelos conjuntos formados por elas.

Calcular:

  • Perda de pressão devido à aceleração do líquido de arrefecimento em um canal de combustível isolado

 quando

  • velocidade do fluxo de entrada do canal é igual a 5,17 m / s
  • velocidade do fluxo de saída do canal é igual a 5,69 m / s

Solução:

A perda de pressão devido à aceleração do líquido de arrefecimento em um canal de combustível isolado é então:

aceleração do refrigerante - exemplo

Este fato tem consequências importantes. Devido à diferente potência relativa dos conjuntos de combustível em um núcleo, esses conjuntos de combustível têm resistência hidráulica diferente e isso pode induzir o fluxo lateral local do líquido de arrefecimento primário e deve ser considerado nos cálculos termo-hidráulicos.

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