Rugozitate relativă și rugozitate absolută sunt doi termeni care sunt folosiți pentru a descrie setul de nereguli existente în interiorul conductelor comerciale care transportă fluide. Rugozitatea absolută este valoarea medie sau medie a acestor nereguli, tradusă în variația medie a razei interne a conductei.
Rugozitatea absolută este considerată o proprietate a materialului utilizat și este de obicei măsurată în metri, inci sau picioare. La rândul său, rugozitatea relativă este coeficientul dintre rugozitatea absolută și diametrul țevii, fiind deci o cantitate adimensională.
Rugozitatea relativă este importantă deoarece aceeași rugozitate absolută are un efect mai accentuat asupra țevilor subțiri decât asupra țevilor mari..
Evident, rugozitatea țevilor colaborează cu fricțiunea, care la rândul său reduce viteza cu care fluidul se mișcă în interiorul lor. În conductele foarte lungi, fluidul se poate opri chiar din mișcare.
Prin urmare, este foarte important să se evalueze frecarea în analiza debitului, deoarece pentru a menține mișcarea este necesar să se aplice presiune prin intermediul pompelor. Compensarea pierderilor face necesară creșterea puterii pompelor, afectând costurile.
Alte surse de pierdere de presiune sunt vâscozitatea fluidului, diametrul tubului, lungimea acestuia, posibilele constricții și prezența supapelor, robinetelor și coatelor..
Indice articol
Interiorul conductei nu este niciodată complet neted și neted la nivel microscopic. Pereții au nereguli de suprafață care depind în mare măsură de materialul din care sunt confecționați.
Mai mult, după ce este în funcțiune, rugozitatea crește datorită scării și coroziunii cauzate de reacțiile chimice dintre materialul țevii și fluid. Această creștere poate varia între 5 și 10 ori valoarea rugozității din fabrică.
Țevile comerciale indică valoarea rugozității în metri sau picioare, deși evident vor fi valabile pentru conductele noi și curate, deoarece imediat ce trece timpul, rugozitatea își va schimba valoarea din fabrică.
Mai jos sunt valorile de rugozitate absolută acceptate în mod obișnuit pentru conductele comerciale:
- Cupru, alamă și plumb: 1,5 x 10 -6 m (5 x 10 -6 picioare).
- Fontă neacoperită: 2,4 x 10 -4 m (8 x 10 -4 picioare).
- Fier forjat: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 picioare).
- Oțel nituit: 1,8 x 10 -3 m (6 x 10 -3 picioare).
- Oțel comercial sau oțel sudat: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 picioare).
- Fontă căptușită cu asfalt: 1,2 x 10 -4 m (4 x 10 -4 picioare).
- Plastic și sticlă: 0,0 m (0,0 ft).
Rugozitatea relativă poate fi evaluată cunoscând diametrul țevii realizate cu materialul în cauză. Dacă denotați asprimea absolută ca și iar diametrul ca D, rugozitatea relativă este exprimată ca:
șir = e / D
Ecuația de mai sus presupune o țeavă cilindrică, dar dacă nu, magnitudinea numită raza hidraulică, unde diametrul este înlocuit de patru ori mai mare decât această valoare.
Pentru a găsi rugozitatea țevilor, au fost propuse diferite modele empirice care iau în considerare factorii geometrici, cum ar fi forma neregulilor din pereți și distribuția acestora..
În jurul anului 1933, inginerul german J. Nikuradse, student al lui Ludwig Prandtl, a acoperit țevile cu granule de nisip de diferite dimensiuni, ale căror diametre cunoscute sunt tocmai rugozitatea absolută și. Nikuradse a gestionat conducte pentru care valorile e / D a variat de la 0,000985 la 0,0333,
În aceste experimente bine controlate, rugozitățile au fost distribuite uniform, ceea ce nu este cazul în practică. Cu toate acestea, aceste valori ale și sunt încă o bună aproximare pentru a estima modul în care rugozitatea va influența pierderile de frecare.
Rugozitatea indicată de producătorul unei țevi este de fapt echivalentă cu cea creată artificial, la fel cum au făcut Nikuradse și alți experimentatori. Din acest motiv este uneori cunoscut sub numele de nisip echivalent (nisip echivalent).
Rugozitatea țevii este un factor foarte important de luat în considerare în funcție de rata de mișcare a fluidului. Fluidele în care vâscozitatea este relevantă se pot deplasa într-un regim laminar sau turbulent.
În fluxul laminar, în care fluidul se mișcă ordonat în straturi, neregulile din suprafața conductei au o greutate mai mică și, prin urmare, nu sunt luate în considerare de obicei. În acest caz, vâscozitatea fluidului creează tensiuni de forfecare între straturi, provocând pierderi de energie..
Exemple de curgere laminară sunt un curent de apă care iese din robinet cu viteză mică, fumul începe să țâșnească dintr-un băț de tămâie aprins sau începutul unui jet de cerneală injectat într-un curent de apă, așa cum a fost stabilit de Osborne Reynolds în 1883.
În schimb, fluxul turbulent este mai puțin ordonat și mai haotic. Este un flux în care mișcarea este neregulată și nu prea previzibilă. Un exemplu este fumul de pe bățul de tămâie atunci când acesta se oprește din mișcare lină și începe să formeze o serie de pânze neregulate numite turbulențe..
Parametrul numeric adimensional numit numărul Reynolds NR indică dacă fluidul are unul sau alt regim, conform următoarelor criterii:
FărăR < 2000 el flujo es laminar; Si NR Debitul> 4000 este turbulent. Pentru valorile intermediare regimul este considerat tranzitoriu, iar mișcarea este instabilă.
Acest factor permite găsirea pierderii de energie datorată frecării și depinde doar de numărul Reynolds pentru un flux laminar, dar în flux turbulent, rugozitatea relativă este prezentă..
da F este factorul de frecare, există o ecuație empirică pentru a-l găsi, numită ecuația Colebrook. Depinde de rugozitatea relativă și de numărul Reynolds, dar rezoluția sa nu este ușoară, deoarece F nu este dat în mod explicit:
De aceea au fost create curbe precum diagrama Moody, care facilitează găsirea valorii factorului de frecare pentru un anumit număr Reynolds și rugozitate relativă. Empiric, s-au obținut ecuații care chiar au F în mod explicit, care sunt destul de apropiate de ecuația Colebrook.
Există o formulă empirică pentru a evalua creșterea rugozității absolute care are loc datorită utilizării, cunoscând valoarea rugozității absolute din fabrică șisau:
e = esau + αt
Unde și este rugozitatea după t ani trecuți și α este un coeficient cu unități de m / an, țoli / an sau picior / an numit rata de creștere anuală a rugozității.
Dedus inițial pentru țevile din fontă, dar funcționează bine cu alte tipuri de țevi realizate din metal neacoperit. În acestea, pH-ul fluidului este important în ceea ce privește durabilitatea acestuia, deoarece apele alcaline reduc foarte mult debitul..
Pe de altă parte, țevile acoperite sau plasticul, cimentul și betonul neted nu experimentează creșteri notabile ale rugozității în timp..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.