Lexicon de pompe centrifuge
Pierderile de sarcină sunt rezultatul frecării pereților în toate tipurile de conducte și al rezistenței locale la curgere, de exemplu în supape și racorduri (vezi și Pierdere de presiune).
Vitezele de curgere recomandate
- Pentru apă rece:
Linia de aspirație 0.7-1,5 m/s
Linia de refulare 1,0-2,0 m/s - Pentru apă caldă:
Linia de aspirație 0,5-1,0 m/s
Linia de refulare 1,5-3,5 m/s
Ecuația pentru pierderea de sarcină a unui debit într-o lungime rectilinie de conductă cu secțiune transversală circulară este:
λ Factorul de frecare al conductei
L Lungimea conductei în m
d Diametrul interior al conductei în m
v Viteza de curgere într-o secțiune transversală în m/s
(= 4 Q / π d2 cu Q în m3/s)
g Accelerația datorată gravitației în m/s2
vezi Fig. 1 și 4 Pierderea de sarcină
Factorul de frecare al conductei a fost stabilit experimental. Acesta depinde numai de starea de curgere a fluidului manipulat și de rugozitatea relativă (d/k) a conductelor prin care curge fluidul. Pentru secțiunile transversale necirculare ale conductelor se aplică diametrul echivalent în termeni fluidomecanici (d):
A Secțiune transversală în m2
U Circumferința secțiunii transversale umede în m
(nu se ia în considerare suprafața liberă a unui canal deschis)
Starea de curgere este determinată de numărul Reynolds (Re) în conformitate cu legile de afinitate. Pentru conductele circulare se aplică următoarele:
v Viteza de curgere într-o secțiune transversală în m/s
(= 4 Q / π d2 cu Q în m3/s)
ν Vâscozitatea cinematică în m2/s
(pentru apă la 20 °C: 1.00 – 10 – 6 m2/s)
d Diametrul interior al țevii în m
Vezi Fig. 4 Pierderea de sarcină
Pentru țevile netede din punct de vedere hidraulic, cum ar fi țevile netede din metal tras sau din plastic (de exemplu PE sau PVC), sau în cazul curgerii laminare, se poate calcula factorul de frecare al țevii (λ). Pentru curgerea laminară într-o țeavă cu un număr Reynolds mai mic de 2320, factorul de frecare a țevilor este independent de rugozitate:
Dacă curgerea este turbulentă sau dacă numărul Reynolds este mai mare de 2320, factorul de frecare a țevilor în cazul țevilor netede din punct de vedere hidraulic poate fi reprezentat printr-o ecuație empirică conform lui Eck (datorită faptului că abaterile sunt sub 1 % dacă numărul Reynolds este mai mic de 108).
Factorul de frecare al conductei (λ) depinde, de asemenea, de un alt parametru adimensional, și anume de rugozitatea relativă a suprafeței interioare a conductei (d/k). Ambele trebuie specificate în aceeași unitate (de exemplu, mm).
Vezi Fig. 1 Pierderea de sarcină
(k) este rugozitatea medie absolută a suprafeței interioare a conductei, pentru care sunt disponibile valori aproximative în funcție de material și de procesele de fabricație. A se vedea Fig. 2 Pierderea de presiune
Fig. 2 Pierderea de presiune: Estimări ale înălțimilor medii de la vârf la vale k (rugozitatea absolută) a conductelor
Deasupra curbei limită, factorul de frecare al conductei (λ) depinde exclusiv de rugozitatea relativă a conductei (d/k). A se vedea Fig. 1 Pierderea de înălțime
Pentru această regiune se poate utiliza următoarea ecuație empirică a lui Moody:
Pentru uz practic, pierderea de înălțime (HL) la 100 m de țeavă de oțel dreaptă este prezentată în diagramă în funcție de debitul (Q) și de diametrul interior al țevii (d).
Vezi Fig. 3 Pierderea de sarcină
Valorile sunt valabile numai pentru apă rece și curată sau pentru fluide cu aceeași vâscozitate cinematică, pentru conducte complet umplute și pentru o rugozitate absolută a suprafeței interioare a conductei de k = 0.05 mm.
Dimensiuni, greutăți, umplere cu apă pentru conducte noi din oțel fără sudură sau sudate longitudinal
Vezi anexa, Pierderea de sarcină, fig. 4
Efectul unei rugozități superficiale k crescute va fi demonstrat în cele ce urmează pentru un set de intervale de parametri frecvent utilizate (diametrul nominal DN = 50 până la 300, viteza de curgere v = 0,8 până la 3,0 m/s). A se vedea Fig. 3 Pierderea de sarcină
Regiunea albastru deschis corespunde regiunii marcate în mod similar pentru o rugozitate medie absolută de k = 0,05 mm.
A se vedea Fig. 1 Pierderea de sarcină
Pentru o rugozitate crescută de un factor 6 (țeavă veche de oțel ușor incrustată cu k = 0,30 = 300 μm (0.30 mm), factorii de frecare a conductei (și pierderile de sarcină proporționale asociate) în regiunea albastru închis sunt doar cu 25 – 60 % mai mari decât înainte.
Vezi Fig. 1 Pierderea de sarcină
Pentru conductele de canalizare trebuie să se ia în considerare rugozitatea crescută cauzată de murdărie. Pentru conductele supuse la o incrustație extremă, pierderea de sarcină reală poate fi determinată doar experimental. Abaterile de la diametrul nominal modifică considerabil pierderea de sarcină, deoarece diametrul interior al conductei figurează în ecuație la puterea a 5-a.
O reducere cu 5 % a diametrului interior, de exemplu, duce la o creștere a pierderii de sarcină cu până la 30 %. Prin urmare, este important ca, în calcule, diametrul interior să nu fie înlocuit pur și simplu cu diametrul nominal.
Pierderile de presiune în țevile din plastic sau în țevile metalice trase netede sunt foarte mici datorită suprafețelor netede ale țevilor. Pierderile de sarcină stabilite sunt valabile pentru apă la 10 °C. La alte temperaturi, pierderea pentru conductele din plastic trebuie înmulțită cu un factor de corecție a temperaturii specificat pentru a ține seama de dilatarea termică mai mare a acestora. Pentru apele uzate sau alte ape netratate, trebuie să se ia în considerare o pierdere de presiune suplimentară de 20-30 % pentru eventualele depuneri.
Pierderi de presiune pentru conducte din plastic și țevi metalice netede trase
Vezi anexa, Pierderi de presiune, Fig. 5
Pierderi de înălțime în robinete și fitinguri
Pierderea de înălțime (HL) în robinete și fitinguri este dată de:
ζ Coeficient de pierdere
Vezi Fig. 6 până la 12 Pierderea de sarcină
v Viteza de curgere într-o zonă caracteristică a secțiunii transversale A
(de exemplu, la duză) în m/s
g Accelerația datorată gravitației 9,81 m/s2
Fig. 6 Pierderea de sarcină: Diagrama schematică a modelelor de supape
Fig. 11 Pierderea de sarcină: Influența asupra coeficientului de pierdere ζ a rotunjirii părții interioare și exterioare a coturilor din conductele pătrate
Fig. 12 Pierderea de sarcină: Coeficienții de pierdere ζ pentru robinetele cu clapetă fluture, cu globuleț și de poartă în funcție de gradul de deschidere
Pierderile care pot fi atribuite îndreptării perturbațiilor de debit pe o lungime de conductă echivalentă cu 12 x DN în aval de robinet sunt incluse în coeficienții de pierdere în conformitate cu ghidul VDI/VDE 2173. Valorile se aplică la robinetele care au un debit de apropiere constant, sunt complet deschise și funcționează cu apă rece. În funcție de condițiile de debit la intrare și la ieșire, de modelele de vane și de obiectivele de dezvoltare (de exemplu, vane ieftine sau cu economie de energie), valorile pierderilor pot varia dramatic. A se vedea anexa, Pierderea de presiune, Fig. 7
De multe ori se utilizează valoarea kv în locul coeficientului de pierdere (ζ) atunci când se calculează pierderea de presiune pentru apă în vane:
Valoarea kv este debitul în m3/h care ar rezulta dintr-o cădere de presiune pv = 1 bar prin vană pentru apă rece. Ea descrie corelația dintre pierderea de presiune (pL) în bar și debitul (Q) în m3/h. Conversia în coeficientul de debit ζ pentru apă rece:
d Diametrul de referință (nominal) al robinetului în cm
Pentru calculul pierderilor de sarcină în racorduri, racordurile de branșament și adaptoarele necesită o abordare diferită. A se vedea figurile 9 și 10 Pierderea de înălțime
Fig. 9 Pierderea de înălțime: Coeficienți de pierdere ζ pentru fitinguri 
Fig. 10 Pierdere de sarcină: Coeficienți de pierdere ζ pentru adaptoare
Pentru toate fitingurile trebuie să se facă o diferențiere între două forme de pierdere de presiune:
- Pierderi de presiune ireversibile (reducerea presiunii)
pv Pierderea de presiune în Pa
ζ Coeficientul de pierdere
ρ Densitatea în kg/m3
v Viteza de curgere în crucesecțiune transversală în m/s
- Schimbări reversibile de presiune ale curgerii fără frecare conform ecuației lui Bernoulli
Pentru curgeri accelerate, cum ar fi reduceri ale diametrului conductei, (p2 – p1) este întotdeauna negativă; pentru fluxuri decelerate, cum ar fi expansiunile conductei, este întotdeauna pozitivă. Atunci când se calculează variația netă de presiune ca sumă aritmetică a pL și (p2 – p1), pierderile de presiune ireversibile trebuie să fie întotdeauna scăzute.
Influența fluidelor foarte vâscoase asupra curbei caracteristice a sistemului
Deoarece legile dinamicii fluidelor își păstrează valabilitatea pentru toate fluidele newtoniene, ecuațiile și diagramele pentru calcularea factorilor de frecare a conductelor și a coeficienților de pierdere pentru supape sunt, de asemenea, aplicabile fluidelor vâscoase cu o vâscozitate mai mare decât cea a apei.
Când se calculează numărul Reynolds Re = v – d / ν , trebuie pur și simplu să se înlocuiască vâscozitatea cinematică a fluidelor vâscoase νz cu vâscozitatea apei νz.
Aceasta conduce la un număr Re mai mic și, conform Fig. 1 Pierderea de sarcină, la un coeficient de frecare a conductei λz mai mare (Notă: influența rugozității peretelui poate fi acum adesea ignorată datorită grosimii mai mari a stratului limită în curgere).
Toate pierderile de presiune în conducte și vane calculate pentru apă trebuie să fie extrapolate folosind raportul λz/λw.
Figura 13 Pierderea de presiune este, de asemenea, adecvată pentru o utilizare practică generală: coeficientul de frecare a conductei λz poate fi determinat rapid în funcție de debitul Q, de diametrul interior al conductei d și de vâscozitatea cinematică νz. Cu toate acestea, trebuie reținut faptul că coeficientul λw din această diagramă este valabil numai pentru conductele netede din punct de vedere hidraulic (adică nu pentru conductele rugoase)! Corespondentul λw poate fi utilizat pentru a calcula raportul λz/λw.
Cum componenta statică a curbei caracteristice a sistemului Hsys , a se vedea Fig. 1 Curba caracteristică a sistemului și Fig. 2 Cap, nu este afectată de vâscozitate, componenta dinamică a curbei caracteristice a sistemului pentru apă poate fi redesenată sub forma unei parabole mai abrupte pentru un fluid vâscos.
Influența fluidelor newtoniene asupra curbei caracteristice a sistemului
Deoarece curbele de curgere nu sunt linii drepte de vâscozitate liniară constantă, calculul pierderilor de sarcină este foarte greoi. În acest caz, calculul pierderilor se bazează pe experiența cu anumite fluide.
.