O que é relativa relativa e absoluta?

Rugosidade relativa e rugosidade absoluta Estes são dois termos usados ​​para descrever o conjunto de irregularidades existentes dentro dos tubos comerciais que transportam fluidos. A rugosidade absoluta é o valor médio ou médio dessas irregularidades, traduzido para a variação média do raio interno do pipeline.

A rugosidade absoluta é considerada uma propriedade do material usada e geralmente é medida em metros, polegadas ou pés. Por outro lado, a rugosidade relativa é a razão entre a rugosidade absoluta e o diâmetro do tubo, portanto, uma quantidade não dimensionada.

figura 1. Tubos de cobre. Fonte: Pixabay.

A rugosidade relativa é importante em vista do fato de que a mesma rugosidade absoluta tem um efeito mais acentuado em tubos finos do que em grande.

Obviamente, a rugosidade dos tubos colabora com atrito, que por sua vez reduz a velocidade com que o fluido se move dentro deles. Em tubos muito longos, o fluido pode até parar de se mover.

Portanto, é muito importante avaliar o atrito na análise de fluxo, pois para manter o movimento é necessário aplicar pressão pelas bombas. As perdas compensadas tornam necessário aumentar o poder das bombas, afetando os custos.

Outras fontes de perdas de pressão são a viscosidade do fluido, o diâmetro do tubo, seu comprimento, possíveis restrições e a presença de válvulas, chaves e cotovelos.

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Origem da rugosidade

O interior do tubo nunca é completamente suave e macio no nível microscópico. As paredes têm irregularidades na superfície que dependem amplamente do material com o qual são feitas.

Figura 2. Raduidades dentro de um cano. Fonte: Self feito.

Além disso, depois de estar em serviço, a rugosidade é aumentada devido às incrustações e corrosão causadas por reações químicas entre o material do tubo e o fluido. Esse aumento pode variar entre 5 e 10 vezes o valor da rugosidade da fábrica.

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Tubos comerciais indicam o valor da rugosidade em metros ou pés, embora obviamente eles sejam válidos para tubos novos e limpos, porque assim que o tempo passar, a rugosidade mudará seu valor de fábrica.

Valores de rugosidade para alguns materiais comerciais

Abaixo estão os valores absolutos de rugosidade comumente aceitos para tubos comerciais:

- Cobre, latão e chumbo: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 pés).

- Sem revestimento ferro: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 pés).

- Ferro forjado: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 pés).

- Aço rebitado: 1.8 x 10 ^-3 M (6 x 10 ^-3 pés).

- Aço comercial ou aço soldado: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 pés).

- Ferro fundido coberto com asfalto: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 pés).

- Plástico e vidro: 0.0 m (0.0 pés).

A rugosidade relativa pode ser avaliada sabendo o diâmetro do tubo feito com o material em questão. Se denota a rugosidade absoluta como e e para diâmetro como D, A rugosidade relativa é expressa como:

e_r = E /D

A equação anterior é um tubo cilíndrico, mas se não, a magnitude chamada pode ser usada Rádio hidráulico, em que o diâmetro é substituído pelo quadruplo deste valor.

Determinação da rugosidade absoluta

Para encontrar a aspereza dos tubos, foram propostos vários modelos empíricos que levam em consideração fatores geométricos, como a forma de irregularidades nas paredes e sua distribuição.

Em 1933, o engenheiro alemão J. Nikuradse, estudante de Ludwig Prandtl, coberto tubos com grãos de areia de tamanhos diferentes, cujos diâmetros conhecidos são precisamente absolutamente absoluta e. Nikuradse lidou com tubos para os quais os valores de e/d Eles variaram de 0.000985 e 0.0333,

Nestes experimentos bem controlados, as rougidades foram distribuídas uniformemente, o que não acontece na prática. No entanto, esses valores de e Eles ainda são uma boa abordagem para estimar como as perdas de atrito influenciarão.

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A rugosidade indicada pelo fabricante de um tubo é realmente equivalente ao criado artificialmente, como Nikuradse e outros experimentadores fizeram. Por esse motivo, às vezes é conhecido como Areia equivalente (areia equivalente).

Fluxo laminar e fluxo turbulento

A rugosidade do tubo é um fator muito importante a considerar de acordo com o regime de movimento que o fluido tem. Os fluidos em que a viscosidade é relevante pode se mover em um regime laminar ou turbulento.

No fluxo laminar, no qual o fluido se move ordenadamente em camadas, as irregularidades na superfície do tubo têm menos peso e é por isso que elas geralmente não são levadas em consideração. Nesse caso, é a viscosidade do fluido que cria tensões de corte entre as camadas causando perdas de energia.

Exemplos de fluxo laminar são um jato de água que sai da torneira em baixa velocidade, a fumaça que começa a brotar de uma varinha em incenso iluminada ou o início de um jato de tinta injetado em uma corrente de água, conforme determinado em 1883.

Por outro lado, o fluxo turbulento é menos ordenado e mais caótico. É um fluxo em que o movimento é irregular e não muito previsível. Um exemplo é a fumaça da varinha de incenso quando para de se mover suavemente e começa a formar uma série de rolos irregulares chamados turbulência.

O parâmetro numérico dimensional chamado Reynolds N Número_R Indica se o fluido tem um ou outro regime, de acordo com os seguintes critérios:

Sem_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 o fluxo é turbulento. Para valores intermediários, o regime é considerado transição e o movimento é instável.

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O fator de atrito

Esse fator permite encontrar a perda de energia de atrito e depende apenas do número de Reynolds para um fluxo laminar, mas no fluxo turbulento, a rugosidade relativa está presente.

Sim F É o fator de atrito, existe uma equação empírica para encontrá -la, chamada equação de Colleebrook. Depende da relativa aspereza e do número de Reynolds, mas sua resolução não é simples, pois F Não é dado explicitamente:

É por isso que curvas como o diagrama Moody foram criadas, que facilitam o valor do fator de atrito para um número de Reynolds e uma relativa rugosidade dada. Empiricamente, eles obtiveram equações que têm F Explicitamente, que estão bem próximos da equação de Colebrook.

O envelhecimento dos tubos

Existe uma fórmula empírica para avaliar o aumento da rugosidade absoluta que é produzida pelo uso, sabendo o valor da rugosidade absoluta da fábrica e_qualquer:

e = e_qualquer + αt

Onde e É a aspereza depois t anos decorridos e α é um coeficiente com unidades m/ano, polegadas/ano ou pé/ano Aumento anual da Rossalidade.

Originalmente, foi deduzido para tubos de ferro fundido, mas funciona bem com outros tipos de tubo feito de metal não revestido. Nestes, o pH do fluido é importante em termos de durabilidade, uma vez que as águas alcalinas reduzem bastante o fluxo.

Por outro lado.

Referências

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