Pierderi de sarcina locale in instalatii hidraulice

Pierderi de sarcina locale in instalatii hidraulice

Pierderile locale de sarcina se realizeaza in sectiunile sau portiunile foarte scurte de conducta in care au loc modificari ale directiei, sensului sau vitezei de curgere a fluidului. Valoarea pierderii locale de sarcina se poate calcula cu ajutorul formulei empirice determinata de Weissbach:

, (6.1)

unde z este coeficientul pierderii locale de sarcina ce inmulteste energia cinetica specifica a curgerii neperturbate.

Asa cum s-a aratat mai inainte, aceste pierderi se produc datorita unei schimbari de directie sau de sectiune care determina in mod preponderent disiparea de energie prin schimb de cantitate de miscare si in mica masura prin lucrul mecanic al fortelor de frecare vascoasa.

Valorile acestui coeficient au fost stabilite pe cale experimentala pentru fiecare clasa de modificari ale curgerii (coturi, diafragme, ingustari si largiri de sectiune etc.), functie de parametrii geometrici care le definesc. Cercetarile au dovedit ca z depinde atat de natura peretilor conductei cat si de numarul Reynolds al curgerii.

Pentru unele cazuri simple se poate determina coeficientul pierderii locale. Ca exemplu se da teorema Bellanger-Borda-Carnot aplicata la determinarea coeficientului pierderii locale de sarcina pentru o largire brusca a sectiunii de curgere. Relatiile obtinute cu ajutorul acesteia dau rezultate destul de apropiate de cele practice.

In cazul unei modificari a sectiunii de curgere se obisnuieste ca pierderea de sarcina exprimata cu o ecuatie de tipul (6.1) sa utilizeze ca energie cinetica de referinta pe cea corespunzatoare sectiunii minime, deci vitezei maxime.

Pentru o mai buna clarificare, coeficientului pierderii locale i se poate atribui un indice, de exemplu in cazul cresterii sectiunii de curgere:

, (6.2)

unde indicele '1' se refera la sectiunea amonte (de intrare). Se demonstreaza ca acest coeficient este:

. (6.3)

Se observa ca s-a obtinut in final o relatie functie numai de parametrii geometrici ai cresterii de sectiune. Daca largirea de sectiune este progresiva, mai intervine un coeficient de atenuare k = 0,10,3.

In continuare se vor prezenta cateva cazuri particulare, relatii de calcul si tabele cu date experimentale. In tabelele 6.1 si    6.2 se prezinta valori determinate experimental pentru coeficientul pierderii locale de sacina in cazul unei mariri bruste a sectiunii de trecere a fluidului.

Tab. 6.1. Coeficientul pierderii locale la cresterea brusca a sectiunii de curgere in functie de raportul diametrelor

Tab. 6.2. Coeficientul pierderii locale la cresterea brusca a sectiunii de curgere in functie de raportul ariilor

In cazul in care o conducta debuseaza intr-un rezervor se poate considera ca si rezulta coeficientul pierderii locale de sarcina z

Pentru o ingustare de sectiune se foloseste aceeasi formula, insa pierderea de sarcina se va raporta la energia cinetica din aval, unde aria sectiunii este A₂. De asemenea, din experiente rezulta ca trebuie sa se introduca un coeficient de atenuare k = 0,50,6. Deci pierderea de sarcina este:

, (6.4)

de unde rezulta coeficientul pierderii locale:

. (6.5)

In cazul unei intrari a fluidului dintr-un rezervor intr-o conducta se poate considera ca si rezulta coeficientul pierderii locale . Daca muchiile sunt rotunjite, atunci coeficientul pierderii locale scade foarte mult.

In tabelele 6.3 si 6.4 se prezinta valori experimentale ale coeficientului pierderii locale de sarcina pentru o reducere brusca sectiunii de curgere.

Tab. 6.3. Coeficientul pierderii locale de sarcina la reducerea brusca a sectiunii de curgere in functie de raportul diametrelor

Tab. 6.4. Coeficientul pierderii locale de sarcina la reducerea brusca a sectiunii de curgere in functie de raportul ariilor sectiunilor de curgere

Pentru o marire continua de sectiune (difuzor), coeficientul pierderii locale depinde de raportul ariilor sectiunilor extreme si de unghiul de evazare. Tabelul 6.5 prezinta cateva valori. Se atrage atentia ca in prima coloana se prezinta raportul diametrelor. Valoarea maxima a unghiului a la care vana de fluid nu se desprinde de peretele tevii este de 78^o.

Tab. 6.5. Coeficientul pierderii locale de sarcina pentru un difuzor

in functie de raportul diametrelor si de unghiul de evazare.

Pentru o reducere continua de sectiune (confuzor), in tabelul 6.6 se prezinta valori ale coeficientului de rezistenta in functie de raportul ariilor sectiunilor si unghiul confuzorului.

Tab. 6.6. Coeficientul pierderii locale de sarcina pentru un confuzor

in functie de raportul ariilor sectiunilor si unghiului confuzorului

In tabelul 6. 7 se prezinta coeficientul de rezistenta locala pentru unele armaturi standard folosite in instalatii.

Tab. 6.7. Coeficientul pierderii locale de sarcina pentru armaturi din instalatii

Trebuie mentionat faptul ca in practica, indeosebi in cazul ventilelor, se constata coeficienti ai pierderilor locale mai mari decat cei standard prezentati in tabele.