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Apr 26, 2023

Por que a curva da cabeça de fricção é um componente do sistema mais difícil

No mês passado, cobrimos as duas primeiras partes do cálculo da resistência do sistema

No mês passado, cobrimos as duas primeiras partes do cálculo da curva de resistência do sistema, que são carga estática total e carga de pressão. Essas duas partes da equação total são independentes do fluxo. Este mês, abordaremos o terceiro e mais difícil componente, a curva da cabeça de fricção, que depende do fluxo. Não confunda os termos dependente e independente com variável e constante.

Para nossos cálculos, assumiremos que as propriedades do líquido são Newtonion, o que significa que a viscosidade não mudará com a taxa de fluxo e estamos considerando apenas o tubo circular.

Antes de começar, sou obrigado a compartilhar que existem várias calculadoras e aplicativos online disponíveis para ajudá-lo no cálculo da curva de resistência do sistema. Existem também programas premium (software comercial) disponíveis a preço de custo. O software comercial é especialmente útil quando você encontra sistemas sofisticados com circuitos ramificados, circuitos de vários tamanhos de tubos, bombas paralelas, bicos e vários componentes, como trocadores de calor, que requerem equilíbrio térmico variável. Os aplicativos e calculadoras normalmente são gratuitos, mas têm limites e ficam restritos a sistemas simples. Para os não iniciados, o custo do programa comercial pode parecer caro, mas, na minha experiência, vale cada centavo. Ao considerar o preço do programa premium, você também deve pesar o risco e o custo existencial de não fazê-lo corretamente. Independentemente do preço, se você for usar algum dos aplicativos ou programas, ainda é importante entender os conceitos por trás dos processos básicos, e esta coluna pode ajudá-lo, seja o processo manual ou computadorizado.

Quando você força um líquido a uma taxa de fluxo especificada através de algum comprimento de tubo, sempre há atrito resultante (medido em pés de líquido) que deve ser superado para realizar o processo. O atrito é devido às tensões de cisalhamento viscosas no líquido e à rugosidade da superfície interna do tubo. Pense no processo de fluxo como uma estrada com pedágio em que, para um determinado diâmetro e comprimento da tubulação, há um custo associado para bombear um volume específico de líquido por unidade de tempo. O pedágio do sistema, como qualquer imposto, deve ser pago às leis da ciência e da natureza, e não há como contornar a cobrança. No entanto, existem métodos inteligentes para mitigar o pedágio, como escolher o diâmetro do tubo e os materiais de construção adequados. Outra maneira de reduzir o pedágio é projetar o sistema para simplicidade geométrica. Trechos retos de tubos não obstruídos são o mais próximo possível de uma via expressa nesta estrada com pedágio. Todos os componentes do sistema de tubulação também exigirão um custo ainda maior do que a tubulação. Cotovelos, válvulas, tees, filtros, trocadores de calor, redutores, bicos e até mesmo mudanças no tamanho do tubo exigirão suas dívidas. Mitigar pedágios de fricção requer simplesmente uma minimização do total de acessórios e/ou escolhas de componentes mais eficientes. Um exemplo disso poderia ser cotovelos de raio longo versus raio curto. Há também opções eficientes de geometria de componentes e tubulações, como estrela em vez de tês e válvulas de porta completa sempre que possível/prático.

Existem três métodos comuns para calcular a curva de atrito para o seu sistema:

Fator K (coeficientes de resistência) normalmente declarado como K.

Cv (coeficiente de fluxo)

Método do Comprimento Equivalente (L/D). As unidades são pés e o símbolo = Le

Vamos nos concentrar no método de comprimento equivalente nesta coluna. É a abordagem mais simples e produzirá resultados confiáveis ​​se realizada corretamente. Cuidado: O método de comprimento equivalente às vezes pode resultar em uma curva de sistema que parece mais restritiva no papel do que realmente é, especialmente se as velocidades do líquido caírem nas regiões laminares inferiores. Consequentemente, este método pode resultar em uma escolha de bomba maior do que o necessário. Se você entender o risco, poderá mitigar o problema.

A abordagem do fator K produzirá precisão incremental em relação ao método de comprimento equivalente, mas os cálculos são mais tediosos. A abordagem do fator K será a mais precisa das duas abordagens; o grau de precisão depende do projeto do sistema e da faixa correspondente de velocidades do líquido.