Una vez que se identifica el sistema de tuberías, existen dos tipos principales de relaciones de presión y flujo en el sistema de tuberías: La presión en el sistema de tuberías generalmente causará un aumento en el flujo, pero la relación exacta puede variar dependiendo de las principales fuentes de resistencia en el sistema de tuberías. sistema. Para muchos sistemas donde domina la resistencia a la fricción, la relación entre la caída de presión y el flujo es cuadrática.
En dinámica de fluidos, el caudal y la presión son dos parámetros fundamentales que describen cómo los fluidos (como líquidos y gases) se mueven a través de sistemas como tuberías, válvulas y bombas.
Para comprender la relación entre flujo y presión, debemos comprender qué son el flujo y la presión, cómo calcular el caudal a partir de la presión diferencial y qué medidores de flujo se utilizan.
Presión versus flujo versus diámetro de tubería
¿Qué es la presión?
Presión: Se refiere a la fuerza que ejerce el fluido por unidad de área. Se denota con el símbolo P y normalmente se mide en unidades como pascales (Pa), barras o libras por pulgada cuadrada (psi).
¿Qué es Flow?
Flujo: Se refiere al volumen de fluido que pasa por una superficie o punto determinado por unidad de tiempo. A menudo se representa con el símbolo Q y comúnmente se mide en unidades como litros por minuto (L/min) o metros cúbicos por hora (m^3/h).
El flujo también se divide en flujo másico y flujo volumétrico. Cuando la cantidad de líquido se expresa en volumen, se llama flujo volumétrico. Cuando la cantidad de líquido se expresa en masa, se llama Flujo de masa.
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¿Qué es el diámetro de la tubería?
El diámetro de la tubería significa que cuando la pared de la tubería es relativamente delgada, el diámetro exterior de la tubería es casi el mismo que el diámetro interior de la tubería. Entonces, el valor promedio del diámetro exterior de la tubería y el diámetro interior de la tubería se toma como el diámetro de la tubería.
Por lo general, se refiere al material sintético general o tubería metálica. Y cuando el diámetro interior es grande, el valor promedio del diámetro interior y el diámetro exterior se toma como el diámetro de la tubería.
Basado en el sistema métrico (mm), se llama DN (unidad métrica).
¿La presión afecta el flujo?
Sí, la presión afecta el flujo. Pero este efecto se ve afectado por muchos factores, como la resistencia del sistema, el patrón de flujo, las propiedades del fluido, etc. Al diseñar y operar sistemas de fluidos, es necesario considerar estos factores para garantizar una operación eficiente y segura del sistema.
relación de caudal y presión
En primer lugar, flujo = caudal × diámetro interior de la tubería × diámetro interior de la tubería × π÷4. Por lo tanto, el caudal y el caudal básicamente conocen uno para calcular el otro parámetro.
Pero si se conocen el diámetro de la tubería D y la presión P en la tubería, ¿se puede calcular el caudal?
La respuesta es: aún no es posible encontrar la velocidad de flujo y el caudal del fluido en la tubería.
Te imaginas que hay una válvula al final de la tubería. Cuando está cerrado, hay presión P en el tubo. El caudal en el tubo es cero.
Por lo tanto: El caudal en la tubería no está determinado por la presión en la tubería, sino por la caída de presión pendiente a lo largo de la tubería. Por lo tanto, es necesario indicar la longitud de la tubería y la diferencia de presión entre los dos extremos de la tubería para encontrar el caudal y el caudal de la tubería.
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Si lo miras desde un punto de vista de análisis cualitativo. La relación entre presión y caudal en la tubería es proporcional. Es decir, cuanto mayor es la presión, mayor es el caudal. El caudal es igual a la velocidad multiplicada por la sección.
Para cualquier sección de la tubería, la presión proviene de un solo extremo. Es decir, la dirección es unidireccional. Cuando la salida en la dirección de la presión está cerrada (válvula cerrada). El fluido en el tubo está prohibido. Una vez que se abre la salida. Su caudal depende de la presión en la tubería.
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Para el análisis cuantitativo, puede utilizar experimentos con modelos hidráulicos. Instale manómetros, medidores de flujo o mida la capacidad de flujo. Para el flujo de la tubería de presión, también se puede calcular. Los pasos de cálculo son los siguientes:
- Calcule la resistencia específica S de la tubería. Si es una tubería vieja de hierro fundido o una tubería vieja de acero. La resistencia específica de la tubería se puede calcular mediante la fórmula de Sheverev s=0.001736/d^5.3 o s=10.3n2/d^5.33. O marque el formulario correspondiente;
- Determine la diferencia de cabeza de trabajo H=P/(ρg) en ambos extremos de la tubería. Si existe un desnivel h horizontal (refiriéndose al inicio de la tubería más alto que al final por h).
Entonces H=P/(ρg)+h
En la fórmula: H: tome m como la unidad;
P: es la diferencia de presión entre los dos extremos de la tubería (no la presión de un tramo determinado).
P está en Pa; - Calcule el caudal Q: Q = (H/sL)^(1/2)
- Caudal V=4Q/(3.1416 * d^2)
- En la fórmula: Q —— caudal en m^3/s;
- H —— La diferencia de carga entre el comienzo y el final de la tubería, en m;
- L —— La longitud desde el principio hasta el final de la tubería, en m.
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Fórmula de caudal y presión
Mencione la presión y el caudal. Creo que mucha gente pensará en ecuación de Bernoulli.
Daniel Bernoulli propuso por primera vez en 1726: “En las corrientes de agua o aire, si la velocidad es baja, la presión es alta. Si la velocidad es alta, la presión es pequeña”. Lo llamamos “Principio de Bernoulli”.
Este es el principio básico de la hidráulica antes de que se establezca la ecuación de la teoría del continuo de la mecánica de fluidos. Su esencia es la conservación de la energía mecánica del fluido. Es decir: energía cinética + energía potencial gravitacional + energía potencial de presión = constante.
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Hay que ser consciente de ello. Porque la ecuación de Bernoulli se deriva de la conservación de la energía mecánica. Por lo tanto, solo es adecuado para fluidos ideales con viscosidad despreciable e incompresibles.
El principio de Bernoulli se expresa a menudo como:
Esta fórmula se llama ecuación de Bernoulli.
Lugar:
- p es la presión de un cierto punto en el fluido;
- v es la velocidad de flujo del fluido en ese punto;
- ρ es la densidad del fluido;
- g es la aceleración de la gravedad;
- h es la altura del punto;
- C es una constante.
También se puede expresar como:
Supuestos:
Para usar la ley de Bernoulli, se deben cumplir las siguientes suposiciones antes de poder usarla. Si las siguientes suposiciones no se cumplen completamente, la solución buscada es también una aproximación.
- Flujo estacionario: En un sistema de flujo, la naturaleza del fluido en cualquier punto no cambia con el tiempo.
- Flujo incompresible: la densidad es constante, cuando el fluido es un gas, se aplica el número de Mach (Ma) <0.3.
- Flujo sin fricción: el efecto de fricción es insignificante y el efecto viscoso se desprecia.
- El fluido fluye a lo largo de las líneas de corriente: fluido flujo de elementos a lo largo de líneas de corriente. Las líneas de corriente no se cruzan entre sí.
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¿Cómo calcular el caudal en una tubería?
El caudal Q se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Q= A×v
en:
Q es el caudal, normalmente expresado en m³/s o L/min.
A es el área de la sección transversal de la tubería y se puede calcular usando la fórmula π×(d/2)² (para tuberías circulares), donde d es el diámetro de la tubería.
v es la velocidad promedio del flujo del fluido en la tubería, generalmente en m/s.
Entonces, para calcular el caudal en una tubería, es necesario conocer el diámetro de la tubería y la velocidad del fluido.
¿Cómo calcular el caudal a partir de la presión?
Calcular el flujo directamente a partir de la presión es más complicado porque la relación entre ellos se ve afectada por muchos factores. Como el tamaño de la tubería, la viscosidad del fluido y la rugosidad de la tubería. Pero bajo algunas condiciones específicas, se puede utilizar la siguiente fórmula:
Para flujo laminar (caudal lento y flujo de fluido suave):
Q=(πre^4△P)/ (128*μ *L)
en:
Q es flujo.
d es el diámetro de la tubería.
ΔP es la diferencia de presión a través de la tubería.
μ es la viscosidad del fluido.
L es la longitud de la tubería.
Para flujos turbulentos (flujos más rápidos y flujo de fluido inestable), las relaciones son más complejas y requieren el uso de fórmulas o curvas empíricas más complejas.
En resumen, calcular el flujo directamente a partir de la presión requiere considerar varios factores. En aplicaciones prácticas, los medidores de flujo se utilizan a menudo para medir directamente el flujo, o se utilizan software y herramientas de simulación para estimarlo.
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Wu Peng, nacido en 1980, es un ingeniero muy respetado y exitoso con una amplia experiencia en el campo de la automatización. Con más de 20 años de experiencia en la industria, Wu ha realizado importantes contribuciones tanto a proyectos académicos como de ingeniería.
A lo largo de su carrera, Wu Peng ha participado en numerosos proyectos de ingeniería nacionales e internacionales. Algunos de sus proyectos más destacados incluyen el desarrollo de un sistema de control inteligente para refinerías de petróleo, el diseño de un sistema de control distribuido de última generación para plantas petroquímicas y la optimización de algoritmos de control para gasoductos de gas natural.