Apa itu kekasaran relatif dan absolut?

Kekasaran relatif dan kekasaran absolut Ini adalah dua istilah yang digunakan untuk menggambarkan serangkaian penyimpangan yang ada di dalam pipa komersial yang mengangkut cairan. Kekasaran absolut adalah nilai rata -rata atau rata -rata dari penyimpangan ini, diterjemahkan ke dalam variasi rata -rata jari -jari internal pipa.

Kekasaran absolut dianggap sebagai sifat bahan yang digunakan dan biasanya diukur dalam meter, inci atau kaki. Di sisi lain, kekasaran relatif adalah rasio antara kekasaran absolut dan diameter pipa, oleh karena itu jumlah yang tidak mati.

Gambar 1. Pipa tembaga. Sumber: Pixabay.

Kekasaran relatif penting mengingat fakta bahwa kekasaran absolut yang sama memiliki efek yang lebih nyata pada pipa tipis daripada pada umumnya.

Jelas kekasaran pipa berkolaborasi dengan gesekan, yang pada gilirannya mengurangi kecepatan cairan bergerak di dalamnya. Di pipa yang sangat panjang, cairan bahkan bisa berhenti bergerak.

Oleh karena itu sangat penting untuk mengevaluasi gesekan dalam analisis aliran, karena untuk mempertahankan gerakan, perlu memberikan tekanan oleh pompa. Kompensasi kerugian membuatnya perlu untuk meningkatkan daya pompa, mempengaruhi biaya.

Sumber kehilangan tekanan lainnya adalah viskositas cairan, diameter tabung, panjangnya, kemungkinan penyempitan dan adanya katup, kunci dan siku.

[TOC]

Asal Rugositas

Bagian dalam pipa tidak pernah benar -benar halus dan lembut pada tingkat mikroskopis. Dinding memiliki penyimpangan pada permukaan yang sangat tergantung pada bahan yang dibuatnya.

Gambar 2. Kasar di dalam pipa. Sumber: Made sendiri.

Selain itu, setelah beroperasi, kekasaran meningkat karena inkrustasi dan korosi yang disebabkan oleh reaksi kimia antara bahan pipa dan cairan. Peningkatan ini dapat berkisar antara 5 dan 10 kali nilai kekasaran pabrik.

Dapat melayani Anda: panas laten

Pipa komersial menunjukkan nilai kekasaran dalam meter atau kaki, meskipun jelas mereka akan berlaku untuk pipa baru dan bersih, karena segera setelah waktu berlalu, kekasaran akan mengubah nilai pabriknya.

Nilai kekasaran untuk beberapa bahan komersial

Di bawah ini adalah nilai kekasaran absolut yang biasa diterima untuk pipa komersial:

- Tembaga, kuningan dan timah: 1.5 x 10 ^-6 M (5 x 10 ^-6 kaki).

- Tanpa lapisan besi: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 kaki).

- Besi yang ditempa: 4.6 x 10 ^-5 M (1.5 x 10 ^-4 kaki).

- Baja yang terpaku: 1.8 x 10 ^-3 M (6 x 10 ^-3 kaki).

- Baja komersial atau baja yang dilas: 4.6 x 10 ^-5 M (1.5 x 10 ^-4 kaki).

- Besi cor ditutupi dengan aspal: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 kaki).

- Plastik dan kaca: 0.0 m (0.0 kaki).

Kekasaran relatif dapat dievaluasi dengan mengetahui diameter pipa yang dibuat dengan bahan yang dimaksud. Jika menunjukkan kekasaran absolut sebagai Dan dan diameter sebagai D, Kekasaran relatif dinyatakan sebagai:

Dan_R = E /D

Persamaan sebelumnya adalah pipa silinder, tetapi jika tidak, besarnya disebut dapat digunakan Radio hidrolik, di mana diameter digantikan oleh empat kali lipat dari nilai ini.

Penentuan kekasaran absolut

Untuk menemukan kekasaran pipa, berbagai model empiris telah diusulkan yang memperhitungkan faktor geometris seperti bentuk penyimpangan di dinding dan distribusinya.

Pada 1933 insinyur Jerman j. Nikuradse, pelajar Ludwig Prandtl, pipa tertutup dengan butiran pasir dengan ukuran yang berbeda, yang diameternya yang diketahui adalah kekasaran absolut yang tepat Dan. Nikuradse menangani pipa yang mana nilai -nilai e/d Mereka berkisar dari 0.000985 dan 0.0333,

Dalam percobaan yang dikontrol dengan baik ini, kasar didistribusikan secara merata, yang tidak terjadi dalam praktiknya. Namun nilai -nilai ini Dan Mereka masih merupakan pendekatan yang baik untuk memperkirakan bagaimana kerugian gesekan akan mempengaruhi.

Dapat melayani Anda: fisika keadaan padat: sifat, struktur, contoh

Kekasaran yang ditunjukkan oleh produsen pipa sebenarnya setara dengan yang dibuat secara artifisial, seperti yang dilakukan Nikuradse dan eksperimen lainnya. Karena alasan ini kadang -kadang dikenal sebagai Pasir yang setara (pasir setara).

Aliran laminar dan aliran turbulen

Kekasaran pipa adalah faktor yang sangat penting untuk dipertimbangkan sesuai dengan rezim gerakan yang dimiliki cairan. Cairan di mana viskositas relevan dapat bergerak dalam rezim laminar atau turbulen.

Dalam aliran laminar, di mana cairan bergerak dengan rapi dalam lapisan, penyimpangan pada permukaan pipa memiliki berat yang lebih sedikit dan itulah sebabnya mereka biasanya tidak diperhitungkan. Dalam hal ini adalah viskositas cairan yang menciptakan ketegangan pemotongan antara lapisan yang menyebabkan kehilangan energi.

Contoh aliran laminar adalah jet air yang keluar dari keran dengan kecepatan rendah, asap yang mulai tumbuh dari tongkat pada dupa yang menyala atau awal dari jet tinta yang disuntikkan ke dalam arus air, sebagaimana ditentukan pada tahun 1883.

Di sisi lain, aliran turbulen kurang tertib dan lebih kacau. Itu adalah aliran di mana gerakan ini tidak teratur dan tidak terlalu dapat diprediksi. Contohnya adalah asap tongkat dupa ketika berhenti bergerak dengan lembut dan mulai membentuk serangkaian gulungan tidak teratur yang disebut turbulensi.

Parameter numerik dimensi yang disebut Reynolds n Number_R Menunjukkan apakah cairan memiliki satu atau satu rezim lain, sesuai dengan kriteria berikut:

Tanpa_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 alirannya bergejolak. Untuk nilai perantara, rezim dianggap sebagai transisi dan gerakannya tidak stabil.

Dapat melayani Anda: reaksi entalpi: definisi, termokimia, latihan

Faktor gesekan

Faktor ini memungkinkan untuk menemukan hilangnya energi gesekan dan hanya tergantung pada jumlah Reynolds untuk aliran laminar, tetapi dalam aliran turbulen, kekasaran relatif hadir.

Ya F Ini adalah faktor gesekan, ada persamaan empiris untuk menemukannya, yang disebut Persamaan Colleebrook. Itu tergantung pada kekasaran relatif dan angka Reynolds, tetapi resolusinya tidak sederhana, karena F Itu tidak secara eksplisit diberikan:

Itulah sebabnya kurva seperti diagram moody telah dibuat, yang memfasilitasi nilai faktor gesekan untuk angka Reynolds dan kekasaran relatif yang diberikan. Secara empiris mereka telah memperoleh persamaan yang memang memiliki F Secara eksplisit, yang cukup dekat dengan persamaan Colebrook.

Penuaan pipa

Ada formula empiris untuk mengevaluasi peningkatan kekasaran absolut yang dihasilkan oleh penggunaan, mengetahui nilai kekasaran absolut dari pabrik Dan_{salah satu}:

E = e_{salah satu} + αT

Di mana Dan Itu adalah kekasaran setelahnya T tahun berlalu dan α adalah koefisien dengan unit m/tahun, inci/tahun atau kaki/tahun Peningkatan Rossalitas Tahunan.

Awalnya disimpulkan untuk pipa besi cor tetapi bekerja dengan baik dengan jenis pipa lain yang terbuat dari logam yang tidak dilapisi. Dalam pH cairan ini penting dalam hal daya tahannya, karena perairan alkali sangat mengurangi aliran.

Di samping itu.

Referensi

1. Belyadi, Hoss. Seleksi dan desain kimia rekahan hidrolik. Pulih dari: scientedirect.com.
2. Cimbala, c. 2006. Mekanika Cairan, Fundamental dan Aplikasi. MC. Bukit Graw. 335-342.
3. Franzini, J. 1999. Mekanika fluida dengan aplikasi sedang dalam bidang teknik. MC. Bukit Graw.176-177.
4. Mott, r.  2006. Mekanika Cairan. 4. Edisi. Pendidikan Pearson. 240-242.
5. Ratnayaka, d. Hidrolika. Pulih dari: scientedirect.com.