Qu'est-ce que la rugosité relative et absolue?

Rugosité relative et rugosité absolue Ce sont deux termes qui sont utilisés pour décrire l'ensemble des irrégularités existant à l'intérieur des tuyaux commerciaux qui transportent les liquides. La rugosité absolue est la valeur moyenne ou moyenne de ces irrégularités, traduite par la variation moyenne du rayon interne du pipeline.

La rugosité absolue est considérée comme une propriété du matériau utilisé et est généralement mesurée en mètres, pouces ou pieds. En revanche, la rugosité relative est le rapport entre la rugosité absolue et le diamètre du tuyau, donc une quantité non diviseur.

Figure 1. Des tuyaux de cuivre. Source: Pixabay.

La rugosité relative est importante compte tenu du fait que la même rugosité absolue a un effet plus marqué sur les tuyaux minces que dans.

De toute évidence, la rugosité des tuyaux collabore avec la friction, ce qui réduit à son tour la vitesse à laquelle le fluide se déplace à l'intérieur. Dans des tuyaux très longs, le liquide pouvait même arrêter de bouger.

Par conséquent, il est très important d'évaluer la friction dans l'analyse du débit, car pour maintenir le mouvement, il est nécessaire d'appliquer la pression par les pompes. Compenser les pertes permet à augmenter la puissance des pompes, affectant les coûts.

D'autres sources de pertes de pression sont la viscosité du liquide, le diamètre du tube, sa longueur, ses restrictions possibles et la présence de vannes, de clés et de coudes.

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Origine du rugosité

L'intérieur du tuyau n'est jamais complètement lisse et doux au niveau microscopique. Les murs ont des irrégularités à la surface qui dépendent en grande partie du matériau avec lequel ils sont fabriqués.

Figure 2. Rouges à l'intérieur d'un tuyau. Source: auto-faite.

De plus, après avoir été en service, la rugosité augmente en raison des incrustations et de la corrosion causées par les réactions chimiques entre le matériau du tuyau et le fluide. Cette augmentation peut varier entre 5 et 10 fois la valeur de la rugosité d'usine.

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Les tuyaux commerciaux indiquent la valeur de la rugosité en mètres ou en pieds, bien qu'ils soient évidemment valables pour les tuyaux neufs et propres, car dès que le temps passera, la rugosité changera sa valeur d'usine.

Valeurs de rugosité pour certains matériaux commerciaux

Vous trouverez ci-dessous les valeurs de rugosité absolues couramment acceptées pour les tuyaux commerciaux:

- Cuivre, laiton et plomb: 1.5 x 10 ^-6 M (5 x 10 ^-6 pieds).

- Sans revêtement en fer: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 pieds).

- Fer forgé: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 pieds).

- Acier rivé: 1.8 x 10 ^-3 M (6 x 10 ^-3 pieds).

- Acier commercial ou acier soudé: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 pieds).

- Fonte recouverte d'asphalte: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 pieds).

- Plastique et verre: 0.0 m (0.0 pieds).

La rugosité relative peut être évaluée en connaissant le diamètre du tuyau fabriqué avec le matériau en question. S'il désigne la rugosité absolue comme et et diamètre comme D, La rugosité relative est exprimée comme suit:

et_r = E / d

L'équation précédente est un tuyau cylindrique, mais sinon, la magnitude appelée peut être utilisée Radio hydraulique, dans lequel le diamètre est remplacé par le quadruple de cette valeur.

Détermination de la rugosité absolue

Pour trouver la rugosité des tuyaux, divers modèles empiriques ont été proposés qui prennent en compte des facteurs géométriques tels que la forme d'irrégularités dans les murs et leur distribution.

En 1933, l'ingénieur allemand J. Nikuradse, étudiante de Ludwig Prandtl, couverte de tuyaux de grains de sable de différentes tailles, dont les diamètres connus sont précisément la rugosité absolue et. Nikuradse a géré des tuyaux pour lesquels les valeurs de E / D Ils variaient de 0.000985 et 0.0333,

Dans ces expériences bien contrôlées, les rugueuses ont été réparties uniformément, ce qui ne se produit pas dans la pratique. Cependant, ces valeurs de et Ils sont toujours une bonne approche pour estimer comment les pertes de frottement influenceront.

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La rugosité indiquée par le fabricant d'un tuyau est en fait équivalente à la création artificiellement, comme Nikuradse et d'autres expérimentateurs l'ont fait. Pour cette raison, il est parfois connu comme Sable équivalent (sable équivalent).

Débit laminaire et flux turbulent

La rugosité du tuyau est un facteur très important à considérer en fonction du régime de mouvement que le liquide a. Les fluides dans lesquels la viscosité est pertinente peut se déplacer dans un régime laminaire ou turbulent.

Dans l'écoulement laminaire, dans lequel le fluide se déplace parfaitement en couches, les irrégularités à la surface du tuyau ont moins de poids et c'est pourquoi ils ne sont généralement pas pris en compte. Dans ce cas, c'est la viscosité du liquide qui crée des tensions de coupe entre les couches causant des pertes d'énergie.

Des exemples de débit laminaire sont un jet d'eau qui sort du robinet à basse vitesse, la fumée qui commence à germer d'une baguette sur de l'encens allumé ou le début d'un jet d'encre injecté dans un courant d'eau, comme déterminé en 1883.

D'un autre côté, le flux turbulent est moins ordonné et plus chaotique. C'est un flux dans lequel le mouvement est irrégulier et pas très prévisible. Un exemple est la fumée de la baguette d'encens lorsqu'elle cesse de bouger doucement et commence à former une série de rouleaux irréguliers appelés turbulences.

Le paramètre numérique dimensionnel appelé le nombre de Reynolds n_R Indique si le liquide a l'un ou l'autre régime, selon les critères suivants:

Sans_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 le flux est turbulent. Pour les valeurs intermédiaires, le régime est considéré comme une transition et le mouvement est instable.

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Le facteur de frottement

Ce facteur permet de trouver la perte d'énergie de friction et ne dépend que du nombre de Reynolds pour un flux laminaire, mais dans le flux turbulent, une rugosité relative est présente.

Ouais F C'est le facteur de frottement, il y a une équation empirique pour la trouver, appelée Equation Colleebrook. Cela dépend de la rugosité relative et du nombre de Reynolds, mais sa résolution n'est pas simple, car F Il n'est pas explicitement donné:

C'est pourquoi des courbes telles que le diagramme de mauvaise humeur ont été créées, ce qui facilite la valeur du facteur de frottement pour un nombre de Reynolds et une rugosité relative donnée. Empiriquement ils ont obtenu des équations qui ont F Explicitement, qui sont assez proches de l'équation de Colebrook.

Le vieillissement des tuyaux

Il existe une formule empirique pour évaluer l'augmentation de la rugosité absolue qui est produite par l'utilisation, connaissant la valeur de la rugosité absolue de l'usine et_soit:

e = e_soit + αt

Où et C'est la rugosité après t années écoulées et α est un coefficient avec les unités M / an, pouces / an ou pied / an Augmentation annuelle de la rossalité.

À l'origine, il a été déduit pour les tuyaux en fonte mais fonctionne bien avec d'autres types de tuyaux en métal non recouvert. Dans ceux-ci, le pH du liquide est important en termes de durabilité, car les eaux alcalines réduisent considérablement l'écoulement.

D'autre part.

Les références

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