Equazione della statica dei liquidi
L'energia totale di un sistema e in particolare quelle possedute da un liquido sono:
Energia interna: funzione di stato (dipende dalle variabili del sistema) nei sistemi in cui non avvengono reazioni chimiche si definisce tramite T e P. per i liquidi l'energia interna non dipende dalla pressione e varia solo per T.
Energia potenziale gravitazionale: si definisce come l'energia di una massa di liquido in una determinata posizione. la variazione di quest'ultima è uguale al lavoro compiuto dalla forza di gravità cambiata di segno. è calcolabile come: Ep= mgh essa è misurata in joule nel SI e l'energia potenziale si può diversificare in Ep elastica, Ep elettrica, Ep gravitazionale.
Energia di pressione: è il lavoro che compie un liquido ad una determinata pressione. l'Energia di pressione è il prodotto scalare tra Fp e spostamento : Epressione= mgH dove H si calcola= P/y e così facendo si sostituisce alla formula iniziale con= Epressione= mgP/y
Equazione della statica: Ep+ Epotenziale= costante
è detta altezza geometrica
Altezza piezometrica
La portata e l'equazione di continuità
Le grandezze fondamentali per lo studio delle correnti sono:
Portata di volume: Volume liquido/tempo
Portata di massa: m liquido/ tempo
Velocità media di flusso: v*S
Sono legate dalla densità del liquido usando la stessa realazione che lega massa e volume: Fm= Fv*p
Regime stazionario: quando P,T e le portate rimangono invariate nel tempo mentre al contrario si dice transitorio.
Il principio di conservazione della massa si può applicare solo sui liquidi reali
Equazione di continuità: v1S1=v2S2
Viscosità
La viscosità è una propietà di ogni liquido e rappresenta una forza che si oppone al moto del liquido
Legge di newton: F/A= u* v/d
Stabilisce che la tensione tangenziale sia direttemente proporzionale alla viscosità
Liquidi di bingam: se viene applicata una forza aumenta la tensione tangenziale e quindi la viscosità. i fluidi perfetti non hanno viscosità
moto la minare e turbolento
liquidi possono scorrere in due modi, laminare e turbolenti. il fisico inglese Osborne utilizzò un sistema per misurare la velocità dell'acqua e notò che inserendo del colorante in acqua in base alla velocità si avevano 2 tipi di moto: v<=moto laminare; v> moto turbolento
Numero di reinold: numero adimensionale che serve per indicare se un liquido ha moto laminare o turbolento e la formula è "Re= (pvd)/u; se il valore è inferiore ai 2000 il moto è laminare se è superiore a 4000 è turbolento
Dinamica dei liquidi reali
Un liquido ideale non ha viscosità quindi non oppone resistenza durante il movimento
Per calcolare l'energia totale di un liquido ideale si sommano le energie potenziali, cinetiche e di pressione.
dividendo tutto per m*g si ottiene l'energia per unità di peso o trinomio di bernoulli= Ep= h+ P/y + v2/2g
Nel caso in cui si voglia mettere a confronto 2 sezioni differenti l'energia deve essere comunque uguale al primo caso: Equazione di sopra ma ccon i 2. Equazione di bernoulli
Nel grafico la linea dei carichi totali dei liquidi ideali è perfettamente orizzontale, mentre per i liquidi reali si hanno delle perdite di carico che vengono indicate come Sommatoria Y e quindi la linea di carico dei liquidi reali è inclinata verso il basso per via delle perdite.
La determinazione delle perdite di carico continue e localizzate
Le perdite di carico si distinguono in continue e localizzate. quelle continue sono distribuite lungo la corrente per effetto degli attriti viscosi. localizzate si verificano lungo i cambi di direzione improvvisi.
Il calcolo delle perdite continue è l'espressione di Darcy Weisbach: y1= lambda L/dv2/2g dove lambda è= 64/Re
Per descrivere lo stato superficiale si utilizza la grandezza scabrezza relativa: xsi/d dove xsi è la scambrezza e d è il diametro del tubo. tutto tutto questo si applica al moto turbolento
Per determinare lambda si utilizza l'abaco di moody. è un diagramma in scala logaritmica che riporta i fattori di attrito sulle ordinate e il Re sulle ascisse. per un re minore di 2000 in moto laminare l'abaco riporta lambda in scala logaritmica. i valori superiori a 4k si distinguono in 2 zone. prima zona, moto turbolento non sviluppato, in cui l'attrito diminuisce e re aumenta. nella seconda moto turbolento sviluppato lambda non dipende più da re ma solo dalla scbrezza relativa.
Nel caso di tubi lisci si utilizza la formula di Blasius: lambda= 0,316/Re^0,25. nel caso di tubi di acciaio si utilizza : lambda= 0,014+ 1.056/re ^0.42
Le perdite localizzate
Per la valutazione di perdite localizzate si utilizza l'espressione di Darcy- Weisbach. che attribuì una lunghezza equivalente per ogni perdita
Questo significa che si sostituisce l'elemento che determina la perdita con un tratto di tubazione Leq di uguali perdite.