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Hydraulic resistance - pressure losses on components

One problem in hydraulics is the pressure drop on pipes and components within the hydraulic circuit. Each line, each component counteracts the volume flow as soon as oil flows passes. The ratio of pressure drop to volume flow is defined as (hydraulic) resistance. The size of this resistance depends strongly on the type of pipe flow (laminar or turbulent). To be able to determine the hydraulic resistance and thus the pressure loss, we first have to take a closer look at the flow conditions:

What's the difference between Laminar and Turbulent flow:

Distinction between Laminar and Turbulent Flow, Hydrulic resistance

Distinction between Laminar and Turbulent Flow

Laminar flow occurs when the speed of the oil flow can be regarded as slow. Here the oil moves fastest in the center of the pipe. On the pipe wall, the oil is most braked. In between, the individual oil layers slide over each other. This results in a parabolic velocity profile within the tube.

Turbulenc flow occurs when the volume flow increases. At high flow rates, these swirls can increase such the way that the flow behaves completely chaotically.

To determine when a fluid flow turns from laminar to turbulent, the so-called The Reynolds Number (named after the physicist Osborne Reynolds) can be applied. The Reynolds number takes into account the density of the fluid, the flow rate, the viscosity and the geometry of the flow (e.g. pipe diameter).

Illustration of an oil flow in a narrowing pipe cross-section

Illustration of an oil flow in a narrowing pipe cross-section

Assuming that the pipes and hoses have round and smooth inner surfaces, the hydraulic system assumes the following values ​​for the Reynolds number:  Recritical about 2200 ... 2300   and

Re <Recrit => flow is laminar
Re> Recrit => flow is turbulent

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Hydraulischer Widerstand - Druckverluste an Bauteilen

Ein Problem in der Hydraulik ist der Druckabfall an Leitungen und Bauteilen. Jede Leitung, jedes Bauteil wirken dem Ölstrom entgegen, sobald Öl hindurchfließt bzw. ein Volumenstrom vorliegt. Das Verhältnis aus Druckabfall zu Volumenstrom nennt man (hydraulischen) Widerstand. Die Größe dieses Widerstandes hängt stark von der Art der Rohrströmung (laminar oder turbulent) ab. Um den hydraulischen Widerstand und damit den Druckverlust bestimmen zu können, müssen wir uns zuerst die Strömungsverhältnisse genauer betrachten:

Unterscheidung Rohrströmung laminar und turbulent

Hydraulik - Strömungsarten Laminar und Turbulent

Hydraulik - Strömungsarten

Laminare Strömung: Eine Flüssigkeit, die langsam fließt, bewegt sich in der Rohrmitte am schnellsten. An der Rohrwand ist das Öl am stärksten gebremst. Dazwischen schieben sich die einzelnen Öl Schichten übereinander. Hieraus resultiert in einem langen Rohr ein parabelförmiges Geschwindigkeitsprofil.

Turbulente Strömung: Erhöht sich der Volumenstrom, kommt es zu Verwirbelungen. Bei hohem Volumenstrom können diese Verwirbelungen so stark zunehmen, dass sich die Strömung völlig chaotisch verhält.

Darstellung einer Strömung in einem sich verengenden Rohrquerschnitt - Übergang laminar zu turbulent

Darstellung einer Strömung in einem sich verengenden Rohrquerschnitt

Zur Bestimmung, wann nun ein Fluid von der laminaren zur turbulenten Strömung wandert, dient die sogenannte Die Reynoldszahl (benannt nach dem Physiker Osborne Reynolds). Die Reynoldszahl berücksichtigt die Dichte des Fluids, der Strömungsgeschwindigkeit, die Viskosität und die Geometrie der Strömung (z. B. Rohrdurchmesser) ab.

Ausgehend davon, dass die Rohre und Schläuche rund und glatte Innenoberflächen haben, wird in der Hydraulik   von folgenden Werten für die Reynoldszahl ausgegangen:

Rekrit ca. 2200 … 2300

Re < Rekrit => Strömung ist laminar
Re > Rekrit => Strömung ist turbulent

[:pb]

Resistência hidráulica - perda de pressão em componentes

Um problema na hidráulica é a queda de pressão nas linhas e componentes do circuito hidráulico. Cada linha, cada componente inibe o fluxo de volume assim que o óleo flui. A relação entre a queda de pressão e o vazão volumétrica é definida como resistência hidráulica. O valor desta resistência depende principalmente do tipo de fluxo do tubo (laminar ou turbulento). Para determinar a resistência hidráulica e, portanto, a queda de pressão, devemos primeiro analisar mais de perto as condições de fluxo:

Hidraulica-Diferenca-entre-Fluxo-Laminar-e-Turbulento Learnchannel

Hidraulica-Diferenca-entre-Fluxo-Laminar-e-Turbulento Learnchannel

Fluxo laminar:

O fluxo laminar ocorre quando a velocidade do fluxo do fluido pode ser considerada lenta. O fluido flui em camadas paralelas com o óleo passando mais rapido no centro da tubulação.

O líquido encontra fricção na parede do tubo, sendo assim o mais desacelerado. No meio, as camadas de óleo individuais deslizam umas sobre as outras. Isto resulta em um perfil de velocidade parabólica na tubulação.

Fluxo turbulento:

Fluxo turbulento ocorre quando o vazão volumétrica aumenta. O fluxo laminar é rompido por vórtices que geram fluxos em diferentes direçoes. Em altas velocidades de fluxo, estas turbulências podem aumentar a tal ponto que o fluxo se comporta completamente caótica.

Para determinar quando um fluxo de fluido muda de laminar para turbulento, o chamado número Reynolds (nomeado em homenagem ao físico Osborne Reynolds) pode ser usado. O número Reynolds leva em conta a densidade do líquido, a vazão, a viscosidade e a geometria da vazão (por exemplo, o diâmetro do tubo).

Ilustração de um vazão em uma seção transversal de tubo reduzida

Ilustração de um vazão em uma seção transversal de tubo reduzida

Assumindo que os tubos e mangueiras tenham superfícies internas redondas e lisas, o sistema hidráulico assume os seguintes valores para o número Reynolds:  Recrítico em aproximadamente 2200 ... 2300.  Aplica-se:

Re <Recrit => Fluxo laminar
Re> Recrit => Fluxo turbulento


[:es]

Resistencia hidráulica: pérdidas de presión en los componentes

Un problema de la hidráulica es la caída de presión en los tubos y componentes del circuito hidráulico. Cada tubería, cada componente inhibe el flujo de volumen tan pronto como el aceite fluye. La relación entre la caída de presión y el caudal volumétrico se define como resistencia hidráulica. El valor de esta resistencia depende principalmente del tipo de flujo en la tubería (laminar o turbulento). Para determinar la resistencia hidráulica y, por lo tanto, la pérdida de presión, primero hay que analizar las condiciones de flujo:

Hidráulica - Diferencia entre flujo laminar y turbulento

Hidráulica - Diferencia entre flujo laminar y turbulento

¿Cuál es la diferencia entre flujo laminar y turbulento?

Flujo laminar:

El flujo laminar se encuentra cuando la velocidad del flujo de fluido puede considerarse lenta. El fluido fluye en capas paralelas con el aceite pasando más rápido en el centro de la tubería.

El líquido encuentra la fricción en la pared de la tubería y, por lo tanto, es el más desacelerado. Entre medias, las distintas capas de aceite se deslizan unas sobre otras. El resultado es un perfil de velocidad parabólico en la tubería.

 Flujo turbulento:

El flujo turbulento se produce cuando aumenta el caudal volumétrico. El flujo laminar se ve perturbado por vórtices que generan flujos en diferentes direcciones. A altas velocidades de flujo, estas turbulencias pueden aumentar hasta tal punto que el flujo se comporta de forma completamente caótica.

Para determinar cuándo un flujo de fluido pasa de laminar a turbulento, se puede utilizar el llamado número de Reynolds (llamado así por el físico Osborne Reynolds). El número de Reynolds tiene en cuenta la densidad del fluido, el caudal, la viscosidad y la geometría del flujo (por ejemplo, el diámetro de la tubería).

Ilustración de un flujo en una sección transversal de tubería reducida

Ilustración de un flujo en una sección transversal de tubería reducida

Suponiendo que las tuberías y mangueras tienen superficies internas redondas y lisas, el sistema hidráulico asume los siguientes valores para el número de Reynolds: Recrítico a aprox. 2200 ... 2300 En caso de que

Re <Recrit => Flujo laminar
Re> Recrit => Flujo turbulento


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Determine the hydraulic resistance

The Hydraulic Resistance is the resistance to flow that occurs as a result of a volume flow through hydraulic components (like pipes, valves, etc.).

Pressure drop because of Hydraulic Resistance

Pressure drop because of Hydraulic Resistance

Determine the Hydraulic resistance

Determine the Hydraulic resistance

In the case of a laminar flow, the pressure difference Δp is proportional to the volume flow Q over a certain length of pipe. Thus, the flow resistance R can be easily determined:

R = Δp  / Q        Eq. 1

In a turbulent flow, the pressure difference increases quadratically with the volume flow: Δp ~ Q2

For simplicity, the flow in the tube is considered to be laminar until such time as the turbulent portion has grown so far that it outweighs (intersection of both curves). From this point on, the flow changes from laminar to turbulent. If you want to determine the resistance via Eq.1, the secant applies here.

[:de]

Bestimmung hydraulischer Widerstand

Der hydraulische Widerstand ist der Widerstand, welche eine Flüssigkeit erfährt, wenn diese durch hydraulische Komponenten (wie Rohr, Ventil, etc.) strömt bzw. ist das Ergebnis eines Volumenstroms.

Druckabfall aufgrund hydraulischem Widerstand

Druckabfall aufgrund hydraulischem Widerstand

Bei einer laminar strömenden Flüssigkeit ist über einem bestimmten Rohrstück die Druckdifferenz Δp proportional zum Volumenstrom Q. Damit kann der Strömungswiderstand RV einfachbestimmt werden.

RV = Δp  / Q        Gl. 1

Bestimmung Hydraulischer Widerstand

Bestimmung Hydraulischer Widerstand

Bei einer turbulenten Strömung steigt die Druckdifferenz quadratisch mit der Volumenstromstärke:    Δp  ~  Q2

Zur Vereinfachung gilt die Strömung im Rohr so lange laminar, bis zu dem Zeitpunkt, ab dem der turbulente Anteil so weit angewachsen ist, bis er überwiegt (Schnittpunkt beider Kurven).

Ab diesem Zeitpunkt schlägt die Strömung von laminar auf turbulent um. Will man den Widerstand trotzdem über Gl. 1 berechnen, so gilt hier die Sekante.

 

[:pb]

Determinar a resistência hidráulica

No caso de um fluxo laminar, a diferença de pressão Δp é proporcional ao vazão volumétrica Q ao longo de um certo trecho de tubo. Assim, a resistência do fluxo R pode ser facilmente determinada:

R = Δp  / Q        Eq. 1

Queda de pressão por causa da Resistência Hidráulica

Queda de pressão por causa da Resistência Hidráulica

Em um fluxo turbulento, a diferença de pressão aumenta quadraticamente com o fluxo volumétrico: Δp ~ Q2

Para simplificar, o fluxo no tubo é considerado laminar até que o componente turbulento aumente a tal ponto que predomine (ponto de intersecção das duas curvas). A partir deste ponto, o fluxo muda de laminar para turbulento. Se voce quiser determinar a resistência via Eq. 1, aplica-se aqui a secant.

Determinar a resistência hidráulica

Determinar a resistência hidráulica

[:es]

Determinar la resistencia hidráulica

La resistencia hidráulica es la resistencia al flujo que se produce debido al volumen que fluye a través de los componentes hidráulicos (como tuberías, válvulas, etc.).

Caída de presión por resistencia hidráulica

Caída de presión por resistencia hidráulica

En el caso de un flujo laminar, la diferencia de presión Δp es proporcional al caudal volumétrico Q a lo largo de una determinada sección de tubería. Así, la resistencia al flujo R puede determinarse fácilmente:

R = Δp  / Q        Ec. 1

En un flujo turbulento, la diferencia de presión aumenta cuadráticamente con el volumen de flujo:

Δp ~ Q2

Determinar la resistencia hidráulica

Determinar la resistencia hidráulica

Para simplificar, el flujo en la tubería se considera laminar hasta que la componente turbulenta aumenta hasta tal punto que domina (intersección de las dos curvas). A partir de este momento, el flujo pasa de laminar a turbulento. Si quieres determinar la resistencia mediante la ecuación 1, la secante se inserta aquí.

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