Boru çapı, akış hızı ve basınç kaybı: sayısal seçim rehberi

Hesaba nominal çapla değil gerçek iç çapla başlayın

Boru çapı, yalnızca pompa ağzına uygun bağlantıyı seçmek değildir. Aynı debide kesit küçüldükçe hız artar; sürtünme ve bağlantı elemanlarının kayıpları da değişir. Bu kayıplar pompanın sağlaması gereken yüksekliğe eklenir. Uzun çalışma sürelerinde küçük bir çap farkı işletme enerjisini etkileyebilir; ancak daha büyük borunun satın alma, montaj, destek ve yer ihtiyacı da kararın parçasıdır.

Hesapta kullanılacak D değeri, seçilen malzeme ve et kalınlığı için gerçek iç çaptır. DN ifadesi tek başına bu değeri vermez. Aynı nominal boyuttaki farklı basınç sınıfları farklı iç çaplara sahip olabilir. Bu nedenle ön hesapta kullanılan çap, sipariş edilen borunun teknik verisiyle doğrulanmalıdır. Pompa bağlantı çapı da tüm hattın aynı çapta yapılmasını zorunlu kılmaz.

Hız ve kayıp hesabını aynı birimlerle kurun

Dairesel boruda ortalama hız v = 4Q/(πD²) ile bulunur. Q m³/s, D metre kullanıldığında v m/s çıkar. 12 m³/h debiyi bu formüle yerleştirmeden önce 3600’e bölmek gerekir. Toplam yük kaybı, h = [fL/D + ΣK] × v²/(2g) ifadesiyle hesaplanabilir. Burada f Darcy sürtünme katsayısı, L düz boru uzunluğu, ΣK yerel kayıp katsayıları toplamı ve g = 9,81 m/s² değeridir.

Darcy ve Fanning katsayıları birbirinin yerine kullanılamaz; Darcy katsayısı Fanning değerinin dört katıdır. Dirsek ve vanalar için ya K yöntemi ya da uygun eşdeğer uzunluk yöntemi uygulanmalı, aynı eleman iki kez hesaba eklenmemelidir. Basınç kaybına geçiş için Δp = ρgh kullanılır; metre sıvı sütunu ile bar dönüşümü sıvının yoğunluğuna bağlıdır.

Örnek: 60 m hat üzerinde üç iç çap

Bu öğretici karşılaştırmada temiz su debisi 12 m³/h, düz boru uzunluğu 60 m, Darcy katsayısı 0,025 ve yerel katsayılar toplamı 5 kabul edilmiştir. Bütün kesit boyunca aynı iç çap ve aynı debi vardır. Karşılaştırmayı görünür kılmak için f ve ΣK sabit tutulmuştur; gerçek projede bunlar malzeme, pürüzlülük, sıcaklık, Reynolds sayısı ve seçilen bağlantı elemanlarıyla yeniden belirlenir.

Örneğin 50 mm iç çapta Q = 0,003333 m³/s ve v = 1,698 m/s olur. Düz boru çarpanı fL/D = 30; yerel katsayılarla toplam çarpan 35’tir. Böylece h = 35 × 1,698²/(2 × 9,81) ≈ 5,14 m bulunur. Tablodaki değerler yuvarlatılmıştır ve belirli bir boru ürününün onaylanmış tasarım verisi değildir.

Boru kaybını toplam pompa yüksekliğine ekleyin

Bu hattın iki büyük açık depo arasında çalıştığını, statik kot farkının 12 m olduğunu ve başka kayıp bulunmadığını varsayalım. 12 m³/h hedef debide gereken pompa yüksekliği, 40 mm için 27,24 m; 50 mm için 17,14 m; 65 mm için 13,44 m olur. Proses ekipmanı, filtre veya çıkışta gerekli basınç varsa bunlar ayrıca eklenir. Boru kaybı tek başına toplam basma yüksekliği değildir.

Çap büyütülüp mevcut pompa aynı devirde bırakılırsa çalışma noktası genellikle daha yüksek debiye kayar. Bu durumda tablodaki sabit debi kayıpları yeni işletmeyi doğrudan tarif etmez. Yeni sistem eğrisiyle kesişim, motor yükü ve NPSH yeniden kontrol edilmelidir. Ortak kolektör ve dallı tesisatta ise her boru parçasının kendi eşzamanlı debisi kullanılır; bütün dalların kayıpları gelişigüzel birbirine eklenmez.

Enerji karşılaştırmasını kontrol biçimiyle birlikte yapın

40 mm yerine 50 mm iç çap kullanıldığında örnekteki sabit debi kaybı yaklaşık 10,10 m azalır. Su yoğunluğu 1000 kg/m³ için hidrolik güç farkı ρgQΔh ≈ 0,33 kW olur. Debi kontrolle 12 m³/h tutulabiliyor ve iki durumda da toplam verim yalnızca karşılaştırma amacıyla yüzde 60 kabul ediliyorsa elektrik gücü farkı yaklaşık 0,55 kW; yılda 4000 saat için yaklaşık 2200 kWh hesaplanır.

Bu sonuç bir tasarruf garantisi değildir. Pompa verimi, yeni devir, çalışma saatleri ve gerçek kontrol davranışı sonucu değiştirir. Azalan boru kaybı bir vanada tekrar harcanıyorsa beklenen enerji avantajı elde edilmeyebilir. Ek boru yatırımını, güncel proje bedelleri ve kullanıcının enerji tarifesiyle karşılaştırmak gerekir; yalnızca en düşük kayıp değerini seçmek ekonomik optimumu kanıtlamaz.

Son çap kararını işletme koşullarıyla tamamlayın

Tek bir hız sınırı bütün temiz su tesisatlarına uygulanamaz. Gürültü, hat uzunluğu, çalışma süresi, vana kapanması, izin verilen basınç kaybı ve tesisin şartnamesi birlikte değerlendirilir. Basınç sınıfı kontrolünde yalnızca normal sürtünme kaybını kullanmak yeterli değildir; statik basınç, pompanın kapalı vana durumu ve geçici basınçlar da incelenir. Emiş hattında kayıp azalması kullanılabilir NPSH’yi iyileştirebilir, ancak hava cepleri ve bağlantı sızdırmazlığı ayrı sorunlardır. Son dosyada iç çap, malzeme, uzunluk, eleman listesi ve hesaplanan debi aralığı açıkça kaydedilmelidir.

Sık sorulan sorular