Problema debit hidrofor sau nu ?

Buna ziua stimati prieteni!

Se dau urmatoarele date:
- un hidrofor de 1,1kw.
- presiunea de oprire a motorului este setata la 3 bari, cea de pornire la 1,7 bari.
- din vasul de expansiune porneste o teava cu diametrul intern de 20mm care dupa vreo 60cm este prevazuta cu un robinet fluture cu diametrul interior de 10mm.
- cand deschidem robinetul umplem o galeata de 10L cam in 20s, asta inseamna un debit cam de 0,5L/s.
- dupa ce curg 10L, presiunea scade cam pe la 2,4 bari, asta inseamna ca avem o medie de-a lungul umplerii galetii de vreo 2,7 bari.

Buun, acum, conform calculelor, la 2,7 bari, apa ar trebui sa aiba o viteza de 23m/s, asta inseamna, tinand cont de sectiunea robinetului care este de 0,785cmp ca debitul ar trebui sa fie cam de 1800cmc/s, adica 1,8L/s.
Ei bine, noi avem un debit doar de 0,5L/s, ceea ce inseamna ca apa iese din robinet numai cu vreo 6,36m/s ceea ce-i corespunzator unei presiuni usor peste 0,2 bari...

Intrebare: unde este problema ?
Viteza apei scade atata de mult fata de cea teoretica numai din cauza frecarii cu peretii tevii si ai robinetului ?

Formula folosita pentru viteza apei este: radical din 2 x g x h
g - acceleratia gravitationala = 9,81m/s²
h - inaltimea de cadere a apei

1 bar = o cadere de la 10m => 2,7 bari = o cadere de la 27m

ce diametru are teava de absorbtie? cat e cel recomandat de producator? dar la refulare? din ce materiale sunt tevile? cat este debitul pe care-l stabileste producatorul pompei?

Ai elaborat un pseudo-rationament alambicat.
1. De unde ai scos viteza teoretica de curgere de 23 m/s? Nu exista asemenea viteza pe refulare, 2 m/s e bine, poate merge spre 4-6 m/s.
2. Volumul de apa din hidrofor (la presiunea medie de 2.7 bari) a scazut exact cu cat ai umplut tu galeata, ce te mira? Ar fi scazut saracu' mai mult, dar nu-l lasa reteaua (robinetul)....
3. Daca vrei sa calculezi ceva, umple un rezervor la o inaltime "h" cu presiunea de refulare medie "p" si masoara curentul "I" pe care-l ia motorul. Si atunci vezi ce randament ai. Citeste putin despre pompe, caracteristici de pompare, caracteristici de retea si rezistente hidraulice ca sa poti sa ne uimesti cu rationamente si mai alambicate....

 myshyk, on 27 mai 2013 - 14:46, said:

Pai...nu au nici o importanta toate aceste cerinte, intrucat eu nu am facut masuratoarea cu motorul mergand ci dupa ce s-a oprit motorul, iar apa despre care este vorba e cea stocata in vasul de expansiune...
Dupa cum am zis, s-a oprit motorul, cand presiunea a atins 3 bari, apoi am dat drumul l-a robinet si dupa ce am umplut o galeata de 10 litri (gradata) presiunea a scazut si ea, cum e si normal, pana la 2,4 bari, insa motorul inca nu a pornit intrucat e setat sa porneasca la 1,7 bari. De aici am obtinut presiunea medie de 2,7 bari.

 hamal, on 27 mai 2013 - 18:26, said:

Ba rationamentul e cat se poate de logic...
1. Pai, am explicat deja de unde, dar o voi mai face inca o data...
Presiunea de 1 bar este echivalenta cu caderea apei de la 10m, asa spune formula fizica a presiunii hidrostatice, nu eu, prin urmare 2,7 bari corespund unei caderi de la 27m.
Acum, aplicand formula radical din 2 x g(9,81) x h(27m) aflam ca viteza apei este de cam 23,01 m/s.
2. Aici n-am ce sa raspund, este irelevant...
3. Pai eu nu vreau sa calculez "ceva" ci vreau sa aflu de ce viteza apei este mult mai mica decat ar trebui. In plus, nu ma intereseaza randamentul hidroforului...de fapt nimic din ce am cerut eu nu are legatura cu hidroforul (adica motorul + pompa) pentru ca acestea nu functioneaza cat umplu eu galeata, dupa cum am spus deja, ci doar cu ce se intampla prin teava de refulare legata la vasul de expansiune si pana la robinet, inclusiv...

 Protopopeus, on 27 mai 2013 - 19:10, said:

O prima eroare de estimare se afla aici. Presiunea medie in rezervor este de circa 2,7 bari, insa la iesire este cea atmosferica (circa 1 bar), diferenta este de 1,7 bari: aceasta este cantitatea care trebuie sa se traduca in viteza de iesire a apei. Tinand cont si de viteza nenula a apei din rezervor, se obtin vreo 18 m/s teoretici la iesire, nu 23.
Apoi sectiunea efectiva a deschizaturii robinetului nu e neaparat un cerc perfect de raza 5 mm ci poate fi in practica oleaca mai mica: indeajuns o diferenta de 1 mm echivalent in raza pentru a avea o sectiune de ordinul a 0,5 cm²(a se verifica tipodimensiunile robinetului, eventualele depuneri pe acesta la interior sau deschiderea sa incompleta). Cu valoarea generica estimata in precedenta, debitul mediu teoretic rezulta de 0,9 l/s: inca net mai mare decat cel masurat. Diferenta poate fi pusa in buna parte pe seama turbulentelor si vascozitatii (povestea cu viteza teoretica e valabila in curgere laminara, fara frecari), insa merita vazut daca geometria interna a sectiunii minime de curgere este cea "ghicita" initial.

Multumesc pentru interventie...din nou...

In ceea ce priveste robinetul, am fost darnic cu diametrul, tocmai pentru a mai ameliora din eventualele neajunsuri, intrucat in realitate el este de 12mm, fata de 10mm cat am folosit eu in calcule. Iar referitor la eventualele probleme cu obturarea in interior de catre acel "fluture" sau depuneri, va asigur ca nu este vorba de asa ceva. Insa in ceea ce priveste forma, intr-adevar, nu am cum in absenta unor masuratori de laborator sa afirm ca deschiderea e un cerc perfect, insa nici nu cred ca e cazul sa ajungem pana acolo cu strictetea...

Acum, va rog sa ma lamuriti de ce la iesire spuneti ca avem o presiune de 1bar (adica cea atmosferica) ?
Presiunea nu este cea cu care este impinsa apa din spate ? Daca ar fi cea atmosferica la iesire, atunci apa nu ar mai tasni cu violenta ci doar ar...cadea.
Adica daca apa are in spate o presiune de 10 bari, de exemplu, noi la iesire avem tot 1 bar ?
Nu cred ca am inteles corect ca daca este asa, atunci se duc pe apa sambetei toate calculele de putere ale hidrocentralelor, de exemplu, care se bazeaza tocmai pe energia cinetica a apei, implicit pe viteza acesteia la iesire (de exemplu turbinele Pelton, Turgo)...

Nu in ultimul rand, chiar daca am calcula folosind doar presiunea de 1,7bari si implicit o viteza teoretica a apei de 18,26m/s, tot rezulta prin sectiunea robinetului (calculat tot la un diametru de 10mm) un debit teoretic de 1,43 l/s.
De aici pana la 0,9 l/s sunt pierderi prin frecare sau ?

Ca sa-ti dai seama de rezistenta hidraulica a retelei, indreapta jetul in sus si vezi la ce inaltime ajunge. Facand diferenta intre presiunea de refulare si cea hidrostatica, vezi ce se transforma in pierderi de frecare (cu conducta si robinetul si prin turbulente).
Oricum, nu te mai juca cu energiile, jongleaza mai bine cu Bernoulli, daca tot te legi de viteze....

 Protopopeus, on 28 mai 2013 - 08:53, said:

la partea cu presiunea nu ai facut vreo greseala...
manometrele tehnice (deci si cele care echipeaza hidrofoare) arata presiunea relativa (fata de cea atmosferica), deci daca citesti 2.7 bar inseamna ca ai cu 2.7 bar mai mult decat presiunea atmosferica... manometrul se duce la zero cand presiunea pe hidrofor scade pana la cea atmosferica... deci nu ai de ce sa consideri presiunea atmosferica la iesire...

daca ai avea doar o gaura in hidrofor (fara conducta) atunci da, ai avea o viteza de iesire de ~23 m/s...

daca ai avea doar o conducta de 60 cm lungime si 20 mm diametru ai avea la iesire o viteza de doar ~15.5 m/s (datorita pierderii de sarcina liniare din tronsonul de conducta)

pe langa asta, mai ai o pierdere de sarcina locala, indusa de robinetul fluture... si daca ai zis ca e fluture si nu cu bila, sectiunea de trecere a apei e sectiunea circulara a robinetului minus sectiunea fluturelui, deci una destul de mica...

toate astea considerand o curgere laminara...

pe scurt, diferenta constatata de tine se datoreaza rezistentelor hidraulice ale tevii si robinetului.... daca pui mana pe un curs de hidraulica aplicata te lamuresti in detaliu...

 Protopopeus, on 28 mai 2013 - 08:53, said:

E important de masurat sectiunea efectiva a robinetului la interior. Fireste, o deschidere mica inseamna automat curgere turbulenta si deci legea Bernoulli nu se mai aplica prea strict.

Quote

Cum de ce?! Apa iese in atmosfera, nu in vid, automat se gaseste la presiunea atmosferica.

Quote

Ntz. La iesire, presiunea statica a apei este o atmosfera si e evident ca la aceasta m-am referit. Presiunea dinamica este rho*v²/2: apa tasneste cu v. Presiunea de pozitie este 0. Suma lor trebuie sa fie constanta in lungul liniei de curent (in masura in care putem vorbi de linii de curent si curgere laminara). In hidrofor, la suprafata apei ai o presiune statica variabila intre 3 si 2,4 bar, una dinamica un pic mai mare decat zero (viteza de scadere a nivelului acolo nu e cine stie ce) si una de pozitie pe care o consider aprioric 0 fiindca nu se precizeaza unde se afla hidroforul (daca e la subsol, e clar ca si de aici vine oleaca de pierdere de presiune).

Quote

Evident. Atunci cand un lichid este in contact cu atmosfera libera, presiunea sa statica este o atmosfera.

Quote

Am calculat cu un diametru echivalent de 8 mm. Insa e vorba de estimari de ordin de marime atata vreme cat nu stiu efectiv cum arata robinetul.
In orice caz, turbulenta si frecarile vascoase schimba semnificativ datele problemei si departeaza situatia de cea ideala.
O verificare relativ simpla este cea sugerata mai sus: viteza apei se poate masura implicit stiind inaltimea la care se ridica daca jetul este dirijat direct in sus (tub cat mai scurt pentru a reduce pierderile vascoase).
De verificat la ce nivel se afla hidroforul.

Ok, m-am lamurit si mai mult...

In ceea ce priveste pierderile de sarcina liniare din conducta, sa inteleg ca cu cat conducta este mai lunga, cu atat pierderile sunt mai mari sau este un factor constant ?
De asemenea, cumva cu cat conducta scade in diametru (si-n sectiune) pierderile sunt, procentual vorbind, mai mari ?

Referitor la robinet, proprietarul (hidroforul este al unui vecin de-al meu de la tara) mi-a spus initial ca e de tip fluture, insa cred ca este cu bila, intrucat arata precum in imaginea 1 iar proprietarul dupa cum mi-a descris deunazi modul in care arata in interior sunt aproape sigur ca e cu bila, intrucat mi-a descris exact imaginile 2 si 3.

O singura intrebare: spuneti-mi de unde v-a iesit acea viteza de 15,5m/s.

Hidroforul se afla cam la 80cm inaltime deasupra solului, iar teava este paralela cu planul orizontal...

Nu conteaza unde ai ansamblul dat de tine (hidrofor + conducta 60 cm + robinet) pentru viteza apei la iesirea din robinet... in pod sau in beci va fi la fel...

coeficientul pierderilor de sarcina liniare este de forma  lambda x L / D, unde lambda este intre 0.02-0.06 pentru conducte standardizate (tine de rugozitatea interioara a conductei), iar L si D sunt lungimea, respectiv diametrul (se vede ca acest coeficient creste cu cresterea lungimii conductei si cu scaderea diametrului ei.., .eu cred ca e intuitiv... nu?)

neglijand viteza de scadere a nivelului apei in hidrofor, la capatul tevii de 60 cm si 20 mm diametru am avea v= radical din (2 x 9.81 x 27) / (1 + 0.04 x 0.6 / 0.02) = 15.5 m/s
(calcul pentru 2.7 bar in hidrofor, cu un lambda de 0.04, fara robinet la capatul tevii)

daca vrei un debit mai mare, schimba robinetul de 1/2" (e cu bila, cu fluture nu prea se folosesc in uzul casnic) cu unul mai mare (de 1")...

Ok, insa v-as fi recunoscator daca m-ati lamuri: ce este "1" din formula (1+0,04x0,6/0,02) ?
De asemenea as vrea sa ma lamuriti cum de v-a dat 15,5, intrucat viteza initiala a apei (adica ce avem inainte de semnul impartirii) este de 23,01 iar rezultatul a ceea ce este dupa semnul impartirii, adica exact ce am scris eu mai sus, este 2,2, iar 23,01 impartit la 2,2 este egal cu 10,45..

1 este doar cifra unu (aparuta dupa ce s-a dat factor comun in formula)...

radicalul este din toata expresia.... deci 23.01 se imparte la 1.4832.. (radical din 2.2)... => 15.5

Aha, gata, am inteles... Sper sa fi inteles cum se aplica toata aceasta mancare de peste si in ceea ce priveste alte dimensiuni de tevi, alte presiuni, etc...

Astfel, daca avem urmatoarea situatie:
- o teava cu D = 10cm
- prin ea circula apa ce are in spate o presiune de 5 bari
- lungimea tevii este de 100m

Rezulta ca viteza la capatul acelei tevi nu mai este 31,32m/s, precum credeam eu aplicand numai relatia radical din 2 x g x h ci aceasta se imparte mai intai la 1 + lambda x L / D si apoi se scoate radical din treaba asta.
Din exemplul meu: radical din (2 x 9,81 x 50) / (1 + 0,04 x 100 / 0,1) => radical din 31,32 / 6,40 => 4,89 m/s
Ptiuu, oare chiar asa de mult scade aceasta viteza (de la 31,32 la 4,89) sau mai e ceva ce trebuie stiut, calculele nu cred ca le-am gresit...

deci te-ai cam intors la intrebarile mele, legate de diametru, recomandari producator....

 Protopopeus, on 28 mai 2013 - 17:17, said:

Exista un lucru care un coleg de forum l-a spus si care te poate ajuta mult ... Ecuatia de continuitate a lui Bernoulli ... Este exact ceea ce iti trebuie ca sa poti 'intelege' problema dintr-un punct de vedere energetic.

In primul rand eu nu inteleg exact ce vrei tu sa spui cu variatia de viteza ? Daca diametrul tevii este constant atunci conform ecuatiei de continuitate ce intra in sistem, iese din sistem sau se acumuleaza ... Adica, daca la un capat al tevii iti intra o cantitate de apa, la capatul celalalt iti va iesi aceeasi cantitate de apa ... Daca diametrul tevii este constant atunci viteza medie a apei in fiecare punct al tevii este aceeasi (debitul apei este direct proportional cu aria de curgere, in cazul nostru aria cercului descris de diametrul tevii, si direct proportional cu viteza de curgere) ... Doar daca diametrul tevii variaza dealungul traseului atunci si viteza medie de curgere va varia functie de diametru, dar debitul va fi constant... Altfel spus, ce nu intelg eu din ceea ce spui este diferenta de viteza de 31m/s pana la 4m/s.

Ce spunea colegul este ca ar trebui sa ai o abordare energetica ... Aplicand ecuatia de continuitate a lui Bernoulli rezulta :
p + rho*g*z + 1/2 * v^2 * rho = constant, unde
p este presiunea statica in punctul analizat al retelei hidraulice ;
rho este densitatea fluidului ;
z este inaltimea geodezica a fluidului in punctul analizat ;
v evident este viteza fluidului in punctul analizat.

Propun sa reducem problema ta la urmatoarea forma :
Avem o teava cu diametrul constant de 100mm care pleaca perfect orizontal din punctul A in punctul B. In punctul A presiunea totala a apei este de 5 bar iar in punctul B apa refuleaza direct in exterior unde se afla aer la presiune atmosferica. Intrucat teava este orizontala factorul geodezic din ecuatia lui Bernoulli se reduce astfel incat :

(p)A + 1/2 * rho * (v)A^2 = (p)B + 1/2 * rho * (v)B^2 + deltaP ;

Unde, evident deltaP este 'pierderea' de presiune datorata frecarii apei de peretii rugosi ai tevii.
Intrucat cantiatea de apa care intra in punctul A este egala cu cantitatea de apa din punctul B este aceeasi (banuim ca teava nu este fisurata), viteza in punctul A este egala cu viteza in punctul B rezultand urmatoarele :

(p)A - (p)B = deltaP ;
Ca sa privim ecuatia de mai sus in termeni de 'forta' inmultim presiunea (aceasta fiind practic forta per suprafata) cu suprafata de curgere a fluidului, astfel incat sa putem aplica legea I a lui Newton, adica suma tuturor fortelor intr-un sistem inchis este nula.

(p)A * Arie - (p)B * Arie = deltaP * Arie,

Altfel spus, pierderea de presiune dealungul tevii (adica forta de frecare a apei de teva) este :
deltaP * pi*d^2/4, unde d este diametrul tevii.

Luand in considerare legea vascozitatii a lui Newton (conform careia un fluid real ce 'poseda' vascozitate pierde energie odata ce se 'freaca' de peretele unei tevi), ecuatia diferentiala ar fi :
tau = mu * d(u)/d(y) , unde tau este tensiunea fluidului, mu este vascozitatea dinamica, u este viteva fluidului dealungul diametrului tevii (dupa cum bine cunosti, viteza in sectiunea transversala a tevii, adica in lungul diametrului tevii, este variabila, ceea ce folosim noi in calcule ingineresti fiind o medie) iar y este pozitia dealungul diametrului. Forta aceasta 'de frecare' este F = mu * A * u/y, unde A este aria de frecare, adica 'tensorul' 'tau' este F/A, rezultand ca F=tau*A=tau * pi*d*L, unde d este diametrul tevii si L lungimea tevii, altfel spus:
deltaP*pi*d^2 / 4 = tau * pi*d*L, adica ceea ce te intereseaza pe tine :
deltaP = 4 * tau * L / d .

Fara a mai aprofunda mecanica fluidelor, mai trebuie sa cunosti ca tau este direct proportional cu viteza de curgere a fluidului (si de aici discutia despre curgere laminara si turbulenta) si deci aici intra in calcul criteriul adimensional Reynolds care defineste natura curgerii.

Pentru a putea calcula tensiunea de forfecare tau trebuie introdus un factor empiric lambda (lam), denumit coeficient de frecare. Asa cum spune si denumirea (empiric) exista numeroase ecuatii de calcul pentru acest factor de frecare functie de regimul de curgere (laminar sau turbulent). In cele mai multe din cazuri (inclusiv cel descris de tine) vorbim de o curgere turbulenta ceea ce inseamna ca cel mai probabil se va folosi ecuatia nedeterminata Colebrook-White. Aceasta ecuatie propune calculul coeficientului de frecare functie de rugozitatea tevii, factorul adimensional Re si diametrul tevii. Dupa cum spuneam ecuatia este nedeterminata ceea ce presupune folosirea de metode numerice de calcul.

Fara a mai scrie multe ecuatii, se ajunge la o forma consacrata unei ecuatii ce descrie pierderea de energie datorata frecarii fluidului de o teava circulara, ecuatie denumita Darcy si anume :
hf (pierderea de presiune liniara) = lam * (v^2 / (2*g)) * L/d , unde lam este coeficientul de frecare al tevii, v este viteza medie de curgere a fluidului, g este acceleratia gravitationala, L este lungimea tevii si d este diametrul.

Pentru calcule ingineresti, exista o reprezentare grafica a ecuatiei Colebrook-White, si anume diagrama Moody ( http://www.engineeri...gram-d_618.html ), tot ce trebuie sa cunosti este regimul de curgere, pentru care ai nevoie sa estimezi numarul Reynolds, Re ( http://en.wikipedia....Reynolds_number ) si sa cunosti rugozitatea relativa a tevii pe baza rugozitatii absolute ( http://www.pumpfunda...ough_values.pdf ). Pentru Re poti sa iei cu incredere o valoare de 10^7.

Si apropos, problema propusa de tine are o infinitate de solutii, adica trebuie sa stabilesti ce debit vrei sa vehiculezi prin teava de 100mm cu 5 bar presiune disponibila la capatul A. Exista pompe care vehiculeaza 1m3/h la 5bar precum exista pompe care vehiculeaza 100m3/h la 5bar. Aceasta presiune totala de care vorbesti tu nu este o masura a unui flux ci este un 'potential' energetic.

Daca vorbim, de exemplu de un debit de 100m3/h, vehiculat printr-o teava de 100mm diametru si 100m lungime, avem o viteza medie de 3,54 m/s, Re=3,54*10^5, rugozitatea absoluta a otelului este 0,00005 iar rugozitatea relativa este 0,0005, de unde rezulta un coeficient de frecare aproximaiv de 0,02 din diagrama Moody. Astfel factorul de pierdere liniara de energie este de hf=0,02*3,54^2/(2*9,81)*100/0,1=12,77m adica 1,28 bar. Adica daca cei 100m3/h sunt alimentati in punctul A al tevii la 5bar, in punctul B al tevii (adica la 100 m de punctul A) un manometru va arata 3,72 bar. Adica la iesirea din teava aceasta presiune se va regasi ca energie cinetica, astfel incat vom avea un jet de cca 20-30m daca rezolvam ecuatia lui Newton (greutatea apei, frecarea cu aerul, ecuatia jetului, etc).

 eugenm, on 24 iunie 2013 - 00:44, said:

Buuuun...

In primul rand multumesc pentru risipa de timp.

Acum, ce am vrut sa spun cu variatia de viteza...
Presupunand ca avem un baraj in spatele caruia avem o acumulare de apa cu h = 50m.
La baza acelui baraj vom avea o presiune de 5 bari, corect ?
Asta inseamna ca daca dam o gaura exact la baza acelui baraj (sa presupunem prin absurd ca barajul ar avea o grosime a profilului infima, nu de ordinul zecilor de metri sau sutelor, precum in realitate, in functie de tipul de constructie, viteza jetului de apa care va tasni prin acea gaura va fi de 31,32 m/s.

Ei, acum, daca la acea gaura atasam o conducta de 100m, perfect dreapta, plana, orizontala, cu acelasi diametru pe toata lungimea ei, cum spuneati dvs mai sus, iar acea conducta ar avea diametrul de, sa zicem 100mm, ei bine la iesirea din conducta (punctul B, dupa cum spuneti dvs) ce viteza va avea apa ?
27,01 m/s, cum spuneati mai sus (adica viteza corespunzatoare presiunii de 3,72 bari) ?

hidroforul    a ajuns  la  4  bari  si  nu  se mai opreste  din huruiala  , mentionez ca   de cateva ore bune nu mai  se opreste  ,  sunt deschise doar caloriferele   si centrala  pornita care are presiunea sub in jur  de 1   cam mica   zic eu  , sa fie acesta motivul  ?   mentionez ca  hidroforul e bagat   intr o fantana zilele astea a plouat  seceta  nu e, azi am  dat cu apa   pe acoperisul fantanii  care e din beton   si  s a scurs apa   inauntrul  ei     e posibil   sa l fi afectat cu ceva  ?  multumesc