Calcolo del diametro, della capacità e dei parametri idraulici delle condotte idriche
Il calcolatore delle tubazioni dell'acqua è progettato per calcolare i parametri idraulici di base dei sistemi di tubazioni. Lo strumento consente di determinare il diametro ottimale del tubo, la portata, la perdita di pressione e altre caratteristiche importanti per la progettazione dei sistemi idraulici.
Il calcolatore utilizza formule idrauliche e metodi di calcolo comprovati che tengono conto di tutti i parametri del sistema: diametro del tubo, portata dell'acqua, velocità del flusso, materiale del tubo, rugosità superficiale, viscosità del fluido e regime del flusso. Ciò consente di ottenere risultati accurati per la progettazione di impianti idraulici di qualsiasi complessità.
Diamo un'occhiata ad esempi pratici di calcolo dei parametri dei tubi dell'acqua per vari casi d'uso:
Alimentazione idrica per una abitazione privata con una portata di 50 l/s
Входные данные:
Portata: 0,05 m³/s (50 l/s)
Velocità: 2 m/s
Materiale: PP
Lunghezza: 50 mtРасчёт:
D = √(4×0,05/π×2) = √(0,2/6,28) = √0,032 = 0,18 m = 180 mm
Arrotondamento allo standard: 200 mm
Controllo della velocità: V = 4Q/(πD²) = 1,59 m/s (normale)Результат:
Diametro: 200 mm, Velocità: 1,59 m/s
Тип:
Casa privata
Il diametro standard per gli edifici residenziali è di 15-25 mm, ma per l'autostrada utilizziamo 200 mm
Verifica della portata di un tubo da 150 mm
Входные данные:
Diametro: 150 mm (0,15 m)
Velocità: 1,5 m/s
Materiale: acciaio
Lunghezza: 100 mtРасчёт:
Area della sezione: A = π×0,15²/4 = 0,0177 m²
Portata: Q = A×V = 0,0177×1,5 = 0,0265 m³/s
Q = 26,5 l/s = 95,4 m³/oraРезультат:
Portata: 26,5 l/s (95,4 m³/h)
Тип:
Tubazione esistente
Abbastanza per fornire acqua a un piccolo edificio
Calcolo della perdita di carico in un sistema di approvvigionamento idrico di 200 m
Входные данные:
Lunghezza: 200 mt
Diametro: 100 mm
Portata: 0,02 m³/s (20 l/s)
Materiale: plastica (rugosità 0,0015 mm)Расчёт:
Velocità: V = 4×0,02/(π×0,1²) = 2,55 m/s
Re = 1000×2,55×0,1/0,001 = 255.000
Coefficiente di attrito: λ = 0,016
Perdite: ΔP = 0,016×(200/0,1)×(1000×2,55²/2) = 0,104 barРезультат:
Perdita di pressione: 0,104 bar
Тип:
Conduttura lunga
Perdite entro limiti accettabili per tubi in plastica
Confronto tra tubi in acciaio e plastica
Входные данные:
Diametro: 100 mm
Lunghezza: 100 mt
Portata: 0,01 m³/s
Acciaio: rugosità 0,045 mm
Plastica: rugosità 0,0015 mmРасчёт:
Scorta: V = 1,27 m/s
Stal: Re = 127.000, λ = 0,025, ΔP = 0,2
Plastica: Re = 127.000, λ = 0,018, ΔP = 0,14Результат:
Acciaio: 0,2 bar, Plastica: 0,14 bar
Тип:
Confronto dei materiali
Il tubo in plastica ha perdite inferiori del 30%.
Impianto idraulico per un edificio di 10 piani
Входные данные:
Portata: 0,3 m³/s (300 l/s)
Velocità: 2,5 m/s
Materiale: acciaio
Lunghezza: 500 mt
Numero di piani: 10 pianiРасчёт:
D = √(4×0,3/π×2,5) = √(1,2/7,85) = √0,153 = 0,39 m = 390 mm
Corsa: 400 mm
Verifica: V = 4×0,3/(π×0,42) = 2,39 m/sРезультат:
Diametro: 400 mm, Velocità: 2,39 m/s
Тип:
Edificio a più piani
Grande diametro richiesto per un flusso elevato
Tubazione per impianto di riscaldamento
Входные данные:
Portata: 0,08 m³/s (80 l/s)
Velocità: 1,8 m/s
Materiale: rame
Lunghezza: 150 m
Temperatura: 80°CРасчёт:
D = √(4×0,08/π×1,8) = √(0,32/5,65) = √0,057 = 0,24 m = 240 mm
Arrotondamento: 250 mm
A 80°C: 15% di perdite in menoРезультат:
Diametro: 250 mm, Velocità: 1,63 m/s
Тип:
Sistema di riscaldamento
L'alta temperatura riduce la viscosità e la perdita
Il calcolo si basa sulle leggi dell'idraulica e comprende:
Il nostro calcolatore per tubi dell'acqua offre numerosi vantaggi:
Il calcolatore utilizza formule idrauliche collaudate e tiene conto di tutti i fattori: diametro, portata, velocità, materiale, rugosità e condizioni di flusso per risultati più accurati.
Il calcolo corretto del diametro aiuta a scegliere il tubo ottimale ed evitare sprechi di materiali, riducendo significativamente il costo del progetto.
Conoscendo in anticipo il diametro richiesto e le perdite di carico, potrete progettare correttamente l'impianto, evitando errori di installazione.
Un'interfaccia semplice e calcoli rapidi ti consentono di ottenere tutti i dati necessari in pochi secondi senza calcoli e formule complesse.
Per selezionare e calcolare correttamente i tubi dell'acqua, è importante tenere conto di molti fattori che influenzano il funzionamento del sistema.
Il diametro del tubo viene selezionato in base alla portata d'acqua richiesta, alla portata consentita e alla perdita di pressione. Per gli edifici residenziali vengono solitamente utilizzati tubi con un diametro di 15-25 mm, per impianti industriali - fino a 200 mm o più. Utilizzare la formula D = √(4Q/πV), dove Q è la portata (m³/s), V è la velocità (m/s).
La capacità di flusso dipende dal diametro del tubo, dal materiale, dalla rugosità della superficie interna, dalla viscosità del fluido, dalla temperatura e dal regime del flusso (laminare o turbolento). Maggiore è il diametro e minore è la rugosità, maggiore è la produttività.
La perdita di pressione viene calcolata utilizzando la formula di Darcy-Weisbach: ΔP = λ × (L/D) × (ρV²/2), dove λ è il coefficiente di attrito, L è la lunghezza del tubo, D è il diametro, ρ è la densità, V è la velocità. Vengono prese in considerazione anche le resistenze locali (raccordi, raccordi) che aumentano le perdite del 20-30%.
La modalità laminare (Re < 2300) è caratterizzata da un flusso fluido regolare con basse perdite di energia. La modalità turbolenta (Re > 4000) si verifica a velocità elevate ed è caratterizzata da un movimento a vortice con maggiori perdite di pressione, ma un flusso più stabile.
La scelta del materiale dipende dalle condizioni operative. I tubi in plastica (PVC, PPR) sono adatti per l'acqua fredda e presentano basse perdite di carico. Metallo-plastica - per acqua calda, tubi in rame - per impianti di riscaldamento, acciaio - per alte pressioni e impianti industriali.
La portata si calcola utilizzando la formula: Q = A × V = πD²V/4, dove A è l'area della sezione trasversale, V è la velocità del flusso, D è il diametro del tubo. Ad esempio, per un tubo di diametro 100 mm ad una velocità di 2 m/s: Q = π×0,1²×2/4 = 0,0157 m³/s = 15,7 l/s.
La velocità del flusso ottimale per l'approvvigionamento idrico è 1,5-2,5 m/s. Una velocità inferiore a 1 m/s può portare a ristagno e sedimentazione; una velocità superiore a 3 m/s aumenta le perdite di carico e la rumorosità nell'impianto.
La rugosità della superficie interna del tubo influisce direttamente sul coefficiente di attrito e sulla perdita di pressione. I tubi di plastica hanno una rugosità di 0,0015-0,007 mm, acciaio - 0,03-0,05 mm, ghisa - 0,1-0,3 mm. Maggiore è la rugosità, maggiore è la perdita di pressione.
Il numero di Reynolds si calcola con la formula: Re = ρVD/μ, dove ρ è la densità del liquido (1000 kg/m³ per l'acqua), V è la velocità del flusso (m/s), D è il diametro del tubo (m), μ è la viscosità dinamica (0,001 Pa s per l'acqua). Re < 2300 - modalità laminare, Re > 4000 - turbolento.
La perdita di pressione consentita nel sistema di approvvigionamento idrico non deve superare 0,2-0,3 bar per 100 m di lunghezza per il normale funzionamento del sistema. Per i sistemi con pompa, le perdite possono essere maggiori, ma non devono superare 0,5 bar per 100 m.
Per un edificio a più piani, il diametro viene selezionato in base al consumo totale di tutti gli appartamenti. Tipicamente, per il montante vengono utilizzati tubi con un diametro di 50-100 mm e per la linea principale 100-200 mm. Il calcolo viene effettuato tenendo conto del flusso di picco e della velocità del flusso di 2-2,5 m/s.
Sì, la temperatura dell'acqua influisce sulla viscosità e sulla densità del liquido. L'acqua calda (80-90°C) ha una viscosità inferiore (0,0003 Pa s) e una perdita di carico inferiore del 15-20% rispetto all'acqua fredda (20°C). Per gli impianti di riscaldamento questo è importante da considerare.
Il coefficiente di attrito dipende dal regime del flusso. Per flusso laminare: λ = 64/Re. Per il flusso turbolento si utilizza la formula di Blasius: λ = 0,316/Re^0,25 o la formula di Colebrook-White per tenere conto della rugosità: 1/√λ = -2log(ε/(3,7D) + 2,51/(Re√λ)).
Le resistenze locali comprendono raccordi (curve, raccordi a T), valvole, rubinetti, saracinesche, filtri. Ciascun elemento aumenta la perdita di carico del 5-15% della pressione dinamica. Per calcoli accurati vengono utilizzati i coefficienti di resistenza locale ξ.
Per un sistema di riscaldamento, il diametro viene selezionato in base al carico termico e alla differenza di temperatura. Tipicamente, per una casa privata vengono utilizzati tubi con un diametro di 20-40 mm e per una casa a più piani 50-150 mm. È importante tenere conto della minore viscosità dell'acqua calda.
La pressione della pompa richiesta viene calcolata come la somma dell'altezza di sollevamento geometrica, della perdita di pressione nella tubazione e della resistenza locale, più un margine del 10-15%. H = Hgeom + ΔP/ρg + Nlocale + Nriserva. Per un edificio residenziale normalmente è richiesta una prevalenza di 30-50 m.
Sì, ma è importante scegliere il giusto tipo di plastica. I tubi in polipropilene (PPR) con rinforzo sono adatti per acqua calda fino a 95°C. I tubi in polietilene (PE) e PVC non sono adatti per l'acqua calda: si deformano a temperature superiori a 60°C.
Per una casa privata, il diametro viene calcolato in base al numero di punti d'acqua e al flusso di punta. Tipicamente, vengono utilizzati tubi con un diametro di 15-25 mm per i rami e 25-32 mm per quello principale. Con una portata di 0,05 m³/s (50 l/s) e una velocità di 2 m/s è necessario un diametro della tubazione di circa 180 mm.
Formule di base: equazione di continuità Q = A×V, formula di Darcy-Weisbach per la perdita di pressione, numero di Reynolds Re = ρVD/μ, formula di Hazen-Williams per calcoli rapidi: V = 0,849C×R^0,63×S^0,54, dove C è il coefficiente di rugosità.
Si consiglia di scegliere un diametro con un margine del 10-15% del valore calcolato. Ciò compensa le perdite nei raccordi, possibili blocchi, futuri aumenti di carico e garantisce un funzionamento stabile del sistema in condizioni operative non standard.
Il diametro interno (Din) è il diametro della sezione di flusso del tubo, utilizzato per i calcoli idraulici. Diametro esterno (Dout) - la dimensione esterna del tubo, tiene conto dello spessore della parete. Per i calcoli viene sempre utilizzato il diametro interno: Din = Dout - 2×S, dove S è lo spessore della parete.
In un sistema con rami paralleli, la perdita di carico in ciascun ramo è la stessa, ma il flusso è distribuito proporzionalmente alla resistenza. Per le sezioni successive le perdite vengono sommate. Utilizzare il principio della lunghezza equivalente o il metodo del bilanciamento dei costi.
Diametri standard dei tubi dell'acqua: 15, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125, 140, 160, 200, 250, 315, 400 mm. Per tubi in acciaio: 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200 mm. Il diametro viene selezionato in base alla portata e alla portata.
La perdita di pressione è proporzionale alla lunghezza della tubazione secondo la formula di Darcy-Weisbach. Per ogni 100 m di lunghezza in condizioni standard si aggiungono 0,1-0,3 bar di perdita. Pertanto è importante ridurre al minimo la lunghezza della tubazione e utilizzare tratti rettilinei senza curve.
La portata viene calcolata come somma delle portate di tutti i punti di prelievo acqua, tenendo conto del fattore di contemporaneità. Per gli edifici residenziali, il coefficiente di simultaneità è 0,6-0,8. Consumo di un punto: rubinetto - 0,2 l/s, WC - 0,1 l/s, doccia - 0,15 l/s, lavatrice - 0,3 l/s.
I tubi in acciaio hanno perdite di carico superiori del 30-50% rispetto ai tubi in plastica a causa della maggiore rugosità (0,045 mm contro 0,0015 mm). Nelle stesse condizioni, un tubo di plastica con un diametro di 100 mm ha una perdita di 0,14 bar, un tubo di acciaio - 0,2 bar per 100 m di lunghezza.
Per un pozzo, il diametro viene selezionato in base alla portata del pozzo e alla portata richiesta. Tipicamente, per pozzi privati vengono utilizzati tubi con un diametro di 25-50 mm e per pozzi industriali 100-200 mm. È importante tenere conto delle perdite nel tubo di aspirazione e della pressione della pompa richiesta.
La pendenza idraulica viene calcolata come il rapporto tra la perdita di pressione e la lunghezza della tubazione: i = ΔH/L = (λ×V²)/(2g×D), dove ΔH - perdita di pressione (m), L - lunghezza (m), λ - coefficiente di attrito, V - velocità (m/s), g - accelerazione gravitazionale (9,81 m/s²), D - diametro (m).
La scelta del diametro è influenzata da: portata d'acqua richiesta, velocità di flusso consentita (1,5-2,5 m/s), perdita di carico consentita (0,2-0,3 bar per 100 m), materiale del tubo, lunghezza della tubazione, numero di punti d'acqua, picco di flusso, presenza di una pompa e sue caratteristiche.
Viene verificata la correttezza del calcolo: la velocità del flusso deve essere compresa tra 1,5-2,5 m/s, la perdita di carico non deve superare 0,2-0,3 bar per 100 m, il numero di Reynolds deve corrispondere al regime di flusso, il diametro deve essere compreso nell'intervallo standard, la portata deve corrispondere a quella richiesta.
Per un sistema antincendio, il diametro viene calcolato in base alla portata d'acqua necessaria per estinguere l'incendio (solitamente 5-10 l/s per punto) e al numero di punti contemporaneamente. Utilizzare tubi con diametro di 65-150 mm per la linea principale e 50-80 mm per le diramazioni. È importante garantire una pressione sufficiente.
La formula base per calcolare il diametro: D = √(4Q/πV), dove Q è la portata (m³/s), V è la velocità (m/s). Per verificare, utilizzare la formula del flusso: Q = πD²V/4. Per perdita di pressione: ΔP = λ×(L/D)×(ρV²/2). Il diametro è arrotondato al valore standard più vicino.