Hidraulica teurilor la instalaţiile sanitare şi la instalaţiile de încălzire centrală

T-idom
Majoritatea sistemelor de instalaţii sanitare (apă rece şi apă caldă), respectiv a instalaţiilor de încălzire centrală, sunt realizate în concepţia distribuţiei ramificate, în cadrul căruia majoritatea opţiunilor este pentru sisteme de distribuţie cu teuri.

Sistemele de distribuţie al instalaţiilor sus-amintite, pot fi realizate în mai multe concepţii, atât ca tehnologie, cât şi ca geometrie. Majoritatea valorilor rezistenţelor hidraulice în sistemele sus-amintite se datorează fitingurilor, însă acest articol analizează detaliat sistemele de ramificaţii cu teuri şi valorile pierderilor de presiune locale, generate de acestea. Calculele prezentate în acest articol se referă la case de locuit sau blocuri mai mici de locuinţe şi analiza pierderilor de presiune este axată pe analiza pierderilor locale  generate de teuri.

Hidraulica

În zilele noastre, atât la sistemele de instalaţii sanitare, cât şi la cele de încălzire centrală, tehnologiile de lucru utilizează în majoritatea cazurilor ţevi din cupru sau din plastic multistrat, dar se menţine încă şi obiceiul realizării instalaţiilor din ţevi de oţel. Din punct de vedere hidraulic, sistemele de instalaţii pot fi realizate în modul cel mai eficient (dpdv al rezistenţelor hidraulice) din ţevi de cupru. Următoarea opţiune este utilizarea ţevilor din plastic, iar ultima opţiune este oţelul. Această clasificare decurge din valoarea rugozităţii pereţilor interiori ai diferitelor tipuri de ţevi. Valorile rugozităţilor ţevilor sunt publicate de fiecare fabricant în broşurile lor tehnice, referitoare la fiecare produs în parte. Din punct de vedere al rezistenţelor specifice la curgere, dintre toate tehnologiile aplicate, cele mai eficiente sunt cele cu ţevi din cupru, urmate de cele din oţel. Din ultima categorie fac parte ţevile din plastic.

Această clasificare se bazează pe valoarea coeficientului local de pierdere de presiune (ζ). Cu cât acest coeficient este de valoare mai mică, cu atât este mai mică rezistenţa hidraulică al fitingului la care se referă.

 egyenlet1.jpg   [Pa],

egyenlet1.jpg

Valoarea pierderilor locale de presiune este egală cu valoarea coeficientului local de presiune, înmulţită cu presiunea dinamică (conform formulei) în care:

ζ-coeficientul pierderilor locale 

ρ-densitatea agentului termic

w-viteza de curgere a agentului termic

tablazat.jpg

 

Valoarea coeficientului local de pierdere de presiune este dată de fiecare producător de fitinguri în parte. Aceste valori pot fi găsite şi în îndrumătoarele de proiectare editate de către producătorii sistemelor de instalaţii.

În tabelul următor sunt prezentate aceste valori referitoare la teurile în regim de separaţie al debitului transportat.

La ţevile multistrat, valoarea relativ mare al coeficienţilor de pierderi locale se datorează micşorării semnificative ale secţiunilor generate de către fiting. Există şi fitinguri la care secţiunea interioară este aproape identică cu secţiunea ţevilor racordate.

Din păcate, de multe ori producătorii nu publică valorile coeficienţilor locali de pierdere de presiune, de aceea vă recomandăm să utilizaţi valorile estimative din tabelul 1.

În cursul efectuării calculelor valorilor rezistenţelor hidraulice, trebuie să cunoaştem valoarea vitezelor de curgere în diferitele ramificaţii. Fitingurile (deci şi teurile) cedează (<) căldură sau absorb (>) căldură. Având în vedere faptul, că aceste fitinguri au o suprafaţă foarte redusă de schimb de căldură şi diferenţa de temperatură între agentul termic intrat şi ieşit este nesemnificativă, putem considera că în fiting se realizează o curgere adiabatică. La calculul valorilor rezistenţelor hidraulice, trebuie să definim un debit masic de referinţă, în cadrul căruia cantitatea de apă transportată este constantă într-un anumit interval de timp. Conform legii continuităţii, calculul se realizează ţinând cont de viteza agentului termic în regim stabil de curgere în condiţii de densitate constantă.

 egyenlet2.jpg

 

Réz T-idom áramlási viszonyai

Fig. 1. Curgerea agentului termic într-un teu din cupru îmbinat prin lipire capilară

egyenlet2.jpg

 

Ötrétegű T-idom áramlási viszonyai

Fig. 2.  Curgerea într-un fiting al unui sistem din ţevi de plastic, protejat la difuzia oxigenului

Este de menţionat faptul că valoarea pierderilor de presiune rezultate din pierderile locale ale fitingurilor, se referă la diametrul ţevii prin care viteza de curgere are valoarea de w.

Producătorii emit tabele cu valorile sus-amintite, pe baza valorilor măsurate ale rugozităţii ţevilor lor.

Fig. 1. arată curgerea într-un fiting T -lipit cu metoda lipirii capilare- în regim de curgere de separaţie a debitelor. Având în vedere că secţiunile ramurilor teului sunt egale, în zona îmbinărilor nu apar turbulenţe de curgere – turbulenţa apare numai la schimbarea direcţiei curgerii.

Fig. 2. arată curgerea unui agent termic protejat de difuzia oxigenului, cu teul îmbinat prin tehnologia presfiting, în regim de separaţie.

La aceste fitinguri, în zonele îmbinărilor apar turbulenţele agentului termic, aceste turbulenţe sunt mari consumatoare de energie, energie-care este absorbită din energia de transport al agentului termic.

În concluzie putem spune că, în cazul sistemelor ramificate cu teuri din cupru şi ţevi din cupru, diametrele necesare pentru transportul agentului termic, sunt mai mici decât diametrele necesare ale aceluiaşi sistem realizat cu fitinguri T şi cu ţevi din plastic. Deoarece, pierderile de presiune la sistemul din ţevi de plastic sunt semnificativ superioare valorilor pierderilor de presiune de la sistemele realizate din cupru, pentru acelaşi debit transportat, va fi nevoie de diametru mai mare, dacă lucrăm cu ţevi din plastic, şi de diametru mai mic şi mai economic, în cazul utilizării ţevilor din cupru. Această concluzie este valabilă atât pentru sistemele de instalaţii sanitare, cât şi pentru cele de încălzire centrală.

Diagramele din Fig. 3. şi 4. au fost realizate pe baza valorilor coeficienţilor din Tabelul 1. Curbele ilustrează valoarea căderilor de presiune în funcţie de debitul volumic. Diagramele ilustrează perfect diferenţele dintre tehnologiile de cupru şi de plastic. Din diagrame rezultă că, fitingurile ţevilor din plastic produc căderi mai mari de presiune, decât fitingurile sistelor de ţevi de cupru – în cazul în care alegem să lucrăm cu ţevi din plastic, trebuie să fim conştienţi de faptul că, va fi nevoie să utilizăm diametre mai mari. În Fig. 4 este ilustrată rezistenţa locală al unui fiting T utilizat la sistemele din ţevi de plastic DM 15, valoare mult mai mare dât valoarea rezistenţei locale ale aceluiaşi fiting, care aparţine instalaţiei din cupru.

Graficele se referă la curgerea în regim de separaţie, în mod evident, la regimul de împreunare, valorile coeficienţilor vor fi diferite.

În concluzie, putem spune că la utilizarea ţevilor din cupru şi al fitingurilor aferente, rezintenţele hidraulice ale fitingurilor sunt semnificativ mai mici, decât valorile rezistenţelor hidraulice generate de instalaţiile din ţevi de plastic.

fig_3.jpg

Fig. 3. Rezistenţele hidraulice ale teurilor în regim de separaţie, 2/1

fig_4.jpg

Fig. 4. Rezistenţele hidraulice ale teurilor în regim de separaţie, 2/2

Concluzii

La proiectarea instalaţiilor de ţevi este important să ţinem cont de concluziile hidraulice, în cazul alegerii tehnologiei. La instalaţiile sanitare şi de încălzire centrală, în general se lucrează cu sisteme de distribuţie în regim ramificat cu teuri. În general, la aceste sisteme lungimea tronsoanelor între două puncte de ramificaţie este relativ scurtă (de ex. instalaţiile în baie). La aceste aplicaţii este indicat să lucrăm cu soluţii economice. De multe ori instalatorii calculează numai lungimea totală a ţevilor necesare, dar neglijează costurile de investiţie care se referă la fitinguri şi la utilizarea permanentă. Este de preferat utilizarea instalaţiilor din ţevi de cupru, deoarece prin lipirea capilară a fitingurilor, se pot realiza sisteme perfecte din punct de vedere hidraulic, iar costurile cu fitinguile sunt cu zece ori mai reduse. În cazul traseelor foarte lungi, poate că va trebui să luăm altă decizie. La compararea sistemelor, atât la instalaţiile sanitare, cât şi la instalaţiile de încălzire centrală, nu este suficient să comparăm lungimea traseelor, trebuie să comparăm şi numărul fitingurilor şi valorile pierderilor locale de presiune generate de acestea.

Prezentul articol a analizat numai sistemele ramificate cu teuri, dar este de menţionat faptul, că în unele cazuri se pot realiza şi alte tipuri de sisteme de distribuţie. Pe această cale dorim să-i aducem mulţumiri D-lui prof. dr. Garbai László pentru contribuţia la editarea acestui articol.

Autor: Gergely Dániel Zoltán

Bibliografie:

1.)     Bohl, Willi: Műszaki áramlástan. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983

2.)     Cséki István: Épületek vízellátása, csatornázása. Ötödik, átdolgozott kiad. Skandi-Ealdi Könyvkiadó, Budapest, 1998

3.)     Cséki István: Épületgépészeti tervezési segédlet rézcsöves szerelésekhez. Magyar Rézpiaci Központ, Budapest, 2008.

4.)     Garbai László: Hidraulikai számítások az épületgépészetben és az energetikában. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2007.

5.)     Gruber József, dr.- Blahó Miklós, dr.: Folyadékok mechanikája. Tankönyvkiadó, Budapest, 1956

6.)     Jauschowetz, Rudolf: Hidraulika, a melegvízfűtés szíve. Herz Armaturen Ges.m.b.H., 2007.

7.)     Vinkler Károly: Kézben tartott áramlás. PI Innovációs kft., 2012

8.)     Lajos Tamás.: Az áramlástan alapjai. 4. átdolgozott és bővített kiadás. Dr. Lajos Tamás, Budapest, 2008.

Share >

Ştiri, actualităţi
kep_3.jpg
În trecut, ca și în prezent, instalațiile din contrucții au fost legate între ele prin conducte. Conductele fac parte din viața noastră cotidiană, deoarece prin ele ajunge la noi sursa indispensabilă vieții, apa potabilă. Putem alege dintre numeroși producători renumiți, dintr-o gamă atât de largă de produse, încât ne este foarte greu să alegem. La baza articolului stă un studiu prezentat la Universitatea Pollack Mihály din Pécs (Ungaria), Facultatea de Inginerie Mecanică.
19/05/2016