Gasilska zveza Mežiške doline Tečaj za strojnike marec 2010 HIDROMEHANIKA. Mirko Paradiž

Transcript

1 Gasilska zveza Mežiške doline Tečaj za strojnike marec 2010 HIDROMEHANIKA Mirko Paradiž 1

2 Vsebina tečaja 1.0. Aerostatika -Kaj je pritisk -Enote za pritisk -Naprave za merjenje pritiska -Kaj je podtlak - Zrak in zračni pritisk 2

3 Vsebina tečaja 2.0. Hidrostatika - tekočine - voda kot najbolj razširjena tekočina - hidrostatični pritisk - zakon veznih posod - višina vodnega stebra - vpliv toplote na vodo 3

4 Vsebina tečaja 3.0. HIDRODINAMIKA - Kaj je pretok - Enačba kontinuitete - Bernoulijeva enačba - Impulzni stavek - Ejektorski učinek - Upori pretakanja tekočin - Hidraulični udar - Piezometrična črta 4

5 Vsebina tečaja 4.0. UPORABA V GASILSTVU - Padec pritiska pri pretakanju - Delovanje ročnika za gašenje - Pretok vode skozi ročnik - Kaj je sesalna višina - Dobavna količina motorne črpalke 5

6 1.1. PRITISK Pritisk je stanje v katerem se nahaja snov. Brez snovi ni pritiska. Imenujemo ga tudi tlak, presure, druck Mednarodni znak za pritisk je p P=F / A F.. Sila s katero deluje telo na ploskev A..Površina ploskve na katero deluje sila 6

7 F A F p A p A F 7

8 ENOTE ZA PRITISK Enote v uporabi - 1Pa (Paskal)=1 N/m 2-1Pa (Paskal)=10-5 bar, 1bar= Pa - 1bar=1,0197 at - 1bar=0,9868 atm - 1N/mm 2 = 10 6 Pa Enote, ki niso več v uporabi - 1 kp/cm 2 =1at=0, Pa - 1 mmws=9,8 Pa - 1 torr=1 mm Hg, - 1atm=760 torr 8

9 ATMOSFERSKI TLAK Pritisk zraka 1 atm =pritisk zraka na morski gladini pri 15 o C in povprečni vlažnost Vakum je stanje brez pritiska (0 bar, 0 atm) Pritisk zraka in temperatura z nadmorsko višino padata: 0 km 15,0 o C 1,00 atm 1 km 8,5 o C 0,89 atm 2 km 2,0 o C 0,78 atm 8 km -37,0 o C 0,35 atm 9

10 [Pa] središče Sonca t l a k središče Zemlje najvišji tlak dosežen v laboratoriju krvni tlak (tlak nad atm. tlakom) atmosferski tlak najboljši vakuum ustvarjen na Zemlji 10

11 MANOMETRI Manometer imenovan Burdonova cev V spiralo zvita cev je napolnjena s tekočino pod pritiskom, ki želi cev izravnati. Manovakummetri so naprave zamerjenje podtlaka 11

12 manometer Princip merjenja pritiska p 0 nivo 2 p h p nivo 1 p p gh 0 p p p gh 0 razlika tlakov višinska razlika med gladinama 12

13 Hidrostatični tlak p0 Ali tlak mirujočih tekočin p= p o +ρ gh (Pa)ali MWS h višina vodnega stebra v m ρ.specifična gostota Voda 1 kg/dm 3 h zrak.1,2 kg/m 3 živo srebro 13,6 kg/dm 3 Olje 0,8 kg/dm 3 g=zemeljski pospešek =9,81 m/s 2 13

14 Pritisk v mirujočih tekočinah A2 F2 p F1 A1 Pritisk v mirujočih tekočinah je enak v vsakem delu posode in deluje v vseh smereh v vsaki točki tekočine. Pritisk nima smeri,saj deluje v vseh smereh. Pritisk v tekočini povzročajo zunanje sila, pritisk tekočine pa po zakonu akcije in reakcije deluje na stene posode. 14

15 ZAKON VEZNIH POSOD Vezna posoda Posodo, ki ima med seboj povezana dva ali več krakov, imenujemo vezna posoda. Če v odprto vezno posodo nalijemo tekočino, je nivo v vseh krakih vezne posode enak. 15

16 S 1 S 2 PASCALOVO NAČELO F 1 F 2 sila tekočine na bat F B sila bremena na bat bat je v ravnovesju: F 2 = F B tlak pod levim batom se poveča: p F 1 S 1 Pascal poveča se tlak pod drugim batom: p F 2 S 2 16

17 PRETOK TEKOČINE v1 p1 A1 s1 v2 p2 A2 Q Pretok je količina tekočine, ki steče skozi presek v časovni enoti Znak za pretok je Q Q=V/t Q=A x v V volumen v m3 t čas v s A presek cevi v m2 v...hitrost pretakanja v m/s Enota za pretok: m3/s 17

18 Kontinuiteta pretoka Pretok skozi zaprto cev se ne spreminja Zmanjšanje preseka pomeni istočasno povečanje hitrosti Q 1 = Q 2 A 1 x v 1 =A 2 x v 2 18

19 Energijska enačba za tekočine Imenuje se tudi Bernoullijeva enačba p 1 +ρgz 1 + ρv 12 /2 =p2+ ρgz 2+ ρv 22 /2 Vsota energij se ohranja. To pomeni, Da je vsota energij v točki 1 enaka vsoti energij v točki 2. Wp potencialna energija = ρgh Wt tlačna energij = p Wk kinetična energija = ρv 2 /2 19

20 BERNOULLIJEVA ENAČBA t y v 1 p 1 V V v 2 p 2 zakon o ohranitvi energije: 1 2 p1 v1 gy p2 v2 gy 2 2 t+ t y L x 1 2 p v gy 2 konst y 2 y 1 x 20

21 Ventourijeva cev Ker se presek cevi na mestu A2 zmanjša, se poveča hitrost tekočine. Zaradi večje hitrosti se na tem mestu zmanjša pritisk v tekočini. Zmanjšanje je lahko tako veliko, da pride do sesanja. 21

22 Injektorski učinek Zaradi povečanja hitrosti skozi šobo (večja kinetična energija) se je zmanjšal na tistem mestu statični pritisk, kar povzroči da se plin iz okolice, ki je pod večjim pritiskom vdre v curek tekočine. To je princip delovanja vodne črpalke Injektorski učinek se koristi za: Medmešalce Ročnike za peno Injektorske sesalke pri MB 22

23 p1 p0 23

24 Impulzni stavek v1 ß1 F Pretok tekočine ob vsaki spremembi smeri povzroči silo na oviro, ki mu spreminja smer ß2 v2 F=ρQv(cosβ 1 + ρqv(cosβ 2 ) Tako se lahko izračuna sila, ki hoče poravnati ukrivljene cevi. 24

25 Pretočni upor tekočine p0 p0 Zaradi trenja med steno cevi in tekočino prihaja do upora v cevi in s tem izgube pritiska Sila upora: F=η*S*v/d Izguba tlaka Δp=λ*l*ρ*v 2 /d i λ torni koeficient tekočin l dolžina cevi d i.premer cevi 25

26 Laminarni in turbulentni tok Laminarni tok ima vzporedne namišljene tokovnice. Upor pretakanja je majhen. Turbulentni tok je vrtinčast, značilen za velike hitrosti. 26

27 Pretočni upor tekočine Laminarno pretakanje tekočine je enakomerno, brez mešanja. λ lam =64/Re Re<2320Reynoldsovo število) Turbolentno pretakanje Re>2320 λtur=0,316/re 1/4 Tekočina se meša in vrtinči in upor pretakanja je večji Re=v*d/ν ν. Kinematična vizkoznost tekočine enota je cst (centistokes) Težka olja so bolj viskozna: cst 27

28 Pretočni upor tekočine Podobnost z elektriko: Q= Δp/R p Q pretok I=U/R p pritisk R.upor I elekt. Tok U napetost 28

29 Pretočni upor tekočine Padci pritiska pri pretakanju tekočin - v cevi(ravni) - v krivini -v armaturah (ventilih, ročniku) - pri dviganju na višino Manjša kot je hitrost pretakanja, manjši je pretok, manjši so upori oziroma tlačne izgube. Pretok: Hitrost(B cev) Izguba (C cev) Izguba 400 l/min 1,51m/s 0,4 bar 3,12 m/s 2,5 bar 800 l/min 3,03 m/s 1,4 bar

30 Tlačna, sesalna in dobavna višina Dobavna višina je vsota sesalne in tlačne višine Geodetska sesalna in tlačna višina sta manjši od manometrične višine za vrednost izgub Teoretično je H g,s = 10m Praktično je H g,s <7,5 m Sesalna višina z nadmorsko višino in tudi s temperaturo pada 30

31 Trojna točka vode Voda ima tri agregatna stanja, ki so v eni točki v ravnovesju p VODA 1,03 0,31 LED PARA 0,06 0 0, c 31

32 Vpliv toplote sesalno višino Voda hlapi tudi pri temperaturi,ki je nižja od vrelišča Delni tak pare v zaprtem prostoru nad tekočino narašča dokler se nad tekočino ne ustvari nasičen parni tlak, ki je odvisen od temperature. Pri višji temperaturi je hlapenje intenzivnejše in ustvari se nasičen parni tlak vode, ki nasprotuje zunanjemu tlaku zato ta težje potisne vodo v sesalno cev- Nasičen parni tlak vode: 10 o C 0,0125 bar 0,125 mvs 20 o C 0,0240 bar 0,240 m 40 o C 0,0750 bar 0,750 mvs 50 o C 0,2000 bar 2,000 mvs 100 o C 1,0300 bar 10,000 mvs 32

33 Praktična sesalna višina Nadmorska višina: 600 m Zračni pritisk: 941 hpa (0,941 bar) Temperatura vode 30 o C Teor. sesalna višina. pri 4 o C 941:100= 9,41 m Odvzem pri 30 o C: - 0,43 m Izgube v sesalnih ceveh. - 1,38 m Praktična sesalna višina: 7,60 m 33

34 Hidraulični udar Kadar v cevi po, kateri se pretaka tekočina, nastopi hitra (nenadna) sprememba pretoka, pritiska ali smeri pride do hitrega in močnega porasta pritiska, ki mu pravimo hidravlični udar. V gasilstvu je to pogosto pri sunkovitem zapiranju zasunov, ko se pretok hipoma ustavi. Zato zasune zapiramo počasi. Raje uporabljamo armature z ventili. Kjer pričakujemo hidravlični udar ali drug porast pritiska vgradimo v sistem varnostni ventil (omejevalec pritiska)- 34

35 35

36 36

37 Naloge: Pretok skozi ročnik Ročnik z ustnikom Φ12mm bomo uporabili za gašenje objekta na oddaljenost 33 m. Kolikšen pretok vode mu moramo priskrbeti? L=33 m, Φ=12 mm; p=? Str 187 p=8 bar P=8 bar, Φ=12 mm; Q=270 l/min Q=? Str180 37

38 Naloge: Domet ročnika Ročnik z ustnikom Φ=16mm ima priključen manometer, ki kaže, da ima hidrant pritisk 80 m VS. 1. Kolikšen je pretok vode skozi ročnik? 2. Kolikšna je hitrost iztekanja vode iz ročnika? 3. Kakšen je domet curka iz ročnika? 1. Φ=16mm, p=80 mvs=8 bar; Q=?, str 180 Q=480 l/min 2. v= 2gh = (2*10*80) = 1600 =40 m/s 3. Φ=16mm, p= 8 bar, L=?; str 187 L=38 m 38

39 Naloge: Izgube pritiska v ceveh Črpalka dobavlja vodo pretoka 400 l/min po B cevi dolžine 210m do trojaka in od trojaka naprej po C cevi do ročnika.kolikšna je izguba tlaka v B in kolikšna v C cevi? Q=400 l/min; B cev(75 mm)=210 m; Δp=? Q=400 l/min; C cev(52 mm)=150 m; Δp=? 1. str.190, Δp=0,77 bar 2. str.191, Δp=3,45 bar 39

40 Naloge: Obremenitev brizgalne Na daljavo 27 m gasimo z dvema ročnikoma d=12mm. Oba napada sta na ravnini priključena na trojak s C cevema dolžine 60m. B cev od črpalke do trojaka je dolga 210m in se dvigne za 25 m. Sesalna višina črpalke je 1,5m. Kolikšna je dobavna količina(pretok) in kolikšna manometrična dobavna višina brizgalne? 1. L=27 m; d=12 mm; p=5 bar 2. D=12 mm (2x); p=5 bar; Q=2x215 l/min=430l/min 3. Δproč=5 bar; Δpb=1,04bar; Δpc=0,40bar; Δph=2,5bar 4. Δp=5,00+1,04+0,40+2,50=8,94 bar 5. H man =89,4+1,5=90,9 mvs 40

41 41

42 42

43 43

44 44

45 KONEC Hvala za pozornost 45