¿Qué más se tiene en cuenta al calcular el gasoducto?
Como resultado de la fricción contra las paredes, la velocidad del gas sobre la sección de la tubería es diferente: es más rápida en el centro. Sin embargo, el indicador promedio se usa para los cálculos: una velocidad condicional.
Hay dos tipos de movimiento a través de tuberías: laminar (chorro, típico de tuberías de pequeño diámetro) y turbulento (tiene una naturaleza de movimiento desordenado con formación involuntaria de vórtices en cualquier parte de una tubería ancha).
Cálculo del diámetro de la tubería principal de suministro de gas.
El gas se mueve no solo por la presión externa que se ejerce sobre él. Sus capas ejercen presión entre sí. Por tanto, también se tiene en cuenta el factor de carga hidrostática.
La velocidad de movimiento también está influenciada por los materiales de la tubería. Entonces, en las tuberías de acero durante el funcionamiento, la rugosidad de las paredes internas aumenta y los ejes se estrechan debido al crecimiento excesivo. Las tuberías de polietileno, por otro lado, aumentan de diámetro interno al disminuir el espesor de la pared. Todo esto se tiene en cuenta a la presión de diseño.
Características del sistema de calefacción doméstica de dos tuberías de cálculo, diagramas e instalación.
Incluso a pesar del proceso de instalación relativamente simple y la longitud relativamente pequeña de la tubería en el caso de los sistemas de calefacción de una tubería, en el mercado de equipos especializados, los sistemas de calefacción de dos tuberías todavía permanecen en las primeras posiciones.
Aunque es una lista breve, pero muy convincente e informativa de las ventajas y beneficios de un sistema de calefacción de dos tubos, justifica la compra y posterior uso de circuitos con línea directa y de retorno.
Por ello, muchos consumidores lo prefieren a otras variedades, haciendo la vista gorda ante el hecho de que la instalación del sistema no es tan sencilla.
¿Por qué necesitas un diagrama axonométrico?
Un diagrama axonométrico es un dibujo tridimensional de un sistema de calefacción. Simplemente no es realista hacer un cálculo hidráulico de calefacción sin él. El dibujo indica:
- tubería;
- lugares para reducir el diámetro de las tuberías;
- colocación de intercambiadores de calor y otros equipos;
- lugares de instalación de accesorios de tuberías;
- volumen de la batería.
El penofol se utiliza a menudo como aislamiento. Sus características técnicas permiten su uso incluso a altas temperaturas, por ejemplo, en una sala de vapor.
Escribimos sobre cómo aislar adecuadamente el techo del garaje en este artículo.
Su potencia térmica depende del tamaño de las baterías, que debería ser suficiente para calentar cada habitación. Para elegir radiadores, necesita conocer la pérdida de calor. Cuanto más grandes son, se necesitan intercambiadores de calor más potentes. La axonometría se realiza con respecto a la escala.
Cómo trabajar en EXCEL
El uso de tablas de Excel es muy conveniente, ya que los resultados de los cálculos hidráulicos siempre se reducen a forma tabular. Basta definir la secuencia de acciones y preparar fórmulas exactas.
Entrada de datos iniciales
Se selecciona una celda y se ingresa un valor. El resto de la información simplemente se tiene en cuenta.
- el valor D15 se recalcula en litros, por lo que es más fácil percibir el caudal;
- celda D16: agregue formato de acuerdo con la condición: "Si v no cae dentro del rango 0.25 ... 1.5 m / s, entonces el fondo de la celda es rojo / la fuente es blanca".
Para tuberías con una diferencia en las alturas de entrada y salida, la presión estática se agrega a los resultados: 1 kg / cm2 por 10 m.
Presentación de resultados
El esquema de color del autor tiene una carga funcional:
- Las celdas de color turquesa claro contienen datos sin procesar; puede cambiarlos.
- Celdas de color verde pálido: constantes que se deben ingresar o datos que están poco sujetos a cambios.
- Celdas amarillas: cálculos preliminares auxiliares.
- Celdas de color amarillo claro: resultados del cálculo.
- Fuentes: azul - datos iniciales;
- negro: resultados intermedios / no principales;
- rojo: los resultados principales y finales del cálculo hidráulico.
Resultados en tabla de Excel
Ejemplo de Alexander Vorobyov
Un ejemplo de un cálculo hidráulico simple en Excel para una sección horizontal de una tubería.
- longitud de la tubería 100 metros;
- ø108 mm;
- espesor de pared 4 mm.
Tabla de resultados de cálculo de resistencia local
Al complicar los cálculos paso a paso en Excel, es mejor que domine la teoría y ahorre parcialmente en el trabajo de diseño. Gracias a un enfoque competente, su sistema de calefacción será óptimo en términos de costos y transferencia de calor.
Nomogramas para cálculos de tuberías hidráulicas
Para verificar la pérdida de presión en un área determinada, las lecturas del manómetro se comparan con datos tabulares, o se guían por la dependencia funcional del caudal de fluido en los cambios de voltaje (con un diámetro constante).
Por ejemplo, se utiliza una rama con radiadores de 10 kW. El consumo de líquido se calcula para la transferencia de energía térmica al nivel de 10 kW. Se tomó como sección calculada un corte de la primera batería en la rama. Su diámetro es constante. La segunda sección se encuentra entre la 1ª y la 2ª batería. En el segundo tramo, el consumo de energía consumida es de 9 kW con una posible reducción.
El cálculo de la resistencia hidráulica se realiza antes de las tuberías de retorno y suministro, esto se ve facilitado por la fórmula:
G uch = (3.6 * Q uch) / (c * (t r-t o)),
donde Q uch es el nivel de carga térmica del sitio, (W). La carga de calor para 1 sección es de 10 kW;
с - (indicador de la capacidad calorífica específica del líquido) constante igual a 4,2 kJ (kg * ° С);
t r es el régimen de temperatura del refrigerante caliente;
t o - régimen de temperatura del portador de calor frío.
Hidrocálculos de sistemas gravitacionales de calefacción: la velocidad de transporte del refrigerante
La velocidad mínima del refrigerante es 0,2-0,26 m / s. Con una disminución en el parámetro, se pueden liberar masas de aire en exceso del líquido, lo que lleva a la formación de bloqueos de aire. Esta es la razón del rechazo total o parcial del sistema de calefacción. El umbral superior de la velocidad del refrigerante es 0,6-1,5 m / s. No alcanzar la velocidad con los parámetros especificados puede generar ruido hidráulico. En la práctica, la velocidad óptima oscila entre 0,4 y 0,7 m / s.
Para cálculos más precisos, se utilizan los parámetros de materiales para la fabricación de tuberías, por ejemplo, para tuberías de acero, la velocidad del fluido varía en el rango de 0.26-0.5 m / s. Cuando se utilizan productos de polímero o cobre, se permite un aumento de la velocidad de hasta 0,26-0,7 m / s.
Cálculo de la resistencia de los sistemas de calefacción por gravedad: pérdida de presión.
La suma de todas las pérdidas debidas a la fricción hidráulica y la resistencia local se determina en Pa:
Ruch = R * l + ((p * v2) / 2) * E3,
- donde v es la velocidad de los medios transportados, m / s;
- p es la densidad del líquido, kg / m³;
- R es la pérdida de presión, Pa / m;
- l es la longitud utilizada para calcular las tuberías, m;
- E3 es la suma de todos los coeficientes de resistencia local en la sección equipada de las válvulas de cierre.
El nivel general de resistencia hidráulica está determinado por la suma de las resistencias de las secciones calculadas.
Hidrocálculo de sistemas de calefacción gravitacional de dos tubos: selección de la rama principal
Si el sistema hidráulico se caracteriza por el transporte asociado del refrigerante, para sistemas de dos tubos, debe seleccionar el anillo del elevador de carga máxima a través de los dispositivos de calefacción ubicados debajo. Para sistemas caracterizados por un movimiento sin salida del refrigerante, se requiere seleccionar el anillo del dispositivo de calentamiento inferior para los más cargados de los elevadores más distantes. Para las estructuras de calefacción horizontales, los anillos se seleccionan a través de las ramas más cargadas relacionadas con los pisos inferiores.
Calefacción con dos líneas
Una característica distintiva de la estructura de la construcción de un sistema de calefacción de dos tubos consta de dos ramales de tubos.
El primero conduce y dirige el agua calentada en la caldera a través de todos los dispositivos y dispositivos necesarios.
El otro recoge y retira el agua ya enfriada durante el funcionamiento y la envía al generador de calor.
En un diseño de sistema de una sola tubería, el agua, a diferencia de un sistema de dos tuberías, donde pasa a través de todas las tuberías de los dispositivos de calefacción con el mismo indicador de temperatura, sufre una pérdida significativa de las características necesarias para un proceso de calentamiento estable en el enfoque. a la parte de cierre del oleoducto.
La longitud de las tuberías y los costos directamente relacionados con ella aumentan doblemente al elegir un sistema de calefacción de dos tuberías, pero este es un matiz relativamente insignificante en el contexto de ventajas obvias.
En primer lugar, para la creación e instalación de una construcción de dos tubos de un sistema de calefacción, no se requieren en absoluto tuberías con un valor de diámetro grande y, por lo tanto, este o aquel obstáculo no se creará en el camino, como en el caso de un circuito de un solo tubo.
Todos los sujetadores, válvulas y otros detalles estructurales necesarios también son mucho más pequeños, por lo que la diferencia de costo será muy imperceptible.
Una de las principales ventajas de dicho sistema es que se puede montar cerca de cada una de las baterías del termostato y reducirá significativamente los costos y aumentará la facilidad de uso.
Además, las delgadas ramificaciones de las líneas de suministro y retorno tampoco interfieren en absoluto con la integridad del interior de la vivienda; además, simplemente pueden ocultarse detrás del revestimiento o en la propia pared.
Habiendo desmontado todas las ventajas y matices de ambos sistemas de calefacción en los estantes, los propietarios, por regla general, todavía prefieren elegir un sistema de dos tubos. Sin embargo, es necesario elegir una de varias opciones para dichos sistemas, que, en opinión de los propios propietarios, será la más funcional y racional de usar.
Como en la práctica, se considera la resistencia hidráulica del sistema de calefacción.
A menudo, los ingenieros tienen que calcular los sistemas de calefacción para grandes instalaciones. Tienen una gran cantidad de dispositivos de calefacción y muchos cientos de metros de tuberías, pero aún debe contar. De hecho, sin GH, no será posible elegir la bomba de circulación adecuada. Además, el GR le permite determinar si todo esto funcionará incluso antes de la instalación.
Para simplificar la vida, los diseñadores han desarrollado varios métodos numéricos y de software para determinar la resistencia hidráulica. Empecemos de manual a automático.
Fórmulas aproximadas para calcular la resistencia hidráulica.
La siguiente fórmula aproximada se utiliza para determinar las pérdidas por fricción específicas en la tubería:
R = 5104 v1,9 / d1,32 Pa / m;
Aquí, permanece una dependencia casi cuadrática de la velocidad del movimiento del fluido en la tubería. Esta fórmula es válida para velocidades de 0,1-1,25 m / s.
Si conoce el caudal del refrigerante, existe una fórmula aproximada para determinar el diámetro interior de las tuberías:
d = 0,75√G mm;
Una vez recibido el resultado, debe utilizar la siguiente tabla para obtener el diámetro nominal:
Lo más laborioso será el cálculo de resistencias locales en accesorios, válvulas y dispositivos de calefacción. Anteriormente mencioné los coeficientes de resistencia local ξ, su elección se realiza de acuerdo con las tablas de referencia. Si todo está claro con las esquinas y las válvulas de cierre, entonces la elección de KMS para tees se convierte en toda una aventura. Para dejar claro de lo que estoy hablando, veamos la siguiente imagen:
La imagen muestra que tenemos hasta 4 tipos de tees, cada uno de los cuales tendrá su propio CCM de resistencia local. La dificultad aquí radica en la elección correcta de la dirección del flujo de refrigerante. Para aquellos que realmente lo necesiten, les daré aquí una tabla con fórmulas del libro de D.O. Samarina "Cálculos hidráulicos de sistemas de ingeniería":
Estas fórmulas se pueden transferir a MathCAD o cualquier otro programa y calcular la CMC con un error de hasta el 10%. Las fórmulas son aplicables para velocidades de flujo de refrigerante de 0,1 a 1,25 m / sy para tuberías con un diámetro nominal de hasta 50 mm. Tales fórmulas son muy adecuadas para calentar casas de campo y casas privadas. Ahora veamos algunas soluciones de software.
Programas para el cálculo de la resistencia hidráulica en sistemas de calefacción.
Ahora en Internet puede encontrar muchos programas diferentes para calcular la calefacción, pagados y gratuitos. Está claro que los programas de pago tienen una funcionalidad más potente que los gratuitos y te permiten resolver una gama más amplia de tareas. Tiene sentido adquirir dichos programas para ingenieros de diseño profesionales. Para el lego que quiera calcular de forma independiente el sistema de calefacción en su hogar, los programas gratuitos serán suficientes. A continuación se muestra una lista de los productos de software más comunes:
- Valtec.PRG es un programa gratuito para calcular el suministro de agua y calefacción. Hay posibilidades de calcular suelos cálidos e incluso paredes cálidas.
- HERZ es toda una familia de programas. Se pueden utilizar para calcular sistemas de calefacción de una o dos tuberías. El programa tiene una presentación gráfica conveniente y la capacidad de dividirse en planos de planta. Existe la posibilidad de calcular las pérdidas de calor.
- Stream es un desarrollo nacional, que es un sistema CAD integrado que puede diseñar redes de ingeniería de cualquier complejidad. A diferencia de los anteriores, Stream es un programa de pago. Por lo tanto, es poco probable que un hombre común en la calle lo use. Está destinado a profesionales.
Hay varias otras soluciones. Principalmente de fabricantes de tuberías y accesorios. Los fabricantes perfeccionan los programas de cálculo de sus materiales y así, hasta cierto punto, los obligan a comprar sus materiales. Esta es una táctica de marketing y no tiene nada de malo.
Clasificación de gasoductos.
Los gasoductos modernos son un sistema completo de complejos de estructuras diseñadas para transportar combustible combustible desde los lugares de su producción hasta los consumidores. Por tanto, según su finalidad prevista, son:
- Tronco: para el transporte a largas distancias desde los sitios mineros hasta los destinos.
- Local: para recolectar, distribuir y suministrar gas a los objetos de asentamientos y empresas.
Se están construyendo estaciones de compresión a lo largo de las rutas principales, que son necesarias para mantener la presión de trabajo en las tuberías y suministrar gas a los puntos designados a los consumidores en los volúmenes requeridos, calculados de antemano. En ellos, el gas se purifica, se seca, se comprime y se enfría, y luego se devuelve al gasoducto bajo una cierta presión requerida para una determinada sección del paso de combustible.
Los gasoductos locales ubicados en asentamientos se clasifican:
- Por tipo de gas: natural, hidrocarburo licuado, mixto, etc., se puede transportar.
- Por presión: en diferentes partes del gas hay presión baja, media y alta.
- Por ubicación: exterior (calle) e interior, sobre el suelo y subterráneo.
Cálculo hidráulico de un sistema de calefacción de 2 tubos.
- Cálculo hidráulico del sistema de calefacción, teniendo en cuenta las tuberías.
- Un ejemplo de un cálculo hidráulico para un sistema de calefacción gravitacional de dos tubos
¿Por qué necesita un cálculo hidráulico de un sistema de calefacción de dos tubos? Cada edificio es individual. En este sentido, el calentamiento con la determinación de la cantidad de calor será individual. Esto se puede hacer mediante cálculo hidráulico, mientras que el programa y la tabla de cálculo pueden facilitar la tarea.
El cálculo del sistema de calefacción de la casa comienza con la elección del combustible, en función de las necesidades y características de la infraestructura del área donde se encuentra la casa.
El propósito del cálculo hidráulico, cuyo programa y tabla están en la red, es el siguiente:
- determinar la cantidad de dispositivos de calefacción que se necesitan;
- cálculo del diámetro y número de tuberías;
- determinación de la posible pérdida de calor.
Todos los cálculos deben realizarse de acuerdo con el esquema de calefacción con todos los elementos que están incluidos en el sistema. Se debe compilar previamente un diagrama y una tabla similares. Para realizar un cálculo hidráulico, necesitará un programa, una tabla axonométrica y fórmulas.
Sistema de calefacción de dos tubos de una casa privada con cableado inferior.
Un anillo más cargado de la tubería se toma como objeto de diseño, después de lo cual se determina la sección transversal requerida de la tubería, las posibles pérdidas de presión de todo el circuito de calefacción y el área de superficie óptima de los radiadores.
La realización de dicho cálculo, para el que se utilizan la tabla y el programa, puede crear una imagen clara con la distribución de todas las resistencias en el circuito de calefacción que existen, y también le permite obtener parámetros precisos del régimen de temperatura, consumo de agua. en cada parte de la calefacción.
Como resultado, el cálculo hidráulico debería generar el plan de calefacción más óptimo para su propia casa. No confíe únicamente en su intuición. La tabla y el programa de cálculo simplificarán el proceso.
Elementos que necesita:
¿Qué es el cálculo hidráulico y por qué es necesario?
El cálculo hidráulico (en adelante GR) es un algoritmo matemático, como resultado del cual obtenemos el diámetro de tubería requerido en este sistema (es decir, el diámetro interior). Además, quedará claro qué bomba de circulación debemos usar: se determinan la altura y el caudal de la bomba. Todo esto permitirá que el sistema de calefacción sea económicamente óptimo. Está hecho sobre la base de las leyes de la hidráulica, una sección especial de la física dedicada al movimiento y el equilibrio de los fluidos.
Ecuaciones básicas para el cálculo hidráulico de un gasoducto.
Para calcular el movimiento del gas a través de las tuberías, se toman los valores del diámetro de la tubería, el consumo de combustible y la pérdida de carga. Se calcula en función de la naturaleza del movimiento. Con laminar: los cálculos se realizan estrictamente matemáticamente de acuerdo con la fórmula:
Р1 - Р2 = ∆Р = (32 * μ * ω * L) / D2 kg / m2 (20), donde:
- ∆Р - kgm2, pérdida de carga debido a la fricción;
- ω - m / seg, velocidad del combustible;
- D - m, diámetro de la tubería;
- L - m, longitud de la tubería;
- μ - kg seg / m2, viscosidad del fluido.
En movimiento turbulento, es imposible aplicar cálculos matemáticos precisos debido a la naturaleza caótica del movimiento. Por tanto, se utilizan coeficientes determinados experimentalmente.
Calculado por la fórmula:
Р1 - Р2 = (λ * ω2 * L * ρ) / 2g * D (21), donde:
- Р1 и Р2 - presión al principio y al final de la tubería, kg / m2;
- λ - coeficiente de resistencia adimensional;
- ω - m / seg, velocidad media del gas sobre la sección de la tubería;
- ρ - kg / m3, densidad del combustible;
- D - m, diámetro de la tubería;
- g - m / seg2, aceleración de la gravedad.
Video: Conceptos básicos del cálculo hidráulico de gasoductos.
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Equilibrado hidráulico
El equilibrio de las caídas de presión en el sistema de calefacción se realiza mediante válvulas de control y cierre.
El equilibrado hidráulico del sistema se basa en:
- carga de diseño (caudal másico del refrigerante);
- datos de resistencia dinámica de los fabricantes de tuberías;
- el número de resistencias locales en el área considerada;
- Características técnicas de los herrajes.
Las características de ajuste (caída de presión, fijación, capacidad de flujo) se establecen para cada válvula. Según ellos, se determinan los coeficientes del flujo de refrigerante en cada tubo ascendente y luego en cada dispositivo.
La pérdida de presión es directamente proporcional al cuadrado del caudal de refrigerante y se mide en kg / h, donde
S es el producto de la presión específica dinámica, expresada en Pa / (kg / h), y el coeficiente reducido para las resistencias locales de la sección (ξpr).
El coeficiente reducido ξпр es la suma de todas las resistencias del sistema local.
¿Por qué es necesario calcular el gasoducto?
A lo largo de todos los tramos del gasoducto, se realizan cálculos para identificar lugares donde es probable que aparezcan posibles resistencias en las tuberías, cambiando la tasa de suministro de combustible.
Si todos los cálculos se realizan correctamente, entonces se puede seleccionar el equipo más adecuado y se puede crear un diseño económico y eficiente de todo el diseño del sistema de gas.
Esto le ahorrará indicadores innecesarios y sobrestimados durante la operación y los costos de construcción, que podrían ocurrir durante la planificación e instalación del sistema sin el cálculo hidráulico del gasoducto.
Existe una mejor oportunidad para seleccionar el tamaño deseado en la sección transversal y los materiales de la tubería para un suministro más eficiente, rápido y estable de combustible azul a los puntos planificados del sistema de gasoductos.
Se garantiza el modo de funcionamiento óptimo de todo el gasoducto.
Los desarrolladores reciben beneficios económicos mientras ahorran en la compra de equipos técnicos y materiales de construcción.
Se realiza el cálculo correcto del gasoducto, teniendo en cuenta los niveles máximos de consumo de combustible durante los períodos de consumo masivo. Se tienen en cuenta todas las necesidades industriales, municipales e individuales de los hogares.
Reseña del programa
Para la conveniencia de los cálculos, se utilizan programas de cálculo hidráulico de aficionados y profesionales.
El más popular es Excel.
Puede utilizar el cálculo en línea en Excel Online, CombiMix 1.0 o la calculadora de cálculo hidráulico en línea. El programa estacionario se selecciona teniendo en cuenta los requisitos del proyecto.
La principal dificultad para trabajar con tales programas es la falta de conocimiento de los conceptos básicos de hidráulica. En algunos de ellos, no hay decodificación de fórmulas, no se consideran las características de ramificación de tuberías y el cálculo de resistencias en circuitos complejos.
- HERZ C.O. 3.5 - calcula utilizando el método de pérdida de presión lineal específica.
- DanfossCO y OvertopCO: pueden contar los sistemas de circulación natural.
- "Flujo" (Potok): le permite aplicar el método de cálculo con una diferencia de temperatura variable (deslizante) entre los elevadores.
Es necesario aclarar los parámetros para ingresar datos sobre temperatura, en Kelvin / Celsius.
Cálculo del volumen de agua y la capacidad del tanque de expansión.
El volumen del tanque de expansión debe ser igual a 1/10 del volumen total de líquido
Para calcular las características de rendimiento de un tanque de expansión, que es obligatorio para cualquier sistema de calefacción de tipo cerrado, deberá lidiar con el fenómeno de un aumento en el volumen de líquido en él. Este indicador se evalúa teniendo en cuenta los cambios en las características básicas de rendimiento, incluidas las fluctuaciones en su temperatura. En este caso, cambia en un rango muy amplio, desde la habitación +20 grados hasta valores operativos en el rango de 50-80 grados.
Será posible calcular el volumen del tanque de expansión sin problemas innecesarios si utiliza una estimación aproximada que ha sido probada en la práctica. Se basa en la experiencia de operar equipos, según la cual el volumen del tanque de expansión es aproximadamente una décima parte de la cantidad total de refrigerante que circula en el sistema.
En este caso, se tienen en cuenta todos sus elementos, incluidos los radiadores de calefacción (baterías), así como la camisa de agua de la unidad de caldera.Para determinar el valor exacto del indicador deseado, deberá tomar el pasaporte del equipo en uso y encontrar en él los elementos relacionados con la capacidad de las baterías y el tanque de trabajo de la caldera.
Después de determinarlos, no es difícil encontrar un exceso de refrigerante en el sistema. Para esto, primero se calcula el área de la sección transversal de las tuberías de polipropileno y luego el valor resultante se multiplica por la longitud de la tubería. Después de resumir todas las ramas del sistema de calefacción, se les agregan los números de los radiadores y la caldera tomados del pasaporte. Luego se cuenta una décima parte del total.
Cálculo de los parámetros del refrigerante.
La cantidad de refrigerante en 1 m de tubería, dependiendo del diámetro.
El cálculo del refrigerante se reduce a la determinación de los siguientes indicadores:
- la velocidad de movimiento de las masas de agua a través de la tubería con los parámetros especificados;
- su temperatura promedio;
- consumo de medios asociado con los requisitos de rendimiento de los equipos de calefacción.
Las fórmulas conocidas para calcular los parámetros del refrigerante (teniendo en cuenta la hidráulica) son bastante complicadas e inconvenientes en el uso práctico. Las calculadoras en línea utilizan un enfoque simplificado que le permite obtener un resultado con un error aceptable para este método.
No obstante, antes de iniciar la instalación, es importante preocuparse por adquirir una bomba con indicadores no inferiores a los calculados. Solo en este caso existe la confianza de que los requisitos del sistema de acuerdo con este criterio se cumplen por completo y de que es capaz de calentar la habitación a temperaturas agradables.
Cálculo hidráulico de una tubería compuesta simple
,
Los cálculos de tuberías simples se reducen a tres tareas típicas: determinar la altura (o presión), el caudal y el diámetro de la tubería. Además, se considera la metodología para resolver estos problemas para una tubería simple de sección transversal constante.
Problema 1
... Dado: las dimensiones de la tubería y
la aspereza de sus paredes
, propiedades fluidas
, caudal de líquido Q.
Determine la altura requerida H (uno de los valores que componen la altura).
Decisión
... La ecuación de Bernoulli se compila para el flujo de un sistema hidráulico dado. Se asignan secciones de control. El plano de referencia está seleccionado
Z(0.0)
, se analizan las condiciones iniciales. La ecuación de Bernoulli se compila teniendo en cuenta las condiciones iniciales. De la ecuación de Bernoulli, obtenemos una fórmula de diseño del tipo ٭. La ecuación se resuelve con respecto a H. Se determina el número de Reynolds Re y se establece el modo de movimiento. El valor se encuentra
dependiendo del modo de conducción. Se calculan H y el valor deseado.
Objetivo 2.
Dado: las dimensiones de la tubería y
, la aspereza de sus paredes
, propiedades fluidas
, altura N. Determine el caudal Q.
Decisión.
La ecuación de Bernoulli se compila teniendo en cuenta las recomendaciones dadas anteriormente. La ecuación se resuelve con respecto al valor buscado Q. La fórmula resultante contiene un coeficiente desconocido
dependiendo de Re. Ubicación directa
bajo las condiciones de este problema, es difícil, ya que para una Q desconocida, Re no se puede establecer de antemano. Por lo tanto, la solución adicional del problema se lleva a cabo mediante el método de aproximaciones sucesivas.
- aproximación: Re → ∞
, definimos
2 aproximación:
, encontramos
λII(RmiII,Δeh)
y definir
Encuentra el error relativo
... Si un
, entonces termina la solución (para problemas educativos
). De lo contrario, la solución se cumple en la tercera aproximación.
Objetivo 3.
Dado: dimensiones de las tuberías (excepto el diámetro d), rugosidad de sus paredes
, propiedades fluidas
, altura Í, caudal Q. Determine el diámetro de la tubería.
Decisión
... Al resolver este problema, surgen dificultades con la determinación directa del valor
similar al problema del segundo tipo. Por tanto, es recomendable tomar la decisión por el método gráfico-analítico. Se especifican varios diámetros
.Para todos
el valor correspondiente de la altura H se encuentra a un caudal Q dado (el problema del primer tipo se resuelve n veces). Basado en los resultados de los cálculos, se construye un gráfico
... El diámetro requerido d se determina según el gráfico, correspondiente al valor dado de la presión H.
Diseños horizontales y verticales
Dicho sistema de calefacción se divide en esquemas horizontales y verticales por la ubicación de la tubería que conecta todos los dispositivos y dispositivos en un todo.
Un circuito de calefacción vertical se diferencia de otros en que, en este caso, todos los dispositivos necesarios están conectados a un elevador vertical.
Aunque su compilación eventualmente saldrá un poco más cara, el funcionamiento estable no se verá obstaculizado por el estancamiento del aire y los atascos resultantes. Esta solución es más adecuada para propietarios de apartamentos en un edificio con muchos pisos, ya que todos los pisos individuales están conectados por separado.
Un sistema de calefacción de dos tubos con un circuito horizontal es perfecto para un edificio residencial de un piso con una longitud relativamente larga, en el que es más fácil y más racional conectar todos los compartimentos de radiador disponibles a una tubería horizontal.
Ambos tipos de circuitos del sistema de calefacción cuentan con una excelente estabilidad hidráulica y de temperatura, solo en la primera situación, en cualquier caso, será necesario calibrar los elevadores ubicados verticalmente y en el segundo, bucles horizontales.
Tipos de sistemas de calefacción
Las tareas de ingeniería de este tipo se ven complicadas por la gran variedad de sistemas de calefacción, tanto en términos de escala como de configuración. Hay varios tipos de intercambiadores de calefacción, cada uno de los cuales tiene sus propias leyes:
1. Sistema de callejón sin salida de dos tubos - la versión más común del dispositivo, muy adecuada para organizar circuitos de calefacción central e individual.
Sistema de calefacción de callejón sin salida de dos tubos
2. Sistema de una tubería o "Leningradka" Se considera la mejor forma de construir complejos de calefacción civil con una potencia térmica de hasta 30–35 kW.
Sistema de calefacción monotubo con circulación forzada: 1 - caldera de calefacción; 2 - grupo de seguridad; 3 - radiadores de calefacción; 4 - Grúa Mayevsky; 5 - tanque de expansión; 6 - bomba de circulación; 7 - desagüe
3. Sistema de doble tubo de tipo pasante - el tipo de desacoplamiento de circuitos de calefacción más intensivo en material, que se distingue por la mayor estabilidad de funcionamiento conocida y la calidad de distribución del refrigerante.
Sistema de calefacción asociado de dos tubos (circuito Tichelman)
4. Disposición de la viga en muchos aspectos es similar a un paseo de dos tubos, pero al mismo tiempo todos los controles del sistema se llevan a un punto: el conjunto del colector.
Circuito de calefacción por radiación: 1 - caldera; 2 - tanque de expansión; 3 - colector de alimentación; 4 - radiadores de calefacción; 5 - colector de retorno; 6 - bomba de circulación
Antes de pasar al lado aplicado de los cálculos, hay un par de advertencias importantes que hacer. En primer lugar, debe aprender que la clave para un cálculo de alta calidad radica en comprender los principios de funcionamiento de los sistemas de fluidos a un nivel intuitivo. Sin esto, la consideración de cada solución individual se convierte en un entrelazamiento de cálculos matemáticos complejos. El segundo es la imposibilidad práctica de presentar más que conceptos básicos en el marco de una revisión; para obtener explicaciones más detalladas, es mejor consultar dicha literatura sobre el cálculo de sistemas de calefacción:
- V. Pyrkov “Regulación hidráulica de sistemas de calefacción y refrigeración. Teoría y práctica "2ª edición, 2010
- R. Jaushovets "Hidráulica: el corazón del calentamiento del agua".
- Manual de hidráulica de la sala de calderas de De Dietrich.
- A. Savelyev “Calefacción en casa. Cálculo e instalación de sistemas ".
Determinación de pérdidas de carga en tuberías.
La resistencia a la pérdida de presión en el circuito por el que circula el refrigerante se define como su valor total para todos los componentes individuales. Estos últimos incluyen:
- pérdida en el circuito primario, denotado como ∆Plk;
- costos locales del portador de calor (∆Plm);
- caída de presión en áreas especiales llamadas “generadores de calor” bajo la designación ∆Ptg;
- pérdidas dentro del sistema de intercambio de calor incorporado ∆Pto.
Después de sumar estos valores, se obtiene el indicador deseado, que caracteriza la resistencia hidráulica total del sistema ∆Pco.
Además de este método generalizado, existen otros métodos para determinar la pérdida de carga en tuberías de polipropileno. Uno de ellos se basa en una comparación de dos indicadores vinculados al inicio y al final del pipeline. En este caso, la pérdida de presión se puede calcular simplemente restando sus valores inicial y final, determinados por dos manómetros.
Otra opción para calcular el indicador deseado se basa en el uso de una fórmula más compleja que tiene en cuenta todos los factores que afectan las características del flujo de calor. La siguiente relación tiene en cuenta principalmente la pérdida de carga de fluido debido a la gran longitud de la tubería.
- h - Pérdida de carga líquida, en el caso en estudio medida en metros.
- λ - coeficiente de resistencia hidráulica (o fricción), determinado por otros métodos de cálculo.
- L es la longitud total de la tubería servida, que se mide en metros lineales.
- D es el tamaño estándar interno de la tubería, que determina el volumen del flujo de refrigerante.
- V es el caudal de fluido, medido en unidades estándar (metros por segundo).
- El símbolo g es la aceleración debida a la gravedad, igual a 9,81 m / s2.
Las pérdidas de carga se producen debido a la fricción del fluido contra la superficie interior de las tuberías.
Las pérdidas causadas por un alto coeficiente de fricción hidráulica son de gran interés. Depende de la rugosidad de las superficies internas de las tuberías. Las relaciones utilizadas en este caso son válidas solo para espacios en blanco de tubo redondo estándar. La fórmula final para encontrarlos se ve así:
- V es la velocidad de movimiento de las masas de agua, medida en metros / segundo.
- D es el diámetro interior que define el espacio libre para el movimiento del refrigerante.
- El coeficiente en el denominador indica la viscosidad cinemática del fluido.
El último indicador se refiere a valores constantes y se encuentra en tablas especiales, publicadas en grandes cantidades en Internet.
Cálculo de la hidráulica de un sistema de calentamiento de agua.
El refrigerante circula por el sistema bajo presión, que no es un valor constante. Disminuye debido a la presencia de fuerzas de fricción del agua contra las paredes de la tubería, resistencia en los accesorios de tubería y accesorios. El propietario también hace su parte ajustando la distribución del calor a las habitaciones individuales.
La presión aumenta si la temperatura de calentamiento del refrigerante aumenta y viceversa, disminuye cuando disminuye.
Para evitar desequilibrar el sistema de calefacción, es necesario crear condiciones bajo las cuales se suministre a cada radiador tanto refrigerante como sea necesario para mantener la temperatura establecida y reponer las inevitables pérdidas de calor.
El propósito principal del cálculo hidráulico es hacer coincidir los costos estimados de la red con los costos operativos o reales.
En esta etapa de diseño, se determina lo siguiente:
- diámetro de las tuberías y su rendimiento;
- pérdidas de presión locales en secciones individuales del sistema de calefacción;
- requisitos de equilibrado hidráulico;
- pérdida de presión en todo el sistema (general);
- caudal óptimo del refrigerante.
Para la producción de un cálculo hidráulico, es necesario hacer algunos preparativos:
- Recopile datos de referencia y organícelos.
- Elija un método de cálculo.
En primer lugar, el diseñador estudia los parámetros de ingeniería térmica de la instalación y realiza el cálculo de ingeniería térmica. Como resultado, tiene información sobre la cantidad de calor requerida para cada habitación. Después de eso, se seleccionan los dispositivos de calefacción y la fuente de calor.
Representación esquemática de un sistema de calefacción en una casa particular.
En la etapa de desarrollo, se toma una decisión sobre el tipo de sistema de calefacción y se seleccionan las características de su equilibrio, tuberías y accesorios. Al finalizar, se elabora un diagrama de cableado axonométrico, se desarrollan planos de planta indicando:
- potencia del radiador;
- consumo de refrigerante;
- colocación de equipos de calefacción, etc.
Todas las secciones del sistema, los puntos nodales están marcados, calculados y la longitud de los anillos se aplica al dibujo.
Cálculo de la hidráulica de los conductos de calefacción.
La hidráulica calculada de manera competente permite la distribución correcta del diámetro de la tubería en todo el sistema
El cálculo hidráulico del sistema de calefacción generalmente se reduce a la selección de los diámetros de las tuberías colocadas en secciones separadas de la red. Al realizarlo se deben tener en cuenta los siguientes factores:
- el valor de la presión y sus diferencias en la tubería a una velocidad determinada de circulación del refrigerante;
- su gasto estimado;
- dimensiones típicas de los productos de tubería utilizados.
Al calcular el primero de estos parámetros, es importante tener en cuenta la capacidad del equipo de bombeo. Debería ser suficiente para superar la resistencia hidráulica de los circuitos de calefacción. En este caso, la longitud total de las tuberías de polipropileno es de importancia decisiva, con un aumento en el que aumenta la resistencia hidráulica total de los sistemas en su conjunto.
En función de los resultados del cálculo, se determinan los indicadores que son necesarios para la instalación posterior del sistema de calefacción y cumplen con los requisitos de las normas actuales.
En este caso, la longitud total de las tuberías de polipropileno es de importancia decisiva, con un aumento en el que aumenta la resistencia hidráulica total de los sistemas en su conjunto. En función de los resultados del cálculo, se determinan los indicadores necesarios para la instalación posterior del sistema de calefacción y el cumplimiento de los requisitos de las normas actuales.
¿Qué es el cálculo hidráulico?
Esta es la tercera etapa en el proceso de creación de una red de calefacción. Es un sistema de cálculos que te permite determinar:
Según los datos obtenidos, la selección de bombas se realiza.
Para viviendas de temporada, en ausencia de electricidad, es adecuado un sistema de calefacción con circulación natural del refrigerante (enlace a la revisión).
Tareas complejas: minimización de costos:
- capital - instalación de tuberías de diámetro y calidad óptimos;
- Operacional:
- dependencia del consumo de energía de la resistencia hidráulica del sistema;
- estabilidad y confiabilidad;
- silencio.
Reemplazar el modo de calefacción centralizada por uno individual simplifica la metodología de cálculo
Para el modo fuera de línea, se aplican 4 métodos cálculo hidráulico del sistema de calefacción:
- pérdidas específicas (cálculo estándar del diámetro de la tubería);
- por longitudes reducidas a un equivalente;
- según las características de conductividad y resistencia;
- comparación de presiones dinámicas.
Los dos primeros métodos se utilizan con una caída constante de temperatura en la red.
Los dos últimos ayudarán a distribuir el agua caliente sobre los anillos del sistema si la diferencia de temperatura en la red deja de corresponder a la diferencia en las contrahuellas / ramales.
