Τι είναι η απώλεια τριβής;

Η απώλεια τριβής στο σωλήνα είναι μια μέτρηση ή υπολογισμός της απώλειας ροής ή πίεσης λόγω της αλληλεπίδρασης του ρευστού με τα τοιχώματα του σωλήνα. Αυτές οι απώλειες πρέπει να προσδιορίζονται για συστήματα σωληνώσεων, επειδή οι αντλίες πρέπει να προσδιορίζονται με αρκετή ισχύ για να ξεπερνούν τις απώλειες και να παρέχουν επαρκείς ρυθμούς ροής. Η απώλεια τριβής ποικίλλει ανάλογα με τα υλικά του σωλήνα, το μήκος και τον ρυθμό ή την ταχύτητα ροής του υγρού.

Τα συστήματα σωληνώσεων αποτελούνται από ευθεία ή καμπύλα τμήματα σωλήνων, συνδέσεις, βαλβίδες και άλλα εξαρτήματα. Καθώς ένα σύστημα αυξάνεται σε μήκος και πολυπλοκότητα, τα υγρά που διατρέχουν αυτό αλληλεπιδρούν με τα τοιχώματα του σωλήνα και τα διάφορα εξαρτήματα, δημιουργώντας αντίσταση. Υπερβολικές ποσότητες οπισθέλκουσας θα προκαλέσουν τελικά απώλεια ροής στον πελάτη ή στον προορισμό, εάν δεν ξεπεραστεί με πρόσθετη ισχύ άντλησης.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε σωλήνες ποικίλλουν ευρέως, από χυτοσίδηρο έως πλαστικά, και κάθε τύπος έχει μια ιδιαίτερη τραχύτητα στους εσωτερικούς τοίχους. Οι κατασκευαστές σωλήνων εκδίδουν πίνακες που δείχνουν την αναμενόμενη απώλεια τριβής ανά μήκος σωλήνα για διαφορετικά υλικά και διαμέτρους σωλήνων, με τη διάμετρο να μετρά την απόσταση στην εσωτερική περιοχή του σωλήνα. Ένας μετρημένος ή εκτιμώμενος συντελεστής τραχύτητας χρησιμοποιείται κατά τον υπολογισμό της απώλειας τριβής, με τον ημιτελή σιδερένιο σωλήνα να έχει υψηλότερο συντελεστή τραχύτητας από τον λείο πλαστικό σωλήνα.

Οι πίνακες απώλειας τριβής δείχνουν τις τιμές των ποδιών κεφαλής νερού ανά 100 πόδια σωλήνα (η τιμή είναι ίδια σε μέτρα) επειδή η χωρητικότητα της αντλίας και οι απαιτήσεις ισχύος συνήθως υπολογίζονται σε πόδια νερού. Αυτή η τιμή υπολογίζει πόσα κατακόρυφα πόδια μια αντλία μπορεί να ωθήσει νερό με δεδομένο μέγεθος κινητήρα, γεγονός που επιτρέπει στους σχεδιαστές να συσχετίσουν την ισχύ της αντλίας απευθείας με ένα σύστημα σωληνώσεων. Η επίδραση της απώλειας τριβής αυξάνεται με το μήκος του συστήματος και τον αριθμό των εξαρτημάτων και των καμπύλων τμημάτων και μπορεί να μειωθεί μόνο με τη χρήση ομαλότερου σωλήνα, αλλά δεν μπορεί να εξαλειφθεί.

Οι απώλειες αυξάνονται επίσης καθώς αυξάνεται η ταχύτητα ή η ταχύτητα του ρευστού στον σωλήνα. Η αύξηση της πίεσης του συστήματος είναι καλύτερη λύση από την αύξηση των ρυθμών ροής, γι’ αυτό και τα δημοτικά συστήματα ύδρευσης χρησιμοποιούν υπερυψωμένους πύργους νερού. Η διατήρηση της παροχής νερού σε μια υπερυψωμένη δεξαμενή όχι μόνο παρέχει επιπλέον νερό για περιόδους υψηλής ζήτησης, αλλά διατηρεί επίσης μια πιο σταθερή πίεση για να ξεπεραστούν οι απώλειες του συστήματος.

Η απώλεια τριβής είναι σημαντική σε όλα τα εμπορικά συστήματα σωληνώσεων, επειδή η μεγαλύτερη αντίσταση ισούται με υψηλότερο κόστος άντλησης. Υπάρχουν ορισμένες εφαρμογές όπου η επαρκής ικανότητα άντλησης είναι κρίσιμη, όπως η πυρόσβεση. Ένα πυροσβεστικό αντλιοστάσιο πρέπει να παρέχει μεγάλες ποσότητες νερού μέσω μακριών τμημάτων σωλήνα, συχνά στους επάνω ορόφους ενός κτιρίου. Καθώς η ζήτηση για νερό αυξάνεται, το φορτηγό αντλίας πρέπει να παρέχει επαρκή πίεση στα ακροφύσια για τη διατήρηση της ικανότητας πυρόσβεσης. Τα ακροφύσια των εύκαμπτων σωλήνων έχουν σχεδιαστεί ως μακριές λεπτές σωλήνες, επειδή αυτό μετατρέπει την πίεση του σωλήνα σε υψηλή ροή στο ακροφύσιο χωρίς την ανάγκη για υψηλές ταχύτητες στον εύκαμπτο σωλήνα.

Ο αέρας είναι επίσης ένα ρευστό και η απώλεια τριβής συμβαίνει στα συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού καθώς ο αέρας κινείται μέσω των αγωγών που συνδέονται με διάφορα δωμάτια. Οι σχεδιαστές συστημάτων χρησιμοποιούν υπολογισμούς απώλειας τριβής για να προσδιορίσουν την ισχύ του ανεμιστήρα που απαιτείται για την επαρκή ροή αέρα στα κτίρια. Το ανεπαρκές μέγεθος ανεμιστήρα και αγωγών μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα κακή ροή αέρα σε ορισμένους χώρους ενός σπιτιού ή κτιρίου ή ανεπαρκή θέρμανση ή ψύξη σε υψηλότερους ορόφους ενός πολυώροφου κτιρίου.