Wyznaczanie współczynników oporów miejscowych podczas przepływu wody przez zgrzewane kolana i trójniki z polipropylenu

Determination of local resistance coefficients during water flow through welded polypropylene elbows and T-junctions
Weryfikacja prawidłowości modelu potęgowego do obliczania współczynnika oporów miejscowych ζ
Weryfikacja prawidłowości modelu potęgowego do obliczania współczynnika oporów miejscowych ζ
rys. Autor

Do obliczeń hydraulicznych instalacji wodociągowej lub centralnego ogrzewania niezbędna jest znajomość wartości liczbowej współczynnika oporów miejscowych ζ, którą można wyznaczyć, korzystając z dostępnej literatury. Jednak w przypadku kształtek zgrzewanych z polipropylenu wartości tego współczynnika podawane w literaturze i katalogach oraz wyznaczane wg normy ­PN-EN 806-3 znacznie odbiegają od wartości rzeczywistych otrzymywanych podczas badań. Dla przewodów z PP o średnicy 13,2 mm opracowano nomogram do odczytywania wartości współczynnika oporów miejscowych ζ zgrzewanych kształtek. Znaczne różnice wartości między współczynnikami wyznaczanymi z pomiarów i wartościami podawanymi m.in. w katalogach wskazują, że należy uściślić zalecane metody obliczania wartości współczynnika oporów miejscowych dla kształtek.

Kształtki, w tym łuki, kolana, trójniki, dyfuzory, konfuzory czy zawory odcinające, są nieodzownymi elementami każdego systemu hydraulicznego. Przepływ cieczy przez kształtki łączące rurociągi jest bardziej skomplikowany niż przez proste odcinki [1]. Straty ciśnienia wywołane przez kształtki spowodowane są zakłóceniami przepływu cieczy, które występują podczas zmiany jego kierunku, nagłych lub stopniowych zmian przekroju lub kształtu rurociągu. Przewidywanie wysokości strat ciśnienia w kształtkach jest dużo bardziej niepewne niż w przypadku prostych rurociągów [2], a mechanizm przepływu cieczy wewnątrz kształtek nie jest jasno zdefiniowany.

Kształtki rurociągów są najważniejszą częścią każdego systemu sieci i instalacji wodociągowych, ciepłowniczych lub przemysłowych, ponieważ zapewniają elastyczność w wyznaczaniu przebiegu trasy rurociągów. Badania przepływu wody przez kształtki mają ogromne znaczenie w zrozumieniu i poprawie ich przepustowości oraz minimalizacji strat hydraulicznych. Wiadomo, że przepływ lepkich cieczy nieściśliwych [3], jak również ściśliwych gazów [4] przez kształtki charakteryzuje się rozdziałem przepływu [5, 6], występowaniem przepływów wtórnych [7, 8], wirów Deana i ogólnie dużą niestabilnością przepływu [7–10].

W instalacjach wodociągowych i ciepłowniczych stosuje się różne kształtki, które powinny być szczelne w miejscach połączeń, nie ulegać korozji, być odporne na oddziaływania mechaniczne i chemiczne cieczy oraz umożliwiać przepływ cieczy przy jak najmniejszych oporach hydraulicznych (stratach hydraulicznych). Obecnie dostępne są kształtki z różnych materiałów (stal, żeliwo, miedź, mosiądz, polichlorek winylu – PVC, polibutylen – PB, polietylen – PE, polipropylen – PP) i są one łączone z rurociągami według różnych technologii. W literaturze naukowo-technicznej niewiele jest nowych publikacji, w których poruszane byłyby zagadnienia związane z wyznaczaniem wartości współczynnika oporów miejscowych æ kształtek podczas przepływu cieczy newtonowskich [2, 11–16].

Do obliczeń hydraulicznych instalacji wodociągowej lub centralnego ogrzewania niezbędna jest znajomość wartości liczbowej współczynnika oporów miejscowych ζ, którą można wyznaczyć, korzystając z dostępnej literatury [2, 12–21]. W zależności od tego, z jakich źródeł literatury korzysta się przy dobieraniu wartości tego współczynnika, otrzymujemy różne wyniki. Na wzrost oporów hydraulicznych w danej kształtce ma wpływ szorstkość jej wewnętrznej ścianki, kąt wygięcia, wielkość średnicy oraz sposób łączenia z rurociągiem. W związku z tym instalacje wodociągowe i centralnego ogrzewania, w których występują duże opory, charakteryzują się większymi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi, ponieważ wymagają pomp o większej wysokości podnoszenia, które muszą być wyposażone w silniki elektryczne o większej mocy.

W dostępnej literaturze naukowo-technicznej brakuje informacji, jak należy obliczać do celów projektowych wartości współczynnika oporów miejscowych ζ w zgrzewanych kolanach i trójnikach z polipropylenu. W artykule przedstawiono analizę porównawczą wyników badań wartości tego współczynnika wyznaczonych doświadczalnie na stanowisku pomiarowym i według wytycznych [16] oraz zaproponowano równania do celów projektowych i nomogramy do ich obliczania.

Opis stanowiska pomiarowego

Na rys. 1 przedstawiono schemat stanowiska pomiarowego do badania oporu hydraulicznego w kolanach z polipropylenu, a na rys. 2 – w trójnikach z polipropylenu. Układ rurociągów i urządzeń pomiarowych został zamontowany za pomocą obejm na dwóch stalowych statywach. Rurociąg (1) doprowadzał wodę do pompy (2), która wymuszała przepływ przez stanowisko pomiarowe. Za pompą zamontowano elektromagnetyczny przepływomierz (3) typu PROMAG 33FT40 do pomiaru ilości przepływającej wody oraz zawór iglicowy (4), który odcinał dopływ wody podczas wymiany kolan (rys. 1) i trójników (rys. 2). Zakres pomiarowy elektromagnetycznego przepływomierza wynosił od 0,0 do 106 dm3 · min–1. Na początku i na końcu kolana lub trójnika (7) zostały zamontowane wężyki impulsowe (8), które podłączono do odcinających zaworów kulowych (9). Opory hydrauliczne w poszczególnych kolanach i trójnikach mierzono za pomocą piezoelektrycznego miernika różnicy ciśnienia (10) typu DELTABAR 230, którego zakres pomiarowy wynosił od 0,0 do 500 mbar. Kolana i trójniki na stanowisku pomiarowym montowano za pomocą śrubunku (5) i krótkiego odcinka z rury PP (6). W najwyższym punkcie układu pomiarowego zamontowano odpowietrzniki (11). Natężenie przepływu wody na stanowisku pomiarowym regulowano za pomocą zaworu iglicowego (12). Za zaworem iglicowym zamontowano elektroniczny termometr oporowy (13 – rys. 1, 24 – rys. 2) do pomiaru temperatury wody w trakcie wykonywanych pomiarów. Stanowisko pomiarowe pracowało w układzie otwartym, a woda odprowadzana była spustem do kanalizacji (14 – rys. 1, 13 – rys. 2).


Rys. 1.  Schemat stanowiska pomiarowego do badania oporów hydraulicznych w kolanach do wyznaczania współczynników oporów miejscowych [22, 23]: 1 – rurociąg doprowadzający wodę, 2 – pompa, 3 – elektromagnetyczny przepływomierz wody, 4 – zawór iglicowy, 5 – śrubunek, 6 – odcinek z rury PP, 7 – kolano, 8 – wężyki impulsowe, 9 – odcinające zawory kulowe, 10 – piezoelektryczny miernik różnicy ciśnienia, 11 – odpowietrznik, 12 – zawór iglicowy do regulacji przepływu wody, 13 – elektroniczny termometr oporowy, 14 – spust do kanalizacji

Rys. 2.  Schemat stanowiska pomiarowego do badania oporu hydraulicznego trójników
z polipropylenu [22, 23]: 1 – rurociąg doprowadzający wodę, 2 – pompa, 3 – przepływomierz elektromagnetyczny, 4 – zawór iglicowy, 5 – śrubunki, 6 – odcinki rur z polipropylenu, 7 – trójnik, 8 – wężyki impulsowe, 9, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 – odcinające zawory kulowe, 10 – piezoelektryczny miernik różnicy ciśnień, 11 – odpowietrzniki, 12 – zawór iglicowy do regulacji przepływu wody, 13 – spust do kanalizacji, 24 – elektroniczny termometr oporowy,  A – przepływ wody w układzie przelotowym, B – przepływ wody w układzie rozbieżnym, C – przepływ wody w układzie zbieżnym

Błąd pomiaru przepływomierza elektromagnetycznego i piezoelektrycznego miernika różnicy ciśnienia był mniejszy od 1%, a wyjściowy sygnał prądowy miał zakres 4–20 mA. Dokładność pomiarowa zastosowanego elektronicznego termometru oporowego wynosiła ±1°C, a rozdzielczość pomiaru 0,1°C.

Kolana i trójniki z polipropylenu zgrzewano za pomocą elektrycznej zgrzewarki polifuzyjnej (rys. 3).


Rys. 3.  Zgrzewarka polifuzyjna [23]: 1 – lampki kontrolne temperatury, 2 – płyta grzejna, 3 – trzpień grzewczy, 4 – tuleja grzewcza

---

Literatura

  1. Ono A., Kimura N., Kamide H., Tobita A.. Influence of elbow curvature on flow structure at elbow outlet under high Reynolds number condition, „Nucl. Eng. Des.” 2011, 41, 4409–4419.
  2. Wichowski P., Siwiec T., Kalenik M., Effect of the Concentration of Sand in a Mixture of Water and Sand Flowing through PP and PVC Elbows on the Minor Head Loss Coefficient, „Water” 2019, 11(4), 828–845; https://doi.org:10.3390/w11040828.
  3. Štigler J., Klas R., Kotek M., Kopecký V., The Fluid Flow in the T-Junction. The Comparison of the Numerical Modeling and Piv Measurement, „Procedia Eng.” 2012, 39, 19–27.
  4. Röhrig R., Jakirlić S., Tropea C., Comparative computational study of turbulent flow in a 90° pipe elbow, „Int. J. Heat Fluid Fl.” 2015, 55, 120–131.
  5. Takamura H., Ebara S., Hashizume H., Aizawa K., Yamano H., Flow visualization and frequency characteristics of velocity fluctuations of complex turbulent flow in a short elbow piping under high Reynolds number condition, „J. Fluid. Eng.” 2012, 134(10), 101201–101209.
  6. Kim J., Yadav M., Kim S., Characteristics of secondary flow induced by 90-degree elbow in turbulent pipe flow, „Eng. Appl. Comp. Fluid”, 2014, 8(2), 229–239.
  7. Selvam P.K., Kulenovic R., Laurien E., Experimental and numerical analyses on the effect of increasing inflow temperatures on the flow mixing behavior in a T-junction, „Int. J. Heat Fluid Fl.” 2016, 61, 323–342.
  8. Koka F., Myoseb R., Hoffmannb K.A., Numerical assessment of pulsatile flow through diverging tees with a sharp and round-edge junction, „Int. J. Heat Fluid Fl.” 2019, 76, 1–13.
  9. Sakowitz A., Mihaescu M., Fuchs L., Turbulent flow mechanisms in mixing T-junctions by Large Eddy Simulations, „Int. J. Heat Fluid Fl.” 2014, 45, 135–146.
  10. Dutta P., Saha S.K., Nandi N., Pal N., Numerical study on flow separation in 90° pipe bend under high Reynolds number by k-å modeling, „Eng. Sci. Technol. Int. J.” 2016, 19, 904–910.
  11. Bassett M.D., Winterbone D.E., Pearson R. J. Calculation of steady flow pressure loss coefficients for pipe junctions, „Proc. Instn. Mech. Engrs.” 2001, 215, Part C, 861–881.
  12. Csizmadia P., Hős C., CFD-based estimation and experiments on the loss coefficient for Bingham and power-law fluids through diffusers and elbows, „Comput. Fluids” 2014, 99, 116–123.
  13. Gietka N.K., Doświadczalna analiza współczynników oporów lokalnych na kolankach w systemach przewodów wielowarstwowych, „Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus” 2015, 14(1), 47–56.
  14. Li A., Chen X., Chen L., Gao R., Study on local drag reduction effects of wedge-shaped components in elbow and T-junction close-coupled pipes, „Build. Simul.” 2014, 7(2), 175–184.
  15. Cisowska I., Studies of hydraulic resistance in polypropylene pipe fittings, „Structure & Environment” 2009, 1(1), 53–58.
  16. Rennels D.C., Hudson H.M., Pipe Flow. A practical and comprehensive guide, Copyright by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey 2012.
  17. Liu M., Duan Y.F., Resistance properties of coal-water slurry flowing through local piping fittings, „Exp. Therm. Fluid Sci.” 2009, 33, 828–837.
  18. PN-76/M-34034 Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia.
  19. Strzelecka K., Jeżowiecka-Kabsch K., Rzeczywiste wartości współczynnika oporów miejscowych podczas przepływu wody przez skokowe rozszerzenie rury, „Ochr. Sr.” 2008, 30(2), 29–33.
  20. Li Y., Wang C., Ha M., Experimental determination of local resistance coefficient of sudden expansion tube, „En. Power Eng.” 2015, 7, 154–159.
  21. Pliżga O., Kowalska B., Musz-Pomorska A., Laboratory and numerical studies of water flow through selected fittings installed at copper pipelines, „Rocz. Ochr. Sr.” 2016, 18, 873–884.
  22. Kalenik M., Rzeczywiste wartości współczynnika oporów miejscowych podczas przepływu wody przez zgrzewane kolana z polipropylenu, „Ochr. Sr.” 2019, 41(1) 23–30.
  23. Kalenik M., Chalecki M., Wichowski P., Real Values of Local Resistance Coefficients during Water Flow through Welded Polypropylene T-Junctions, „Water” 2020, 12(3), 895-910, https://doi.org/10.3390/w12030895.
  24. PN-EN 1267:2012 Armatura przemysłowa. Badania oporu przepływu wodą.
  25. Costa N.P., Maia R., Proença M.F., Pinho F.T.. Edge Effects on the Flow Characteristics in a 90 deg Tee Junction, „J. Fluids Eng.” 2006, 128, 1204–1217.
  26. PN-EN 806-3:2006 Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 3: Wymiarowanie przewodów. Metody uproszczone.

W artykule:

• Opis stanowiska pomiarowego
• Metodyka badań
• Wyniki badań i ich dyskusja

streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań współczynników oporów miejscowych ζ w zgrzewanych kolanach i trójnikach z polipropylenu o średnicy wewnętrznej 13,2 mm. Badania wykonano na wybudowanym w laboratorium stanowisku pomiarowym. Zakres badań obejmował kolana i trójniki, które były zgrzewane przy właściwej temperaturze i wciskane na rurę z właściwą siłą. Rzeczywiste wartości współczynników oporów miejscowych ζ z pomiarów wyznaczono według normy PN-EN 1267:2012.



abstract

The paper presents results of investigations of local resistance coefficients ζ in welded polypropylene elbows and T-junctions with the internal diameter 13.2 mm. The investigations were performed on a laboratory measurement stand. The scope of the investigations encompassed the elbows and T-junctions which were welded by a proper temperature and pressed onto the pipe with proper force. The real values of local resistance coefficients ζ determined in measurements according to the standard PN-EN 1267:2012.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[instalacja wodociągowa, współczynnik oporów miejscowych, zgrzewane kolano z polipropylenu, zgrzewany trójnik z polipropylenu]

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Bezpłatny dostęp przy opłaconej prenumeracie (365 dni) - 0,00 zł
Dostęp do treści portalu rynekinstalacyjny.pl przy opłaconej prenumeracie
Bezpłatny dostęp przy opłaconej prenumeracie (730 dni) - 0,00 zł
Dostęp do treści portalu rynekinstalacyjny.pl przy opłaconej prenumeracie
Roczna E- prenumerata PDF - 150,00 zł
wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Dwuletnia E-prenumerata PDF - 275,00 zł
wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Roczna studencka E-prenumerata PDF - 90,00 zł
wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do portalu - 150,00 zł
wydanie papierowe + dostęp online ► ZAMÓW
Dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do portalu - 275,00 zł
wydanie papierowe + dostęp online► ZAMÓW
Roczna studencka prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do portalu o portalu - 90,00 zł
wydanie papierowe + dostęp online► ZAMÓW
Prenumerata papierowa + PDF (365) - 188,00 zł
wydanie papierowe + wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Prenumerata papierowa + PDF (730) - 344,00 zł
wydanie papierowe + wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Roczny dostęp on-line (365 dni) - 98,00 zł
Dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Dwuletni dostęp on-line (730 dni) - 180,00 zł
Dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Roczny dostęp on-line dla studentów (365 dni) - 63,00 zł
Dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Dostęp on-line (30 dni) - 18,00 zł
30-dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Bezpłatny dostęp dla autorów Rynku Instalacyjnego (730 dni) - 0,00 zł
Bezpłatny dostęp dla autorów Rynku Instalacyjnego (730 dni)
Regulamin korzystania z portalu RynekInstalacyjny.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:
   13.01.2021
Każdy budynek musi być wyposażony w instalację wodociągową i kanalizacyjną. Ważne jest nie tylko zapewnienie ciągłości dostawy wody do całego budynku i nieuciążliwy odbiór ścieków, ale też aspekty... więcej »

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie



Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Zbliża się zima 100-lecia? Z jakim urządzeniem zaoszczędzisz najwięcej »

oszczednosc energii



O czym dowiesz się na międzynarodowym spotkaniu instalatorów »

Czy wiesz, na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora i dostaniesz 500zł »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 



Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Instalacje PV z magazynami energii
  • - Wentylacja obiektów gastronomicznych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl