masini si instalatii hidro-pneumatice
DESCRIPTION
Curs MIHP an 2 Facultatea electromecanicaTRANSCRIPT
1
Capitolul 1
ECHILIBRUL HIDROSTATIC
1.1 NOTIUNEA DE PRESIUNE.
CARACTERUL SCALAR AL ACESTEI MARIMI
Intr-un sistem de mase, izolat intr-un fel oarecare de alt sistem de mase, actioneaza
doua feluri de forte : forte interioare si forte exterioare. Pentru ca acest sistem sa fie in
echilibru trebuie ca suma tuturor acestor forte sa fie zero. Intrucat fortele interioare sunt
doua cate doua egale si opuse, inseamna ca echilibrul este asigurat cand suma fortelor
exterioare este zero.
In general, fortele interioare (de legatura) sunt fie de natura unor forte elastice de
compresiune sau intindere (normale la suprfata), fie forte de (frecare tangente la
suprafata). Raportul dintre forta si suprafata corespunzatoare poarta numele de tensiune
sau efort.
Pentru a studia starea de tensiune din interiorul unui fluid, deci pentru a cunoaste
natura fortelor interioare, vom incerca sa le transformam in forte exterioare. Fie o masa m
de fluid, in interiorul careia fortele moleculare sunt doua cate doua egale si opuse
(fig.1.1).
Sectionand masa m in doua parti, I si II, toate fortele din domeniul II care
actioneaza in sectiunea S asupra particulelor domeniului I si care pana acum erau forte
interioare, devin pentru domeniul I forte exterioare. Deci se poate neglija domeniul II, cu
conditia de a-l inlocui cu forta F, care reprezinta actiunea lui asupra masei 1m . Aceasta
forta F, raportata la marimea suprafetei S, reprezinta tensiunea sau efortul interior, avand
dimensiunea 21TML . Starea de tensiune din interiorul unui fluid in echilibru este
caracterizata numai prin eforturi normale. Daca forta ar avea alta orientare, ar admite o
componenta tangentiala care ar scoate fluidul din echilibru. In cazul fluidelor, eforturile
interioare sunt compresiuni si poarta numele de presiuni.
In cele ce urmeaza se va arata ca presiunea intr-un punc in interiorul unui fluid
este o marime scalara.
Fie o particula elementara de forma unui tetraedru, avand laturile dx, dy, si dz,
dirijate dupa directia celor trei axe de coordonat ale unui sistem trirectangular , ales
arbitrar.
Actiunea fluidului inconjurator di care s-a desprins aceasta particula se manifesta
prin forte superficiale (de contact), normale la cele patru fete ale tetraedului si dirijate in
sensul compresiunilor (fig. 1.2).
Considerand ca presiunea p,este o marime vectoriala, yx pp , si zp fiind
componentele ei dupa cele trei directii, se pot scrie fortele superficiale reprezentate in
figura:
- dupa directia ox, normala la suprafata CMB: ;2
dydzp x
- dupa directia oy, normala la suprafata AMC: ;2
dxdzp y
2
- dupa directia oz, normala la suprafata ABC: pds.
In afara fortelor superficiale, actioneaza asupra particulei forte masice
(proportionale cu masa tetraedului de fluid, 6
dxdydz ) provenite dintr-un camp de forte,
cum ar fi campul gravitational, un camp magnetic, electric etc.
Notand cu f acceleratia fortelor masice, ale carei proiectii pe cele trei axe sunt
zyx fff ,, se pot scrie trei proiectii ale ec de echilibru sub forma :
,06
cos2
;06
cos2
;06
cos2
dxdydzfpdS
dxdyp
dxdydzfpdS
dxdzp
dxdydzfpdS
dydzp
zz
yy
xx
(1.1)
unde ,, sunt unghiurile pe care le inchide directia lui p cu cele trei axe de
coordinate. Dar :
d2
cosdydz
S ; d2
cosdxdz
S ; d2
cosdxdy
S .
Cu acestea, ecuatiile (1.1) devin :
.03
;03
;03
dzfpp
dyfpp
dxfpp
zz
yy
xx
(1.2)
3
La limita, tetraedul se reduce la un punct, M, facand dx=dy=dz=0. Rezulta :
pppp zyx , deci presiunea are aceeasi valoare dupa toate directiile; distributia ei
in jurul unui punct este sferica. S-a demonstrate astfel ca presiunea este o marime scalara.
1.2 ECUATIILE FUNDAMENTALE ALE HIDROSTATICII
Pentru a stabilii ecuatiile de echilibru ale fluidelor se detaseaza din masa de fluid
o particular infinit mica, avandforma unui paralelipiped ABCDEFGH (fig 1.3). Muchiile
paralelipipedului , dx, dy, dz, sunt paralele cu axele unui sistem trirectangular:
Particula se gaseste in echilibru sub
actiunea fortelor superficiale (de contact) si
masice. Presiunea fiind o functie de
coordonatele punctului, se poate admite ca in
infinitul mic ea variaza liniar cu deplasarea.
Considerand ca in centrul M al volumului
elementar presiunea este p, valoarea ei pe fata
din stanga ABCD a paralelipipedului este
2
dx
x
pp . Fortele superficiale se obtin
inmultind presiunea cu elemental de suprefata
pe care actioneaza. Ele sunt marcate pe figura
1.3, pentru toate cele sase fete ale
paralelipipedului. Fortele masice se exprima
prin produsul masa acceleratia fortelor
masice f
.
Ecuatia echilibrului hydrostatic proiectata dupa directia ox se poate scrie:
022
dxdydzfdydzdx
x
ppdydz
dx
x
pp x (1.3)
sau, dupa efectuarea calculelor
01
x
pf x .
Din conditia de echilibru scrisa pentru celelalte doua directii rezulta alte doua
relatii similare, deci echilibru hidrostatic se exprima prin sistemul cunoscut sub
denumirea de ecuatiile lui euler din hidrostatica:
,01
;01
;01
z
pf
y
pf
x
pf
z
y
x
(1.4)
4
Sau sub forma vectoriala
1
f
grad .0p (1.5)
1.3. INTEGRAREA ECUATIILOR EULER INTR-UN CAMP DE
FORTE NASICE CONSERVATIVE
Pentru integrarea sistemului (1.4) se inmultesc ecuatiile sistemului cu dx,
respective dy,dz si se insumeaza. Se obtine :
.111
dzz
pdy
y
pdx
x
pdzfdyfdxf zyx
(1.6)
Considerand =const (fluide incompresibile), membrul II al ecuatiei este egal cu
,dp dp fiind diferentiala totala a functiei p. Ecuatia (1.6) se poate integra in conditiile
in care si membrul I al ecuatiei este o diferentiala totala. Conditia aceasta este indeplinita
cand fortele masice deriva dintr-un potential. Fie energia potentiala a campului fortelor
masice.
Intr-un limbaj mathematic, daca o forta f
deriva dintr-un potential se poate scrie :
;x
f z y
f y ; z
f z sau .gradf
(1.7)
In aceasta ipoteza ecuatia (1.6) devine :
.0dp
(1.8)
Rezulta ecuatia fundamentala a hidrostaticii sub forma :
.constp
(1.9)
1.3.1 INTERPRETAREA ECUATIEI FUNDAMENTALE A
HIDROSTATICII CONSECINTE ALE EI
1. In interiorul unui fluid exista suprafete pe care presiunea este constanta
(suprafete izobare).
In ecuatia (1.9), in cazul fluidelor incompresibile p=const atrage dupa sine
π=const, deci suprafetele de presiune constanta sunt in acelasi tim suprafete
echipotentiale.
2. De asemenea, se poate vedea ca presiunea creste in sensul in care potentialul
creste.
3. Intr-un fluid in edhilibru, suprafetele sunt izoterme. Aceasta, deoarece masa
specifica ρ nu depinde decat de presiune si temperatura. Cum masa specifica si presiunea
sunt constante pe o suprafata echipotentiala , rezulta ca si t=const.
4. Admitand ipoteza fortelor masice conservative (conditiile 1.9), prin definitie
forta f
este normala la suprafata echipotentiala (π=const) in punctual considerat si este
dirijata spre potentialele descrescatoare (fig 1.4).
5
5. Suprafetele echipotentiale nu se pot intersecta.
Intr-adevar, presupunand ca doua suprafete echipotentiale
au un punct comun , A (fig. 1.5), in acest punct presiunea
ar avea simultan doua valori. Acest lucru nu este posibil
deoarece presiunea intr-un punct are o singura valoare
care depinde de coordonatele punctului.
6. Suprafata de separatie dintre doua medii fluide
nemisibile, de densitati diferite, este o suprafata
echipotentiala. Pentru a demonstra acest lucru, se
considera o suprafata de separatie intre doua medii fluide
de densitati ,1 respectiv 2 (fig.1.6). A si B fiind doua puncte diferite ale acestei
suprafete, exista intre ele do diferenta de presiune dp care se poate exprima, conform
relatiei (1.8), prin dp= d1 , in ipoteza ca cele doua puncte apartin mediului 1. In
acelasi timp, considerand ca cele doua puncte apartin mediului 2, se poate scrie
d dp 2 .
Facand diferenta celor doua ecuatii se obtine :
d 021 (1.10)
Dar cum 21 rezulta ca dπ=0, deci suprafata de separatie dintre cele doua medii este
o suprafata echipotentiala si in consecinta izobara.
7. Daca fortele masice sunt foarte mici comparative cu dortele datorita presiunilor,
se poate considera 0zyx fff . Din (1.4) rezulta :
0x
p; 0
y
p; 0
z
p. (1.11)
Deci presiunea este aceeasi in toata masa fluidului. Acesta este principiul lui Pascal, care
spune ca daca se exercita di exterior o presiune supra unei mase de fluid, acesta se
transmite integral in toata masa fluidului.
Pe acest principiu functioneaza cateva masini hidrostatice simple : presa
hidraulica, acumulatorul hidrauluic, circul hidraulic etc.
6
1.4 INTEGRAREA ECUATIILOR LUI EULER
1.4.1 Ecuatia presiunii in campul gravitational
Ecuatia (1.9) exprima echilibrul fluidelor in orice camp potential de forte. Pentru a
studia distributia presiunilor in masa unui fluid sub actiunea campului gravitational, va
trebui sa se determine functia potentiala π in acest caz particular.
Intr-un domeniu restrans in care acceleratia gravitationala poate fi considerate
constanta si dirijata dupa verticala (paralela cu axa OZ) (fig.1.7), componentele fortelor
masice sunt :
x
f x 0 ; y
f y 0 ; z
f z 0 .
Functia potentiala in acest caz se edtermina din :
d dzz
gdz,
de unde :
π=gz+const. (1.12)
Ecuatia presiunii devine in acest caz :
constgzp
(1.13)
si exprima faptul ca energia specifica (pe unitatea de masa) este constanta intr-un
domeniu fluid in echilibru. Aceasta energie specifica poate sa apara sub forma de
presiune ( termenul p ) si sub forma de pozitie ( termenul gz).
Ecuatia (1.13) se mai poate scrie sub forma :
constzp
, (1.14)
unde fiecare termen reprezinta o energie specific ape unitatea de greutate.
In campul gravitational suprafetele de presiune constanta sunt plane orizontale :
z=const (relatia 1.13). fata libera a lichidului care este o suprafata echipotentiala, deci de
presiune constanta, esta tot un plan orizontal. Planele de presiune constanta se numesc
plane de nivel.
Din ecuatia (1.13) se vede ca energia de pozitie a fluidului gz scade pe masura ce
preiune creste.
Pentru a determina constanta din relatia (1.13), se considera un rezervor
continanad un lichid in echilibru (fig. 1.8).
7
Ecuatia presiunii pentru planul de nivel N-N definit de z=const. este
constgzpN . La fata libera a lichidului ( .0 constz ) unde presiunea este
.00 constgzp Din diferenta celor doua relatii rezulta :
ghzzgppN )( 0
0
sau
.0 ghppN (1.15)
Relatia (1.15) cunoscuta sub denumirea de ecuatia presiunii in campul
gravitational, exprima presiunea Np dintr-un plan de nivel inferior in functie de
presiunea 0p de la suprafata libera a lichidului, distanta dintre cele doua plane fiind h.
De asemenea, se poate exprima presiunea dintr-un plan de nivel inferior in functie
de de presiunea dintr-un plan de nivel superior, cum este cazul din figura 2.9 suprefetele
de separatie dintre doua lichide fiind plane de presiune constanta. Aplicand succesiv
ecuatia preiunii in plane de nivel 2211 , NNNN si 33 NN se poate scrie :
3322113 ghghghpp o
Sau presiunea relative in planul de nivel 33 NN :
.33221103 ghghghpp (1.16)
In partea dreapta a figurii s-a reprezentat curba ABCD de distributie a presiunilor
pe verticala. Presiunea este proportionala cu adancimea, factorul de proportionalitate
fiind ρg. Astfel, segmental EB cuprins intre verticala care trece prin A si curba ABCD este
egal cu 11gh . Punctele B si C sunt puncte de discontinuitate deoarece in dreptul lor
legea de variatie se schimba.
In figura 2.10 planul de nivel N-N definit de suprafata de separatie dintre cele doua
lichide de densitati diferite ( 1 si 2 ) se prelungesc si in vasul din stanga, unde se poate
scrie 110 ghppN . In vasul din dreapta : 220 ghppN . Din egalarea celor doua
ecuatii rezulta :
2211 hh . (2.17)
8
1.5 INTEGRAREA ECUATIILOR EULER IN ALTE CAMPURI DE
FORTE. PROBLEMA ECHILIBRULUI REACTIV
Pentru problemele studiate pana in present s-a presupus existenta unui camp
demase uniform, campul gravitational, cu vectorul acceleratie avand peste tot aceeasi
directie si marime. Exista desigur si alte campuri de forte masice sub actiunea carora un
lichid isi pastreaza pozitia de echilibru. Din interpretarea ecuatiei presiunii intr-un camp
de forte masice conservative, s-a constatat ca forta aplicata masei este perpendicular ape
suprafata izobara care trece prin punctual considerat si presiunea creste in sensul in care
potential;ul descreste.
In continuare se trateaza problema echilibrului relative, care se incadreaza intr-un
mod oarecum particular in problema echilibrului hydrostatic.
Este vorba de pozitia de echilibru pe care o ia un lichid fata de peretii unui vas in
miscare. O particular de lichid in acest system mobil de axe este supus fortelor
gravitationale si a fortelor de inertie (egale si de sens contrar cu cele care produc
miscarea). Sub actiunea acestor forte ea se poate mentine in echilibru daca acceleratia de
transport indeplineste anumite conditii, in primul rand aceea de a se mentine constanta in
timp.
Se poate demonstra ca miscarea cea mai generala in care lichidul isi pastreaza
echilibrul fata de peretii unui vas in miscare este o miscare de translatie pe verticala cu
acceleratia constanta a
, combinata co o rotatie de viteza unghiulara constanta
in jurul
unui ax vertical, in asa fel in cat ga
.
Nu se vat rata problema echilibrului relative in general, ci unele aspecte particulare
mai des intalnite in practica.
1.5.1 Vas cu lichid antrenat intr-o miscare de translatie cu acceleratia
constanta a
.
Fie un vagonet (fig 1.11), care transporta lichid, deplasandu-se in plan orizontal cu
o acceleratie constanta a
. Fortele masica unitare sub actiunea carora o particular M se
gaseste in edchilibru sunt : acceleratia pamanteasca g
si acceleratia fortelor de inertie,
egala si de semn contrar cu a
.
9
Echilibrul lichidului exprimat prin ecuatia fundamentala a hidrostaticii
constp
, unde functia potentiala π se poate determina cu usurinta, cunoscand
componentele acceleratiei fortelor masice :
gz
fy
fax
f zyx ;0; .
Diferenta totala a functiei π este dπ=adx+gdz. Rezulta π=ax+gz+const. Cu acestea,
ecuatia presiunii devine :
constgzaxp
. (1.18)
Ecuatia suprafetelor de presiune constanta se obtine dand lui p diferite valori.
Suprafata libera a lichidului este o suprafata de presiune constanta, unde 0pp . Toate
izobarele sunt plane paralele cu axa OY, ecuatia lor scrisa sub forma explicita fiind:
,constxg
az (1.19)
unde constanta ia valori diferite in functie de presiune. Pentru a determina legea de
distributie a presiunilor pe verticala se scrie ecuatia presiunii in doua puncte pe aceeasi
verticala. In punctul .:),( 0
0
00 constgzaxp
zxM iar in punctul
.:),( 0 constgzaxp
zxM Din diferenta celor doua relatii rezulta :
,0 ghpp (1.20)
h fiind distanta dinre cele doua plane.
Observatie. In cazul cand translatia are loc pe verticala ( de exemplu, un
ascensor), distributia presiunilor pe verticala este exprimata prin relatia:
,10 hg
agpp (1.21)
cu semnul (-) cand ascensorul urca si (+) cand coboara.
10
Capitolul 2
MASURAREA PRESIUNILOR
2.1. PRESIUNE RELATIVA SI ABSOLUTA. UNITATI DE
MASURA
Ecuatia presiunii din hidrostatica sta la baza diferitelor instrumente de masurarea
presiunii. Diferenta de presiune dintre aerul continut intr-un rezervor inchis si aerul
atmosferic se poate masura cu un tub U umplut partial cu lichid. Neglijand greutatea
proprie a aerului se poate scrie (fig 2.1) : ghpp at1, ρ fiind masa specifica a
lichidului din tubul U.
Pentru a determina deci presiunea 1p din rezervorul A este necesar sa se cunoasca,
pe langa ccoloana de lichid h, presiunea atmosferica in momentul corespunzator. Acesta
se masoara separate cu un barometru.
Coloana h a lichidului din instrumentul de masura da indicatii numai asupra
diferentei de presiune dintre cele doua medii (rezervorul si aerul atmospheric). Aceasta
diferenta de presiune poarta numele de presiune relativa. Spre deosebire de presiunea
absoluta, care se determina fata de zero absolute, presiunea relativa se masoara fata de
presiunea atmosferica.
Notiunea de presiune relative a aparut datorita imposibilitatii de a masura direct
presiunea absoluta. Toate instrumentele de presiune determina presiuni relative, fapt
canditionat de prezenta presiunii
atmosferice.
In cazul presiunilor mai mici
decat presiunea atmosferica, apare
notiunea de depresiune. Depresiunea
din rezervorul A (fig.2.2) este dat de
produsul ρgh. Ecuatia presiunii din
figura 2.2 este : ghppat 1 .
Presiunea absoluta din rezervor este :
ghpp at1 . (2.1)
Depresiunea (presiunea relativa) este :
ghppat 1 . (2.2)
Din punct de veder fizic se pune problema cat de mare poate fi coloana h,
respective depresiunea din rezervorul A. Depresiunea maxima apare atunci cand s-a
aspirat tot aerul din rezervorul A, deci presiunea absoluta este egala cu zero. ( 01 ). In
aceste conditii depresiunea maxima este egala cu presiunea atmosferica iar g
ph at
max .
Experientela lui Toricelli a confirmat acest lucru. Daca se rastoarna un tub de
sticla plin cu mercur intr-un recipient cu mercur, se stabileste in tub o coloana de circa
760mm, coloana care echilibreaza presiunea atmosferica (fig. 2.3). Toricelli a observat ca
inaltimea acestei coloane variaza in timp. De aici a tras concluzia ca presiunea
atmosferica prezinta unele fluctuatii. Acest lucru este de mare importanta in
11
meteorologie. Pasccal a utilizat pentru prima data tubul lui Toricelli ca instrument de
masura a presiunii atmosferice dandu-i numele de
barometru.
Unitatea de masura pentru presiune in SI este
Newton pe metru patrat ( 2mN ) si poarta numele de
pascal.
In CGS, unitatea de masura poarta numele barye
( dyna pe centimetru patrat) 22 1,01 mNcmdyn . Bar-
ul este egal cu 25226 10110 mNcmdaNcmdyn .
Foarte respandita inca este unitatea numita
atmosfera tehnica 242 1080665,91 mNcmkgfat .
Atmosfera fizica este presiunea care ridica in
tubul barometric o coloana de 760mm mercur la o
temperatura de C0 si intr-un loc unde acceleratia
pamanteasca este cea normala g=9,80665 2sm ( la 45
grade latitudine, la nivelul marii).
Utilizarea instrumentelor cu lichid in masurarea presiunii a condus la exprimarea
presiunii in coloana de lichid. Astfel, in practica, se masoara presiunea in metrii
(milimetrii) coloana de apa sau in milimetrii coloana de mercur :
-1 mm col. apa corespunde la 280665,9 sm .
Aceasta unitate este larg raspandita in tehnica ventilatoarelor, tehnica zboeului,
etc. La diferente de presiune mai mari se utilizeaza ca lichid de masura mercurul :
-1 mm col. mercur= 2322,133 mN .
In ultimul timp s-a propus denumirea de Torr unitatii de 1mm col. mercur, in
cinstea lui Toricelli. Aceasta unitate este preferata de fizicieni.
In tabelul 2.1 sunt prezentate corelatiile dintre diferite unitati de presiune.
12
13
2.2. INSTRUMENTE PENTRU MASURAREA PRESIUNILOR
Dupa principiul de functionare, instrumentele pentru masurarea presiunii se
clasifica in mai multe categorii, si anume :
-instrumente cu lichid;
-instrumente cu element elastic;
-instrumente cu piston ;
-instrumente electrice;
-instrumente combinate.
Oricare ar fi natura instrumentului de
masura, fluidul sub presiune este dirijat spre
instrument pri intermediul unei prize de
presiune si al unei conducte de legatura.
Pentru masurarea presiunii statice a unui
fluid aflat in miscare, axul prizei de presiune
statica trebuie sa fie normal la directia
curentului (fig. 2.4), iar suprafata interioara
de combinatie sa fie bine prelucrata pentru a nu influenta forma liniilor de current.
Conductele de legatura se fac fi metallice, in cazul instalatiilor stabile sau de presiune
inalta, fie din cauciuc. Avantajul conductelor din cauciuc consta in aceea ca se
manevreaza usor.
Conditia care trebuie sa o indeplineasca orice conducta de legatura este de a fi cat
mai scurta, pentru a evita intercalarea pe traseu a unor bule de aer care provoaca erori
sistematice.
2.3 INSTRUMENTE CU LICHID (PIEZOMETRE)
Instrumentele cu lichid determina presiunea in coloana de lichid. Ele sunt de
constructie simpla, fiind formate dintr-un tub de sticla, drept sau indoit sub forma de U.
Se pot clasifica in tuburi manometrice si vacuummetrice, dupa cum masoara presiuni mai
mari sau mai mici decat presiunea atmosferica. Masoara intotdeauna presiuni relative.
Cand masoara diferenta de presiune dintre doua puncte poarta numele de piezometre
diferentiale.
Se mai poate face o clasificare dupa natura lichidului de lucru. Cand in
instrumental de masura se utilizeaza acelasi lichid se numeste piezometru direct. Daca se
utilizeaza un alt lichid decat cel a carui presiune se determina poarta numele de
piezometru indirect. In cele ce urmeaza se descriu catev din tipurile mai uzuale.
2.3.1 Piezometre simple directe
Tubul manometric masoara presiunea intr-un punct A (fig. 2.5). este format dintr-
un tub de sticla, racordat la punctual de priza prin intermediul unei conducte de cauciuc.
Presiunea in planul de nivel care trece prin punctual de priza este data de ecuatia
presiunii: ghpp atA . Presiunea relativa masurata de tubul manometric este :
14
ghpp atA; (2.3)
exprima in coloana de lichid :
hg
pp atA . (2.4)
Metoda de masurare este foarte
precisa. Domeniul de masurare este
limitat de posibilitatea de a citi in bune
conditii o coloana de lichid de mare
inaltime. Deci, presiunile maxime care
se pot masura cu acest instrument
corespund unor coloane de lichid de
2…4 m. Limita inferioara este
determinata de eroarea relativa care se
face la citire , eroare care este cu atat
mai mare, cu cat coloana masurata este
mai mica.
Prin inclinarea tubului de citire,
creste precizia masurarii, deoarece la o inaltime mai mica, h, lungimea coloanei creste :
sinhl . Presiunea se determina cu relatia :
singlpp atA . (2.5)
Tubul vacuummetric are forma unui tub U si masoara presiuni mai mici decat
cea atmosferica (fig. 2.6).
Ecuatia presiunii aplicata in planul de nivel care trece prin axa prizei de presiune
este : ghpp atA , de unde presiunea relative (depresiunea) :
ghpp Aat . (3.6)
2.3.2. Piezometre simple indirecte
Domeniul de utilizare al instrumentelor cu lichid se poate extinde daca se utilizeaza
in instrumentul de masura un lichid diferit fata de cel caruia i se determina presiunea. La
presiuni mai mari, foarte potrivit pentru acest scop este mercurul, care are o densitate de
aproximativ 13,6 ori mai mare decat a apei si suprafata de separatie dintre cele doua
lichide este foarte bine conturata.
15
In cele ce urmeaza se dau schitele si relatiile de calcul pentru un manometru si un
vacuummetru simplu care utilizeaza un lichid de masura avand masa specifica 12 .
Tubul manometric indirect este un tub U in care se introduce lichidul de masura
2, dupa care se face legatura cu punctual de priza A (fig. 2.7). Denivelarea 2h se produce
in sensul indicat de figura.
Aplicand succesiv ecuatia presiunii in planul de nivel N-N, definit de suprafata de
separatie dintre cele doua lichide, si planul A-A, se poate scrie : 22 ghpp atN ;
11ghpp NA (semnul (+) se refera la situatia din figura 2.7, iar semnul (-) la figura
2.8), respectiv 1122 ghghpp atA . Presiunea relativa este :
,1122 ghghpp atA (2.7)
sau, masurata in coloana de lichid :
12
1
2
1
hhg
pp atA . (2.8)
Pentru manometrul simplu aer-apa se neglijeaza coloana de aer fata de coloana de
apa.presiunea relative este data de relatia :
ghpp atA . (2.9)
Tubul vacuummetric indirect (fig.2.9) masoara presiuni mai mici decat
presiunea atmosferica. Tinand seama de notatiile din figura se pot scrie :
1122 ghghpp atA .
Depresiunea exprimata in coloana lichidului 1 :
12
1
2
1
hhg
pp Aat . (2.10)
2.3.3. PIEZOMETRE DIFERENTIALE
Aceste instrumente care servesc la masurarea diferentelor de presiune nu se
deosebesc nici ca forma nici ca principiu de functionarea piezometrelor simple.
16
Piezometrul diferential
direct (fig. 2.10) este format dintr-
un tub U rasturnat, prevazut in
partea suparioara cu un robinet R.
Sub actiunea presiunilor diferite
din A si B se realizeaza echilibrul
coloanelor din instrumental de
masura, prin intermediul unui strat
de aer de presiune atpp0
.
Relatia de calcul se stabileste
scriind ecuatia presiunii pentru
fiecare dintre cele doua plane de nivel A si B : 10 gzppA;
20 gzppB.
Diferenta de presiune este :
zhgzzgpp BA 21 , (2.11)
Care, cre exprimata in coloana apa devine :
zhg
pp BA . (2.12)
Piezometrul diferential indirect poate utiliza ca lichid de masura 2 un lichid cu
o densitate mai mare decat a lichidului 1 sau un lichid cu o densitate mai mica decat a
lichidului 1.
Cazul a : 12 (fig. 2.11)
Notand cu 1p , respective 2p presiunea din cele doua plane de nivel 1N si 2N
definite cu suprafetele de separatie dintre cele doua lichide, se poate scrie :
111 gzppA ; 212 gzppB . Diferenta de presiune este :
21121 zzgpppp BA . (2.13)
Conform legii
hidrostatice de distributie a
presiunilor se poate scrie in
interiorul tubului U :
ghpp 221 .
Pe de alta parte, se
vede din figura ca :
zzhz 21 , de unde :
hzzz 21 . Facand
inlocuirile in (2.13) se
obtine diferenta de presiune
:
)(12 hzgghpp BA , (2.14)
care,exprimata in coloana lichidului 1 :
zhg
pp BA 11
2
1
. (2.15)
In cazul lichidelor apa (1)-mercur (2), relatia (2.15) devine :
17
zhg
pp BA 6,121
. (2.16)
Se vede ca utilizand ca lichid piezometric mercurul, comeniul de masurare a
crescut de circa 12 ori.
In cazul lichidelor : apa (1), teraclorura de carbon (2)
( 3
__ 1594 mkgcarbonderatetracloru ), formula (2.15) devine :
zhg
pp BA 594,01
. (2.17)
Fata de un pizometru direct, precizia instrumentului este mai mare, intucat la
aceeasi diferenta de presiune coloana de lichid practic s-a dublat.
Cazul b : 12 (fig. 2.12)
Urmand acelasi rationament se obtine relatia :
ghghzpp BA 21)( , (2.18)
sau in coloana lichidului 1 :
zhg
pp BA
1
2
1
1 ; (219)
Daca in aceste instrumente se utilizeaza ca lichid de masura toluenul
( 3866 mkgtoluen ), formula (2.19) devine :
zhg
pp BA 134,01
(2.20)
si se vede ca acest instrument poate fi folosit cu success la masurarea diferentelor mai
mici de presiune.
2.3.4 Piezometrul cu brate de sectiuni diferite
Acesta poate fi utilizat ca piezometru simplu sau diferential, functionand dupa
principiul tubului U. Fata de acesta, prezinta
avantajul ca in timpul masuratorilor nu se
urmaresc simultan doua coloane de lichid, citirea
facandu-se pe o singura scara gradata. Schita
instrumentului este data in figura 2.13. este format
dintr-un rezervor de diametru D legat cu un tub de
sticla de diametru d, raportul sectiunilor celor doua
axe ale tubului U fiind:
2
2
2
2
4
4 nd
D
d
D
.
18
Formulele de calcul se dau pentru cazul cand instrumental este utilizat ca un
manometru simplu indirect, cu fluidele aer-apa, priza de presiune fiind legata la tubul de
diametru mare, D.
Rigla gradate, atasata tubului de diametru d, se aseaza cu diviziunea de zero in
dreptul nivelului lichidului din cele doua vase comunicante. Fata de acest nivel, in timpul
masuratorilor, la o presiune data atA pp , nivelul din rezervor scade cu h’, iar cea din
tubul de masura creste cu h care se citeste direct pe scala gradate. Din egalitatea celor
doua volume : hd
hD
4'
4
22
rezulta : 2
2
'n
h
D
dhh .
Presiunea masurata : 'hhgpp atA sau presiunea relative :
n
ghh
hghPp atA
11
'1 . (2.21)
Utilizand formula aproximativa : ghpp atA se face o eroare sistematica
egala cu 2
1
n. Daca n este suficient de mare (pentru 100,10 n
d
D), eroarea se
incadreaza in limitele de masuratori. In caz contrar se aplica corectia 2
1
n.
2.4. INSTRUMENTE CU ELEMENT ELASTIC
Constructia acestor instrumente se bazeaza pe principiul deformarii unui element
elastic sub actiunea presiunii. Deformatia se poate pune in evidenta printr-un mechanism
de amplificare care sa permita citirea deformatiei cu o precizie mare.
Avantajul acestor instrumente consta in simplificarea constructiei, in faptul ca sunt
portative si usor de manuit si au un domeniu de utilizare foarte larg. Dezavantajul cansta
in aceea ca, datorita macanismului de transmitere a deformatiei, nu poate fi realizata o
precizie foarte mare. De asemanea, dupa un numar mare de masuratori, apar deformatii
remanente. De aceea aceste instrumente trebuie reetaonate periodic.
Principalele tipuri constructive sunt prezentate in continuare.
2.4.1. Manometrul cu tub elastic (Burdoun)
Acesta este format dintr-un tub elastic 1 de sectiune eliptica, indoit in arc de cerc,
inchizand un unghi la centru de 270 (fig. 2.14). o extremitate a tubului este fixate de
suportul instrumentului si se pune in legatura cu priza de presiuneprin racordul 2. Sub
actiunea presiunii, tubul se deformeaza, avand tendinta sa se indrepte, datorita faptului ca
sectiunea tubului tinde sa ia forma circulara. Deformatia este transmisa unui ac indicator
4 prinintermediul unui system de parghii si angrenaje 3, actionat de extremitatea libera a
tubului. Acul 4 indica pe un ecran gradat in unitati de presiune, presiunea
corespunzatoare. Deoarece relatia dintre presiune si deformatie nu se poate stabili
theoretic, fiecare instrument trebuie etalonat.
Curba din figura 2.15 determinata experimental, pentru un anumit tub, reprezinta
deformatia extremitatii tubului in functie de presiune. Se observa ca pe prima portiune a
19
curbei, deformatia este proportionala cu presiunea, supa care, deformatiile cresc foarte
repede depasind limita deformatiilor elastice (care seta foarte apropiata de limita de
proportionalitate). De aceea tuburile se utilizeaza numai pe portiunea dreapta a curbei.
Pentru a reduce deformatiile remanente, limita superioara a scarii instrumentului se
fixeaza la circa 50% din valoarea limitei de proportionalitate, deci se admite un
coefficient de siguranta k=2.
Limita de proportionalitate a tubului depinde de elementele lui constructive. Ea
creste cu grosimea peretilor si cu rezistenta materialului si scade cand sectiunea tubului
se turteste sau cand diametrul de infasurare cerste. Un studiu sistematic al acestor
elemente a facut ca domeniul de utilizare al instrumentelor cu tub elastic sa se extinda
foarte mult acoperind o gama larga de presiuni de 0,5…12 000 2cmdaN .
2.4. 2. Manometrul cu membrana elastica
Acest manometru (fig 2.16) are ca element
deformabil o membrane, 1, din metal (cupru sau
otel), prinsa intre doua flanse. Una din fete vine in
contact cu fluidul sub presiune iar cealalta cu
dispozitivul de amplificare si transmitere a
deformatiei membranei, 3. Avantajul acestui
system este evident atunci cand se pune problema
masurarii presiunii unor lichide foarte vascoase sau
a unor lichide corozive (in cazul acesta membrane
poate fi protejata folosind un strat de argint, cupru
sau chiar platina). Prin posibilitatea de a varia
materialul si dimensiunile membranei, domeniul de
utilizare al acestor instrumente se poate extinde,
limitele fiind insa mai restranse decat la
manometrul tubular 0,2…80 2cmNda .
20
2.4.3. Manometrul cu burduf ( silfon)
Acest manometru (fig. 2.17) este format dintr-o
cutie cilindrica cu peretii ondulati 1, care, supusa unei
presiuni suplimentare (din afara sau dinauntru), se
deformeaza modificandu-si inaltimea. Deformatia este
amplificata si transmisa acului indicator 4, care pe o scara
gradate indica presiunea corespunzatoare. Domeniul de
utilizare este 0,5…5 2cmdaN .
2.5 INSTRUMENTE CU PISTON
Manometrul cu piston masoara cu
precizie presiuni mari. In principiu consta
dintr-un cilindru, 1, in care se gaseste un
piston 2, format dintr-o tija cilindrica de otel
prevazuta la partea superioara cu un taler pe
care se asaza greutati 3 (fig. 2.18). presiunea
lichidului din interior este :
,21
A
GGp (2.22)
unde : 1G este greutatea pistonului si a
talerului, 2G - greutatile asezate pe platan si
A-aria sectiunii pistonului.
Manometrul cu piston si resort este reprezentat in figura 2.19, unde se recunoaste
cilindrul 1, pistonul 2 si greutatea 3, care este echilibrata de doua resorturi 4. la cresterea
presiunii pistonul se deplaseaza pana cand se stabileste o pozitie de echilibru. Deplasarea
pistonului este transmisa acului 5, care indica pe cadran presiunea respectiva. Pentru a
evita intepenirea pistonului se utilizeaza doi magneti 6, care provoaca vibratia pistonului.
Manometrele cu piston se utilizeaza mai putin ca instrumente de masura din cauza
ca sunt mai greu de manuit. Ele se utilizeaza de obicei ca instrumente etalon, deoarece
garanteaza o buna precizie care nu se micsoreaza cu durata de functionare a
instrumentului.
21
2.6 INSTRUMENTE ELECTRICE PENTRU MASURAREA
PRESIUNII
In tehnica moderna a masuratorilor, un loc tot mai important il ocupa
instrumentele electrice de masura. Domeniul lor de utilizare s-a extins si la masurarea
marimilor neelectrice, datorita multiplelor avantaje pe care le prezinta : posibilitatea
masurarii si inregistrarii continue a marimii masurate, posibilitatea masurarii ei de la
distanta, precizia si sensibilitatea ridicata a masurarii, gama larga a limitelor de masurare
etc.
In cazul utilizarii instrumentelor electrice pentru masurarea marimilor neelectrice,
apar o serie de probleme specifice acestui domeniu al tehnicii masuratorilor. In primul
rand se pune problema trecerii de la marimea neelectrica masurata la o marime electrica.
Elemental aparatului de masura care indeplineste aceasta functie poarta numele de
traductor.
Traductoarele sunt de fapt transformatoare de energie mecanica in energie
electrica. Ele se bazeaza pe variatia, in functie de marimea masurata, a unui parametru
electric. Dupa natura parametrului electric care se modifica cu marimea masurata,
traductoarele se clasifica in : traductoare piezoelectrice, capacitive, inductive, resistive
etc.
Schema bloc a unui aparat de masurare electrica a marimilor neelectrice este
redusa in figura 2.20. Traductorul este legat printr-un adaptor cu instrumental electric de
masura a carui scara este gradata in unitatile marimii neelectrice de masurat.
In general, o sursa de energie electrica alimenteaza toate cele trei parti componente
ale aparatului. In cazuri particulare este suficient ca sursa de energie electrica sa
alimenteze numai circuitul de masurare, iar in alte cazuri insusi traducdorul constituie o
sursa de energie electrica pentru circuit.
In cele ce urmeaza se prezinta cateva tipuri de traductoare electrice utilizate la
masurarea presiunii, fara a trata problema circuitelor de masura. Se mentioneaza insa
faptul ca toate traductoarele trebuie etalonate inainte de a incepe masurarea.
2.6.1. Traductoare piezoelectrice
Constructia traductoarelor piezoelectrice se bazeaza pe propietatea unor materiale
dielectrice cristaline, care, supuse unor actiuni mecanice, se incarca la suprafata lor cu
sarcini electrice. Daca actiunea mecanica dispare, cristalul revine la starea initiala,
neelectrizata.
Cristalul poate fi supus la intindere,
compresiune, inconvoiere, torsiune sau
forfecare. Numarul sarcinilor electrice depinde
de material si este proportional cu forta.
Polarizarea se schimba cu natura solicitarii.
Cristalele piezoelectrice cele mai
cunoscute sunt cuartul (bioxid de siliciu,
2SiO ) si turmalina, ambele avand propietati
mecanice si ptezoelectrice foarte bune.
22
Propietatile piezoelectrice ale cuartului sunt independente de temoeratura, ceea ce
constitue un mare avantaj.
Alte materiale piezoelectrice care pot fi luate in considerare
(fosfati,titanati,tartrati) au propietatile piezoelectrice mai bune decat ale cuartului, dar au
o rezistenta mecanica slaba si sunt higroscopice, deci trebuie protejate impotriva
umiditatii. Efectul piezoelectric al acestor saruri apare numai la solicitarea de inconvoiere
si torsiune.
Traductorul cu crystal de cuart. Cuartul cristalizeaza in sistemul hexagonal,
celula structurala elementara fiind prisma. La cristalul de cuart (fig. 2.21) se deosebesc
urmatoarele axe principale : axa optica (longitudinala), axele electrice, care unesc
varfurile hexagoanelor, si axele mecanice sau neuter, care unesc mijloacele laturilor
hexagoanelor. Din acest crystal se taie o placuta
de dimensiuni a,b,c, avand muchiile paralele cu
cele trei axe. Sub actiunea unor forte
perpendiculare pe axa optica, cristalul se
electrizeaza, vectorul de polarizare fiind dirijat
in lungul axei electrice (sarcinile apar pe planuri
perpendiculare pe axa electrica).
Daca forta de compresiune xP este
dirijata in jurul axei electrice, marimea sarcinii
este proportonala cu presiunea :
xPQ , (2.23)
δ fiind constanta piezoelectrica a materialului.
Daca forta de compresiune yP actioneaza in
lungul axei neutre (deci dupa directia axei
electrice cristalul este supus la tensiune),
sensul vectorului de polarizare se schimba iar sarcina electrica depinde si de
dimensiunile cristalului, fiind cu atat mai mare cu cat cristalul este mai lung si mai subtire
:
yPa
bQ . (2.24)
Constructia unui
traductor piezoelectric este
reprezentata in figura 2.22.
cele doua placute de cuart 2
sunt prinse intre garniturile
metalice 3. ele sunt supuse
fortelor de compresiune xP
prin intermediul membranei
1. Capacul 6 este fixat pe
carcasa si transmite placilor
presiunea prin intermediul
bilei 7. Saiba din mijloc 3
este legata de conductorul de
legatura 4, care trece prin
23
bucsa 5 confectionata din material izolant. Placile de cuart sunt in asa fel aranjate, incat
traductorul furnizeaza un potential negative fata de carcasa pusa la pamant.
Efectul piezoelectric este un fenomen cu caracter electrostatic. Cantitatea de
electricitate incarca fetele cuartului si conductoarele legate cu ele la o tensiune C
QU , C
fiind capacitatea dinre conductoare. Pentru masurarea acestei tensiuni sunt necesare
metode si aparate la care sarcinile san u piara. Se impune deci o izolatie foarte buna a
partilor conductoare de curent fata de pamant.
2.6.2 Traductoare capacitive
Un traductor capacitativ este adesea un condensator plan a carui capacitate C este
data de relatia:
S
C , (2.25)
unde : ε este permeabilitatea mediului dintre armature; S – suprafata unei armature; δ-
distanta dintre armaturi.
Principiul constructive al unui traductor capacitiv pentru masurarea presiunii se
vede in figura 2.23. Armatura 1 este suspendata pe resorturi si se deplaseaza sub actiunea
rezultantei presiunii, P. Armatura 2 fiind fixa, marimea care se modifica este distanta
dintre placi δ. Odata cu ea se modifica si capacitatea condensatorului.
Variatia capacitatii C a condensatorului in functie de distanta δ dintre placi se face
dupa o lege hiperbolica. In figura 2.24 este data ca exemplu curba fC pentru un
condensator plan cu aer . in circuitele in care se masoara direct capacitatea unui
condensator, traductorul trebuie astfel calculat incat sa functioneze pe portiunea initiala a
curbei, ramura care poate fi aproximata cu o dreapta. Se impugn deci distante mici intre
armature. Tendinta de a micsora valoarea dintre armature este insa limitata de pericolul
de strapungere a stratului de aer. Intercalarea intre armaturile unei placi subtiri, a carei
tensiune de strapungere este de mmkV310 mareste sensibilitatea traductorului,
permitandu-I sa
functioneze la distante δ
foarte mici.
O problema care nu
trebuie neglijata la
traductoarele capacitive
este influenta temperaturii,
capacitatea traductorului
depinzand de dimensiunile
lui geometrice care sa
modifica cu temperatura.
24
2.6.3 Traductoare inductive
Traductoarele inductive
sunt construite pe
principiul inductiei. Figura
2.25, a, prezinta schema
unui asemenea traductor,
cu un intrefier δ foarte mic,
care variaza sub actiunea
rezultantei presiunii P. Din
cauza variatiei intrefierului,
variaza reductanta
circuitului magnetic si in
consecinta inductanta
bobinei asezata pe miez si conectata intr-un circuit de current alternative. Variatia
reactantei inductive a bobinei se duce la o variatie corespunzatoare a impedantei Z a
acesteia. Apare deci o dependenta intre marimea masurata P si impedanta bobinei Z :
PfZ ; PfZ . (2.26)
Variatia impedantei in functie de marimea intrefierului δ este data de o relatie
hiperbolica, reprezentata calitativ in figura 2.26. Daca 0 este intrefierul initial, variatia
se admite egala cu (0,1…0,15) 0 pentru a ne limita la portiunea liniara a
caracteristicii.
Portiunea liniara a caracteristicii poate fi marita prin utilizarae traductoarelor
diferentiale (fig. 2.25,b), ale caror bobine sunt de obicei conectate la doua ramuri vecine
ale unei punti echilibrate. In acest montaj, erorile conditionate de factorii externi ca :
variatia tensiunii si frecventei sursei de alimentare, variatia temperaturii traductorului etc.
sunt in parte eliminate.
25
Capitolul 3
ECUATII FUNDAMENTALE ALE DINAMICII
FLUIDELOR
3.1 ECUATIA LUI BERNOULLI. APLICATII ALE ECUATIEI
LUI BERNOULLI
Pentru a aplica ecuatia lui Bernoulli intr-o problema hidronamica, trebuie sa se
cunoasca forma liniilor de curent si valoarea presiunii in unele sectiuni caracteristice ale
curentului.
3.1.1. Formula lui Toricelli
Fie un rezervor deschis cu lichid, care
alimenteaza un orificiu. Nivelul din rezervor se
mentine tot timpul constant, ceea ce inseamna ca
orificiul functioneaza in regim permanent.
Experienta arata ca in rezervor curgerea este
convergenta, iar la iesirea din orificiu, datorita
racordarii peretilor la intrare, vitezele sunt paralele
intre ele. Aplicand ecuatia lui Bernoulli dupa o linie
de current intre punctele A si M, se poate calcula
viteza la iesire din orificiu. Astfel fata de un plan de
referinta ales arbitrar se pote scrie :
g
vpz
g
vpz MM
MAA
A22
22
.
Deoarece vana fluida are dimensiuni mici si este inconjurata de aerul atmosferic,
se poate considera AatM ppp . Rezulta :
g
vzz
g
v AMA
M
22
22
;
Av este viteza de la fata libera a rezervorului, numita viteza de apropiere. Fiind foarte
mica, aceasta se poate neglija. Cum Hzz MA , rezulta formula lui Toricelli :
gHvM 2 . (3.1)
3.1.2 Fenomenul Venturi
Daca intr-o conducta oarecare se produce o strangulare a sectiunii (fig. 3.2),
conform ecuatiei continuitatii ( Qvsvsvs 332211 ), acolo unde sectiunea scade,
viteza creste si invers. Aplicand ecuatia lui Bernoulli in lungul firului fluid se poate scrie
:
26
g
vpz
g
vpz
g
vpz
222
2
33
3
2
222
2
111 . (3.2)
Rezulta ca energia potentiala p
z variaza in acelasi sens cu sectiunea. Daca
conducta este orizontala 321 zzz , rezulta :
g
vp
g
vp
g
vp
222
2
33
2
22
2
11 . (3.3)
Tubul Venturi este un ajutaj
convergent-divergent utilizat la masurarea
debitului. Debitul se exprima cu usurinta
in functie de diferenta de presiune create
de strangularea jetului. Din relatia (3.3) se
poate scrie :
2
1
2
2
22
1
2
221 11
22 ssg
Q
g
vvpp .
Rezulta :
21
2
2
2
1
21 2pp
gss
ssQ . (3.4)
3.1.3. Preiunea intr-un punct de impact
Fie un obstacol imobil intr-un fluid in miscare permanenta. Liniile de current
ococlesc obstacolul (fig. 3.3). exista o linie de current care se opreste in punctual M
(punct de impact). Aplicand ecuatia lui Bernoulli in lungul acestei linii de curent in
punctele A si M se poate scrie:
g
vpz
g
vpz MM
MAA
A22
22
.
In cazul din figura 3.3 MA zz .
In punctul de impact viteza se anuleaza
0Mv si toata energia curentului apare sub forma
de presiune. Presiunea din punctul de impact
poarta numele de presiune totala ( totp ). Presiunea
din punctul A este presiunea statica a curentului.
Se poate scrie :
totAst p
g
vp
2
2
, sau
27
2
2vpp sttot . (3.5)
Cresterea de presiune in punctual de impact, 2
2v , poarta numele de presiune
dinamica. Daca in punctul M se practica o priza de presiune a carei axa este paralela la
directia curentului, aceasta masoara presiunea totala. Pentru masurarea presiunii statice,
axul prizei de presiune trebuie sa fie normal la directia curentului.
4. RRETELE EXTERIOARE DE ALIMENTARE CU
APA RECE DIN ANSAMBLURI DE CLADIRI
4.1. SISTEME, SCHEME SI CONDITII DE REALIZARE A
RETELELOR EXTERIOARE DE ALIMENTARE CU APA
RECE DIN ANSAMBLURI DE CLADIRI
4.1.1. Alcatuirea si clasificarea retelelor exterioare de alimentare cu apa rece
Reteaua exterioara de alimentare cu apa cuprinde totalitatea conductelor,
armaturilor, aparatelor de masura, siguranta si control, constructiilor si instalatiilor,
accesoriilor care asiguura transportul apei de la rezervoarele de acumulare (inmagazinare)
sau de al instalatiile de ridicare a presiunii apei, pana la conductele de record
(bransamente) ale consumatorilor si constitue o parte componenta a sistemului de
alimentare cu apa a localitatii sau industriei. Reteaua exterioara de alimentare cu ap
trebuie sa asigure debitul maxim orar, la presiunea de serviciu necesara. Presiunea de
serviciu este presiunea minima necesara care trebuie asigurata, in orice punct de
bransament (racord) al instalatiilor interioare la reteaua exterioara, pentru a putea fi
furnizat debitul necesar de apa pentru consum menajer, industrial sau pentru combaterea
incendiilor. Presiunea maxima admisa in retelele exterioare de alimentare cu apa este de 6
bar stabilita din conditia de rezistenta a instalatiilor interioare (conducte,armaturi) din
cladiri.
La proiectarea retelelor exterioare se tine seama de o serie de factori si anume:
sistematizarea localitatilor care urmeaza a fi alimentate cu apa, amplasamentul
consumatorilor, relieful terenului, configuratia strazilor, caile de acces public si pozitia
unor obstacole naturale, (rauri, parcuri etc) sau artificiale (alte retele amplasate in zona,
cai de comunicatii etc.). Alegerea judicioasa a schemei (alcatuirii) retelei este rezultatul
analizei factorilor de mai sus si a unor calcule de eficienta economica.
Retelele exterioare de alimentare cu apa se compun din urmatoarele categorii de
conducte (fig. 4.1):
- principale sau artere 1 care transporta apa de la rezervorul de acumulare
(compensare) sau de la statia de pompare, in sectoarele de consum;
28
- de serviciu 2 sau conducte “publice”, care transporta apa de la conductele
principale pana la punctele de bransament; la aceste conducte se executa bransamentele 3
ale statiei de hidrofor sau cladirilor. De asemenea, la conductele de serviciu se pot monta
hidranti exteriori pentru combaterea incendiilor 4 sau hidranti pentru stropit spatii verzi 5;
- secundare 6, numite si retele exterioare de distributie a apei in ansambluri de
cladiri, care transporta apa de la instalatia de ridicare a presiunii 7 (de regula, instalatia de
pompare a apei cuplata cu recipiente de hidrofor) la instalatiile 8 din interiorul cladirilor
9.
Dupa forma in plan se disting urmatoarele tipuri de
retele :
- ramificate, prin care apa circula intr-o
singura directie;
- inelare cu puncte ce ramificatie numite
noduri, alcatuite din bucle sau ochiuri
inchise, la care apa pote ajunge in orice
punct cel putin din doua directii.
- mixte, cu portiuni ramificate si portiuni
inelare.
Retelele inelare prezinta siguranta in
exploatare, atat in cazul consumurilor menajere cat
si industriale cat, mai ales, pentru combaterea
incendiilor; in cazul unei defectiuni intr-un punct al
unui transom (portoiuni) al retelei se poate continua
alimenatrea cu apa a celorlalti consumatori, pe cand la o retea ramificata se intrerupe
alimenatrea cu apa pe toata suprafata localitatii sau indutriei din aval de acest punct.
Dupa calitatea apei transportate se disting : retele exterioare pentru alimentarea cu
apa potabila sau cu apa industriala.
Dupa numarul de conducte de transport a apei, retelel exterioare pot fi cu :
- o singura conducta de distributie a apei pentru consum menajer, industrial si
pentru combaterea incendiilor;
- conducte separate pentru fiecare fel de consum;
- conducte comune pentru anumite categorii de consum al apei;
In cazul centrelor populate se prevede, in general, o singura retea exterioara de
distributie pentru apa necesara consumului menajer, industrial si pentru combaterea
incendiilor.
Sunt cazuri cand intreprinderile industriale necesita debite mari de apa nepotabila
si rezulta ca economica o alimentare separata cu apa pentru procese ethnologice si
separate o retea de apa potabila si pentru combaterea incendiilor. Pentru a se evita
infectarea apei potabile, se interzice orice legatura permanenta sau ocazitionala intre
reteaua de apa potabila si retelele de apa industriala nepotabila ( netratata sau tratata
sumar, dupa necesitati).
Dupa valoarea presiunii necesare a apei pentru combaterea incendiilor se
deosebesc doua tipuri de retele, de :
29
- joasa presiune (minim 0,7 bar, in cazul hidrantilor pentru combaterea
incendiilor), astfel ca presiunea necesara la ajutajul tevii de refulare este
asigurata de motopompe;
- inalta presiune, cu statii proprii de pompare.
Retelele de joasa presiune se folosesc in intreprinderi industriale cu pericol redus
de incendiu, iar cele de inalta presiune in intrprinderi industriale cu pericol marit de
incendiu, ca de exemplu : in industria lemnului, in industria petroliera, chimica etc.
4..1.2. Retele exterioare de distributie a apei reci in ansambluri de cladiri
La alcatuirea retelelor exterioare de distributie a apei reci in ansambluri de cladiri
se tine seama de : sistematizarea ansamblului de cladiri,respective amplasarea
consumatorilor in plan sip e verticala, si legat de aceasta, posibilitatea gruparii cladirilor
cu aceeasi inaltime; sarcina hidronamica disponibila si presiunile necesare la
consumatori; marimea si variatiile debitului de apa necesar la punctele de consum;
conditiile de calitate a apei; costurile specifice de investitie si ale energiei de pompare a
apei.
Presiunile necesare la consumatori sunt : 0,7 bar pentru hidrantii exteriori de
incendiu la care se racordeaza autopompe; 0,5…0,7 bar, pentru instalatiile interioare de
alimentare cu apa rece a cladirilor cu parter racordate direct la reteaua exterioara;
0,5…0,7 bar, pentru racordarea statiilor de pompare cu recipiente de hidrofor; 2,5…4 bar,
pentru instalatiile interioare ale cladirilor cu parter si patru etaje; 4,5…6 bar, pentru
instalatiile interioare ale cladirilor cu parter si 9 etaje. Presiunea maxima admisa pentru o
zona de presiune fiind 6 bar, pentru presiuni necesare care depasesc 6 bar se adopta 2 sau
mai multe zone de presiune a apei.
Retelele exterioare de distributie a apei reci cu o singura zona de distributie pot fi :
- racordate direct la conductele de serviciu ale retelei de alimentare cu apa a
localitatii. Conductele de serviciu pot avea cinfiguratia ramificata, inelara sau
mixta, in functie de marimea localitatii si importanta consumatorilo.
- racordate indirect la conductele de serviciu, prin intermediul statiilor de
pompare cu sau fara recipiente de hidrofor.
Alimentarea cu apa dintr-o singura statie de pompare cu recipiente de hidrofor
constitue o solutie economica pentru ansambluri de cladiri de locuit cuprinzand pana la
6000 de apartamente. Instalatiile interioare care au sarcina hidronamica necesara egala
sau mai mica fata de cea din conductele de serviciu ( ca de exemplu, instalatiile interioare
de alimentare cu apa rece din scoli, gradinite, camine de copii, cinematografe etc) se
racordeaza direct la conductele de serviciu., fie la reteaua exterioara de alimentare cu apa
erce a ansamblului de cladiri, iar hidrantii pentru stropit spatii verzi numai la reteaua
exterioara a ansamblului de cladiri.
Alimentarea cu apa cu mai multe statii de pompare se adopta pentru ansambluri de
cladiri cuprinzand 5 000…6 000 de apartamente sau chiar si pentru ansambluri mai mici,
dar amplasate pe terenuri cu denivelari mari, care pot conduce la depasirea presiunii de 6
bar in unele statii interioare, in care caz statiile de pompare se amplaseaza la cote diferite
si se dimensioneaza fiecare pentru o singura zona de presiune a apei. Hidrantii exteriori
30
de incendiu si hidrantii de stropit spatii verzi se amplaseaza la fel ca in cazul alimentarii
cu o singura statie de pompare.
Cand presiunea necesara la consumatori depaseste 6 bar, fie datorita regimului de
inaltime al cladirilor, fie datorita denivelarii terenului sau cand pesiunea necesara nu
depaseste 6 bar, dar numarul cladirilor cu inaltime redusa este comparabil cu cel al
cladirilor cu inaltime mare, se adopta retele distincte de distributie a apei reci, cu regimuri
diferite de presiune. In acest caz, alimentarea cu apa se face printr-o singura statie de
pompare prevazuta cu pompe separate pentru cele doua retele, respective, zone de
presiune, sau cu statii de pompare distincte pentru fiecare retea, respective zona de
presiune, cand cladirile mai inalte sunt amplasate grupat intr-o anumita zona a
ansamblului de cladiri.
Cand presiunea disponibila in conductele de serviciu poate asigura alimentarea cu
apa a hidrantilor exteriori de incendiu si de gradina si instalatiile interioare ale cladirilor
ccu inaltime mica, iar restul cladirilor din ansamblu sunt grupate pe doua regimuri de
inaltime, solutia economica de alimentare cu apa poate fi prin 3 retele distincte, respectiv,
pe trei zone de presiune. In prima zina de presiune a apei din conductele de serviciu
asigura alimentarea cu apa a hidrantilor exteriori de incendiu si de gradina si a
instalatiilor din cladirile cu inaltime mica, racordate direct. In a 2-a zona de presiune, sunt
grupate instalatiile cladirilor cu P+4, P+5 etaje, iar in zona a 3-a instalatiile cladirilor cu
P+8…P+10 etaje. Este indicat sa se prevada cu o singura statie de pompare cu recipiente
de hidrofor, cu agregate de pompare separate pentru cele doua zone de presiune, ale
retelelor distincte de distributor a apei pentru cladirile cu P+4,P+5 etaje, respective pentru
P+8…P+10 etaje (fig. 4.2). in functie de marimea sau intinderea ansamblului de cladiri si
de denivelariele terenului alimentarea cu apa se pote face si cu statii de pompare separate
pentru fiecare retea exterioara corespunzatoare zonei de presiune respective.
31
4.1.3 Racordarea instalatiilor interioare la retelele exterioare de alimentare
cu apa sau la surse (bransamente)
Bransamentul este conducta de racord intre instalatia interioara si reteaua
exterioara de alimentare cu apa (conducta publica sau de serviciu) sau sursele proprii ale
consumului respective.
Bransamentele pot fi de doua feluri : provizorii, folosite numai in perioada de
executie a constructiei, si definitive, folosite si ca bransamente provizorii pe perioada de
constructie.
In functie de importanta consumatorului, bransamentele pot fi simple sau multiple.
In cazul in care consumatorul necesita o alimentare cu apa continua, fara nici o
intrerupere, cum sunt, de exemplu, industriile cu procese tehnologice la care intreruperea
alimentarii cu apa poate determina degradarea produselor sau deteriorarea aparatelor
utilizate, se iau masuri speciale de siguranta in alimentarea cu apa, prevazandu-se :
- 2 racorduri de la aceeasi conducta de serviciu ;
- 2 racorduri de la doua retele de pe strazi diferite;
- Realizarea unei reserve intangibile, de avarie.
In anumite cazuri, se prevad mai mult de doua bransamente; in aceste situatii
bransamentele se dimensioneaza astfel incat din cele n bransamente prevazute, n-1 sa se
asigure debitul de apa necesar in instalatie.
Bransamentul se amplaseaza in zona de consum maxim de apa, in vederea
obtinerii unei solutii cat mai economice pentru reteaua de distributie a apei si se executa
perpendicular pe frontul cladirii, astfel incat sa aiba o lungime cat mai mica, iar
strapungerea fundatiilor la intrarea in cladire sa se faca usor.
Un bransament poate alimenta cu apa o singura cladire sau un ansamblu (grup) de
cladiri daca, in general, se incadreaza in aceeasi categorie, ca de exemplu, in cazul
ansamblurilor cladirilor de locuit.
Pe conducta de bransament, dupa punctual de record, se monteaza subteran o vana
(robinet) de concesie de la care se poate inchide alimentarea cu apa a intregii instalatii
interioare, in caz de nevoie. Da asemenea, pe conducta de bransament se monteaza
instalatia pentru masurarea si inregistrarea consumului de apa, compusa din apometru si
armaturile anexe.
4.1.4. Amplasarea (pozarea) retelelor exterioare de alimentare cu apa rece Tinand seama de schemele de alimentare cu apa adoptate si urmarind reducerea
volumului de lucrari si a consumului de materiale, retele exterioare se pot amplasa:
- ingropate in sol, sub adancimea de inghet, stabilita pentru localitatea
respective, conform datelor din STAS 6054. Se recomanda ca traseele
conductelor sa treaca, pe cat posibil, prin spatii verzi (pentru a fi usor
accesibile in caz de defectiune), cat mai aproape de consumatori si cat mai
scurte. In terenuri normale, distanta minima de la aliamentul cladirilor pana la
axa conductelor de apa de distributie este de 3 m. Distantele minime in plan
orizontal si vertical, precum si conditiile de amplasare la traversari si
incrucisari cu alte retele sau obstacole sunt indicate in tabelele 4.1. si 4.2. se
interzice trcerea conductelor de apa potabila prin caminele de vizitare ale
retelei de canalizare, prin canale de evacuare a apelor uzuale, haznale et.
Conductele de alimentare cu apa potabila nu vor fi legate cu conductele de apa
32
nepotabila sau industriala. Conductele metalice se izoleaza pentru protectia
contra coroziunii (STAS 7335/5);
- in canale de protectie, in cazul in care terenul este sensibil la umezire si nu pot
fi respectate distantele impuse (prin normativul P 7) fata de fundatiile cladirilor
sau cand conductele de alimentare cu apa trebuie sa fie protejate impotriva
actiunilor mecanice exterioare. In general, se evita amplasarea conductelor de
alimentare cu apa rece in canale in care se monteaza si conducte de alimentare
cu apa calda. Cand traseele conductelor de apa rece si calda sunt comune, se
impune montarea conductelor de apa rece in canalee, se adopta solutia de
separare a canalului in 2 compartimente;
- in subsolurile cladirilor, cand acestea sunt prevazute cu subsoluri sau canale
mediane circulabile. Solutia este economica, reducandu-se costurile
investitiilor si consumurile de metal si ciment. La adoptarea acestei solutii se
iau urmatoarele masuri de protectie: conductele se izoleaza termic, pentru a se
evita incalzirea apei reci; la traversarea rosturilor de tasare a peretilor sau a
fundatiilor cladirilor, golurile sunt mai mari decat diametrele exterioare ale
conductelor cu 10…15 cm; conductele traverseaza golul pe la partea inferioara
acestuia, iar etansarea golurilor in jurul conductelor se face cu material elastic;
in portiunile in care conductele traverseaza elemente de constructii nu se admit
imbinari; in cazurile in care golurile sunt determinate de dimensiunile
canalelor respective se asigura accesibilitatea conductelor pentru intretinere si
reparatii in timpul exploatarii;
- in galeriile subterane vizitabile, impreuna cu alte retele, in cazuri speciale
(artere cu circulatie intense, conditii de teren foarte dificile, nevoie de
supraveghere frecventa sau de interventie rapida);
- aerian, pe portiuni scurte ale retelei.
33
4.2. MATERIALE SI ECHIPAMENTE SPECIFICE PENTRU
RETELE EXTERIOARE DE ALIMENTARE CU APA RECE DIN
ANSAMBLURI DE CLADIRI
4.2.1. Conducte si armature
a. Tuburi din beton armat precomprimat. Se utilizeaza, in special, la conductele de
adectiune sau artere pentru alimentarea cu apa a centrelor populate si a industriilor.
Tuburile se fabrica cu diametrele nominale de 400, 600, 800 si 1000 mm si pentru
presiuni de regim de 4,7 si 10 bar.
b. Tuburi si piese de legatura din fonta ductile (fonta de presiune). In tara, se
produc tuburi din fonta de presiune, bitumate sau nebitumate la interior si piese de
legatura (STAS 9392 si STAS 1515), rezistente la presiune interioara de 6 bar. Aceste
tuburi sunt tot mai mult inlocuite de tuburile din fonta ductile (produse de numerate firme
straine), avand aceleasi diameter nominale, care au o fiabilitate mult mai mare.
c. Tevi si fitinguri din otel. Se folosesc tevi din otel carbon, sudate longitudinal,
zincate (pentru apa potabila) sau nezincate (pentru apa industriala), filetate sau nefiletate
(STAS 7656), precum si tevi sudate longitudinal, pentru constructii (STAS 7657).
d. Tevi si fitinguri din PVC, polipropilena sau polietilena.
4.2.2. Hidranti exteriori pentru stingerea incendiilor
a. Hidranti subterani de incendiu. In tara noastra, hidrantii subterani de incendiu
(STAS 695, fig. 4.3) se executa cu diameter de 70 si 100 mm, pentru presiunea de 10 bar.
Se racordeaza la reteaua exterioara prin intermediul unei piese de legatura fixate cu flansa
de corpul subteran al hidrantilor. Flansele de racordare ale pieselor de legatura cu
hidrantii subterani se executa cu diametre de 50, 70 si 80 mm pentru hidranti avand
diametrul de 70 mm si cu diametre de 100 si 125 mm pentru hidranti avand diametrul de
100 mm. Hidrantii subterani sunt prevazuti cu dispozitive de golire a apei pentru a se
evita inghetarea in timpul iernii. Furtunurile decendiu se racordeaza la hidranti subterani
prin intermediul hidrantilor portativi cu robinete (STAS 697), care pot fi cu doua
racorduri fixe (fig. 4.4) sau fara robinete de inchidere (STAS 698), care pot fi cu cot
simplu sau dublu.
Firmele straine (CIA-Italia; HS Control System Limited – Anglia etc.) produc
hidranti subterani cu diametre nominale de 50, 70,80, 100, 125 si 150 mm, precum si
intreaga garnitura de robinete si racorduri pentru alimentarea cu apa de la retea,
respective de la motopompe. dublu.
b. Hidranti supra terani de incendiu. Hidrantii supraterani prezinta mai mare
siguranta in exploatare decat hidrantii subterani., putand fi usor identificati si racordati
rapid la sursele de alimentare cu apa (inclusive motopoompe) si la echipamentul de stins
incendii.
34
Hidrantii de suprafata pentru stingerea incendiilor produsi in tara (STAS 3479) se
executa cu diameter de 70 si 80 mm, pentru presiunea nominala de 10 bar (fig. 4.5). Se
folosesc pentru racordarea furtunelor sau autopompelor la instalatiile fixe.
Firmele straine (HAWLE – Austria, CENTRO ITALIA ANTINCENDIU, CIA –
Italia, SAFETY & EMERGENCY SYSTEMS, SES ENGINEERING – SUA si altele )
produc hidranti supraterani cu diametre nominale de 50, 70, 80, 100 mm, modelele
normal si scrt, cu A=350 mm si B=500, 700 si 100 mm, din inox, cu capul din fonta, ceea
ce le confera o maxima protectie anticorosiva.
4.2.3 Hidranti pentru stropit spatii verzi
Se executa in 3 marimi cu diametrele de 1/2; 3/4 si 1”, pentru presiunea nominala
de 6 bar, cu roata de manevra si corpul din fonta, iar restul pieselor din alama; sunt
prevazuti cu racord cu piulita olandeza si cu racord pentru furtun. Se monteaza la nivelul
terenului in cutii de protectie.
35
4.3 DIMENSIONAREA RETELELOR EXTERIOARE DE
ALIMENTARE CU APA RECE DIN ANSAMBLURI DE CLADIRI
4.3.1 Stabilirea tipurilor si numarului de puncte de consum alimentate cu
apa din retelele exterioare
La retelele exterioare de alimentare cu apa rece se pot racorda : hidranti exteriori
pentru incendiu; hidranti pentru stropit spatii verzi; hidranti pentru platforme de gunoi;
fantani de baut apa; fantani ornamentale cu jocuri de apa.
a. Hidrantiexteriori pentru incendiu.
Numarul, tipul, amplasarea si debitul specific al hidrantilor exteriori pentru combaterea
incendiilor se stabilesc astfel incat, debitul de calcul al conductei de distributie a apei
pentru stingerea din exterior a incendiului ]/[ slQie sa fie asigurat pentru fiecare
compartiment de incendiu, tinand seama de schema adoptata pentru stingerea incendiilor
(cu pompe mobile sau linii de furtun racordate direct la hidrantii exteriori).
Numarul hidrantilor exteriori se determina astfel incat fiecare punct al cladirilor sa
fie atins de numarul de jeturi in functiune simultana, debitul insumat al acestora trebuind
sa asigure debitul de apa de incendiu prescris pentru fiecare tip de cladire.
Numarul de incendii exterioare simultane care poate avea loc pe teritoriile
intreprinderilor industriale se stabileste asfel :
- suprafata teritoriului este mai mica de 150 ha, un incendiu;
- suprefata teritoriului este mai mare de 150 ha, se considera 2 incendii
simultane, alegand doua cladiri care necesita cele mai mari debite de apa de
incendiu;
- in zona industriala avand o suprafata mai mare de 150 ha, se afla mai multe
intreprinderi industriale, fiecare cu incinta mai mica de 150 ha, alimentate cu
apa prin retele comune, retelele din fiecare incinta se calculeaza considerand
un singur incendiu, iar retelele comune pentru 2 incendii simultane care
necesita cele mai mari debite de apa;
- zone industriale cu suprefata mai mare de 300 ha, numarul de incendii
simultane se stabileste de comun acord cu Inspectoratul General al
Pompierilor;
- depozite sau grupe de depozite de cherestea , busteni, traverse, lemne de foc si
depozite de carbuni, avand o suprafata mai mare de 20 ha; se iau in calcul doua
incendii simultane, considerand doua sectoare diferite care necesita debitele
cele mai mari.
Numarul de incendii exterioare simultane pentru centre populate si zone
industriale, in cazul in care se asigura alimentarea cu apa rece prin retele comune, se
stabileste pentru:
- centre populate cu mai putin de 10 000 de locuitori si o zona industriala cu
suprafata pana la 150 ha se considera un singur incendiu, la centrul populat sau
la zona industriala unde debitul de incendiu este cel mai mare;
- centrele populate cu populatia intre 10 000 si 25 000 de locuitori avand o zona
industriala cu suprafata pana la 150 ha se considera doua incendii simultane,
unul la centrul populat si altul la zona industriala, sau amandoua la centrul
populat, daca rezulta din ultimul caz un debit mai mare;
36
- centre populate cu mai putin de 25 000 de locuitori si cu o zona industriala
avand suprafata peste 150 ha se vor lua in calcul doua incendii simultane, unul
la centrul populat si altul la zona industriala sau ambele la centrul populat sau
zona industriala, corespunzator debitului de incendiu cel mai mare;
- centrele populate cu populatia egala sau mai mare de 25 000 de locuitori,
avand o zona industriala cu suprafata mai mare de 150 ha numarul incendiilor
simultane si debitele de calcul se stabilesc separat pentru centrul populat, pe
baza
datelor din
tabelul 4.3
si separat
pentru zona
industriala,
dupa care
se
insumeaza
debitele de
apa pentru
incendiu.
Pentru centrele
populate di mediul
rural, conform
prevederilor
Normativului pentru
proiectarea si
executarea lucrarilor
de alimentare cu apa
si canalizare a
localitatilor din mediul rural (P 66), necesarul de apa pentru combaterea incendiilor se
stabileste astfel:
- 5 l/s pentru localitati avand pana la 5 000 locuitori, la care debitul maxim orar
pentru nevoi gospodaresti este egal sau mai mare de 5 l/s;
- 10 l/s pentru localitati avand pana la 10 000 locuitori, la care debitul maxim
orar pentru nevoi gospodaresti este egal sau mai mare de 10 l/s.
Daca debitul maxi orar pentru nevoi gospodaresti, la localitati avand pana la 5 000
locuitor, este mai mic de 5 l/s, necesarul de apa pentru combaterea incendiilor se asigura
printr-o rezerva de apa de 10 m 3 .
Repartizarea incendiilor simultane se face astfel incat un incendiu sa revina unei
suprafete locuita de cel mult 10 000 de locuitori.
Distanta medie d intre 2 incendii simultane se determina cu relatia :
pDd
10000 [m] (4.1)
in care, pD reprezinta densitatea populatiei, in numar de locuitori/ha.
Distanta de amplasare a hidrantilor exteriori de incendiu se stabilesc in functie de
raza de actiune a hidrantilor, care se considera de 120 m cand presiunea apei necesara la
37
hidranti este asigurata de reteaua exterioara, de 100…150 m in cazul folosirii
autopompelor. La stabilirea distantelor de amplasare a hidrantilor exteriori pentru
incendiu se tine seama si de faptul ca inaltimea cladirilor care pot fi protejate nu depasesc
45 m.
Presiunea minima la hidrantii exteriori de la care se intervine direct pentru
stingere, trebuie sa se asigure realizarea de jeturi compacte de minim 10 m lungime, teava
de refulare actionand in punctele cele mai inalte si indepartate ala acoperisului (stivelor)
cu un debit de 5…10 l/s.
Presiunea minima (masurata la suprafata terenului) la hidrantii exteriori la care
interventia pentru stingere se asigura folosin pompe mobile, trebuie sa fie de minim 0,7
bar. Ca urmare, hidrantii de incendiu pot fi alimentati cu apadin retele exterioare avand
sarcina hidronamica, in punctual de record al hidrantului, .7,0 barHdisp
Hidrantii exteriori de incendiu ai retelelor de joasa presiune se amplaseaza la 2 m
de bordura partii carosabile a drumului; daca reteaua exterioara de alimentare cu apa este
amplasata intr-o zona verde, distanta de la bordura partii carosabile a drumurilor pana la
hidranti va fi de maximum 6 m.
Hidrantii exteriori de incendiu se monteaza la 5m de suprafata zidurilor cladirii si
la 10...15 m de sursele de caldura.
Pentru localitatile din mediul rural, conform prevederilor Normativului P 66, pe
portiunile de retele de alimentare care distribuie debitul maxim orar:
- < 5 l/s, nu se prevad hidranti de incendiu;
- intre 5 si 10 l/s, se prevad 3 pana la 5 hidranti de incendiu amplasati la distante
de max. 500 m intre ei;
- > 10 l/s, se prevad 5 pana la 10 hidranti de incendiu amplasati la distante de
max. 500 m intre ei.
In terenurile sensibile la umezire, pe langa distantele impuse de conditiile de
siguranta, se tine seama ca distanta fata de cladiri sa fie odata si jumatate inaltimea
stratului de pamant sensibil la umezire.
b. Hidranti pentru stropit spatii verzi Numarul de hidranti se stabileste prin amplasarea lor, distanta dintre doi hidranti
fiind de 130...140 m, tinand seama de raza de actiune a unui hidrant ( numeric egala cu
lungimea furtunului care este de 100m), astfel incat fiecare punct sa fie atins de jetul de
apa, asigurandu-se stropirea intregului spatiu verde. Suprafata de udat care ii revine unui
hidrant este de circa 2 ha, si se calculeaza ca fiind suprafata unui patrat inchis intr-un cerc
cu raza egala cu raza de actiune a unui hidrant, care este de 100 m. Debitul specific hgq al
unui hhidrant de gradina cu diametrul nominal nD 20 mm este de 0,60 l/s, iar al unui
hidrant cu nD 25 mm de 0,80 l/s. Intensitatea medie de stropire hgi a spatiilor verzi,
aleilor si drumurilor este hgi 1,65...2,2 l/m 2 zi.
Numarul de hidranti in functiune simultana pentru stropitul unei suprafete date, S,
in 2m , se calculeaza cu relatia:
hg
hg
q
Sin (4.2)
38
in care valoarea lui hgq se exprima in l/zi.
Numarul de hidranti de gradina in functiune simultana de pe un tronson de
conducta de alimentare cu apa al retelei exterioare va fie gal cu numarul de hidranti
racordati la tronsonul respective, darn u mai mare decat numarul de hidranti in functiune
simultana din ansamblul de cladiri considerat, calculate cu relatia (4.2).
c. Fantani de baut apa
Se prevad in locuri special amenajate, in curtile scolilor, gradinitelor de colpiii,
terenurilor de sport, fabricilor, atelierelor etc., numarul lor determinandu-se in functie de
numarul persoanelor care le folosesc (STAS 1478).
4.3.2 Debite specifice de calcul pentru dimensionarea conductelor exterioare
de distributie a apeireci in ansambluri de cladiri
a. Debite specifice
La un hidrant exterior pentru incendiu se
considera de 5 l/s. In lipsa unor masuratori asupra
variatiei debitului hidrantilor de incendiu exteriori
fara furtun, in functie de presiunea din reteaua de
alimentare cu apa, se utilizeaza datele prezentate in
nomograma din figura 4.6. La hidrantii portativi cu
cot dublu, cu diametrul de 70 mm, se obtine un debit
de 10 l/s la o presiune disponibila de 50 Pa,
asigurandu-se astfel alimentarea cu apa pe doua linii
de furtun. In cazul folosirii unui distribuitor cu trei cai
se pot alimenta trei linii la un hidrant portativ cu cu
un cot si patru linii la un hidrant portativ cu doua
coturi.
b. Debitele de calcul
Se stabilesc dupa cum urmeaza :
Retelele de conducte care alimenteaza cu apa rece consumatorii din aceeasi
categorie de cladiri, se determina in functie de destinatiile cladirilor cu
relatiile din § 2.4, inmultite cu coeficientul 10,1pK pentru acoperirea
pierderilor de apa.
Retelele de conducte care alimenteaza cu apa consumatorii din categorii
diferite de cladiri. In acest caz se aplica relatia:
n
i
cipc qKq1
[l/s] (4.3)
in care ciq este debitul de calcul al instalatiei interioare pentru fiecare cladire
sau grupuri de cladiri de acelasi fel, care se alimenteaza cu apa din tronsonul
respectiv. Pentru cladirile din aceeasi categorie se determina debitul de
calcul cu relatiile din § 2.4.2.2, apoi pentru grupurile de cladiri din categorii
diferite se aplica relatia (4.3).
Retelele de conducte care alimenteaza cu apa consumatorii din diferite
categorii de cladiri si consumatori exteriori, se determina cu relatia:
39
n
i
cei
n
i
cipc qqKq11
[l/s] (4.4)
in care ceiq reprezinta debitul de calcul al consumatorilor din exteriorul
cladirilor, iar ciq si pK au semnificatiile din relatia (4.3). debitul de calcul
al hidrantilor pentru stropit spatii verzi se determina cunoscand debitele
specifice si numarul de hidranti in functiune simultana.
Stingerea din exterior a incendiilor. Debitele de apa necesare pentru
stingerea din exterior a incendiilor si numarul de incendii simultane pentru
centre poluate de determina pe baza datelor din tabelul 4.3.
Debitele de apa pentru stingerea din exterior a incendiilorieq la
cladiri civile izolate, pentru invatamant, spitale, cladiri sau sali aglomerate
si cladiri social-administrative, sunt date in tabelul 4.4; pentru cladirile
industriale obisnuite in tabelul 4.5; pentru cladirile industriale monobloc in
tabelul 4.6; pentru depozitele deschise de cherestea in tabelul 4.7; pentru
depozitele de busteni, traverse de cale ferata si lemne de foc in tabelul 4.8;
pentru depozitele de rumegus si tocatura de lemn in tabelul 4.9; pentru
depozitele de talas in tabelul 4.10 si pentru depozitele de carbuni in tabelul
4.11.
40
41
Debitul de calcul pentru retelele de apa care alimenteaza intreprinderi sau
zone industriale se iau in functie de numarul de cakcul al incendiilor care pot
avea loc simultan pe teritoriul acestora, pe baza celor precizate la 4.3.1.
Retelele exterioare de alimentare cu apa pentru nevoi menajere, industriale si
pentru combaterea incendiilor, se determina cu relatia
iececipc qqqKq )''( [l/s] (4.5)
in care : ciq' este debitul de calcul al instalatiei interioare pentru fiecare
cladire sau grup de cladiri de acelasi fel, la cere nu s-a luat in calcul 85% din
debitul de apa necesar dusurilor sau bailor si debitul pentru spalarea
utilajului tehnologic si pardoselilor [l/s]; ceq' - debitul de calcul al
consumatorilor din exteriorul cladirilor, mai putin debitul de apa necesar
pentru stropit strazile si spatiile verzi [l/s]; ieq - debitul hidrantilor exteriori
pentru toate incendiile simultane [l/s]; pK =1,10 – coeficientul pentru
acoperirea pierderilor de apa.
Daca debitul de calcul pentru alimentarea cu apa a instalatiilor interioare pentru
combaterea incendiilor este mai mare decat debitul de calcul pentru hidrantii exteriori de
incendiu, prin aplicarea relatiei (4.5) se poate obtine un debit de calcul mai mic decat cel
necesar si pentru evitarea subdimensionarii retelei exterioare se verifica debitul de calcul
cu relatia :
iiiececipc qqqqKq ''' [l/s] (4.6)
in care :
- '
ieq este debitul de calcul al hidrantilor exteriori, calculat pentru numarul de
incendii simultane, mai putin un incendiu;
42
- iiq - cel mai mare debit de calcul al instalatiilor interioare de combatare a
incendiilor;
- '' , ceci qq si pK au semnificatiile din relatia (4.5)
Pentru instalatii de incendiu a caror intrare in functiune este adimsa a fi
temporizata (hidranti exteriori,tunuri,drencere cu actionare manuala ,instaladii de spuma
etc.), se pot folosi pentru incendiu debitele de apa rece menajera si tehnologica ,cand sunt
indeplinite urmatoarele conditii :
- procesul tehnologic permite o intrerupere de functionare ;
- se manevreaza cel mult trei robinete pentru folosirea acestor debite, robinete
amplasate in statia de pompare, in camine exterioare si alte locuri ferite si usor
accesibile in timpul incendiilor;
- timpul de actionare(masurat de la semnalizarea incendiului pana la terminarea
operatiei de manevrare ) nu conduce la depasirea duratei de temporizare
stabilite prin prescriptiile legale in vigoare pentru sistemul de protectie contra
incendiului respectiv.
Debitul de calcul pentru un incendiu al conductelor de distributie care deservesc
doua sau mai multe sisteme de protectie contra incendiilor se determina, dupa caz , prin
insumarea debitelor de calcul al instalatiilor prevazute sa functioneze simultan.
La stabilireqa simultaneitatilor si duratelor de functionare ale diferitelor sisteme de
protectie, se au in vedere urmatoarele :
- daca instalatia are hidranti interiori si exteriori,se considera – la constructii
obisnuite – functionarea hidrantilor interiori timp de 10 minute , iar a celor
exteriori in urmatoarele 3 h. La salile de spectacole si cladirile monobloc
inalte, in prima ora se asigura functionarea , fie a hidrantilor interiori , fie a
celor exteriori , instalatia dimensionandu-se la cel mai mare, iar in urmatoarele
2 ore, nu mai a celor exteriori;
- daca instalatia are numai hidranti interiori , iar alimentarea cu apa pentru
stingere unui incendiu se face din exterior cu pompe de incendiu mobile, direct
din bazine sau din rezervoare, in primele 10 min se considera functionarea
simultana a jeturilor, iar in urmatoarele 50 min, numai a unui jet;
- daca instalatioa aliumenteaza hidranti interiori si instalatii de sprinklere sau
drancere pentru constructii obisnuite , la debitul pentru hidranti interiori , se
adauga debitul necesau functionarii, sprinkerelor si drancerelor timp de 1 h.
In cazul in care nu se poate asigura intregul debit de calcul , aceste se poate
determina astfel :
- minimul 15 l/s timp de 10 min , din care 10 l/s pentru sprinklere sau drencere
si 5l/s pentru hidrantii interiori , cand alimentarea se face dintr-o sursa initiala
automata , co conditia ca in acest interval de timp sa se puna in functiune
sistemul de baza pentru alimentarea cu apa a instalatiei , inainte de epuizarea
sursei initiale;
- maximum 55 l/s timp de 60 min (dintre acre 30 l \s pentru sprinklere sau
drencere si 25 l/s pentru hidrantii de incendiu) ;
- debitul hidrantilor exteriori in urmatoarele 2 h .
Conductele de serviciu( ale sistemului de alimentare cu apa a localitatii) care
alimenteaza cu apa rece fiecare cladire (care are instalatie centrala sau instalatii locale
43
proprii pentru prepararea apei calde de consum) se determina tinand seama de debitele
necesare de apa (STAS 1343 / 1), cu relatiile:
1000
med
isp
zin
NqQ [ zim /3 ] (4.7)
zimNqK
Qispzi
n /1000
3
max zi (4.8)
zimNq
Q izi
zi /1000
3max
max zi (4.9)
hmNqKK
Qispzi
n /100024
30
maxorar (4.10)
hmNqK
Q izi /100024
3max 0
maxorar n (4.11)
in care debitele sunt:
- med zinQ este debitul zilnic al necesarului de apa
- max zinQ este debitul zilnic maxim al necesarului de apa ;
- maxorar n Q este debiltul orar maxim al necesarului de apa;
- spq este debitul zilnic mediu specific al necesarului de apa zilnic
corespunzator relatiei :
zi / omlqqqqq ilspgsp (4.12)
- gq este debitul zilnic mediu specific pentru nevoi gospodaresti ale
populatiei ;
- pq este debitul zilnic mediu pentru nevoi publice;
- sq este debitul zilnic mediu specific pentru stropit si spalat strazi,
pentru stropit spatii verzi , etc.
- ilq este debitul zilnic mediu specific pentru unitatile de industrie
locala aferente servirii populatiei din localitatea respectiva;
- max ziq este debitul zilnic mediu specific al necesarului de apa ,
corespunzator relatiei : zi /max omlqKq spzizi (4.13)
in care Kzi
este coeficient de neuniformitate a debitului zilnic.
Valorile debitului zilnic mediu specific si valorile coeficientului de neuniformitate
a debitului zilnic, pe zone diferentiate ale centrului populat in functie de gradul de dotare
al cladirilor cu instalatuii de alimentare cu apa rece si apa calda sunt conform tabelului
4.12.
44
- K 0 este coeficinetul de neuniformitate a debitului orar, ale carui
valori , in functie de numarul total de locuitori ai centrului
populat, sunt date in tabelul 4.13 ;
45
- iN este numarul de locuitori permanenti si flotanti pe zone
diferentiate , functie de gradul de dotare al cladirilor cu instalatii de
alimentare de apa rece si apa calda. In sensul prevederilor STATS
1343 /1 , locuitorii flotanti sunt acei locuitori care nu au domiciliul
permanent in localiatea condiderata, dar prin activiatea ce o
desfasoara , determina cresterea debitului zilnic mediu al
necesarului de apa (ex: pentru un hotel se va considera ca numar al
locuitorilor flotanti numarul de paturi ale hotelului si numarul de
persoane inregistrate la hotel timp de un an).
4.3.3 Dimensionarea conductelor retelelor exterioare de distributie a apei
reci in ansambluri de cladiri si calculul pierderilor totale de sarcina
Cunoscand configuratia geometrica a retelei exterioare de distribtie a apei reci ,
trsata pe planul de situatie al ansamlului de cladiri, numarul si tilpul puinctelor de
consum , precum si debitele de calccul pentru fiecare tronson de conducta, se intocmeste
schema de calcul hidraulic ,pe care se numeroteaza tronsoanele traseului principal de
al;imentare cu apa a punctului de consum cel mai dezavantajat hidraulic si ale tuturor
ramificatiilor care pornesc din nodurile traseului principal. Pentru dimensionarea
conductelor se folosesc ata vitezele economice, cat si vitezele maxime admise ale apei in
conducte, ca si in cazul instalatiilor de distributie a apei reci sin interiorul cladirilor. Se
foloseste , de asemenea , nomograma de calcul din figura 4.7. Pentru dimensionarea
conductelor din otel cu diametre mai mari de 178 mm , pentru apa rece se foloseste
nomograma din figura 4.8a, iar pentru conductele din PVC 60 si 100 cu diametrele mai
mari de 125 mm , se folosesc nomogramele din figurile 4.8b , 4.8c , si 4.8d. Pentru
conducte din fonta clasa D nebituminate , pentru apa rece , nomograma din figura 4.9 in
cazul folosirii tuburilor din fonta din clasa B bituminate la interior si din clasa A
nebituminate si bituminate la interior se foloseste nomograma din figura 4.10 pentru
determinarea coeficientului de corectie a pierderilor de sarcina deducandu-se din
nomagrama din figura 4.9.
46
47
48
49
Pentru calculul pierderilor de sarcina liniare in furtunurile din caucuic cu diametre
de 25 , 32, 40, 50 si 75 mm pentru stropit spatii verzi , se utilizeaza nomograma din
figura 4.11. Pierderile de sarcina locale se calculeaza folosing nomograma din figura 4.12
pe care sunt trecutre si valorie coeficientilor de pierderi de sarcina locale ξ.
a. Calculul hidraulic al relelelor ramificate .Se efectueaza mai intai calculul
hidraulic al treseului principal (cel mai defavorabil) determinandu-se sarcina
hidronamica necesara a apei reci in punctul de racord a relei exterioare in
ansamblul de cladiri la conducta de serviciu a sistemului de alimentare cu apa a
localiatii necH , iar ramificatiile se dimensioneaza in limitele sarcinilor
disponibile din nodurile respective ale traseului principal si ale vitezelor
maxime ale apei (pana la 3 l/s) admise in conducte. Sarcinile in exces se pot
prelua prin robinete de reglare sau prin diafragme calibrate dimensionate
corespunzator.
50
b. Calculul hidraulic al retelelor inelare. Repartitia debitelor se realizaeaza astfel
incat pierderea de sarciba pe un inel sa fie nula : 0q Mqhr , in care
debitele |q| se iau pozitive sau negative , in functie de sensul arbitrar ales de
parcurgerea inelului (sensul odata alesse pastreaza acelasi pentru toate inelele
reletei). Debitele se termina iterativ pornind de la valori aproximative initial ,
cu respectarea conditiilor de continuitate in noduri (cu cat debitele
aproximative sunt mai apropiate de valorile reale , cu atat calculul este mai
putin laborios) si corectate succesiv. Pentru fiecare inel se calculeaza corectia
Δq. La valoarea algebrica a fiecarui debit |q| se aduna valoarea algebrica a
corectiei calculata Δq pentru ineleul in care face parte tronsonul respectiv.
Debitele de pe tronsoanele comune primesc corecti de pa ambele inele.
Calculul iterativ se efectueaza pentru intreaga retea , pana cand suma
pierderilor totale de sarcina rh , pe fiecare inel, se apropie de valoarea 0 ;
La retelele exterioare de alimentare cu apa , calculul se considera incheiat daca
kPa5rh pentru fiecare inel.
4.3.4 Dimensionarea conductelor de bransament
Se face cunoscand debitul de calcul al
instalatiei si utilizand valorile vitezelor
economice ale apei , redate in tabelul 4.14 .
Pentru calculul grafic de dimensionare
a conductelor din otel zincate se foloseste
nomograma din figura 4.7, pentru diametre de
pana la 165, 2 mm, respectiv 4.8a, pentru
diametre peste 178 mm. Pentru conductele din
mase plastice se folosesc nomogramele din
figurile 4.13 , 4.14 , 4.15, precum si cele din
figurile 4.8b , c si d. La pierderile de sarcina
liniare si locale de pe conducta de bransament,
se adauga si perderea de sarcina in apometru,
care se determina din curba caracteristica
debitului – pierderea de sarcina, atasata
fiecarui tip de apometru si redata in
cataloagele firmelor producatoare.
51
52
4.4 EXEMPLE DE CALCUL
Exemple de calcul 1. Se dimensioneaza conducta de bransament pentru instalatia
de alimentare cu apa rece de consum in ansamblul de cladiri de locuit , avand 480 de
apartamente (480 B , 480 L 480 S 480 R , in care B – baterie nD 15 pentru baie , L –
baterie nD 15 pentru lavoar , S – baterie nD 15 pentru spalator de bucatarie , R – robinet
nD 10 pentru rezervor de closet).
Necesarul specific de apa este de 280 l/zi pers. , numarul mediu de persoane pe
apartament este de 2,5 si gradul de asigurare al nmecesarului de apa este de 99 %.
Sarcina hidrodinamica disponibila in punctul de racord la conducta de serviciu este
kPaH disp 100 .
Sarcina hidrodinamica necesara pentru alimentarea cu apa rece de consum in
ansamblul de cladiri este kPaHnec 300 . Regimul de furnizare a apei reci este de 19 h.
Racordarea instalatiei din ansamblul de cladiri la conducta de serviciu se realizeaza prin
53
intermediul unei instalatii de ridicare a presiunii apei , intrucat necdisp HH . Schema de
calcul a conductei de bransament este prezentata in figura 4.16.
Rezolvare . Calculul hidraulic al conductei de bransament este sistematizat in
tabelul 4.15 dupa cum urmeaza :
- se calculeaza suma debitelor specifice ale armaturilor obiectelor sanitare (tab.
4.16);
- se determina debitul de calcul qb al conductei de bransament cu relatiile 4.14
si 4.15 si indicatiile din tabelul 4.17 si figura 4.17;
mzmzc qyqq [l/s] (4.14)
oz
szpM
mzn
qNq
3600 [l/s] (4.15)
54
- se determina diametrul conductrei de bransament db , viteza economica a apei
in conducta vb [m/s] , si pierdera de sarcina liniara unitara i [Pa] , din
nomograma pentru conducte cu tevi din otel zincate , din figura 4.7;
- se calculeaza pierderile de sarcina lineare pe conducta de bransament h r [Pa];
- se calculeaza suma coeficientilor de pierderi de sarcina locale pe conducta de
bransament :
2 coturi Dn
100 mm 2 x 1,0 = 2,0
1 teu de derivatie 1 x 2,0 = 2,0
5 robinete cu sertar 5 x 0,3 = 1,5
Dn
100 mm
3 teuri de trecere 3x 0,5 = 1,5
1 intrare in distrribuitor 1 x 1,0 = 1,0
1 iesire din distribuitor 1 x 0,5 = 0,5
Total 8,5
55
- se determina cu nomograma din figura 4.12 pierderile de sarcina locala hrl
in
functie de si viteza apei in conducta de bransament;
- pentru instalatia de alimentare cu apa rece de consum in ansamblul de cladiri la
un debit de calcul hmqb /25,39 3 se monteaza un contor cu elice simplu
pentru care pierderea de sarcina locala in contor este Pa 000 5contor rlh ;
- pierderile de sarcina toatale (liniare si locale) in conducta de bransament ,
Pahhhh etlribr 214705000622010250 ;
- se determina presiunea de utilizare Hu
la robinetul cu plutitor :
.3,37)5,212,41(100 kPahHHH rbgdispu Se observa ca
presiunea de utilizare Hu
este cuprinsa intre 30 si 100 kPa , conditie
recomandata pentru functionarea corespunzatoare a robinetelor cu plutiotor.
Exemplul de calcul 2. Se efectueaza calculul hidraulic pentru traseul cel mai
dezavantajat din punt de vedere hidraulic al conductei de distributie a apei reci in
ansamblul de cladiri din figura 4.18. Conducta de distributie este racordata direct la o
conducta de serviciu a retelei orasenesti si se executa cu teava din PVC 100. Suprafata
ansamblului de cladiri este de 3 ha. Pe schema de calcul din figura 4.18 sunt notate,
pentru fiecare conducta : numarul de apartamente pentru cladirile de locuit; suma
debitelor specifice ale armaturilor de crese si scoala; volumul cinstruit V; debitul de
calcul pentrul incendiul interior qi i
. Necesarul specific de apa pentru cladirile de loocuit
este de 280 l/zi pers., numarul medie de persoane pe apartament este de 2,5 si gradul de
asigurare al necesalului de apa este de 99%. De asemenea pe figura 4.18 sunt notate
lungimile tronsoanelor de conducte ale traseului princiupal de alimentare cu apa.
56
Rezolvare. Calculul este sistematizat in tabelul 4.18.
Debitele de calcul se determina in ipoteza in care in ansamblul de cladiri are loc un
incendiu , calculand :
- suma debitelor specifice al armaturilor pentru un apartament la cladirile de locuit
cu relatia : ;7,07,07.0 SCSLSBSSs qqqqnq in care SSq este debitul
specific al spalatorului ; qsb
al baii ; qsl
al lavoarului si qsc
al rezervorului de
closet;
- suma debitelor specifice ale armaturilor in caz de incendiu ,'snq cand
funcioneaza numai 15% din bai
- pentru un apartament slnqs /429,0 si slnq s /31,0' ;
- debitul de apa de consum qci
cu datele din tabelele 4.16 si 4.19 in functie de
destinatiile cladirilor;
- debitul de cinsum exterior qce
[l/s], considerand ca in timpul incendiilor
fantanile de baut apa continua sa functioneze;
- debitul total de consum ceci qq [l/s] , care se majoreaza cu 10% pentru
acoperirea pierderilor de apa in reteaua exterioara montata in pamant;
- debitul necesar pentru stingerea incendiului interior qi i
[l/s], conform tabelului
4.20 si exterior qie
conform tabelului 4.4;
- pentru fiecare tronson de calcul : diametrul , viteza apei si pierderea de sarcina
liniara unitara i [Pa/m] , cu nomograma din figura 4.19, pentru conducte din
PVC 100 ;
- pierderile de sarcina liniare pentru fiecare tronson hri
[Pa];
- suma pierderilor de sarcina liniare rih [Pa] , de la consumatorul cel mai
dezavantajat din punct de vedere hidraulic pana la punctul de racord;
- suma coeficientilor de rezistenla locala pentru fiecare tronson:
Tronson 1 :
1 teu de derivatie 1 x 2,0 = 2,0
Total 2,0
Tronson 2 :
1 cot nD 50 mm 1 x 1,0 = 1,0
1 teu de trecere 1 x 0,5 = 0,5
Total 1,5
Tronsoane : 3;4;5;6;7;8:
1 teu de trecere 1 x 0,5 = 0,5
Total 0,5
Tronson 9 :
1 teu de derivatie 1 x 2,0 = 2,0
1 robinet cu sertar 1 x 0,3 = 0,3
D n 125 mm ____________
. Total 2,3
57
- pierderea de sarcina locala hrl
pentru fiecare tronson , din nomograma 4.12 , in
functie de si viteza apei v in tronsonul respectiv;
- suma pierderilor de sarcina locale rlh [Pa] , de la consumatorul cel mai
dezavantajat din punct de vedere hidraulic la punctul de raport;
- rlrir hhh pe traseul de calcul;
- Sarcina hidrodinamica necesara necH , in punctul de racord la reteaua
exterioara : 310761necH Pa (tab. 4.18) .
58
Capitolul 5
INSTALATII PENTRU ACUMULAREA (STOCAREA) APEI
RECI
5.1. Solutii constructive si scheme pentru realizarea
instalatiilor Rezervoarele de acumulare a apei reci se prevad pentru :
- instalatii alimantate cu apa rece din retelele exterioare cu functionare
intermitenta;
- retele interioare sau exterioare a caror alimentare directa de la sursa cu
cantitatile de apa necesare pentru acoperirea nevoilor menajere , tehnologice
sau pentru stingerea incendiilor nu este posibila din punct de vedere tehnic sau
nu este rationala din punct de vedere economic ;
- obiective speciale la care defasurarea procesului tehnologic sau combaterea
unui incendiu , trebuia neaparat asigurate si in caz de avarie a sursei de
alimentare cu apa.
Rezervoarele executate din beton armat si beton precomprimat (STAS 4165)se
clasifica dupa :
- pozitia fata de sol : la sol , ingropate , partial ingropate , neingropate si
deasupra solului ( castele de apa);
- forma : cilindrice paralelipipedice , tronconice si forma speciala;
- numar de compartimente pentru stocarea apei reci : cu un compartiment
(rezervor simplu) si cu camera de vane ; su doua compartimente cuplate cu
statie de pompare ;
- lagatura cu alte constructii : independente, include in structura altor constructii
(statii de filtrare, de deferizare etc .).
Rezervoarele de acumulare a apei se prevad cu posibilitati de alimentare directa
pentru combaterea incendiilor.
5.1.1. Rezervoare la sol si ingropate in sol
Rezervoarele ingopate si semingropate in sol sunt cele mai folosite , fiind asigurata
protectia termica a apei la variatiile temperaturii exterioare.
Rezervoarele partial ingropate pot fi cu : acoperis , placa cu capacitati de la 25 la
200 m 3 ; Acoperis cupola cu capacitati de la 25 la 300 m 3 ; Planseu ciuperca cu capacitati
de la 300 la 1000 m 3 . Forma rezervoarelor la sol se adopta in functie de inscrierea
avantajoasa in relieful ternului , in cadrul incintelor sau in structura altor constructii. In
figura 5.1.1a se prezinta un rezervor simplu , de forma cilindrica, semingropat , prevazut
cu camera de vane , iar in fgura 51.b schema instalatiilor hidraulice aferente.
59
De regula, rezervoarele de
acumulare asigura stocarea apei
necesara pentru consum menajer ,
tehnologic si pentru combaterea
incendiilor. Pentru a evita
consumarea rezervei de apa
encesara combaterii incendiului
pe comducta de distributie se
monteaza o cinducta de
dezamorsare. In perioadele cand
rezervorul se afla in rvizie tehnica
sau la aparitia unor defectiuni ale
acestuia, se inchid vanele dupa
conductele de alimentare si
distributie si de deschide vana de
pe conducta de ocolire a
rezervorului, permitand in acest
fel contunuarea alimentarii cu apa
a instalatiilor exterioare pe durata
remedierii defectiunilor aparute.
Rezervoarele ingropate in
sol sunt prevazute cu conducte de
aerisire.
Pentru trecerea
conductelor prin peretii
rezervoarelor se prevad piese
speciale pentru etansare.
Rezervoarele de acumulare
din beton cu doua compartimente
sunt cuplate , de regula , cu statii
de pompare a apei si recipiente de
hidrofor si se adopta, in general ,
pentru incinte industriale in
vederea asigurarii consumului
tehnologic, menajer si pentru
combaterea incendiului cu
hidranti exteriori.
Rezervoarele pentru acumularea apei reci au o inaltime utila, masurata intre cota
radierului si cota superiopara de la care incepe functioanrea preaplinului si un spatiu pana
la nivelui inferior al elementelor acoperisului. Inaltimea utila se stabileste pe consiterente
tehnico-economice, tinand seama de schema tehnologica a alimentarii cu apa si de
dimensiunile elementelor de rezistenta ale rezervorului , rezultate ca necesare pentru
diverse inaltimi utile. Spatiul liber are inaltimea minima de 25 cm.
In cazul rezervoarelor amplasate in zone avang un grad de seismicitate mai mare
de 7 , inaltimea spatiului liver se va spori in miod coresapunzator si se preavd ecrane
sparge-val poentru a tine seama de efectul solicitarilor seismice asupra apei inmagazinate.
60
La amplasarea rezervoarelor se tine sema de inscrierea corespunzatoare a acestora
in schema tehnologica de alimentare cu apa , precum si de conditiile de fundare si de
stabilitate generala si locala a terenului.
La alegerea amplasamentului, se evita pe cat posibil, terenurile cu apa freatica ,
terenurile macroporice, tasabile sau cu capacitate portanta redusa, precum si versantii cu
pante abrupte. Se evita amplasarea rezervoarelor pe versanti nestabili , sau care isi pot
pierde stabiliateta datorita lucrarilor de executare a rezervorului.
Amplasarea rezervoarelor pentru apa potabila se face astfel incat sa se asigure in
jurul lor o zona de protectie sanitara cu regim sever ale carei limite se stabilesc in
conformitate cu reglementarile specifice in vigoare.
5.1.2 Castele de apa
Castelul de apa (fig 5.2) este un ansamblu
constructiv formati dintr-un rezervor de apa sustinut
de o constructie in forma de turn si avand cuva
amplasata la o inaltime determinata asupra terenlui ,
pentru a asigura distributia apei prin gravitatie.
Castelele de apa asigura inmagazinarea unei
rezerve de apa si reglarea debitului si persiunii apei in
reteaua de distributie.
Castelele de apa se construiesc cu capacitati
intre 50 pana la 500 m 3 si inaltimi de 15, 25 si 30 m.
Forma castelelor de apa poate fi tronconica ,
cilindrica sau de tip special. La trecerile conductelor
prin peretii si fundul cuvei se utilizeaza piese speciale
care asigura ata atanseitatea , cat si preluarea
deformatiilor cauzate de variatiile de temperatura.
Castelul de apa este prevazut cu :
- instalatii de alimentare si distributie a apei
si anume : conducte de intrare a apei de
distributie( pentru consum menajer,
tehnologic si pentru combaterea
incendiilor) , de golire si de preaplin;
Pentru a se mentine nivelul minim al apei
din rezervor corespunzator rezervesi de apa
pentu combaretea incendiului , conducta de
distributie a apei pentru consum curent, si
tehnologic se executa sub forma unui sifon(
fig. 5.2) , care se dezamorseaza cand
nivelul apei tinde sa scada sub nivelul
minim si intrerupe iesirea apei din rezervor;
- instalatie pentru semnalizarea nivelului apei
din rezervoare;
- instalatii si constructii anexe necasare exploatarii si anume : isnatatie electrica
de iluminat, paratraznet in partea cea mai inalta a turnului ; dispozitive pentru
ventilarea naturala ; scari de acces si pasarele interioare.
61
Castelele de apa se amplaseaza , de obicei in zonele industriale, tinand seama de
conditiile de : ordin economic, exploatare, natura terenului, gradul de sesmicitate ,
situatia vanturilor dominante si sistematizarea zonei respective.
In cazul castelelor de apa amplasate in zone cu grad de seismiciatte mai mare de 7
se recomanda prevederea , la interiorul cuvei , a unor ecrane sparge-val.
Castelele de apa prezinta urmatoarele avantaje :
- asigura continuitatea alimentarii cu apa pentru consum tehnologic si pentru
combaterea incendiului, si in cazul intreruperii accidentale pe un timp limitat a
alimentarii cu energie electrica( timp in care pompele nu functioneaza) ,
datorita rezervei de apa acumulata in cuva rezervorului;
- asigura alimentarea cu apa la presiunea necesara a consumatorilor industriali
care au debite variabile in timp;
- ocupa un spatiu redus.
Dezavantajele castelelor de apa sunt urmatoarele :
- au un cost de investitie ridicat, astfel ca nu sunt indicate pentru volume mari
ale cuvelor( peste 1000 m 3 );
- prezinta sensibilitate mare la cutremur, avand o masa foarte mare ridicata la
inaltime;
- sunt sensibile la influentele factorior climatici exteriori (vant, temperatura
ridicata sau scazuta etc. )
5.1.3 Rezervoare de inaltime
Permit acumularea unei rezerve de apa necesara
compensarii variatiilor orare ale debitului consumat, in
conditiile functionarii continue sau intermitente a
surselor de alimentare cu apa. Rezervorul fiind montat
la o inaltime determinata asigura distributia apei la
sarcina hidrodinamica necesara in instalatia interioara.
Rezervorul de inaltime (fig. 5.3) poate fi
alimentat cu apa direct din conducta publica a retelei
exterioare, cand sarcina hidrodinamica disponibila in
punctul de racord este mai mare sau cel putin egala cu
asrcina hidrodinamica necesara in instalatia interioara,
sau cu ajutorul pompelor in cazul contrar.
Apa este distribuita din rezervorul de inaltime
in instalatia interikoara prin aceeasi coloana prin care
se face alimentarea cu apa a rezervorului , printr-o
conducta de legatura pe care se monteaza clapeta de
retinere , care are rolul de a permite trecerea apei
numai intr-un singur sens. In acest fel , rezervorul de
inaltime este prevazut cu o conducta de preplin pin care se elimina excesul de apa care ar
putea rezulta in cazul unei defectiuni intervenite pe conducta de alimentare sau la
robinmetele cu plututor.
Pentru evitarea contaminarii apei se interzice legarea directa a preaplinului la
canalizare; de aceeea se prevede o palnie racordata cu un sifon cu garda hidraulica care
62
are rolul de a impiesica patrunderea gazelor in conducta de canalizare in incaperea in care
se afla montat rezervorul.
5.2 Calculul volumic necesar (capacitatii) rezervoarelor pentru
acumularea apei reci Volumul se determina astfel incat sa se asigure rezerva de apa pentru consum
menajer, in scopuri tehnologice si de combatere a incendiului, cu relatia :
compincdenrez VVVV [m 3 ] (5.1)
sau
compavdenrez VVVV 0 [m 3 ] (5.2)
in care :
- Vrez
- reprezinta volumul total al rezervorului de acumulare [m 3 ];
- Vden
- volumul necesar ca urmare a denivelarii apei determinate de aspiratia in
sorb [m 3 ]; acest volum se ia in considerare numai pentru rezervoare avnd
peste 2000 m 3 ;
- Vinc
- reprezinta volumul rezervei de stingere a incendiului [m 3 ];
- V av - volumul rezervei pentru consum menajer sau in scopuri tehnologice care
sa asigure functioanrea in caz de avarie la sursa(instalatia de alimentare a
rezervorului) [m 3 ];
- V comp - volumul de compensare ce trebuie acumulat pentru a se asigura
functioanrea rationala a instalatiei [m 3 ].
Pentru reducerea volumului rezervoarelor , se recomanda amplasarea sorbului de
aspiratie in cuva sub nivelul fundului rezervorului si prevederea de dispozitive de
reducere a denivelarii in aspiratie; In cazurile in care aceste masuri nu sunt posibile , la
stabilirea volumului total al rezervorului se tine seama si de volumul de apa necesar
umplerii sectiunii de asezare a sorbului , precum si denivelarii apei la aspiratia in sorb.
5.2.1. Calculul volumului rezervei de apa pentru combaterea incendiului Volumul se calculeaza cu relatia:
aconsiinc VVVV [m 3 ] (5.3)
in care :
- iV este volumul de apa necesar stingerii tuturor incendiilor simultane [3m ] ;
- consV - volumul de apa necesar asigurarii consumului de apa potabila sau
industriala pe timpul incendiului [3m ];
- aV - volumul minim de apa cu care rezervoarele pot fi alimentate in timpul
incendiului, care se determina cu relatia : min 6,3 aia qTV [3m ] (5.4)
- iT - durata teoretica a incendiului (sau,in cazuri speciale, acea parte din
durata incendiului in care se poate asigura alimentarea rezervorului) [h];
- min aq - debitul minim de alimentare pe timpul; de incendiu, determinat in
sectiunile de control situate la intrarea apei in rezervoare [l/s];
63
La determinarea rezervei de apa se au in vedere urmatoarele conditii :
- in cazul in care rezervoparele de inmagazinare sunt cimune pentru apa potabila
sau industriala si stingerea incendiului, la stabilirea capacitatii rezervoarelor se
in considerare cea mai mare dintre rezervele de incendiu sau de avarie;
- in cazul de functionare in regim de avarie se admite folosirea rezervei de
incendiu, cu luarea masurilor tehno-organizatorice prevazute in instructiunile
de exploatare, necesare pentru functionarea cu restrictii a consumului in regim
de avarie, remedierea operativa a avariei si intarirea masurilor de prevenire a
incendiului in zonele afectate;
- volumul rezervei pentru incendiu poate fi redus cu volumul aV numai in cazul
cand alimentarea rezervorului de la sursa poate avea loc fara intrerupere, in
conditiile de siguranta prevazute de prescriptii legale in vigoare, chiar in
timpul incendiului;
- instalatiile speciale de stingere a incendiului (sprinklere, drencere) trebuie sa
aiba o rezerva proprie, care sa asigure functionarea lor in orice imprejurare, pe
o perioada minima de : 20 min, cu intregul debit de calcul la: cladirrile
industriale monobloc, magazine, Sali de spectacol cu o capacitate mai mare de
600 locuri; 10 min, cu debitul de cel putin 10 l/s la cladiri industriale sau
civile, obisnuite. Dimensionarea rezervei proprii pentru instalatii speciale
(sprinklere si drencere) conform celor de mai sus, se poate face numai daca,in
intervalul de timp indicat, se asigura punerea in functiune a sursei de baza care
trebuie sa asigure debitele de calcul necesare; in caz contrar, se dimensioneaza
rezerva proprie, proportionala cu debitul de calcul si timpul real de punere in
functiune a sursei de baza;
- capacitatea bazinelor descoperite de apa pentru incendiu se majoreaza cu
capoacitatea de apa care poate ingheta pe tim de iarna sau care poate sa se
evapore pe timp de vara;
- cand alimentarea cu apa a rezervorului se face dintr-o retea exterioara existenta
care asigura debitul si presiunea necesare in caz de incendiu, dar care
functioneaza cu intermitenta, se prevede un rezervor care sa asigure
functionarea timp de 10 min a hidrantilor interiori sai timp de 60 min a
hidrantilor exteriori. Pentru salile aglomerate se asigura functionarea timp de
60 min,fie a hidrantilor interiori, fie a celor exteriori, instalatia
dimensionandu-se la debitul cel mai mare;
- rezerva de apa pentru alimentarea instalatiilor speciale (sprinklere, drencere)
poate fi pastrata impreuna cu cea pentru hidranti interiori si exteriori;
- rezerva de apa pentru stingerea incendiului poate fi pastrata impreuna cu
cantitatile de apa necesare consumului menajer sau industrial cu respectarea
normelor sanitare, luandu-se masuri ca sa impiedice folosirea rezervei de apa
pentru incendiu in alte scopuri.
Volumul rezervei de incendiu pentru centre populate se determina cu relatia :
u
i
iiiisieaeinc TQQQnQaTV1
maxorar 6,3)6,3( [3m ] (5.5)
in care :
- eT - durata de calcu [h], a incendiului exterior care pentru centre populate se ia
64
eT =3 h;
- a- coeficientul adimensional a carui valoare se ia a=0,7, pentru retele de
distributie care nu asigura, la hidrantii exteriori, presiunea necesara stingerii
directe a incendiului ( aceasta presiune nu trebuiue sa fie mai mica de 0,7 bar);
a=1, pentru retele de distributie care asigura, la hidrantii exteriori, presiunea
necesara stingerii directe a incendiului;
- max - orarsQ - debitul orar maxim al cerintei de apa [ 3m /h];
- n - numarul de incendii exterioare simultane care se ia, pentru centre populate,
in functie de marimea centrului populat, conform tabelului 4.3;
- ieQ - debitul pentru un incendiu exterior [l/s], care se stabileste astfel: pentru
centre populate, in functie de marimea centrului populat si a cladirilor,
conform datelor din tabelul 2.6.3;
- siQ - debitul minim[3m /h], care poate fi asigurat de la o sursa, fara intrerupere,
chiar in timpul incendiului; pentru centrele populate care au 20ieQ l/s se
considera o avarie in ipoteza cea mai defavorabila, dupa caz, la instalatiile
hidraulice, electrice, mecanice, pneumatice etc. Ale sursei cu debitul cel mai
mare;
- iiQ - debitul pentruincendiul exterior [l/s];
- iT - durata de calcul [h] de functionare la un incendiu a instalatiilor interioare,
cu debitul iiQ care se determina in functie de felul instalatiilor si obiectelor
protejate.
Pentru localitatile din mediul rural, volumul rezervei de incendiu este dat in
functie de debitul maxi orar de apa pentru nevoi gospodaresti si de marimea localitatii,
dupa cum urmeaza:
- o rezerva de apa de 10 3m , pentru localitatile la crae debitul orar maxim
pentru nevoi gospodaresti nu depaseste 5 l/s; rezerva de apa pentru incendiu se
asigura in rezervorul de compensare a consumurilor locale;
- pentru localitati avand pana la 5 000 locuitori la care debitul orar maxim de
apa pentru nevoi gospodaresti este egal sau mai mare de 5 l/s, se prevede o
rezerva intangibila de apa, pentru stingerea incendiilor, de 54 3m in rezervorul
de compensare a consumurilor orare;
- pentru localitatile avand pana la 10 000 locuitori la care debitul maxim orar de
apa pentru nevoi gospodaresti este egal sau mai mare de 10 l/s, se prevede o
rezerva intangibila de apa pentru stingerea incendiilor, de min. 108 3m in
rezervorul de compensare a consumurilor orare.
Timpul teoretic de functionare a hidrantilor interiori minimum :
- 180 min pentru hidrantii interiori, tunurile de apa si racordurile fixe montate in
cladiri monobloc (pe circulatii, coridoare sau tuneluri speciale de evacuare),
precum si pentru coloanele din casele de scari ale cladirilor industriale
multietajate (cu inaltimea pardoselii ultimului nivel folosibilsituat la 20 m sau
mai mult de nivelul termenului accesibil vehiculelor de interventii ale
pompierilor), care trebuie sa functioneze la conditiile prevazute pentru retelele
exterioare;
65
- 120 min pentru hidrantii interiori din cladirile civile si industriale cu inaltimi
peste 45 m;
- 60 min pentru : hidrantii interiori ai cladirilor monobloc inalte; hidrantii din
cladirile sau salile de spectacole; hidrantii din cladirile la care, combaterea din
exterior a incendiului s-a prevazut sa se faca cu pompe mobile, direct din
bazine sau din rezervoare;
- 10 min pentru hidrantii interiori din cladiri obisnuite.
Timpul teoretic de functionare a instalatiilor de stingere a incendiilor cu sprinklere
sau drencere se considera minimum 60 min. Timpul teoretic de functionare al instalatiilor
speciale pentru racire sau perdele de apa pentru limitarea propagarii incendiului se
stabileste, de la caz la caz, in functie de detinatia elementului de protejat si durata cat
aceasta trebuie sa reziste la foc. Capetele de dispersare a apei care protejeaza perimetrul
unei cladiri impotriva propagarii incendiului, se prevad sa functioneze si in cazul
incendierii constructiilor (compartimentelor) invecinate.
Timpul teoretic de functionare al instalatiilor de stingere cu hidranti exteriori,
racorduri fixe sau tunuri de apa, care trebuie sa functioneze la conditiile prevazute pentru
retele exterioare, se considera : 3 h, la constructii civile si industriale precum si la
depozite deschise, obisnuite; 4 h, la rafinarii, unitati petrochimice, protejate cu instalatii
fixe; 6 h, la rafinarii, unitati petrochimice, protejate cu instalatii mobile.
Timpul teoretic de functionare a instalatiilor mobile de racire a rezervoarelor se
precizeaza in tabelul 5.1.
Refacera rezervei de apa pentru
combatera incendiului se va face prin restrangerea
necesarului de apa pentru alte nevoi. In cazul in care
refacera rezervei de incendiu in timpul normal conduce
la solutii nejustificate din punct de vedere tehnico-
economic sau de securitate, sistemul de refacere si
durata se vor stabili de catre prouiectant cu acordul
beneficiarului.
Debitul zilnic pentru refacera rezervei de
incendiu se determina cu relatia :
ri
iri
T
VV 24 [
3m /zi] (5.6)
in care :
- iV - rezerva de incendiu [
3m ];
- riT - timpul de refacere a rezervei de apa pentru incendiu [h] conform datelor din
tabelul 5.2.
66
5.2.2. Calculul volumuli rezervei de apa pentru cazuri de avarii
Se determina, de la caz la caz, in functie de timpul necesar inlaturarii avariei, avT
si debitul de exploatare in conditii de avarie avQ cu relatia :
avavaorarmedavav QTQQTV ''
[ 3m /zi] (5.7)
in care :
- avT este timpul de inlaturare al avariei [h];
- '
orar medQ - debitul mediu orar necesar functionarii instalatiei in regim de
exploatare la varie (cu restictii) [3m /h];
- '
aQ - debitul de apa de alimentare a rezervorului pe caile neavariate, ramase in
functiune [ 3m /h].
2.7.2.3 Calculul volumului de compensare pentru consumul de apa in scopuri
menajere sau industriale Se determina printr-un bilant grafic sau analitic al cantitatilor de apa furnizate si,
respectiv consumate, astfel incat cantitatea de apa acumulata sa fie minima si sa asigure
functionarea instalatiei in conditiile impuse de la caz la caz.
Valori orientative ale coeficientilor de variatie orara a consumului de apa din
centrele populate sunt redate in tabelul 5.3. Coeficientii de variatie a consumuli de apa in
scopuri tehnologice se determina de proiectant in functie de caracteristicile proceselor
industriale si de simultaneitatea consumurilor, pentru ziua cu cel mai mare consum.
Volumul de compensare compV se determina prin calcul analitic ca suma valorilor
absolute ale diferentelor maxime intre valorile acumulate ale volumelor de apa furnizate
de sursa si valorile cumulate ale volumelor de apa furnizate de sursa si valorile cumulate
ale volumelor de apa consumate, in aceeasi perioada de timp (de regula 24 h).
Calculul grafic al volumelor compensate compV se efectueaza trasand intr-un sistem
de axe de coordonate (fig. 5.4), avand abscisa perioada de timp considerata (24 h) si pe
67
ordonata volumele de apa [ 3m ], curbele volumelor de
apa cumulate consumate (curba 1 ,fig. 2.7.4), respectiv
furnizate de sursa( curba 2). Se determina diferentele
maxime pozitive 1V , sau negative 2V intre cele
doua curbe, masurate pe axa ordonatelor si se aduna
valorile absolute ale acestora, obtinand astfel volumul
de compensare: 21 VVVcomp .
Calculul grafic permite determinarea volumului
minim de compensare si a perioadei optime de
functionare a instalatiei ca date de analiza pentru un
calcul tehnico-economic al capacitatii rezervorului de
acumulare. In acest scop,
se considera diferite valori ale debitelor sursei, in
regim de functionare continua sau cu intreruperi, se
determmina capacitatile necesare ale rezervorului de
acumulare, se calculeaza functia de cost a cheltuielilor
totale anuale de investitie si de exploatare ale sursei si
ale rezervorului de acumulare (considerand o perioada
de amortizare a investitiei de 8 ani) si rezulta solutia
recomandata pentru valoarea minima a functiei de
cost.
Capacitatea rezervoarelor, determinata cu relatiile
5.1 sau 5.2 se rotunjeste in plus la una din urmatoarele
valor [3m ]: 25, 50 ,75 , 100, 150, 200, 250, 300, 400,
500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 5 000, 10 000.
Pentru capacitati mai mari, se pot alege valori
egale cu multiplu de 5 000 3m .
Capacitatea unui compartiment de rezervor pentru
apa potabila nu trebuie sa depaseasca volumul de apa
corespunzator timpului maxim de trecere a apei prin
rezervor, admis de prescriptiile sanitare in vigoare.
5.3. Calculul hidraulic al conductelor aferente rezervoarelor de
acumulare a apei reci
Instalatiile hidraulice aferente rezervoarelor cupind conductele de : alimentare cu
apa a rezervorului, aspiratie a pompelor, preaplin si golire. Rezervoarele sunt prevazute,
de asemenea, cu instalatii de semnalizare si control ale nivelului apei.
68
Toate conductele cu care este echipat rezervorul, cu exceptia celei de preaplin,
trebuie prevazute cu vane.
Instalatiile hidraulice trebuie astfel programate incat sa nu permita consumarea
volumului rezervei de incendiu decat in scopul pentru care aceasta este prevazu-ta.
Rezervoarele vor fi echipate cu instalatiile necesare pentru alimentarea cu apa a
pompelor de incendiu, cinform normelor genereale de protectie impotriva incendiilor.
5.3.1 Determminarea diametrului si numarului robinetelor cu plutitor
Conducta de alimentare cu apa a rezervorului este prevazuta cu un distribuitor pe
care sunt montate robinete cu plutitor.
Debitul 1q care intra in rezervor printr-un robinet plutitor cu diametrul 1d [m]
este:
1
2
11
4600,3 v
dq [ 3m /h] (5.8)
in care 1v este viteza medie a apei in sectiunea robinetuli cu plutitor:
r
uHv
110
231 [m/s] (5.9)
asa ca:
r
uHdq
110
2
4600,3
3
2
11 [ 3m /h] (5.10)
unde uH [Pa] este sarcina utila in sectiunea robinetului plutitor, iar r este coeficentul de
pierdere de sarcina locala in robinetul plutitor.
Numarul de n robinete cu plutitor se calculeaza din relatia de continuitate :
1q
qn (5.11)
in care q [3m /h] este debirul de alimentare cu apa ala rezervorului.
Pentru consumul menajer, se considera minimum 2 robinete. Pentru consumul
tehnologic sau pentru incendiu, numarul minim este de 3.
Daca se alege numarul de robinete cu plutitor n, din relatia 5.11 se deduce
nqq /1 si din relatia relatia 5.8 rezulta diametrul robinetelor cu plutitor:
1
11
600,3
4
v
qd (5.12)
in care 1v se determina cu relatia 5.9.
Sarcina utila uH se calculeaza in functie de sarcina hidronamica disponibila
][PaH disp a apei in punctul de racord al conductei de alimentare a rezervorului la reteaua
exterioara, cu relatia :
rgdispu hHHH [Pa] (5.13)
in care gH este inaltimea geodezica a robinetului cu plutitor fata de planul de referinta
care trece prin punctul de racord la reteaua exterioara a conductei de alimentare cu apa a
69
rezervorului, iar rh este suma pierderilor totale de sarcina (liniare si locale) pe conducta
de alimentare cu apa a rezervorului intre punctul de racord si robinetul cu plutitor.
5.3.2 Dimensionarea conductei de preaplin si a conductei de golire a
rezervorului de acumulare a apei reci
La rezervoarele de stocare a apei reci, preaplinul este alcatuit dintr-un vas de
forma tronconica, prismatica etc., numit vasul de preaplin, racordat la o conducta de
diametru 0D , avand aria sectiunii transversale 4/2
00 DA si o conducta orizontala
(scurta), prin care, excesul de apa provenit prin defectarea unui robinet cu plutitor, este
evacuat la conducta de canalizare.
In intervalul de timp de functionare t, praplinul efectueaza cresterea de volum ΔV
de apa din rezervorul de stocare, rezultata pe seama debirului 1q , al unui robinet cu
plutitor defect, astfel ca:
ΔV= tq1 (5.14)
de unde :
1q
Vt (5.15)
Practic, ΔV se determina cunoscand aria sectiunii transversale a rezervorului rA si
fixand denivelarea Δh a apei in rezervor hAV R , iar debitul 1q se determina cu
relatia 5.10 in care r =0.
In continuare, se determina 0A si diametrul: 0
0
4AD .
Conducta de golire a rezervorului de acumulare a apei reci se dimensioneaza
determinand, in prealabil, timpul de golire al rezervorului.
Pentru un rezervor cilindric circular drept, cu diametrul D prevazut cu un orificiu
de sectiune circulara cu diametrul d, timpul t, in care nivelul scade de la H la h, este :
hHgA
Dt
22 0
2
[s] (5.16)
in care: 0A este aria sectiunii transversale a orificiului de golire, μ coeficientul de debit
al acestuia si g acceleratia gravitationala.
Daca se fixeaza o valoare a timpului t de golire a rezervorului, din relatia 5.16 se
calculeaza 0A si apoi se deduce diametrul conductei de golire (egal cu diametrul
orificiului de golire), 04Ad .
Se iau masuri constructive pentru ca la descarcarea conductelor de preaplin si
golire sa nu se aduca prejudicii terenurilor si obiectivelor din zona.
In cazul rezervoarelor de apa potabila, nu se admite descarcarea conductelor de
prea plin si direct golire in canalizari de ape uzate prevazand intreruperea conductelor si
descarcarea in conducte cu palnie si sifon. Conductele de descarcare se prevad cu
acpetele aval cu sita cu ochiuri de 1 cm.
70
2.6.4. Exemple de calcul Exemplul de calcul 1. Se stabileste volumul rezervorului de acumulare pentru
reteaua de distributie a apei reci dintr-un ansamblu de cladiri, la care alimentarea cu apa
direct de la sursa pentru consum menajer, tehnologic si pentru stingerea incendiului nu
este posibila din punct de vedere tehnic.
Debitul maxim orar pentru consum menajer este 150 3m /h, debitul maxim orar
necesar pentru consum tehnologic este de 30 3m /h, debitul necesar pentru stingerea
incendiului interior este 15 l/s. Rezervorul este alimentat cu apa din reteaua localitatii,
care asigura in punctul de racord debitul de 72 3m /h, la presiunea de 1 bar. In caz de
avarie se asigura un debit minim de alimentare cu apa a rezevorului de 36 3m /h.
Reteaua de distributie din ansamblul de cladiri asigura presiunea necesara
hidrantilor exteriori de incendiu. Volumul de apa necesar a fi acumulat pentru
compensarea volumului in scopuri tehnologice tcompV este de 250 3m .
In ansamblul de cladiri se ia in calcul un singur incendiu. Pentru masurarea
debitului de apa de consum se prevede conducta de alimentare a rezervorului un
apometru montat in caminul de vizitare.
Rezolvare. Calculul analitic al volumului de compensare m compV pentru consum
menajer este redat in tabelul 2.7.4 din care rezulta : .8,3010,78,294 3
m mVcomp
Calculul grafic al volumului de compensare pentru consumul de apa in scopuri
menajere este prezentat in figura 2.7.4, in care curba 1 reprezinta volumul de apa cumulat
consumat pe durata de 24 h, iar curba 2, volumul de apa cumulat furnizat de sursa p
aceeasi durata de timp. Volumul de compensare m compV este numeric egal cu suma
valorilor absolute ale marimilor segmentelor |AB|=294,8 3m si |CD|=7,0
3m , respectiv
m compV =301,83m .
Se calculeaza incV cu relatia 2.7.5, in care: hTe 3 ; a=1;
;/150 3
max hmQ orars n=1; ;/15 slQie min10iT ; smQsi /72 3 .
.3991000/)6005()721516,31501(3 3mVinc
Se calculeaza volumul rezervei de avarie avV cu relatia (2..7.7), in care:
hTav 4 ; hmQ orarmed /100 3'
_ ; hmQa /36 3' si rezulta .256361004 3mVav
Se calculeaza volumul total necesar al rezervorului de acumulare cu relatiile 2.7.1,
respectiv 2.7.2 in care 0denV (intrucat volumul rezervorului este mai mic de 20003m );
;8,9502508,301399 3mVVV compincrez
30,905250399256 mVVV compavrez .
Se aleg doua rezervoare de acumulare cuplate, avand fiecare un volum de 5003m .
71
Exemplul de calcul 2. Se dimensioneaza conducta cu apa a rezervoarelor de
acumulare din exemplul de calcul 1, cunoscand : debitul de apa asigurat in punctul de
racord la reteaua exterioara q=72 3m /h; sarcina hidrodinamica disponibila a apei in
punctul de racord kPaH disp 100 ; .30,2 mH g
Rezolvare. Calculul hidraulic al conductei de alimentare cu apa a rezervoarelor se
efectueaza cu nomograma din figura 2.4.6, pentru q=20 l/s din care rezulta : diametrul
;85,47,139 mmDni=260 Pa; v=1,50 m/s.
???????????fig.nomogr.2.4.6?????????????????
Se determina pierderile de sarcina liniare : Palihri 520020260 , in care
l=20 m este lungimea conductei de alimentare cu apa a rezervoarelor.
Se calculeaza suma coeficientilor de pierderi de sarcina locale , pe traseul
conductei de alimentare cu apa a rezervoarelor :
5 coturi eD 139,7 mm 5 x 1,0 = 5,0
5 vane cu sertar 5 x 0,3 = 1,5
nD 125 mm
1 teu de derivatie 1 x 2,0 = 2,0
1 teu de bifurcatie 1 x 2,0 = 2,0
1 intrare in distribuitor 1 x 1,0 = 1,0
1 iesire din distribuitor 1 x 0,5 = 0,5
____________
Total 12,0
Folosind nomograma din figura 2.4 68 se determina pierderile de sarcina locale
rlh 14980 Pa, in functie de si de viteza v in conducta de alimentare.
Pentru masurarea debitului de apa preluat din reteaua oraseneasca se prevede un
conductor cu elice simplu, avand pierderea de sarcina locala rlaph 5000 Pa.
Pierderile de sarcina locale totale rlth 14980 + 5000 = 19980 Pa.
Pierderea de sarcina totala rh pe conducta de alimentare cu apa a rezervoarelor
este :
rh =5200 + 19980 = 25
180 Pa = 25,18 kPa.
Se calculeaza presiunea de
utilizare la robinetele cu plutitor,
cu relatia 2.7.13:
;100kPaHdisp
;56,223,2 kPamH g
kPahr 15,23
uH =100-(22,56+25,18)=52,26kPa;
Se aleg n=4 robinete cu
plutitor si din relatia 2.7.11 rezulta
debitul de apa al unui robinet cu
plutitor 1q =5 l/s.
72
Se calculeaza viteza 1v a apei la iesirea din robinetul cu plutitor si din relatia 2.7.9
in care 0,6r si rezulta 1v =3,86 m/s.
Diametrul robinetului cu plutitor se determmina cu relatia (2.7.12): 1d 0,04 m si
se alege diametrul standartizat de 50 mm.
6.INSTALATII PENTRU RIDICAREA PRESIUNII APEI
RECI
6.1. Elemente de baza privind functionarea pompelor in instalatiile
hidraulice
In instalatiile hidraulice apare frecvent necesitatea ca apa sa fie transportata de la
un nivel energetic inferior la unul superior, de exemplu, de la energia disponibila intr-o
conducta exterioara cladirii sau dintr-un rezervor la energia necesara utilizarii apei la un
anumit punct de consum.
Curgerea apei de la un nivel energetic dat, la unul superior, se poate realiza numai
daca se transmite apei o anumita energie necesara pentru ridicarea ei la inaltimea
respectiva si pentru invingerea rezistentelor hidraulice intampinate la transportul prin
conducte. Aceasta energie este transmisa apei de catre pompa care transforma energia
mecanica data de motorul de antrenare in energie hidraulica.
6.1.1. Clasificarea pompelor
Pompele sunt masini hidraulice, din categoria generatoarelor hidraulice, care
transforma energia mecanica mE , primita la arbore, in energia hidraulica
hE , in
scopul vehicularii apei care primeste energie utila, conform relatiei:
mh EE [J] (6.1)
In care reprezinta randamentul de transformare sau randamentul pompei.
Dupa principiul de functionare, generatoarele hidraulice se clasifica (STAS 7215)
in :
• turbopompe, care pot fi:
- centrifuge (monoetajate, bietajate, multietajate, in simplu sau in dublu flux);
- elicoidale (diagonale normale sau rapide, axiale normale etc.)
• pompe volumetrice si anume:
- cu piston (cu simplu sau dublu flux sau efect);
- rotitoare (cu angrenaje, cu palete oscilante sau culisante, cu inel de lichid, cu
pistoane rotative, etc.);
- ejectoare (elevatoare);
• pompe speciale, de diferite tipuri pentru :
- incendiu, cu antrenare prin transmisie cardanica de la motoarele
autospecialelorde interventie;
- transportul substantelor agresive chimic;
73
6.1.2 Curbele caracteristice la turatie constanta, ale unei pompe centrifuge
Prin curbe caracteristice ale unei pompe centrifuge caracteristice se inteleg curbele
de variatie a inaltimiide pompare cu debitul pompei (caracteristica de sarcina a pompei)
si a puterii si randamentuluicu debitul pompei, la turatie constanta.
Curbele caracteristice ale unei pompe centrifuge pot fi determinate teoretic sau
trasate experimental la standul de proba, de catre unitatea constructoare de pompe.
● Curba caracteristica de sarcina a pompei Curba caracteristica de sarcina (energetica) a pompei H=H(Q) se reprezinta grafic
(fig. 6.1) in sistemul de coordonate avand debitul ]/[ 3 hmQ pe abscisa si inaltimea de
pompare H[kPa], pe ordonata, printr-o parabola cu concavitatea spre semiordonatele
negative. La debit nul, Q=0, se produce refulare de mers in gol si ordonata la origine este
inaltimea de pompare 0H (fig. 6.1). apoi, curba atinge un maxim in punctul M, dupa care
scade parabolic. Pompa are o functionare stabilita la debitele MQQ . In zona instabila
se manifesta fenomenul de pompaj, caracterizat prin pendularea debitului, cu batai
puternice in pompa si retea, lovituri de berbec, variatii ale cuplului solicitat de pompa de
la motorul de antrenare etc. Pentru evitarea pompajului se iau o serie de masuri ca:
folosirea unor pompe cu caracteristici continuu descendente; montarea unor clape de
retinere la iesirea apei din pompa, etc. La unele tipuri de pompe centrifuge, punctul M
este situat chiar pe axa ordonatelor, ceea ce duce la extinderea domeniului de folosire a
pompei.
● Curba caracteristica de putere
Fiecare tip de pompa are trasata o
curba caracteristica de putere P=P(Q),
care reda (fig. 6.1) puterea P[kW]
absorbita de pompa la arborele sau. Se
observa ca la o pompa centrifuga, puterea
absorbita P creste pe masura ce debitul Q
pompat creste.
Puterea utila uP transmisa apei de
catre pompa se determina cu relatia :
QHPu [W] (6.2)
in care :
- este densitatea apei ]/[ 3mkg ;
- Q este debitul pompei [ sm /3];
- H este inaltimea de pompare [Pa].
74
Puterea P absorbita de pompa, la arborele sau este mai mare decat puterea utila
uP , intrucat include pierderile din interiorul pompei si se determina cu relatia :
QHP
P u [W] (6.3)
in care este randamentul pompei.
Puterea absorbita de grupul motor si de transmisie, care formeaza agregatul de
antrenare al pompei agP se calculeaza cu relatia :
trmotor
uag
PP [W] (6.4)
in care:
- motor
este randamentul motorului;
- tr
este randamentul transmisiei miscarii de la arborele motorului electric de
actionare la arborele pompei ( la cuplaj elastic 0,1tr; la transmisie prin curele
trapezoidale 90,0tr).
Puterea instalata a motoarelor electrice de actionare se determina cu relatia :
agi kPp [W] (6.5)
in care k este un coeficient de suprasarcina care tine seama de puterea suplimentara
necesara invingerii cuplului de pornire a pompei si de variatia puterii la variatia
parametrilor de functionare ai pompei(k=1,05...1,50).
● Curba caracteristica de randament
Randamentul unei pompe centrifuge este definit ca raportul dintre
puterea utila uP si puterea absorbita P:
P
Pu (6.6)
Curba caracteristica de randament (fig 2.8.1) reda variatia randamentului al
pompei centrifuge in functie de debitul Q pompat la turatie constanta. Se constata ca la o
turatie n data, curba randamentului pompei are un maximum, max , realizat la un anumit
debit maxQ .
● Similitudinea pompelor.Diagrama universala (topograma) unei pompe
centrifuge.
In conditii de exploatare se impune deseori ca pompele centrifuge sa functioneze
pentru alte valori ale debitului Q si inaltimiii de pompare H, decat cele nominale. Aceasta
duce in mod inevitabil la modificarea celorlalti parametrii caracteristici ai pompei.
Teoretic, pentru pentru precizarea modificarii marimilor hidraulice, la modificarea
turatiei unei pompe date, se aplica urmatoarele relatii de similitudine:
3
2
1
2
1
2
2
1
2
1
2
1
2
1 ;;n
n
P
P
n
n
H
H
n
n
Q
Q (6.7)
in care s-au notat cu indicii 1 si 2 marimile corespunzatoare turatiei 1n , respectiv 2n .
Relatia 6.7 arata ca in ipoteza in care se cunosc curbele caracteristice ale unei
pompe la o turatie data, se pot obtine, fara masuratori, caracteristicile la o orice alta
75
turatie. In realitate, dependenta dintre acesti parametrii este influentata de variatia
randamentului pompei, care in relatiile de mai sus s-a considerat constant. Se obisnuieste
sa se reprezinte curbele de functionare ale unei pompe, la diferite turatii, sub forma unei
diagrame universale (topograma pompei centrifuge). Aceasta reprezinta dependentele
H=H(Q) pentu diferitele turatii, peste care s-au suprapus curbele de randament egal si au
ca parametrii diametrul rotorului D. Obtinerea unei curbe de randament egal este aratata
in figura 6.2. Se alege o valoare const, iar pinctele de intersectie corespunzatoare
intre dreapta const si curbele Q pentru diferite turatii se proiecteaza pe
curbele H=H(Q) de aceeasi turatie. Unind punctele astfel obtinute, rezulta o curba de
randament egal. In zona cuprinsa in interiorul curbei const,randamentele au valori
mai mari decat valoarea acceptata. In mod analog se construiesc curbele de randament
egal si pentru alte valori ale lui .
● Caracteristicile nominale ale
unei pompe centrifuge
Valorile debitului ]/[ 3 smQ , ale
inaltimii de pompare H [kPa] si ale puterii
P[kw], corespunzatoare randamentului
maxim max
, la turatia n pentru care a fost
proiectata si executata pompa, numita
turatie nominala, se numesc caracteristicile
nominale ale pompei centrifuge si sunt
inscrise pe o placuta indicatoare fixata pe
corpul pompei.
Caracteristicile nominale ale
pompelor centrifuge sunt redate in
cataloagele de pompe ale firmelor constructoare.
6.1.3 Calculul inaltimii de pompare a
apei In figura 6.3 este redata o
instalatie de pompare care aspira apa
dintr-un rezervor 1R inchis, in care
deasupra apei se afla aer comprimat la
presiunea ip si o refuleaza intr-un
rezervor superior 2R , de asemenea
inchis, in care deasupra apei se afla aer
comprimat la presiunea ep .
Transportul apei se realizeaza printr-o
conducta de pompare, care are doua
tronsoane distincte: conducta de
aspiratie, de la rezervorul 1R la pompa
si conducta de refulare de la pompa la rezervorul 2R .
76
Instalatia de pompare a apei este un sistem hidraulic cuprins intre sectiunile de
intrare(i) si de iesire(e) in care energiile specifice corespunzatoare ale apei sunt:
g
V
g
pzH iii
ii2
2
(6.8)
g
V
g
pzH eee
ee2
2
(6.9)
Pentru transportul debitului Q de la o cota energetica mai joasa iH , din sectiunea
de intrare (i), la o cota mai ridicata eH , in sectiunea de iesire (e), trebuie ca apa sa
primeasca o energie specifica pH , numita inaltime de pompare a instalatiei, care se
determina din legea (bilantul) energiilor:
raepi hhHHH (6.10)
unde ah si rh sunt pierderile totale de sarcina (liniare si locale) pe conductele de
aspiratie, ah si respectiv de refulare rh . Din relatiile 6.8, 6.9 si 6.10 se deduce:
raiieeie
ieraiep hhg
VV
g
ppzzhhHHH
2
22
(6.11)
si se noteaza (fig. 2.8.3):
- ieg zzH inaltimea geodezica de pompare a apei;
- g
ppHH ie
gs inaltimea statica;
- ra hhMQ2 pierderile totale de sarcina pe conductele de aspiratie si de
refulare a apei;
- 2
22
2*
2MQ
g
VVQM iiee , unde *M este modulul total de rezistenta
hidraulica ce include in pierderile de sarcina si termenii cinetici din sectiunile de intrare
(i) si de iesire (e) ale conductei de pompare a apei.
Cu notatiile de mai sus, inaltimea de pompare se exprima prin relatia:
2*QMHH sp (6.12)
care, reprezentata grafic in sistemul de coordonate cu debite Q, pe abcisa si inaltimii de
pompare a apei, H, pe ordonata (fig. 6.1), este o parabola cu concavitatea spre
semiordonatele pozitive si avand ordonata la origine sH (pentr Q=0). Aceasta parabola se
numeste curba caracteristica a conductei de pompare (caracteristica instalatiei sau
caracteristica exterioara) si se noteaza :
2*QMHHH spc
Daca rezervoarele 1R si 2R sunt deschise, adica in legatura cu atmosfera
(rezervoare cu nivel liber), 0atei ppp ( in scara manometrica), atp fiind
presiunea atmosferica si rezulta:
gs HH si 2*QMHH ge (6.13)
77
6.1.4 Determinarea punctului de functionare a inslatiei de pompare. Energia
specifica de pompare a apei Daca se reprezinta pe acelasi grafic in coordonate (Q,H), ata curba caracteristica
de sarcina a pompei , cat si curba caracteristica a retelei de pompare , ca in figura (6.1) ,
punctul de functionare F al instalatiei de pompare se obtine la intersectia celor doua
curbe. Coordonatele puctul.ui de functionare F sunt : PF QQ si .cpF HHH
Corespunzator punctului F, deci
debitu-lui QF, rezulta randamentul ηF,
puterea PF si NPSHF cum se arata in
figura 6.1. Agregatul de pompare solicita
de la re-tea, prin motorul electric de
actionare, o putere P*F mai mare decat
puterea PF corespunzatoare punctului de
functionare F dat fiind randamentul de
functionare al motorului electric ηme.
Fme
FF
me
FF
HQPP*
(6.14)
Energia specifica eH este energia
con-sumata pentru pomparea unei unitati
de debit Q, la inaltimea de pompare H.
Daca se raporteaza puterea
electrica consumata de motor la debitul
pompat de agregat rezulta consumul de putere pentru pomparea unei unitati de debit la o
sarcina de pompare H; exprimand acest raport pentru f=1 h rezulta energia specifica eH
[kWh/m3]:
hePme
FH
Pme
F
FPme
FF
F
FH
FFF
Hke
Hk
Q
HQ
Q
Pe ;
*
[kWh/m 3 ] (6.15)
in care, Q[m 3 /s] se obtine, k=1/3600=0,0002777, iar H se exprima in kPa.
In exploatare este util sa se exprime energia specifica unitara, care reprezinta
consumul de energie pentru unitatea de volum apa pompata la sarcina H = 1 mH20.
FPmeF
Hu
K
H
ee [kWh/m 3 .m] (6.16)
Deoarece raportul he
F
g
H
H reprezinta randamentul hidraulic al retelei, se poate
exprima eu* ca energie specifica a instalatiei pentru o inaltime geodezica data:
FPmeheg
Hu
k
H
ee* [kWh/m 3 .m] (6.17)
Rezulta din relatia 2.8.17 ca energia spe cifica eu* reprezinta inversul
randamentului total al instalatiei si este cu atat mai mica cu cat PF, ηhe, ηme au valori mai
ridicate.
78
Aceasta marime poate fi folosita ca indice de comparatie a consumurilor de
energie aferente instalatiilor de pompare cu parametri funcfionali diferiti.
6.1.5 Calculul inaltimii geodezice de aspiratie. Cavitatia pompelor
In sectiunea 1 (fig. 6.4) la intrarea apei in pompa, presiunea p1 nu trebuie sa scada
sub valoarea presiunii de vaporizare pv (in scara absoluta) a apei la tem-peratura de lucru.
De exemplu, la temperatura de 20 °C apa are presjunea de vaporizare pv=2338 Pa fata de
valoarea pre siunii atmosferice pat=101325 Pa.Deci, trebuie ca p1>pv. Daca p1<pv, in
pompa apare fenomenul de cavitatie, care consta in aparitia bulelor de vapori si gaze care,
ulterior, o data cu cresterea presiunii, se reintegreaza in masa de apa. Particulele de apa
din jurul bulelor de vapori sunt mult accelerate si actioneaza asupra discurior si paletelor
rotorului pompei cu socuri de sute de atmosfere, provocand erodareaa si chiar distrugerea
acestora. Aparitia cavitatiei la pompa este recunoscuta si dupa zgomotele si vibratiile care
se produc si care contribuie la distrugerea pompei. Fenomenul de cavitatie poate_fi
inlaturat daca se iau masuri de evitare a cauzelor care il produc.
Aceste cauze sunt:
- inaltime geodezica mare de aspiratie Hga, adica diferente mari de nivel intre axul pompei
si nivelul apei din bazinul de as piratie (fig. 6.4): Hga = z1 - Z2;
- pierdere totala de sarcina mare pe conducte de aspiratie, ha= Ma Q2, datorata fie cresterii
debitului Q, fie aparitiei unei pierderi locale de sarcina mare, ca de exemplu, infundarea
sorbului pompei, deci cresterea modulului de rezistenta hidraulica Ma;
- cresterea temperaturii apei, care du ce la cresterea temperaturii de vaporizare si, in
consecinta, a presiunii de vaporizare a apei la temperatura respectiva (de exemplu, la
temperatura de 95 °C, presiunea de vaporizare a apei este pa = 84550 Pa (tab. 6.1);
- concentratie mare de gaze dizolvate in apa;
- functionarea pompei cu debite mare la inaltime de pompare mica.
Inaltimea vacuumetrica de aspiratie a apei in pompa are expresia:
g
ppH at
v
1 (6.18)
si la limita, cand p1 = pv, se obtine inal timea vacuumetrica de aspiratie admisibila Hva:
Tabelul 6.1. Presiunea
de
vaporizare a apei la
diferite
temperaturi
Temper
a
t
u
r
a
t
Presiunea de
vaporizare
[Pa|
79
g
ppH vat
va (6.19)
care are o caracteristica a pompei si valoarea ei se da in
cataloagele de pompe. La un debit dat Q, rezulta o inaltime ge
odezica maxima la aspiratia apei in pompa:
g
vhHH avaga
2
2
11
max (6.20)
in care v1 este viteza medie in sectiu nea 1 la intrarea in
pompa.
Prin STAS 7215 sedefinesc urma toarele inaltimi de
aspiratie :
- inaltimea neta absoluta la aspiratie NPSH1 (Net
Positive Suction Head), ca inaltimea totala absoluta neta
(micsora ta cu inaltimea potentiala a vaporilor li chidului
pompat) la intrarea in pompa si raportata la planul de referinta
al pom pei (fig. 6.4):
g
v
g
p
g
ppz
g
p
g
pHNPSH vatvat
2
2
111111
(6.21)
unde pv este presiunea de vaporizare (in scara absoluta) a
lichidului la tem peratura de lucru;
- inaltimea totala neta la aspiratie NPSH, ca valoarea
minima a inaltimii to tale absolute nete (micsorata cu inaltimea
potentiala a vaporilor lichidului) la in trarea in pompa,
raportata la planul de referinta al pompei, necesara functionarii
pompei fara cavitatie:
NPSH = f(Q) (6.22)
In general, se considera NPSHi=NPSHd (disponibil) si NPSH=NPSHnec (valoare
necesara, data de constructorul pompei) si pentru evitarea aparitiei fenomenului de
cavitatie este necesar ca:
necd NPSHNPSH (6.23)
Cu alte cuvinte, apa are in sectiunea de intrare i o anumita energie specifica,din care o
parte ha se consuma pentru invingerea rezistentelor hidraulice liniare si locale pe
conducta de aspiratie, ramanandu-i o energie specifica NPSHd care poate sa ii ajunga sau
nu pentru evitarea fenomenului de cavitatie. In sectiunea 1 la intrarea in pompa, apa
trebuie sa ramanacu energia specifica NPSHnec astfel incat, pentru evitarea cavitatiei,
trebuie sa fie realizata conditia din relatia 6.23.
Referindu-ne la schema de calcul din figura 6.4 si aplicand ecuatia energiilor intre
sectiuniie de intrare in instalatie i si racordul de aspiratie 1 al pompei, cu presiuni
absolute, se obtine:
22
11
2QMH
g
v
g
ppNPSHd aga
vi (6.24)
a carei reprezentare grafica este redata in figura 6.5.
[
°
C
]
1 658
3 757
5 872
10 1227
15 1705
20 2338
25 3168
30 4493
35 5624
40 7377
45 9585
50 12340
55 15750
60 19920
65 25020
70 31180
75 38560
80 47370
85 57820
90 70130
95 84550
100 101360
80
La limita aparitiei cavitatiei, cand NPSHd=NPSHnec, se obtine inaltimea
geodezica maxima la aspiratia apei in pompa, Hgamax
:
neca
vat
ga NPSHhg
ppH
max
(6.25)
In figura 6.6 se arata modul de de-
terminare a punctului de functionare
cavitational C, care este punctul de intesectie
al curbelor NPSHnec (data de constructorul
pompei) si NPSHd data de relatia 6.24. Pompa
functioneaza normal
daca NPSHd>NPSHnec, debitul punctului de
functionare al instalatiei de pom-pare a apei
fiind QF <Q lim (fig. 6.6), in care Q lim este
abscisa punctului de functionare cavitational,
si functioneaza in cavitatie daca
NPSHd<NPSHnec, cand QF1>Qlim. La limita
aparitiei fenomenului de cavitatie,
NPSHd=NPSHnec si QF2=Q lim .
In practica, se recomanda ca inaltimea
geodezica de aspiratie a pompei sa nu depaseasca
7...8 m pentru a evita intrarea pompei in cavitatie.
Daca inaltimea geodezica de aspiratie este mai mare
de 7...8 m, pe langa pericolul aparitiei cavitatiei
se produce si dezamorsarea pompei, adica golirea
partiala sau totala de apa a rotorului pompei si
conductei de aspiratie. Pentru a evita dezamorsarea
pompei se foloseste sorbul cu clapeta de retinere sau,
daca este posibil pompa se monteaza incat
,avand cota axului pompei sub cota nivelului apei din
bazinul de aspiratie.
6.1.6 Functionarea pompelor cuplate Cuplarea a 2 sau mai multe pompe este des
utilizata in practica, fie pentru a spori debitul sau
presiunea intr-o instalatie existenta,fie pentru o mai supla utilizare a capacitatii de
pompare, in functie de debitele si presiunile variabile ale consumatorilor de pe retea.
Desi alegerea unui agregat de pomparepotrivit unei retele nu prezinta dificultati
deosebite, existand un numar mare de pompe disponibile, apar uneori si situatii in care,
pentru obtinerea unor parametri optimi, solutia cuplarii constituie cea mai buna rezolvare.
In principiu, exista 2 moduri de cuplare a pompelor si anume in paralel si in serie
(fig.6.7). Daca sunt mai mult de 2 pompe, cuplarea se poate face si in serie-paralel sau
81
paralel-serie acestea fiind montaje destul de complexe, dar care permit o apreciabila
suplete a grupului de pompare.
• Cuplarea in paralel a 2 sau mai multe pompe are drept scop principal marirea
de-bitului trimis pe o retea. Din schema de montare(fig. 6.7) se observa ca, in timpul
cuplarii, sarcina cuplajului Hc este aceeasi cu sarcinile celor doua pompe Hc= H1 = H2,
iar debitul obtinut prin montare este Qc = Q1 + Q2 (prima conditie este o consecinta a
autoechilibrarii sistemului pompe - retea, a doua - a legii de continuitate a masei aplicata
fluidului in miscare). Analiza comportarii cuplajului se face grafic, cu ajutorul
caracteristicilor interioare ale pompelor si exista 2 tipuri de cuplare si anume: pompe
identice si pompe diferite.
Graficul cuplarii a 2 pompe identice in
paralel este reprezentat Tn
figura 6.8. Cele
doua pompe vor avea aceeasi caracteristica
interioara (C1=C 2 ), iar caracteristica
cuplajului se obtine prin insumarea debitelor
corespunzatoare la diferite sarcini (curba
C1+C2, obtinuta prin dublarea absciselor
curbei de sarcina a unei singure pompe). In
consecinta ansamblul de pompe se comporta
ca si cum pe retea ar functiona o pompa unica
avand carac-teristica de sarcina C1+C2.
Daca cuplarea pompelor se face la o
retea, cu caracteristica cunoscuta R1, atunci F1
este punctul de functionare a unei singure
pompe independente pe retea si F cel al
cuplajului (parametrii de lucru HF si QF).
Rezultatele obtinute prin cuplare sunt direct
determinate de forma caracteristicii retelei deservite
de cuplaj. Din figura 6.9 rezulta ca la o retea de tipul
R 2 sporul de debit Q 2 este mai mic decat Q 1 ce
corespunde unei retele de tipul R1. Deci, cresterea
debitului livrat unei retele prin cuplarea in paralel a 2
pompe devine rentabila cand caracteristica exterioara
a retelei este de tip lent R1, adica reteaua dispune de
rezistente locale mici si de pier-deri specifice liniare
reduse. In acelasi timp, orice cuplaj in paralel
conduce si la o sporire a sarcinii, definita si ea de
forma caracteristicii retelei.
Se defineste drept randament al cuplajului
paralel raportuI dintre puterea utila a cuplajului
(corespunzator debitului QF si sarcinii HF) si puterea
consumata de cele 2 pompe:
82
21 PP
HgQ FFcp
(6.26)
In timpul cuplajului, debitele celor doua pompe
sunt egale, Q1=Q2=QF/2 si, de asemenea,
randamentele sunt egale 21 si rezulta:
FF HgQPP
2
121
(6.27)
astfel ca, randamentul cuplajului paralel devine:
FFFF
FFcp HgQHgQ
HgQ
2
1
2
1
(6.28)
Asadar, la cuplarea in paralel a 2 pompe
identice, randamentul cuplajului este egal cu randamentul total al tipului de pompa
folosit, corespunzator punctului de functionare F.
In cazul cuplarii in paralel a 2 pompe avand
caracteristici interioare diferite 21 CC ,
caracteristica cuplajului se obtine in mod asemanator,
prin insumarea debitelor celor 2 pompe la sarcina
constanta (HF=H1=H2 si QF=Q1+Q2). Din diagrama
cuplajului (fig.2.8.10) rezulta ca pentru anumite zone
(deasupra sarcinii maxime a pompei celei mai mici -
punctul K), caracteristica cuplajului este situata sub
caracteristica pompei mai mari. Aceasta situatie este
o consecinta a faptului ca, pentru sarcini ale
cuplajului HF>Hcritic=HK,, pompa mai slaba C1
functioneaza pe caracteristica de franare si apar
intoarceri de fluid prin ea. In consecinta, cuplajul este
rational numai pentru retelele ale caror caracteristici
intretaie caracteristica cuplajului pe ramura KF, adica
pentru sarcini HF<Hcritic, in caz contrar, punctul de
functionare se va situa intre caracteristicilecelor 2
pompe (F'), ceea ce inseamna ca debitul livrat este
mai mie chiar decat cel al unei singure pompe ce ar lucra separat pe retea.
Randamentul cuplajului se determina in mod asemanator ducandu-se o paralela la
nivelui sarcinii HF a cuplajului; F1 si F2 vor reprezenta punctele de functionare ale celor 2
pompe in timpul cuplajului si reportarea acestora va conduce la cunoasterea
randamentelor corespunzatoare.
In acest fel, randamentul cuplarii in paralel a 2 pompe diferite va fi:
83
2
2
1
1
2
2
1
1 QQ
Q
HgQHgQ
HgQ F
FF
FFcp (6.29)
In concluzie, 2 pompe cuplate in paralel se comporta ca si cum ar exista o singura
pompa avand caracteristica C1+C2 si aici pot aparea fenomene de functionare labila,
pompaj etc, daca se realizeaza conditiile specifice aparitiei acestora. Caracteristica
cuplajului va reflecta particularitafile fiecarui participant la cuplaj.
Daca exista mai mult de 2 agregate in cuplaj, procedeul de lucru este acelasi, adica
se insumeaza debitele tuturor pompelor la aceleasi inaltimi de pompare si se obtine o
caracteristica rezultanta a cuplajului.
• Cuplarea in serie. De regula, cuplarea in serie
a pompelor se adopta cu scopul de a mari inaltimea de
pompare a apei debitata de ansamblu. Pompele fiind
montate in serie (fig.6.7), debitul care trece prin pompe
este acelasi (QF=Q1=Q2), iar sarcina cuplajului este
egala cu suma sarcinilor produse de fiecare pompa in
parte (HF=H1+H2). Se pot realiza cuplaje in serie cu
pompe identice sau cu pompe diferite.In cazul cuplarii
in serie a 2 pompe identice (fig. 6.11) caracteristica
cuplajului se obfine insumand ordonatele (inaltimile de
pompare) in dreptul acelorasi abscise(debite).
Eficacitatea cuplajului in serie depinde de forma
caracteristicii retelei, dupa cum se arata in figura 6.12,
retele de tipul R2 conducand la cresteri ale inaltimii de
pompare H 2 > H 1 , fata de retele de tipul R1 Pentru
a calcula randamentul cuplarii in serie 77CS, se tine
seama ca:
Q1=Q2=QF; HF=H1+H2=2H1=2H2 si
21 si se obtine:
2
22
1
1121HgQHgQ
HgQ
PP
HgQ FFFFcs
(6.30)
Cuplarea in serie a doua pompe diferite este
reprezentata in figura 6.13. Constructia caracteristicii
cuplajului se face dupa aceleasi principii, adica
insumarea sarcinilor corespunzatoare la diferite debite
( 21 HHH F si 21 QQQF ). De asemenea , si
aici apare un punct critic K determinat de un debit
crQ si care marcheaza inceputul unei zone unde
rezultatul cuplajului este nerational, deoarece sarcina obtinuta prin cuplaj este mai mica
decat cea furnizata de o singra pompa ce ar lucra independenta de retea. In aceasta zona ,
o parte din sarcina furnizata de pompa mai putermica este folosita pentru a compensa
84
functionarea celeilalte pompe pe ramura negativa a curbei de sarcina, in domeniul
debitelor mai mari decat debitul de sarcina nula .)0max(HQ
Randamentul cuplului este :
2
2
1
1
2
22
1
11 HH
H
HgQHgQ
HgQ FFFcs (6.31)
si depinde , prin urmare , de pozitia punctului de funtionare a cuplajului si de
randamentele corespunzatoare ale celor doua
puncte.
Cuplarea in serie se poate efectua si cu
mai mult de dsoua pompe , modul de trasare a
operatiei fiin asemanator , adica insumarea
ordonatelor in dreptun aceelorasi abscise. O
aplicatie a utilizarii acestui gen de cuplaj o
constituie pompele cu mai multe etaje , la care
rotoarele inseriate au fiecare o caracteristica
interioara specifica , iar caracteristica
agregatului rezulta din insumarea acestora
dupa procedeul mentionat mai sus.
6.1.7 Reglarea pompelor In timpul exploatartii instalatiei de pompare poate sa apara necesitatea ca debitul
pQ si inaltimea de pompare pH sa varieze intre anumite limite , fata de valorile
corespunzatoare punctului de functionare al instalatiei. Procedeeele prin care se pot
modifica , temporar sau permanent , debitul si inaltimea de pompare constituie reglarea
pompei.
Reglarea permanenta consta , de regula in modificarea dimensiunilor constructive
ale rotorului , ca de exemplu : micsorarea diametrului prin strunjire ; modificarea
unghiului poaletelor etc. Reglarea permanenta se efectueaza numai atunci cand pompa nu
corespunde integram sistemului hidraulic.
Reglarea temporala este alicata frecvent in exploatarea instalatiei de pompare si
poate fi realizata prin :
- modificarea turatiei rotorului pompei , este cel mai economic procedeu de reglare ,
insa necesita motoare electrice de curent continuu , reductoare de turatie etc . , ceea ce
este mai dificil de realizat;
- modificarea rezistentei hidraulice a instalatiei , folosind armaturi (robinete) de
obturare (inchidere) si reglare;
- descarcarea unei parti din debitul de apa refulat de pompa in bazinul de aspiratie ;
- cuplarea pompelor in paralel sau in serie.
85
In practica, sistemele de reglare a instalatiilor de pompare se realizeaza cu
aparatura de automatizare , de masura, siguranta si control, astfel incat agregatul de
pompare sa satisfaca parametrii ceruti.
● Reglarea pompelor prin variatia turatiei
Prin modificarea turatiei pompei de la 1n la 4n , cu 4n <3n < 2n < 1n (fig. 6.14) se
obtin debitele 4FQ <3FQ < 2FQ < 1FQ .
Daca se considera optnn1 , atunci prin
micsorarea turatiei pompei in limetele stranse
( 21 / nn ) = 0.8 se pastreaza valoarea randamentului
maxim deplasandu-l catre 1FQQ . Modificarea
turatiei in limite mai accentuate (de exemplu , in
4n ) duce la scaderea randamentului . Din
aceasta cauza modificarea turatiei trebuie sa fie in
limitele pentru care este acceptabil .
Dependenta intre valorile ,,, 111 PHQ la turatia 1n
si xxx PHQ ,, la 1nnx se stabileste folosind
relatiile de similitudine 6.7. Aceste relatii
reprezinta , teoretic , dependenta intre valorile
caracteristice si turatie. In realitate , la modificarea
turatiei , apar o serie de fenomene complexe, care
nu pot fi cuprinse in formule cu caracter general si
, in practica , se pot utiliza numai intr-un domeniu
restrans si anume , pentru scaderi cu 25% a
turatiei , pana la cresteri cu 10%, domeniul in care
randamentul pompei ramane practic constant.
Principalii indici care definesc calitatea reglarii de turatie sunt :
- domeniul n de reglare a turatiei , definit ca raport intre turatia minima si turatia
maxima care se poate obtine prin metoda de reglare aplicata :
max
min
n
nn (6.32)
-coeficinetul nk , de reglare a turatiei , definit ca raportul intre diferenta minnnn
si turatia nominala:
nn :
n
nn
n
nnk min (6.33)
Alegerea domeniului de variatie a debitului Q al instalatiei de pompare se face
diferentiat dupa cum turbopompele sunt nereglabile (cu turatie constanata) sau reglabile
(turatie variabila). Astfel , din alnaliza relatiei de calcul al energieri specifice de pompare
a apei He se exprima sub forma :
mh
H
He [kWh/
3m ] (6.34)
unde :
- H este inaltimea de pompare a turbopompei [kPa] ;
86
- h- randamentul hidraulic al turbopompei ;
- me
- randamentul motorului electric de
actionare.
La reglarea instalatiei de pompare,
pentru a face fata regimului varibil de debit, se
deduc urmatoarele (fig 6.15 a si b) :
- in cazul turbopompelor nereglabile este
rational ca domeniul de debite Q sa se
aleaga pe pareta coboratoare a curbei de
randament )(Q , incepnad din punctul de
randament maxim max
, deoarece in
conformitate cu relatia 2.8.34 pe aceasta parte
se asigura o valoare minima a energiei
specifice (fig. 6.15 a).
- in cazul turbopompelor reglabile este
rational ca domeniul de debite Q sa se
aleaga pe partea urcatoare a curbei de
randament )(Q , sfarsind in punctul de
randament maxim max
, deoarece in
conformitate cu relatia 6.34 pe aceasta parte se
asigura o valoare minima a energiei specifice
de pompare a apei (fig. 6.15 b).
Cunoscand randamentul global
i al unei instalatii de pompare (definit de raportrul dintre putrea utila necesara pentru
realizarea inaltimii de pompare, cH , ceruta de retea si puterea absorbita necesara pentru
realizarea inaltimii de pompare H, dezvoltata de turbopompa) pentru un anumit debit dat ,
Q, sau pentru un anumnit domeniu de debite
date Q , este dat de relatia :H
H c
i
(6.35)
unde este randamentul turbopompei ,
rezulta ca pentru a se asifura un randament
global ridicat , in cazul reglarii debitului intr-un
anumit domeniu Q , trebuie sa fie indeplinite
conditiile de a folosi :
- turbopompe de mare randament ;
- turbopompe care sa asigure un raport
HH r / cat mai apropiate de unitate .
Prima conditie se poate realiza implicit
prin alegerea unor turbopompe cu randament
propriu ridicat si a le utiliza in apropierea
optimului acestui randament.
A doua conditie se poate realiza in cazul folosirii :
87
- turbopompelor nereglabile(cu turatie constanta) , prin alegerea de caracteristici
H(Q) plate sau prin alegerea de domenii inguste de inaltime de pompare H pe
caracteristici H(Q) inclinate ;
- turbopompelor reglabile cu turatie variabila ), prin producerea caracteristicilor
H(Q) artificiale apropiate de (sau suprapuse peste) caracteristica )(QHc a retelei de
pompare.
● Reglarea prin modificarea caracteristicilor instalatiilor
Metodele constau in adoptarea diferitelor solutii de modificare a
caracteristicii retelei )(QfHc, caracateristica pompei H=f(Q) pastrandu-se
nemodificata.
Reglarea debitului prin utilizarea vanei pe conducta de refulare(sau aspiratie)
In exploatare este comod(dar nu se recomanda ) ca debitul sa fie modificat prin
schimbarea gradului de inchidere a unor vane , existente, de regula , pe circuitul de
refulare al pompelor (fig. 6.16) . Solutia modifica curba caracteristica a retelei , deoarece
se modifica pierderile de sarcina in circuit. Pentru vana V complet deschisa rezulata 2
0QMHH gc si ca urmare anasamblul pompa-retea dunctioneaza la debitul
FQ (corespunzator acestuia rezulta randamentul si puterea). La inchiderea partiala a vanei
V , noua caracteristica a retelei devine 2
1QMHH gc si prin urmare debitul pompat
devine 1FQ ( 1FQ < FQ ) . La pompe care au caracteristica cu ramura instabila se limiteaza
inchiderea vanei astfel incat debitul minim al ansamblului pompa-retea sa nu scada sub
MQ . Sunt evidemtiate in grafic pierderile de sarcina pe conducta cu vana deschisa rh
cat si cele suplimentare datorate vanei rvh .
Desi arata o sporire cu a randamantului pompei 21 FF , pe ansamblul
randamentului * scade cu v .
Daca se noteaza hv = grv Hh / randamentul hidraulic al vanei , me - al motorului
electric si cu hext - randamentul gidraulic exterior al retelei (corespunzator lui V –
deschis ) se poate exprima randamentul instalatiei : hexthvmepinst .
Daca se noteza randamentul pompa-vana de reglare cu hvp* , se poate vedea din
figura 6.16 , ca aceasta scade , fiind vFIFI* , unde v resprezinta pierderi din
randamentul instalatiei ca urmare a utilizarii vanei.
Datorita pierderilor hidraulice de sarcina mari introduse de vana (toata suprafata
hasurata vertical ), metoda trebuie evitata , putand fi utilizata numai ca solutie de
compromis , pe timp redus si in cazuri izolate. La pompele lente cu turatie mica , care au
curba H = f(Q) apalatizata , metoda poate fi acceptata temporar , deoarece manevre scurte
ale vanei duc la modificari insemnate ale debitului instalatiei. Cat priveste vana montata
pe conducta de aspiratie, rationamentul ramane similar , numai ca solutia nu se
recomanda , deoarece pierderile de sarcina in cresteri ale circuitului de aspiratie duc
ansamblul de functionare in cavitatie.
Variatia debitului pompat la modificarea sarcinii statice a retelei
Se poate obtine prin utilizarea unui acumulator de apa sub presiune (recipient de
hidrofor) care are rolul de a compensa diferenta dintre debitul variabil al retelei si debitul
constant asigurat de pompa. Pe masura ce acumulatorul se incarca sau se goleste de apa
88
are loc o marire respectiv o micsorare a inlatimii statice de pompare de la 1FH la 2FH si
invers. Efectul modificarii debitului agregatelor de pompare prin variatia inlatimii
geodezice este cu atat mai mare cu cat curba de functionare a pompei este mai aplatizata.
Modificarea debitului prin utilizarea
conductei de ocolire (by - pass)
Intoarcerea prin by-pass catre bazinul
de aspiratie, a unei parti din debitul pompat
pQ , face ca in retea (deci la consumator) sa se
obtina debite diferite.
Conducta de by-pass pentru instalatia
din figura 6.18 realizeaza la consumator
debitul bypc QQQ constant , daca vana
2V pastreaza pozitia initiala.
Au fost reprezentate in grafic:
caracteristica conductei )(QfHc cu 1V
deschis, )(QfHby caracteristica by-pass-
ului functionand cu 0gH si caracteristica
suma )(QfHH byc (insumarea se face pe
orizontala adunand debitele pentru diferite valori ale lui H).
La functioanrea cu 1V inchis se obtine 2FQ , respectiv 1FQ , daca 1V este deschis
iar 2V inchis . In situatia
cand ambele vane 1V , 2V
sunt deschise debitul de
functionare al pompei este
FQ (corespunzator acestuia
randamentul F ) din care
debitul cQ pe retea iar
debitul byQ se intoarce prin
by-pass catre conducta de
aspiratie. Alte debite catre
consumator se pot obtine
prin modificarea
caracteristicilor by-pass-
ului. Desi metoda este
simpla , nu se recomanda
deoarece vehicularea unui
debit byQ in gol consuma
ineficient energia electrica.
Unori personalul de exploatare apeleaza totusi la aceasta metoda, folosind conducta
pentru descarcare si probare a agregatelor din statie.
89
Este util de analizat comparativ, intr-un caz dat, care din solutiile vana sau by-pass
poate fi aceptata ca mai eficienta cand modificarea debitului se impune, deoarece nu mai
exista o alta posibilitate. In figura 2.8.19, agregatulk de pompare de caracteristica
cunoscuta H=f(Q) fincioneaza pe o retea formata din conducta cu Hc=F(Q)si by-pass de
de caracteristica H by f(Q). In aceasta situatie va merge la consumator debitul Qc, iar prin
by pass debitul Q by . Randamentul instalatiei, considerand me
=const., se poate exprima
cu relatia:
21
21
21
21
2121
0
1 11F
rmeF
F
by
meF
FF
gc
c
uinst
H
h
Q
Q
FQ
HQ
P
P (6.36)
in care 0rh sunt pierderi de sarcinape conducta la vana complet deschisa si debit Q
c.
Pentru a asigura consumatorul cu acelasi debit Qc, in absenta conductei de by-
pass, trebuie modificata Hc=F(Q) la forma H *
c=F(Q), introducand suplimentar
rvh -
pierderi de sarcina prin vana V. In acest caz, corespunzator punctului *F se obtine
cFQQ * .
Cand se utilizeaza vana pe conducta de refulare prin regulare, rezulta randamentul
instalatiei din relatia:
*
0
*
*
*
**2 1F
r
F
rv
F
F
FF
gc
c
u
instH
h
H
h
HQ
HQ
P
P (6.37)
Comparand randamentele celor doua solutii, va rezulta ca indicata metoda:
- canducta by-pass, cand 21 ;
- vana de reglare cand 21 .
Acelasi rezultat se obtine daca se alege ca solutie optima cea care asigura cel mai
mic consum de energie e *
u .
Cu cele precizate anterior si urmarind notatiile din figura 6.19 rezulta :
hemeF
F
b
instQ
Q11 21
21
1 ; meheFinst 222 (6.38)
Consumurile specifice sau energia pecifica in cele doua variante *
1ue si *
21ue se pot
exprima cu relatiile:
*
1ue =inst
hemeF
F
h
k
Q
Q
k
1
121
21
1
[kWh/m 3 m] (6.39)
insthemeF
u
kke
22
*
*
2 (6.40)
90
in care he1
si he2
reprezinta randamentul hidraulic al retelei in variantele
analizate.
Din expresiile 6.39 si 6.40 rezulta ca pentru agregatele la care puterea creste
cu debitul, este indicta metoda de variatie a debitului prin utilizarea vanei, pe cand la cele
pentru care puterea scade cu debitul (pompe axiale) este de preferat variatia debitului la
consumator prin utilizarea conductei de by-pass.
6.2.Materiale, aparate, echipamente si agregate pentru instalatiile
de pompare a apei
6.2.1.Pompe
In instalatiile de alimentare cu apa se folosesc frecvent pompe centrifuge si
pompe axiale si, mai rar, pompe volumice.
Caracteristicile tehnice ale pompelor (dimensiuni, curbe caracteristice, materiale
utilizate et.) sunt prezentate amanuntit in cataloagele profesionale ale firmelor
producatoare de pompe. In tara noastra, principalul producator de pompe este uzina
AVERSA Bucuresti. In strainatate sunt numeroase firme de prestigiu (GRUND-FOS-
Danemarca, DAB-Italia, WILO-Germania, SALMSON-Franta, etc.) care produc pompe
cu performante tehnice si fiabilitate ridicate si garantate.
91
● Pompa centrifuga monoetajata.
Elementele componente principale ale pompei
monoetajate (fig. 6.20) sunt:
- rotorul, format dintr-un numar de
palete fixate intre doua discuri, discul
exterior, dispus catre racordul de aspiratie
avand o deschidere centrala prin care apa intra
in canalele rotorice si discul inferior. Rotorul
este fixat cu pene sau cu o presa speciala pe
axul pompei, numit arbore de actionare.
Acesta este cuplat cu axul mootorului electric
de antrenare, care pune rotorul in miscarea de
rotatie;
- carcasa (statorul), in care apa
evacuata din canalele rotorice este colectata si
evacuata printr-un racord de refulare. Carcasa
pompei se mai numeste si camera speciala,
intrucat sectiunea sa creste in sensul
circulatiei apei deoarece si debitul creste;
- difuzorul, terminat cu o flansa de
racord la conducta de refulare;
- presetupa (presgarnitura) de etansare a carcasei (statorului) la arborele de
actionare, avand rolul de a reduce scurgerile de apa din carcasa pe langa arborele pompei.
Garniturile de etansare pot fi din azbest grafitat, bumgac sau impregnat etc.;
- labirinturile, care sunt elementele de
etansare dintre stator si discuri;
Principiul de functionare al pompei
centrifuge este urmatorul: prin rotatia rotorului
de catre motorul electric, ia nastere forta
centrifuga, sub influenta careia apa din canalele
rotorice este dirijata radial de la centru spre
periferie. In centrul pompei se creaza o
depresiune, iar sub actiunea presiunii
atmosferice, apa din rezervorul din care aspira
pompa, patrunde prin racordul de aspiratie in
centrul pompei, de unde este dirijata din nou
radial catre periferie si fenomenul de
centrifugare se repeta continuu, atat timp cat este
actionat motorul pompei. In acest fel, intre
sectiunea (racordul) de aspiratie si sectiunea
(racordul) de refulare energia hidraulica a apei
creste.
● Pompa centrifuga multietajata. In
scopul cresterii energiei hidraulice, respectiv a
inaltimii de pompare la un debit dat, se pot
monta pe acelasi arbore mai multe rotoare. Apa
92
care iese dintr-un rotor intra in rotorul urmator prin canale de intoarcere. Etajul este
definit ca o unitate de transformare a energiei mecanice in energie hidraulica. Astfel, daca
la un debit dat Q, inaltimea de pompare a unui etaj este 1H , inaltimea de pompare a unei
pompe cu n etaje va fi H=n 1H .
● Pompa axiala. Din punct de vedere constructiv, se compune din aceleasi
componente ca si pompa centrifuga. Pompele axiale pot fi cu ax vertical sau orizontal;
dupa rotor, sunt prevazute cu un dispozitiv de dirijare a curentului de lichid. La pompele
axiale, fenomenul de centrifugare este redus, particulele de fluid fiind impinse de rotor pe
traiectorii elicoidale. Paletele rotorice se insurubeaza in lichid si prin circulatia pe care o
produc, dirijeaza axial curentul de lichid. Pompele axiale vehiculeaza debite Q mari la
inaltimi de pompare relativ mici.
● Pompa volumica. Functioneaza prin deplasarea periodica a unor volume de
lichide intre sectiunile de aspiratie si de refulare.
Principalele tipuri de pompe volumice sunt: cu piston ( de exemplu pompe
dozatoare) si cu inel de lichid, utilizate pentru realizarea vacuumului in instalatiile de
amorsare a pompelor; cu roti dintate; cu pistoane rotative (loburi); pompa de mana (tip
Alweiller), cu paleta oscilanta, utilizata in instalatiile de pompare mici pentru epuismente
sau golfuri.
2.8.2.2 Recipiente de hidrofor Au o constructie standardizata (STAS 2156) (fig. 6.21 si tab. 6.2). Se mai
numesc si recipiente hidropneumatice, avand la partea inferioara apa si deasupra apei o
perna de aer comprimat. Sunt recipiente metalice inchise si, functionand sub presiune,
sunt supuse controlului ISCIR.
Aceste recipiente se mai folosesc si ca rezervoare tampon inchise sau ca
rezervoare sub presiune pentru acumularea apei calde de consum.
Pentru agregatele de pompare moonobloc, cu debite mici (pana la 10 m 3 /h) se
folosesc recipiente de hidrofor cu membrana din cauciuc, avand capacitati cuprinse intre
25 si 100 l. De regula, membrana esta sub forma unei anvelope umpluta cu aer
comprimat ( la presiunea de 2...3 bar) si introdusa in recipient, fiind fixata de capacul
acesteia si prevazuta cu un ventil pentru completarea periodica (sau cand este necesar) a
volumului de aer.
6.2.3 Rezervoare tampon
Pot fi:
- deschise, cu forma paralelipipedica si dimensiuni standardizate (STAS
8941)(tab. 6.3). Se executa cu tabla din otel protejata anticoroziv.
- inchise, recipiente metalice hidropneumatice (fig. 6.21 si tab. 6.2) ca si
recipiente de hidrofor.
6.2.4 Aparate de automatizare, siguranta si control pentru instalatii de pompare
a apei
Principalele aparate de automatizare folosite sunt : manometre cu contacte
electrice; presostate; automate de pornire-oprire a pompelor; variatoare de frecventa
pentru pompe cu turatie variabila; nivostate; robinete de reglare actionate cu motoare
electrice (sau cu ventile electromagnetice).
93
Pentru recipiente sub presiune se folosesc supape de siguranta cu contragreutate
sau arc.Controlul vizual al presiunilor apei sau aerului comprimat se realizeaza cu
manometre.
94
6.3 . Solutii constructive, scheme si dimensionarea instalatiilor de
ridicare a presiunii apei reci
6.3.1 Instalatii de pompare a apei, cuplate cu rezervor tampon si recipiente de
hidrofor ● Solutii constructive, scheme si functionarea instalatiilor de hidrofor
Instalatia de pompare a apei cuplate cu recipiente de hidrofor, denumita
instalatia de hidrofor (fig. 6.22) se compune dintr-o statie de pompare avand montate, pe
conducta de refulare, recipiente de hidrofor.
Instalatia de hidrofor se adopta cand sarcina hidronamica (presiunea de serviciu
disponibila dispH a apei din conducta publica in punctul de racord al instalatiei interioare)
este permanent sau pe perioade lungi, insuficienta pentru functionarea normala a tuturor
punctelor de consum ( nevdisp HH ), iar consumul de apa din instalatie prezinta variatii
importante in timp intre valori maxime si minime.
Din conducta publica apa patrunde intr-un tampon care poate fi deschis sau
inchis.
In rezervorul tampon deschis, apa trece de la presiunea din conducta publica la
presiunea atmosferica (avand loc ruperea presiunii), pa cand rezervorul tanpon inchis
(care are la partea inferioara apa si deasupra apaei o perna de aer comprimat) se mentine
continuitatea sarcinii din conducta publica.
Din rezervorul tampon apa este aspirata de pompa si refulata in instalatie. Din
debitul total ala pompei pQ o parte satisface consumul din cladiri q , iar restul se
acumuleaza treptat in recipientul de hidrofor, comprimand perna de aer existenta
deasupra apei,pana la o valoare limita maxima (stabilita prin calcul) si controlata de un
preostat, presiunea de oprire a pompei oH la atingerea careia preostatul comanda oprirea
95
pompei. Din acest monment, consumul de apa din instalatie este satisfacut din rezerva
acumulata in recipientul de hidrofor (volumul util) uV . Pe masura ce rezerva de apa
scade, perna de aer de deasupra apei se destinde pana la o valoare limita maxima,
(presiune de pornire a pompei pH ), controlata de acelasi preostat, care, la atingerea
acestei valori, comanda pornirea pompei si functionarea instalatiei se repeta.
Pompa asigura ridicarea presiunii apei din instalatie si are o functionarre
periodica (ciclica), durata unei perioade T fiind definita ca intervalul intre doua 2 porniri
(sau 2 opriri) succesiva ale pompei. Duratele T ale diferitelor perioade ale ciclurilor de
functionare a pompei sunt diferite intre ele si prin calcul se determina durata minima minT
a perioadei T:
p
u
Q
VT max
min
4 (6.41) in
care maxuV este volumul util maxim, iar pQ este debitul mediu pompat pe durata ciclului
de functionare a pompei.
Inversul perioadei (frecventa) n este egala cu numarul de porniri (sau de opriri) pe
ora ale pompei n=1/T. Perioadei minime minT ii corespunde minmax /1 mTn si tinand
seama de relatia 2.8.41, rezulta :
4
maxmax
p
u
QVn (6.42)
Frecventa maxn , a pornirilor (opririlor) pompei, este limitata de sensibilitatea
preostatelor si de caracteristicile functionale ale electromotoarelor (maxn =10...30
porniri/ora), ceea ce duce la limitarea valorii maxime a volumului util maxuV :
max4max n
QV
p
u (6.43)
Se produc in prezent pompe care pot functiona normal la un numar de 50...60
porniri/ora.
Perna de aer dedeasupra apei din recipientul de hidrofor este asigurata de un
compresor de aer, care este pus in functiune manual, ori de cate ori este necesar sa se
refaca volumul de aer din rezervor. Hidroforul este prevazut cu o sticla de nivel care
permite controlul vizual asupra nivelului apei in timpul exploatarii si al volumului de aer.
La partea superioara a hidroforului se monteaza un ventil de siguranta cu contra greutate
sau cu arc pentru protectia recipientului in cazul unor suprapresiuni accidentale. In
perioadele in care sarcina disponibila dispH , a apei in punctul de racord (bransament),
este mai mare sau egala cu sarcina necesara necH , in instalatia inferioara ( necdisp HH ),
alimentarea cu apa a instalatiei interioare se face printr-o conducta de ocolire a statiei de
pompare, pe care se monteaza o clapeta de retinere pentru a evita intoarcerea apei spre
conducta publica atunci cand functioneaza pompa.
● Alegerea pompei si determinarea puntelor de functionare ale instalatiei de
pompare a apei cuplata cu recipiente de hidrofor
Pentru alegerea pompei este necesar sa se cunoasca debitul de calcul al
instalatiei si inaltimile de pompare la momentele pornirii, respectiv opririi pompei.
96
In
cazul instalatiilor de distributie a apei reci pentru consum menajer, debitul pompei active
(sau al cuplajului in cazul functionarii pompelor in paralel) se ia egal cu debitul de calcul
cq , ( cp qQ ) al instalatiei.
Inaltimea de pompare necesara ppH , in momentul p[ornirii pompei, respectiv
ppH in momentul opririi pompei, se determina cu relatiile (fig. 6.23):
2
0 pppspappgppp QMHHhHHH [bar] (6.44)
2
0000000 psapgp QMHHhHHH [bar] (6.45)
in care pH este presiunea din recipientul de hidrofor in momentul pornirii pompei [bar]
determinata cu relatia :
rugnecp hhHHH max [bar] (6.46)
unde:
- necH - srcina hironamica necesara in instalatia interioara de alimentare cu apa
[bar];
- gH - inaltimea geodezica a punctului de consum cel mai dezavantajat hidraulic
din intreaga instalatie, fata de un plan de referinta unic admis [bar];
- uH - presiunea de utilizare a apei la punctul de consum cel mai dezavantajat
hidraulic [bar];
97
- extrrr hhh
int- suma pierderilor totale de sarcina (liniare si locale) pe traseul
de alimentare cu apa al punctului de consum cel mai dezavantajat hidraulic de la punctul
de iesire a apei din recipientul de hidrofor;
- intrh - suma pierderilor totale de sarcina pe portiunea retelei din interiorul
cladirii, a traseului de alimentare cu apa a punctului cel mai dezavantajat [bar];
- extrh - suma pierderilor totale de sarcina pe portiunea retelei di exteriorul
cladirii a traseului de alimentare cu apa de la punctul de iesire a apei din recipientul de
hidrofor pana la reteaua din interiorul cladirii [bar];
- oH - presiunea din recipientul de hidrofor in momentul opririi pompei, care se
determina in functie de valoarea presiunii pH din recipientul de hidrofor in momentul
pornirii pompei, cunoscand ca barHHH p )1...5,0(0 ;
- gpH - diferenta de nivel intre nivelul apei din recipientul de hidrofor si nivelul
apei din rezervorul tampon ( in care caz gpH >0) sau invers (in care caz gpH <0) in
momentul pornirii pompei [bar];
- goH - diferenta de nivel intre nivelul apei din recipientul de hidrofor si nivelul
apei in rezervorul tampon ( in care caz goH >0) sau invers (in care caz goH <0) in
momentul opririi pompei [bar];
- 2
ppprpp QMh , respectiv 2
000 prp QMh - suma pierderilor totale de sarcina
(liniare si locale) pe traseul conductei de pompare pana la recipientul de hirofor, calculate
la debitul ppQ de pornire a pompei, respectiv la debitul 0pQ de oprire a pompei [bar];
- aH - presiunea din rezervorul de tampon inchis (daca este cazul) din care
aspira pompa (in cazul rezervorului de tampon deschis 0ata HH in scara
manometrica) [bar];
- agppsp HHHH ; ags HHHH 000 - inaltimi statice la momentele
pornirii, respectiv ale opririi pompei [bar];
- pM ; 0M - modulele totale de rezistente hidraulice ale conductei de pompare
[52 / mh ];
Intrucat din distribuitorul instalatiei de hidrofor se alimenteaza cu apa atat
reteaua de distributie a apei reci, cat si intalatia de prearare a apei calde de consum, este
indicat sa se introduca in relatia 6.46 valoarea cea mai mare dintre sarcinile hidronamice
necesare arnecH pentru instalatia de distributie a apei reci, respectiv
acnecH pentru
instalatia de distributie a apei calde de consum (intre cele doua sarcini hidronamice
necesare arnecH si
acnecH se admite o diferenta de cel mult 5%);
Pompa instalatiei de hidrofor se alege din catalog pe baza determinarii punctelor
de functionare la momentele pornirii, respectiv opririi pompei.
● Calculul volumului necesar si alegerea numarului de recipiente de hidrofor
Volumul total RHV al recipentului de hidrofor se calculeaza cu relatia :
013,1
013,1013,1
41,1
0
0
ip
pp
RHHHH
HH
n
QV [m 3 ] (6.47)
98
in care debitul pQ , al pompelor in functiune simultana [m 3 /h] si
ipo HHH ,, [bar] iar
013,1
013,1013,1
41,1
0
ppo
pp
RHHHH
HH
n
QV [m 3 ] (6.48)
in care pQ [ m 3 /h] si ipo HHH ,, [kPa].
Diferenta de presiune dintre presiunea de pornire pH si presiunea initiala iH , se
recomanda sa aiba valorile din tabelul 6.4, care sunt cuprinse intre 3,5...27 kPa, pentru
pH <600 kPa.
I
n cazul in care din calcul rezulta un volum al recipientului de hidrofor, mai mare de 1600
l, se aleg doua recipiente egale pentru a permite efectuarea reviziilor fara intreruperea
alimentarii cu apa. Firma GRUNDFOS, produce pompe prevazute cu microprocesoare
incorporate, care prin senzorii de pressiune pot comanda pornirea si oprirea pompelor
fara recipiente de hidrofor.
● Alegerea compresorului de aer
Debitul compresorului de aer se alege in asa fel incat presiunea initiala ip sa fie
realizata in 2...3 h, iar presiunea compresorului de aer op sa fie numeric mai mare sau cel
putin egala cu inaltimea de pompare in momentul opririi pompei poH , pentru a putea
introduce aer sub presiune, fara a fi nevoie sa se goleasca apa din recipientul de hidrofor.
● Dimensionarea rezervorului tampon deschis si a instalatiilor hidraulice anexe
Volumul (capacitatea) rezervorului tampon deschis RTDV se calculeaza cu
formula:
iptaRTD QVV [l] (6.49)
in care:
- pQ - este debitul pompelor in functiune [l/s];
- 1t - timpul de functionare al pompelor [s];
- aV - volumul necesar efectuarii racordurilor la rezervor [l].
Se considera ca timpul 1t de functionare al pompei (de refacere a volumuli de apa
util din hidrofor) este egal cu timpul 2t de stagnare al pompei (de consumare a volumului
99
util de apa din hidrofor), ,21 ttt durata T unui ciclu de functionare a pompei
(peroiada) va fi:
ntttT /1221 (6.50)
in care n=1/t este frecventa (sau numarul de porniri-opriri/h ale pompei).
In cazul in care timpul de functionare al pompei se considera egal cu
1501 tt s, deci o perioada T=300 s, respectiv o frecventa de n=120 porniri/h ale
pompei si un volum aV =1500 l din relatia (6.49) se obtine:
pRTD QV 10150 [l] (6.51)
Conditia functionarii instalatiei de hidrofor in deplina siguranta este ca timpul de
incarcare cu apa a rezervorului tampon deschis sa fie mai mic decat timpul de descarcare
al aceluiasi volum de catre pompa. In caz contrar, exista pericolul intrarii pompei in
regimul de cavitatie, prin patrunderea aerului prin conducta de aspiratie, dupa epuizarea
volumului util de apa din rezervorul tampon, deschis. Conditi de mai sus se exprima prin
relatia:
rpp NqQ [m 3 /s] (6.52)
Sau:
up hd
NQ 24
2
1 [m 3 /s] (6.53)
Respectiv:
24
;2
1dNKhKQ up [m 3 /s] (6.54)
in care :
- rpq este debitul unui robinet plutitor al rezervorului tampon deschis;
- N - numarul de robinete plutitoare;
- uh - presiunea de utilizare (de serviciu) a apei in sectiunea de iesire din robinetul
plutitor;
4
2
1dS - aria aria sectiunii circulare de diametru
1d a robinetului cu plutitor;
- - coeficientul de debit al sectiunii de iesire a apei din robinetul cu plutitor;
Presiune de utilizare este data de relatia :
rbgbdispu hHHh [kPa] (6.55)
in care :
- rbh - este suma pierderilor totale de sarcina (liniare si locale) pe conducta de
bransament [Pa];
- gbH - inaltimea geodezica, transformata din m in kPa.
Conditia de limitare a debitului pompei cuplata cu rezervor tampon deschis si
recipient de hidrofor, in functie de presiunea disponibila a apei dispH , in punctul de
racord la conducta publica, va fi:
hHHKQ gdispp [m 3 /s] (6.56)
Aceasta conditie limiteaza domeniul aplicarii solutiei de cuplare a pompei cu
rezervor tampon deschis si recipiente de hidrofor.
100
In cazul in care din rezervorul tampon se alimenteaza si hidrantii interiori pentru
incendiu, capacitatea rezervorului tampon se verifica pentru a se asigura debitul de apa
necesar hidrantilor interiori timp de 10 min, respectiv de 5 min daca alimentarea cu apa a
rezervorului se face automat (robinetul de alimentare fiind comandat de un nivostat).
Trebuie verificat, de asemenea, daca in rezervorul tampon pot fi montate
robinetele cu plutitor (cel putin doua, pentru siguranta in functionare). Uneori se prevede
si o capacitate suplimentara (de rezerva); daca este asigurata razerva pentru incendiu si
posibilitatea montarii robinetelorcu plutitor, nu mai este necesara o capacitatea
suplimentara a rezervorului tampon.
Tipurile si dimensiunile rezervoarelor tampon deschise, de forma paralelipipedica
si de constructie metalica sunt redate in tabelul 6.3 (STAS 8941).
Diametrul 1D al conductei de alimentare cu apa a rezervorului tampon deschis este
egal cu diametrul conductei de bransament.
Calculul diametrului robinetului cu plutitor este prezentat la §§5.3.1.
Diametrul 2D al distribuitorului robinetelor cu plutitor se alege constructiv cu 1
sau 2 dimensiuni mai mare decat diametrul 1D .
Lungimea L a distribuitorului rezulta constructiv in functie de numarul, diametrul
si distantele dintre robinetele cu plutitor.
Diametrul 3D al orificiului preaplinului de forma circulara este dat de relatia :
52
4
1
31
5
g
dhD
r
u [m] (6.57)
in care 0,63 este coeficientul de debit al orificiului de preaplin.
Dimensionarea orificiului de preplin de forma dreptungiulara consta in stabilirea
inaltimii a (constructiv) si a inaltimii b a acestuia aplicand relatia:
322
4
1
2
164
9
ga
dhb
r
u [m] (6.58)
in care marimile ru dh ,, 1 au semnificatiile cunoscute.
Vasul preplinului poate fi un rezervor prismatic cu dimensiunile recomandate
0.6,0.6,0.6 m sau rezervor tronconic (palnie) cu diametrul superior de 0,6m, diametrul
interior 0,3 m si inaltimea h=0,6m. La partea inferioara vasul are un stut pentru
racordarea la conducta de evacuare.
Conductele de evacuara de diametre 4D si 5D conduc excesul de apa din rezervor
(vasul) preplinului la canalizare, se executa cu tuburi din fonta de scurgere, tevi din PVC
sau otel si se dimensioneaza in ipoteza ca functioneaza la curgere cu sectiune plina.
Diametrul 4D al conductei verticale de scurgere a preaplinului se calculeaza cu
relatia :
4
301
10
1412
2
1
11
Dh
hdD u
r
[m] (6.59)
in care marimile uhd ,1 si 3D au semnificatiile cunoscute, iar :
- 1h este presiunea statica ainaltimii coloanei de apa din rezervorul sau palnia
preaplinului [kPa];
101
- 10 , si r - coeficientii de pierderi de sarcina locale ale orificiului vasului de
preaplin (care face legatura cu conducta de diametru 4D ) si ale robinetului cu plutitor.
Diametrul 5D al conductei orizontale de scurgere a preaplinului se determina cu
relatia :
4
3210
20
1512
2
1
11
Dhh
hdD u
r
[m] (6.60)
in care :
- 2h este inaltimea coloanei de apa din conducta de diametru 4D , transformata
din [m] [kPa];
- 2 - coeficientul de pierdere de sarcina locala din conducta orizontala de
scurgere de diametru 5D ; celelalte marimi au semnificatiile aratate anterior.
6.3.2 Grupuri de pompe cu turatie variabila, cuplate in paralel (sistem HY-
DROMULTI)
Sistemul (fig. 6.24), complet automatizat,
constituie o solutie la instalatia de hidrofor. Pe
conducta de refulare al pompelor este montat un
recipient de hidrofor cu membrana, care permite
urmarirea variatiei presiunii in instalatia de utilizare.
Variati debitului obtinuta prin variatia turatiei
permite urmarirea fidela a curbei de variatie
aleatoare a consumului de apa (cronograma
consumului). Paratura de actionare, control si
semnalizare este grupata in panoul electric de
automatizare care face parte integranta din sistem.
Firma GRUNDFOS produce pompe cu turatie
variabila, cu microprocesoare incorporate care
elimina tabloul electric de automatizare.
6.3.3 Instalatii de pompare a apei, cuplate
cu rezervor tampon si rezervoare de inaltime
● Solutii constructive si functionarea
instalatiei de pompare a apei cuplata cu rezervorul
de inaltime
Solutia se adopta cand sarcina disponibila
dispH (presiunea de serviciu), din conducta publica,
in ppunctul de racord, scade periodic (de exemplu, in
orele de consum maxim) sub valoarea sarcinii
necesare rugnec hHHH max pentru functionarea normala a tuturor punctelor de
consum din instalatia interioara: necdisp HH . Rezervoarele de inaltime se prevad mai
putin in cazul cladirilor civile si mai mult in cazul cladirilor industriale, in care se
desfasoara procese tehnologice care necesita apa la presiuni de utilizare aproape
102
constante, in perioada in care necdisp HH rezervorul de inaltime si instalatia interioara
sunt alimentate direct din conducta publica prin conducta de ocolire a statiei de pompare.
Pompa poate fi actionata manual sau printr-un sistem de automatizare.
De regula, pompa este actionata automat, in functie de nivelul apei din rezervorul
de inaltime, controlat de un nivostat. Pentru a evita intoarcerea apei prin conducta de
ocolire, pe aceasta conducta se monteaza o clapeta de retinere. Alimentarea cu apa a
rezervorului de inaltime si a instalatiei interioare se face prin aceeasi conducta.
● Dimensionarea rezervorului de inaltime
Volumul (capacitatea) rezervorului de inaltime se determina in functie de modul
de actionare (manual sau automat) a pompei.
In cazul pornirii manuale a pompei, volumul util uV al rezervorului de inaltime se
determina cu relatia :
p
cziu
Q
q
n
QV 1max [l] (6.61)
in care :
- maxziQ este debitul zilnic maxim de apa consuma [l/zi];
- n – numarul de porniri pe zi ale pompei; in medie n=6 porniri/zi;
- cq - debitul de apa consumat in cladire in timpul pomparii apei in rezervor [l/h];
- pQ - debitul pompat in rezervor in acelasi interval de timp [l/s].
In cazul in care cq este mic si cand pQ este mult mai mare decat
cq , atunci
raportul cq / pQ se poate neglija si capacitatea rezervorului de inaltime se determina cu
relatia:
n
QV zi
u
max [l] (6.62)
La cladirile industriale, raportul cq / pQ poate avea valori ce nu pot fi neglijate
ceea ce conduce la aplicarea relatiei 2.8.61.
Volumul total necesar al rezervorului va fi:
au VVV [l] (6.63)
in care aV este volumul ocupat de apa sub racordurile de intrare si iesire ale
rezervorului de inaltime; in caz general, aV =0,1
aV =1,1 uV [l] (6.64)
In cazul actionarii automate a pompei de alimentare (la comanda nivostatului) se
tine seama de perioada T a unui ciclu de functionare a pompei definita ca intervalul de
timp scurs intre doua porniri (sau opriri) succesive ale pompei, respectiv de numarul de
cicluri n, mai precis, de numarul maxim de porniri (frecventa) pe ora ale pompei,
cunoscand ca perioada este inversul frecventei: n=1/T.
Volumul util al rezervoruluyi de inaltime are valoarea :
n
QV
p
U4
max [m 3 ] (6.65)
Volumul total necesar al rezervorului de inaltime este :
103
n
QV
p
41,1 [m 3 ] (6.66)
Pe baza relatiei 6.66 se alege rezervorul de inaltime cu dimensiuni tipizate, sau se
stabilesc aceste dimensiuni prin calculul de constructie al rezervorului, astfel ca volumul
efectiv (construit) sa fie cel putin egal cu volumul total necesar. In anumite cazuri se pot
accepta 2 rezervoare al caror volum efectiv insumat sa fie egal cu volumul total necesar.
6.3.4 Particularitati ale instalatiilor de pompare a apei necesara stingerii
incendiului
In statiile de pompare echipate cu pompe fixe de alimentare cu apa pentru
stingerea incendiului, este obligatorie montarea unei pompe de rezerva, egala cu cea mai
mare din grupul celor in functiune, in urmatoarele situatii:
- constructii si grupuri de constructii la care debitul de apa pentruu incendiu
exterior depaseste 20l/s;
- constructii industriale sau cuvile care sunt prevazute cu instalatii automate de
stingere (sprinklere, drencere sau pulverizatoare);
- cladiri civile si industriale la care pentru stingerea incendiilor din interior se
folosesc doua jeturi simultane.
Este indicat ca fiecare pompa pentru stins incendiu sa aiba conducta proprie de
aspiratie din rezervorul de apa.
Cand se monteaza mai mult de doua pompe, pentru 1 sau mai multe retele, se
admite, prevederea unei conducte de aspiratie, tip colector, prevazuta cu cel putin doua
sorburi, calculate fiecare pentru intreg debitul teoretic in caz de incendiu, si astfel realizat
incat, in cazul unei avarii la elementele componente, sa se asigure functionarea instalatiei
la parametrii proiectati.
Refularea, respectiv legarea pompelor la retelele de distributi aferente, se face
astfel:
- la instalatiile de stingere cu splinklere,drencere sau apa pulverizata se prevede
un distribuitor propriu instalatiei, separat si independent, alimentat prin
minimum doua conducte, ficare asigurand debitul maxim necesar. Din acest
distribuitor se alimenteaza instalatiile respective prin 2 conducte, dimensionate
fiecare pentru intreg debitul;
- la instalatiile de stingere cu hidranti exteriori, respectiv cu hidranti interiori, se
prevede cate o conducta proprie de refulare.
Din colector se pot alimenta si autovehiculele de interventie prin intermediul unui
racord cu nD 100 si a unui camin tip A-pentru alimentarea directa a pompelor mobile
(STAS 9342).
Instalatiile automate destingere a incendiilolr (drencere, sprinklere, apa
pulverizata) vor avea asigurate debitele si presiunile de stingere pe tot timpul teoretic de
interventie prin statii de ridicare a presiunii, cu alimentare din doaua surse de energie
(normala si de rezerva) si rezerva necesara de apa.
La instalatiile de pompare cu recipiente hidropneumatice de incendiu se prevad 2
compresoare.
Compresoarele pentru instalatii de sprinklere din sistemele de aer-apa trebuie sa
asigure umplerea cu aer a instalatiei in maximum 20 min.
104
Compresoarele pentru instalatiile de incendiu se prevad cu actionare manuala si
cu semnalizare a scaderii presiunii aerului. Se interzice actionarea automata a
compresoarelor.
In cazul in care sete obligatori si nu se poate asigura o a doua sursa de energie
electrica (de rezerva), se monteaza pompe fixe cu motor cu ardere interna, cu pornire
automata. Se admite, de asemenea, folosire in acest scop a pompelor cu abur, (in cazul in
care este asigurata alimentarea lor permanenta printr-o conducta separata, direct de la
sursa).
Pompele pot fi actionata automat sau manual. In cazul in care pomele sunt
actionate automat, se prevede, in mod obligatoriu, si actionarea manuala. Oprirea
pompelor, in toate cazurile, se face manual, din statia de pompare. Se admite oprirea
automata in cazul lipsei de apa.
Pompele de incendiu cu pornire automata care servesc numai retelele de hidranti
exteriori se prevad si cu dispozitive (butoane marcate corespunzator), care sa permita
actionarea lor cel mai tarziu in 5 min de la darea semnalului de alarma.
Timpul admis pentru manevrarea a maxim doua robinete care permit utilizarea
rezervei de incendiu din rezervoarele de acumulare pentru functionarea hidrantilor, este
de asemenea de 5 min.
Alimentarea pompelor destinate alimentarii retelelor de hidranti apa-aer se face
prin butoane, amplasate la fiecare hidrant, care actioneaza si electrovana care delimiteaza
reteaua de apa de cea cu aer.
Instalatiile de incendiu independente (separate) prevazyte cu pompe cu pornire
automata, se echipeaza si cu pompe pilot pentru debite mici, care sa asigure acoperirea
eventualelor pierderi din retea si mentinerea presiunii in instalatie.
Pompele de incendiu care alimenteaza retele separate vor avea asigurata pornirea
automata si prin comanda din statia de pompare, serviciul de pompieri (daca exista) si din
diferite puncte ale cladirii.
Oprirea pompelor se face manual, din statiile de pompare, le terminarea
incendiului.
Pentru actionarea pompelor de incendiu, care actioneaza independent de presiunea
din hidrofor, se prevad butoane de pornire din casa pompelor si de la fiecar hidrant, iar
oprirea se fac din statiile de pompare, prin oprire manuala, la terminarea incendiului.
Se admite oprirea automata in cazul lipsei de apa.
Pompele de incendiu se monteaza astfel incat nivelul rezervei de apa pentru
incendiu sa fie mai sus decat partea superioara a corpului pompei (pompa inecata).
Conductele de legatura intre pompa si rezervor nu se monteaza deasupra nivelului
rezervei de incendiu. Fac exceptie pompele prevazute cu sisteme de amorsare avizate de
organele abilitate, care se monteaza conform indicatiilor producatorului.
Pentru incercarea periodica a pompelor de incendiu se recomenda asigurarea
posibilitatii inoarcerii apei in rezervor.
Aparatele de automatizare si comanda, precum si tablourile electrice se protejeaza
impotriva umiditatii, fie prin amplasarea in incaperi uscate la temeratura indicata de
producator, fie prin montarea in cutii (dulapuri) capsulat.
Statiile de pompare pentru apa de incendiu pot fi amplasate in cladiri
independente sau pot fi inglobate in cladiri civile si industriale din categoriile C,D si E de
pericol de incendiu sau alipite de acestea.
105
Incaperea statiilor de pompare, inglobate sau alipite cladirilor cu alte destinatii, se
separa de restul cladirii prin pereti cu rezistenta la foc de cel putin 3h si plansee cu o
rezistenta la foc de 1h si 30min,avand acces direct din exterior. Se admite si comunicarea
cu coridorul comun, printr-o usa avand limita la rezistenta la foc de 1h si 30min.
Cladirile independente ale statiilor de pompare vor fi de gradul I-II de rezistenta
la foc, iar in cazul in care exista numai o pompa de incendiu, ele pot fi de gradul III de
rezistenta la foc.
Incaperile in care se gasesc pompele de incendiu se prevad cu legatura telefonica
cu serviciul de pompieri, atunci cand debitul de incendiu interior si exterior este mai mare
de 20l/s.
Indiferent de debit, incaperea statiei de pompare se prevede si cu iluminat de
siguranta pentru interventii.
In statii se afiseaza instructiunile si schema de functionare.
Echipamentul de rezerva (exclusiv pompa de rezerva) pentru ridicarea presiunii si
asigurarea debitului de apa se monteaza intr-o incapere sep[arata fata de cea a
echipamentului normal, zidul de separare avand o rezistenta la foc de minim 2h.
In peretii de separare se pot prevedea usi de comunicare rezistente la foc de 1h si
30min. Similar se amplaseaza si separa si grupurile electrogene.
6.4. Exemple de calcul
Exemplul de calcul 1. Se alege pompa pentru o instalatie de hidrofor, cunoscand
urmatoarele date: debitul de calcul cq =16 l/s; sarcina hidronamica necesara
necH =292,3
kPa; inaltimile geodezice de pompare a apei, la momentele pornirii, respectiv opririi
pompei, gpH =1,5 m, respectiv -14,71 kPa, goH =1,05 m, respectiv -10,3 kPa; pierderile
totale de sarcina pe conducta de pompare a apei tror hhh ... 8,83 kPa. Se va alege o
pompa GRUNDFOS. Pompa aspira apa dintr-un rezervor tampon deschis.
Rezolvare. Se determina inaltimile de pompare la pornirea ppompei, ppH si la
oprirea pompei, aplicand relatiile 6.44 si 6.45 considerand:
kPaHhHHH
kPaHhHHH
kPaH
kPaHH
kPaHHH
kPaHHH
arogoopo
arpgpppp
a
po
po
pnecp
13,394083,83,106,395
42,288083,871,143,294
0
6,3953,1013,2943,101
1,98
3,294;
Debitul de calcul al pompei este 16cp qQ l/s=57,5 m 3 /h.
Din catalogul de pompe al firmei GRUNDFOS se alege pompa de tip LPD 100-
200 (fig. 6.25), avand diametyrul rotorului 164 mm.
Din punctele de ordonate ppH =288,42 k/Pa si poH =394,13 k/Pa se duc paralelele
la axa absciselor si la intersectia cu curba de sarcina a pompei se determmina punctele de
functionare ale instalatiei, care au abscisele (debitele): 74ppQ m 3 /h; 40poQ m 3 /h.
106
Debitul mediu pompat este : 572/40742/poppp QQQ m 3 /h.
Exemplul de calcul 2. Se determina volumul necesar, tipul si numarul
recipientelor de hidrofor pentru instalatia de pompare ale carei date de calcul sunt cele
din exemplul 1.
Rezolvare . volumul necesar al recipientelor de hidrofor se calculeaza cu relatia
2.8. 48, in care: 57pQ m 3 /h; 3,294pH kPa; 6,395oH kPa;
58,27971,143,29471,14pi HH kPa, iar numarul de porniri/opriri pe ora ale
pompei (frecventa) se alege n=12 h 1 . Rezulta :
)3,10158,279)(3,2946,395(
)3,1013,294)(3,1016,395(
124
571,1
)3,101)((
)3,101)(3,101(
41,1
1HHH
HH
n
QV
po
pop
RH
= 6,66 m 3 .
Din tabelul 6.2 se aleg doua recipiente de hidrofor, de constructie standardizata,
avand fiecare un volum de 3150 l (respectiv 3,15 m 3 ), volumul total efectiv fiind
RHV 6,30 m 3 .
Exemplul de calcul 3. se determina volumul necesar si dimensiunile rezervorului
tampon deschis pentru instalatia de hidrofor ale carei date de calcul sunt redate in
exemplele 1 si 2. diametrul conductei de alimentare cu apa a rezervorului tampon deschis
este 1D 139,7 mm, iar viteza medie a apei in aceasta conducta este v=1,20 m/s.
Considerand aceeasi valoare a apei la trecerea prin robinetul cu plutitor, vv1 1,20m/s,
se determina diametrul robinetelor cu plutitor alegand N=4 robinete. Cunscand ca
presiunea de utilizare la robinetele cu plutitor este uh =41,2 kPa si coeficientul de debit
m=0,68 se verifica conditia bunei functionari a instalatiei de hidrofor.
Rezolvare. Aplicand formula 6.51, in care pQ =16 l/s, volumul rezervorului
tampon deschis va fi :
3900)1610(150)10(150 pRTD QV l.
Din tabelul 6.3 se alege un rezervor tampon deschis, de forma paralelipipedica
model A tip III, cu capacitatea nominala de 4000 , si dimensiunile 2000x2000x1000 mm.
Diametrul 1d al robinetelor cu plutitor se determina aplicand formula (5.12):
;14,3
4
1
1v
qd
rp
33,53
16
1N
p
rp l/s= 0,00533 m 3 /s
Un robinet se considera defect 1d =0,075 m= 75 mm; se alege 1d =88,9 m cu
intd =80,1 mm.
Din relatiile 6.52 si 6.53 se calculeaza :
107
2,4124
08,014,368,03
24
)1()1(
2
2
1
xX
x
hd
nNq urp
= 0,93 m 3 /s= 93 l/s
Intrucat PQ 16 l/s, relatia 6.53 este indeplinita rpqQ1 .
108
7. INSTALATII DE AER COMPRIMAT
Aerul comprimat constitue unul dintre agentii de lucru folositi pentru transportul
de energie in instalatiile industriale. Se obtine cu ajutorul compresoarelor, din aerul
atmosferic. Energia potentiala de presiune, acumulata de aerul copmprimat stocat in
rezervoare-tampon, se conserva in timp, pastrandu-se caracteristicile initiale vreme
indelungata, fiind pregatita nin orice moment pentru utilizare.
Se mentioneaza ca presiunile aerului comprimat sunt exprimate in scara
manometrica, cu exceptia cazurilor cand se precizeaza scara absoluta.
7.1. Solutiile constructive si scheme pentru realizarea instalatiilor
de aer comprimat
7.1.1 Elemente componente si clasificarea instalatiilor de aer comprimat Instalatiile din aer comprimat se compun dintrei parti principale si anume:
• compresoarele de aer, cae produc aerul comprimat;
• consumatorii de aer comprimat: masini, utilaje, scule si dispozitive actionate cu
aer comprimat;
• reteaua de distributie a aerului comprimat, care face legatura intre compresoarel
de aer si consumatorii si care cuprinde: conductele, armaturile de inchidere, siguranta si
control, aparatura de automatizare, etc.
Instalatiile de aer comprimat se clasifica dupa urmatoarele criterii:
• numarul treptelor de comprimare (la compresor): cu o singura treapta, cu doua
sau mai multe trepte de presiune de comprimare;
• numarul treptelor de presiune utilizate (la consumatori): cu o treapta, cu doua
sau mai multe trepte de presiune utilizate;
• modul de amplasare a consumatorilor de aer comprimat fata de compresoare:
instalatiile locale, la care consumatorii si compresoarele sunt amplasati in acelasi loc;
instalatiile centrale de aer comprimat, la care compresoarele si aparatura anexa sunt
amplasate intr-o cladire separat (centrala de aer comprimat), alimentarea consumatorilor
facandu-se prin reteaua de conducte.
In mod uzual, instalatiile de aer comprimat sunt cu o treapta de comprimare, la
compresor, si cu una sau mai multe trepte de presiune de utilizare (la consumatori).
Comprimarea aerului in doua sau mai multe trepte reclama un consum sporit de energie
pentru antrenarea motoarelor compresoare si se adopta numai cand debitul de aer
comprimat necesar la presiune inalta este important si justifica economic aceasta solutie.
7.1.2 Instalatii locale de aer comprimat
Instalatiile pot fi :
• mobile: compresorul refuleaza aerul printr-un furtun de cauciuc cu insertie
metalica, direct la punctele de lucru;
• semifixe: compresorul, fix sau mobil, refuleaza aerul intr-un rezervor tampon,
din care sunt alimentate punctele de lucru, prin racorduri flexibile sau conducte metalice;
• fixe: compresorul, rezervorul tampon si racordurile (de regula metalice) sunt
fixe.
109
Rolul rezervorului-tampon este de a acumula (inmagazina) aerul comprimat la
presiunea necesara si de a asigura debitul necesar, care este variabil in timp, la punctele
de utilizre, tinand seama de simultaneitatea in functionarea acestora.
Rezervoarele-tampon se monteaza, de regula, in aer liber. O aprte din vaporii de
apa din aerul comprimat in rezervoare condenseaza si se colecteaza la partea inferioara a
acestuia, de unde se evacueaza printr-un robinet de purjare. Pentru a asigura evacuarea
condensului si in timpul iernii, pe conducta de purjare se prevede o rezistenta electrica de
incalzire.
Pe conducta de refulare a compresorului se monteaza o clapeta de retinere, care
are rolul de a evita intoarcerea aerului comprimat din rezervorul-tampon in rezervor in
perioadele cand acestea nu functioneaza. Pentru distributia aerului comprimat la diferite
presiuni de utilizare, se revad reductoare (regulatoare) de presiune montate pe conductele
de distributie si clapetele de retinere.
7.1.3 Instalatii centrale de aer comprimat
In instalatiile centrale de aer comprimat (fig 7.1), aerul este aspirat de compresor ,
din exterior, printr-o priza de aer amplasata intr-un loc ferit de surse de poluare, trecut
printr-un filtru de praf si refulat in rezervorul tampon. In timpul comprimarii, odata cu
presiune, creste si temperatura aerului si pentru a fi racit pana la temperatura de lucru se
foloseste un schimbator de caldura (racitor) recuperativ (de suprafata), agentul de racire
fiind apa, care la randul ei este racita intr-un turn de racire sau cu ajutorul unei instalatii
frigorifice.
110
Pentru recuperarea uleiului antrenat de aer din carterul compresorului in timpul
comprimarii, pe conducta de refulare, la iesirea din compresor, se monteaza un separator
de ulei. Uleiul recuperat este reintrodus in compresor printr-un circuit separat prevazut cu
o pompa de ulai.
Compresoarele de aer au functionare complet automatizata, fiind prevazute cu
sisteme de reglare. Raportul dintre debitul de aer compreimat in instalatie si debitul
compresorului la functionarea continua si in plina sarcina, in aceeasi unitate de tim se
numeste coeficient de utilizare.
Principalele sisteme de reglare a functionarii compresorului prevad reglarea prin:
• obturarea aspiratiei, cu ajutorul unei clapete de comanda automata, in functie de
cresterea compresiunii; acest sistem se aplica in cazul compresoarelor cu coeficienti de
utilizare ridicati;
• mersul in gol, cand comprsorul functioneaza continuu, cu aceeasi turatie, dar nu
debiteaza aer in rezervorul tampon; sistemul se aplica in exploatarea instalatiilor de aer
comprimat in doua variante: prin obturarea aspiratiei si descarcarea refularii prin simpla
descarcare a conductei de refulare;
• pornirea si oprirea automata a compresorului; in acest caz frecventa pornirilor
nu trebuie sa fie mai mare de 15 opriri pe ora, deoarece se uzeaza rapid contactoarele si
intrerupatoarele automate de actionare a motoarelor electrice; pornirea si oprirea
automata a compresorului se realizeaza prin intermediul unui regulator de presiune care
primeste impulsuri de la aerul comprimat din rezervorul tampon, in functie de limitele de
presiune admise;
• variatia turatiei; sistemul se aplica cel mai bine la compresoarele rotative,
deoarece debitul acestora este apriximativ proportional cu turatia lor; fata de turatia
nominala, reglarea turatiei poate fi admisa cu o crestere de 20% sau o micsoarare de 50%;
realizarea practica a turatiei poate fi continua utilizand un demaror cu reglare de turatie,
in care caz se renunta la rezervorul-tampon, sau in trepte, utilizan d motoarele electrice de
antrenare cu poli variabili;
• combinarea reglarii prin mers in gol cu cea prin pornirea si oprirea automata,
reglarea mixta; sistemul este utilizat in cazul unor variatii foarte mari ale debitului de aer
comprimat consumat in instalatie.
In mod uzual, presiunea aerului comprimat la iesirea din compresor este de 6...8
bar. Pentru a evita depasirea presiunii maxime a aerului, compresoarele sunt prevazute cu
manometre cu contacte electrice care comanda decuplarea motoarelor electrice de
antrenare. De asemenea, pentru protectia instalatiei contra suprapresiunilor accidentale se
prevad ventile si supape de siguranta cu contragreutate sau cu arc.
Din rezervoarele-tampon aeul comprimat este distribuit in instalatia de utilizare,
atat la presiunea de comprimare (maxima, de regim), cat si la diverse presiuni de
utilizare, dupa ce in prealabil a fost trecut prin regulatoare (reductoare) de presiune.
Pentru a urmarii valorile presiunii in diferite puncte ale instalatiei se folosesc manometre.
Montarea rezervoarelor-tampon in paralel asigura continuarea functionarii intregii
instalatii in perioadele cand unul din rezervoare se afla in revizie tehnica.
In figura 7.2 se prezinta un exemplu de centrala de aer comprimat.
111
7.1.4 Reteaua de conducte a instalatiei centrale de aer comprimat
Distributia aerului de la centrala de aer comprimat pana la punctele de
utilizare(consumatori) se face printr-o retea de distributie care cuprinde: conducte,
robinete de inchidere, aparate de comanda, separatoare de apa si ulei, ventile de reducere
a presiunii, manometre, lire de dilatare a conductelor, etc.
Se utilizeaza conducte cu tevi din otel, aluminiu eloxat, cupru sau, in unele cazuri,
din materiale plastice. Imbinarile conductelor pot fi: nedemontabile- executate prin
sudura- sau demontabile- prin flanse etansate si prinse cu suruburi. Pentru montarea
retelei se folosesc teuri, coturi, reductii, etc.
112
Robinetele de inchidere, siguranta si control, sunt de construnctie obisnuita; pana
la diametrul de 50 mm se folosesc robinete cu ventil, peste 50 mm diametrul se utilizeaza
robinete cu sertar. Pentru masinile, aparatele si dispozitivele care functioneaza cu are
comprimat la o presiune mai mica decat cea de regim, se prevad reductoare de presiune a
caror funcionare se bazeaza pe efectul de laminare prin sectiunea ingustata a unui ventil
de laminare.
Tinand seama de valorile presiunii in diferite puncte ale instalatiei, pentru a dirija
circulatia corecta a aerului, se prevad clapete de retinere si robinete de reglare.
In lungul retelei are loc condensarea
vaporilor de apa din aerul comprimat si,
pentru colectarea condensatului conductele se
monteaza cu o panta 2..3% catre separatoarele
de condensat, din care evacuarea apei se face
periodic prin purjare (fig.7.3). Separatoarele
pot fi: de linie, prevazute cu prize pentru
racorduri la punctele de utilizare sau finale(fig
7.3). Separarea condensatului se poate realiza
prin centrifugare sau gravitational. Unele
tipuri de separatoare sunt prevazute cu sticle
de nivel.
Retelele exterioare de aer comprimat
se monteaza aparent (sustinute pe stalpi,
estacade etc si izolate termic) sau ingropat sub
adancimea de inghet, fiind in prealabil
protejate contra coroziunii. Retelele interioare
se monteaza, in general, aparent.
Distantele de amplasare ale
conductelor de aer comprimat fata de alte
retele sau obstacole naturale sunt:
• pana la zidurile cladirilor fara
subsoluri, copaci, partea carosabila a drumurilor: 1m;
•pana la calea ferata sau linii electrice pana la 20 kV: 3m.
7.2. Materiale, echipamente si utilaje specifice instalatiilor de aer
comprimat
7.2.1 Compresoare de aer
Din punct de vedere termodinamic, compresoarele sunt masini de lucru, care
consuma energie (termica si electrica) pentru comprimarea si vehicularea aerului.
Compresoarele de aer se clasifica dupa urmatoarele criterii:
• pricipiulde constructie si functionare: cu piston avand cursa rectilinie; cu piston
etajat; rotative(cu piston rotativ si, respectiv, de tip Roots);
turbocompresoare(compresoare centrifugale);
• sistemul de antrenare: motocompresoare (antrenate cu motor termic);
elecrocompresoare (antrenate cu motor electric);
• sistemul de racire: racite cu aer (unitati mici); racite cu apa;
113
• modul de montare: fixe (montate in instalatii centrale de aer comprimat); mobile
(in onstalatii locale de aer comprimat);
•debitul de aer compimat (refulat de compresor): compresoare cu debite mici (sub
0,5 m 3 /min), debite medii (intre 0,5 si 10 m 3 /min), cu debite mari (intre 10 si 50
m 3 /min) si debite foarte mari (peste 50 m 3 /min).
Compresoare de aer se aleg din cataloagele firmelor producatoare, pe baza
urmatoarelor date:
• presiune nominala si respectiv, presiune maxima [bar];
• debitul de aer la presiune si turatie nominala, redus la conditiile de aspiratie [l/min].
In cataloage sunt date si caracteristicile motorului electic de antrenare a compresorului de
aer: tipul; puterea [kW]; turatia[rot/min]; tensiunea [V]; frecventa [Hz].
a) Compresoare cu piston avand cursa rectilinie
Principiul de functionare este urmatorul: sistemul biela-manivela montat in carterul
compresorului si actionat de un arbore cotit antrenat de un motor, transforma miscarea de rotatie
in miscare de a rotorului in interiorul unui cilindru, prevazut cu o supapa de aspiratie si una de
refulare. Prin deplasarea pistonului, volumul cuprins intre chiuasa si capul pistonului se modifica;
in cursa de comprimare, supapa de aspiratie se inchide si aerul este comprimat pana la presiunea
de refulare, cand supapa de refulare se deschide si aerul este evacuat spre rezervorul-tampon.
Comprimarea este insotita de incalzirea cilindrului, ceea ce reclama racirea compresorului.
Cele mai utilizate in instalatiile pentru constructii sunt compresoarele fixe si mobile, cu
cu debite mici si medii, fabricate in tara (uzina TIMPURI NOI-Bucuresti), cat si numeroase firme
din strainatate. In instalatiile tehnologice din industrie se folosesc compresoarele fixe cu debite
mari si foarte mari.
Compresoarele mobile (fig. 7.4) sunt prevazute cu un rezervor cilindric orizontal, care
are, cu precadere, rolul de amortizare a socurilor de presiune, datorate debitarii pulsatorii a
aerului comprimat. De aceea, el are dimensiuni reduse si, de regula, constitue sasiul pe care se
monteaza compresorul. In general, agregatul electrocompresor este echipat cu:
• racitor final cu supapa de retinere incorporata;
114
• regulator de presiune electropneumatic, care comanda oprirea si pornirea compresorului
la atingerea, in recipient, a presiunii initial reglate;
• contactor automat pentru pornirea motorului electric si protrectia acestuia in cazul
suprasolicitarilor;
• supapa de siguranta montata a recipientului de aer care protejeaza agregatul in cazul
suprapresiunii din recipient.
Comprsorul este antrenat de un motor electric prin intermediul a doua curele
trapezoidale.
b) Compresoare rotative (volumetrice)
Se compun dintr-o carcasa prevazuta cu un
racord de aspiratie si unul de refulare, in interiorul
caruia, prin rotatia unui piston cilindric (rotor), se
realizeaza comprimarea aerului in volumul variabil
cuprins intre carcasa si rotor (fig 7.5). Rotorul este
preevazut cu fante radiale, inclinate in directia rotatiei, in
care gliseaza lamele, crea in timpul rotatiei preseaza
periferic pe cilindrul carcasei. Aerul aspirat patrunde in
interiorul primelor doua celule si datorita reducerii
continue a volumului celulelor urmatoare este
comprimat si evacuat prin racordul de refulare.
Avand o constructie simpla si compacta,
compresoarele rotativae au si o echilibrare dinamica
buna, deci randamente si coeficienti de debit superiori
comparativ cu compresoarele cu piston. Au dezavantajul
uzuriii mai repede a pieselor in miscare, dificultati de
etansare la presiune ridicata si necesita o prelucrae riguroasa a diferitelor repere.
Compresoarele rotative se construiesc pentru presiune pana la 4 bari si debite de pana la
100m3/min.
c) Compresoare centrifugale
Se compun, in principiu, din stator, rotor si colector de aer
comprimat.
In compresorul centrifugal, procesul de comprimare
are loc sub actiunea fortei centrifugale pe care rotorul o
imprima masei de aer, si care asigura, totodata continuitatea
refularii.
Compresoarele centrifugale se folosesc in instalatiile
de aer comprimat din industrie, realizand debite de peste
100m3/min.
7.2.2 Rezervoare-tampon pentru aer comprimat Sunt de forma cilindrica, verticala si se executa din
tabla de otel protejata la interior si exterior impotriva
coroziunii.(fig 7.6).
Se executa (in tara de catre uzina VULCAN-
Bucuresti) cu capacitate cuprinsa intre 500 si 500 l. Fiind
recipiente sub presiune, sunt supuse controlului ISCIR.
7.2.3 Filtre de aer
Au rolul de a retine impuritatile, in special, praful din aerul atmopsferic aspirat de
compresor si se monteaza in baterii, pe conducta de aspiratie a compresorului. Din punct de
115
vedere constructiv, filtrele sunt de forma
paralelipipedica sau cilindrica, iar materialul filtrant
este : tabla expandata, inele ceramice sau metalice,
aschii din otel, materiale textile etc. Cele mai
utilizate sunt filtrele cu umplutura metalica (inele,
span etc.) imersate in ulei (fig. 7.7) pentru a marii
eficacitatea lor prin aderenta prafului pe suprafata
materialului filtrant, datorita fortelor de adeziune.
Filtrarea avansata a aerului comprimat,
necesar in anumite domenii de utilizare (medicina,
industria farmaceutica, alimentare, laboratoare etc.),
se obtine folosind filtre cu cartuse filtante (produse
in general de firme din Italia, Franta, Germania) si
anume:
• prefiltre (retin particule de dimensiuni
medii de 3 m) montate pe conducta de iesire a
aerului comprimat din rezervor;
• fine (retine particule de dimensiuni medii
de 1 m), montate pe conducta de iesire din
uscatorul de aer comprimat, dupa prefiltru;
• extrafiltre (retine particule cu dimensiuni
sub 0,01 m), retine toate impuritatile, inclusiv
particulele de ulei;
• cu carbon (carbune) activ, cu grad de
protectie 100%, care contine mirosurile si vaporii din aerul comprimat;
Filtrele cu cartuse filtrante se produc pentru debite de aer comprimat intre 400 si 19 000
l/min.
7.2.4 Uscatoare de aer comprimat Au funcionare prin absortie si se folosesc in domeniile care necesita absenta totala a
umiditatii si condensului din aerul comprimat, cum sunt vopsiri de calitate, sablari, transport
pneumatic, chimia alimentara, industria farmaceutica etc. Materialul absorbant este alumina
activa compacta. Toate elementele uscatorului sunt alcatuite din otel inoxidabil.
Caracteristicile uscatoarelor de aer comprimat sunt :
• debitul de aer uscat 250...2200 l/min;
• presiune maxima de utilizare 12...16 bar;
• caracteristicile electrice: 230 V, 50 Hz, 250 W;
• diametrele racordurilor pentru aer comprimat: 3/8” ; 1/2 ”; 1”.”
116
8.VENTILATOARE SI INSTALATII DE VENTILARE
8.1 GENERALITATI . CLASIFICARI
Ventilatoarele sunt generatoare hidraulice care functioneaza cu medii gazoase. In
acest scop ele transforma energia mecanica , preluata de motorul de antrenare, in energie
pneumatica, manifestata sub forma cresterii presiunii totale a gazului intre aspiratie si
refulare.
Deoarece diferenta de presiune este mica(max 1500 mm CA), in studiul
ventilatoarelor nu se tine seama de procesul termodinamic al compresiei , astfel ca , legile
stabilite pentru pompe isi pastreza apropae integral valabilitatea. Tot din aceasta cauza ,
organizarea constructiva a ventilatoarelor este mai simpla si nu se ridica probleme de
etansare.
Mula vreme ventilatorul nu a constituit obiectul unor preocupari speciale. In
ultimul timp insa , datorita amploarei pe care au capatat-o instalatiile de ventilare, de
conditionare a aerului, de uscare si transport pneumatic , ventilatoarele au devenit un
insemnat consumator de energie ceea ce le confera o deosebita importanta economica.
Semnificativ in acest sens este si faptul ca in tara noastra constructia de ventilatoare a
atins un asemenea nivel de dezvoltare incat in 1975 , pentru arajarea ventilatoarelor se
utiliza circa 14% din intreaga putere instalata. Preocuparile actuale ale serviciilor de
conceptie pentru imbunatatirea randamentelor si tehnologiilor de fabricatie ale
ventilatoarelor sunt pe deplin justificate. Marea diversitate constructiva si functionala a
ventilatoarelor permite mltiple criterii de clasificare.
Dupa direstia de miscare a gazului :
- ventilatoare radiale , in care particulele de gaz sunt transportate spre iesire pe
treiectorii care se indeparteaza ce axul masinii. (fig. 8.1,a);
- ventilatoare axiale , in care particulele fluide sunt vehiculate pe traeictorii
paralele cu axul masinii.(fig. 8.1,b).
Dupa felul aspiratiei :
- ventilatoare monoaspirante sau cu simplu flux(fig 8.2,a);
- ventilatoare dublu aspirante(fig. 8.2,b).
Dupa numarul etajelor sau rotoarelor :
- ventilatoare monoetajate (fig. 8.3,a);
- ventilatoare multietajate(fig. .3,b).
Dupa felul cuplarii cu motorul de antrenare :
117
- rotorul montat direct pe arborele motorului(fig. 8.4,a);
- rotorul montat pe cuplaj elastic(fig. 8.4,b);
- rotorul antrenat prin intermediul unui reductor(fig. 8.4,c).
Dupa presiunea pe care e realizaeaza :
- ventilatoare de joasa presiune , 100pt mm CA;
- ventilatoare de medie presiune 100< pt <300mm CA;
- ventilatoare de inalta presiune pt >300mm CA;
Dupa turatia specifica :
- Sn 1400 ventilatoare centrifugale;
- 1400Sn ventilatoare axiale.
8.2. MARIMI CARACTERISTICE VENTILATOARELOR
Din punct de vedere constructiv si functional , ventilatoarele sunt caracterizate
prin urmatoarele marimi :
Parametrii geometrici si cinematici (fig. 8.5)
ra dd , - diametrul racordului de aspiratie, respectiv refulare;
4
2
,
,
ra
ra
dS - ariile sectiunilor de aspiratie si refulare, convenite prin delimiatrea
ventilatorului de instalatia in care este integrat;
raSra
rarna
raS
dSvv
,,
,,
, - viteza medie normala pe sectiunea de aspiratie, refulare;
21 , DD - diametrul de intrare , respectiv iesire din rotor;
21 ,bb - latimea paletelor rotorului la intrarea si iesirea din rotor;
118
60
2,1
2,1
nDu - vitezele periferice (tangentiale) la intrarea respectiv iesirea din
rotor;
2,1v - vitezele absolute ale gazului la intrarea , respectiv iesirea din rotor, fata de
un punct in miscare (de exemlu viteza in canalele rotorului).
Parametrii functionali .
Debitul volumic Q se defineste ca fiind fluxul vectorului viteza prin sectiunea
aS si rS , in unitatea de timp:
raSraranra dSvQ
,
.)( ,,, (8.1)
Debitul masic M se defineste similar :
ra
S raaranra dSvM,
,,, )( . (8.2)
Din legea cionservarii masei rezulta :
ra MM . (8.3)
In cazul debitului egalitatea ra QQ este conditionata de ra , adica de
neglijalea compresibilitatii gazului.
Avand in vedere ca debitul volumic se utilizeaza frecvent pentru caracterizarea
ventilatoarelor , in aplicatiile practice se impune precizarea masei specifice a gazului(sau
a presiunii, temperaturii si naturii gazului ). Pentru a simplifica astfel de precizari se
procedeaza de obicei la recalcularea debitului pentru conditiile normale de temperatura si
presiune(20°C si 760 mm Hg).
Presiunea totala pt a ventilatorului reprezinta cresterea presiunii gazului la trecerea
prin ventilator, adica diferenta intre presiunea totala medie la refulare si presiunea totala medie la
aspiratie :
)()( dasadrsrtatrpt pppppp (8.4)
in care :
rsap , - sunt presiunile statice la aspiratie si refulare ;
n
p
p
n
i
dli
rda1
, - sunt presiunule dinamice medii la aspiratie si refulare;
119
dlip -reprezimta presiunea dinamica locala (functie de coordonatele punctului de
masurare);
n - numarul ariilor elementare apartinand sectiunilor de aspiratie si refulare , in
care se poate considera dlp constant.
De cele mai multe ori, in aplicatiile practice se determina presiunea totala cu relatia
simplificata :
22
22
aa
sarr
srt
vpp
vpp (8.5)
in care ar VV , sunt vitezele medii in sectiunile de refulare si aspiratie.
Din punct de vedere energetic, tp este puterea tranferata de ventilator gazului vehiculat
, raportata la debitul volumic.
Puterea utila uP a ventilatorului este definita ca puterea neta trasnferata gazului
vehiculat :
ptu QP . (18.6)
Puterea absorbita P reprezinta puterea preluata de arborele ventilatorului de la motorul
de antrenare :
mh PPP , (8.7)
in care : hP este puterea aerodinamica , utilizata de ventilator pentru vehicularea
gazului ;
Pm
- puterea mecanica , utilizata de ventilator pentru antrenarea organelor mobile
si pentru invingerea frecarilor din lagare.
Randamentul ventilatorului se defineste prin raportul :
P
Pu . (8.8)
Coeficientii functionali adimensionali. Reprezinta relatii intre parametrii
functionali si cei geometrici, respectiv cinematici. Aplicati pentru prima data in cazul;
ventilatoarelor, coeficientii functionali adimensionali au inceput sa fie utilizati tot mai
mult si in domeniul pompelor. Principalii coeficienti adimensionali sunt:
- coeficientul de presiune:
2
2
2u
pt ; (8.9)
- coeficientul de debit:
pentru ventilatoare radiale:
2
2
24
uD
Q; (8.10)
pentru ventilatoare axiale :
2
22
2 14
uvD
Q; (8.11)
in care 2
1
D
Dv .
120
- coeficientul vitezei la intrare :
a
t
a
ap
v
2
; (8.12)
- coeficientul vitezei la iesire :
r
t
rr
p
v
2
; (8.13)
- coeficientul de putere : 2
2
3
242
Du
pa ; (8.14)
- coficientul de rapiditate sau functia caracteristica:4
3
21
5,28
1
tp
Qn (8.15)
sau 4
3
21
pentru ventilatoare radiale (8.16)
si 4
3
21
221
1 v pentru ventilatoare axiale; (8.17)
- turatia specifica : n
p
QKn
t
s4
3
21
(8.18)
unde K=2 .
Toate ventilatoarele care au aceeasi turatie specifica si care sunt asemenea
geometric, formeaza o familie sau o tiposerie de ventilatoare.
8.3 ORGANIZAREA CONSTRUCTIVA A VENTILATOARELOR
Ventilatoare centrifuge. Ventilatoarele centrifuge acopera un domeniu larg de
debite si presiuni ( 3
max 300...200 mQ /ora si 2
max /1500 mdaNpt ). Tipurile
constructive de ventilatoare centrifuge sunt extrem de variate, aplicandu-se in numeroase
utilizari practice, in special acolo unde este necesara o functionare silentioasa.
Organizarea constructiva a ventilatorului centrifug este redatea in figura 8.6.
principalele parti componente sunt :
121
Rotorul 1. acestea constituie sediul transferului de energie. In functie de destinatia
ventilatorului rotorul este de tip inchis sau deschis. Rotorul inchis 1 consta in dintr-o
coroana circulara solidara cu butucul, dintr-un inel si mai multe palete, plane sau curbate.
Rotorul deschis se caracterizeaza prin absenta inelului.
Dupa inclinarea paletelor rotorice, exista:
- Rotor cu palete inclinate inapoi, 90,90 21 , asemanator rotorului de
pompa (fig 8.7,a). Avantajele acestei constructii constau intr-o mai buna
conducere a gazului prin evitarea vartejurilor cauzate de desprinderi. Ca
urmare, realizeaza cele mai bune randamente si au caracteristici de presiune
stabile.
- Rotorul cu palete radiale, 9021 (fig. 8.7,b), care se utilizeaza pentru
presiuni scazute, in special acolo unde se cere ca ventilatorul sa functioneze in
ambele sensuri (de exemplu la racirea electromotoarelor).
- Rotorul cu palete inclinate inainte, 90,90 21 , care asigura presiunile
totale maxime, datorita vitezei periferice 22 uVu , presiuni si debite mari la
gabarite reduse (fig. 8.7,c).
De obicei constructiile de acest tip sunt caracterizate prin numarul mare de palete,
extindere radiala mica si o latime relativ mare, rotorul avand aspectul unui tambur.
Paletele se fixeaza pe coroana si inel prin nituire sau sudare. Rotorul
ventilatoarelor care lucreaza in mediu exploziv se executa din metale neferoase (Cu,Al).
122
In unele instalatii de transport pneumatic prin rotor trece un amestec de aer si
material, ceea ce duce le o uzura rapida a paletelor. Pentru a le prelungi viata, rotoarele se
realizeaza n aceste cazuri din otel dur.
Una din cauzele importante care duc la scaderea randamentului ventilatoarelor
centrifuge o constitue modul defectuos de conducere a aerului la intrarea in rotor,
favorizand zonele de vartej (fig. 8.8,a). Pentru evitarea acestora, se recomanda
prelungirea inelului cu o portiune de ghidare conica si alegerea unui profil corespunzator
pentru racordul de aspiratie (fig. 8.8, b).
La ventilatoarele de puteri mari, pentru ameliorarea conditiilor la intrare, se
utilizeaza palete rotorice cu profil aerodinamic (fig.8.9a), asociate uneori cu un dispozitiv
de conducere axial, similar aparatului director de la turbine (fig. 8.9b). in cazul debitelor
foarte mari, pentru a evita extinderea radiala exagerata, se recomanda folosirea
ventilatoarelor cu dubla aspiratie.
Camera de refulare 2. ventilatoarele centrifuge, spre deosebire de pompe,
folosesc numai camere de refulare de tip spiral. Conturul camerei este definit in general
prin ecuatia spiralei logaritmice: m
i eRR , (8.19)
in care : R i - este raza circumferintei initiale ( 21 RR );
m – o constanta;
- unghiul de infasurare.
Obisnuit, la ventilatoare camera spirala are sectiunea radiala dreptunghiulara, cu
latimea constanta. In acest caz, sectiunile ei cresc proportional cu unghiul de infasurare,
camera putand fi contuarta prin spirala lui Arhimede :
123
ii RmRR .
Constructia geometrica a cestuia este redata in figura 8.10.
Camera spirala, cuprinzand si racordurile de aspiratie 3 si refulare 4, formeaza
carcasa ventilatorului (fig. 8.6). solutionarea constructiva a carcasei depinde de materialul
utilizat : otel sau masa plastica. In primul caz se executa din tole de otel sudate, peretii
laterali fiind rigidizati prin nervuri. Sectiunile radiale sunt aproape exclusiv
dreptunghiulare. In ultimul timp se apeleaza tot mai mult la carcase din material plastic.
Ele prezinta caracteristicile aerodinamice imbunatatite si sunt mai ieftine. Carcasele din
material plastic se executa in constructie monobloc sau din doua jumatati, asamblate apoi
prin bulonare. Se poate asigura o rezistenta marita prin armarea lor cu fibra de sticla.
Sectiunile radiale ale carcasei au forma apropiata de cea semicirculara. Carcasa se
monteaza pe un batiu 5, care sustine lagarele 6. batiul poate fi de tip cheson, din profile
laminate sau din teava.
Ventilatoare axiale. Se utilizeaza pentru vehiculat debite mari la presiuni mici.
Datorita unor avantaje multiple, ca: simplitate constructiva, greutate si gabarit redus, pret
de cost scazut, ventilatoarele axiale incep sa inlocuiasca din ce in ce mai mult pe cele
centrifuge, in domeniul presiunilor mici si mijlocii.
Sub acest aspect constructiv, ventilatoarele axiale sunt caracterizate prin
urmnatoarele subansamble:
Caracteristica ventilatorului. Este compusa dintr-un tub cilindric drept sau
evazat, prevazut cu flanse la capete si echipat in interior cu un paletaj statoric fix.
Lagarele pot fi plasate in exteriorul carcasei, antrenarea rotorului facandu-se printr-o
transmisie cu curele. Mai frecvent insa electromotorul este dispus n interiorul carcasei
cilindrice, montat pe suport special. Cuplarea cu rotorul se face direct (fig 8.11). in cazul
cand se monteaza in perete, carcasa capata o extindere axiala mica.
Statorul. Este format din mai multe palete profilate, prinse cu un capat de carcasa
iar cu celalalt de un butuc cilindric, ce serveste ca suport pentru lagare.
Statorul are rolul de a atenua efectul de rotatie al curentului si de conducere
favorabila a acestuia. Statorul poate fi plasat inainte, dupa, sau si inainte si dupa stator.
Uneori poate sa lipseasca.
124
Rotorul. Este construit dintr-un butuc si un ansamblu de palete cu profil
aerodinamic (fig 8.12). spre deosebire de pompele axiale, la ventilatoare latimea paletelor
scade treptat, de la butuc spre periferie, perifbutuc ll )25,1...1( .
Pentru cresterea presiunii se utilizeaza uneori ventilatoare axiale, ale caror rotoare
se rotesc in contrasens. Actionarea ambelor rotoare poate fi facuta de la un singur motor,
prin intermediul unei transmisii cu roti dintate conice, sau mai frecvent, fiecare rotor prin
propiul motor. Principalul avantaj al acestor ventilatoare il constitue simplitatea
constructiva, datorita lipsei statorului.
8.4 ECUATIA FUNDAMENTALA A VENTILATOARELOR
Ecuatia lui Euler pentru masinile hidrodinamice este valabila indiferent de natura
fluidului de lucru. In consecinta, ecuatia :
1122
1uut VuVu
gH (8.21)
Este valabila si pentru ventilatoare. Evident, la pompe tH reprezinta inaltimea de
pompare masurata in metrii coloana de fluid antrenat. La ventilatoare, in locul inaltimii
de pompare se introduce presiunea totala tt gHp ,astfel ca ecuatia fundamentala
devine:
1122 uut VuVup . (8.22)
125
Inaltimea de pompare tH este in functie numai de elementele cinematice, pe
cand presiunea creata de ventilator depinde numai de presiunea gazului vehiculat.
Energia specifica transmisa curentului din canalele rotorice, pentru anumite valori 1u si
1uV , depinde de marimea ungiului 1 , adica de directia curentului la intrarea in rotor.
Pentru intrare radiala 1uV =0, ecuatia fundamentala devine:
22 ut Vup .
Folosind relatiile din triunghiurile de viteze de la intrare si iesire (fig. 8.13), se
obtine ecuatia fundamentala in viteze:
222
2
2
2
1
2
1
2
2
2
1
2
2 WWuuVVpt . (8.24)
Ecuatiile (8.19...8.24) corespund ventilatoarelor centrifuge. In cazul
ventilatoarelor axiale, la care uuu 21 , rezulta:
;12 uut VVup (8.25)
22
2
2
2
1
2
1
2
2 WWVVpt (8.26)
8.5. STABILIREA DIMENSIUNILOR OPTIME
Cresterea masiva a numarului de ventilatoare si ridicarea continua a
performantelor acestora au necesitat stabilirea unor relatiid elegatura intre maremea
caracteristica si coeficientii functionali adimensionali ,,, . In acest scop s-au
introdus noi criterii de similitudine, s-a apelat la cercetari sistematice de laborator, s-au
ales date de la constructia de ventilatoare care s-au comportat bine in exploatare.
Coeficientii functionali adimensionali exprima dependenta intre parametrii
functionali (debit, presiune, putere) si parametrii geometrici si cinematici (dimensiuni
principale, turatie, viteza fluidului). Valorile coeficientilor functionali depind de tipul
ventilatorului si marimea lui. Dar tipul ventilatorului este caracterizat prin marimea .
126
Astfel, domeniul ventilatoarelor centrifuge corespunde valorilor =0,1...0,8., iar al
ventilatoarelor axiale lui =0,8...6.
Trebuie insa subliniat ca functia caracterizeaza forma geometrica a tipului de
ventilator, fara sa dea o imagine exacta a acestuia. In plus, expresia ei este afectata de
natura fluidului vehiculat si de randamentul ventilatorului.
Pentru a cunoaste evolutia constructiva a diferitelor tipuri de ventilatoare
caracterizate de marimile tp , Q si n, s-au stabilit relatii functionale intre marimea si
coeficientii optimi de presiune , debit , coeficient de viteza si randament ,
respectiv intre si dimensiunile principale optime. In figura 8.14 sunt prezentate, sub
forma grafica, relatii de tipul celor de mai sus, pentru ventilatoare centrifuce normale.
Au fost redate schemele si formele de rotoare care rezulta in fnctie de ,
reprezentate pentru 2D =1. Graficul permite determinarea directa a dimensiunilor
principale optime ale ventilatoarelor, atunci cand se cunosc: debitul Q, presiunea tp si
turatia n.
8.6. CURBE CARACTERISTICE
Pentru a studia comportarea ventilatoarelor in exploatare este necesar sa se
cunoasca dependenta dintre parametrii fundamentali: debit, presiune, putere si turatie.
Aceasta dependenta se exprima grafic prin curbele caracteristice obtinute in urma
incercarilor de laborator sau industriale, in standuri special amenajate.
127
Caracteristicile simple definesc dependentele Qfpi, QfPa
si
Qf , pentru o turatie si temperatura constanta. Curbele de variatie a presiunii totale
si a puterii absorbite isi schimba alura in functie de tipul rotorului (fig.8.15, a si b).
F
oarte utila este reprezentarea curbelor caracteristice in functie de coeficientii functionali
adimensionali (fig 8.16), intrucat da informatii asupra tuturor ventilatoarelor de acelasi
tip. Caracteristicile adimensionale sunt preferate, intrucat nu depind de turatie, de
dimensiunile geometrice ale ventilatorului si nici de natura fluidului transportat. Ele
permit o generalizare a problemelor legate de constructia ventilatorului, in sensul ca
atunci cand exista mai multe curbe de forma f se pot stabili dependentele
f si f , care determina evolutia optima a acestor coeficienti, inclusiv a
dimensiunlor principale.
In fine, cea mai completa imagine asupra intregului domeniu de lucru al
ventilatorului o da caracteristica universala, obtinuta fie la diferite valori ale turatiei (fig.
8.17 a), fie prin modificarea ungiului paletelor rotorice (fig. 8.17, b).
8.7.DIFERITE CAZURI DE FUNCTIONARE ALE VENTILATOARULUI
Un ventilator poate functiona atat ca exhaustor cat si ca agregat refulant (suflant).
Rezistentele aerodinamice pe care trebuie sa le invinga curentul vehiculat poate fi plasat
inainte, in urma sau si inaintea si in urma ventilatorului. In unele situatii, rezistentele sunt
atat de mici, in cat pot fi neglijate.
128
Pentru toate aceste cazuri, problema care ridica cele mai multe dificultati in
practica este aceea a determinarii presiunii totale create de ventilator.
Ventilator cu rezistente neglijabile. Este cazul ventilatorului axial montat in
perete sau acoperis (fig 19.18,a), avand rolul de a aspira aer dintr-o incapere si a-l refula
in exterior, la ceeasi presiune. Energia agregatului serveste doar la accelerarea aerului de
la viteza initiala o la viteza V. Presiunea totala realizata de ventilator are expresia
generala :
dasadrsrtatrt ppppppp , (8.27)
in care : saatsa ppp este depresiunea statica de aspiratie;
aisrsr ppp - presiunea statica de refulare.
Admitand ca atsrsa ppp si 0av , se obtine:
2
2
rdrt
vpp , (8.28)
adica energia preluata de ventilator de la motoprul de antrenare serveste numai pentru a
pune in miscare curentul de aer.
Ventilatorul cu rezistenta la refulare. Ventilatorul aspira aer la presiunea
atmosferica (fig. 8.18,b) si il refuleaza intr-o conducta, cu diametrul constant, la
presiunea absoluta 2sp . Intucat atsa pp si 0av , se poate scrie :
drsrtatrt ppppp . (8.29)
Prin urmare, in acest caz, preiunea totala produsa de ventilator este egala cu suma
presiunii statice si a presiunii dinamice din sectiunea de iesire a ventilatorului.
Ventilatorul cu rezistenta la aspiratie. Ventilatorul aspira aer printr-o conducta
amonte (fig. 8.18,c) si-l refuleaza in atmosfera 0srp . Pentru ca aerul sa treaca prin
conducta este necesar ca ventilatorul sa produca in amonte o depresiune. Rezulta asadar:
dasadrtatrt pppppp . (8.30)
Utilizarea acestei variante de instalare nu este rationala, deoarece presiunea
dinamica de la iesire drp se pierde in intregime.
Ventilator cu rezistente la aspiratie si refulare. Aceata reprezinta o
combinatie a ventilatoarelor anterioare (fig 8.18,d). Presiunea reala produsa in acest caz
se determina ca suma presiunii totale din parteaaval cu depresiunea totala din partea
amonte a ventilatorului, adica :
dasadrsrtatrt ppppppp . (8.31)
Presiunile totale se exprima in N/m 2 sau in mm CA. Cunoscandu-se valorile
debitelor in m 3 /s asociate fiecarei presiuni, rezulta puterile utile, in kW :
1000
t
u
pQP (8.32)
daca tp este luat in N/m 2 , sau
102
t
u
pQP , (8.33)
129
pentru tp luat in mm CA (1 mm CA este echivalent cu o presiune de 1 kgf/m 2 ).
Alte probleme de exploatare, ca: reglarea ventilatoarelor, functionarea lor in
serie si paralel, determinarea zonei nestabile de functionare etc., se rezolva intocmai ca in
cazul pompelor.
19.8. ZGOMOTUL PRODUS DE VENTILATOARE
Lipsa de zgomt este o conditie de baza pentru cele mai multe instalatii de
ventilare. In acest sens exista azi o preocupare sporita in plan mondial pentru realizarea
unor ventilatoare silentioase. Zgomotul devine tot mai mult un criteriu de competivitate si
ca atare trebuiie sa fie inclus in caracteristicile ventilatoarelor.
Originea zgomotului generat de ventilatoare poate fi de natura aerodinamica,
provocata de curentii de aer, sau de natura mecanica (rotor neechilibrat, lagare uzate,
etc.). De cele mai multe ori vibratiile mecanice se euprapun peste fenomenele acustice
aerodinamice. Zgomotul aerodinamic depinde in primul rand de tipul ventilatorului. Intr-
un ventilator centrifug si unul axial, construite pentru aceleasi debite ei presiuni,
ventilatorul centrifug este intotdeauna mai silentios. In al doilea rand, nivelul de zgomot
este in functie de turatia de lucru, variind aproximativ cu puterea a cincea a vitezei
periferice. In al teilea rand, zgomotul depinde de solutia constructiva adoptata pentru
rotor si carcasa. Pentru atenuarea zgomotului aerodinamic se recomanda ca rotorul sa fie
echipat cu palete profilate, care asigura o circulatie a aerului fara turbionare. Racordarea
dintre rotor si zona de aspiratie sa fie continua, iar interstitiul minim. Atentie maxima
trebuie acordata carcasei si in special limbii acesteia., care trebuie sa fie rotunjita. Pentru
reducerea vibratiilor, carcasa trebuie rigidizataprin nervuri si izolata de alte surse de
vibratii prin asezarea ei pe un postament elastic (pe arcuri, cauciuc, lemn moale etc.).
130
Criteriul curent folosit pentru aprecierea zgomotului produs de ventilatoare este
nivelul de intensitate acustica in decibeli (dB) definit prin relatia logaritmica :
0
lg10I
IL (8.34)
unde : I este intensitatea acustica;
0I =10 12 W/m 2 - intensitatea corespunzatoare pragului minim al audibilitatii.
Nivelul de intensitate sonora se masoara cu aparate speciale, numite fonometre.
Rezultatele masuratorilor sunt concretizate prin curbe caracteristice de egala intensitate
acustica (fig 8.19). Ventilatoarele se considera silentioase daca nivelul de intensitate
sonora pe care il produc la diastanta de 1,5 m este sub 60 dB, pentru banda de frecventa
cuprinsa intre 20 si 8 000 Hz.
8.9 INSTALATII DE VENTILARE
8.9.1. PRINCIPII GENERALE
Instalatiile de ventilare au drept scop imbunatatirea conditiilor de viata si de
munca ale oamenilor, asigurand puritatea aerului.
In diferite constructii industriale, agricole, culturale, sociale etc., procesle
tehnologice si activitatile curente sunt insotite de degajari de caldura, de vapori de apa, de
gaze, de praf. Aceste degajari provoaca schimbari in compozitia si starea aerului, care
influenteaza negativ capacitatea de munca si sanatatea oamenilor. Atmosfera poluata din
halele industriale dauneaza, de asemenea, procesului tehnologic, aparaturii si utilajului,
inclusiv constructiilor. S-a constatat, spre exemplu, ca praful din aer contribuie
substantial la uzura masinilor unelte.
Cerintele igienice fata de aerul din incaperi se reduc, in general, la satisfacerea
unor conditii de temperatura, umiditate si impuritati (praf, fum gaze, abur etc.).
Microclimatul interior ce urmeaza a fi realizat este dependent de destinatia incaperii.
Astfel, in incaperile publice si de locuit au prioritate conditiile stricte de confort, pe cand
in spatiile industriale primeaza conditiile cerute de procesul de productie. De cele mai
131
multe ori insa, conditiile climatice tehnologice sunt in limite suficient de largi pentru a
satisface si conditiile de confort termic ale muncitorilor.
Se recomanda ca temperatura aerului din incaperi sa fie intre 20 si 22°C,
umiditatea relativa intre 45 si 55% si viteza de circulatie a aerului intre 0,2 si 0,4 m/s. In
legatura cu impuritatile din aer, normele sanitare impun ca procentul lor sa nu depaseasca
concentratiile limite admisibile (concentratii care nu provoaca fenomene maladive).
8.9.2. SISTEME DE VENTILARE
Pentru ventilarea diferitelor incaperi se utilizeaza fie o ventilare narurala, fie o
ventilare mecanica.
Ventilarea naturala sau aerajul natural. Permite realizarea schimbului de aer si
reglarea lui in functie de conditiile interioare si exterioare. Este, evident, cel mai vechi
sistem de ventilare. Ventilarea naturala nefiind recomandata pentru incaperile de lucru
moderne, nu va fi tratata in cele ce urmeaza.
Ventilarea mecanica sau fortata. Realizeaza miscarea aerului prin aspiratie sau
prin refulare cu ajutorul ventilatoarelor, ceea ce ii asigura independenta fata de conditiile
exterioare ( vant, ploaie, iarna, vara). In perioada rece a anului, aerul proaspat trebuie
incalzit, ridicand mult cheltuielile de de exploatare a instalatiilor de ventilare. Pentru a
realiza o economie de caldura, se lucreaza cu un amestec de aer proaspat si vechi
(existent in incapere). Sistemul folosit in astfel de cazuri, poarta numele de ventilare cu
vehiculare partiala a aerului.
Ventilarea mecanica foloseste doua metode de lucru: sistemul prin absortie si
sitemul prin introducere de aer. Ambele sisteme pot fi locale sau generale.
8.9.3. VENTILAREA INDUSTRIALA
In majoritatea tarilor cu industrie avansata, se manifesta o tendinta crescanda de a
asigura conditii corespunzatoare fiecarui loc de munca. Realizarile obtinute in domeniul
ventilarii in ultimii ani sunt tot atat de variate si numeroase ca cele inregistrate in
procesele tehnologice. Ele se datoreaza, pe de o parte, noilor conceptii cu privire la
controlul mediului industrial, iar pe de alta parte progrselor facute de hidraulica si
aerodinamica, in special in teoria jeturilor.
Ventilarea industriala prin absortie. Aceasta cuprinde urmatoarele sisteme:
Absortiile locale, care permit indepartarea impuritatilor intr-o stare concentrata,
folosind un volum minim de aer. Este cea mai eficace metoda de ventilare pentru spatiile
industriale, intrucat ineparteaza impuritatile chiar din locurile in care se produc. Se
executa sub forma unor nse sau cutii inchise, prevazute cu ferestre de acces (fig. 8.20,a).
Astfel, sursa de viciere se afla intr-un spatiu izolat de restul incaperii. Impuritatile
degajate sunt evacuate in exterior cu ajutorul aerului patruns prin ferestrele cutiei.
Daca din considerente tehnolgice sursa de impuritati nu poate fi inchisa in cutie,
atunci se apeleaza la hote de absortie, amplasate deasupra sursei (fig.8.20, b). Inaltimea
de instalare este de 1,85...2 m de la pardoseala. Pentru protectie impotriva curentului de
aer din incapere, se recumanda ca hotele sa fie inzestrate cu sorturi. Influenta mare asupra
distributiei vitezelor de absortie o exercita unghiul de deschidere al hotei. Pentru ca viteza
sa ramana practic constanta in sectiunea de reptionare a hotei, trebuie ca 60°. Hotele
sunt folosite la cuptoarele de forta, la diferite bai industriale, bucatarii etc.
132
La degajarea substantelor nocive din baile industriale (la decapare, galvanizare,
electroliza etc.), sunt frecvent utilizate absortiile laterale, executate sub forma unor fante
plasate pe o parte sau pe ambele parti ale baii (fig 8.20,c). Latimea fantei se ia intre 25 si
50 mm.
Cu un consum mai mic de aer functioneaza sistemul combinat, cu absortie pe o
latura si refulare pe cealalta. Printr-o deschidere mica, situata pe partea ingusta a baii, se
trimite un jet de aer, iar pe partea opusa, printr-o deschidere mai larga, se face absortia
(fig. 8.20,d).
Absortia generala sau integrala se
utilizeaza in cazurile cand sursele de impurificare
sunt raspandite pe intregul spatiu al incaperii
respective sau cand nu este rationala folosirea
absortiilor locale. Ventilarea generala are ca scop
crearea unor conditii identice de lucru in intrega
incapere, dar in special la nivelul zonei de lucru
(1,5...2 m de la pardoseala). Absortia generala se
dispune la inaltimea la care gradul de concentrare
al impuritatilor este maxim. De obicei se aplica la
nivelul superior al incaperilor , intrucat ipuritatile
sunt mai antrenate acolo de aerul cald. Instalatia de
absortie generala cuprinde urmatoarele elemente :
priza sau gura de absortie 1, conducte de transport
2, ventilatorul 3, deflectorul 4 si in unele cazuri,
cand aerul evacuat contine o mare cantitate de pref
sau de gaze otravitoare, instalatia de curatire 5 (fig. 8.21).
133