Меню

Как рассчитать избыточное давление в капле воды

Все, что необходимо знать о силе давления воды

Пловец, нырнувший глубоко, ощущает боль в ушах. На барабанные перепонки воздействует сила давления воды.

Корабль в воде не тонет благодаря выталкивающей силе. Вода способна легко изменять свою форму, она воздействует на поверхности тел при соприкосновении с ними.

Чему равна сила давления воды и что это такое, расскажем в статье.

Что это такое?

В сосуде, заполненном водой, на дно давит сила, равная весу столба жидкости. Это вызванное силой тяжести давление называется гидростатическим.

Законы гидростатики описал Блез Паскаль. В 1648 г. он удивил горожан опытом, демонстрирующим свойства воды.

Вставив в бочку, заполненную водой, длинную узкую трубку, он налил в нее несколько кружек воды, и бочку разорвало.

Согласно закону Паскаля, приложенное к H2O усилие распространяется равномерно во всем объеме. Это объясняется тем, что вода почти не сжимается. В гидравлических прессах используют это свойство.

Плотность воды все же растет при высоком давлении. Это учитывается при расчетах конструкций глубоководных аппаратов.

Факторы, влияющие на показатель

При отсутствии внешнего воздействия, играют роль два фактора:

Выше уровень воды, налитой в сосуд, — выше напор на дно. Если в одной емкости ртуть, а в другой вода и при этом уровни жидкостей одинаковы, то в первом случае давление на дно больше, так как ртуть имеет большую плотность.

Если же к поверхности приложить поршень и давить на него, то напор будет складываться из:

При этом форма сосуда не определяет размер усилия, создаваемого столбом. Оно будет одним и тем же при равной высоте столба, хотя стенки емкости могут расширяться кверху или сужаться.

На дно и стенку сосуда – в чем разница?

Вода, заполняющая емкость, оказывает давление по направлению всегда перпендикулярно поверхности твердого тела, по всей площади соприкосновения с дном и стенками.

Усилие на дно распределено равномерно, то есть оно одинаково в любой точке. Заполнив водой сито, можно увидеть, что струи, текущие через отверстия, равны по напору.

Единицы измерения

Давление воды измеряют в:

  • паскалях – Па;
  • метрах водяного столба – м. в. ст.
  • атмосферах – атм.

Практически достаточно знать, что 1 атмосфера равна 10 метрам водяного столба или 100000 Па (100кПа).

Формулы расчета

Давление на дно сосуда рассчитывается делением силы на площадь, то есть оно равно произведению плотности воды, высоты столба и ускорения свободного падения g (величина постоянная, равна 9,8 м/с2).

Пример расчета: бак наполнен водой (плотность 1000 кг/м3) до высоты 1,2 м. Нужно найти, какое давление испытывает дно бака. Решение: P = 1000*1, 2*9, 8 = 11760 Па, или 11, 76 кПа.

Для расчета давления на стенки сосуда применяют все ту же формулу напора, приведенную выше. При расчете берется глубина от точки, в которой нужно рассчитать напор, до поверхности воды.

Пример расчета: на глубине 5 м на стенку резервуара с водой будет оказываться давление P=1000 *5 * 9, 8=49000 кПа, что составляет 0,5 атмосферы.

Расчет давления воды на дно и стенки сосуда в видео:

Применение на практике

Примеры использования знаний свойств воды:

  1. Подбирая насос для водоснабжения дома высотой 10 м, понимают, что напор должен быть минимум 1 атм.
  2. Водонапорная башня снабжает водой дома ниже ее по высоте, напор в кране у потребителей обеспечен весом столба воды в баке.
  3. Если в стенках бочки появились отверстия, то, чем ниже они расположены, тем более прочным должен быть материал для их заделки.
  4. Замеряют дома напор холодной воды в кране манометром. Если он менее чем 0,3 атм (установлено санитарными нормами), есть основания для претензий к коммунальщикам.

Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:

  • выжимка масла из семян растений;
  • спуск на воду со стапелей построенного судна;
  • ковка и штамповка деталей;
  • домкраты для подъема грузов.

Заключение

Такие свойства воды, как текучесть и несжимаемость, дают возможность использовать силу ее давления для самых различных целей.

Опасность этого явления учитывают при расчетах на прочность корпусов подводных лодок, стенок и днищ резервуаров, в которых хранят воду. Сила давления воды совершает полезную работу, она же способна и разрушать.

Читайте также:  Что можно есть при высоком нижнем давлении

Источник

Давление воды в водопроводе: нормы, измерение и регулировка

Низкое давление в водопроводе, вызванное такой причиной, как слабый напор на входе, возникает по вине водоканала. Несвоевременный ремонт и засорение труб могут снизить давление при нормальной подаче, а ошибки при разводке труб внутри жилого помещения не обеспечат правильную раздачу воды. В зависимости от причины возникшей проблемы ее должны устранить сами жильцы, управляющая компания или муниципальные водосети.

Для чего нужно знать

Знание стандартов организации водоснабжения позволяет не только фиксировать отклонения от нормативных показателей, но и правильно планировать внутренние коммуникации. Использовать информацию о напоре можно в следующих целях:

  • контроль качества услуг водоснабжения, предоставляемых водоканалом и обслуживающей многоэтажное жилое здание компанией;
  • избежание порчи оборудования при сверхнормативном или слишком низком давлении в трубах;
  • расчет изменений системы для подключения приборов с высоким потреблением воды.

Проконтролировать напор позволяет манометр. Их размещают в месте перехода городских сетей и внутридомовых коммуникаций. Подключить устройство для самостоятельного измерения давления можно в месте перехода трубы на гибкую подводку или к шлангу душа.

Чем регламентируются

Порядок регулирования параметров водопроводных систем в малоэтажных и высотных многоквартирных домах относится к строительной сфере и описан в нормах и правилах, разработанных Госстроем СССР в 1985 г. и в дальнейшем дополненных. Краткое наименование документа – СНИП 2.04.01-85, он характеризует организацию внутреннего водопровода и канализации в жилых и административных постройках различной этажности.

В многоквартирном доме

Особенности организации подачи холодной и горячей воды в здания связаны с выбором правильных значений давления в месте подключения и устройством системы трубопроводов, чтобы обеспечить нормальный поток в верхней части дома и исключить избыточный напор в подвале и на первых этажах. Равномерное течение воды в трубах по всей высоте здания обеспечивается дополнительной регулировкой.

Схема водоснабжения в многоквартирном доме

Правильно рассчитать схему водоснабжения можно на основании следующих показателей:

  • высота этажа и их количество в здании: при отклонении высоты по перекрытиям от нормативных 4 м, расчет должен проводиться с учетом фактических параметров;
  • минимальное давление для сооружений подобного типа: для жилых домов – 1 атм., к производственным и складским помещениям применяются особые требования;
  • дополнительная информация о запланированном сверхнормативном потреблении, например, размещение бассейна на цокольном этаже.

В результате расчетов входного давления и его распределения по высоте получают требования к организации трубопроводов, их диаметрам и средствам регулировки для обеспечения нормативных значений входного потока.

В частном доме

Схема водоснабжения в частном доме

Оптимальное распределение давления в частном доме низкой этажности – более простая задача, чем проектирование трубопроводной системы в многоэтажке. Расчет делается при закладке фундамента. Если здание выше 20 м и водопровод планируется организовать по всей высоте, необходим расчет потребления по аналогии с проектированием многоэтажного дома.

Если помимо бытового потребления планируется строительство бани с бассейном или работа устройства автоматического орошения, следует учесть дополнительный расход воды на эти цели.

Точные цифры по нормативам СНиПа

Норматив для входящего потока установлен в диапазонах:

  • Для подачи горячей воды – 0,3÷4,5 атм.;
  • Для холодного водоснабжения – 0,3÷6 атм.

Максимальное значение может наблюдаться на нижних этажах и требует регулировки, чтобы не повредить подключенную санитарную и бытовую технику. Важным фактором помимо напора является температура. Слишком большой нагрев может вызвать повреждение и ранний износ трубопроводных систем.

При каких значениях нормально функционирует техника

Скорость подачи воды в водопроводной сети должна обеспечивать бесперебойное функционирование сантехники и потребляющей воду бытовой техники. Большинство устройств спроектированы для минимального расчетного давления 0,2 атм., однако для качественной работы требуется больший напор.

Бытовая техника требует следующих показателей:

  • для стиральных машин оптимальное давление – 2 бара, хотя они могут работать при более низких значениях за счет специальных клапанов;
  • работоспособность машин для мытья посуды обеспечивается при поступлении воды в систему с усилием не ниже 1,5 бара.

Специфические требования к водообеспечению можно найти в описании бытовой техники, производитель может установить повышенные нормативы для входящего потока. Минимальные требования к поступлению воды предъявляет классическая сантехника – для унитаза и смесителей в раковине достаточно 0,2 атмосферы.

Читайте также:  Минимальное давление в закрытой системе отопления частного дома

Для полноценного потребления

Если напор воды в кране в норме, большинство бытовых сантехнических приборов будут функционировать нормально, даже если давление незначительно превышает нижнюю границу стандарта. При этом нормальную работу и долгий срок службы сложной техники можно обеспечить только при следующих значениях:

  • джакузи и гидромассажная ванна – от 2 бар;
  • система полива – 3,5 бара.

Понятие полноценного потребления предусматривает одновременное подключение всей сантехники и приборов.

Это возможно, если суммарный напор составляет 2 атм. и выше. Стабильная работа будет обеспечена при значениях от 4 бар.

Опасность излишне сильной подачи

Если давление превышает рабочее, в системе водоснабжения может появиться механическое напряжение на стыках труб и в местах подключения бытовой техники, в результате чего возможны разрывы и протечки. Защитить оборудование от негативного воздействия избыточного напора можно, установив регулирующие давление редукторы. Дополнительные меры требуются, если скорость потока в подводящей системе нестабильна, наблюдаются резкие скачки и падение давления.

Особенности автономных водопроводов

Автономная система не подсоединяется к магистралям водоканала, независимая добыча воды организована из подземных пластов через скважину. Давление при этом ниже, чем в водоканале, а при отсутствии нужного напора распределение потока на бытовые нужды и полив растений на участке может стать проблемой. Обеспечить равномерный поток воды можно, воспользовавшись рекомендациями:

  • учесть потребность в водных ресурсах из скважины для технических нужд, включая полив огорода;
  • установить насос, гарантирующий давление не менее 3-4 атм. в подающей трубе;
  • контролировать уровень напора, чтобы своевременно реагировать на его снижение.

Ответственность за эксплуатацию скважины, принадлежащей частному владельцу, возлагается на собственника.

Как узнать давление воды в квартире

2 основных метода определения силы потока в домашней сети самостоятельно:

  • При помощи манометра, подключенного к гибкому шлангу душа.
  • Оценив объем воды, вытекающей из полностью открытого крана в минуту или другой временной период.

Показания прибора должны соответствовать цифрам из СНиПа, при визуальной оценке емкость объемом 3 л должна наполняться меньше, чем за 7 секунд.

Как определить, кто виноват в слабой подаче

Причиной недостаточного напора воды в системе могут быть:

  • неисправность сантехники (засор в трубках смесителя, неполадки системы слива в унитазе);
  • налет в трубах, препятствующий нормальному потоку;
  • засорение фильтров;
  • неправильный подбор диаметров трубопроводов внутри помещения;
  • потери на магистрали, приводящие к снижению давления воды на вводе в жилое здание.

Проблемы, возникшие внутри помещения, должен решать собственник, вне зависимости от того, проживает он постоянно на этой жилплощади или нет. Если же поток в трубах на этаже ниже установленного государственными стандартами, устранение проблемы находится в зоне ответственности управляющей компании. За подачу по магистральным водопроводам отвечает водоканал.

В частном доме с централизованным водоснабжением граница ответственности между собственником и водоканалом проходит на входе в здание. Если забор воды производится из скважины, ответственность за недостаточное давление несет владелец.

Куда обращаться с проблемой неправильного давления

По закону владелец помещения, у которого возникли проблемы с напором воды, не связанные с разводкой труб внутри квартиры и подключением техники, должен направить жалобу на некачественное водоснабжение в управляющую компанию. Срок предоставления письменного ответа на поданное обращение – не более месяца (30 календарных дней).

Если отношения собственника с водоканалом оформлены напрямую, жалобу нужно направить в компанию, предоставляющую услуги водоснабжения. Права и обязанности сторон можно уточнить в заключенном договоре о водоотведении.

Источник

Как определить расход воды по диаметру трубы и давлению?

Вычислять водорасход, учитывая диаметр трубы и давление, следует еще не этапе планировки дома. Это поможет выбрать оптимальный трубный диаметр (сечение), чтобы напор был нормальным, но чтобы расход воды не превышал норму.

Для вычисления водорасхода можно воспользоваться различными формулами, а также ознакомиться с таблицей расхода воды по диаметру трубы и давлению, представленной ниже в статье..

Зависимость водного давления от диаметра трубопровода

Между давлением водного потока и трубным диаметром наблюдается прямая зависимость, описываемая законом Бернулли.

Читайте также:  Почему маленький промежуток давления маленький

При пропускании постоянного водного потока через трубы с различным сечением обнаруживается, что в узких частях давление меньше, чем в широких.

При переходе воды из широкой части в узкую, давление снижается, и наоборот.

В трубах с различным сечением за одинаковый промежуток времени протекает равный объем воды. Поэтому на широких участках она течет медленнее, чем по узким.

Таблица соотношения

Водорасход напрямую зависит от пропускной способности. Это такая величина, которая показывает максимальный объем, проходящий через систему за определенный временной промежуток и при определенном давлении.

Для труб с разным диаметром такая величина разнится. Подробная информация указана в таблице ниже:

Когда нужно проводить вычисления?

Выполнять вычисления необходимо при выборе труб для водопровода. Диаметр должен быть подходящим, чтобы избежать чрезмерного водорасхода и обеспечить нормальный напор.

Такая необходимость появляется при проектировании дома и подведении к нему коммуникаций. При выборе трубы с оптимальным сечением для водопровода нужно обязательно выполнять ряд расчетов. Необходимо узнать максимальные объемы необходимой воды в доме за минуту.

Исходя из полученных результатов, нужно приобрести трубу с таким сечением, чтобы этого было достаточно для одновременной работы всех устройств и кранов.

Пошаговая инструкция, как рассчитать водорасход

Произвести подсчеты можно при помощи таблиц. Но полученные результаты будут неточными. Поэтому лучше проводить расчеты на месте, учитывая скорость потока, материал трубопроводных систем и прочие характеристики трубопровода.

Проще всего рассчитать объем расходуемой H2O по следующей формуле:

  • q – расход воды (л/с);
  • V – скорость течения (м/с);
  • d – диаметр (см).

Использовать эту формулу можно и для поиска других неизвестных. Если известен диаметр и расход воды, можно определить скорость потока. А если известны V и q, можно узнать диаметр.

В большинстве стояков напор водного потока равняется 1,5-2,5 атмосфер. А скорость потока обычно составляет 0,8-1,5 м/с. Может быть установлен дополнительный нагнетатель, который меняет параметры внутри системы. Все данные о нем должны быть указаны в техпаспорте.

Минимальное давление в системе должно составлять 1,5 атмосфер – этого достаточно для работы стиральной машины и посудомойки. Чем оно выше, тем быстрее вода движется по трубам, поэтому водорасход повышается.

Для получения более точных результатов применяется формула Дарси-Вейсбаха, которая учитывает возможные изменения напора воды, что приводит к повышению или снижению давления.

  • ΔP – потеря давления на сопротивлении движения потока;
  • λ – показатель потерь на трение по всей длине;
  • D – сечение трубы;
  • V — скорость течения;
  • L – длина трубопровода;
  • g – константа = 9,8 м/с2;
  • ϸ — вязкость потока.

Такую формулу обычно используют для выполнения сложных расчетов гидродинамики. В остальных случаях применяются упрощенные варианты.

Частный случай расчета водорасхода – через отверстие крана. Применяется формула:

  • Q – водорасход;
  • S – площадь окружности (отверстия крана), определяется по формуле S= π*r2;
  • V – скорость течения, если она неизвестна, определить ее можно, исходя из формулы V=2g*h, где g – константа, h – высота водного столба над отверстием крана.

Правила расчета

При выполнении вычислений необходимо учитывать следующие правила:

  1. Следить за правильностью величин. Если одно значение исчисляется в м/с, то другое должно измеряться в л/с (не в кг/час). Иначе произведенные расчеты будут неверными.
  2. Применять правильные значения констант.
  3. Учитывать данные нагнетателя системы, если он используется. Вся информация о его влиянии на параметры системы указывается в техническом паспорте.
  4. Промежуточные вычисления рекомендуется проводить с точными величинами, а конечный результат можно округлить (лучше в большую сторону).

Чтобы облегчить расчеты, можно воспользоваться калькуляторами в режиме онлайн, в которые достаточно только ввести все известные данные.

Заключение

Объем расходуемой воды напрямую зависит от трубного диаметра и давления внутри системы. Чем больше давление, тем быстрее будет протекать вода, что приведет к большому водорасходу. Чем меньше диаметр трубы, тем выше сопротивление воды и меньше скорость ее течения.

Если выбрать неподходящий d, водный напор в системе может быть снижен. Поэтому при установке водных коммуникаций нужно обязательно проводить расчеты. Иначе в будущем могут появиться проблемы с водорасходом.

Источник

Adblock
detector