Drukval

De drukval is het verschil in druk tussen twee punten in een systeem. Het wordt vaak veroorzaakt door wrijving of stromingsweerstand van pijpwanden, fittingen of obstructies zoals kleppen. Dit artikel bespreekt de formule voor drukval, de betekenis ervan en het effect in verschillende situaties.

Inhoudsopgave

• Wat is drukverlies?
• Betekenis drukval
• Drukvalformule
• Drukval en debiet
• Drukval in verschillende situaties
• FAQs

Wat is drukverlies?

Drukverlies is de vermindering of het verlies van vloeistofdruk terwijl het door een systeem stroomt. Drukdaling komt vaak voor in verschillende situaties, bijvoorbeeld wanneer vloeistof door een pijp, over een opening of een klep stroomt. Dit wordt meestal veroorzaakt door:

• Wrijving tussen de vloeistof en het binnenoppervlak van de pijp
• Blokkades in pijpleidingen
• Verandering in de richting van de pijp

Betekenis drukval

Het berekenen van de drukval is essentieel voor het ontwerp en het behoud van de integriteit van het systeem. Drukdaling is een diagnostisch hulpmiddel om problemen binnen een pijpleidingsysteem op te sporen. Bijvoorbeeld:

• Een plotselinge piek in drukdaling kan duiden op een verstopping, een gedeeltelijk gesloten klep of een lek in de pijpleiding.
• In een verwarmingssysteem regelt een klep de warmwatertoevoer om een bepaalde temperatuur te behouden. De drukval over de klep beïnvloedt het volume warm water dat door het systeem circuleert en beïnvloedt zo het vermogen van het systeem om de doeltemperatuur te bereiken en te behouden.

In het algemeen spelen de berekeningen van de drukval van kleppen een cruciale rol in het volgende:

• Klep grootte: Drukvalberekeningen zijn nodig om de klep nauwkeurig te dimensioneren. Een grote klep kan resulteren in hoge stroomsnelheden, waardoor de klep sneller slijt. Omgekeerd kan een kleine klep leiden tot een onnodige drukval, wat leidt tot energieverspilling en een verminderde systeemefficiëntie.
• Systeemprestaties voorspellen: De berekeningen bepalen het benodigde pompvermogen en het vloeistofdebiet.
• Systeemontwerp en -integriteit: De berekeningen zijn een diagnostisch hulpmiddel om problemen met pijpleidingen op te sporen.
• Anticiperen op onderhoud: Het bijhouden van drukdalingen in de loop van de tijd helpt bij het plannen van inspecties en reiniging.

Lees ons artikel over het ontwerp van een off-grid verhoogd watersysteem voor meer informatie over de indeling en werking van een off-grid zwaartekrachtondersteund watersysteem voor een hut.

Drukvalformule

De drukval in een pijp ontstaat door wrijving tussen de vloeistof en de pijpwand, veranderingen in de stromingsrichting, verstoppingen en veranderingen in de pijpdiameter. Drukverlies kan worden berekend met de formule van Darcy-Weisbach. In een pijpleidingsysteem dat bestaat uit meerdere pijpen, kleppen en fittingen, is de totale drukval de som van de drukverliezen in elke component.

De drukvalvergelijking (formule van Darcy Weisbach) wordt gegeven door,

• ΔP: Drukval
• f: Darcy-wrijvingsfactor
• L: Lengte pijp
• V: Stroomsnelheid
• D: Diameter pijp
• 𝜌: Dichtheid vloeistof

De Darcy-wrijvingsfactor wordt voornamelijk bepaald door het stromingstype (laminair of turbulent) en de ruwheid van het binnenoppervlak van de pijp. Het kan worden verkregen met behulp van opzoektabellen, correlaties of software uit experimentele gegevens.

Voorbeeld

Bepaal de drukval van water in een 100 m lange pijp met een diameter van 0,1 m. Neem de wrijvingsfactor als 0,03 en de stroomsnelheid als 30 m/s.

• L = 100 m
• D = 0,1 m
• f = 0.03
• V = 30 m/s
• 𝜌 = 1000 kg/m³

Als we deze waarden in de bovenstaande vergelijking substitueren, wordt de drukval = 13,5 MPa, wat behoorlijk significant is. Dit vereist sterke apparatuur van hoge kwaliteit om de druk te weerstaan en efficiënt te blijven werken. Het betekent ook dat de pomp een druk moet genereren die aanzienlijk hoger is dan 13,5 MPa om het gewenste waterdebiet te handhaven. Dit vereist een hoog energieverbruik en verhoogt de operationele kosten. Daarom is het essentieel om rekening te houden met drukverlies bij het ontwerpen en bedienen van het systeem.

Drukval in fittingen

In lange pijpleidingen is de drukval door wrijving in de rechte pijp veel groter dan de drukval door de fittingen en kleppen. Dit komt omdat de wrijvingsverliezen evenredig zijn met de lengte van de pijp.

Naarmate de leidingen korter worden, wordt het aandeel van de verliezen door de fittingen en kleppen groter. Maar zelfs in een korte pijp is de drukval door wrijving in de rechte pijp nog steeds veel groter dan de drukval door de fittingen en kleppen. Daarom wordt de drukval die wordt veroorzaakt door de fittingen en kleppen nog steeds 'kleine verliezen' genoemd. Hoewel afzonderlijke kleine verliezen misschien klein lijken, kunnen ze bij elkaar optellen, vooral in complexe systemen met veel fittingen en bochten.

Drukval door fittingen wordt berekend met behulp van de equivalente lengte methode. Met de equivalente lengte methode kan de gebruiker het drukverlies door een fitting beschrijven als de lengte van de pijp. Neem een elleboogfitting met een diameter van 0,05 m. Veel specificaties van buismaterialen bevatten tabellen met de equivalente lengte voor verschillende soorten fittingen. Een standaard elleboogfitting heeft bijvoorbeeld een equivalente lengte van 30 pijpdiameters.

De equivalente lengte voor een elleboog met een diameter van 0,05 m zou 30 * 0,05 m = 1,5 m zijn. Uitgaande van een stroomsnelheid van 2 m/s, een wrijvingscoëfficiënt van 0,025 en de formule van Darcy Weisbach is de drukval door de fitting 1,5 kPa.

Drukval en debiet

Debietcoëfficiënt Cv of Kv en drukval zijn omgekeerd evenredig. Een klep met een hoge Cv zorgt voor een groter debiet, waardoor de drukval over de klep kleiner is voor een gegeven debiet. Omgekeerd zal een klep met een lage Cv een hogere drukval veroorzaken voor dezelfde stroomsnelheid.

Het is belangrijk om deze twee factoren tegen elkaar af te wegen bij het kiezen en dimensioneren van kleppen. Als een klep te klein is voor het systeem, zal deze een lage Cv hebben en een hoge drukval veroorzaken, wat leidt tot slechte systeemprestaties. Aan de andere kant is het mogelijk dat een te grote klep de stroomsnelheid niet goed regelt.

Drukval in verschillende situaties

In dit hoofdstuk worden de verschillende gevallen besproken waarin drukdaling kan worden waargenomen.

• Drukval over een opening: Als de vloeistof door een opening stroomt, verandert de snelheid en druk, wat resulteert in een drukdaling. De grootte van deze druppel is afhankelijk van de eigenschappen van de vloeistof, de grootte van de opening en de stromingssnelheid.
• Drukval over een klep: Kleppen dragen bij aan de drukval terwijl ze het vloeistofdebiet van een systeem regelen. De grootte van deze daling wordt beïnvloed door het ontwerp van de klep, de grootte, de stroomsnelheid en de eigenschappen van de vloeistof.
• Waterdrukval per 100 ft: Deze maat wordt vaak gebruikt in pijpleidingsystemen om het drukverlies door wrijving over een specifieke pijplengte te bepalen. Dit hangt af van het materiaal van de buis, de diameter, de snelheid van het water en de temperatuur.
• Filterdrukval: Filters dragen bij aan de drukval en verwijderen ongewenste deeltjes uit vloeistoffen. De drukval is afhankelijk van het filterontwerp, de reinheid, de vloeistofeigenschappen en de stroomsnelheid.

Lees ons artikel over drukverlies in een watervoorzieningssysteem op zwaartekracht voor meer informatie over het drukverlies in een watervoorzieningssysteem op zwaartekracht, de oorzaken en onderhoudsoplossingen.

FAQs

Waarom is het belangrijk om de drukval te berekenen?

Het berekenen van de drukval helpt bij het efficiënt ontwerpen van het systeem en het regelen van het debiet en garandeert de veiligheid en levensduur van apparatuur.

Welke invloed heeft de leidinggrootte op de drukval?

Grotere pijpdiameters verminderen de drukval door de vloeistofsnelheid en wrijving te verminderen. Kleinere leidingen verhogen de drukval.