فقدان الضغط في الأنابيب

كيفية حساب خسائر الأنابيب

خسائر الأنابيب هي فقدان الطاقة (الضاغط) الذي يحدث عندما يتدفق السائل عبر نظام الأنابيب. هذه الخسائر تزيد من الضاغط المطلوب من المضخة، وبالتالي تؤثر على اختيار المضخة واستهلاك الطاقة. تنقسم الخسائر إلى نوعين رئيسيين.

1. خسائر الأنبوب المستقيم (Hf)

تُحسب باستخدام معادلة دارسي-وايزباخ (Darcy-Weisbach):

h_f = f × (L/D) × (v²/2g)

• f: معامل احتكاك دارسي — يعتمد على رقم رينولدز (Re) وخشونة الأنبوب (ε/D). يُحسب من معادلة كولبروك-وايت
• L: طول الأنبوب (m)
• D: القطر الداخلي للأنبوب (m)
• v: سرعة التدفق (m/s) = Q / A = Q / (πD²/4)
• g: تسارع الجاذبية = 9.81 m/s²

الخسائر تتناسب مع مربع السرعة — مضاعفة التدفق تضاعف الخسائر أربع مرات!

2. الخسائر الموضعية (Hj)

تحدث في الصمامات والأكواع والتوصيلات. تُحسب لكل ملحق بالمعادلة:

h_j = ζ × v²/(2g)

حيث ζ هو معامل الخسارة الموضعية لكل ملحق. يمكنك الاطلاع على جميع المعاملات في قاعدة بيانات الملحقات (22 نوعاً).

مثال حساب عملي

مطلوب حساب خسائر نظام أنبوب بالمواصفات التالية:

• أنبوب فولاذي DN100 (قطر داخلي 102.3 mm)، طول 50 متر
• تدفق: 25 m³/h = 0.00694 m³/s
• ملحقات: 2 كوع 90° (ζ=0.9) + صمام بوابي (ζ=0.2)

الحل:

1. سرعة التدفق: v = Q/A = 0.00694 / (π×0.1023²/4) = 0.845 m/s
2. Re = ρvD/μ = 1000×0.845×0.1023/0.001 = 86,400 (مضطرب)
3. f ≈ 0.0195 (من كولبروك-وايت مع ε=0.045 mm)
4. Hf = 0.0195 × (50/0.1023) × (0.845²/19.62) = 0.347 m
5. Hj = (2×0.9 + 0.2) × (0.845²/19.62) = 2.0 × 0.0364 = 0.073 m
6. إجمالي الخسائر = 0.347 + 0.073 = 0.420 m

استخدم هذه الخسائر مع حاسبة الضاغط الكلي لتحديد حجم المضخة المطلوبة.

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين Darcy-Weisbach و Hazen-Williams؟

معادلة Darcy-Weisbach دقيقة لجميع السوائل وجميع أنظمة الجريان (صفائحي ومضطرب). معادلة Hazen-Williams تجريبية وتعمل فقط مع الماء في الجريان المضطرب (Re > 4000). نستخدم Darcy-Weisbach في هذه الحاسبة لأنها أدق وأشمل.

كيف أقلل خسائر الأنابيب؟

أربع طرق: (1) زيادة قطر الأنبوب (الأكثر فعالية — مضاعفة القطر تقلل الخسائر ~97%)، (2) استخدام أنبوب أملس (PVC بدل حديد مجلفن)، (3) تقليل عدد الأكواع والصمامات، (4) تقصير مسار الأنبوب.