Formula della perdita per attrito della manichetta antincendio: coefficienti, esempi e pressione della pompa

Una linea di attacco di 200 piedi di tubo da 1,75 pollici che scorre a 150 galloni al minuto brucia circa 70 psi prima che l'acqua raggiunga l'ugello. Gli operatori delle pompe che saltano quel numero di solito lo scoprono attraverso un flusso breve e debole e molte ipotesi sull'acceleratore. Lo strumento che lo prevede è una moltiplicazione: FL = C x Q^2 x L, dove FL è la perdita di attrito in psi, C è un coefficiente impostato dal diametro e dal rivestimento del tubo, Q è il flusso in centinaia di galloni al minuto e L è la lunghezza del tubo in centinaia di piedi.

Quello che segue è come si comporta la formula unità per unità, quali coefficienti si applicano alle dimensioni dei tubi comuni, come il risultato diventa una pressione di scarico della pompa e dove adattatori, riduttori e distributori cambiano silenziosamente la risposta.

La formula della perdita per attrito della manichetta antincendio, unità per unità

La perdita di attrito è la pressione spesa per la turbolenza e la resistenza mentre l'acqua scivola lungo il rivestimento del tubo. Sorge in linea retta con la lunghezza e con il quadrato della portata, motivo per cui un modesto aumento di litri al minuto può consumare gran parte della potenza della pompa.

• FL è la perdita di attrito in psi per la sezione del tubo da calcolare.
• C è il coefficiente di perdita per attrito, un valore pubblicato legato al diametro e alla struttura del tubo.
• Q è il flusso espresso in centinaia di galloni al minuto, quindi 150 gpm diventano 1,5 e 250 gpm diventano 2,5.
• L è la lunghezza espressa in centinaia di piedi, quindi 200 piedi diventano 2.

Esempio realizzato: 200 piedi di tubo da 1,75 pollici a 150 gpm. Q è 1,5, quindi Q al quadrato è 2,25 e L è 2. FL = 15,5 x 2,25 x 2, che equivale a 69,75 psi, o circa 70 psi.

Due comportamenti derivano direttamente da quell’aritmetica. Raddoppia la lunghezza del tubo e la perdita raddoppia. Raddoppia il flusso e la perdita quadruplica, perché il termine del flusso è al quadrato.

Coefficienti di perdita per attrito per tubi di dimensioni comuni

I valori C pubblicati provengono da test di flusso su specifiche costruzioni di tubi. Le cifre seguenti rappresentano i valori di pianificazione ampiamente utilizzati per le manichette antincendio rivestite e funzionano bene come punto di partenza per i calcoli del layout.

La tabella spiega perché i tubi di grande diametro dominano il lavoro di fornitura. Lo spostamento di 200 gpm attraverso un tubo da 1,75 pollici costa circa 62 psi per 100 piedi. Spostare lo stesso flusso attraverso un tubo da 4 pollici costa meno di 1 psi.

Trasformazione della perdita di attrito in pressione di scarico della pompa

La figura del pannello della pompa segue una semplice somma: la pressione di scarico è uguale alla pressione dell'ugello più la perdita di attrito più il dislivello più la perdita dell'apparecchio.

1. Pressione dell'ugello: tipicamente 50 psi per un foro liscio e 100 psi per un ugello nebulizzante o regolabile.
2. Perdita per attrito: la formula sopra, applicata a ogni sezione del tubo nel layout.
3. Elevazione: circa 0,5 psi per piede di dislivello, o circa 5 psi per piano di un tipico edificio.
4. Perdita dell'apparecchio: circa 10 psi per stella o distributore e spesso 25 psi per un collegamento a un tubo di livello.

Esempio uno: 200 piedi di tubo da 1,75 pollici a 150 gpm con un ugello nebulizzatore a 100 psi su un terreno pianeggiante danno 100 70 o 170 psi al pannello.

Esempio due: lo stesso flusso attraverso 200 piedi di tubo da 2,5 pollici. FL = 2 x 2,25 x 2 = 9 psi, quindi il valore del pannello è 100 9 o 109 psi.

Stesso flusso, 61 psi in meno alla pompa. La differenza non è l'ugello e non la pompa; è il foro del tubo che trasporta l'acqua.

Adattatori, Riduttori e Giunti cambiano la risposta

La perdita di attrito risiede all'interno del tubo, ma è controllata in corrispondenza dei collegamenti. Qualsiasi componente che restringe il corso d'acqua aggiunge una caduta di pressione locale e qualsiasi componente che riduce il diametro effettivo attraverso una sezione del tubo modifica il valore C utilizzato per quella sezione.

Un passo indietro da 1 3/4 pollici a 1 1/2 pollici aumenta il coefficiente da 15,5 a 24, circa il 55% in più di perdita allo stesso flusso. Un adattatore di riduzione sull'uscita del pannello della pompa o sull'ingresso dell'ugello non è quindi un hardware a pressione neutra. È uno scambio deliberato di pressione per la compatibilità delle interfacce.

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Dal lato dell’offerta, le ricompense aritmetiche hanno dato risultati positivi. Un raccordo di grande diametro che mantiene il corso d'acqua completamente aperto attraverso la connessione preserva il basso valore C del tubo dietro di esso, che è esattamente ciò che richiedono lunghe pose e flussi elevati.

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Quando un distributore divide il flusso

Un distributore a due vie non dimezza la perdita di attrito. A monte della divisione, la linea di fornitura trasporta la somma di entrambi i flussi e questo totale è ciò che entra nella formula. Due linee di attacco da 150 gpm alimentate da una linea di rifornimento significano 300 gpm, o una Q di 3, nel calcolo dei rifornimenti. Per 200 piedi di tubo di alimentazione da 2,5 pollici, la perdita è di 2 x 9 x 2, o 36 psi, prima ancora che venga presa in considerazione una delle due linee di attacco. Se si aggiunge la perdita dell'apparecchio del distributore, la pressione del pannello sale ulteriormente.

Cinque errori di perdita di attrito che si manifestano sul luogo dell'incendio

1. Utilizzando gpm invece di centinaia di gpm. Inserire 150 anziché 1,5 gonfia il risultato di cento volte e porta la pressione del pannello a una cifra priva di significato.
2. Dimenticando l'elevazione. Un aumento di 40 piedi aggiunge circa 20 psi e un tubo di livello o una disposizione sotto il livello cambia il segno di quel termine.
3. Trattare il coefficiente pubblicato come esatto. Tubi vecchi, tubi attorcigliati, rivestimenti danneggiati e raccordi limitati spingono tutti le perdite reali al di sopra del valore calcolato, motivo per cui molti reparti aggiungono un margine dal 10 al 15% sulle lunghe posa.
4. Ignorare la perdita dell'apparecchio. Ogni dispositivo tra la pompa e l'ugello consuma una pressione che la formula di attrito non include.
5. Riutilizzare l'impostazione della pompa da un layout diverso. Un'impostazione che funziona per 200 piedi di tubo da 1,75 pollici è errata per 300 piedi e diventa nuovamente errata se si cambia l'ugello.

La pressione degli ugelli rientra nello stesso budget

La pressione dell'ugello non è una perdita di attrito, ma le due competono per la stessa potenza della pompa. Un ugello valutato a 100 psi necessita di 100 psi al suo ingresso e ogni psi persa nel tubo flessibile fuoriesce dalla portata e dalla penetrazione del flusso.

Gli ugelli regolabili normalmente funzionano a 100 psi e si spostano tra flussi diretti, nebbia stretta e nebbia ampia. Ogni modello modifica il flusso effettivo e quindi la perdita di attrito a monte, motivo per cui un'impostazione della pompa copiata da una perforatrice a flusso diretto può deludere una volta aperto il modello. Per informazioni su come si comportano questi modelli, vedere le modalità di spruzzo dell'ugello regolabile .

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I dispositivi a flusso diretto e a foro liscio sono meno sensibili a questo effetto, poiché il loro flusso è impostato dal diametro dell'ugello e dalla pressione di ingresso piuttosto che da un modello regolabile.

Scorciatoie di campo e come verificare il numero

Gli operatori delle pompe raramente si moltiplicano nella loro testa alle tre del mattino. Vale la pena memorizzare un'utile scorciatoia per un tubo da 1,75 pollici: circa 15 psi per 100 piedi a 100 gpm, 35 psi a 150 gpm e 62 psi a 200 gpm. Per un tubo da 2,5 pollici, gli stessi flussi costano circa 2, 4,5 e 8 psi per 100 piedi.

La verifica è semplice su un campo di allenamento. Impostare un flusso noto con un flussometro in linea, leggere la pressione sulla pompa e all'ingresso dell'ugello e sottrarre. Dopo la regolazione dell'elevazione, la differenza è la reale perdita di attrito di quel tubo a quel flusso. Confrontandolo con il valore calcolato si vede se il coefficiente pubblicato si adatta ancora al tubo in servizio.

L'esecuzione di tale controllo una volta all'anno rileva l'usura del rivestimento, la modifica della lunghezza dell'accoppiamento e qualsiasi restrizione introdotta da un giunto o un adattatore sostituito senza revisione.

Specificazione di tubi flessibili, giunti e adattatori tenendo presente la pressione

La formula premia tre abitudini specifiche. Mantenere il foro di lavoro ampio quanto consentito dall'operazione, evitare riduzioni inutili tra la pompa e l'ugello e verificare che ogni raccordo e adattatore corrisponda sia al tubo flessibile che alla filettatura o allo standard di bloccaggio in uso.

Quest'ultimo punto è più importante nei progetti internazionali, dove Storz, Machino, NH e altri modelli compaiono fianco a fianco. Un adattatore che soddisfa gli standard è utile solo se il suo corso d'acqua corrisponde al tubo a cui si unisce, perché nel calcolo un foro ristretto si comporta esattamente come un tubo più piccolo.

Se il budget di pressione deve reggere sul campo, vale la pena verificare le dimensioni e i requisiti di flusso prima di ordinare l'hardware. Condividi le condizioni operative con il team di ingegneri e confrontare i numeri con i componenti effettivi anziché con una tabella generica. La formula rimane la stessa; cambiano solo gli input.