الهيدروليكا والأنابيب
حاسبة فقد الضغط بمعادلة Hazen-Williams
معادلة Hazen-Williams هي الطريقة المعتمدة لحساب الفقد الاحتكاكي في شبكات توزيع المياه وأنابيب رشاشات الحريق. أدخل التدفق بالغالون في الدقيقة، والقطر الداخلي بالبوصة، وطول الأنبوب، ومعامل C.
المعادلة
الصيغة الأمريكية: hf (ft) = 10.44 × L × Q^1.852 ÷ (C^1.852 × d^4.8655)، مع L بالأقدام، وQ بالغالون في الدقيقة (gpm)، وd بالبوصة. فقدان الضغط (psi) = hf × 0.4335 للماء عند نحو 60 °F. السرعة (ft/s) = 0.4085 × Q ÷ d².
مثال محلول
تدفق 100 gpm عبر 200 ft من أنبوب PVC من فئة Schedule 40 بقطر 2 in (d = 2.067 in، وC = 140): hf = 10.44 × 200 × 100^1.852 ÷ (140^1.852 × 2.067^4.8655) = 32.72 ft، أي 14.18 psi (نحو 7.1 psi لكل 100 ft). والسرعة = 0.4085 × 100 ÷ 2.067² = 9.56 ft/s، وهي مرتفعة؛ وخط بقطر 2.5 in سيخفض الفقد بشكل ملحوظ.
الافتراضات والقيود
- ماء قريب من درجة حرارة الغرفة في تدفق كامل ومضغوط ومضطرب.
- لا تُدرج الفواقد الثانوية الناتجة عن الوصلات والصمامات؛ أضف الأطوال المكافئة لها.
- قيم C النموذجية: 150 للـ PVC وHDPE، و130 إلى 140 للحديد المطيل الجديد (المبطّن)، و100 للحديد الزهر القديم، و120 للنحاس وفق NFPA 13.
الأسئلة الشائعة
أي قيمة C يجب أن أستخدم؟
تعرض NFPA 13 القيمة 150 للأنابيب البلاستيكية، و140 لحديد الزهر المرن المبطن بالإسمنت، و120 للفولاذ الأسود في الأنظمة الرطبة، و150 للنحاس. وقد تكون الأنابيب القديمة غير المبطنة في الخدمة 100 أو أقل.
Hazen-Williams أم Darcy-Weisbach؟
معادلة Hazen-Williams تجريبية، وتصلح للماء عند درجات الحرارة العادية. أما Darcy-Weisbach فتصلح لأي مائع، وهي أدق خارج ذلك النطاق.
هل سرعة 9.6 ft/s مرتفعة جداً؟
يحرص كثير من المصممين على إبقاء سرعة المياه في شبكة التوزيع عند نحو 5 إلى 8 ft/s للحد من الضوضاء وفقد الضغط وطرقة الماء (water hammer).