Kalkulator strat tarcia
Oblicz straty ciśnienia w rurociągach: Darcy–Weisbach, Colebrook–White, Hazen–Williams, liczba Reynoldsa, chropowatość, straty miejscowe K, równoważna długość i wysokość podnoszenia pompy.
- Bez rejestracji
- Szybkie działanie
- Operacje w pamięci
Zero back-endu, 100% lokalnie.
Kalkulator strat tarcia
Oblicza straty liniowe w przewodach. Metody: 1) Darcy–Weisbach (ogólna, wymagane ρ i μ). 2) Hazen–Williams (woda). Tryby: a) Straty dla podanych Q, D, L. b) Dobór średnicy dla zadanego spadku J = Δh/L.
Kalkulator strat tarcia w rurociągach – Darcy–Weisbach, Colebrook–White, Hazen–Williams
Policz spadek ciśnienia w przewodach dla wody, glikolu i innych cieczy: metodą Darcy–Weisbach (z tarciem liniowym i miejscowym), a także empirycznie Hazen–Williams. Narzędzie liczy liczbę Reynoldsa, współczynnik tarcia f (m.in. równaniem Colebrooka–White’a), uwzględnia chropowatość względną k/D, armaturę przez współczynniki K lub długości równoważne, i podaje wynik jako Δp [Pa/kPa/bar] oraz spadek wysokości hf [m] – wraz z wymaganą wysokością podnoszenia pompy.
Uruchom kalkulator strat tarcia Wzory, tabele i przykłady
Zakres obliczeń
- Tarcie liniowe: Δplin i hf metodą Darcy–Weisbach dla średnicy wewnętrznej, wydatku i lepkości.
- Tarcie miejscowe: kolanka, zawory, trójniki – przez K lub równoważną długość Leq.
- Reynolds i reżimy: laminarne, przejściowe, turbulentne; dobór modelu dla f.
- Colebrook–White / Swamee–Jain: obliczenie f z k/D bez iteracji lub iteracyjnie.
- Hazen–Williams: szybkie oszacowania dla wody zimnej (parametr C).
- Jednostki i konwersje: m, mm, L/s, m³/h, GPM; Pa, kPa, bar; m H2O.
- Pompa: wysokość podnoszenia H = (Δpcałk / ρg) + rezerwy.
Kluczowe wzory
Q – przepływ, v – prędkość średnia, D – średnica wewnętrzna, ρ – gęstość, μ – lepkość dynamiczna.
f – współczynnik tarcia Darcy’ego, K – współczynniki miejscowe (armatura, kształtki), L – długość.
Współczynnik tarcia f
Laminarne (Re < 2300)
W tym zakresie wynik zależy tylko od lepkości i przepływu – chropowatość nie gra roli.
Turbulentne (Re >~ 4000)
Równanie Colebrooka–White’a – zwykle rozwiązywane iteracyjnie. Przybliżenie beziteracyjne: Swamee–Jain.
Hazen–Williams (dla wody, oszacowania)
D [m], Q [m³/s], L [m]; C – współczynnik (np. 140 dla rur gładkich). Metoda dla wody w temp. ~5–25°C.
Chropowatość i typowe wartości k
| Materiał rury | k – chropowatość [mm] | Uwagi |
|---|---|---|
| PE/PVC gładkie | 0.001–0.01 | Niskie opory, duże C |
| Miedź | 0.001–0.015 | Bardzo gładka |
| Stal nowa | 0.03–0.1 | Z czasem wzrost k |
| Stal ocynkowana | 0.1–0.2 | Starsze instalacje – wyższe k |
| Żeliwo | 0.2–0.5 | Rurociągi komunalne |
| Beton | 0.3–3.0 | Duże średnice, kanały |
Straty miejscowe – współczynniki K i długości równoważne
Model K
Każdy element (kolano, zawór, trójnik) ma współczynnik K. Suma ΣK liczy miejscowe hf = ΣK·v²/(2g).
Długość równoważna Leq
Zastępuje element odcinkiem rury: Leq = (K·D)/f. Suma L + ΣLeq daje efektywną długość do tarcia liniowego.
Przykłady obliczeń
Przykład A – woda, D=50 mm, L=80 m
Q = 8 m³/h = 0.00222 m³/s. D = 0.05 m ⇒ v = 4Q/(πD²) ≈ 1.13 m/s.
Załóż k = 0.05 mm ⇒ k/D = 0.001. Re przy 20°C (ρ≈998, μ≈1e−3): Re ≈ 56 500 ⇒ przepływ turbulentny.
Swamee–Jain ⇒ f ≈ 0.020. hf,lin = f·(L/D)·v²/(2g) ≈ 0.020·(80/0.05)·1.13²/(2·9.81) ≈ 2.08 m.
Armatura: 2 × kolano K=0.9; 1 × zawór kulowy K=0.05 ⇒ ΣK = 1.85 ⇒ hf,miej ≈ 1.85·1.13²/(2·9.81) ≈ 0.12 m.
Razem: hf ≈ 2.20 m ⇒ Δp ≈ 998·9.81·2.20 ≈ 21.5 kPa ≈ 0.215 bar.
Przykład B – Hazen–Williams, C=140
Te same L i D, Q=8 m³/h. Dla SI: hf = 10.67·L·Q¹·⁸⁵²/(C¹·⁸⁵²·D⁴·⁸⁷).
Wynik orientacyjny ~2.1–2.3 m (zbliżony do Darcy–Weisbach). Różnice zależne od C i zakresu stosowalności.
Przykład C – wpływ średnicy
Q = 8 m³/h; zmień D z 50 mm na 65 mm: v spada, hf maleje nieliniowo (ok. 40–60%). Większa średnica – mniejsze straty, większy koszt.
Przykład D – glikol 30%
Wyższa lepkość ⇒ niższe Re ⇒ wyższe f i większe hf. W chłodnictwie i HVAC często decyduje o doborze pompy.
Wymagana wysokość podnoszenia pompy
hstat – różnica poziomów między ssaniem a tłoczeniem. Rezerwy uwzględniają zabrudzenia, starzenie instalacji i tolerancje.
Jednostki i konwersje
| Wielkość | Jednostki | Konwersje |
|---|---|---|
| Przepływ Q | m³/h, m³/s, L/s, L/min, GPM | 1 m³/h = 0.2778 L/s = 16.667 L/min |
| Ciśnienie Δp | Pa, kPa, bar | 1 bar = 100 kPa = 10⁵ Pa |
| Wysokość h | m H₂O | Δp [Pa] = ρ g h ⇒ dla wody ~ 9.81 kPa/m |
| Średnica D | mm, m | mm → m: podziel przez 1000 |
| Lepkość μ | Pa·s | 1 mPa·s = 0.001 Pa·s |
FAQ – najczęstsze pytania
Kiedy używać Hazen–Williams?
Do szybkich oszacowań dla wody o typowych temperaturach, w gładkich przewodach. Do dokładnych obliczeń i innych cieczy – Darcy–Weisbach.
Jak dobrać chropowatość k?
Wybierz z tabel materiałowych; dla instalacji starzejących się przyjmij większe k lub dodaj rezerwę.
Czy K dla armatury zależy od średnicy?
Tak, wartości K publikowane są zwykle dla zakresu Re i geometrii; przy dużych zmianach średnic stosuj dane producenta lub Leq.
Re wynikł laminarne – co z f?
Dla Re < 2300 użyj f = 64/Re. Nie stosuj Colebrooka – nie dotyczy przepływu laminarnego.
Jak uwzględnić kaskadę odcinków?
Zsumuj hf wszystkich odcinków i elementów: liniowe + miejscowe. Na końcu przelicz na Δp i H dla pompy.
Checklist projektowa
Wejścia
- Q lub v, Dwew, L, materiał (k), temperatura (μ, ρ).
- Armatura: lista K lub Leq.
- Założenia dla H: hstat, rezerwy.
Wyniki
- Re, f, v.
- hf,lin, hf,miej, Δp.
- H pompy i konwersje (kPa, bar, m).
Podsumowanie: Metoda Darcy–Weisbach z prawidłowym doborem f (Colebrook–White lub Swamee–Jain), uwzględnieniem chropowatości i strat miejscowych K, daje wiarygodne wyniki dla większości cieczy procesowych i wody. Hazen–Williams przydaje się do szybkich szacunków. Końcowo, na podstawie łącznego spadku ciśnienia i różnicy poziomów, łatwo określisz potrzebną wysokość podnoszenia pompy.