Tổn thất áp suất (còn được gọi là tổn hao áp suất, sụt áp, mất áp) trong đường ống được định nghĩa là chênh lệch áp suất tổng giữa hai điểm của một mạng đường ống.
Sự mất áp hay còn gọi là tổn thất áp lực bên trong đường ống dẫn nước phản ánh tổn thất năng lượng của dòng chảy khi chuyển động từ vị trí này tới vị trí khác.
Vậy đâu là nguyên nhân của sự sụt mất áp.
Sự sụt giảm áp suất xảy ra khi lực ma sát, gây ra bởi lực cản của dòng chảy, tác động lên chất lỏng khi nó chảy qua ống. Các yếu tố chính quyết định đến lực cản của chất lỏng là vận tốc chất lỏng qua đường ống và độ nhớt của chất lỏng. Lực ma sát lớn (khi vận tốc nước lớn) dẫn đến sụt áp lớn và ngược lại.
Ngoài ra sự mất áp cũng phụ thuộc vào độ nhám của bề mặt ống, các đường chia – nối ống, các điểm chuyển hướng của đường ống.
Có ba yếu tố ảnh hưởng tới tổn thất năng lượng của dòng chảy:
► Lực ma sát nhớt gây ra trong nội bộ dòng chảy hoặc giữa dòng chảy và thành ống.
► Sự thay đổi tiết diện dòng chảy hoặc thay đổi hướng chuyển động của dòng chảy một cách đột ngột.
► Sự thay đổi trạng thái của dòng chảy.
Dựa vào nguyên nhân phát sinh, có thể chia tổn thất năng lượng thành hai loại:
Tổn thất dọc đường: sinh ra do sự xuất hiện lực nội ma sát khi có sự chuyển động tương đối giữa các lớp chất lỏng với nhau hoặc ma sát giữa dòng chảy và bề mặt thành ống dẫn nước trên toàn bộ chiều dài dòng chảy.
Tổn thất cục bộ: sinh ra ở những nơi dòng chảy bị thay đổi đột ngột như đường ống mở rộng hoặc thu hẹp đột ngột, ống dẫn bị uốn cong, chuyển hướng đột ngột, ống phân nhánh, nơi có các vật cản như van, khóa …
Mất áp ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống tưới?
Một trong những yếu tố quan trọng nhất để thiết kế một hệ thống tưới hoạt động hiệu quả đó là tính toán tổn thất cột áp.
Với lưu lượng dòng chảy không đổi, khi đường kính ống giảm, vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên. Tuy nhiên khi vận tốc tăng cao sẽ dẫn đến tổn thất cột áp tăng theo.
Một hệ thống cấp nước có tổng tổn thất áp lực quá lớn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc chọn bơm, máy bơm phải có công suất đủ lớn để đảm bảo áp lực yêu cầu tại điểm tưới bất lợi nhất (vị trí xa nhất và có cao độ lớn nhất), đồng thời phải tăng chi phí đầu tư hệ thống đường ống truyền tải (ống dày hơn) do áp lực nước tại vị trí gần bơm là rất lớn.
Sự chênh lệch cột áp quá lớn giữa các điểm tưới trên cùng 1 hệ thống sẽ không đảm bảo được độ đồng đều trên mỗi ca tưới (vị trí gần bơm có áp lực lớn sẽ nhận được nhiều nước và dinh dưỡng hơn).
Biện pháp hạn chế tổn thất áp lực trên đường ống cấp nước
► Giảm vận tốc của dòng chảy bằng cách tăng kích thước đường ống.
► Đặt trạm bơm ở nơi có cao độ lớn nhất để tận dụng được cột nước địa hình. Kết hợp với việc bố trí đường ống tuyền tải sao cho hạn chế tối đa quãng đường vận chuyển nước từ trạm bơm đến điểm bất lợi nhất của hệ thống tưới. Hạn chế các điểm chia nhánh, co hẹp cục bộ và thay đổi đột ngột hướng dòng chảy.
Cách tính tổn thất áp suất đường ống
Khái niệm tổn thất áp suất: Tổn thất áp suất (còn được gọi là tổn hao áp suất, sụt áp, mất áp) trong đường ống được định nghĩa là chênh lệch áp suất tổng giữa hai điểm của một mạng đường ống.
Công thức tính toán tổn hao áp suất của nước trong đường ống dựa trên các chỉ tiêu cho trước: lưu lượng nước đi qua ống trong một khoảng thời gian nhất định (thường là m3/giờ hoặc lít/giây); đường kính trong của ống; chiều dài đường ống; và chất liệu mặt trong của ống.
Thông số 1: Tổng lưu lượng nước chảy qua ống trong một khoảng thời gian thường là m3/giờ hoặc lít/giây
Thông số 2: Đường kính trong của ống (inside diameter – ID) thường sử dụng đơn vị mm.
(Lưu ý: Ở Việt Nam chúng ta thường lấy chỉ số đường kính ống là đường kính ngoài (Outside diameter – OD). Ví dụ khi chúng ta gọi ống 60mm thì được hiểu là đường kính ngoài là 60mm. Chỉ số đường kính ngoài này không được sử dụng trong công thức tính toán. Mà chúng ta phải tính ra đường kính trong.
Cách tính đường kính trong của ống: Lấy đường kính ngoài trừ (-) 2 lần độ dày của thành ống. Ví dụ đường kính ngoài 60mm, độ dày thành ống 3mm, vậy đường kính trong bằng (=) 60mm – 2*3mm = 54mm).
Thông số 3: Chiều dài ống đơn vị mặc định là mét.
Thông số 4: Chất liệu ống. Do độ ma sát của mỗi loại vật liệu là khác nhau, do đó chỉ số mất áp cũng bị thay đổi khi chúng ta thay đổi chất liệu đường ống.
Kết quả trả về: Tổn thất áp suất (Bar, KPa, PSI).
Lưu ý: trong hệ thống tưới có nhiều cỡ ống (ống chính, ống nhánh) và nhiều chỉ số lưu lượng khác nhau chảy qua mỗi đoạn ống, nên cần lưu ý tính tổn hao áp suất trên từng đoạn.
Xem thêm:
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP
Ứng Dụng Lean Trong Ngành Cơ Khí và Sản Xuất Công Nghiệp
