Jak przeliczyć przepływ dyszy natryskowej przy innym ciśnieniu

W katalogu przepływ dyszy podany jest przy jednym ciśnieniu odniesienia. Dla większości dysz płaskostrumieniowych, pełnostożkowych i spiralnych B4S i EUSPRAY jest to 3 bar, dla dysz mgłowych HCF i MX – zwykle 10 bar, dla dysz wysokociśnieniowych MEG i MEGS – 100 bar. Instalacja rzadko pracuje dokładnie przy tej wartości, dlatego przepływ trzeba przeliczyć na rzeczywiste ciśnienie przed dyszą.

Służy do tego prosty wzór, który wynika z fizyki wypływu cieczy przez otwór. Pokazujemy, jak go stosować, podajemy gotową tabelę dla trzech dysz B4S i opisujemy sytuacje, w których sam wzór nie wystarcza.

Skąd bierze się pierwiastek z ciśnienia

Ciśnienie przed dyszą zamienia się w otworze na prędkość wypływu. Prędkość rośnie z pierwiastkiem z różnicy ciśnień, a przepływ to prędkość pomnożona przez przekrój otworu. Przekrój danej dyszy jest stały, więc przepływ zmienia się proporcjonalnie do pierwiastka z ciśnienia:

Q₂ = Q₁ × √(P₂ / P₁)

Q₁ to przepływ katalogowy przy ciśnieniu P₁, a Q₂ – przepływ przy nowym ciśnieniu P₂. Oba ciśnienia muszą być w tych samych jednostkach, a wynik wychodzi w jednostce, w której podano Q₁ (l/⁠min, l/⁠h lub m³/h). Do wzoru wstawia się nadciśnienie przed dyszą, czyli wskazanie manometru. Przy natrysku do zbiornika pod ciśnieniem liczy się różnica między ciśnieniem przed dyszą a ciśnieniem w zbiorniku.

Z tej zależności wynikają dwie praktyczne reguły:

• aby podwoić przepływ, ciśnienie trzeba zwiększyć mniej więcej czterokrotnie;
• wzrost przepływu o 10% wymaga wzrostu ciśnienia o ok. 21%.

Podnoszenie ciśnienia jest więc dobrym sposobem na korektę przepływu o kilkanaście procent, ale nie na jego podwojenie. W takim przypadku dobiera się dyszę o większym otworze.

Przeliczenie krok po kroku

Przykład: dysza płaskostrumieniowa B4S 1/4 PSU 1065.3 ma kąt 65° i przepływ 3,9 l/⁠min przy 3 bar. Instalacja pracuje przy 5 bar.

1. Stosunek ciśnień: 5 / 3 = 1,667.
2. Pierwiastek: √1,667 = 1,291.
3. Przepływ: 3,9 × 1,291 = 5,03 l/⁠min.

Ten sam wynik daje kalkulator przepływu na naszej stronie. Dla kolektora z 20 takimi dyszami pompa musi więc dostarczyć nie 78 l/⁠min, jak wynikałoby z tabeli, ale ok. 101 l/⁠min – o 23 l/⁠min więcej. Jeśli pompa nie ma takiego zapasu, ciśnienie na kolektorze samo spadnie, a dysze dadzą mniej, niż zakładano.

Tabela przepływów od 1 do 10 bar

Poniżej przeliczenie dla trzech dysz B4S o różnych kształtach strumienia. Wartości przy 3 bar to dane katalogowe, pozostałe policzono ze wzoru i zaokrąglono.

Współczynnik w drugiej kolumnie działa dla każdej dyszy z przepływem podanym przy 3 bar: wystarczy pomnożyć przez niego wartość katalogową. Dla dyszy B4S 1/4 PSU 2040.3 (7,8 l/⁠min przy 3 bar) przy 5 bar wychodzi 7,8 × 1,291 = 10,07 l/⁠min.

Tabela pokazuje matematykę, a nie zalecany zakres pracy. To, czy konkretny model nadaje się do pracy przy 1 albo przy 10 bar, sprawdza się osobno – o ograniczeniach piszemy niżej.

Przeliczenie odwrotne – jakie ciśnienie da wymagany przepływ

Często pytanie brzmi odwrotnie: proces wymaga określonego przepływu i trzeba wiedzieć, jakie ciśnienie ustawić albo którą dyszę wybrać. Wzór po przekształceniu:

P₂ = P₁ × (Q₂ / Q₁)²

Przykład: z jednej dyszy płaskostrumieniowej 65° potrzeba 5 l/⁠min.

• B4S 1/4 PSU 1065.3 (3,9 l/⁠min przy 3 bar): P₂ = 3 × (5 / 3,9)² = 3 × 1,644 = 4,9 bar.
• B4S 1/4 PSU 1365.3 (5,1 l/⁠min przy 3 bar): P₂ = 3 × (5 / 5,1)² = 3 × 0,961 = 2,9 bar.

Obie dysze dadzą 5 l/⁠min, ale pierwsza wymaga pompy z zapasem ciśnienia, a druga pracuje blisko ciśnienia katalogowego. Przy wyższym ciśnieniu strumień jest drobniejszy i mocniej uderza, przy niższym pompa zużywa mniej energii, a otwór dyszy wolniej się wyciera. Wybór zależy od tego, co jest ważniejsze w procesie.

Co jeszcze zmienia się razem z ciśnieniem

Przepływ to nie jedyny parametr, który rośnie przy wyższym ciśnieniu. Przy doborze trzeba pamiętać o trzech kolejnych zależnościach:

• Siła uderzenia strumienia to iloczyn masy cieczy i jej prędkości. Obie wielkości rosną z pierwiastkiem z ciśnienia, więc siła całego strumienia rośnie w przybliżeniu proporcjonalnie do ciśnienia. Przejście z 3 na 5 bar zwiększa przepływ o 29%, ale siłę uderzenia o ok. 67%.
• Moc hydrauliczna, czyli iloczyn przepływu i ciśnienia, rośnie z ciśnieniem w potędze 1,5. Przy tej samej zmianie z 3 na 5 bar pompa musi przekazać cieczy ok. 2,15 razy więcej mocy.
• Wielkość kropli maleje przy wyższym ciśnieniu, a rośnie przy niższym. Przy chłodzeniu i odpylaniu to zaleta, przy natrysku na wietrze lub w pobliżu wentylacji – kłopot, bo drobna kropla łatwiej znosi się poza strefę.

Z tego powodu przy myciu podnosi się zwykle ciśnienie, a przy nanoszeniu i zraszaniu dużych powierzchni częściej zmienia się rozmiar dyszy.

Ciecze inne niż woda – gęstość i lepkość

Tabele przepływów sporządza się dla wody. Przy innych cieczach w pierwszej kolejności uwzględnia się gęstość. Przepływ objętościowy zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do pierwiastka z gęstości względnej ρ, czyli gęstości cieczy odniesionej do gęstości wody:

Q(ciecz) = Q(woda) × √(1 / ρ)

Dla roztworu o gęstości 1,2 kg/⁠dm³ współczynnik wynosi √(1 / 1,2) = 0,913. Dysza B4S 1/4 FCA 13 90.3, która przy 3 bar daje 10 l/⁠min wody, poda ok. 9,1 l/⁠min roztworu. W przeliczeniu na masę to ok. 11 kg/⁠min, bo każdy litr jest cięższy. Przy dozowaniu chemii ma to znaczenie, przy zraszaniu wodą z niewielkim dodatkiem środka – zwykle nie.

Lepkość trudniej ująć jednym wzorem. W zarysie:

• przy cieczach o lepkości wyraźnie większej niż woda (oleje, syropy, roztwory polimerów) kąt natrysku się zawęża, a strumień rozpada się na większe krople;
• przy małych otworach przepływ może odbiegać od wyliczonego w obie strony – zależy to od konstrukcji dyszy;
• do cieczy lepkich i cienkich warstw często lepiej nadają się dysze dwuczynnikowe, w których rozpylanie wspomaga sprężone powietrze.

Dla lepkich mediów przepływ sprawdza się w tabeli producenta lub próbą na stanowisku, a nie wzorem dla wody.

Ciśnienie przy dyszy to nie ciśnienie przy pompie

Wzór działa dla ciśnienia bezpośrednio przed dyszą. Między pompą a dyszą ciśnienie spada na przewodach, kolanach, zaworach, filtrach i w samym kolektorze. Im dłuższa linia i większy przepływ, tym większa różnica.

Przykład: manometr przy pompie pokazuje 4 bar, a na końcu długiego kolektora jest już tylko 3,2 bar. Dysza B4S 1/4 PSU 1065.3 na początku linii daje 4,5 l/⁠min, na końcu – 4,0 l/⁠min, czyli o ok. 11% mniej. Przy myciu taśmy taka różnica bywa widoczna jako słabiej domyty pas.

Praktyczne wnioski:

• manometr montuje się jak najbliżej dysz, najlepiej na kolektorze;
• długie kolektory zasila się ze środka lub z obu końców;
• przewody dobiera się z takim przekrojem, by spadek ciśnienia był mały w porównaniu z ciśnieniem roboczym;
• filtr przed dyszami trzeba regularnie czyścić – zapchany wkład zabiera ciśnienie, którego potem brakuje dyszom.

Minimalne ciśnienie i pełny kąt natrysku

Przy niskim ciśnieniu wzór nadal poprawnie liczy przepływ, ale strumień traci swoje cechy. Kąt natrysku podany w katalogu dotyczy ciśnienia odniesienia. Gdy ciśnienie spada:

• wachlarz dyszy płaskostrumieniowej się zawęża, a zamiast drobnych kropel na krawędziach pojawiają się grubsze strugi;
• pełny stożek przestaje być wypełniony równomiernie;
• dysze mgłowe przestają dawać mgłę – kropla rośnie, a woda zaczyna kapać.

Dlatego nie przeliczamy dysz „w dół” do ok. 1 bar i niżej bez sprawdzenia w karcie katalogowej, jaki kąt i rozkład dają przy takim ciśnieniu. Jeśli instalacja ma mało ciśnienia, lepiej dobrać dyszę o mniejszym otworze albo zmniejszyć liczbę dysz na kolektorze.

W drugą stronę również są granice. Wyższe ciśnienie szybciej wyciera otwór, zwiększa zużycie wody i energii, a dysze z tworzyw mają niższe ciśnienie dopuszczalne niż metalowe.

Gdzie sam wzór nie wystarcza

• Dysze z wkładką zawirowującą. W części dysz pełnostożkowych przepływ rośnie z ciśnieniem nieco wolniej niż z pierwiastkiem. Przy zmianie o kilka bar różnica jest niewielka, przy dużych zmianach sprawdzamy tabelę producenta.
• Dysze dwuczynnikowe. Przepływ cieczy zależy od ciśnienia zarówno cieczy, jak i powietrza, dlatego korzysta się z tabel dla konkretnej pary ciśnień.
• Dysze zużyte. Wytarty otwór przepuszcza więcej cieczy, niż wynika z tabeli. Jeśli przy znanym ciśnieniu zmierzony przepływ jest wyraźnie wyższy od katalogowego, dysza nadaje się do wymiany.
• Inne ciśnienie odniesienia. Większość dysz mgłowych B4S HCF ma przepływ podany przy 10 bar, np. B4S 1/4 HCF2.3 – 14,2 l/⁠h. Przy 15 bar da ona 14,2 × √(15 / 10) = 17,4 l/⁠h. Przy każdym przeliczeniu trzeba wziąć ciśnienie, przy którym podano wartość katalogową, a nie domyślne 3 bar.

Jak B4S pomaga

W ofercie podajemy przepływ każdej proponowanej dyszy przy ciśnieniu, które Państwo podali, a nie tylko wartość katalogową. Jeśli z obliczeń wynika, że pompa nie da rady albo kolektor ma za duże straty, mówimy o tym przed zamówieniem i proponujemy inny rozmiar dyszy lub inny układ. Na zapytanie przesyłamy tabelę przepływów konkretnego modelu.