Давление воды самотеком: Как рассчитать давление воды из бака для полива самотеком?

Увеличение напора воды на даче

Многие на даче использую в качестве источника воды собственную водонапорную башню или её аналоги (бочку на крыше, например). И многих не устраивает напор воды, который в результате получается. Сегодня я расскажу, как можно увеличить напор, не прибегая к помощи насосов и не увеличивая высоту башни.

Но для начала скажу несколько слов о ситуации. У меня на даче достаточно давно стоит водонапорная башня с бочкой на верху. Напора от башни вполне хватало не только для душевой и огорода, но и для стиральной машины. Но башня деревянная, строилась как временное решение, и настала пора её убирать, дабы она самопроизвольно не убралась на соседский сарай.

В замен башне я решил поставить резервуар с водой на третий (технический) этаж дома (в скором времени напишу подробнее про эту конструкцию). При этом высота башни была 6 метров, а высота нового расположения бака составила 8 метров. Исходя из этого, предполагалось, что напор будет несколько выше, чем был до этого.

Но каково же было моё удивление, когда при тестовом запуске новой системы я увидел, что напор сильно снизился! Теперь не то, что стиральная машина, нагреватель воды не мог нормально работать! При этом трубы, которыми осуществлялась подводка воды, были аналогичного диаметра (чёрная пластиковая труба 25мм). Никаких особенных перегибов в системе не было. Вариант засорения полностью исключался (на входе стоит фильтр). Воздушные пробки были выгнаны, да и не было им особо место образоваться – трубы шли под почти постоянным уклоном, т.к. бак располагается над санузлом дома.

Достаточно долго я ломал голову над тем, что могло быть причиной, пока не обратил внимание на единственное, не учтённое до этого, отличие водонапорной башни от бака на крыше – это длина труб!

Башня находилась метрах в 20и от дома

В то время как бак располагался прямо на крыше. Соответственно, от башни до дома шла под землёй труба длиной в 20 метров. И тут мне вспомнилось, как перед войной Виктор Шаубергер сплавлял брёвна на лесозаготовках – он использовал не прямую систему желобов, а зигзагообразные желоба с насечками, что приводило к завихрениям и эффекту саморазгона воды, в результате чего, не смотря на более длинный путь, брёвна сплавлялись быстрее, чем по прямой.

И тут мне подумалось, а что, если та самая дополнительная длинная и круглая труба, при том, лежащая в земле не идеально ровно, создавала аналогичный эффект саморазгона воды?

Собственно, проверить это было очень просто – я взял кусок такой же трубы длиной в 20 метров, свернул его кольцами и врезал в отводящую водную магистраль. Место для размещения данного ускорительного кольца нашлось над душевой кабиной, т.е. примерно на 6 метров ниже, чем установлен бак.

Результаты испытаний превзошли все ожидания – напор воды, по сравнению с тем, что было при водонапорной башне, увеличился. Получается, что наличие в системе не прямой длинной трубы без резких изгибов действительно увеличивает скорость тока воды. Хотите верьте, хотите нет, но у меня эта система работает на даче.

Ещё одно интересное наблюдение. Когда я прогонял водяные пробки, то в какой-то момент воздух в системе остался только в разгонном кольце (единственная горизонтальная часть магистрали) и только в виде мелких пузырьков. Так вот, в этот момент началось постоянное увеличение напора воды, в итоге напор был ощутимо больший, чем стал потом, после того, как я выключил и опять включил воду. Я бы сравнил такой напор воды с тем, что течёт из-под крана в Москве. Но получить мне его удалось только в тот момент, пока в системе ещё находились следовые количества воздуха. После полного заполнения водой напор стал стандартным, достаточным для моих нужд, но не запредельным. Вероятно, наличие в разгонном кольце небольших пузырьков воздуха увеличивает эффект, но это интересно только в экспериментальном плане, в быту это, наверное, не применимо.

Ну а для тех, кто не осилил весь текст, подведём краткую квинтэссенцию, как увеличить напор воды. И так, если у вас есть бочка или какой-то иной резервуар, из которого вода идёт самотёком, то для увеличения напора в нижней точке или в непосредственной близости к конечному потребителю (крану, скажем) нужно поставить виток трубы, кольцо, с диаметром около метра, в котором суммарная длина трубы должна быть порядка 20 метров. Основное условие – кольцо должно быть расположено горизонтально и должно ставиться как можно ниже относительно резервуара и, желательно, что бы была возможность его подвигать рукой. В момент прокачки системы от воздуха очень пригодиться его немного наклонить, что бы выбить воздушную пробку.

от чего зависит уровень подъема бака, как рассчитать, на сколько поднять емкость для системы орошения самотеком?

Содержание

  • Зачем поднимать и что будет, если не поднять?
  • От чего зависит уровень подъема бака?
  • Как рассчитать, на сколько поднимать емкость для системы орошения самотеком?
    • Примеры
    • Как проверить правильность расчетов?
  • Последствия недостаточного и избыточного подъема
  • Заключение

Зачем поднимать и что будет, если не поднять?

В первую очередь, это нужно для поддержания необходимого давления в шлангах и капельницах.

Многие начинающие огородники пытаются сэкономить на этом пункте, не желая тратиться с возведением постамента для бочки.

А в итоге получают ряд не глобальных, но досадных сложностей и неприятностей со своими растениями.

В системе капельного полива для подключения к емкости с водой обычно используются эмиттерные или капельные ленты. Вода к ним может поступать даже при минимальном давлении, они все равно будут выполнять свои функции и передавать ее в грунт.

А минимальное давление обеспечено в полной бочке, даже если она стоит на уровне излива. То есть, бочку не обязательно поднимать, чтобы осуществлять полив самотеком. Но в этом случае он будет очень медленным.

Для примера – в промышленных агрохозяйствах в шлангах для полива поддерживается рабочее давление 0,7–1 атм. Продолжительность полива при этом составляет не более 2 часов в сутки, за которые погонный метр ленты успевает подать в грунт до 10 л воды. При этом полноценно орошаются все кусты на грядке, независимо от площади участка.

В частном хозяйстве, если бочка стоит на земле, давление будет не более 0,1-0,2 атм. Это означает, что интенсивность и скорость поступления воды в капельницы будет в разы ниже, за счет этого продолжительность полива увеличится в 10-15 раз.

Фактически вода будет поступать понемногу в грунт круглосуточно. Это с одной стороны хорошо – хозяева могут спокойно заниматься своими делами, отлучаться, пересыхание растениям не грозит.

Но с другой стороны, постоянная влажность приводит к ряду негативных последствий:

  1. Зацветание почвы вокруг капельницы и корневища куста растения.
  2. Выпадение осадка из воды в шлангах и капельницах, что приводит к их быстрому износу и засорению фильтров.
  3. Размножение вредных микроорганизмов и образование плесени внутри системы из-за постоянной влажности (по некоторым данным).

Вот почему, если используется система с внешними капельницами с самотеком, рекомендуется поднимать емкость с водой хотя бы немного. Даже высота в 50-60 см существенно ускорит скорость полива и поможет избежать нежелательных побочных эффектов.

Не обязательно специально покупать подставку под бочку или строительные материалы для ее возведения. Для постамента можно использовать:

  • старые ящики,
  • поддоны,
  • разнообразный дачный инвентарь из дерева, металла или кирпича,
  • даже просто земляную насыпь.

На какую высоту производить установку бочки для капельного полива, подскажет видео:

От чего зависит уровень подъема бака?

Высота подъема зависит от протяженности магистрального шланга и всей системы в целом. Чем длиннее система, тем выше стоит поднимать бочку. В противном случае дальние кусты на грядке будут оставаться сухими.

Для небольшого участка достаточно поднять емкость на высоту 50-60 см. Но тогда нужно постоянно следить за уровнем воды. Как только он опустится ниже половины бочки, давление начнет снижаться, отдаленные капельницы могут не получать воду.

Оптимальной высотой считается 1,5-2 м для бочки объемом 200-250 л. Или же на бочке нужно устанавливать уровень, чтобы она автоматически наполнялась водой, как только вода опустится ниже него.

Второй немаловажный фактор – рельеф участка. Если участок сам по себе наклонный, то система полива на самотеке может отлично работать при минимальном подъеме емкости с водой.

Фильтр и качество воды тоже косвенно могут повлиять на скорость полива. Сильно загрязненная вода и забитый фильтр теоретически могут замедлять процесс полива. И последнее, что нужно учитывать – диаметр магистрального шланга и тонких трубок.

О фильтрах для капельного полива читайте здесь, о дисковой разновидности — тут.

Как рассчитать, на сколько поднимать емкость для системы орошения самотеком?

Расчет высоты бочки с водой для капельного полива проводится всегда индивидуально. Однако есть общие правила расчета, которые рекомендуется учитывать независимо от вида системы и капельниц, объема бочки и размеров участка:

  1. Давление воды будет увеличиваться пропорционально увеличению высоты бочки над уровнем излива.

    Например, при высоте 50 см для 200-250-литровой бочки давление составит 0,5 атм. А при высоте 1-1,5 м будет достигать уже 0,7-1 атм.

  2. Давление будет меняться в обратной пропорциональности по мере удаленности капельниц от емкости с водой. Чем дальше форсунки, тем ниже будет скорость полива и реже частота капель.
  3. Учитывать нужно тип системы – на упаковке производитель обычно указывает рекомендованное рабочее давление для данного приспособления.

Примеры

Разберем расчет высоты для бочки на примере емкости объемом 250 л, с помощью которой будут орошаться 30 кустов. Для системы капельного полива с ленточными капельницами рекомендовано производителем давление от 0,2 до 0,5 бар.

В бочке, высотой 1,2 м и объемом 250 л, и так создается давление 0,12 бар, так как 1 атмосфера – это 10 м воды, а у нас высота 1,2 м. Получается, система будет работать, но медленно и неравномерно.

А когда вода опустится до мертвого уровня, капли будут «висеть» и практически не доходить до отдаленных кустов. Таким образом, для поддержания минимального давления бочку нужно поднять на высоту хотя бы 70-80 см, тогда вода даже при полном опустошении бочки не будет спускаться до критичного уровня.

В идеале бочку объемом 250 л поднять на 1-1,5 м. Чем выше поднимать бочку, тем выше будет давление, с каждыми 50 см оно увеличится примерно на 0,5 атм. То есть, если поднять бочку на 1 м, к исходным 0,1 атм прибавиться еще 1 атм. Если на 2 м – это будет уже +2 атм.

Примерно так и проводится расчет оптимальной высоты. Но все расчеты все равно нужно тестировать на практике, как говорилось выше, каждый случай индивидуален ввиду различий в рельефе участка, типе системы, составе воды.

Также для расчета можно использовать формулу Паскаля, где 1 атм – это 100 кПа. Тогда формула для расчета будет выглядеть так: Р=qgh.

Р=1000 кг/м3*10 м/с2*1 м = 10000 Па. 0,1 атм – давление в пустой бочке на высоте в 1 м. Если заполненная бочка имеет высоту 0,9 м, на земле давление составит 0,8 атм. Соответственно, при повышении высоты на 1 м оно будет уже 1,8 атм.

Учитывают при расчетах, что часть давления возьмут на себя штуцер и кран, соединяющий шланг.

Как проверить правильность расчетов?

Правильность расчета можно проверить только на практике. На что нужно обратить внимание:

  • степень увлажнения грунта вокруг отдаленных кустов;
  • скорость расхода воды;
  • наличие подтеканий в системе.

Давление в системе всегда можно отрегулировать с помощью кранов и высоты бочки. Стоит поднять ее чуть выше, если увлажнение почвы недостаточное, и обязательно проверить фильтры и капельницы на засорение.

Последствия недостаточного и избыточного подъема

При низком давлении отдаленные капельницы не получат нужное количество воды, и скорость полива будет очень медленной. При слишком высоком давлении система начнет подтекать, а достаточное увлажнение получат все равно не все кусты. Ближние к емкости будут страдать от залива, а дальние – от пересыхания.

Заключение

Итак, для оптимального полива всего участка с помощью капельной системы необходимо установить бочку с водой на подставку из дерева или металла высотой 1-2 м. Высота зависит от протяженности системы, рельефа участка и вида системы.

Оптимальную высоту можно рассчитать с помощью простой инструкции, а затем корректировать подачу воды с помощью крана и таймера.

А какова Ваша оценка данной статье?

Загрузка…

Ощущение давления… Давление воды, которое равно

by Rajiv Hemanth

Водопроводы в вашем доме питаются самотеком (т.е. подключены к верхнему резервуару для воды без каких-либо напорных насосов)? Если это так, обратите внимание на скорость и количество воды, вытекающей из кранов при полном баке. Затем обратите внимание еще раз, когда бак почти опустеет. Вы заметите, что между двумя наблюдениями есть резкое различие. Когда бак полный, вода хлещет под гораздо более высоким давлением, чем когда он почти пустой.

Представьте это

Теперь рассмотрим другой сценарий. Представьте себе два резервуара с нижними выпускными клапанами, расположенными на уровне земли. Один бак вмещает 1000 галлонов и имеет высоту 3 метра. Другой резервуар имеет емкость 2000 галлонов и имеет высоту 2 метра. Резервуар большей емкости имеет больший диаметр, чтобы компенсировать дефицит высоты.

Теперь откройте нижние клапаны обоих резервуаров, пока они не откроются полностью. Какой резервуар будет выпускать воду в самую дальнюю точку? На первый взгляд может показаться, что бак с большей вместимостью — правильный ответ. Тем не менее, более высокий резервуар является правильным выбором.

 

Иллюстрация: давление увеличивается пропорционально глубине

Здесь работает наука о том, что давление жидкости прямо пропорционально высоте/глубине (при рассмотрении ниже уровня земли), а не объему жидкости. бак. Хотя давление будет варьироваться на разных уровнях в резервуаре, оно будет оказывать одинаковое давление во всех направлениях для определенной высоты резервуара.

Давайте разберемся с физикой

Итак, как нам рассчитать давление, оказываемое жидкостью, такой как вода, в резервуаре для хранения?

Физика учит нас, что давление вызывается силой, действующей на площадь. В случае воды, хранящейся в баке, давлением на его дно является вес, действующий на единицу площади поверхности, на которой находится бак. Чтобы перевести это в уравнение:

Давление = вес/площадь, а вес = масса (м) * ускорение свободного падения (г). Это означает, что давление = м * г / площадь.

Теперь массу можно представить как произведение плотности и объема. Давление = плотность * объем * г/площадь. Это означает, что объем – это не что иное, как произведение площади поверхности и высоты.

Давление  = Плотность * Площадь * Высота * г/ Площадь

Площадь сокращается в числителе и знаменателе, что приводит к следующему уравнению:

Давление = Плотность*Высота*г

Тест

Имея приведенную выше информацию сейчас свежие мысли, посмотрите, сможете ли вы найти ответ в следующем сценарии. Вычислите давление воды в баке высотой 2 м. Предположим, бак заполнен до краев.

Плотность воды = 1000 кг/м3

Ускорение свободного падения = 9,8 м/с2

Давление = 1000 кг/м3 * 9,8 м/с2 * 2 м

Давление = 19600 кг/м/с2

Давление = 19600 Н/м2 {Поскольку N = кг* м/сек2}

Ссылки

  • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pflu.html
  • http://physics.stackexchange.com/questions/116854/расчет-давления-воды-для-объема-воды-на-данной-высоте
  • http://www.engineeringtoolbox.com/hydrostatic-pressure-water-d_1632.html

Рубрики: Резервуары для воды

О Радживе Хеманте

Раджив Хемант — консультант по вопросам устойчивого водоснабжения с опытом работы в системах сбора дождевой воды и рециркуляции сточных вод. Большая часть его работы сосредоточена в Бангалоре, Индия, где обязательные системы сбора дождевой воды и рост населения определяют будущее устойчивости водных ресурсов. Раджив знакомит читателей из США с практическими применениями воды.

Руководство по самотечным системам водоснабжения

Если электричество является проблемой, гравитация может быть вашим лучшим выбором для надежного водоснабжения.

Задолго до появления сложных электрических насосных систем для сельской местности существовала гравитация.

И сегодня во многих частях Новой Зеландии, где доступ к электроэнергии неэкономичен или невозможен, системы подачи воды самотеком все еще используются для подачи воды в желоба и дома.

Это тоже звучит как простая теория – вода всегда естественным образом течет вниз по склону, поэтому, пока ваш резервуар с водой находится выше ваших желобов, гравитация обеспечит доставку воды.

Однако все несколько сложнее, особенно если вам нужна доставка воды на расстояние.

Для систем с самотечной подачей воды требуется следующее:
• водозаборник, защищенный от мусора и погруженный в воду в достаточной степени, чтобы исключить попадание воздуха в трубопровод
• диаметр трубы надлежащего размера с учетом длины трубопровода, перепада высот ( энергия, доступная для перемещения воды), и требуемый расход воды
• тщательное размещение трубопровода с достаточным уклоном на первых 30 м, чтобы исключить попадание воздуха в трубу (это может включать в себя установку воздухоотводных клапанов).
Здесь все становится сложнее. Когда вода движется по трубе, гидродинамика начинает влиять на нее, вызывая трение (или потерю энергии). Это будет напрямую связано с размером используемой трубы и типом фитингов.

Трубопроводы
Если у вас есть один холм, по которому спускается ваша труба, и это довольно однородная местность, вы можете обойтись трубами одного размера.

Если ваша местность имеет разные уклоны или если труба должна идти вниз по холму, а затем вверх по небольшому холму, прежде чем направиться вниз к вашей системе желобов, вам нужно будет изменить размер трубы, чтобы положительно повлиять на поток воды. Добавляя трубы меньшего размера, вы можете увеличить скорость воды, позволяя ей двигаться вверх по этому небольшому холму.

Чтобы обеспечить эффективный поток воды в корытах, вам потребуется провести некоторые тщательные расчеты, чтобы все работало правильно. Если вы этого не сделаете, воздух может забить трубу или у вас может быть потеря энергии, что означает, что не будет достаточного давления, чтобы вытолкнуть воду из трубы на другом конце, то есть в ваш корыто.

Трение
Когда вы начинаете добавлять трубы разного размера, чтобы повлиять на скорость воды, у вас начинаются проблемы с трением. Это может иметь большое влияние на давление воды, если вы просчитались.

«Для данного размера трубы, чем больше поток, тем больше скорость воды, тем больше потери энергии на трение. Потери на трение нелинейны – удвоение потока может увеличить потери на трение до четырех раз. Эта потеря энергии не может быть восстановлена».
Понимание гравитационного потока Информационный бюллетень, Министерство сельского хозяйства и земель, Британская Колумбия

Опять же, выбор правильного размера трубы в различных точках вашей системы с гравитационной подачей будет влиять на скорость воды и величину трения, которые в очередь, если все сделано правильно, улучшит конечное давление.

На этом этапе вам может понадобиться профессиональная помощь, поскольку с математической точки зрения это может быть довольно сложно. Если вы действительно заинтересованы, вы можете найти веб-сайты, которые помогут вам решить эту проблему. Мы сочли полезным этот справочник Министерства сельского хозяйства и земель Британской Колумбии. Если вы зайдете на сайт www.agf.gov.bc.ca и введете в поиск слова «гравитационный поток», вы найдете больше руководств по этой теме.

СОВЕТЫ
• Если у вас есть самотечная система полива, вам, возможно, придется время от времени прочищать трубы, чтобы удалить отложения, такие как железо. Использование сжатого воздуха для продувки труб является хорошим способом сделать это, хотя вы должны быть осторожны, чтобы не разнести фитинги, используя слишком высокое давление в фунтах на квадратный дюйм.
• Чтобы измерить давление в водопроводной трубе, вам нужно знать перепад высот, чтобы вычислить PSI (фунты на квадратный дюйм). Каждые 2,31 фута перепада высот = 1 psi напора.

Почему резервуары для воды круглые?
Вы когда-нибудь задумывались, почему большинство резервуаров для воды круглые? Резервуар с круглыми стенками по своей природе прочнее, чем резервуар с плоскими стенками, поскольку давление равномерно распределяется по площади поверхности.