Mechanika kapalin

1. Mechanika kapalin Kurz S 40

2. Voda – nejpoužívanější hasební prostředek, jako hasební látka se používá buď bez přísad jako chemický jedinec, nebo ve směsi s různými chemikáliemi, které její hasební vlastnosti zlepšují. • Fyzikální vlastnosti vody – • bezbarvá tekutina, bez chuti a zápachu (čistá)

3. při tuhnutí kapaliny se zvětšuje objem o 1/10, to je příčinou roztržení armatur, hadic a stěn nádob. • 100 °C je definovaná bodem, kdy dochází k varu za normálního tlaku, dochází ke změně objemu – zvětšení 1 700 x (z 1 litru vody vznikne 1 700 l páry). • Měrná hmotnost je největší při 4°C – 1 kg/l

4. Nad a pod teplotu 4 °C je měrná hmotnost vody menší tzv. anomálie vody. Tato vlastnost má vliv i na požární techniku. Použití vody v hasební technice Klady • Vysoký chladící efekt • Dostupná cena a je všude

5. Relativně jednoduchá dopravitelnost • Chemická neutralita a nejedovatost • Možnost využití její mechanické energie ke stržení požárních mostů, konstrukcí, uvolnění otvorů,k rozbití střech, komínů apod. Negativa • Při nízkých teplotách tuhne a mění svůj objem • Vodou nelze hasit hořlavé kapaliny s teplotou varu pod 80 °C, protože chladící efekt je neúčinný

6. Škody způsobené vodou na budovách, zařízení a skladovaných materiálech, zejména v prostorách požárem ještě nezasažené mohou být neúměrně vysoké • U požáru prašných produktů je vody bez smáčedla málo účinná • Požáry elektrických zařízení pod napětím – nebezpečí úrazu

7. Hadicová ztráta • V hadicovém vedení a v ostatních armatůrách vzniká tzv. hadicová ztráta. Udává se v jednotkách m.v.s. (metr vodního sloupce) • 10 m.v.s. 1 atm. 0,1 Mpa • Druhy ztrát – na proudnici (40 m.v.s.) na rozdělovači (7,5 m.v.s.) převýšení (1 m 1 m.v.s.) v hadicích (dle průtoku, řádově od 4 – 16 m.v.s. m.v.s. na 100 m vedení)

8. Proudění kapalin • Proudění kapalin je takový pohyb tekutin, kdy u částic kapalin převažuje pohyb v jednom směru (vody v potrubí) • Pokud je rychlost „v“ proudění stálá, jedná se o „ustálené“ proudění (nejjednodušší, každým průžezem kapaliny protéká stejný objem) • Tzv. objemový průtok Qv = S x v (obsahový průřez x rychlost kapaliny

9. Rovnice kontinuity • Ideální kapalina je nestlačitelná, proto se na žádném místě nemůže hromadit, proto je objemový průtok v každém průřezu stejný Qvje konstantní. • Místo, kde se zmenší (zúží) průřez trubice dojde ke zvýšení rychlosti proudění.

10. S1 x v1 = S2 x v2 rovnice kontinuity • Qv1 = Qv2

11. Při proudění kapalin potrubím dochází ke tření a rychlost pohybu částic není konstantní. • Při vysokých rychlostech proudění vznikají víry – tzv. turbulentní proudění.

12. Tlakové rázy • Prudká změna průtoku způsobí prudkou změnu tlaku hydraulický ráz • Vznik – rychlá manipulace s uzávěry - rozběh čerpadla, vypnutí čerpadla • Projevy – tlaková změna se šíří od místa vzniku rychlostí zvuku - možné poškození potrubí, armatur, čerpadla, savic apod.

13. Kavitace • Tvorba vzduchových dutin v proudící kapalině • účinky na materiál se nazývají „kavitačním napadením“ nebo „rozrušením“; • Vznik: při snížení tlaku v kapalině až na tzv. „tlak nasycených par“ (odpovídající dané teplotě kapaliny) dochází k odpařování kapaliny za vzniku malých bublinek vyplněných vodní parou;

14. do dutiny pak vniká okolní kapalina velkou rychlostí a po zaplnění dutiny dochází k velkému rázu, pokud k tomuto rázu dojde na povrchu pevného materiálu nebo v jeho bezprostřední blízkosti, dochází při dlouhodobém působení k mechanickému rozrušení tohoto materiálu;

15. Kavitace v odstředivých čerpadlech Následky • mechanické rozrušení oběžného kola, difuzoru, • snížení dopravní výšky; • snížení průtoku; • snížení celkové účinnosti; • zvyšování hluku; • zvyšování vibrací;

16. Vliv teploty vody na sací výšce • s rostoucí teplotou kapaliny roste tlak nasycených par, • s rostoucím tlakem nasycených par klesá sací schopnost čerpadla (sací výška) – pouze u sladké vody (u mořské vody tato závislost na teplotě kapaliny neplatí); • v mezním případě, kdy se nasává kapalina při teplotě varu, je sací výška záporná (čerpadlo musí být umístěny pod úrovní sací nádrže, tzn. čerpadlo má nátokovou výšku).

17. Ochrana proti kavitaci • dodržení „dovolené geodetické sací výšky“ v závislosti na: • - atmosférickém tlaku (funkce nadmořské výšky, …); • - teplotě čerpané kapaliny; • - tlaku nasycených par; • - měrné hmotnosti (hustotě) čerpané kapaliny; • Čím menší je tlak nasycených par a hustota kapaliny, tím větší je sací výška! • ◙ utváření „sacího vedení“ tak, aby bylo co možná nejkratší a mělo co nejmenší ztráty ve vedení; • Konečné ztráty v sacím vedení zmenšují geodetickou sací výšku! • ◙ dodržení doporučených průtoků a otáček čerpadlem.

18. Sací výška • Hj = 3 metry při jmenovitém tlaku 0,8 Mpa • Při sací výšce 7,5 m a tlaku 0,8 Mpa klesne výkon čerpadla na jeho polovinu. Proto bereme jako maximální sací výšku hsmax= 7,5 m • Sací výška je závislá na teplotě vody – čím větší teplota, tím menší sací výška. • Dále na nadmořské výšce - pokud stoupne NV o 100 mmaximální sací výška se zmenší o 0,1 m.

19. Dálková doprava vody • Kyvadlová • Ze stroje do stroje • Pomocí pomocných nádrží

20. Kyvadlová doprava • S použitím více CAS NCAS = (t1 + t2 + t3 / t4 ) + 2-3 t1 - čas naplnění cisterny v min. t4 - čas vyprázdnění v min. t2 – doba jízdy k zásahu v min. t3 – doba jízdy nazpět v min.

21. t1 = [objem nádrže (l) / výkon čerpadla (l/min)] x 60 • t2= (vzdálenost v km / rychlost v km/h ) x 60 • t3 = [vzdálenost v km / rychlost v km/h] x 60 • t4 = V objem nádrže / Qpr výkon nasazených proudů

22. Vzorový příklad • Kolik budeme potřebovat CAS na kyvadlovou dopravu když: • t1 = 4 min. • t2 = 22 min. • t3 = 22 min. • t4 = 3 500 l / 400 l/min. = 8,8 min. NCAS = [(4 + 22 + 22) / 8,8 ] + 2 CAS • N Cas = 8 CAS

23. Příklad k výpočtu • Zadání: • Kolik budeme potřebovat CAS na kyvadlovou dopravu když: • t1 = 4 min. • t2 = 10 min. • t3 = 8min. • t4 = CAS 32 T 815, potřebný výkon na proudech 800 l/min

24. Řešení • t4 = 8 200 l / 800 l/min. = 10,25 min. • NCAS = [(4 + 10 + 8) / 10,25 ] + 2 CAS • NCAS = 2,2+ 2 CAS = 4,2 CAS = 4CAS

25. Příklad k výpočtu • Zadání: • Kolik budeme potřebovat CAS na kyvadlovou dopravu když: • t1 = 3 min. • t2 = 10 min. • t3 = 8 min. • t4 = V (3 500 l), potřebný výkon na proudech 800 l/min

26. Řešení • t4 = 3 500 l / 800 l/min. = 4,375 min. • NCAS = [(3 + 10 + 8) / 4,375 ] + 2 CAS • NCAS = 4,8 + 2 CAS = 6,8 CAS = 7 CAS

27. Dálková doprava ze stroje do stroje • Zde platí pravidlo, že na vstupu do stroje musíme mít minimálně tlak 0,15 Mpa. • Využitelný tlak je 0,65 MPa • Platí ztráty ve vedení (proudnice – min. 0,4 Mpa, rozdělovač 0,075 Mpa, hadice, převýšení).

28. Měrné hadicové ztráty pro izolované hadice „B“

29. Vzorový příklad • Zadání: vypočítejte potřebný počet strojů když: • Q = 600 l/min • L = 1 100 m • Z = 70 m • Při použití izolovaných hadic „B“

30. Řešení • Ns = součet ztrát / 65 • Ns = proudnice (40 m.v.s.), rozdělovač (7,5 m.v.s.), převýšení (70 m.v.s.), ztráta v hadicích 8 x 11 (88 m.v.s.) • Ns= 40 + 7,5 + 70 + 88 = 205,5 m.v.s. • Ns = 205,5 / 65 = 3,1 = 3 stroje • Budeme potřebovat celkem 3 stroje.

31. Příklad k výpopočtu • Zadání: potřebné množství vody na proudech je 400 l/min, vzdálenost na dodávku vody 1 500 m, převýšení je 20 m, při použití izolovaných hadic „B“. Kolik budeme potřebovat strojů na dodávku vody.

32. Řešení • Ns = součet ztrát / 65 • Ns= 40+7,5+20+60 / 65 • Ns = 127,5/ 65 = 1,9 = 2 stroje

33. Vzorový příklad • Zadání: doprava vody při převýšení 17 m, potřebné množství dopravované vody je 800 l/min. jaká bude vzdálenost mezi dvěma stroji. • Řešení: L= [65 – 17/hz ] x 100 L = [65 – 17/16 ] x 100 L = 300 m

34. Příklad k výpočtu • Zadání: doprava vody při převýšení 30 m, potřebné množství dopravované vody je 1200 l/min. Jaká bude vzdálenost mezi dvěma stroji. Pozor je nutné rozdělit hadicové vedení na dvě tzn. 2 x 600 l/min.

35. Řešení L= [65 – 30/hz] x 100 L = [65 – 30/8 ] x 100 L = 440 m

36. Vzorový příklad • Zadání: Q= 600 l/min, celkem máme 3 stroje • Jaké musí být výstupní „p“ na strojích ?? 200 m 400 m10 m 24 m 300 m 32 m p3=? p2=? p1=?

37. Řešení • p1, p2, p3 = ???? • p1 = součet ztrát za prvním strojem • p2= součet ztrát za druhým strojem • p3= součet ztrát za třetím strojem p1= 24+32+15 (24- ztráta v hadicích, 32 – ztráta na převýšení, 15 – minimální tlak při vstupu do stroje) = 71 m.v.s. = 0,71 Mpa

38. p2 = 32+24+15 = 71 m.v.s. = 0,71 Mpa p3 = 16 (vedení) + 10 (převýšení) + 40 (tlak na proudnici) = 66 m.v.s. = 0,66 Mpa

39. Příklad k výpočtu • Zadání: Q= 800 l/min, celkem máme 3 stroje • Jaké musí být výstupní „p“ na strojích ?? 300 m 200 m20 m 30m 400 m 40 m p3=? p2=? p1=?

40. Řešení • p1, p2, p3 = ???? • p1 = součet ztrát za prvním strojem • p2 = součet ztrát za druhým strojem • p3 = součet ztrát za třetím strojem p1 = 64+40+15 (64- ztráta v hadicích, 40 – ztráta na převýšení, 15 – minimální tlak při vstupu do stroje) = 119 m.v.s. = 1,2 Mpa

41. p2 = 32+30+15 = 77 m.v.s. = 0,77 Mpa p3 = 48 (vedení) + 20 (převýšení) + 40 (tlak na proudnici) = 108 m.v.s. = 1,1 Mpa