Boru çapı hesabı nedir ve çapı hangi büyüklükler belirler?
Boru çapı hesabı, verilen bir su debisini kabul edilebilir bir hızla taşıyacak boru iç çapını bulma işlemidir. Isıtma, soğutma, sıhhi tesisat ve sulama hatlarında ilk boyutlandırma adımı budur. İki büyüklük çapı belirler: hattan geçecek debi ve tasarımcının seçtiği akış hızı. Debi yük hesabından gelir, hız ise gürültü, basınç kaybı, erozyon ve ilk yatırım maliyeti arasındaki dengeye göre seçilir.
Formül süreklilik denkleminden türer: debi, kesit alanı ile hızın çarpımıdır. Daire kesit için alan π·d²/4 olduğundan çapı çekmek yeterlidir. Debi m³/h cinsinden girildiğinde sonuç milimetre olarak d ≈ 18,8 × √(Q / v) bağıntısıyla da hızlıca kestirilebilir. Örneğin 20 m³/h debi ve 1,5 m/s hız için √(13,33) ≈ 3,65 olduğundan teorik iç çap yaklaşık 68,7 mm bulunur.
Boru içi su hızı kaç m/s olmalı? Önerilen hız aralıkları
Boru boyutlandırmada iki sınır birbirini dengeler. Hız çok düşük seçilirse boru gereğinden büyük olur; maliyet ve ısı kaybı artar, havanın sürüklenip tahliye edilmesi zorlaşır. Hız çok yüksek seçilirse basınç kaybı hızın karesiyle yükselir, gürültü, titreşim ve erozyon başlar. Mühendislik pratiği bu iki ucun arasında kalan bir aralık belirler.
Isıtma ve soğutma tesisatında ana dağıtım hatlarında 1,5 ila 2,5 m/s, kolon ve katlardaki tali hatlarda 0,5 ila 1,2 m/s arası değerler uygulanır. Konut içi bağlantılarda 0,5-1 m/s yeterlidir. Pompa emme hatlarında hız 1 m/s civarında tutulur; böylece emme tarafındaki kayıp küçük kalır ve kavitasyon marjı korunur. Sıhhi tesisatta sessizlik öne çıktığından hızın 2 m/s altında kalması beklenir.
Hız sınırları malzemeye de bağlıdır. Bakır boruda erozyon nedeniyle sıcak suda hız genellikle 1-1,5 m/s ile sınırlı tutulur. Plastik borularda iç yüzey pürüzsüz olduğundan basınç kaybı daha düşüktür, fakat anma çapı ile iç çap arasındaki fark çelikten büyüktür; bu nedenle aynı anma çapında hız daha yüksek çıkabilir.
Debiye göre boru çapı: DN başına taşınabilecek su miktarı
Aşağıdaki değerler, hesaplayıcıdaki orta seri çelik boru iç çapları için 1,0 ile 2,0 m/s hız arasında taşınabilen debileri verir: DN15 için 0,7-1,5 m³/h; DN20 için 1,3-2,7 m³/h; DN25 için 2,1-4,2 m³/h; DN32 için 3,7-7,3 m³/h; DN40 için 5,0-9,9 m³/h; DN50 için 8,0-15,9 m³/h; DN65 için 13,4-26,8 m³/h; DN80 için 18,5-36,9 m³/h; DN100 için 31,4-62,7 m³/h; DN125 için 47,8-95,6 m³/h; DN150 için 68,6-137,3 m³/h; DN200 için 121,5-243,0 m³/h.
Bu tablo bir ön seçim içindir. Birkaç örnek: 5 m³/h debi ve 1 m/s hız için teorik çap 42,1 mm çıkar ve DN50 seçilir (gerçek hız 0,63 m/s). 10 m³/h ve 1 m/s için 59,5 mm çıkar, DN65 seçilir (0,75 m/s). 50 m³/h ve 2 m/s için 94,0 mm çıkar, DN100 seçilir (1,59 m/s). 100 m³/h ve 2 m/s için 133,0 mm çıkar; DN125 iç çapı 130 mm olduğundan yetmez, DN150 seçilir (1,46 m/s).
Standart boru çapına yuvarlama: DN, inç ve iç çap farkı
Hesaplanan çap nadiren standart bir boruya denk gelir. Hesaplayıcı, orta seri çelik boru (TS EN 10255) iç çaplarını kullanır ve hesaplanan değeri karşılayan en küçük DN değerini seçer. Seçim her zaman yukarı doğrudur; böylece gerçek hız tasarım hızını aşmaz.
DN anma çapıdır, gerçek iç çap değildir. Örneğin DN80 boru 3 inçlik boru olarak da bilinir; dış çapı 88,9 mm, et kalınlığı 4,05 mm olduğundan iç çapı yaklaşık 80,8 mm olur. Sık karşılaşılan karşılıklar şöyledir: DN15 yaklaşık ½ inç, DN20 ¾ inç, DN25 1 inç, DN32 1¼ inç, DN40 1½ inç, DN50 2 inç, DN65 2½ inç, DN80 3 inç, DN100 4 inç, DN125 5 inç, DN150 6 inç, DN200 8 inç. Bakır, PPR ve çok katmanlı borularda dış çap ve et kalınlığı farklı olduğundan, hesaplanan teorik çapı üreticinin iç çap tablosuyla karşılaştırmak gerekir.
Yuvarlamanın sonucu olarak oluşan gerçek hız mutlaka kontrol edilmelidir. İki standart boy arasındaki aralık geniş olduğunda hız belirgin biçimde düşebilir; bu durumda bir alt boy seçip hızın kabul edilebilir sınırı aşıp aşmadığına bakmak maliyeti düşürebilir. Sonraki adım, seçilen çapta birim boy basınç kaybını hesaplamaktır.
Boru çapı seçiminde hız mı, basınç kaybı mı esas alınır?
İki yaklaşım birlikte kullanılır. Hız yöntemi hızlı ve basittir; hız aralığından çapı bulursunuz. Basınç kaybı yöntemi ise çapı birim boy kayıp hedefine göre seçer ve uzun hatlarda daha doğru sonuç verir. Isıtma ve soğutma tesisatlarında 100-200 Pa/m aralığı yaygın bir tasarım hedefidir; büyük çaplarda hedef biraz daha düşük tutulur.
Pratikte önce hızla bir aday çap seçilir, sonra bu çapta birim boy kayıp hesaplanır. Kayıp hedefin üstündeyse bir üst boy denenir. Uzun, çok devreli ya da pompa enerjisinin önemli olduğu sistemlerde ikinci kontrol atlanmamalıdır.
20 m³/h debi için boru çapı hesabı
- Veriler: Q = 20 m³/h, tasarım hızı v = 1,5 m/s.
- Debi saniyeye çevrilir: 20 / 3600 = 0,00556 m³/s.
- Teorik iç çap: d = √(4 × 0,00556 / (π × 1,5)) = 68,7 mm.
- Standart seçim: iç çapı 68,8 mm olan DN65 boru, teorik çapı karşılayan en küçük boydur.
- Gerçek hız: v = 0,00556 / (π × 0,0688² / 4) = 1,49 m/s.
- Alt boyla karşılaştırma: iç çapı 53,1 mm olan DN50 seçilseydi hız 2,51 m/s'ye çıkardı; bu değer ana hat için bile yüksektir.