ΟΡΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ

ΓΕΝΙΚΑ

Για την καλύτερη κατανόηση της πορείας και διαδικασίας υπολογισμού υδραυλικών συστημάτων πυρόσβεσης, είναι χρήσιμο να αναφερθούν οι ορισμοί των
σπουδαιότερων φυσικών μεγεθών, που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς υδραυλικών δικτύων με πυροσβεστική αποστολή. Οι μονάδες μετρήσεως που
χρησιμοποιούνται προέρχονται τόσο από το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I) όσο και το Αγγλοσαξωνικό σύστημα, που επίσης χρησιμοποιείται ευρύτατα.

• Πυκνότητα ρευστού, ρ
Είναι ο λόγος της μάζας μιας ορισμένης ποσότητας ρευστού προς τον όγκο που καταλαμβάνει η ποσότητα αυτή του ρευστού.
ρ = m/V = μάζα/όγκος (3.1)
Στο Διεθνές σύστημα μονάδων, μονάδα πυκνότητας είναι το kg/m3 ενώ στο Αγγλοσαξωνικό σύστημα μονάδων, χρησιμοποιούνται τα: Ibm/ft3 ή Ib.s2/ft4
1 slug = Ib.s2/ft και 1 slug = 32,174 Ibm = μονάδα μάζας στο Αγγλ/κό σύστημα (Ibm: λίμπρα μάζας)

• Ειδικό βάρος ρευστού, γ Είναι ο λόγος του βάρους μιας ορισμένης ποσότητας ρευστού προς τον όγκο που καταλαμβάνει η ποσότητα αυτή του ρευστού.
γ = B/V = βάρος/όγκος =p.g = πυκνότητα χ επιτάχυνση βαρύτητας (3.2)
* Στο Διεθνές σύστημα μονάδων: N/m3
* Στο Αγγλοσαξωνικό σύστημα μονάδων Ibf/ft3


Σημείωση
Πολλές φορές ο δείκτης f στη λίμπρα δύναμης (Ibf) παραλείπεται και η δύναμη έχει σαν μονάδα τη λίμπρα (Ib). Δεν συμβαίνει το ίδιο όμως με τη μάζα που έχει σαν μονάδα τη (Ibm).
 

• Πυκνότητα και ειδικό βάρος νερού

Διεθνές σύστημα                                                 Αγγλοσαξωνικό σύστημα
ρ 1000 kg/m3                                                        1,94 slugs/ft3 =62,43 Ibm/ft3
γ 9810 N/m3                                                         62.43 Ib /ft3

• Δύναμη F και επιτάχυνση της βαρύτητας g
* Στο Διεθνές σύστημα μονάδων                              F(Ν ή kg.m/s2)
                                                                            g = 9,81 m/s2
* Στο Αγγλοσαξωνικό σύστημα μονάδων                   F (poundal ή Ibm.ft/s2)
                                                                            g = 32,174 ft/s2
* Χρήσιμες αντιστοιχίες                                           1 kp = 9,81 Ν ≈ 1 daN
                                                                            1 Ib = 32,174 poundals
                                                                            1 |b = 4,4482 Ν

• Ειδική βαρύτητα ρευστού, s
Είναι ο λόγος του βάρους μιας ορισμένης ποσότητας ρευστού προς το βάρος ίσου όγκου νερού σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης (θερ/σία 4° C και ατμοσφαιρική πίεση = 30 in Hg).
s =Β/βν = βάρος/βάρος νερού =ρ/ρν = πυκνότητα/πυκνότητα νερού =γ/γν = ειδικό βάρος/ειδικός βάρος νερού (-)

• Πίεση ρευστού, ρ
Είναι ο λόγος της δύναμης προς την επιφάνεια του νερού στην οποία ενεργεί.
ρ = F/A = δύναμη/επιφάνεια
* Στο διεθνές σύστημα μονάδων:                             N/m2 ή Pa
* Στο Αγγλοσαξωνικό Σ.Μ.:                                     Ib/in2 ή psi
* Χρήσιμες αντιστοιχίες:                                          1 psi = 6,895.103 Pa = 0,0689 bar
                                                                            1 bar = 105Pa - 1 daN/cm2
                                                                            1 psi = 0,433 ft Σ.Ν. (ύψος στήλης νερού)
                                                                            1 ft Σ.Ν. = 2,31 psi
                                                                            1 N/m2 = 9801 m Σ.Ν.
                                                                            1 m Σ.Ν = 0,000102 N/m2

• Στατική και δυναμική πίεση ρευστού
Στατική πίεση ονομάζεται η πίεση του ρευστού σε ένα σημείο του, όταν η ταχύτητα του ρευστού είναι ίση με μηδέν. Αντίθετα, για οποιαδήποτε άλλη τιμή της ταχύτητας του ρευστού, η ολική πίεση στο ίδιο σημείο προκύπτει σαν άθροισμα της στατικής και της δυναμικής πίεσης του ρευστού.

Ρολ = Ρστατ + Ρ U2/2

ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ

• Εξίσωση της ροής
Η ποσότητα του ρευστού (Q) που διέρχεται από μια διατομή ενός σωλήνα, εξαρτάται από την επιφάνεια της διατομής (Α) και την ταχύτητα ροής του
ρευστού (υ).   Q =Α.υ
όπου:
                     Q (σε m3/s ή ft3/s): η παροχή ρευστού
                     Α (σε m2 ή ft2): η επιφάνεια διατομής σωλήνα
                     υ (σε m/s ή ft/s): η ταχύτητα ροής του ρευστού

• Εξίσωση της συνέχειας
Η εξίσωση αυτή αποτελεί τη μαθηματική έκφραση της αρχής διατήρησης της μάζας. Δηλαδή, βασίζεται στην παραδοχή ότι η μάζα του ρευστού που ρέει σε ένα σωλήνα, παραμένει σταθερή. Αν 1 και 2 είναι δυο διατομές ενός σωλήνα , η εξίσωση της συνέχειας για τα ασυμπίεστα ρευστά (π.χ. νερό)
γράφεται:
Q = A1 .U1 = Α2.υ2 = παροχή σταθερή
όπου:
Αι, Α2: επιφάνεια διατομών 1 και 2
υι, υ2: ταχύτητες ρευστού στις διατομές 1 και 2

• Εξίσωση του Bernoulli
Εκφράζει την αρχή διατήρησης της ενέργειας των ρευστών και ισχύει για μια γραμμή ροής, για ρευστά ασυμπίεστα και για στρωτή ροή. Η εξίσωση του Bernoulli εκφράζεται σε:
* ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα όγκου του ρευστού (kg/m.s2 ή Ibm/ft.s2)

         ρ υ2/2         +        ρ           +           pgz          =          Ρο         = σταθ.
        δυναμική            στατική               γεωστατική              ολική
                                  πίεση                     πίεση                  πίεση

* ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα μάζας του ρευστού (m2/s2 ή ft2/s2)        υ2/2 + ρ/ρ + gz = ΡΟ /ρ = σταθ.

  * ύψος στήλης ρευστού (m ή ft)
          u2/2g         +          Η           +            ζ          =           Η0          =σταθ.

          δυναμικό            στατικό              γεωστατικό              ολικό
            ύψος                 ύψος                   ύψος                    ύψος

Η = p/pg, Ho = ρ0 /pg
όπου:
ρ: πυκνότητα ρευστού
υ: ταχύτητα ρευστού
ζ: υψόμετρο από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς
ρ: πίεση ρευστού

ΑΚΡΟΦΥΣΙΑ

• Αυτόματο σύστημα καταιονισμού (Sprinkler)
Η παροχή των ακροφυσίων σε αυτόματο σύστημα καταιονισμού μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση ή δίνεται από τους πίνακες 3.2 και 3.3 και τα διαγράμματα των κατασκευαστών.
Q =k. √p
όπου:
Q (U.S gal/min): παροχή ακροφυσίου
k (-): συντελεστής ροής (από πίνακα 3.1)
ρ (psi): πίεση νερού στο ακροφύσιο