Boru Isıl Genleşme ve Esneme Kolu Hesaplama

Boru neden uzar?

Her malzeme ısındıkça genleşir. Boru hattında bu genleşme boy yönünde birikir: ΔL = α × L × ΔT. Burada α malzemenin doğrusal genleşme katsayısı, L iki sabit nokta arasındaki boru boyu, ΔT montaj sıcaklığı ile işletme sıcaklığı arasındaki farktır.

Plastik borular metallere göre çok daha fazla uzar. Aynı 10 metre boru 50 °C ısındığında çelikte yaklaşık 6 mm, bakırda 8.5 mm, PP-R boruda 75 mm uzar. Bu yüzden plastik sıcak su tesisatında genleşmeyi karşılamak tasarımın zorunlu parçasıdır.

Örnek

50 m boyunda çelik bir sıcak su hattı 20 °C sıcaklıkta döşenip 120 °C sıcaklıkta çalışacak. Uzama 0.012 mm/(m·K) × 50 m × 100 K = 60 mm olur. Hat iki ucundan sabitlenmişse bu 60 mm bir yere gitmek zorundadır: ya bir esneme kolu, ya bir kompansatör karşılar, ya da boru ve sabit noktalar büyük kuvvet altında kalır.

Esneme kolu nasıl hesaplanır?

Hattın yön değiştirdiği bir dirsekten sonraki kol, uzamayı yana esneyerek karşılar. Kol ne kadar uzunsa esnemesi o kadar kolaydır.

Metal boruda kılavuzlu konsol yaklaşımı kullanılır: L_k = √(3 × E × D × δ / σ_A). E elastisite modülü, D dış çap, δ kolun karşılayacağı hareket, σ_A izin verilen gerilme aralığıdır.

Plastik boruda üreticiler aynı bağıntıyı tek bir malzeme sabitiyle verir: L_k = C × √(D × δ). Örnek: 20 mm PVC-U boruda 46.8 mm genleşme için C = 33.5 ile kol boyu 33.5 × √(20 × 46.8) = 1025 mm çıkar.

U kompansatör (lir)

Düz ve uzun hatlarda dirsek yoksa hattın ortasına U biçimli bir kompansatör yapılır. İki yandan gelen genleşmeyi iki kol paylaşır, her kol yarısını karşılar. Bu yüzden kol boyu tek kollu düzenin 1 / √2 katı, yani yaklaşık yüzde 71'i olur.

Sınırlar

Buradaki bağıntılar yaklaşık ön hesap içindir. Listedeki genleşme katsayıları ve malzeme sabitleri yaklaşıktır: özellikle plastik borularda üretici kataloğu esas alınır. Sabit noktaların yeri ve taşıdığı kuvvet, kılavuz kelepçe aralıkları ve yüksek sıcaklıklı hatların gerilme analizi ayrı bir mühendislik işidir.