Su Darbesi Hesaplama (Koç Darbesi Basınç Artışı)

Su darbesi nedir?

Akan sıvı aniden durdurulursa hareket enerjisi basınca dönüşür. Vana önünde yükselen basınç, boru boyunca ses hızına yakın bir hızla yayılan bir dalga olur. Buna su darbesi ya da koç darbesi denir. Boruları, flanşları, pompa gövdelerini çatlatabilir, mesnetleri sökebilir.

Formüller

Ani kapanmada basınç artışını Joukowsky bağıntısı verir: Δp = ρ × a × Δv. Burada ρ yoğunluk, Δv hızdaki değişim, a basınç dalgasının hızıdır. Dalga hızı sıvının hacim modülüne ve borunun esnekliğine bağlıdır:

a = √(K / ρ) / √(1 + (K / E) × (D / e))

Dalga hattın ucuna gidip 2L / a sürede geri döner. Vana bu süreden hızlı kapanıyorsa kapanma ani sayılır. Daha yavaş kapanmada artış yaklaşık Δp = 2 × ρ × L × Δv / tc olur (Michaud).

Örnek

200 mm iç çaplı, 5 mm et kalınlığında çelik boruda su 2 m/s hızla akıyor. Dalga hızı 1236 m/s çıkar. Vana ani kapanırsa basınç 24.7 bar yükselir. 600 metrelik hatta kritik süre 0.97 saniyedir. Vana 6 saniyede kapatılırsa artış yaklaşık 4 bara iner. Esnek borularda darbe çok daha küçüktür: kalın etli bir polietilen boruda dalga hızı birkaç yüz m/s düzeyine iner, basınç artışı da aynı oranda azalır.

Sınırlar

Bu bir ön hesaptır. Pompa duruşu, sütun ayrılması, dallı şebekeler, hava kazanı ve vananın gerçek kapanma eğrisi geçici rejim analizi ister. Hattaki hava dalga hızını değiştirir. Nihai tasarım yetkili mühendisle yapılır.