دات نت نیوک

محاسبات کانال و فشار استاتیک

پس از محاسبه مقدار هوای مورد نیاز برای یک فضای مشخص، باید سیستم کانال کشی را برای انتشار هوا به فضاهای مختلف طراحی و تعیین اندازه نمود. همچنین ضروری است فشار استاتیکی را که فن باید تولید کند را تعیین کرد. این فشار استاتیک مثبت (جهت تامین) و یا منفی (جهت تخلیه) به منظور غلبه بر مقاومت سیستم کانال کشی که شامل کانال اصلی، کانال های انشعابی، اتصالات و سایر تجهیزات سیستم کانال کشی می باشد به کار می رود. هر کانال علاوه بر مقاومتی که به دلیل اصطکاک ایجاد می کند، به دلیل وجود اتصالات و تجهیزات مانند زانو، فیلتر، هود، دمپر، کویل های سرمایی و گرمایی، دیفیوزرها و … نیز مقداری مقاومت اضافی تولید می کند. همان طور که قبلا ذکر شد، دمپرها در عین این که باعث اتلاف انرژی هستند اما وجود آن ها به دلیل بالانس سیستم و فراهم نمودن هوای تعیین شده برای هر فضا لازم است. لذا فن باید فشار استاتیک بیشتری را تولید کند به طوری که دمپر با کاهش دبی جریان، هوای مورد نیاز هر فضا را تامین نموده و سیستم را بالانس نماید.

به طور کلی جهت طراحی سیستم کانال کشی و محاسبه فشار استاتیک مورد نیاز از ۴ روش زیر استفاده می شود.

1روش اصطکاک یکسان

2روش کاهش سرعت

3روش سرعت ثابت

4روش بازیافت فشار استاتیک

محاسبات کانال و فشار استاتیک

به کارگیری این روش ها بسته به نوع کاربری فضا و شرایط موجود مانند تعداد انشعابات و سرعت مجاز جریان متفاوت می باشد. جدول ۱ سرعت جریان را بدون در نظر گرفتن این موضوع که کدامیک از این ۴ روش استفاده می شوند نشان می دهد. ما در این جا به توضیح این ۴ روش می پردازیم. ذکر این مطلب در شروع بحث ضروری است که به جهت پایین نگهداشتن اصطکاک کانال، استفاده از کانال های با مقطع دایره ای انتخاب اول و کانال های با مقطع مربع انتخاب جایگزین به شمار می روند. در صورت استفاده از کانال های با مقطع مستطیل می بایست نسبت ابعاد به مربع نزدیک باشد. ما در این جا محاسبات را برای کانال های دایره ای شکل انجام می دهیم. ابعاد کانال های مستطیل شکل می تواند با توجه به مقطع دایره ای شکل محاسبه شده از چهار روش مذکور انتخاب شود.

ساختمان های تجاری و صنعتی مدرسه، هتل، ساختمان های عمومی
سرعت بیشینه سرعت پیشنهادی سرعت بیشینه سرعت پیشنهادی کانال
۲۲۰۰ ۱۸۰۰ – ۱۲۰۰ ۱۶۰۰ ۱۳۰۰ – ۷۰۰ اصلی
۱۸۰۰ ۱۰۰۰ – ۸۰۰ ۱۳۰۰ ۱۲۰۰ – ۶۰۰ انشعابی

روش اصطکاک یکسان

این روش، روش مناسبی برای سیستم هایی است که سرعت جریان در کانال آن ها متوسط است. از این روش برای سیستم های تامین و همین طور سیستم های تخلیه هوا استفاده می شود. در روش اصطکاک یکسان، انتخاب قطر و سرعت کانال برای یک اصطکاک مساوی (در هر ۱۰۰ فوت طول کانال) صورت می گیرد. این اصطکاک معمولا بین ۱/۰ تا ۲/۰ اینچ آب است. مقادیر بزرگتر منجر به کاهش قطر کانال و افزایش سرعت جریان در کانال می شود.

قطر کانال در این روش از رابطه زیر محاسبه می گردد:

D= CFM/K

در این رابطه D قطر کانال بر حسب اینچ می باشد. همچنین مقدار K برای افت فشار معین در هر ۱۰۰ فوت طول کانال یک عدد ثابت می باشد که از جدول استاندارد یا شکل ۱ قابل استخراج است.

نمودار K و F

مقادیر K برای مقادیر مختلف افت فشار(اینچ آب) در هر ۱۰۰ فوت طول کانال

مشاهده می شود که در این رابطه با افزایش دبی، قطر کانال افزایش می یابد. همچنین از آنجا که برای یک افت فشار بیشتر مقدار K بیشتری نیز به دست می آید لذا با افزایش مقدار افت فشار، قطر کانال کاهش می یابد.

D= CFM/K

با تعیین قطر کانال و دبی هوا می توان سطح مقطع کانال و سرعت جریان را نیز مطابق روابط زیر محاسبه نمود:
A= π (D/24)
V=CFM/A
VP=(V/4005)

سرعت جریان در کانال می بایست با مقادیر پیشنهادی در جدول مطابقت داشته باشد و در غیر این صورت باید افت فشار اصطکاکی انتخاب شده مورد تجدید نظر قرار گیرد.

F=0.0195 (12L/D)VP
۱۲L/D = قطر کانال/ طول کانال

روش کاهش سرعت

این روش برای تعیین ابعاد کانال سیستم های تخلیه یا تامین هوا که در آنها انشعابات متعدد با طول های مختلف وجود دارد مناسب است. در سیستم های تامین هوا، ابتدا سرعت جریان را برای ابتدای کانال اصلی درست پس از خروجی فن و با توجه به جدول تعیین می کنیم. مقدار این سرعت به دلیل آن که طی چند مرحله در انشعابات مختلف کاهش می یابد، باید به اندازه کافی بالا باشد. به همین دلیل این روش به روش کاهش سرعت موسوم است. برای سیستم های تخلیه روش کار درست عکس این است. به این صورت که سرعت انتخابی می بایست به اندازه کافی کوچک باشد تا طی چند مرحله افزایش در انشعابات کانال به سمت ورودی فن جریان یابد لذا شاید بهتر باشد برای سیستم های تخلیه اسم این روش را روش افزایش سرعت بنامیم اگرچه برای هردو روش یک اسم به کار می رود. مطابق روش قبل در این جا نیز افت فشار اصطکاکی با فشار سرعت جریان در کانال متناسب بوده و از دمپرها برای بالانس سیستم استفاده می شود. در مقایسه با روش قبل به دلیل این که تقارن انشعابات در این روش کمتر به چشم می خورد، دمپرها نقش مهمتری را در تنظیم دبی جریان ایفا می کنند. مقادیر قطر، سرعت جریان و افت فشار اصطکاکی در هر شاخه از روابط زیر حاصل می شوند.

A= π (D/24)
V=CFM/A
VP=(V/4005)
F=0.0195 (12L/D)VP
۱۲L/D = قطر کانال/ طول کانال
D=۱۳.۵۴√A

روش سرعت ثابت

این روش برای سیستم های پنوماتیک انتقال مواد که در آن ها نیاز به در تعلیق نگهداشتن ذرات مانند براده های چوب، دانه های غلات و … وجود دارد به کار می رود. در این سیتم ها اغلب یک کانال وجود دارد اما در بعضی موارد از یک یا دو کانال انشعابی نیزاستفاده می شود. بسته به نوع و وزن ذراتی که می بایست انتقال یابد سرعت جریان بسیار بالا و بین fpm 3000 تا fpm 7000 می باشد.

روش بازیافت فشار استاتیک

از مزایا و کاربردهای این روش امکان استفاده از آن برای فضاهایی است که می بایست مقدار یکسانی از هوای تازه در قسمت های مختلف انتشار یابد. افزایش فشار استاتیک زمانی رخ می دهد که حرکت جریان هوا کند شود. هنگامیکه این اتفاق می افتد در حدود نیمی از فشار سرعت جریان به شکل فشار استاتیک اضافی باز تولید می شود. (نیم دیگر به صورت اصطکاک و توربولانس اتلاف می گردد.) و این افت فشار ممکن است به دلیل زاویه مخروطی کانال و یا به دلیل آنکه کانال مقداری از جریان را به عقب و به صورت معکوس هدایت می کند – در حالیکه قطر کانال در طول مسیر تغییر نمی یابد – صورت گیرد. در هر سه روشی که تا به حال بررسی شد مشاهده کردیم که قطر کانال در هر انشعاب کاهش می یابد. در روش بازیافت فشار استاتیک قطر کانال اصلی در تمام طول مسیر ثابت می ماند. این امر سبب کاهش سرعت جریان در محل هر انشعاب و افزایش فشار استاتیک در این محل می گردد که برای غلبه بر اصطکاک کانال به صورت متوالی در هر مقطع کانال اصلی (مابین محل دو انشعاب) به کار می رود، بنابراین فشار استاتیک در محل هر انشعاب یکسان باقی می ماند.

در روش کاهش سرعت جریان، یک سرعت نسبتا بالا برای اولین مقطع کانال اصلی انتخاب می شد و قطر کانال در این قسمت محاسبه می شد. برای مقاطع بعدی کانال اصلی، قطر کانال و سرعت جریان در کانال کاهش می یافت. در روش بازیافت فشار استاتیک نیز برای اولین مقطع کانال اصلی یک سرعت جریان نسبتا بالا در نظر گرفته می شود و قطر کانال نیز در این قسمت محاسبه می شود با این تفاوت که برای مقاطع بعدی تغییری در قطر کانال صورت نمی گیرد و قطر کانال ثابت باقی می ماند اگرچه سرعت جریان از روش کاهش سرعت نیز دارای افت بیشتری است.

در این روش نیز مشابه روش های قبل داریم:

A= π (D/24)
V=CFM/A
VP=(V/4005)
F=0.0195 (12L/D)VP
۱۲L/D = قطر کانال/ طول کانال
D=۱۳.۵۴√A

می توان سرعت را از رابطه V=CFM/A و فشار سرعت جریان را از رابطه VP=(V/4005)۲ تعیین کرد. با استفاده از طول داکت (L) افت فشار اصطکاکی را برای این مقطع محاسبه می کنیم.

اگزاست بخار(steam exhaust)، در سالن های صنعتی هوای آلوده را توسط هواکش ها تخلیه نموده و در نتیجه گاز، بخار، گرد و غبار و مواد معلق ناشی از مراحل تولید از محیط خارج می شود. برای این منظور دو سیستم وجود دارد:

1تخلیه کلی هوا (General axhaust)

2تخلیه موضعی هوا (Local exhaust)

در تخلیه کلی هوا با نصب تعدادی هواکش در فواصل مناسب می توان هوای محیط را تخلیه نمود و در تخلیه موضعی هوا با اجرا یک سیستم کانال کشی که انشعبات آن روی ماشین آلات مورد نظر قرا می گیرد هوای آلوده مربوط به هر ماشین تخلیه می شود. سیستم تخلیه موضعی نسبت به سیستم تخلیه کلی برتری دارد زیرا هوای آلوده را قبل از اینکه در محیط پخش شود خارج می نماید و در ضمن حجم هوای کمتری را خارج می کند و هواکش کوچکتری نیاز دارد. تخلیه هوا سبب ایجاد فشار منفی در محل شده در نتیجه هوای تازه را از درب ها و پنجره ها به داخل می کشد.

سیستم تخلیه موضعی هوا

این سیستم دارای پنج قسمت می باشد.:
  1. هود (Hood)
  2. سیستم کانال کشی (Duct system)
  3. فیلتر (air cleaning device)
  4. هواکش (air moving device)
  5. کانال عمودی یا دودکش (Exhaust stack)

انواع هود

یک هود مناسب باید بتواند با تخلیه حداقل هوا حداکثر مواد زائد در هوای آن قسمت را خارج نماید لذا برای طراحی هود مناسب باید اطلاع کاملی از پروسس ماشینی که به هود نیاز دارد به دست آورد.

هود های تخلیه معمولا گرد، مستطیلی، یا شیب دار هستند که با توجه به هندسه مکان انتخاب می شوند و در دو نوع باز (non closing) و بسته (Enclosing) تقسیم می شوند. هود های بسته از آنجایی که حجم هوای کمتری را خارج می کنند نسبت به هود باز راندمان بالاتری داشته و مقرون به صرفه ترند. تمام بخش های هودهای باز قابل جدا شدن است. تیغه ها، صفحه و سیال ها در این نوع هود قابل جابه جایی بوده و این امکان را فراهم می کند که سطح محوطه برای کنترل آلودگی، بدون اختلال در کار بیشتر شود. هودهای اگزاست باز می تواند در محل ثابت باشد؛ در حالیکه هودهای متحرک برای محل هایی که نیاز به جابه جایی جهت تمیزکاری و تعمیرات وجود دارد، استفاده می شود. (به عنوان مثال کوره های الکتریکی در ذوب فولاد)

دبی هوای هود

برای محاسبه مقدار حجمی جریان هوایی که هود باید خارج کند ابتدا باید سرعت عبور هوا از دهانه باریک هود را مشخص نمود، آنگاه با داشتن سرعت می توان مقدار حجمی جریان هوا را محاسبه کرد. برای هود باز از رابطه زیر استفاده می شود.

Q=VA که در آن

Q: دبی هوای اگزاست cfm
V: سرعت عبور هوا fpm
A: سطح مقطع دهانه هود ft2

برای هوای استاندارد مقدار فشار سرعتی از رابطه به دست می آید که در آن :

Pv: فشار سرعتی بر حسب اینچ آب
V: سرعت عبور هوا fpm

روابط طراحی هود

برای هود بسته مقدار حجمی جریان هوا از رابطه زیر به دست می آید.

Q=V(10X2+A)

Q: مقدار حجمی هوا cfm
V: سرعت هوا fpm
X: فاصله محوری بین دهانه باز هود و سطح کار ft
A: سطح مقطع دهانه باز ft2
برای هودی که مجهز به صفحه فلزی باشد رابطه فوق به صورت زیر می باشد:
Q=V(5X2+A)
برای محاسبه مقدار جریان حجمی هوا در هودهایی که به صورت فلنجی در کنار سطح کار نصب می گردد از رابطه زیر استفاده می شود.
Q=0.75.V.(5X2+A)

هود باز باید تا حد ممکن به سطح کار نزدیک باشد تا بتواند به جای هوای اطراف، بیشتر هوای آلوده نقطه کار را خارج نماید، اگر فاصله هود باز تا نقطه کار بیش از 3 فوت (حدود یک متر) باشد راندمان آن کاهش می یابد و هوای الوده در محیط پخش می شود.

هود برای تخلیه هوای داغ

برای تخلیه هوای داغ از تجهیزات صنعتی توسط هود موارد خاصی را باید در نظر گرفت، از جمله حرارت ویژه و مقدار جریان انتقال حرارت. اگر شرایط به گونه ای باشد که نتوان از هود بسته استفاده کرد می توان از هود قیفی (Canopy hood) استفاده نمود که برای افزایش راندمان آن و نیز کاهش میزان جریان حجمی هوای مورد تخلیه باید فاصله آن تا محل کار را به حداقل رسانید. این فاصله بهتر است بیش از 1 متر نباشد، گاه شرایط اجازه نمی دهد که فاصله هود تا محل کار کم باشد و لذا می توان فاصله بیشتری در نظر گرفت که در نتیجه مقدار جریان حجمی هوای تخلیه افزایش خواهد یافت، برای تعیین میزان جریان حجمی هوای تخلیه از رابطه زیر استفاده می شود.

Q0=(3600×2g R/PCp)1/3(qLA2P)1/3

که در آن:

Q0: جریان حجمی هوای تخلیه cfm
g: شتاب ثقل ft/s2 32.2
R: عدد ثابت هوا ft.lb/lb.R 53.352
P: فشار مطلق اتمسفریک محل psf
Cp: حرارت ویژه هوا Btu/lb.R 0.24
q: جریان انتقال حرارتی به صورت جابه جایی Btu/min
L: ارتفاع قسمت حرارت زا زیر پوشش هود ft
Ap: سطح مقطع بالای قسمت حرارت زا زیر پوشش هود ft2

کانال هود

انتقال هوای تخلیه از هودها به خارج باید توسط کانال صورت گیرد، معمولا کانال گرد نسبت به چهار گوش برتری دارد زیر سرعت هوا در تمام نقاط آن یکنواخت تر می باشد و مانع از نشت مواد خارجی موجود در هوا در جداره کانال می گردد و در نتیجه از افزایش فشار استاتیکی در مسیر جلوگیری می نماید. اگر شرایط به گونه ای باشد که باید از کانال چهارگوش استفاده شود باید تا حد امکان سعی نمود که نسبت طول و عرض مقطع تقریبا با هم برابر شوند. حداقل سرعت انتقال هوا باید به اندازه ای باشد که از نشت مواد در جداره جلوگیری گردد.

کانال کشی سیستم اگزاست صنعتی

پس از تعیین قطر کانال هر هود و آرایش سیستم، می توان مقاطع کانال های انتقالی را مانند محاسبات کانال هوا با روش افت فشار ثابت محاسبه نمود و پس از محاسبه کانال ها سیستم را بالانس فرض کرد، دو روش برای متعادل کردن سیستم کانال اگزاست صنعتی وجود دارد، یکی روش بالانس کردن تجهیزات کانال و روش دیگر متعادل کردن سیستم توسط افزایش مقاومت در سیستم کانال کشی می باشد. مثل تعویض ابعاد مقطع کانال، انتخاب اتصالات مناسب و افزایش هوا که روش بهتری نسبت به روش اول است.

برای افزایش مقدار هوا می توان از رابطه زیر استفاده کرد:
Qc=Qd(Ph/Pl)0.5

در این رابطه فرض بر این است که تمام طول کانال در هر قسمت دارای یک مقطع باشد و افت فشار در تمام اتصالات ثابت است.

Qd: مقدار فلوی هوا از کانال در مقاومت کم cfm
Qc: مقدار فلوی لازم هوا برای افزایش Pl به Ph ، cfm
Ph: افت فشار مطلق در کانال با مقاومت زیاد بر حسب اینچ آب
Pl: افت فشار مطلق در کانال با مقاومت کم بر حسب اینچ آب

برای سیستم هایی که ذرات موجود در هوا را اگزاست می کنند بهتر است زانویی هایی با شعاع انحنا زیاد نسبت به قطر کانال (r/D) به کار برد ( r/D>1.5 ) و اگر کمتر از 1.5 باشد فرسایش زانو در اثر برخورد با ذرات زیاد می شود و در نتیجه عمر آن کم می گردد. زانوها از هفت تکه یا بیشتر ساخته شده اند خصوصا در قطرهای زیادبرای عبور بهتر هوا و کم کردن اتلاف انرژی و جلوگیری از سایش توسط ذرات موجود در هوا اتصال باید 30 درجه باشد.

شرکت اسپیدان تمامی اتصالات مورد نیاز در پروژه را مختص همان سیستم غبارگیر طراحی کرده و قادر به طراحی و ساخت انواع اتصالات با اندازه ها و سطح مقطع های مختلف می باشد.

متداولترين وصاله هاي مورد استفاده در تاسيسات به شرح زير طبقه بندي مي شوند :
1
زانويی :
زانويی قائم 90 درجه
زانويی 45 درجه
زانويی روپيچ توپيچ 90 درجه
زانوی تبديلی
2
سه راهی :
سه راهی قائم
سه راهی 45
سه راهی تبديل
3
بوشن :
  • بوشن ساده
  • بوشن روپيچ توپيچ
  • بوشن تبديل
  • اين بوشن از چدن ريخته شده و قطر دو سر آن متفاوت است و جهت اتصال دو لوله با قطرهاي مختلف و در راستاي هم مورد استفاده قرار می گيرد .
4
چهار راهی :
  • چهار راهی ساده
  • چهارراهی تبديل
5
در پوش :
6
فلنچ :

شرکت اسپیدان در طراحی و اجرای سیستم های های غبار گیر از زانویی های چند پارچه استفاده می کند تا بدین ترتیب افت فشار کمتری در سیستم به وجود آید. همچنین در مرحله نصب و اجرای فیلتر های صنعتی ارائه شده از اتصالات فلنجی به منظور ارتباط بین قسمت های مختلف غبارگیر استفاده میشود تا بدین ترتیب سرعت در اجرا در محل پروژه به طور چشمگیری افزایش یافته و موجب کاهشهزینههای حمل و نقل و لجستیکی می شود.