Как сосчитать площадь трубы – способы и формулы расчета
Проектирование любого трубопровода – важное дело, от хорошего проведения которого зависит скорость, дешевизна и даже сама возможность последующих работ. Краеугольный камень такого проектирования – расчёт параметров геометрии компонентов системы: площади трубы (в сечении), площадей поверхности с наружной стороны трубы и внутренней. На таких параметрах строятся все последующие расчёты, также гидравлические, термодинамические и прочностные. Простейшим методам вычисления показателей труб посвящена данная публикация.
Зачем нужны геометрические вычисления
Перед тем как начать вымерять или узнавать исходные размеры, нужно осознать, для какой цели послужат произведённые вычисления.
Подобных целей несколько:
- Вычисление термодинамических показателей системы. Формула поверхностной площади трубы нужна при расчёте отдачи тепла индивидуальной трубы, участка трубопровода или, например, пола с подогревом. Для того, чтобы выяснить такие параметры, нужно сосчитать общую площадь изделия или системы, с которой в находящуюся вокруг среду происходит отдача тепла.
- Расчёт потерь тепла в направлении «источник тепла-отопительный прибор». В данном варианте самая большая потеря энергии тепла происходит на самом длинном участке с самой большой площадью контакта с внешней средой, другими словами снова-таки в трубах. Благодаря этому, как и в прошлом случае, узнав поверхностную площадь отдачи тепла, можно, опираясь на этом значении и количестве выделяемого тепла в начальной точке, спроектировать число и размер приборов отопления в будущей системе. Читайте также: «Как высчитать поверхностную площадь трубы – варианты расчета внутренней и внешней площади».
- Оценка нужного количества материалов для теплоизоляции. Во время работы труб в условиях холодного климата или сильных перепадов наружной температуры без применения материала для утепления вряд ли можно обойтись, а чтобы высчитать точное его кол-во, следует найти площадь труб (в этом случае наружную), которые следует покрыть слоем термоизоляции. Нужно сказать, что в масштабах промышленности хороший расчёт количества материала для утепления поможет прекрасно сэкономить ресурсы предприятия, уменьшив расходы и на внезапный ремонт (если материала для утепления закупили меньше и трубы промёрзли), и на лишний материал. Тем не менее, маленькой запас материала для утепления при закупке всё таки нужен.
- Расчёт количества оборотных средств, нужных для получения необходимого количества смазок, покрытий против коррозии, красящих веществ и т.п. Например, способ, как сосчитать площадь трубы для покраски, очень прост: нужное значение рассчитывается при помощи 2-ух показателей – длины трубы и наружного диаметра (о формуле расчёта ниже). Второй шаг – получение данных о расходе покрытия на метр квадратный поверхности (или приведение начального значения к метрическим единицам). Потом можно определить нужное кол-во краски на всю длину трубы или трубопровода. Как и в прошлом случае, точный расчёт поможет уменьшить расходы на закупку красящих веществ. В случае же, когда расход материала намного больше намеченого, следует или сделать меньше малоэффективную толщину покрытия, или подумать о намеренных или случайных потерях в процессе изготовления, упаковки или применения продукции.
- Вычисление самой большой пропускной способности трубы. Предлагаю разобраться, как высчитать способность пропуска трубы правильно. В данном варианте нужен расчёт площади сечения трубы. Опираясь на полученное максимальное значение продуктивности, рассчитывают (в процентном соотношение) и рабочее, которое в конце концов и применяется в технологичной схеме. Нужно сказать, что и расчёт проходимости трубы важен для проектирования трубо-проводов. Ошибка в меньшую сторону приведёт к угрозе частых засорений и, исходя из этого, надобности экстренных ремонтов. Отклонение в большую строну грозит недостаточным на гидравлике напором, ударяющим по продуктивности, и, в случае конструирования теплопередающих установок, лишними теплопотерями в рабочий период и простоя.
Формулы расчёта
Большинство людей нелюбят математические расчёты, впрочем, потому как труба – простой пустотелый цилиндр правильной формы, формулы площади сечения трубы и внутренней и наружной поверхностных площадей просты, а вычисления производятся в одно действие.
Вычисление площади сечения
Трубное сечение – это, при условиях правильной обрезки, когда торцы перпендикулярны продольной оси изделия, хороший круг.
Площадь круга рассчитывается по формуле:
где ?=3,1415926, R – внешний радиус круга, D – его внешний диаметр.
Взяв во внимание толщину стенок трубы, расчёт площади трубы делают по формуле:
где l – толщина стенки трубы.
Если в первой формуле принять R и D не внешними, а внутренними диаметрами, то просчитывать толщину стенки не потребуется, и расчёт можно вести по первому уравнению.
Следует иметь в виду, что прежде чем определить площадь трубы в сечении, все исходные параметры следует привести к одинаковым единицам измерения (подробнее: «Как высчитать площадь сечения трубы – обыкновенные и выверенные способы»). Как правило, по вашему желанию расчёты можно вести в самых разных единицах – миллиметрах, сантиметрах, метрах и т.д. основное при проведении дальнейших вычислительных операций привести значение площади к типовому виду (метрам квадратным).
Следует ещё просчитывать, что в напорных трубопроводах рабочая среда передвигается по всему объёму трубы, а в случае устройства самотёчной конструкции жидкость заполняет собой лишь часть объёма трубы – говоря иначе живое сечение (прочитайте также: «Как высчитать объем трубы – рекомендации из практики»). При гидравлических расчётах систем такого типа, исходя из этого, принимается во внимание собственно площадь живого сечения трубы, другими словами площадь поперечного сечения перемещающегося в ней потока.
Вычисление площади поверхности с наружной стороны трубы
Как и в прошлом случае, можно найти площадь трубы через диаметр. Формула расчёта также неимоверно проста, ведь развёртка площади цилиндра собой представляет прямоугольник, для которого длина одной стороны равна длине окружности наружного сечения, второй – длине патрубка.
Исходя из этого, формула площади трубы имеет вид:
где R – внешний радиус изделия, D – внешний диаметр, L – продольная длина трубы.
Как и в прошлом случае, расчёт нужно вести в похожих единицах (к примеру, если размер трубы равён 15 мм, а длина – 1,5 м, то при перерасчёте необходимо применять или значения 15 и 1500 мм, или 0,015 и 1,5 м).
Опираясь на величине площади поверхности с внешней стороны трубы, рассчитывают нужное кол-во красящих материалов или утеплительных веществ.
Вычисление площади поверхности внутри трубы
Площадь вычисляют по той же формуле, заменяя значения R и D исходя из этого на внутренние радиус и диаметр.
Можно определить нужное значение и с учитыванием наружных значений и толщины стенок изделия:
Вычисление внутренней площади изделия дает возможность проводить гидродинамические расчёты, учитывающие внутреннюю шероховатость.
С таким параметром связано несколько закономерностей:
- при увеличении трубного диаметра воздействие шероховатости на движение потока ослабляется;
- если поверхность внутри трубы склонен к появлению отложений (к примеру, в случае труб из стали), на протяжении определенного времени площадь поверхности внутри и внутреннего сечения изменяются, а пропускная способность изделия падает.
Как можно удостовериться, формулы вычисления ключевых параметров геометрии труб довольно просты и используются в расчётах как профессионалами, так и новичками.