Какое давление создает вода

Гидростатическое давление

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 июня 2020; проверки требуют 7 правок.

Гидростатическое давление — давление столба жидкости над условным уровнем.

Благодаря полной удобоподвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине w этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение P/w, то есть давление р на поверхность, равную единице, называется гидростатическим давлением[1].

Простое уравнение P = pw может действительно служить для точного вычисления давления на данную поверхность сосуда, газов и капельных жидкостей, находящихся при таких условиях, что часть давления, зависящая от собственного веса жидкостей, ничтожно мала по сравнению с давлением, передаваемым им извне. Сюда относятся почти все случаи давлений газов и расчеты давлений воды в гидравлических прессах и аккумуляторах[1].

Вычисление[править | править код]

В каждой жидкости существует давление, обусловленное её собственным весом ; так как , то ; учтём, что и получим формулу .

Плотность жидкости зависит от температуры. Для очень точных вычислений плотность следует рассчитывать по специальной формуле. Давление на данной глубине одинаково во всех направлениях. Суммарное давление, обусловленное весом столба жидкости и давлением поршня, называют гидростатическим давлением[2].

Для бытовых расчетов можно принять, что с ростом глубины на каждые 10 метров пресной воды, давление увеличивается на 0,1 МПа (1 атмосфера).

История открытия[править | править код]

Это основное свойство жидкостей было открыто и проверено на опыте Блезом Паскалем в 1653 г., хотя несколько ранее оно было уже известно Стевину[источник не указан 1276 дней].

Единица измерения[править | править код]

Единицей измерения давления в международной системе единиц является Паскаль. На практике гидростатическое давление часто измеряют в атмосферах, принимая за 1 атмосферу давление в 76 см ртутного столба, при температуре 0 °C при нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/с².

На основании гидростатического парадокса можно гидростатическое давление измерять также высотой столба ртути или воды, способного производить то же давление на единицу поверхности.

Свойства[править | править код]

Гидростатический парадокс[править | править код]

Гидростатическое давление на тело не зависит от направления.

Вычисление немного усложняется, когда надо узнать давление, производимое на не горизонтальную часть стенки сосуда вследствие тяжести налитой на него жидкости. Здесь причиной давления становится вес столбов жидкости, имеющих основанием каждую бесконечно малую частицу рассматриваемой поверхности, а высотой вертикальное расстояние от каждой такой частицы до свободной поверхности жидкости. Расстояния эти будут постоянны только для горизонтальных частей стенок и для бесконечно узких горизонтальных полосок, взятых на боковых стенках; к ним одним можно прилагать непосредственно формулу гидростатического давления. Для боковых же стенок надо суммировать, по правилам интегрального исчисления, давления на все горизонтальные элементы их поверхности; в результате получается общее правило: давление тяжелой жидкости на всякую плоскую стенку равняется весу столба этой жидкости, имеющему основанием площадь этой стенки, а высотой вертикальное расстояние её центра тяжести от свободной поверхности жидкости. Поэтому давление на дно сосуда будет зависеть только от величины поверхности этого дна, от высоты уровня жидкости в него налитой и от её плотности, от формы же сосуда оно зависеть не будет. Это положение известно под именем «гидростатического парадокса» и было разъяснено ещё Паскалем.

Действительно, оно кажется на первый взгляд неверным, потому что в сосудах с равными доньями, наполненными до равной высоты одной и той же жидкостью, вес её будет очень различный, если формы различны. Но вычисление и опыт (сделанный в первый раз Паскалем) показывают, что в сосуде, расширяющемся кверху, вес излишка жидкости поддерживается боковыми стенками и передается весам через их посредство, не действуя на дно, а в сосуде, суживающемся кверху, гидростатическое давление на боковые стенки действует снизу вверх и облегчает весы ровно на столько, сколько весило бы недостающее количество жидкости.

Закон Паскаля[править | править код]

Чем глубже, тем выше давление. (левая часть графика)

Гидростатическое давление жидкости с постоянной плотностью в однородном поле тяжести ( = несжимаемая жидкость) подчиняется закону Паскаля:

где:

— плотность [для пресной воды: ρ ≈ 1000 кг/м³] — ускорение свободного падения [для Европы: g ≈ 9,81 м/с²] — высота (здесь: жидкости) [м] — [Па]

⇒ = гидростатическое давление (p) зависит от высоты (h) жидкости.[4]

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• В. В. Лермантов. Гидростатическое давление // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1893. — Т. VIIIa. — С. 655-656.

Источник

(. Meter of water column ) .

(. Meter of water column) . . ., m H2O — , .

1 1 ( 4 °C) g = 9,80665 /².

, ,

( 4oC, 39.2oF) ( 4oC, 39.2oF)

:

Источник

Давление

В физике и в быту используется одно и то же понятие давления воды, но смысл в него вкладывается разный. Иногда его путают с напором. Однако, это все-таки разные понятия.

Давление воды характеризуется потенциальной энергией. Это та сила, с которой водяной поток действует на препятствие, которое возникло на его пути.

В текущей воде давления нет, но есть напор, который характеризуется кинетической энергией.

Определение

Если же говорить о давлении воды в водопроводной системе, то этот показатель отражает расстояние, на которое можно поднять водяной столб над уровнем грунта до точки водоразбора.

Выражается он в барах (или в атмосферах, на практике они почти идентичны). В общем виде можно сказать, что 1 бар давления означает, что воду можно поднять на высоту, равную 10 м.

Это будет верно и для водяных насосов, которые поднимают воду с глубины. При этом учитываются потери на преодоление сопротивления труб, по которым течет вода.

От чего зависит?

С точки зрения физики, этот показатель зависит от ее плотности и высоты водяного столба. В целом каждые 10 м высоты соответствуют давлению в 1 кг/кв.см.

Однако, когда речь идет о давлении воды в водопроводной системе, то на этот показатель также влияют:

• сопротивление, оказываемое стенками трубы;
• наличие подъемов и уклонов на определенных участках сети;
• разница в диаметрах труб, использованных для прокладки системы;
• наличие засоров и возможных отложений, в том числе загрязнение очистных фильтров.

Виды

В технической и научной литературе встречаются такие термины для описания разных типов давления воды:

1. Гидростатическое. Означает давление водяного столба над условным уровнем — практически над любой частью плоскости.
2. Абсолютное. Это, по сути, любое давление по отношению к нулевому (его эталоном считается уровень в безвоздушном пространстве).
3. Дифференциальное. Оно означает разницу между двумя показателями давления, то есть то, что в быту называют перепадами.
4. Избыточное. Это разница между абсолютным и атмосферным давлением. Его также называют манометрическим.
5. Осмотическое. Это то избыточное гидростатическое давление, которое вода оказывает на раствор, от которого ее отделяет мембрана (осмос). Показатель описывает явление, при котором давление уравновешивает концентрации по обе стороны мембраны.

Минимальные и максимальные показатели

Для технических целей нужно знать наименьшее и наибольшее значение показателей в системе водоснабжения.

В данном случае минимум для давления составляет 1 атмосферу. Именно такого уровня достаточно для того, чтобы обеспечить «самотек», то есть движение за счет одной только гравитации.

Максимальное давление в водопроводной системе ограничено техническими характеристиками ее компонентов, например, производительностью насосов.

В магистральных водопроводах в городских условиях этот показатель составляет 7-10 атмосфер, но в квартире он будет ниже — 6-7 атмосфер, и примерно столько же — в загородных домах.

Физические свойства

У давления воды есть разные физические свойства. Какие?

На глубине

При погружении на глубину давление воды будет расти. Здесь используется такая формула:

Р = ρ × g × h, причем:

1. ρ — это плотность воды,
2. g — средний показатель ускорения для свободного падения, который принимают равным 9,81 с/ кв.с (или даже 10 — для грубых подсчетов),
3. h — глубина, для которой и выполняются расчеты.

Обо всех показателях давления на глубине наша статья по ссылке.

Температура замерзания воды под давлением

В целом с повышением давления температура замерзания падает, вплоть до отрицательных температур. Например, при показателе в 2 атм вода замерзает уже не при 0°С, а при -2°С, а при давлении 3 атм — при -4°С.

Сила

Из школьного курса известно, что это понятие отражает такое явление, как силу, которое вода, налитая в сосуд, оказывает на его дно. То есть сила считается как вес водяного столба определенной высоты с площадью основания такой же, как у этого сосуда.

Детально о силе давления читайте здесь.

Как зависит расход H2O от напора и диаметра трубы

Формула зависимости достаточно сложна. Но в общих чертах можно сказать, что чем меньше диаметр трубы, тем выше сопротивление ее стенок и тем ниже давление.

Таким образом, при большем диаметре водопроводных труб вода транспортируется быстрее и с меньшей потерей напора, но и расход получается выше.

Приборы и устройства для измерения или регулировки

Для измерения и регулировки давления воды в различных системах и насосных станциях могут использоваться различные приборы.

Манометр

Этот прибор необходим непосредственно для измерения давления воды. Принцип его работы основан на том, что измеряемый показатель уравновешивается специальной мембраной или пружиной.

Полный обзор прибора ищите здесь.

Реле

Это устройство, которое необходимо для автоматического включения/отключения оборудования насосной станции в случаях, когда меняется напор воды.

В реле предусмотрены нижний и верхний пороговый показатель, при котором оно срабатывает.

Если давление воды падает до нижней границы, то реле замыкает контакты и работает для подачи питания к насосу.

Если давление достигает верхнего значения, то контакты реле размыкаются, подача питания отключается.

Для этого в реле имеется гибкая мембрана, под действием давления она изгибается. А для противодействия давлению есть специальная пружина. Степень ее сжатия регулируется гайкой, которая используется и для регулирования реле в целом.

Более детальная информация представлена в этой статье.

Стабилизатор

Этот прибор похож на регулятор давления, представляет собой перекрывающий кран, управляемый электрическим приводом. Стабилизирует давление в системе.

О стабилизаторе подробно мы рассказали в этой статье.

Ограничитель

Ограничитель — это, в принципе, то же самое, что редуктор, поскольку прибор не только стабилизирует, но и снижает давление.

Полную информация об ограничителях давления воды читайте здесь.

Редуктор/регулятор

Редуктор представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе, которое подключается к водопроводной сети для стабилизации и уменьшения давления. Он может быть электронным или автоматическим. Принцип его работы основан на выравнивании усилия пружины и диафрагмы.

Более детально можете почитать здесь.

Насос для повышения уровня

Этот прибор повышает давление воды в квартире или в частном доме.

Это гидравлический прибор, который преобразует энергию мотора в энергию потока H2O и повышает давление.

Бытовые насосы бывают циркуляционными и самовсасывающими. Часто они устанавливаются в систему вместе с гидроаккумулятором.

О видах и принципах работы насосов читайте нашу подробную статью.

Датчик

Это прибор, который измеряет и контролирует давление воды, регулируя работу системы в целом. По сути, описанное выше реле выполняет те же функции.

Клапан

Это устройство, которое повышает безопасность использования водопроводной системы. Оно по принципу работы похоже на описанный выше редуктор.

Полная информация о приборе и его установке читайте в нашей статье по ссылке.

Напор в жилых домах

И в квартире, и в частном доме напор воды регулируется одним и тем же СНиП 2.04.01-85. Только нужно учитывать, что в многоквартирных домах есть еще определенные отклонения от нормы в зависимости от этажа.

В квартире

Для горячей воды, если квартира расположена на первом этаже, нормой считается 4-4,5 бара. Для холодной воды нормой считается показатель в 4,5-5 бар.

Об уровне давления воды в квартире более подробно здесь.

В частном доме

Для горячей воды норматив будет практически таким же, как для квартиры — 4-4,5 бара.

С учетом того, что в домах часто стоят насос относительно небольшой мощности, то для ХВС нормальным считается и значение 2,8-3,5 бара.

Но если водопроводная система используется и для полива участка, то ставят более мощный насос, и тогда уровень напора воды может достигать 6 бар.

Как узнать показатель давления?

Определить показатели в системе можно как с помощью манометра, так и без использования прибора.

При помощи манометра

Существуют два варианта измерения напора в водопроводе. Первый вариант — постоянный контроль. Он предполагает стационарную установку манометра во вводном узле. Для этого устанавливают манометры на трубах горячего и холодного водоснабжения.

Еще один важный момент — манометры подключают после грубого очистного фильтра. Если владелец жилья хочет поставить еще фильтры тонкой очистки, то стоит поискать устройства, уже оснащенные манометрами. И еще — эти приборы устанавливают перед счетчиками расхода.

Второй вариант — это периодический контроль. Для этого нужно:

1. Приобрести необходимое оборудование. В данном случае — это бытовой манометр, насадка на кран (с одной из сторон она должна быть оснащена штуцером), подходящий по диаметру резиновый шланг.
2. Насадка устанавливается на кран, шланг подсоединяется к штуцеру одним концом, а второй должен быть подключен к входному отверстию измерительного прибора.
3. Все соединения, имеющиеся в этой схеме, нужно надежно затянуть с помощью хомутов, чтобы не было прорыва под сильным напором.
4. Открывают кран на максимум, чтобы измерить напор, и фиксируют полученный показатель.

Можно ограничиться упрощенной схемой. Для этого надо снять лейку с душевой смесителя и подключить к шлангу манометр.

Без манометра

Справиться с измерением можно и без манометра. Для этого понадобиться только шланг из прозрачного ПВХ.

Алгоритм такой:

• Шланг с одной стороны подключают к интересующей владельца точке водоразбора и фиксируют так, чтобы он был направлен вертикально.
• Открывают кран, и шланг начинают заполнять водой, пока она не достигнет уровня, соответствующего нижней точке крана. Одновременно верхнее отверстие герметично закрывают.
• Водопроводный кран открывают на максимум.
• Измеряют высоту водяного столба от уровня, установленного как нулевой до начала воздушной пробки. Высоту пробки тоже нужно измерить.

Складывают высоту столба с высотой пробки и делят на высоту пробки. Полученное значение нужно умножить на атмосферное давление, но оно в данном случае принимается равным 1 атм.

Подробная статья об измерении давления без прибора здесь.

Что делать в случае снижения напора?

Падение напора воды может быть связано с серьезными поломками, но иногда — все дело в длительном отключении электроэнергии или каких-то бытовых проблемах. Так что начинать нужно с тщательного осмотра системы.

В газовом котле

Падение давления в газовом котле приводит к остановке его работы. Современное оборудование обычно оснащено автоматикой, которая отключает котел при прекращении подачи воды.

Владельцу дома нужно:

1. Осмотреть котел, чтобы убедиться, что нет повреждений.
2. Проверить всю отопительную систему, чтобы выявить течь.

   Иногда проблемы возникают из-за того, что стыки между трубами не выдерживают давления, возникает протечка, и напор снижается. Выявленную течь нужно устранить.

3. Зафиксировать показания манометра. Если он показывает значение на уровне 1 атм., можно попробовать открыть кран подпитки и добавить воду в ручном режиме.

   Если это не дало результата, следует вызывать мастера из сервисной службы. Специалист сможет выявить причину поломки и устранить ее, что гораздо безопаснее собственных усилий.

Причины падения давления в газовом котле при включении горячей воды описаны здесь.

В квартире

Если снизился напор в квартире, нужно:

• Проверить, нет ли засора в трубах.
• Проверить на предмет загрязнения аэратор. Если будут обнаружены засоры, устранить их.
• Если после устранения засора ситуация не изменилась, нужно установить дополнительно проточный насос (это разновидность циркуляционного оборудования). Преимуществом такого насоса является то, что он не требует получения дополнительных разрешений. Напор в этом случае можно контролировать вручную или автоматически.
• Прибор подбирают так, чтобы его мощность и производительность соответствовали потребностям в подаче воды. Например, если есть три точки водоразбора, то 3,5 кубометра/час — это нормальный показатель, напора хватит для работы приборов.

Регулировка

В частных домах для регулирования уровня напора только проточного насоса недостаточно. Требуется насосная станция или гидроаккумулятор. В этих приборах проводят настройку реле давления воды.

В насосной станции

Здесь за регулировку отвечает реле, которое отключает или включает устройство так, как было описано выше.

Главные его элементы — это закрепленные на металлическом основании контакты.

Чаще всего для работы устройства используются две разные по размеру пружины и мембрана.

У реле часто уже бывают выставлены фабричные настройки.

Для включения это показатель в 1,5-1,8 атмосфер, а для отключения — уровень 2,5-3 атмосферы. И есть максимальный предел в 5 атмосфер, но на практике его не всякое реле выдерживает. В большинстве случаев заводские настройки обеспечивают нормальную работу. Если нет — надо выставить их вручную.

Сначала проверяют работу системы и уровень напора воздуха в гидроаккумуляторе. После запуска станции давление восстанавливается, его измеряют и фиксируют, питание оборудования отключают, воду из системы спускают. Иногда нужно уменьшить давление.

С реле снимают пластиковый корпус, затягивают гайку большой пружины, закручивая ее по направлению движения часовой стрелки, пока пружина не сожмется до соответствующего уровня.

Вращение маленькой гайки в том же направлении увеличивает разрыв между параметрами для включения и выключения. Положение фиксируют, корпус возвращают на место.

В гидроаккумуляторе

Бак, который используется в насосной станции, называется гидроаккумулятором. Помимо всего прочего, он обеспечивает определенный запас воды. Его работа регулируется реле. За уровнем воды в гидроаккумуляторе следит поплавковый датчик.

Реле здесь устроено так же, как в насосной станции. И настраивают его точно так же. То есть сначала проверяют работу системы, измеряют напор с помощью манометра, затем воду сливают, снимают корпус с устройства, с помощью гаек подстраивают показатели.

Вся информация по регулировке здесь.

В стиральной машине

Установка любой техники, потребляющей воду, требует хорошего напора. Но для стиральных машин это особенно важно.

Каждый производитель старается выпускать такую технику, которая может работать и при снижении напора.

Например, для брендов Samsung и Electrolux нормальным считается показатель в 0,3-0,4 бар. Для Atlant и Bosch он гораздо выше — 0,5-0,6 бар. Некоторые модели требуют до 0,8 бар напора.

Более подробно о силе давления, необходимого для стиральных машин, читайте в этой статье.

Как устранить течь в трубе под давлением?

Устранение течи в трубе под давлением — это всегда временная мера, поскольку после нее все равно необходим полноценный ремонт. Существует несколько популярных методов:

1. Установка металлического хомута. Он используется тогда, когда заварить свищ в трубе не получается. При этом хомут стоит достаточно долго, хватит времени на то, чтобы подготовить замену. На место течи устанавливается резина или медицинский жгут, сверху — хомут, который затягивается с помощью болтов.
2. Применение аварийного клея на основе эпоксидных смол, содержащих вдобавок металлическую пыль. Клей достаточно надежен, но только если течь небольшая, поскольку иначе будет тяжело подготовить поверхность.
3. Наложение бинта, каждый слой которого пересыпается солью. В итоге получается довольно плотная «повязка». Соль в ней не растворяется, а как бы каменеет, но ненадолго. Такого ремонта хватит только на несколько дней.
4. Установка самореза — не лучший вид ремонта. Его не хватает надолго, и он очень ненадежен, подойдет он только в том случае, если другого выхода нет.

Еще более детально об устранении течи ищите по ссылке.

Заключение

Под давлением воды понимают зависимость ее массы от силы тяготения Земли. При помощи определенного оборудования показатель этот можно регулировать, однако подбирается оно в зависимости от технических условий.

Источник