Tính Toán Máy Bơm Nước – Ống Nước
I. Thuyết Minh:   – Chọn bơm nước bình thường trong công nghiệp thì 4 yếu tố chính là lưu lượng, cột áp, độ nhớt (khi bài toán cần sự tính toán chi tiết) và kích thước đường ống. – Trong đó cột áp là phần phức tạp nhất, ta chọn một tuyết đường ống dài nhất từ nơi đặt bồn nước bơm đến vị trí cần bơm, khi đó tổn thất cột áp trên đoạn này là cao nhất. Trong tuyến đường chính đó có nhiều kích thước đường ống khác nhau thì ta tính tổn thất trên từng đoạn. Sau đó cộng tổng cộng các cột áp lại ra cột áp tổng toàn bộ tuyến ống.   – Tuy nhiên có nhiều cách để tính toán bơm nước trong dân dụng theo kinh nghiệm, hay khi dự thầu hay công trình lớn cần quá trình tính toán chi tiết hơn để chọn bơm chính xác hơn.  – Do năng lực có hạn, nên mình viết một số cách tính toán mà mình biết.

II. Cách tính toán máy bơm thường dùng:(đểtìm thông số lưu lượng,cột áp, đường ống).1. Tính toán theo kinh nghiệm: (nước thường 25~ 30^oC, không tính độ nhớt).  – Về lưu lượng: đơn vị m³/h hoặc lít/phút (L/min). Chọn theo lưu lượng mình cần.ví dụ:
   +  Trong một giờ thì bơm đầy bồn 3 mét khối => lưu lượng 3 khối/giờ.
   +  Muốn bơm đầy 2 bồn, mỗi bồn 4 mét khối trong 3 giờ =>8 khối/3giờ =>2,7 khối/giờ.
   +  Trên máy có sẳn lưu lượng cần bơm qua, rồi lấy tổng lưu lượng các máy ra lưu lượng chính.

 – Về cột áp: từ điểm thắp nhất đến điểm cao nhất (theo mét độ cao) + tổn thất áp trên co cút tê, ma sát thành ống (do ống sần xùi hoặc ống kích cở nhỏ) + tổn thất áp khi chạy qua tải. Nếu có nhiều đầu nước ra, thì ta chọn tuyến đường ống dài nhất tính từ vị trí bơm để đạt được tổn thất áp suất cao nhất.   + Điểm thắp nhất đến điểm cao nhất và đã trừ ra cột áp hồi (tức là nước tự tuần hoàn trở lại bơm).   + Lấy theo kinh nghiệp một co vuông bằng 3% cột áp tổng, tê thì lấy 2 % cột áp tổng. Lấy 5 mét theo chiều ngang bằng 1 mét theo chiều cao.   + Tổn thất áp khi chạy qua tải nếu tải đã có sẳn thông số tổn thất áp lực.
   +  Sau khi có được cột áp mình nhân thêm hệ số an toàn 1,4 lần cột áp tổng. Rồi báo kết quả cho bên bán bơm nước biết (về nhu cầu sử dụng, lưu lượng, cột áp) để nhà sản xuất tra đồ thị và chọn bơm báo giá cho bạn.
 – Về Kích thước Đường ống: (chỉ cần có thông số lưu lượng). Dựa vào công thức:

Vận tốc nước dựa vào tiêu chuẩn việt nam 4513-1988. Download TCVN 4513 – 1988Ở mục 6.5 Trang 14 Trong tiêu chuẩn. Lấy nước dùng cho mọi nhu cầu sinh hoạt vận tốc V = 1,2 m/s và chữa cháy là 2,5 m/s. 
VD: Giả sử Q = 28,8 l/s, dùng cho chữa cháy V = 2,5 m/s.  => D = V^–(4 x 28,8 / 3,14 x 25) = 1.21 dm hay phi121 => ống DN150 (hoặc DN125).
2. Tính toán theo công thức bên cứu hỏa:  (nước thường 25~ 30^oC, không tính độ nhớt). – Về lưu lượng: như trên.v.v.– Về Kích thước Đường ống: như trên.v.v. – Về cột áp: Cột áp H = H1 + H2 +H3.
   + H1: là tổng của cột áp cao nhất ( tức là áp lực nước theo độ cao từ vị trí đặt bơm đến nơi xa nhất của hệ thống. Kinh nghiệm 5 mét ngang bằng 1 mét cao.
   +  H2: cột áp để phun nước tại đầu ra .
   +  H3: tổn thất áp tại co cút tê trên đường ống (tổn thất cục bộ) và ma sát đường ống. Ví Dụ: 
   — Giả sử: khoảng cách từ bơm đến nơi cần bơm độ cao là 40 m, ống đi ngang 20 m, lưu lượng 104 m³/h hay 28,8 l/s.    —  cột áp cao H1 = 40+4 = 44 mét cao.
   —  H2 lấy bằng 5 mét phun theo độ cao.
   —  H3 = Ha + Hb = A x L x Q² + 10%*Ha
     Hb = 10%*Ha là tổn thất qua tê, co trên toàn hệ thống.     Q: lưu lượng nước qua ống (l/s)
      L: chiều dài của đoạn ống (m)
      Với A là sức cản ma sát từ ống (mỗi ống lại có sức cản khác nhau). A lấy theo tiêu chuẩn việt nam 4513-1988. => như ví dụ trên đường kính ống là DN150 => A = 0,00003395
=> H3 = 0,00003395 x (40+20) x 28,8² +10%*Ha = 2 mét nước.
Vậy H = 44 + 5 + 2 = 51 mét nước. và lưu lượng là 104 m³/h = 1728 l/min => tra đồ thị thì bơm là chọn bơm 40 hp (30 Kw điện), đường ống DN150.
3. Tính toán theo công thức chi tiết:– Về lưu lượng: như trên.v.v.– Về Kích thước Đường ống: như trên.v.v. – Về cột áp: Cột áp H = H1 + H2 +H3. Với H3 = ΔP_{ma sát} + ΔP_{cục bộ}Trong đó:ΔPms : Tổn thất ma sát đường ống, PaΔPcb: Tổn thất áp suất cục bộ, Pa

Độ Nhớt của nước theo bảng sau: ví dụ ở 7^oC thì độ nhớt là 1,306 x 10 ^-6 m²/s.

 + Tức là Bài toán tính H3 thứ tự như sau:

• Đầu tiên xác định nhiệt độ của nước. VD như nước thường 30 ^oC => độ nhớt 0,8 x 10 ^-6 m²/s, khối lượng riêng của nước 1000 Kg/m³. 2 đại lượng trên thay đổi theo nhiệt độ và loại vật chất khác.
• Điền thông số vào công thức Reynol để tính dòng chảy rối hay tầng để thay vào công thức. với tốc độ nước chính là vận tốc nước (2,5 m/s hoặc 2 m/s). Và d là đường kính của ống đã tính ra khi có lưu lượng. 
• Sau đó tính hệ số λ.
• Thay λ vào công thức để tính ΔPms. Với mật độ nước thay vào là 1000 Kg/m³.
• Tính  ΔPcb: khó khăn ở hệ số trở kháng cục bộ ta dựa vào bảng tra thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, hoặc theo cách tính trang 6-7chương 10 giáo trình Điều Hòa và thông gió (số lượng co, cút, tê, giảm.v.v.). Trở kháng cục bộ bằng tổng các trở kháng các co, tê, cúc và các van nước.

 +  Ví dụ bài toán như sau: đường ống dài 60 mét,  Lưu lượng nước 28,8 l/s, đường ống DN150, nước thường 30^oC. V = 2,5 m/s. Đường ống có 2 van và 1 co 90^o.   => độ nhớt 0,8 x 10 ^-6 m²/s.   => Re = 2,5 x 0,15/0,8 x 10 ^{-6 =47 x 104 >104. => dòng chảy rối.}   => λ  = 1/(1,82 log 47 x 10⁴ – 1,64)² = 0,01.   => ΔPms = 0,01 x 60 x 1000 x 2,5²/(0,15 x2) = 12500 Pa ~ 1,27 mét nước cao.   => ΔPcb với mỗi van có trở kháng cục bộ là 2,5 và co  90^o là 0,6. Trở kháng cục bộ tổng là 5,6.          ΔPcb = 5,6 x 1000 x 2,5²/2 = 17500 Pa ~ 1,78 mét nước cao.
H3 = 1,27 + 1,78 = 3,05 mét nước cao (> 2 mét nước cao ở trên vì chưa xét đến tổn thất co, van).
4. Tính toán Bằng phần mềm:  + Mình sử dụng phần mềm pipe flow wizard V1.12. Download Tại Đây

• Phần mềm chủ yếu tính cột áp H (cột áp tổng trên đường ống).
• Đây là cách tính toán nhanh nhất có kết quả tương đối nhất. 
• Nhẹ nhàng trong việc tra 3 đại lượng: Độ nhớt và khối lượng theo nhiệt độ, tổn thất cục bộ đường ống khi chưa tìm được trở kháng cục bộ trên catalogue. 

Phần mềm có 4 phần, tuy nhiên ta chỉ tập trung vào phần đầu tiên là tính áp suất (find Pressure). Giao diện mà hình như sau:

                        Các bước thứ tự như sau:    a. Chọn hệ đơn vị là metric, Lưu lượng chọn là m³/hr.    b. Internal roughness: đại diện cho sức cản hay độ sần sùi mặt ống, ta không điền vào. Ta chỉ điền click chọn vào Pipe material để chọn loại vật liệu ống (ống nhựa regid PVC, ống thép steel, ống inox stainless.v.v.). Mỗi loại ống có độ nhám khác nhau.    c. internal diameter: chọn đường kính trong của ống (ống DN 15 (phi 21), DN 20 (phi 27), DN 25 (phi 34), DN 32 (phi 42), DN 40 (phi 49), DN 50 (phi 60), DN 65 (phi 76), DN 80 (phi 90), DN 100 (phi 114), DN 125 (phi 146), DN 150.v.v. Ta tự chọn và nhập vào kích thước ống DN XX.    d. Length (mét): chiều dài tổng đường ống (ống ngang + ống cao). Ví dụ trên là 40 + 20 =60 mét ống.    e. Elevation change:(H1+H2) độ cao cột áp nước từ điểm thấp nhất đến điểm cao nhất và cột áp mong muốn tại đầu phun nước ra ngoài. Ví dụ trên là 40 mét cao + đầu ra ống thêm 5 mét phun cao =45 mét. 2 lựa chọn: Rise là cộng thêm vào (bơm từ thấp lên cao) và Fall là trừ ra (Bơm từ cao xuống thấp).    f. Flow: lưu lượng dòng chảy (m³/hr, lít/phút). Chọn m³/hr. Nhập theo lưu lượng muốn tính.   g. none: chọn số lượng co cút tê van trên đường ống, để máy tính trở kháng cục bộ từng thiết bị. Thường thì không có van lọc (value filter). Vì van lọc gây tổn thất áp suất lớn nhất trên hệ thống, nên ta phải bắt buột tra trêm để cộng riêng cột áp vào bài toán khi đã kết thúc.

h. Water @ 20^oC (68^oF): click phải vào nó, chọn nhiệt độ nước thường 30^oC (86^oF). Máy tự tra cứu và đưa ra thông số độ nhớt Centistokes 0,802. Và khối lượng riêng Relative density 0,996 tấn/m³.

   i. Click vào Calculate Pressure Drop: Ra cột áp tổng (đã cộng áp suất tổn thất) ở ô Pressure Drop. Đơn vị là mhd hoặc bar.
III. Chọn Công suất điện cho bơm nước: (khi đã có cột áp và lưu lượng). 1. Tính công suất bơm theo công thức thường: Không chính xác bằng tra đồ thị bơm có sẳn của hảng sản xuất, vì hiệu suất sử dụng là lấy tùy ý.Công suất điện P_{bơm(walt điện)} =  Áp lực (Pa) x 10^-3 x Lưu Lượng(lít/giây)/hiệu suất sử dụng (n=0,65 ~ 0,9).Đổi từ cột áp mét nước ra áp lực Pa rồi thay vào công thức.
VD: Muốn bơm bồn 2 khối, bồn đặt trên nóc tòa nhà 3 tầng cao 14 mét so với vị trí cấp nước từ mạng nước sinh hoạt, đường ống đi theo chiều ngang tổng là 10 mét. Dùng ống thép, phi 34 (DN25), dùng 4 co vuông.
=> chiều dài tổng 14 + 10 = 24 mét tổng.
=> chọn bồn còn 400 lít thì bơm => bơm 1,6 khối/giờ = 1600/3600 = 0,4444 lit/giây.

Dựa vào kết quả 15,227 mét nước = 149328 Pa.=> Công suất điện = 149328 x 10^-3 x 0,44444 / 0,65 = 102,104 Walt điện. Nếu muốn mua bơm ta nhân cho hệ số dự trử 1,4 lần. Tức bằng 102,104 x 1,4 =142,95 Walt ~1/4 Hp điện cho bơm.
2 . Tra Đồ Thị bơm từng hảng sản xuất:Tra đồ thị để chọn công suất máy bơm. 

IV. Một Số Điểm Nhấn Đánh Giá Máy Bơm Nước:   Download Giáo Trình Máy Bơm: http://www.mediafire.com/?3yqkzdw3bcsgmwh  Download: Bảo Dưởng Máy Bơm Nhà Máy: http://www.mediafire.com/?i9e41b1ea3d6f17

• Đánh giá theo độ ồn. Máy giá càng cao độ ồn càng thấp.
• Đánh giá theo hiệu suất sử dụng, Máy của Châu Âu hiệu suất sử dụng lớn.
• Đánh giá theo mức độ chịu tải, do kích thước dây quấn lớn hơn, khả năng chịu quá tải lớn.
• .v.v.