液体における配管の圧力損失について

質問

※概要　：　処理槽（やや上部）とサブ槽（下部）があり、配管で
　　　　　　接続され、ポンプによる循環系になっている配管の
　　　　　　圧力損失が知りたいです。

※サブ槽からポンプで吸い込み、処理槽にポンプアップし、
　オーバーフロー配管で、またサブ槽に戻ってくるものとします。

※処理槽上部と、ポンプ吸い込み部の高低差は1.5ｍです。
　サブ槽とポンプは仮に床面に設置されているものとします。

?ポンプ：
　１）PP製マグネットポンプ（エレポン：SL-20N）
　　　（http://www.elepon.co.jp/products/cate1_1_sl.html）
　２）配置：サブ槽下部と同じ高さに設置するものとします。

?ポンプ吐出配管：
　１）材質　　　　　　　　　：VP20A
　２）水平配管距離　　　　　：2ｍ
　３）垂直配管距離　　　　　：1.5ｍ
　４）エルボ（TSエルボ20A） ：3ケ所（処理槽流入部の1ケ所も含む）

?オーバーフロー配管
　１）材質　　　　　　　　　：VP40A
　２）水平配管距離　　　　　：1ｍ
　３）垂直配管距離　　　　　：0.75ｍ（サブ槽の高さがあるため1.5ｍでない）
　４）エルボ（TSエルボ20A） ：3ケ所（処理槽流入部の1ケ所も含む）

?処理槽
　１）材質　　　　　　　：PVC
　２）吐出の垂直配管が1.5ｍだが、処理槽は0.5ｍ高さとして
　　　液は処理槽上部から処理槽内に流入するとします。

?サブ槽
　１）材質　　　　　　　：PVC
　２）サブ槽下部から、ポンプが吸い込むとします。

?流体：
　１）液種：水（本当は水に近い薬液ですが、水とした方が計算
　　　　　　　　しやすいので、水でお願いします。ただ、計算式の
　　　　　　　　中で比重・比熱・粘度が必要でしたら、計算に
　　　　　　　　含めていただければと思います。）
　２）温度：40℃

※仮に吐出量を決める必要があるのであれば、25L/minでお願いします。
　その必要はなく、性能曲線から判断するのであれば、それでお願いします。

※その他、条件として不備があるものは、仮に決めていただいて
　計算していただければと思います。

※±10％くらいの誤差ならOKですので、処理槽部・サブ槽部などの
　細かい形状によって、微妙に流量が変わるというのは無視して
　いただければと思います。

※サブ槽の詳細な寸法が必要だというのであれば、
　サブ槽とオーバーフロー配管は無視していただいて、
　処理槽とポンプ間で循環しているなど、回答していただける方のほうで
　形状を仮に決めていただければと思います。

係数などもお調べいただくことになり、
大変お手数おかけしますが、よろしくお願い致します。

回答No.3

noname#230359

> ?ポンプ：
> 　１）PP製マグネットポンプ（エレポン：SL-20N）
> 　２）配置：サブ槽下部と同じ高さに設置するものとします。
マグネットポンプの性能曲線を確認する場合に、登録が必要なのはきつい。
マグネットポンプの吸い込み側は、空廻し不可なのでサブ槽液面より低く取付なので、
0.00*MPa程度での流量25L/min確認で可と考える。（真空計測定値があればベター）

> ?ポンプ吐出配管：
> 　１）材質　　　　　　　　　：VP20A
> 　２）水平配管距離　　　　　：2ｍ
> 　３）垂直配管距離　　　　　：1.5ｍ
> 　４）エルボ（TSエルボ20A） ：3ケ所（処理槽流入部の1ケ所も含む）
マグネットポンプの吐き出し側は、使用周波数にもよりますが、50Hzでも流量25L/minなら
全揚程５m以上なので５mで確認。吸い込み側配置がサブ槽下部と同じ高さに設置するもの
とするなので、５mで確認。５m－１．５m ＝ ３．５m以内の圧力損失水頭であればよい。

> ?オーバーフロー配管
> 　１）材質　　　　　　　　　：VP40A
> 　２）水平配管距離　　　　　：1ｍ
> 　３）垂直配管距離　　　　　：0.75ｍ（サブ槽の高さがあるため1.5ｍでない）
> 　４）エルボ（TSエルボ20A） ：3ケ所（処理槽流入部の1ケ所も含む）
0.75ｍ/2 揚程から圧力損失を差し引いて、VP40Aに流れる流量を算出。
圧力 ⇒ 流速を求めるのは、ベルヌーイの定理で求めます。

> ?処理槽
> 　１）材質　　　　　　　：PVC
> 　２）吐出の垂直配管が1.5ｍだが、処理槽は0.5ｍ高さとして
> 　　　液は処理槽上部から処理槽内に流入するとします。
吐出の垂直配管が1.5ｍだから、処理槽高さ0.5ｍはそれに含まれると解釈

> ?サブ槽
> 　１）材質　　　　　　　：PVC
> 　２）サブ槽下部から、ポンプが吸い込むとします。
マグネットポンプの吸い込み側の前記述を要確認。

> ?流体：
> 　１）液種：水（本当は水に近い薬液ですが、水とした方が計算
> 　　　　　　　　しやすいので、水でお願いします。ただ、計算式の
> 　　　　　　　　中で比重・比熱・粘度が必要でしたら、計算に
> 　　　　　　　　含めていただければと思います。）
> 　２）温度：40℃
水の常温で先ず確認するで可でしょう。

お礼

ご回答いただき、ありがとうございます。

参考にさせていただきたいと思います。

回答No.2

noname#230359

小生も、関連の簡単な書籍を購入して、ご自分で確認した方がよいと考えます。

> 概要；処理槽（やや上部）とサブ槽（下部）があり、配管で接続され、ポンプによる
> 循環系になっている配管の圧力損失が知りたいです。
> サブ槽からポンプで吸い込み、処理槽にポンプアップし、オーバーフロー配管で、また
> サブ槽に戻ってくるものとします。
> 処理槽上部と、ポンプ吸い込み部の高低差は1.5ｍです。サブ槽とポンプは仮に床面に
> 設置されているものとします。
ですから、
◆ サブ槽 ⇒ PP製マグネットポンプ（の配管部分）を確認する。
　 PP製マグネットポンプは、空回り不可と推測するので、常に接液する構造なるため、
　 揚程は考慮不要で、ポンプの吸い込み特性（圧）と配管内径を基本に、圧力損失を考慮。
◆ PP製マグネットポンプ ⇒ 処理槽（の配管部分）を確認する。
　 揚程の考慮必要で、ポンプの吐き出し特性（圧）と配管内径を基本に、圧力損失を考慮。
◆ 処理槽の構造
　 オーバーフロー槽ということなので、オーバーフローを受ける槽周囲の樋部分とその集口
　 部分を確認する必要があります。
　 できれば、簡易テストで（25L/min以上の処理能力を）確認した方がよいでしょう。
　 予想では、オーバーフロー槽のダウンサイジングも必要でしょうから。
◆ 処理槽 ⇒ サブ槽（タンク）（の配管部分）を確認する。
　 トリチェリーの定理を利用したもっともオーソドックスな圧力損失計算方法です。
　 関連の簡単な書籍にも、例題として掲載が多い内容です。
と分けて確認下さい。

ネットのURLは、それらの関連性確認が難しい内容が多いです。

書籍は、水力学又は流体力学のものです。
機械設計便覧や機械工学便覧でも、簡単な掲載はあります。
又は、工業高校周辺の書店でその教科書を確認してみるか、工業大学周辺の古本屋で教本を
確認してみるかで、良ければ購入の方法もあります。

> ±10％くらいの誤差ならOKですので、処理槽部・サブ槽部などの細かい形状によって、
> 微妙に流量が変わるというのは無視していただければと思います。
ですが、……を無視しなくても計算値と実際は±10％以上と思います。
（実測結果の係数であり、その一般的内容を記述なので、施工方法でも多少異なるから）

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

いろいろと記載いただいて恐縮ですが、
今回の質問に関連するような書籍は具体的にどういったものが
ございますでしょうか。

また、計算式の記載されているURLでは理解できませんでしたので、
結果として±10％程度の違い（例えばポンプ発熱による粘度の変化など）
なら問題ありませんので、
どなたか本質問になぞらえた計算をしていただければ幸いです。

ご回答いただき、ありがとうございます。

参考にさせていただきたいと思います。

回答No.1

noname#230359

大学の課題でなく、実際の設計のようですから、ご自分でご確認下さい。
資料1はレイノルズ数から求める方法
｢計算できる演習ページ｣｢管内流れの圧力損失｣を選択下さい。
資料2は給水管における経験式です。
資料1と2は共に圧損の計算方法ですが、求め方は異なります。

直管については先の資料を参照の上、計算下さい。
曲管については下記を参照下さい。

http://www.jsrae.or.jp/annai/yougo/114.html

各部の圧力と流速を求めて行き、それぞれの流速から圧損を計算します。
圧損は経路とともに加算してゆきます。管路は分流しなければ、流量は
一定です。圧損が増えると流量は減ります。ここの管路の損失を加算して
総合的につじつまが合うように、繰返し計算します。

資料2が未表示になっていましたので追加します。
http://kyusouken.com/flow.html#part6

VP管の計算は
http://www.sunhope-aqua.com/keisan/test2.cgi
継手やバルブの直管換算
http://www.aquasoft-net.com/kakusyusiryou/kyuusuitugitenokanzantyou.pdf
計算例は
http://www.city.urasoe.lg.jp/archive/8761234/wsomu/kyusuisinsei/4.tyokketukeisann.pdf

参考URL：

http://chemeng.in.coocan.jp/

お礼

ご回答いただき、ありがとうございました。
申し訳ありませんが、よくわかりませんでした。

現在まで調べたところ、直管部の圧力損失、エルボの圧力損失、
垂直方向の揚程、を足していけばいいのかなとなんとなく
そう思っているのですが、不確かです。

VP管の係数、エルボの係数などもわかりません。

大変お手数ですが、計算式でご教示いただけますと助かります。

　よろしくお願い致します。

回答いただきまして、ありがとうございます。

例えば排気の場合は、

直線ダクトの圧力損失　+　エルボの圧力損失　+
ファンの吸い込み・吐出口での圧力損失　を計算すれば
出るようになっております。
必要な条件は、直管の抵抗係数、速度圧を求めるときの
空気密度、あとは距離や風速です。

このような感じの計算式はございますでしょうか。

大変恐縮ですが、ご提示のURLの式はVP管の係数などがなく
また、試行錯誤が必要とあるためいまいち理解できませんでした。

ご回答いただきまして、ありがとうございました。

いろいろと資料教えていただきましたので、
なんとなくわかりそうな気がします。
一度自分で計算してみます。

また、わからないところありましたら質問させて
いただくかもしれませんが、よろしくお願い致します。

ありがとうございました。