Transcript Technické prostriedky v PO II.

Vyparovanie vody
• Každej kvapaliny v otvorenej nádobe časom ubúda. Kvapalina sa za každej
teploty na svojom povrchu mení na pary - vyparuje sa. Vyparovanie sa na
povrchu kvapaliny so stúpajúcou teplotou zväčšuje.
• Pri topení (tuhnutí) tuhá látka aj kvapalina sú pod rovnakým tlakom
(zvyčajne barometrickým), kým pri vyparovaní napr. vody z voľného
povrchu, para nepodlieha barometrickému tlaku. Pod tlakom (napätím)
pary sa rozumie tlak, ktorým sa para difúziou šíri do vzduchu. Na zistenie
vyparovania je preto potrebné pre paru zabezpečiť merateľný tlak, a to je
možné len v uzatvorenom priestore nad kvapalinou.
• Para, ktorá pri danej teplote nemení tlak ani vtedy, keď sa mení jej objem,
je para nasýtená jej tlak je tlakom alebo napätím nasýtenej pary.
• Kvapalina a jej nasýtená para sú v rovnováhe pri určitej teplote, len určitom
tlaku.
Kvapalina a jej nasýtená para sú v rovnováhe pri určitej teplote, len
určitom tlaku.
Tab. 1. Tlak nasýtenej vodnej páry v závislosti od teploty
0
10
20
30
40
50
Tepl
ota
(°C)
Tlak 0,58 1,18 2,26 4,22 7,36 11,3
(kPa)
60
20
70
80
90
100
31,3 42,1 69,9 101,9
Čím je teplota vody nasávanej požiarnym čerpadlom vyššia, tým vyšší
je tlak nasýtených vodných pár, a tým je nižšia sacia schopnosť požiarneho
čerpadla. Záverom možno konštatovať že pri dokonale tesnom čerpadle a sacom
vedení a za predpokladu dokonalej tekutosti a čistoty vody, aby sme vodu teplú
100 °C pri normálnom barometrickom tlaku 0,102 MPa vôbec nenasali (jej tlak
nasýtených pár je tiež 0,102 MPa tab.1), čerpadlo by nasávalo len vodnú páru.
Aj keď sa zdá, že pri rovnovážnom stave medzi kvapalinou a jej parou
sa nič nedeje, predsa sú molekuly kvapaliny v ustavičnom pohybe. Niektoré
molekuly vyletujú z povrchu kvapaliny - vyparujú sa a niektoré molekuly sa do
kvapaliny vracajú.
Var vody
Keď sa tlak nasýtených pár kvapaliny vyrovná vonkajšiemu tlaku, mení sa
kvapalina na paru nielen na povrchu, ale v celom objeme. Prejaví sa to
zvláštnym zmietavým pohybom, ktorý vzniká tým, že sa v kvapaline tvoria
bublinky pary vystupujú na povrch. Tento stav kvapaliny sa nazýva var.
Príslušná teplota sa nazýva teplota varu za daného tlaku. So závislosťou
tlaku nasýtených pár od teploty súvisí aj závislosť teploty od vonkajšieho
tlaku.
Tab. 2. Teplota varu vody za rôzneho tlaku.
Teplot
a (°C)
Tlak
(kPa)
0
5
10
15
20
25
30 44,7
0,49 0,78 0,98 1,47 2,16 3,04 4,41
59 69,3
76
9,8 19,6 29,4 39,2
81
85
89
92
96
99
100
49 58,8 68,6 78,4 88,3 98,1
102
Dôležitou problematikou v požiarnej praxi je nasávanie vody z prirodzeného
zdroja požiarnymi odstredivými čerpadlami. Nasávanie vody sa deje na
základe rozdielu tlakov, barometrického, pôsobiaceho na hladinu vody v
prirodzenom vodnom zdroji a tlaku v najvyššom mieste sacieho prierezu
obežného kolesa odstredivého čerpadla.
Maximálna teoretická geodetická sacia výška odstredivého čerpadla
zodpovedajúca normálnemu barometrickému tlaku 0,102 MPa pri teplote
vody 0 °C by bola 10,33 m.
Túto výšku v skutočnosti nie je možná dosiahnuť, pretože jej veľkosť je
podmienená niektorými dôležitými faktormi (tlak, teplota).
Viskozita kvapalín
Viskozita kvapalín je dôležitá fyzikálna vlastnosť, ktorá ovplyvňuje prácu
hydraulických strojov.
Zo skúseností vieme, že voda v koryte rieky, alebo v potrubí prúdi
najrýchlejšie v strede toku. Prúdenie kvapalín si predstavujeme ako
posúvanie jednotlivých vrstiev kvapalín v smere prúdu (obr. 1).
Rýchlejšia vrstva strháva pomalšiu do rýchlejšieho pohybu a opačne, pomalšia
zdržiava rýchlejšiu. Jednotlivé vrstvy kvapalín sa po sebe posúvajú.
Posúvaním sa jednotlivých vrstiev kvapaliny po sebe vzniká odpor proti
posúvaniu, ktorému hovoríme vnútorné trenie.
Obr. 1. Zmena rýchlosti prúdenia v závislosti od polohy častice kvapaliny.
Na styčnej ploche S dvoch vrstiev obr. 2 vzniká napätie t , ktoré závisí od
rozdielu rýchlosti Dc obidvoch vrstiev a nepriamo od ich vzdialenosti Dl.
Veľkosť napätia je daná vzťahom:
Dc
t  h.
Dl
Obr. 2. Vznik napätia t na styčnej ploche vrstiev kvapaliny.
Konštanta účinnosti h je
súčiniteľ
vnútorného trenia,
tzv.
dynamická
viskozita. Hlavnou jednotkou dynamickej viskozity je
l pascal sekunda (pa.s) a znamená viskozitu kvapaliny, v ktorej pri rozdiely
rýchlosti Dc = l m/s proti prúdu vzniká rovnobežne s rýchlosťou
tangenciálne napätie t = l MPa.
Kinematická viskozita n, vyjadruje viskozitu kvapaliny so zreteľom na jej mernú
hmotnosť (hustotu).
Je určená pomerom dynamickej viskozity h a mernej hmotnosti r.
Hlavnou jednotkou kinematickej viskozity je:
l štvorcový meter za l sekundu
h
n
r
(l m2s-1).
Kinematická viskozitu l m2/s má kvapalina s dynamickou viskozitou rovnou
1 Pa.s a hustotou 1 kg/m3
Viskozita kvapalín sa obvykle určuje Engelerovými (°E), Sayboltovými (°S) a
Redwoodovými (°R) stupňami. Prístroje na meranie viskozity sa nazývajú
viskozimetre.
Tekutosťou (fluiditou) kvapalín rozumieme prevrátenú hodnotu dynamickej
viskozity.

1
h
Tlak a tlaková sila.
Tlakom p (obr. 3) rozumieme silu F rovnomerne
pôsobiacu kolmo na jednotku plochy S.
spojite rozloženú a
F
p
S
Obr. 3. Tlak a tlaková sila
Základnou jednotkou tlaku v sústave jednotiek SI je:
l newton na l štvorcový meter (N/m2 = Pa)
Dočasnými jednotkami používanými v požiarnej praxi sú:
l kilopond na l štvorcový centimeter - l kp/cm2
l meter vodného stĺpca – l mH2O
Medzi týmito jednotkami platí prevodový vzťah:
1 kp/cm2 = 10 m H2O = 0,1 MPa
Tlak vzniká:
»
»
»
»
vlastnou tiažou,
vonkajšou silou,
vlastnou tiažou a vonkajšou silou,
rozdielom merných tiaží.
Torricelliho pokus
(princíp nasávania vody)
Máme trubicu ponorenú do kvapaliny ( obr. 4 ). Pri pohybe piesta smerom
nahor zistíme, že kvapalina v trubici stúpa a zaplňuje priestor pod piestom.
Vysvetlenie tohto javu urobil taliansky fyzik Torricelli, ktorý dokázal, že na
hladinu kvapaliny v nádrži pôsobí tlak vzduchu tzv. barometrický tlak b.
Pohybom piesta nastalo v trubici zriedenie vzduchu.
Rozdielom
tlaku
pod
piestom
a barometrického tlaku začala kvapalina
stúpať a vystupovala do výšky H, ktorá
zodpovedá
rovnováhe
medzi
tlakom
barometrickým a tlakom daným súčtom tlaku
spôsobeného výškou H kvapalinového stĺpca
a tlaku zriedeného vzduchu pod piestom.
Obr. č.4: Torricelliho pokus
Pri nulovom tlaku vzduchu pod piestom nám výška kvapalinového stĺpca H
zodpovedá barometrickému tlaku b. Torricelli dokázal, že barometrický tlak udržal
v trubici ortuťový stĺpec vysoký 760 mm a vodný stĺpec vysoký 10,33 m.
V požiarnej praxi môžeme uvažovať hodnotu normálneho barometrického tlaku:
b = 0,1 MPa (= 10,33 mH2O)
Z Torricelliho pokusu vyplývajú pre nás dva dôležité závery:
1. rozdiel tlakov je podmienkou pohybu kvapalín (princíp nasávania a dopravy
vody požiarnymi čerpadlami)
2. teoretická najväčšia možná sacia výška nasatia vody požiarnych čerpadiel
pri normálnom barometrickom tlaku b = 0,1 MPa je z sgt = 10,33 m
Barometrický tlak klesá s narastajúcou nadmorskou výškou.
Hodnoty stredného barometrického tlaku b ( kPa ) sú pre rôzne nadmorské
výšky h ( m ) pri teplote 0 °C v tabuľke č. 4.
Tab. 4. Stredný barometrický tlak pre rôznu nadmorskú výšku.
Nadmorská výška h (m)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000 1300 1500 1700
Barometrický tlak p (kPa)
101,3 100,1 98,9 97,8 96,6 95,5 94,2 93,2 92,2 90,2 89,8 86,7 84,5 82,4
Teoretická sacia výška (m)
10,33 10,21 10,1 9,97 9,85 9,74 9,61
9,5
9,4
9,2 9,16 8,84 8,62
8,4
Hydrostatický tlak.
V kvapalinách býva tlak často vyvolaný silami, ktoré pôsobia priamo na
teplotu kvapaliny a nie na jej povrch. Najznámejším prípadom, ktorým sa
budeme zaoberať, je účinok zemskej tiažovej sily na jednotlivé častice
kvapaliny.
Tlak vyvolaný vlastnou tiažou kvapaliny budeme nazývať hydrostatický tlak.
V kvapalinách s väčšou hustotou je tlak vyšší
1. Hydrostatický tlak narastá priamoúmerne s hĺbkou h.
2. Hydrostatický tlak narastá s priamoúmernou hustotou r kvapaliny.
Ak si predstavíme rozsiahlu vrstvu kvapaliny
a v nej v hĺbke h vodorovné dno (obr. 5)
vidíme, že nad časťou dna o ploche S
spočíva stĺpec kvapaliny objemu S.h s tiažou
S.h.r.g.
Touto silou tlačí kvapalina na plochu
dna s veľkosťou S, a preto tlak na dno v hĺbke Obr. č.5: Tlak a tlaková sila na dno nádoby
h je ph.
Vzorec na výpočet hydrostatického tlaku.
Kde:
ph – hydrostatický tlak
S – plocha
h – hĺbka
r – hustota
g – tiaž
S .h.r .g
ph 
 h.r .g
S
Tlak na dno závisí len od hĺbky dna a od mernej hustoty r kvapaliny. Na
vodorovné dno plochy S pôsobí tlaková sila.
Kde:
F – sila
S – plocha
h – hĺbka
r – hustota
g – tiaž
F  S .h.r .g
Absolútny tlak, pretlak, podtlak a ich meranie.
Na voľnu hladinu kvapaliny ako vieme pôsobí atmosférický tlak b vzduchu,
ktorého hodnota kolíše okolo 0,1 MPa.
Výsledný tlak kvapaliny a vzduchu pôsobiaceho na hladinu je tzv. absolútny
tlak pa.
Absolútny tlak prostredia je teda tlak vzhľadom k vzduchoprázdnemu
priestoru (vákuu). Platí vzťah pa = b + ph.
Pretlak ppr je tlak, o ktorý je tlak uvažovaného prostredia vyšší ako tlak
barometrický ppr = pa - b
Podtlak ppo je tlak, ktorý udáva rozdiel medzi tlakom barometrickým
a absolútnym tlakom uvažovaného prostredia ppo = b - pa
Pretlak meriame prístrojmi, tzv. manometrami M, umiestnenými na
výtlačných hrdlách požiarnych čerpadiel.
Podtlak meriame prístrojmi, tzv. vákuometrami V, umiestnenými na sacích
hrdlách požiarnych čerpadiel.
V sacích hrdlách požiarnych čerpadiel nám tlakové pomery kontroluje tzv.
manovákuometer (MV), ktorý môže merať jednak podtlak (pri nasávaní
vody) a jednak pretlak (pri odbere vody z tlakového zdroja napr. z hydrantu
alebo z inej požiarnej striekačky).
Obr. 6. Meranie pretlaku a podtlaku na požiarnom čerpadle.
Pascalov zákon.
Ak tlačíme piestom na vodu, ktorá celkom vypĺňa nádobu s otvorom (obr. 7),
voda strieka rovnako prudko všetkými otvormi nezávisle od ich smeru a ak
je hydrostatický tlak vyvolaný vlastnou tiažou kvapaliny oproti tlaku
vyvolanému vonkajšou silou F zanedbateľný, strieka rovnako nezávisle
od polohy otvorov.
Tlak
vyvolaný
v
kvapaline
vonkajšou silou
(piestom) sa šíri
rovnomerne všetkými smermi.
Základný význam Pascalovho zákona je v tom, že tlak vyvolaný vonkajšou
silou závisí len od veľkosti plochy, na ktorú sila pôsobí a nie od hĺbky a
hustoty kvapaliny.
Dôležité je aj zistenie, že tlaková sila v kvapaline nezávisí od smeru, v danom
mieste je vo všetkých smeroch na rovnakú plochu konštantná.
Obr. 7. Pascalov zákon
Najznámejším strojom založeným na princípe Pascalovho zákona je
hydraulický lis (obr. 8).
Základnou časťou
hydraulického lisu sú dve
valcové nádoby nerovnakého
kruhového prierezu spojené
rúrkou. Obidve nádoby majú
piesty, pod ktorými je
uzatvorená kvapalina.
Obr. 8. Pascalov zákon – princíp hydraulického lisu.
Ak tlačíme silou F1 na piest
v užšom valci, ktorého
prierez je S1 vzniká v
kvapaline tlak p.
F1
p
S1
Na piest v širšej nádobe pôsobí
tlaková sila F2 kolmo na
plochu piesta S2. Veľkosť tejto
sily je daná vzťahom
S2
F2  F1 .
S1
Z rovnice vidíme, že piest v širšej nádobe je tlačený toľkokrát väčšou silou, než akou
pôsobíme na piest v užšej nádobe, koľkokrát je plocha S2 piesta v širšej nádobe väčšia
ako plocha S1 užšej nádoby.
V požiarnej praxi sa s využitím Pascalovho zákona stretávame pri konštrukcii
vysokozdvižných požiarnych plošín a automobilových požiarnych
rebríkov.
V požiarnej praxi si treba uvedomiť dôsledky Pascalovho zákona u výtlačných
hrdiel požiarneho čerpadla a rozdeľovača. Tlak vyvolaný lopatkovým
kolesom čerpadla (vonkajšou silou) je vo všetkých výtlačných hrdlách
požiarneho čerpadla rovnaký, nezávisle od druhu napojených hadicových
vedení. Táto úvaha platí podobne aj u výtlačných hrdiel rozdeľovača.
Tlak vyvolaný vonkajšou silou je v každom mieste kvapaliny rovnaký.
Hydrostatický vztlak. Archimedov zákon.
Účinok rovnorodej kvapaliny na ponorené teleso, napr. valec (obr. 9).
Na hornú podstavu valca s plochou S
pôsobí tlaková sila, ktorej veľkosť je:
Podobne tlaková sila kvapaliny na
dolnú podstavu je:
F1  S.h1 .r.g
F2  S.h2 .r.g
Je zrejmé, že F2 > F1
Na teleso ponorené ponorené v kvapaline pôsobia so všetkých strán tlakové sily.
Vodorovné zložky tlaku kvapaliny sa navzájom
rušia, aj keď má teleso nepravidelný tvar.
Vidíme, že výsledná sila F , ktorá pôsobí na
ponorené teleso,
čiže hydrostatická
vztlaková
sila
smeruje hore a závisí od
objemu V ponoreného telesa a od mernej tiaže
kvapaliny.
Obr. 9. Archimedov zákon - hydrostatický.
Archimedov zákon:

teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované silou, ktorá sa rovná
tiaži kvapaliny vytlačenej telesom.
• Pôsobisko tlakovej sily je v ťažisku objemu vytlačenej kvapaliny.
• Tiaž telesa a vztlak pôsobia proti sebe.
• Keď objem vytlačenej kvapaliny nezávisí od hĺbky, v ktorej je teleso
ponorené, zostáva aj vztlaková sila v rôznych hĺbkach rovnaká.
• teleso klesá ku dnu
 ak je tiaž väčšia ako vztlak
• teleso plavá
 ak je tiaž telesa menšia ako vztlak
• teleso sa v kvapaline vznáša  ak je tiaž telesa rovnako veľká ako vztlak
Objemový prietok.
Objemový
prietok Q je objem kvapaliny pretekajúci za jednotku času
prietočným prierezom S potrubia (obr. 10).
Na obr. 10. je znázornené, že voda pretekajúca
prierezom S, vyplní za l sekundu potrubie
o dĺžke l, čo je dráha, ktorú pretečie voda za l
sekundu. Prierezom S teda pretieklo za l
sekundu množstvo vody, ktorá sa rovná objemu
valca S . c, takže:
Q  S.c
Obr. 10. Model objemového prietoku.
Pre kruhový prierez potrubia môžeme rovnicu prepísať do tvaru:
Q
 .d 2
4
.c
Z rovnice vidíme, že objemový prietok Q narastá priamo úmerne s druhou
mocninou priemeru potrubia d a s prvou mocninou rýchlosti prúdenia c, takže
prvoradý význam má priemer potrubia d.
Objemový prietok Q je dôležitá veličina, s ktorou budeme sústavne pracovať
pri riešení prečerpávacích systémov vyskytujúcich sa v požiarnej praxi.
V požiarnej praxi si môžeme objemový prietok predstaviť názorne ako
množstvo vody, ktoré dodá požiarne čerpadlo napr. za l minútu na
požiarisko bez prúdnice.
Základnou jednotkou objemového prietoku je
l meter kubický za sekundu  l m3.s-1.
V požiarnej praxi sú zaužívaný najmä jednotky:
• 1 liter za minutú – l / min
• 1 liter za sekundu – 1 / s.
Objemový prietok sa v požiarnej praxi meria zvyčajne dvoma spôsobmi:
• odmernou nádržou,
• pomocou prúdnic pri známom statickom tlaku vody pred prúdnicami a pred
priemerom hubíc
Stredná rýchlosť prúdenia.
Stredná rýchlosť prúdenia c je daná podielom objemového prietoku Q
a prietočného prierezu S.
Q
c 
S
Pre kruhový prierez s priemerom d bude:
4.Q
c
 .d 2
Z rovnice vidíme, že rýchlosť
prúdenia
pri
konštantnom
prietoku vody závisí od
veľkosti
plochy
prierezu
S potrubia.
Stredná
rýchlosť
prúdenia
v danom potrubí je uvedená
v tab. 5.
Tab. 5. Stredná rýchlosť prúdenia v potrubí.
Druh potrubia
Rýchlosť prúdenia c (m. s-1)
Sacie potrubie odstredivých čerpadiel
1 – 2,5
Výtlačné potrubie odstredivých čerpadiel 1 – 3,5
Hubica požiarnej prúdnice
20 - 45
Zákon o spojitosti toku.
Medzi prierezmi S1 a S2, (obr. 11) prúdi kvapalina ustáleným tokom tak, že
vyplní celý prierez potrubia.
Medzi uvedenými prierezmi sa do prúdu žiadna kvapalina neprivádza a ani z
prúdu neodvádza. Ak je prúdiaca kvapalina nestlačiteľná, nemôže sa ani
nikde hromadiť, a preto tiaž kvapaliny, ktorá pretečie prierezmi S1, S2 a S3
za l sekundu musí byť všade rovnaká.
Tieto tvrdenia môžeme vyjadriť podlá zákona spojitosti toku, ktorý sa nazýva
rovnica kontinuity.
objemový prietok je v celom rozsahu potrubia spojitý.
Obr. 11. Model spojitosti toku.
Q  S1.c  S 2 .c  S3 .c  konšt.
Pre potrubie kruhového prierezu a pre prúdenie nestlačiteľných kvapalín
môžeme rovnicu dosadením za S, (S =  . d2/4) upraviť do tvaru:
c1.d12  c2.d22  c3.d32  konšt.
Z rovnice vyplýva, že rýchlosť prúdenia v určitom priereze kruhového
potrubia narastá
s
druhou
mocninou
zmenšenia priemeru
potrubia.
Ak sa napr. zmenší priemer potrubia dvakrát, vzrastie rýchlosť prúdenia
štvornásobne.
POKRACOVAT V PREDNASKE 2 ROC. DENNY
Druhy prúdenia. Reynoldsovo číslo.
Pohyb skutočných kvapalín môže byť buď vláknový, číže laminárny, alebo
neusporiadaný (vírivý), čiže turbulentný.
Do kvapaliny pretekajúcou tenkou sklenenou rúrkou vpúšťame tenký prúd farbiva (obr. 12).
Pri malých rýchlostiach prúdu
zostane
farebné
vlákno
neporušené, avšak prekročením
určitej rýchlosti sa farbivo
rýchle rozptýli po celom objeme
čo je dôkazom nepokoja prúdu.
Obr. 12. Druhy prúdenia (Reynoldsov pokus)
Z toho vyplýva, že pri laminárnom pohybe sa súmedzné vrstvy tekutiny (prúdové vlákna)
po sebe len posúvajú, takže ich obsah sa nemieša a vzniknutý dotykový účinok je
spôsobený len viskozitou látky.
Pri turbulentnom pohybe však dochádza následkom viac alebo menej význačných
podružných pohybov väčších častíc kvapaliny k jej intenzívnemu miešaniu, takže význam
prúdových vláken tu ustupuje do pozadia.
Častice kvapaliny ustavične prechádzajú z vrstiev s väčšími rýchlosťami do susedných
vrstiev pomalších a naopak, takže ich rýchlosti sa čiastočne vyrovnávajú.
Prechádzajúce hmoty si však vymieňajú aj hybnosť a pretože brzdiaci účinok tohto
javu sa skladá s pôsobením tangenciálneho napätia, zvyšuje sa pri turbulentnom
prúdení značne odpor proti pohybu.
Pri prietoku potrubím sa teda obidva tieto druhy prúdenia budú odlišoval rozložením
rýchlosti v priereze prúdu, t.j.
rýchlostným
profilom
a veľkosťami
odporov resp.
hydraulických strát.
Obr. 13. Rýchlostné profily prúdenia: a) laminárne
b) turbulentné
Ako vyplýva z pozorovaní a ako je možno odvodiť aj teoreticky, vyvinú sa rýchlosti v
dostatočne dlhom potrubí kruhového prierezu pri laminárnom prúdení tak, že koncové body
ich vektorov ležia na ploche rotačného paraboloidu druhého stupňa. Dostávame teda
parabolický rýchlostný profil (obr. 13 a).
Následkom výmeny impulzov sú pri turbulentnom prietoku rýchlosti prúdenie pri stene
potrubia podstatné väčšie a rýchlostný profil má tvar krivky znázornenej na obr. 13 b.
Maximálne rýchlosti prúdenia pre obidva prípady môžeme vyjadriť vzťahmi.:
Laminárne prúdenie
c max
Q
 2.c  2.
S
Turbulentné prúdenie
Q
cmax  1,22  1,25 .c  1,22  1,25 .
S
kde c je stredná rýchlosť prúdenia.
Pokiaľ ide o straty trením, prejavuje sa rozdiel medzi obidvoma druhmi
prúdenia veľmi názorne na obr. 14, kde je odpor proti pohybu znázornený
závislosťou od strednej rýchlosti prúdenia. Pri menších rýchlostiach, t. j.
pokiaľ pohyb kvapaliny zostáva laminárny, mení sa odpor podľa priamky
l, pri turbulentnom pohybe, ktorý vzniká pri väčších rýchlostiach,
prebieha podľa parabolickej krivky 2.
Pomery, pri ktorých dochádza jednak
k zmene rýchlostného profilu, ako aj i
zlomu v grafickom vyjadrení odporov,
t. j. k prechodu laminárneho prúdenia
na
turbulentné,
vyznačujú
sa
dosiahnutím určitej rýchlosti, ktorú
nazývame rýchlosť kritická ck.
Obr. 14. Priebeh odporu pri laminárnom a
turbulentnom prúdení
Laminárne prúdenie 1
Turbulentné prúdenie 2
Z mnohých pokusov vyplýva, že rýchlosť prúdenia nerozhoduje sama o sebe,
ale že za normálnych okolností závisí vždy od kombinácii strednej rýchlosti
prúdenia c, svetlého priemeru potrubia d a od kinematickej viskozity n.
Tento výraz bez fyzikálneho rozmeru sa nazýva Reynoldsovo číslo a označuje
sa Re
Zmenenej medznej hodnote rýchlosti c prislúcha
Re 
c.d
n
k
teda tiež kritická veľkosť Reynoldsovho čísla,
Re k = 2320 (zistená pokusne).
Túto hodnotu môžeme preto považovať za kritérium, ktoré určuje rozhranie
medzi laminárnym a turbulentným prúdením v potrubí kruhového prierezu.
Pre kritickú rýchlosť môžeme potom napísať
c k  Re .
Pre vodu teploty 20 °C:
n = 1,006 . 10 -6 m2.s-1
1,006.106 2,33392.103
ck  2320.

d
d
n
d
Bernouliho rovnica.
Bernouliho rovnica je jedna z najzákladnejších rovníc v hydromechanike.
Používa sa na výpočet rýchlosti a tlakových pomerov v rôznych prierezoch
potrubí, na výpočet napr. výtokovej rýchlosti vody z hubice prúdnice a pod.
Riešia sa pomocou nej tlakové a prietokové pomery v čerpadlách a ejektoroch a
pod.
Bernouliho rovnica vyplýva zo zákona o zachovaní energie, ktorý hovorí, že
energia sa nemôže stratiť, nemôže vzniknúť z ničoho, môže sa premeniť iba
jeden druh energie na iný druh. Napríklad pri voľnom páde telesa sa mení
jeho polohová energia na pohybovú, v žiarovke sa mení elektrická energia na
svetelnú a tepelnú.
Pri prúdení ideálnej kvapaliny potrubím (tj. absolútne nestlačiteľnej, dokonale
neviskóznej tekutiny, ktorá nepodlieha zmenám teploty) sa stretávame s troma
druhmi energie : polohovou, tlakovou, pohybovou .
Obr. č.15: Model na odvodenie Bernouliho rovnice pri prúdení ideálnej kvapaliny.
Bernouliho rovnica pre mernú energiu.
h.g
- priama premena polohovej energie
p
v
y  h.g 

r
2
p
r
v2
2
2
- premena tlakovej energie
- priama premena tlakovej energie, prostredníctvom pohybovej energie
Podľa premeny energie máme 3 základné skupiny :
Čerpadlá s priamou premenou polohovej energie
g.h
Do tejto skupiny patria všetky zariadenia pre bezprostredné zdvíhanie kvapaliny ako
napr. rumpál, Archimedova skrutka, korčekové zdvíhadlo a pod.
Čerpadlá s priamo premennou energiou
p/r
Čerpadlá tejto skupiny sa vyznačujú tým, že sa mechanická energia vonkajšieho zdroj a
(motora) mení bezprostredne na energiu tlakovú. Do tejto skupiny patria všetky
druhy objemových čerpadiel ( membránové, piestové, zubové a pod.) v ktorých sa
doprava kvapaliny uskutočňuje zmenou činného objemu a kvapalina sa vytláča
bezprostredným pôsobením pevných telies vhodných tvarov ( piest, zub) ktoré
mávajú posuvný alebo rotačný pohyb.
Čerpadlá s premenou tlakovej energie prostredníctvom energie pohybovej
c2/2
V čerpadlách tejto skupiny, ktoré sa v súčasnosti používajú, vytvárajú celý rad
konštrukcií medzi krajnými prípadmi a to čerpadlami odstredivými (radiálnymi) a
čerpadlami osovými (axiálnymi). V požiarnej praxi sa používajú prevažne čerpadlá
odstredivé. Podľa princípu práce patria do tejto skupiny tiež prúdové čerpadla ktoré
dopravujú kvapaliny tým, že sa v nich využíva impulz pracovnej kvapaliny
( ejektory, primiešavadlá ) resp. plyny alebo pary (injektory).