Bơm đầu nguồn chỉ 4 bar nhưng vòi cuối tòa nhà yếu, hay đồng hồ trước và sau bộ lọc chênh nhau gần 1 bar: đó là tổn thất áp suất. Bài viết giải thích tổn thất áp suất trong đường ống đến từ đâu, cách ước tính cho đoạn ống thẳng và cho van, co, lọc, và các cách giảm tổn thất khi thiết kế hoặc cải tạo hệ thống.
Tổn thất áp suất là gì?
Tổn thất áp suất (còn gọi là sụt áp, mất áp, tổn thất cột áp) là phần áp suất bị mất khi chất lỏng chảy qua đường ống và thiết bị, do ma sát với thành ống và do dòng chảy bị đổi hướng, thu hẹp, xoáy. Phần năng lượng này biến thành nhiệt và không lấy lại được.
Tổn thất gồm hai phần:
- Tổn thất dọc đường (tổn thất ma sát): xảy ra trên toàn bộ chiều dài ống thẳng.
- Tổn thất cục bộ: xảy ra tại co, tê, côn thu, van, lọc Y, đồng hồ… nơi dòng chảy bị đổi hướng hoặc thay đổi tiết diện.
Cần phân biệt với chênh áp do độ cao: nước lên cao 10 m mất khoảng 1 bar dù không chảy. Đó là áp suất thủy tĩnh, không phải tổn thất ma sát. Khái niệm này xem thêm trong bài áp suất chất lỏng.
Tổn thất áp suất phụ thuộc vào đâu?
- Vận tốc dòng chảy: yếu tố quan trọng nhất. Tổn thất tăng gần theo bình phương vận tốc: vận tốc tăng gấp đôi, tổn thất tăng khoảng gấp bốn.
- Đường kính ống: cùng lưu lượng, ống nhỏ hơn thì vận tốc lớn hơn và tổn thất tăng rất nhanh.
- Chiều dài ống và số lượng co, tê, van trên tuyến.
- Độ nhám thành ống: ống nhựa mới nhẵn ít tổn thất hơn ống thép; ống thép cũ đóng cặn, gỉ có tổn thất lớn hơn nhiều so với lúc mới.
- Độ nhớt của chất lỏng: dầu, chất lỏng đặc tổn thất lớn hơn nước.
Cách tính tổn thất trên ống thẳng
Công thức thường dùng là công thức Darcy – Weisbach:
ΔP = f × (L / D) × (ρ × v² / 2)
- ΔP: tổn thất áp suất (Pa).
- f: hệ số ma sát, phụ thuộc độ nhám ống và chế độ chảy; với nước trong ống thép thường khoảng 0,02–0,03.
- L: chiều dài ống (m); D: đường kính trong của ống (m).
- ρ: khối lượng riêng (nước khoảng 1.000 kg/m³); v: vận tốc trung bình (m/s).
Ví dụ: nước chảy trong ống thép DN50 (đường kính trong khoảng 0,05 m), vận tốc 2 m/s, dài 100 m, lấy f ≈ 0,021.
- ρ × v² / 2 = 1.000 × 2² / 2 = 2.000 Pa.
- ΔP = 0,021 × (100 / 0,05) × 2.000 = 84.000 Pa ≈ 0,84 bar, tương đương khoảng 8,6 m cột nước.
Nếu giảm vận tốc xuống 1 m/s (dùng ống lớn hơn hoặc lưu lượng nhỏ hơn), tổn thất còn khoảng một phần tư, tức khoảng 0,2–0,25 bar. Đường kính trong theo DN tra trong bài bảng quy đổi DN sang mm; vận tốc tính từ lưu lượng theo bài lưu lượng dòng chảy.
Tổn thất cục bộ qua van, co, tê, lọc
Tổn thất tại mỗi phụ kiện, thiết bị được tính theo hệ số tổn thất cục bộ K:
ΔP = K × ρ × v² / 2
Bảng dưới là giá trị K tham khảo cho nước, cỡ ống nhỏ và vừa. Giá trị thực tế khác nhau theo hãng, kiểu kết nối và kích cỡ; khi cần chính xác, lấy theo catalogue.
| Phụ kiện, thiết bị | K tham khảo |
|---|---|
| Van bi toàn tiết diện, mở hoàn toàn | khoảng 0,05 |
| Van cổng, mở hoàn toàn | 0,1–0,2 |
| Co 90° | 0,3–0,9 (co ren cao hơn co hàn, co bích) |
| Van bướm, mở hoàn toàn | 0,3–0,9 (cỡ nhỏ cao hơn) |
| Tê, dòng rẽ nhánh | khoảng 1–1,2 |
| Van 1 chiều lá lật | khoảng 1,5–2,5 |
| Lọc Y, lưới sạch | khoảng 2–4, tăng nhanh khi lưới bẩn |
| Van cầu, mở hoàn toàn | khoảng 4–10 |
Với van, catalogue thường cho hệ số Kv thay vì K. Khi đó tổn thất qua van tính bằng ΔP (bar) = (Q / Kv)², với Q tính bằng m³/h. Giải thích chi tiết trong bài hệ số Kv, Cv của van.
Ví dụ tiếp: trên tuyến DN50 ở trên có 10 co 90° (K 0,5), 2 van cổng (K 0,15), 1 lọc Y (K 3) và 1 van 1 chiều lá lật (K 2). Tổng K ≈ 5 + 0,3 + 3 + 2 = 10,3. Tổn thất cục bộ ≈ 10,3 × 2.000 Pa ≈ 0,21 bar. Cộng với 0,84 bar trên ống thẳng, tổng tổn thất khoảng 1,05 bar.
Đồng hồ nước cơ cũng gây tổn thất đáng kể: tiêu chuẩn đồng hồ nước phân cấp tổn thất áp, mức tối đa thường gặp là 0,63 bar tại lưu lượng định mức. Đồng hồ điện từ toàn tiết diện gần như không gây tổn thất.
Cách giảm tổn thất áp suất
- Chọn đường kính ống đủ lớn: với nước cấp, vận tốc trong ống thường nên khoảng 1–2 m/s (đường hút của bơm thấp hơn). Vận tốc cao vừa tăng tổn thất, vừa tăng nguy cơ búa nước khi đóng van nhanh.
- Bớt co, tê không cần thiết, đi tuyến ống thẳng và ngắn; dùng co bán kính lớn ở đường chính.
- Chọn van tổn thất thấp cho vị trí chỉ đóng/mở: van bi toàn tiết diện hoặc van cổng. Van cầu chỉ dùng ở chỗ cần điều tiết. So sánh các loại xem bài so sánh van bi, van cổng, van bướm.
- Vệ sinh lọc Y định kỳ: lưới bẩn có thể làm tổn thất qua lọc tăng nhiều lần.
- Thay hoặc súc rửa ống cũ đóng cặn, gỉ.
Với nhà dân và tòa nhà có nước yếu, các nguyên nhân và mẹo xử lý cụ thể có trong bài áp lực nước.
Đo tổn thất áp suất thực tế
Cách đơn giản nhất là lắp đồng hồ đo áp suất ở trước và sau đoạn cần kiểm tra (một bộ lọc, một cụm van hoặc một đoạn ống) và đọc hiệu số khi hệ thống đang chạy. Nên dùng hai đồng hồ cùng thang đo, cùng độ chính xác, đặt ở cùng cao độ (nếu khác cao độ thì trừ phần thủy tĩnh, khoảng 0,1 bar cho mỗi mét chênh cao). Đổi đơn vị đọc trên đồng hồ xem bài quy đổi đơn vị áp suất.
Với lọc Y, ghi lại chênh áp khi lưới vừa vệ sinh; khi chênh áp tăng lên khoảng gấp đôi giá trị đó là lúc nên vệ sinh lại.
Câu hỏi thường gặp
Tổn thất áp suất và áp lực nước yếu có giống nhau không?
Tổn thất áp suất là một nguyên nhân chính làm áp lực nước ở cuối tuyến yếu. Ngoài ra áp lực yếu còn do áp nguồn thấp, chênh độ cao, rò rỉ hoặc van giảm áp cài đặt sai.
Vận tốc nước trong ống bao nhiêu là hợp lý?
Với nước cấp, thường khoảng 1–2 m/s trên đường ống chính; đường hút của bơm nên thấp hơn. Vận tốc quá cao làm tổn thất áp tăng mạnh, gây ồn và dễ búa nước.
Vì sao tổn thất tăng nhanh khi tăng lưu lượng?
Vì tổn thất tỉ lệ gần với bình phương vận tốc. Cùng một đường ống, lưu lượng tăng gấp đôi thì tổn thất tăng khoảng gấp bốn.
Van nào có tổn thất áp suất thấp nhất?
Khi mở hoàn toàn, van bi toàn tiết diện và van cổng có tổn thất thấp nhất, sau đó đến van bướm. Van cầu có tổn thất cao nhất nhưng điều tiết lưu lượng tốt nhất.
Cần tư vấn giảm tổn thất cho hệ thống?
Gửi cho Van Nước Việt Nam (Viva) sơ đồ tuyến ống, lưu lượng và áp suất đo được để được tư vấn chọn cỡ van, lọc Y và đồng hồ áp suất phù hợp. Gọi hoặc nhắn Zalo 0969 916 835, hoặc gửi yêu cầu qua trang liên hệ. Kiến thức nền về áp suất xem bài áp suất và đơn vị đo áp suất.
Xem thêm:
