Все, что необходимо знать о силе давления воды

Устройство регулятора давления воды

Прочный герметичный корпус защищает редуктор от повреждений. В состав такого прибора входит несколько элементов:

1. Сетчатый фильтр;
2. Прижимной и пружинный механизмы;
3. Винт и гайки;
4. Поршень;
5. Клапан, оснащенный прокладкой и уплотняющими кольцами;
6. Диафрагма.

Эксплуатация редуктора должна выполняться при определённых условиях: в водной среде не должно быть воздуха и масел, а предельные значения давления и температурный режим ограничиваться отметками в 16 бар и 70 градусов.

При активации крана с водой уменьшаются показатели редукторного и диафрагменного давления. Напор пружины дает возможность выровнять рабочее давление в водопроводной системе.

Редуктор часто устанавливают на технику, не имеющую защиты от повышенного водного давления и оснащенную насосом, активация которого может спровоцировать появление гидроударной волны.

Применение на практике

Примеры использования знаний свойств воды:

1. Подбирая насос для водоснабжения дома высотой 10 м, понимают, что напор должен быть минимум 1 атм.
2. Водонапорная башня снабжает водой дома ниже ее по высоте, напор в кране у потребителей обеспечен весом столба воды в баке.
3. Если в стенках бочки появились отверстия, то, чем ниже они расположены, тем более прочным должен быть материал для их заделки.
4. Замеряют дома напор холодной воды в кране манометром. Если он менее чем 0,3 атм (установлено санитарными нормами), есть основания для претензий к коммунальщикам.

Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:

• выжимка масла из семян растений;
• спуск на воду со стапелей построенного судна;
• ковка и штамповка деталей;
• домкраты для подъема грузов.

Применение на практике

Примеры использования знаний свойств воды:

1. Подбирая насос для водоснабжения дома высотой 10 м, понимают, что напор должен быть минимум 1 атм.

2. Водонапорная башня снабжает водой дома ниже ее по высоте, напор в кране у потребителей обеспечен весом столба воды в баке.
3. Если в стенках бочки появились отверстия, то, чем ниже они расположены, тем более прочным должен быть материал для их заделки.
4. Замеряют дома напор холодной воды в кране манометром. Если он менее чем 0,3 атм (установлено санитарными нормами), есть основания для претензий к коммунальщикам.

Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:

• выжимка масла из семян растений;
• спуск на воду со стапелей построенного судна;
• ковка и штамповка деталей;
• домкраты для подъема грузов.

Что такое редуктор давления

РДВ (редуктор давления воды) устанавливают не на все системы. Например, в типовых городских квартирах, где водоподача осуществляется в централизованном порядке, его не найти. Но это не значит, что давление не регулируется, просто устройство установлено на участке трубопровода до поквартирной разводки.

Автономное водоснабжение, как и централизованное, также нуждается в регулировке давления. Она необходима и на промышленных предприятиях, фермах, общественных заведениях – везде, где функционирует система водоподачи. Рассмотрим более подробно, какую роль играет редукционный клапан и так ли он необходим.

Законодательство о метре и миллиметре водяного столба

В России до 2015 года метр водяного столба и миллиметр водяного столба были в статусе внесистемных единиц измерения, которые подлежали исключению до 2021 года. Согласно Постановлению Правительства РФ от 15.08.2015 № 847 «О внесении изменений в приложение № 3 к Положению о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», использование этих единиц допускается без ограничений по сроку во всех областях применения.

В соответствии с Положением о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации, метр и миллиметр водяного столба:

• не применяются с кратными и дольными приставками СИ;
• используются только в тех случаях, когда количественные значения величин невозможно или нецелесообразно выражать в единицах СИ.

Калькулятор расчета давления воды в водопроводе

Нередко случается так, что давление воды на точках водоразбора в квартире – явно недостаточное. Это приводит к неудобствам при пользовании сантехническими приборами, к «зависанию» или полной остановке бытовой техники, подключенной к водопроводу, к некорректной работе современных устройств (душевых кабинок, джакузи, биде и т.п.), требующих определенного напора воды. Естественно, такая ситуация требует принятия мер административного характера (которые помогают, увы, не всегда), или установки специальных повышающих насосов или насосных станций.

Калькулятор расчета давления воды в водопроводе

Чтобы предъявить претензии или спланировать установку дополнительного оборудования, желательно заранее знать, какое же давление преимущественно держится в водопроводе, то есть насколько оно отличается от нормативного. Если есть манометр, то снять показания — труда не составит. Но что делать, если такого прибора нет? Не беда, существует простой и точный экспериментальный способ, под который и составлен расположенный ниже калькулятор расчета давления воды в водопроводе.

насосная станция

Описание проведения замеров и расчетов – в текстовой части ниже калькулятора.

Как провести опытные замеры и вычисления?

Для самостоятельного измерения давления потребуется отрезок прозрачного шланга (трубки) длиной порядка 2 метров. Диаметр в данном случае никакого решающего значения не имеет – главное, чтобы была возможность герметично надеть шланг на смеситель или любой другой патрубок, оснащенный запорным краном.

Далее, поступают следующим образом (см схему):

Схема проведения экспериментального вычисления давления в водопроводе.

• Шланг надевается на смеситель или патрубок, герметично, чтобы не просачивались ни вода, ни воздух. Лучше всего – обтянуть обычным хомутом.
• В шланг запускается небольшое количество воды, затем он понимается вертикально и фиксируется в таком положении. Уровень воды в нижней петле должен приходиться примерно на высоту крана (патрубка). Это наглядно показано на иллюстрации слева. После этого замеряют начальную длину воздушного столба ho в миллиметрах. Значение записывают.
• Далее, шланг сверху герметично закупоривают какой-нибудь пробкой, а затем открывают кран полностью. Вода своим давлением сожмет воздух в трубке и поднимется на определенную высоту. Главное – ни в коем случае не допустить просачивания воздуха сверху.
• После того как уровень стабилизируется, делают еще один промер высоты воздушного столба (на рисунке справа) – hэ.

Эти две величины и являются исходными для внесения в калькулятор и получения значения давления воды в водопроводе. Результат будет выдан в технических атмосферах (бар) и в метрах водяного столба – как кому удобнее.

Барометрическое

Этим термином именуется давление атмосферы (гравитации) на все предметы и объекты, находящие в ней, включая непосредственно поверхность Земли. Большинству оно также известно под именем атмосферного.

Его причисляют к термодинамическим параметрам, а его величина меняется относительно места и времени измерения, а также погодных условий и нахождения над/ниже уровня моря .

Величина барометрического давления равна модулю силы атмосферы на площади единицу по нормали к ней.

В стабильной атмосфере величина данного физического явления равна весу столпа воздуха на основание с площадью, равной единице.

Норма барометрического давления — 101 325 Па (760 мм рт. ст. при 0 градусов Цельсия). При этом чем выше объект оказывается от поверхности Земли, тем более низким становится давление на него воздуха. Через каждый 8 км оно снижается на 100 Па.

Благодаря этому свойству в горах вода в чайниках закивает намного быстрее, чем дома на плите. Дело в том, что давление влияет на температуру кипения: с его снижением последняя уменьшается. И наоборот. На этом свойстве построена работа таких кухонных приборов , как скороварка и автоклав. Повышение давления внутри их способствуют формированию в посудинах более высоких температур, нежели в обычных кастрюлях на плите.

Используется для вычисления атмосферного давления формула барометрической высоты. Выглядит она таким образом, как на фото ниже.

Р – это искомая величина на высоте, Р0 – плотность воздуха возле поверхности, g – свободного падения ускорение, h – высота над Землей, м – молярная масса газа, т – температура системы, r – универсальная газовая постоянная 8,3144598 Дж⁄(моль х К), а е – это число Эйклера, равное 2.71828.

Часто в представленной выше формуле давления атмосферного вместо R используется К – постоянная Больцмана. Через ее произведение на число Авогадро нередко выражается универсальная газовая постоянная. Она более удобна для расчетов, когда число частиц задано в молях.

При проведении вычислений всегда стоит брать во внимание возможность изменения температуры воздуха из-за смены метеорологической ситуации или при наборе высоты над уровнем моря, а также географическую широту

Классификация по различным параметрам

Современные модели регуляторов давления воды, устанавливаемых в квартирах, классифицируются по нескольким параметрам.

Производительность бытовых приборов составляет около 3 кубометров за час.

Выбирая модель регулятора, следует, в первую очередь, обращать внимание на этот параметр. По данному критерию устройства для регулировки водного давления подразделяются на бытовые, коммерческие и промышленные

У коммерческого оборудования производительность находится в пределах 3-15 кубометров. У промышленных приборов этот показатель еще больше.

По типу подключения редукторы делятся на резьбовые и фланцевые. Первые применяются для трубопроводов диаметром два дюйма, а вторые для более объемных систем.

Еще один критерий, на который нужно обращать внимание при выборе – регулирующий диапазон. В продаже представлены модели с большим регулировочным интервалом (от 1,5 до 12 бар) и филигранно настраиваемые устройства (от 0,5 до 2 бар)

Немаловажное значение имеет и параметр максимального входного давления. Выпускаются устройства для комплектации водопроводных систем с уровнем давления максимум в 16 бар с большей мощностью, выдерживающие около 25 бар

Подразделяются регуляторы и по предельному рабочему температурному режиму. Для водоснабжения холодной водой приобретают с придельным показателем в 40 градусов. Для снабжения горячей водой используют модели, выдерживающие температуру в 70 градусов.

Сообщающиеся сосуды

Красивое зрелище – действующие фонтаны

Они всегда привлекают к себе внимание детей и взрослых. А каков же их принцип действия?

Первый человек, который это объяснил, опять был Блез Паскаль. Если взять две стеклянные трубочки и соединить их трубкой резиновой, и через воронку наливать воду в одну трубочку, то при любом положении трубочек вода в них будет на одинаковом уровне.

Эти трубочки, а на их месте могут быть любые сосуды, соединяются (сообщаются) друг с другом. Давление в обеих трубочках одинаково (по закону Паскаля), значит, и высота столбиков жидкости в этих соединенных, сообщающихся сосудах – одинакова.

Если один сосудов поднять на большую высоту, то из второго сосуда жидкость будет стремиться подняться до уровня первого сосуда, но сила тяжести, возвращает ее обратно на землю. Таков основной принцип работы фонтана. Вот его примерная схема:

Фонтан соединяется с большой башней, в которую закачивается вода с помощью насосов. Такую башню называют водонапорной. А если водонапорную башню соединить с водопроводной сетью, то вода поступит в любую квартиру, в любое здание. Водопровод – это пример применения в жизни сообщающихся сосудов.

К сообщающимся сосудам относятся насосы со шлангами, лейки, чайники, кофейники. В них по два сосуда: емкость под жидкость и носик. Звучит непривычно, но это так.

При помощи сообщающихся сосудов измеряют небольшое давление. Прибор называется жидкостным манометром. Один сосуд закрыт, а ко второму эластичной трубкой присоединена пластмассовая коробочка, затянутая пленкой. Если на пленку нажать, по закону Паскаля давление передастся на жидкость. В одном колене такого манометра жидкость опускается, а в другом поднимается. Давление тем больше, чем больше разница уровней жидкости.

Принцип сообщающихся сосудов используется в шлюзах – устройствах, пропускающих речные корабли через плотины, перегораживающие реки. Плотины обычно устраивают там, где работают гидроэлектростанции. Плотины разделяют течение реки на части: верхнее течение (там накапливается вода) и нижнее. Там, где проходят корабли, сделаны специальные огромные ворота, которые удерживают воду. Получается, что большие сообщающиеся сосуды между собой перекрыты.

Пусть корабль идет по течению реки вниз. Он попадает в верхнюю часть шлюза, где уровень воды высокий. Ворота открываются, и вода начинает перетекать в нижнюю часть, уровень воды снижается, а вместе с ним опускается и корабль (в нижней части наоборот уровень повышается). Снижение происходит до тех пор, пока не произойдет выравнивание (закон сообщающихся сосудов) верхнего и нижнего течений. Корабль может дальше двигаться по реке. Если корабль движется вверх по течению, он вначале попадает в нижнюю часть шлюза. Ворота открываются, вода из верхней части поступает в нижнюю до выравнивания уровней. В нижней части вода поднимается, и вместе с ней поднимается корабль. После выравнивания уровней корабль может двигаться дальше. Шлюзы очень больших плотин могут иметь не одни ворота, а сразу несколько. Ворота могут открываться, как обычные двери (по течению реки) или вертикально.

Если дно непрозрачного бака соединить с тонкой стеклянной трубкой снизу, расположенной вертикально ему, то можно увидеть высоту воды в баке (см. рисунок). Так устроены водомерные стекла в паровых котлах.

Важный момент. В данных примерах используется одна жидкость. А если в разные сосуды налить разные жидкости, например, воду и керосин. Что будет наблюдаться?

Давление в обоих сосудах одинаково (закон Паскаля). Но ведь плотность воды 1000 кг/м3, а керосина – 800 кг/м3, тогда столб керосина с меньшей плотностью должен быть выше, чем столб воды в 1,25 раза, т. к. плотности отличаются тоже в 1,25 раза.

Наблюдается обратно пропорциональная зависимость:

h₁/h₂ = ρ₂/ρ₁

Значит, в сообщающихся сосудах уровни одинаковы для однородной жидкости, а для разных жидкостей уровни различны.

Как повысить давление воды в квартире

Самый простой и надежный способ повышения давления воды в квартире – поставить насосную станцию. Принцип работы насосной станции таков, что насос будет включаться тогда, когда давление в контуре квартиры будет меньше указанных значений. Отвечает за включение насоса реле давления, у которого настраивается верхний порог выключения и нижний порог включения.

Для накопления воды используется бак емкостью в 25, 50 и 100 л, который выбирается потребителем индивидуально. Чем больше бак, тем реже будет включаться насосная станция, тем меньше будет шума в квартире.

Такое устройство будет получать воду с любым давлением, преобразовывать его и отдавать воду под нужды с уже повышенным давлением. Больше не будет проблем с газовой колонкой, которая постоянно не зажигается, не будет проблем с душем и краном на кухне, бак унитаза будет всегда полон.

Увидеть как устанавливается и работает насосная станция в квартире можно на видео:

Формулы расчета

Для описания процессов в гидравлических прессах или любых других системах, в которых давление собственно жидкостей ничтожно мало по сравнению с передаваемым им извне, используется формула закона Паскаля:

\(р = \frac{F}{S}.\)

F — сила, с которой происходит воздействие на поверхности сосуда, S — площадь этой поверхности.

В учебных задачах обычно опускают такой параметр, как атмосферное давление, и используют для расчетов формулу:

\(р = \rho\times g\times h.\)

Можно вывести эту формулу для сосудов, имеющих форму прямой призмы или цилиндра, из закона Паскаля.

\(m = \rho\times V = \rho\times S\times h\)

Вес \(Р = g \times m = g\times \rho\times S\times h.\)

Вес столба, давящего на дно сосуда, равен силе, и тогда:

\(р = \frac{Р}{S} = g\times \rho\times S\times \frac{h}{S} = g\times \rho\times h.\)

Нормы давления в трубопроводе

Водопроводное давление измеряется в барах. Величина имеет альтернативное название – атмосферная единица. Под напором в 1 бар вода может подняться на высоту 10 м.

В городских сетях обычно давление составляет 4-4,5 бара, чего хватает для обслуживания многоэтажных домов.

По нормативным документам, в частности указаниям сборника СНиП 2.0401-85, допустимое давление для холодной воды варьируется в пределах от 0.3 до 6 бар, для горячей — от 0.3 до 4.5. Но из этого не следует, что давление в 0.3 атмосферы будет оптимальным. Здесь приведены лишь допустимые границы напора.

Галерея изображений
Фото из
Низкое давление в водопроводе создает массу неудобств при пользовании системой, снижает уровень комфорта в доме/квартире

Из-за недостаточного напора в системе осложняются процессы уборки и приготовления пищи, как ни странно, увеличивается расход воды

Слабый напор не позволит принимать душ и проводить любимые гигиенические процедуры в необходимом объеме

Из-за недостатка давления в сети водоснабжения будут чаще отключаться стиральные и посудомоечные машины, что негативно отразится на сроках их эксплуатации

Если система водоснабжения не радует требующимися параметрами напора, не рекомендовано пользоваться проточными водонагревателями

Превышение давления также неблагоприятно действует на приборы и оборудование

Излишний напор в точках водозабора по аналогии с низким давлением создаст дискомфорт при приеме гигиенических процедур, приготовлении пищи, уборке

Из-за превышения давления быстро изнашивается бытовая техника, электронное управление которой рассчитано на предельные значения давления в сети

Низкое давление влияет на эксплуатацию

Затруднения с набором воды

Сложность приема процедур

Отключение стиральной машины

Угроза перегорания проточного водонагревателя

Последствия превышения давления

Излишний напор в точках водозабора

Выход из строя электронного управления

Жители частных домов вынуждены рассчитывать давление в водопроводе индивидуально. В случае, если система автономная, напор может превышать допустимые по нормативным документам границы. Он может колебаться в районе 2.5-7.5 бар, а иногда достигать и 10 бар. Стандартными значениями для нормальной работы системы с насосной станцией считается интервал 1,4 — 2,8 бар, соответствующие заводской установке показателей реле давления.

Если обеспечить чрезмерно высокое давление в системе, то некоторые чувствительные приборы могут выходить из строя или некорректно работать. Поэтому в трубопроводе давление не должно превышать 6.5 бар.

Высокое давление в водопроводе может вызвать протекание трубы, поэтому важно предварительно рассчитывать оптимальный уровень напора самостоятельно

Артезианские фонтанирующие скважины способны выдать напор в 10 бар. Такое давление способны выдержать исключительно приваренные соединения, большинство же фитингов, запорно-регулирующих узлов под его действием разрушаются, в результате чего возникают течи на участках.

Определять, какое необходимо давление воды для нормального функционала водопровода загородного дома, необходимо с учетом используемых бытовых приборов. Некоторые виды сантехнических устройств не работают при низком давлении.

Например, для джакузи необходимо давление 4 бара,  для душа, системы пожаротушения — 1.5 бара, для стиральной машинки — 2 бара. Если предусматривать возможность полива газона, то здесь должен быть сильный напор в 4, иногда — в 6 бар.

Бытовые сантехнические приборы, подсоединенные к водопроводу, способны корректно работать исключительно от определенного давления, которое обычно составляет не меньше 1.5 бара

Оптимальным показателем давления для загородного дома будет отметка в 4 бар. Такого напора хватит для исправной работы всех сантехнических устройств. При этом большинство фитингов, узлов запорно-регулирующей арматуры способны его выдерживать.

Давление в 4 бар может обеспечить далеко не каждая система. Обычно для загородных домов давление в водопроводе составляет 1-1.5 бар, что соответствует самотеку.

Задачи на давление жидкостей и газов с ответами и решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на давление жидкостей и газов».

	(зависит от условия задачи)

Задача № 1.
 Определить давление бензина на дно цистерны, если высота столба бензина 2,4 м, а его плотность 710 кг/м3.

ОТВЕТ: 17,04 кПа.

Задача № 2.
 Какая жидкость находится в сосуде, если столб высотой 0,3 м оказывает давление 5400 Па ?

ОТВЕТ: Серная кислота (1800 кг/м3).

Задача № 3.
 Плотность спирта 800 кг/м3. Какова будет высота столба спирта при давлении 2,4 кПа?

ОТВЕТ: 0,3 м.   Чтобы увидеть решение, нажмите на спойлер ниже.

Задача № 4.
 В цилиндре с маслом на поршень действует сила 40 Н. Чему равна сила давления на внутреннюю поверхность цилиндра площадью 8 дм2? Площадь поршня 2,5 см2. Вес масла не учитывайте.

ОТВЕТ: 12,8 кН.

Задача № 5.
 Вычислите давление и силу давления керосина на дно бака площадью 50 дм2, если высота столба керосина в баке 40 см.

ОТВЕТ: 3200 Па; 1600 Н.

Задача № 6.
В мензурку, площадь дна которой 20 см2, налита вода до высоты 10 см. Сколько граммов воды налито? Чему равно давление воды на дно мензурки?

ОТВЕТ:

Задача № 7.
Рыба камбала находится на глубине 1200 м и имеет площадь поверхности 560 см2. С какой силой она сдавливается водой?

ОТВЕТ: 678 кН.

Задача № 8.
  На какой глубине давление воды в море равно 412 кПа?

ОТВЕТ: 40 м.

Задача № 9.
Поршневой насос может произвести давление 5 • 105 Па. На какую высоту можно поднять воду этим насосом?

ОТВЕТ: 51 м.

Задача № 10.
В сталелитейном производстве «изложницей» называется чугунный стакан без дна, в который выливают расплавленный металл. Верхнее отверстие изложницы немного меньше нижнего для того, чтобы можно было изложницу снять с отвердевшего слитка, когда остынет металл. Чтобы металл снизу не выливался, изложницы ставят на плоское основание и делают их очень массивными. На рисунке слева изображена изложница, справа — подъем изложницы с отлитого слитка. Определите силу давления, которую производит на подложку изложницы налитый чугун, если высота изложницы 1,5 м, а площадь нижнего основания 1600 см2. Плотность чугуна 7000 кг/м3.

ОТВЕТ: 17 кН.

Задача № 11.
Как велика должна быть высота столба ртути и столба спирта, если этот столб производит давление в 105 Па?

ОТВЕТ: ртути — 75 см, спирта — 12,76 см.

Задача № 12.
 Батискаф опустился в море на глубину 50 м. Каково давление на поверхность батискафа на данной глубине? (Плотность морской воды 1010 кг/м3.)

ОТВЕТ: 606 кПа.

Задача № 13.
Человек стоит на кожаном мешке с водой. Рассчитайте, на какую высоту поднимается вода в трубке, если масса человека 75 кг, площадь соприкасающейся с мешком поверхности платформы 1000 см2.

ОТВЕТ: 0,75 м.

Задача № 14 (повышенной сложности).
Брусок массой m = 2 кг имеет форму параллелепипеда. Лежа на одной из граней, он оказывает давление p₁ = 1 кПа, лежа на другой — давление 2 кПа, стоя на третьей — давление 4 кПа. Каковы размеры бруска?

ОТВЕТ: 5 см, 10 см, 20 см.

Указание к РЕШЕНИЮ. Обозначим размеры бруска а, b, с, где а > b > с. Тогда из условия следует, что  b = а/2,  с = а/4,  p₁ = mg/(ab) = 2mg/a2. Отсюда   , а = 20 см, b = 10 см, c = 5 см.

Задача № 15 (олимпиадный уровень).
Оцените массу атмосферы Земли (радиус Земли R = 6400 км)

ОТВЕТ: примерно 5 • 1018 кг.

Указание к РЕШЕНИЮ. Вес атмосферы равен силе давления воздуха на всю поверхность Земли, площадь которой S = 4πR2. Следовательно, mg = р_а • 4πR2, где р_а = 105 Па — атмосферное давление. Отсюда m = 4πR2 р_а /g = 5 • 1018 кг. Эта величина составляет менее одной миллионной части полной массы нашей планеты. Такая простая оценка массы атмосферы возможна потому, что основная часть атмосферы сосредоточена на высотах, малых по сравнению с радиусом Земли. Поэтому можно считать, что вес атмосферы равен mg, где g — ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли.

Давление жидкости на покоящееся в ней тело называют гидростатическим давлением. Гидростатическое давление на глубине h равно р = р_атм  + p*g*h

Закон Паскаля. Жидкость и газ передают оказываемое на них давление во всех направлениях одинаково.

Вы смотрели конспект урока «Задачи на Давление жидкостей с ответами и решениями». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Давление твердых тел с ответами и решениями.
• Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Сообщающиеся сосуды и гидравлический пресс с решениями.
• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике