Cột áp và áp suất thường nằm cạnh nhau trong cùng một bộ hồ sơ bơm, nhưng chúng trả lời hai câu hỏi khác hẳn nhau. Hình dung bản vẽ ghi áp suất làm việc 16 bar, còn báo giá ghi bơm có cột áp 120 m. Dòng đầu nói về sức chịu của đường ống, dòng sau nói về sức đẩy của bơm, và chọn sai ở bên nào cũng để lại rủi ro. Bài viết giúp bạn tách bạch hai đại lượng, kiểm tra từng giới hạn và tính được cột áp thực của bơm từ hai đồng hồ ngoài hiện trường.
- Cột áp cho biết bơm truyền được bao nhiêu năng lượng cho mỗi đơn vị trọng lượng chất lỏng, tính bằng mét.
- Áp suất là lực trên một đơn vị diện tích, còn áp suất chịu là mức tối đa mà bơm, ống và van chịu được.
- Chọn bơm theo cột áp tại điểm làm việc, sau đó đem áp suất khóa cộng áp hút so với PN.
- Ngoài hiện trường, đọc hai đồng hồ ở đầu hút và đầu xả là cách tính ra cột áp thực của bơm.
Cột áp và áp suất: ba dạng năng lượng của dòng chảy
Cột áp và áp suất cùng mô tả năng lượng của chất lỏng, chỉ khác nhau ở cách đo. Cột áp quy năng lượng về một chiều cao tính bằng mét, còn áp suất quy về lực trên một đơn vị diện tích, tính bằng Pa hoặc bar. Mỗi dạng cột áp đều có một dạng áp suất tương ứng, và hai cách viết đó luôn đổi qua lại được.
Cột áp là năng lượng của chất lỏng tính cho mỗi đơn vị trọng lượng, biểu thị bằng chiều cao theo mét. Áp suất là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích, đo bằng Pa, kPa hoặc bar. Với chất lỏng đứng yên, áp suất ở độ sâu h là p = ρ·g·h, trong đó ρ là khối lượng riêng và g là gia tốc trọng trường. Hệ số ρ·g này chính là cầu nối giữa hai cách đo.
Khi nước chảy trong ống, năng lượng của nó nằm ở ba dạng: độ cao so với mốc chọn, áp suất tại điểm đó và vận tốc dòng chảy. Bảng dưới viết cả ba dạng theo cột áp và theo áp suất.
| Dạng năng lượng | Viết theo cột áp (m) | Viết theo áp suất (Pa) |
|---|---|---|
| Độ cao | z | ρ·g·z |
| Áp suất | p / (ρ·g) | p |
| Vận tốc | v² / (2g) | ρ·v² / 2 |
Cộng ba dạng ở cùng một điểm thì ra cột áp toàn phần, hoặc áp suất toàn phần nếu viết theo áp suất. Vì cầu nối là ρ·g, cùng một cột áp sẽ cho áp suất lớn hơn khi chất lỏng nặng hơn. Hệ số đổi từ mét sang bar có trong bài về cách quy đổi mét cột nước sang bar.
Cột áp và áp suất: hai giới hạn khác nhau của hệ thống bơm
Cột áp H cho biết bơm làm được gì ở một lưu lượng cho trước. Áp suất làm việc tối đa và PN cho biết thân bơm, ống, bích và van chịu được đến đâu. Một bơm đủ cột áp vẫn có thể gây hại cho hệ thống nếu áp suất nó tạo ra vượt sức chịu của vật tư, nên cả hai con số đều phải đạt.
Cột áp của bơm ly tâm thay đổi theo lưu lượng, vì vậy con số H chỉ có nghĩa khi đi kèm Q. PN thì khác: đó là thuộc tính của vật tư và không đổi dù bơm chạy ở điểm nào. Áp suất cao nhất bơm tạo ra nằm ở áp suất khóa, lúc đầu xả bị chặn và lưu lượng bằng không, nên đây là điểm cần đem so với PN. Trong một hệ thống, vật tư có áp suất chịu thấp nhất quyết định giới hạn chung.
| Tiêu chí | Cột áp | Áp suất chịu và PN |
|---|---|---|
| Ý nghĩa | Khả năng cấp năng lượng của bơm | Giới hạn bền của bơm và vật tư |
| Đổi theo lưu lượng | Có, thường giảm khi lưu lượng tăng | Không, cố định theo thiết kế vật tư |
| Ai kiểm tra | Kỹ sư, đối chiếu đường đặc tính | Thi công và kỹ sư, đối chiếu nhãn vật tư |
Cột áp và áp suất khi kiểm tra PN: ví dụ bể hút cao hơn bơm
Áp suất khóa của bơm cộng áp suất hút tĩnh lớn nhất không được vượt áp suất chịu của các bộ phận trong hệ thống. Với bơm chữa cháy, NFPA 20 đặt ra điều kiện này.
Giả định một bơm nước có cột áp đóng 120 m, với ρ = 1000 kg/m³ và g = 9,81 m/s². Áp suất khóa khi đó vào khoảng 11,77 bar. Hệ thống dùng vật tư PN16, áp suất chịu danh định 16 bar. Số liệu này chỉ để minh họa. Hai tình huống dưới đây khác nhau ở độ cao đặt bể hút.
| Tình huống | Tổng áp suất | Kết luận với PN16 |
|---|---|---|
| Bể hút cao hơn bơm 15 m, áp hút tĩnh khoảng 1,47 bar | Khoảng 13,24 bar | Đạt, dưới 16 bar |
| Bể hút cao hơn bơm 45 m, áp hút tĩnh khoảng 4,41 bar | Khoảng 16,19 bar | Vượt PN16 |
Ở tình huống thứ hai, bơm vẫn đạt cột áp yêu cầu nhưng tổng áp suất lên thân bơm và đường ống đã vượt PN16. Lúc này bạn phải đổi sang vật tư có PN cao hơn hoặc thay đổi cách cấp nước cho bơm. Khi chọn model, hãy đối chiếu cả hai thông số trên catalogue của bơm ly tâm trục ngang đầu hút cuối của Parolli.
Tính cột áp từ hai đồng hồ áp suất ngoài hiện trường
Đồng hồ chỉ cho biết áp suất, không cho biết cột áp. Muốn biết bơm đang cấp bao nhiêu mét, bạn đọc đồng hồ ở đầu hút và đầu xả, đổi hiệu số về mét, rồi cộng thêm chênh cao và chênh động năng giữa hai điểm đo.
Công thức đầy đủ là H = (p_xả − p_hút) / (ρ·g) + Δz + (v_xả² − v_hút²) / (2g). Trong đó p_xả và p_hút là số đọc ở hai đồng hồ và phải cùng một loại áp suất. Δz là chênh cao giữa hai đồng hồ. v là vận tốc dòng chảy tại hai điểm đo, tính từ lưu lượng và tiết diện ống.
Khi đọc số, bạn lưu ý đồng hồ thường cho áp suất dư. Nếu bơm hút âm, chân không kế chỉ giá trị âm và bạn phải giữ đúng dấu khi trừ. Chênh động năng dễ bị bỏ sót khi ống hút và ống xả khác cỡ, dù nó có thể lên gần một mét như ví dụ dưới đây. Để đặt kết quả cạnh đường đặc tính Q-H, bạn xem thêm bài về cách tính cột áp tổng của hệ thống.
Ví dụ giả định với nước, lưu lượng 100 m³/h, ống hút DN100 và ống xả DN80. Đồng hồ xả đọc 8,2 bar, đồng hồ hút đọc 0,3 bar, hai đồng hồ lệch nhau 0,4 m theo phương đứng. Hiệu hai số đọc là 7,9 bar, tương đương khoảng 80,53 m.
Lưu lượng 100 m³/h (khoảng 0,0278 m³/s) cho vận tốc khoảng 3,54 m/s ở ống hút và 5,53 m/s ở ống xả, nên chênh động năng là khoảng 0,92 m. Cộng lại, H = 80,53 + 0,4 + 0,92, khoảng 81,8 m. Nếu bỏ qua chênh động năng, kết quả thấp hơn khoảng 0,9 m. Bạn đặt con số cuối cùng cạnh đường đặc tính của model tại lưu lượng 100 m³/h để đánh giá bơm.
Ai cần đọc con số nào
Mỗi người tham gia dự án nhìn vào một con số trước tiên, và mỗi vai trò có kiểu sai sót riêng. Bảng dưới gợi ý từng đối tượng nên nhìn gì, kiểm tra gì và dễ nhầm ở đâu khi làm việc với cột áp và áp suất.
| Đối tượng | Con số cần nhìn | Cần kiểm tra | Lỗi hay gặp |
|---|---|---|---|
| Sinh viên mới | Công thức và đơn vị | Phân biệt cột áp (m) với áp suất (bar) | Trộn mét và bar trong một phép tính |
| Chủ đầu tư | Hồ sơ thầu, báo giá | Có ghi điểm làm việc Q-H và áp suất chịu tối đa | So bơm chỉ theo kW hoặc cột áp lớn nhất |
| Quản lý dự án | Biên bản chạy thử, nghiệm thu | Cột áp thực đo tại điểm làm việc | Chấp nhận số đọc đồng hồ mà không quy đổi |
| Đơn vị thi công | Bản vẽ, đồng hồ, PN vật tư | PN ống, bích, van đủ cho áp suất khóa cộng áp hút | Mua vật tư PN thấp hơn yêu cầu |
| Kỹ sư | Đường đặc tính, tính thủy lực | Tỷ trọng, chênh động năng, điều kiện hút | Bỏ qua chênh động năng và áp hút |
Những nhầm lẫn thường gặp
Nhiều sai sót xuất phát từ việc đọc một con số rồi suy ngay ra con số kia mà không qua bước kiểm tra. Năm nhầm lẫn dưới đây gặp nhiều nhất khi đọc thông số bơm, kiểm tra hồ sơ và nghiệm thu hệ thống.
- Coi áp suất làm việc 16 bar là áp suất bơm tạo ra, trong khi đó chỉ là mức vật tư chịu được.
- Chọn bơm theo cột áp lớn nhất trong catalogue mà quên so PN của ống với áp suất khóa.
- Đọc đồng hồ ở cửa xả rồi coi đó là cột áp của bơm, quên trừ áp suất hút.
- Bỏ qua chênh động năng và chênh cao giữa hai đồng hồ khi tính cột áp từ số đọc.
- Dùng lẫn áp suất tuyệt đối với áp suất dư trong cùng một phép tính.
Cột áp và áp suất trả lời hai câu hỏi khác nhau: bơm làm được gì và hệ thống chịu được gì. Nếu bạn đang chọn bơm hoặc cần rà soát áp suất chịu của hệ thống hiện có, hãy gọi hotline Parolli 0909 958 114 để được tư vấn.
Câu hỏi thường gặp về cột áp và áp suất
Áp suất làm việc 16 bar có nghĩa là bơm tạo ra 16 bar không?
Không. Con số 16 bar là mức áp suất tối đa mà bơm hoặc vật tư chịu được, tức là một giới hạn bền. Áp suất bơm thực sự tạo ra phụ thuộc vào cột áp H tại lưu lượng đang chạy và khối lượng riêng của chất lỏng. Vì vậy bạn cần kiểm tra hai con số này riêng rẽ.
Đồng hồ ở cửa xả đọc 8 bar thì cột áp bơm là bao nhiêu?
Một đồng hồ chưa đủ để kết luận. Bạn cần trừ số đọc ở đầu hút, cộng chênh cao và chênh động năng giữa hai điểm đo, rồi đổi kết quả sang mét. Ví dụ từng bước nằm ở phần tính cột áp từ hai đồng hồ.
Cột áp lớn hơn thì có cần ống PN cao hơn không?
Có thể cần. Cột áp đóng của bơm càng lớn thì áp suất khóa càng cao. Bạn cộng áp suất khóa với áp suất hút tĩnh lớn nhất rồi so với PN thấp nhất trong hệ thống.
Chọn bơm theo cột áp hay theo áp suất?
Bạn chọn theo cột áp tại điểm làm việc (Q, H) trên đường đặc tính. Sau đó dùng áp suất chịu và PN của vật tư để kiểm tra xem hệ thống có đủ sức chịu hay không. Hai bước này đi cùng nhau.