การคำนวณหาขนาดท่อ และความดันสูญเสีย
เกณฑ์ที่ใช้กำหนดขนาดและความยาวของท่อ คือ เกณฑ์ 20 % ซึ่งกล่าวว่า การแปรผันของความดันในท่อแขนง ซึ่งประกอบด้วยความดันสูญเสียและความแตกต่างของระดับ จะต้องไม่เกิน 20 % ของความดันของหัวจ่ายที่เลือกใช้ ในกรณีที่เกิน 20 % ต้องกำหนดขนาดท่อให้ใหญ่ขึ้น หรือ ลดความยาวของท่อลง การที่ความดันของหัวสปริงเกอร์ต้องแตกต่างกันไม่เกิน 20 % ก็เพื่อทำให้อัตราการไหลของน้ำที่ออกจากหัวสปริงเกอร์ต้องแตกต่างกันไม่เกิน 10 % ซึ่งจะทำให้น้ำมึความสม่ำเสมอ
น้ำที่ไหลผ่านท่อจะเกิดการสูญเสียความดัน ความดันของน้ำต้นทางจะสูงกว่าปลายทางเสมอ ดังนั้น หัวสปริงเกอร์ที่อยู่ใกล้กับปากท่อก็จะมีความดันสูงกว่าปลายทาง ในกรณีที่มีหัวสปริงเกอร์หรือจุดที่น้ำออกมากกว่า 2 หัว มักจะใช้ตัวคูณ คูณกับความดันสูญเสียที่คำนวณได้ กล่าวคือ
ถ้ามีจุดที่น้ำออก 2 จุด ตัวคูณ = 0.5
ถ้ามีจุดที่น้ำออกมากกว่า 2 จุด ตัวคูณ = 0.4
สำหรับการคำนวณหาความดันสูญเสียนั้น มักจะใช้สูตรซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดและชนิดของท่อ รวมทั้งอัตราของน้ำที่ไหลผ่านท่อ แต่เพื่อความสะดวกก็สามารถหาได้จาก ตารางต่อไปนี้
ตารางแสดง ความดันสูญเสียของน้ำที่ไหลในท่อพีวีซี ชั้น 8.5 ขนาด 1/2 , 3/4,1,1 1/4 นิ้ว
ตารางแสดง ความดันสูญเสียของน้ำที่ไหลในท่อแอลดีพีอี ชั้น 2.5 ขนาด 16, 20, 25 ม.ม.
ความเร็วของน้ำในท่อ ไม่ควรเกิน 2 เมตร/วินาที ถ้าเกินจะเป็นการไหลแบบอลหม่าน ซึ่งจะเกิดการสูญเสียความดันมาก ดังนั้น จึงกำหนดความเร็วสำหรับการคำนวณไว้ดังนี้
1.5 เมตร/วินาที สำหรับความยาวท่อไม่เกิน 1,000 ม.
1 เมตร/วินาที สำหรับความยาวเกิน 1,000 ม.
การคำนวณหาขนาดของท่อ และความดันสูญสีย จะต้องเริามจากหัวสปริงเกอร์หัวสุดท้ายที่อยู่ในแปลงที่ไกลที่สุด โดยการคำนวณหาขนาดท่อแขนง ท่อเขาควาย ท่อรองประธาน ท่อประธาน กลับไปสู่จุดติดตั้งเครื่องสูบน้ำ จึงจะสามารถกำหนดความดันและอัตราการไหลของเครื่องสูบน้ำที่ต้องการใช้ได้
โดยปกติ การสูญเสียความดันที่เกิดขึ้นจากท่อเนื่องจากน้ำไหลผ่าน จะมีความสำคัญมากกว่าการสูญเสียความดันเนื่องจากน้ำไหลผ่านอุปกรณ์ต่อท่อ ต่างๆ ดังนั้น ในการคำนวณจึงมักจะไม่คำนึงถึงการสูญเสียความดันในอุปกรณ์ต่อท่อ โดยมักจะตัดทิ้งไป แต่ถ้าหากว่าเป็นการไหลของน้ำในระบบท่อสั้นๆ และมีอุปกรณ์ต่อท่อมาก การสูญเสียความดันในอุปกรณ์ต่อท่อนี้จะมีความสำคัญขึ้นมา และเป็นตัวแปรที่จะต้องนำค่าเหล่านี้มาคำนวณ เพื่อหาการสูญเสียความดันทั้งหมดที่เกิดขึ้นของระบบท่อด้วย
ตัวอย่างที่ 2
สมมติว่าได้วางผังเดินท่อโดยแบ่งเป็น 4 โซล เท่าๆ กัน แต่ละโซนคุมด้วยประตูน้ำ 1 ตัว จงหาขนาดของท่อแขนง ก - ข ท่อเขาควาย ข - ค ท่อรองประธาน ค - ง ท่อประธาน ง - จ , จ - ฉ และความดันที่จุดต่างๆ โดยกำหนดให้พื้นที่ราบเรียบ ไม่มีความลาดเอียง
การหาขนาดท่อแขนง ก - ข
จากแผนผังในรูปที่ 3 อัตราไหลของน้ำในท่อแขนง ก - ข = 5 x 120 = 600 ลิตร / ซ.ม. = 0.6 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม.
ความยาวท่อแขนง ก - ข =(5x4) + 2 = 22 ม.
ถ้ากำหนดให้ความดันใช้งานของหัวสปริงเกอร์ 10 ม. และความดันของสปริงเกอร์ในแปลงแตกต่างกันไม่เกิน 20 % เพื่อทำให้อัตราให้น้ำมีความสม่ำเสมอ ซึ่งก็คือไม่ควรเกิน (10x20)/100 = 2 เมตร
เมื่ออัตราการไหล = 0.6 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม. ความยาวท่อ 22 เมตร
1. ถ้าเลือกใช้ท่อพีอี เส้นผ่าศูนย์กลาง 16 มิลลิเมตร จากตารางที่ 7 จะเกิดความดันสูญเสีย 15.2 % ความเร็ว 1.2 ม. / วินาที
ดัวนั้น ความดันสูญเสีย = (15.2 x 22) / 100 = 3.34 ม.
แต่มีจุดที่น้ำออกหรือหัวสปริงเกอร์มากกว่า 2 จุด ตัวคูณ = 0.4
ความดันสูญเสียที่เกิดจริง = 3.34 x 0.4 = 1.34 เมตร
2. ถ้าเลือกใช้ท่อพีอี เส้นผ่าศูนย์กลาง 20 มิลลิเมตร จากตารางที่ 7 จะเกิดความดันสูญเสีย 4.8 % ความเร็ว 0.7 ม. / วินาที
ดังนั้น ความดันสูญเสีย = (4.8x22) / 100 = 1.06 ม.
ความดันสูญเสียที่เกิดจริง = 1.06 x 0.4 = 0.42 ม.
ในกรณีที่ความดันสูญเสียไม่เกิน 2 เมตร และความเร็วของน้ำในท่อไม่เกิน 1.5 ม./วินาที ก็สามารถเลือกใช้ท่อได้ทั้ง 2 ขนาด ในที่นี้สมมติว่าเลือกใช้ ท่อแขนง ก - ข เป็นท่อพีอี เส้นผ่าศูนย์กลาง 20 มิลลิเมตร ความดันสูญเสีย = 0.42 ม.
การหาขนาดของท่อเขาควาย ข - ค
เมื่อท่อแขนง ก - ข สูญเสียความดันไปแล้ว 0.4 เมตร
ดังนั้น ท่อเขาควาย ข - ค ควรมีความดันสูญเสียไม่เกิน = 2 - 0.42 = 1.58 เมตร
จากแผนผังในรูปที่ 3 ความยาวท่อเขาควาย ข - ค = (3x5) + 2.5 = 17.5 ม. โดยส่งน้ำให้ท่อแขนง 4 ท่อ
ดังนั้น อัตราการไหลในท่อเขาควาย ข - ค = 0.6 x 4 = 2.4 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม.
1. ถ้าเลือกใช้ท่อ เป็น พีวีซี เส้าผ่าศูนย์กลาง 3/4 นิ้ว จากตารางที่ 6 ความดันสูญเสีย = 17.7 % ความเร็ว 1.8 ม./วินาที โดยมีจุดที่น้ำออกมากกว่า 2 จุด
ดังนั้น ความดันสูญเสีย = (17.7 x 17.5) / 100 x 0.4 = 1.24 ม.
2. ถ้าเลือกท่อ เป็นพีวีซีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 นิ้ว จากตารางที่ 6 ความดันสูญเสีย = 3.9% ความเร็ว 0.9 ม./วินาที โดยมีจุที่น้ำออกมากกว่า 2 จุด
ดังนั้น ความดันสูญเสีย = (3.9 x 17.5) / 100 x0.4 = 0.27 ม.
ดังนั้น จึงควรเลือกใช้ท่อ พีวีซี เส้นผ่าศูนย์กลาง 1 นิ้ว เพราะความดันสูญเสีย = 0.27 ม. ไม่เกิน 1.58 ม. และความเร็วไม่เกิน 1.5 ม./วินาที
ดังนั้น ความดันที่จุด ค. = ความดันของมินิสปริงเกอร์ที่ ก. + ความดันสูญเสียในท่อ ก - ข + ความดันสูญเสียในท่อ ข - ค
= 10 + 0.42 + 0.27
= 10.69 ม.
การหาขนาดของท่อรองประธาน ค - ง
จากแผนผังในรูปที่ 3 ท่อรองประธาน ค - ง ยาว 2 เมตร ส่งน้ำให้ท่อเขาควาย 2 ท่อ คือ ข - ค 1 ท่อ และด้านล่างอีก 1 ท่อ
ดังนั้น อัตราการไหล = 2400 x 2 = 4800 ลิตร / ซ.ม. = 4.8 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม.
1. ถ้าเลือกใช้ท่อ พีวีซี เส้นผ่าศูนย์กลาง 1 นิ้ว ความดันสูญเสีย = 14.1 % ความเร็ว 1.9 ม./วินาที
2. ถ้าเลือกใช้ท่อ พีวีซี เส้นผ่าศูนย์กลาง 1 1/4 นิ้ว ความดันสูญเสีญ = 4.5 % ความเร็ว 1.2 ม. / วินาที
ในกรณีนี้ควรเลือกใช้ท่อ พีวีซี ขนาด 1 1/4 เพราะความเร็ว ไม่เกิน 1.5 ม. /วินาที
ดังนั้น ความดันสูญเสีย = (4.5 x 2) / 100 = 0.09 ม.
การหาขนาดของท่อประธาน ง - จ
จากแผนผังในรูปที่ 3 ท่อ ง - จ ยาว 40 เมตร อัตราการไหล = 4.8 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม.
1. ถ้าเลือกใช้ท่อ พีวีซี ขนาด 1นิ้ว ความดันสูญเสีย = 14.1 % ความเร็ว 1.9 ม. / วินาที
2. ถ้าเลือกใช้อท่อ พีวีซี ขนาด 1 1/4 นิ้ว ความดันสูญเสีย = 4.5 % ความเร็ว 1.2 ม. / วินาที
ดังนั้น ความดันสูญเสีย = (4.5 x 40) / 100 = 1.8 ม.
ในกรณีนี้ ควรเลือกใช้ท่อพีวีซี ขนาด 1 1/4 นิ้ว เพราะความเร็ว ไม่เกิน 1.5 ม./ วินาที
ดังนั้น ความดันที่จุด จ = 10.69 + 0.09 + 1.8 = 12.58 ม.
การหาขนาดของท่อประธาน จ - ฉ
จากแผนผังในรูปที่ 3 ท่อ จ - ฉ ยาว 27.5 อัตราการไหล = 4.8 ลูกบาศก์ / ซ.ม.
1. ถ้าเลือกใช้ท่อพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว ความดันสูญเสีย = 14.1 % ความเร็ว 1.9 ม. / วินาที
2. ถ้าเลือกใช้ท่อ พีวีซี 1 1/4 นิ้ว ความดันสูญเสีย = 4.5 % ความเร็ว 1.2 ม. / วินาที
ดังนั้น ความดันสูญเสีย = (4.5 x 27.5) / 100 = 1.24 ม.
ในกรณีนี้ ควรเลือกใช้ท่อ พีวีซี ขนาด 1 1/4 นิ้ว เพราะความเร็ว ไม่เกิน 1.5 ม. / วินาที
ดังนั้น ความดันที่จุด ฉ = 12.58 + 1.24 = 13.82 ม.
สำหรับโซนอื่นๆ ที่เหลืออีก 3 โซนนั้น ท่อแขนง ท่อเขาควาย และท่อรองประธาน ก็จะมีขนาดเท่ากับท่อ ก - ข , ข - ค และ ค - ง
การเลือกใช้ เครื่องสูบน้ำ
การเลือกใช้เครื่องสูบน้ำต้องคำนึงถึงอัตรา การไหลสูงสุด และหัวน้ำสูงสุด เมื่อคำนวณหาอัตราหารไหลได้แล้ว ควรจะเพิ่มค่ามากขึ้นไปอีก 10% เพราะอัตราการไหลของน้ำที่ผ่านหัวจ่ายน้ำอาจจะมีความผันแปรเนื่องจากการผลิต สำหรับความดันสูงสุดนั้นคือผลรวมในหน่วย เมตร ของสิ่งต่างๆ ดังนี้
1. ระยะจากผิวน้ำถึงจุดที่สูงที่สุดของระบบให้น้ำ
2. ความดันของหัวจ่ายน้ำ
3. ความดันสูญเสียเนื่องจากความฝืดในท่อต่างๆ ได้แก่ ท่อแขนง ท่อเขาควาย ท่อรองประธาน และท่อประธานที่มีความสูญเสียมากที่สุด
4. ความดันสูญเสียของข้อต่อต่างๆ (ประมาณ 10 % ของความดันสูญเสียในข้อ 3
5. อุปกรณ์ควบคุมต้นทาง (ประมาณ 5 - 10 ม. ขึ้นอยู่กับจำนวนและขนาดของอุปกรณ์ที่ใช้) ซึ่งประกอบด้วยกรอง เครื่องฉีดปุ๋ย ประตูน้ำ มาตรวัดน้ำ มาตรวัดความดัน เป็นต้น
ดังนั้น ตัวอย่างที่ 2 และอาศัยหลักการเลือกใช้เครื่องสูบน้ำจึงสรุปได้ว่า
อัตราการไหลสูงสุดของน้ำในระบบ = 4.8 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม. + 10 %
= 5.28 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม.
สำหรับข้อ 1 นั้นได้จากการวัดในแนวดิ่งจากผิวน้ำถึงจุดที่สูงที่สุดของระบบน้ำ ซึ่งอาจจะเป็นส่วนปลายของหัวสปริงเกอร์ที่ติดตั้งอยู่บนท่อแขนงก็ได้
ข้อ 2 ความดันของหัวมินิสปริงเกอร์ = 10 ม.
ข้อ 3 ความดันสูญเสียที่เกิดจากน้ำที่ไหลผ่านท่อ ก - ฉ = 13.82 ม.
ข้อ 4 ความดันสูญเสียของข้อต่อต่างๆ = 13.82 x 10 % = 1.38 ม.
ข้อ 5 อุปกรณ์ควบคุมต้นทาง = 5 ม.
ดังนั้น ความดันสูงสุด = 8 + 10 + 13.82 +1.38 + 5
= 38.2 ม.
ดังนั้น การเลือกซื้อเครื่องสูบน้ำมาใช้ก็ควรจะตรวจสอบจากแคตตาล๊อกของบริษัทผู้ผลิต เครื่องสูบน้ำหลายๆ รายว่า ยี่ห้อไหน รุ่นไหน มีอัตราการไหล 5.28 ลูกบาศก์เมตร / ซ.ม. และความดันสูงสุด 38.2 ม. ตามความต้องการ ซึ่งในระบบน้ำมักเรียกว่าน้ำ 5.28 คิว และเฮด 38.2 ม. ถ้ามีซ้ำกันหลายยี่ห้อ หรือหลายรุ่นก็ควรจะเลือกใช้เครื่องสูบน้ำยี่ห้อมี่มีประสิทธิภาพสูงที่สุด อย่างไรก็ตามไม่ควรจะเลือกใช้เครื่องสูบน้ำที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า 50 % นอกจากนั้น สิ่งที่ควรนำมาพิจารณาในการเลือกใช้ด้วยก็คือ ยี่ และชื่อเสียงของบริษัทผู้ผลิต ซึ่งจะทำให้ผู้ซื้อมั่นใจได้ว่าจะได้รับบริการหลังการขายตลอดระยะเวลาใช้งาน ของเครื่องสูบน้ำนั้นๆ กล่าวคือถ้าเกิดมีปัญหาใดๆ ขึ้นมากับเครื่องสูบน้ำ ก็จะได้รับการดูแล ซ่อมแซมอย่างรวดเร็ว เพราะมีอะไหล่และช่างไว้พร้อม นอกจากนั้น เครื่องสูบน้ำที่ได้รับมาตรฐาน เช่น ISO ก็ให้ความมั่นใจในการเลือกใช้เพิ่มขึ้นอีก
