Borulama Sistemlerinde Basınç Kayıpları ve Boru Ölçüleri

Borulama sistemlerinde en kritik hesaplamalardan biri, akışkanların boru cidarına sürtünme ve çarpma etkileriyle uğradığı basınç kayıplarıdır. Bu kayıpların temel nedeni, akışkanın hızıdır. Hız arttıkça akış düzgün (laminar) yapıdan türbülanslı akışa geçer. Bu geçişin sınırı, birimsiz bir sayı olan Reynolds (Re) sayısı ile belirlenir:
•     Re < 2300 → Laminar akış
•     Re > 4000 → Türbülanslı akış
Reynolds Sayısı Nasıl Hesaplanır?
Reynolds sayısı şu formülle hesaplanır:
Re = (V × d) / ʋ
•     V (m/sn): Akışkanın hızı
•     d (m): Boru çapı
•     ʋ (m²/sn): Akışkanın kinematik viskozitesi
Kinematik viskozite değerleri için Engineering Toolbox sitesindeki SI birim tablosu kullanılabilir.
Sürtünme Katsayısı (ƒ) ve Kayıp Katsayısı (K)
Eğer akış laminar ise (Re < 2300), boru iç yüzey pürüzlülüğü ihmal edilebilir ve sürtünme katsayısı şu şekilde alınır:
ƒ = 64 / Re
Re > 2300 olduğunda ise sürtünme katsayısı doğrudan TABLO.1'den alınmalıdır.
Bu katsayı kullanılarak boru için kayıp katsayısı (K) şu formülle hesaplanır:
K = (ƒ × L) / D
•     ƒ: Boru pürüzlülük katsayısı
•     L (m): Boru boyu
•     D (m): Boru çapı
Fittings elemanlarında oluşan kayıplar, boru pürüzlülük katsayısının katı olarak ifade edilir. Örneğin, bir T fittingsinde akışkanın yarısı ayrılıyorsa K = 20 × ƒ olarak alınır.
•     Dirsekler için kayıp katsayıları → TABLO.2
•     Vanalar için kayıp katsayıları → TABLO.4
Toplam Basınç Kaybı Hesabı
Tüm elemanların kayıp katsayıları toplandıktan sonra sistemdeki toplam basınç kaybı şu formülle hesaplanır:
HL = (ƩK × V²) / (2 × g)
•     HL (m): Toplam basınç kaybı
•     ƩK: Toplam kayıp katsayısı
•     V (m/sn): Akışkan hızı
•     g (m/sn²): Yerçekimi ivmesi (9.8 m/sn²)
Akışkanların boru içindeki maksimum hızları TABLO.5’ten alınabilir.


Boru Ölçüleri ve Standartlar
Türkiye’de boru ölçüleri iki ana standartla belirlenir: ANSI ve DIN normları. Her iki sistem de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Boru seçiminde iki temel faktör öne çıkar:
1.     Borunun dayanabileceği basınç aralığı
2.     Boru çapı
Yan faktörler arasında boru malzemesi, dikişli olup olmaması ve üretim şekli yer alır.
Basınç arttıkça boru et kalınlığı içe doğru artar. Bu nedenle dış çap sabit kalırken iç çap küçülür. Hem ANSI hem DIN normlarında dış çap sabittir.
Nominal Çaplar ve Gerçek Ölçüler
1/8” ile 12” aralığındaki boruların nominal çapları, ne dış ne de iç çapı ifade eder. Örneğin:
•     3” boru dış çapı 76.2 mm değil, 88.9 mm’dir.
•     14” ve üzeri borularda nominal çap, dış çapla aynıdır:
Örnek: 14” boru → 14 × 25.4 = 355.6 mm
DIN normunda çaplar DN6, DN8, … DN900 şeklindedir. Ancak belirtilen DN ölçüsü, dış çapın kendisi değildir. Örneğin:
•     DN500 boru dış çapı 508 mm’dir.
Her iki normda da dış çaplar standartlaştırılmıştır. Bu çaplar arasında kalan ölçüler standart olarak üretilmez, ancak özel siparişle temin edilebilir.
Türkiye’de temin edilebilen boru çapları ve basınç aralıkları Excel formatında tablo olarak indirilebilir.
Basınç Aralıkları
•     ANSI normunda: SCH değerleri (örnek: SCH10, SCH20, SCH30)
•     DIN normunda: PN değerleri
Et kalınlığı arttıkça bu değerler de artar.