全揚程とポンプ動力を計算します。
ポンプヘッドは、ポンプが吸込リザーバーから吐出先に流体を送るために供給しなければならない単位重量あたりのエネルギーで、流体柱のメートルまたはフィートで表します。このカルキュレーターは定常エネルギー(Bernoulli)方程式を使い、高低差・圧力差・速度ヘッド・摩擦損失から全揚程を計算し、設計運転点でシステムカーブと交差するポンプカーブの選定を可能にします。
Bernoulli:H =(P₂ − P₁)/(ρg)+(v₂² − v₁²)/(2g)+(z₂ − z₁)+ h_f で、各項は静圧ヘッド・速度ヘッド・位置ヘッド・摩擦ヘッドです。速度ヘッドは一方が大気に開放されていない限り工業システムでは通常無視できます。摩擦ヘッドh_fはDarcy–Weisbach圧力損失をヘッドに換算:h_f = ΔP_friction /(ρ × g)。本カルキュレーターは流体メートル単位でヘッドを返します。barへの換算は H_m × ρ × g / 10⁵、psiへの換算は H_ft × 比重 / 2.31。ポンプ軸動力 P =(Q × H × ρ × g)/ η_p で、η_pは総合ポンプ効率(遠心ポンプで通常60〜80%)。
施設エンジニアが30 mの垂直揚程・3 barの吐出圧・50 m配管で12 mの摩擦損失の循環ポンプを200 m³/hで計算して合計75 mヘッドを求め、カタログから200 kWの立型インラインポンプを選定します。
大気圧タンクから6 barレシーバーへの移送ポンプを確認するプロセス技術者が、圧力ヘッド60 m+位置ヘッド8 m+摩擦5 m=合計73 mを計算し、既存ポンプが10%マージンでデューティを満たすことを確認します。
7 mの垂直吐出のためのサンプポンプヘッド要件を推定するメンテナンス責任者が、200 L/minでの配管摩擦を含むエネルギー方程式を適用し、在庫のポンプカーブがデューティポイントを満たすことを確認します。
ヘッドは流体密度に依存しないため、30 mのヘッドを発生するポンプは同じ軸RPMで水柱・油柱・グリコール柱のいずれも30 mを送ります。これによりカタログ選定が簡単になります。
圧力(bar)= ヘッド(m)× 比重 / 10.2。または圧力(psi)= ヘッド(ft)× 比重 / 2.31。水の比重SG = 1.0、軽油0.85〜0.9、重油0.95。
摩擦ヘッドはv²に比例し(固定管径では流速は流量に比例)、流量を2倍にすると摩擦ヘッドは4倍になります。これがシステムカーブの形状であり、ポンプカーブとの交点が運転点になります。