このツールについて
水をポンプや配管で上方へ送るとき、1フィート(約0.3m)持ち上げるごとに圧力が失われていきます。本ツールは、垂直方向の高低差を「静圧損失」に換算し、その値をpsi(重量ポンド毎平方インチ)で表示します。なお「0.433psi/ft」という係数は、標準状態における清水(真水)1フィート分の水柱が及ぼす圧力を表したものです。psiやフィートは主に米国で使われるヤード・ポンド単位系であり、日本のメートル法(MPa・mなど)とは単位系が異なる点にご注意ください。本ツールではbar換算値も併せて表示します。
使い方
まず、垂直方向の高低差をフィート単位で入力します。これは入口と出口の高さの差であり、水平方向の距離は含めません。次に流体の比重を入力します。清水なら「1.0」、海水や密度の高い液体ならそれよりやや大きい値を使います。計算結果として、圧力損失(psi)、それに相当する揚程(フィート)、さらにbar換算値が表示されます。
計算式の解説
基本となる式は $$\Delta P = 0.433 \times \text{SG} \times h$$ です。ここで係数0.433は、水の密度(62.4 lb/ft³)を144 in²/ft²で割って得られる値です。つまり、水柱が垂直に1フィート高くなるごとに、その底部の圧力は0.433psiずつ増加します。比重(SG)を掛けることで、水より重い/軽い流体にも対応した結果が得られます。
計算例
たとえば、比重1.0の水を丘の上まで150フィート持ち上げる場合を考えてみましょう。圧力損失は $$0.433 \times 1.0 \times 150 = 64.95 \text{ psi}$$ となります。底部のポンプは、摩擦損失を考慮する前に、まずこの静的揚程を打ち消さなければなりません。したがって、残圧ゼロで頂上まで届かせるだけでも、最低でも約65psiの圧力が必要になります。
よくある質問
なぜ0.434ではなく0.433なのですか? 正確な値は水温や密度によって変わりますが、一般的な水温における清水については、0.433psi/ft(その逆数である2.31ft/psi)が技術分野で広く用いられている標準値です。
摩擦損失は含まれますか? いいえ。これは静的揚程のみを計算するものです。ポンプに必要な総圧力を求めるには、配管の摩擦、継手による損失、出口で必要となる残圧なども別途加算する必要があります。
下り勾配での圧力上昇はどうなりますか? 同じ大きさが「上昇分」として作用します。水を100フィート落下させると、その下端では約43.3psiの圧力が加わります。