מחשבון משקל צנרת

מחשבון משקל צנרת מחשב כמה שוקל צינור לפי אורכו, קוטרו, עובי הדופן שלו והחומר ממנו הוא עשוי. הוא משמש מהנדסים, קבלנים ויצרנים לתכנון הזמנות חומרים, בחירת ציוד הרמה ותכנון תמיכות למערכות צנרת.

המחשבון מקבל את עובי הדופן או את הקוטר הפנימי, פועל ביחידות מטריות (מילימטרים, קילוגרמים) או ביחידות אימפריאליות (אינצ'ים, פאונדים), ומכסה שבעה חומרי צנרת נפוצים: פלדת פחמן, פלדת אל-חלד, אלומיניום, נחושת, PVC, פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) וברזל יצוק.

נוסחת משקל הצנרת

צינור הוא גליל חלול. משקלו שווה לנפח החומר בדופן הצינור כפול צפיפות אותו חומר. נפח הדופן הוא נפח הגליל החיצוני פחות נפח החלל הריק שבתוכו.

$W = \frac{\pi \times (D_o^2 - D_i^2) \times L \times \rho}{4}$

כאשר:

• $W$ = משקל הצינור
• $D_o$ = קוטר חיצוני
• $D_i$ = קוטר פנימי
• $L$ = אורך הצינור
• $\rho$ = צפיפות החומר
• $\pi$ ≈ 3.14159

אם עובי הדופן ידוע במקום הקוטר הפנימי, יש למצוא תחילה את הקוטר הפנימי:

$D_i = D_o - 2t$

כאן $t$ הוא עובי הדופן. הוא מוכפל פי שניים משום שעובי הדופן חל על שני צדי הצינור.

כל האורכים חייבים להיות באותה יחידה לפני החלת הנוסחה. המחשבון ממיר מילימטרים למטרים על ידי חלוקה ב-1,000, ואינצ'ים למטרים על ידי הכפלה ב-0.0254. התוצאה מתקבלת בקילוגרמים. כדי לקבל פאונדים, יש לחלק ב-0.45359237, משום שפאונד אחד שווה בדיוק ל-0.45359237 קילוגרם.

צפיפויות חומרים

צינור פלדה שוקל בערך פי 5.6 מצינור PVC באותם מידות. צינור אלומיניום שוקל בערך שליש ממשקלו של צינור פלדה מקביל.

איך מחשבים את משקל הצנרת

1. בחרו מערכת יחידות: מטרית (mm, kg) או אימפריאלית (in, lbs).
2. בחרו שיטת קלט: קוטר חיצוני עם עובי דופן, או קוטר חיצוני עם קוטר פנימי.
3. הזינו את ערכי אורך הצינור והקוטר.
4. בחרו את חומר הצינור.
5. קראו את המשקל המוצג על ידי המחשבון.

עובי הדופן חייב להיות פחות ממחצית הקוטר החיצוני, והקוטר הפנימי חייב להיות קטן מהקוטר החיצוני. גם האורך וגם הקוטר חייבים להיות גדולים מאפס.

דוגמה פתורה

מצאו את משקלו של צינור פלדת פחמן באורך 6 מטרים עם קוטר חיצוני של 114.3 מ"מ ועובי דופן של 6.02 מ"מ.

שלב 1: מציאת הקוטר הפנימי.

$D_i = 114.3 - (2 \times 6.02) = 102.26 \text{ mm}$

שלב 2: המרה למטרים ומציאת הרדיוסים.

קוטר חיצוני = 0.1143 מטר, ולכן רדיוס חיצוני = 0.05715 מטר. קוטר פנימי = 0.10226 מטר, ולכן רדיוס פנימי = 0.05113 מטר.

שלב 3: מציאת שטח החתך של הדופן.

$A = \pi \times (0.05715^2 - 0.05113^2) = \pi \times 0.00065185 = 0.0020478 \text{ m}^2$

שלב 4: מציאת הנפח.

$V = 0.0020478 \times 6 = 0.012287 \text{ m}^3$

שלב 5: הכפלה בצפיפות פלדת הפחמן (7,850 kg/m³).

$W = 0.012287 \times 7{,}850 \approx 96.5 \text{ kg}$

קטע צינור זה באורך 6 מטרים שוקל בערך 96.5 ק"ג. זה מסתכם בכ-16.1 ק"ג למטר, קרוב למשקל המפורסם עבור צינור פלדה בקוטר 4 אינץ' Schedule 40.

למה משקל הצנרת חשוב

ידיעת משקל הצנרת מראש משפיעה על כמה חלקים בפרויקט:

• תמיכות מבניות. צינור כבד יותר דורש תמיכות במרווחים צפופים יותר או תמיכות שנבנו לשאת עומס גדול יותר.
• הרמה והובלה. קיבולת המנוף וציוד הריגינג, וכן מגבלות המשקל של המשאיות, תלויות במשקל בפועל שמזיזים.
• אמדן עלויות. מוצרי צנרת רבים מתומחרים לפי משקל, כך שנתונים מדויקים חשובים לתקציבים והצעות מחיר.
• צינורות ימיים ותת-מימיים. המשקל קובע אם צינור זקוק לזיבול נוסף כדי להישאר על קרקעית הים, או שהוא צף בלעדיו.

משקל מחושב מניח מידות מדויקות. צינור אמיתי משתנה מעט בשל סבילויות ייצור, בדרך כלל בטווח של כמה אחוזים מהמידה הנומינלית, כך שהמשקל בפועל עשוי להיות שונה מעט מהנתון המחושב.

שאלות נפוצות

עד כמה מדויק מחשבון משקל צנרת? הוא מדויק בדיוק כמו המידות והצפיפות שהוזנו. סבילויות ייצור משמעותן שמשקלו של צינור אמיתי יכול להיות שונה מהערך המחושב במרווח קטן, בדרך כלל בטווח של כ-2–3%.

האם מידה נומינלית של צינור נותנת אותה תוצאה כמו המידות בפועל? לא. מידה נומינלית של צינור (NPS) היא תווית, לא מדידה — במידות מתחת ל-14 אינץ' היא אינה שווה לקוטר החיצוני בפועל. יש להשתמש תמיד בקוטר החיצוני בפועל וגם בקוטר הפנימי בפועל או בעובי הדופן, לא במידה הנומינלית.

איך ה-Schedule של הצינור משפיע על המשקל? מספר ה-Schedule מתאר את עובי הדופן. Schedule גבוה יותר (למשל Schedule 80 במקום Schedule 40) פירושו דופן עבה יותר וקוטר פנימי קטן יותר באותו קוטר חיצוני, כך שהצינור שוקל יותר.

האם המשקל המחושב כולל אביזרי חיבור או ציפויים? לא. הוא מכסה רק קטע צינור פשוט וישר. אביזרי חיבור, אוגנים, שסתומים, בידוד וציפויים חייבים להישקל או להיאמד בנפרד ולהתווסף לסך הכולל.

האם אפשר להשתמש בנוסחה הזו עבור חומרים שאינם ברשימה? כן. יש להשתמש באותה נוסחה עם צפיפות החומר ב-kg/m³ במקום אחת הצפיפויות הרשומות.

איך ממירים את התוצאה בין קילוגרמים לפאונדים? פאונד אחד שווה בדיוק ל-0.45359237 קילוגרם. כדי לקבל פאונדים, יש לחלק קילוגרמים ב-0.45359237, או כדי לקבל קילוגרמים, יש להכפיל פאונדים ב-0.45359237. זו ההמרה המדויקת שהמחשבון משתמש בה.

תקנים למידות ומשקל של צנרת

כמה תקנים מפרסמים מידות ומשקלים ייחוסיים לגדלי צנרת נפוצים: ASME B36.10M לצנרת פלדת פחמן, ASME B36.19M לצנרת פלדת אל-חלד, ASTM A53 לצנרת פלדה מרותכת וללא תפר, API 5L לצנרת קווי הולכה, ו-ISO 4200 למידות ומסה של צנרת פלדה. הטבלאות הללו שימושיות עבור מידות סטנדרטיות; מחשבון שימושי עבור כל מה שנמצא מחוצה להן, או עבור חומרים שאינם מכוסים בטבלה.