Jak zmieni się średnia prędkość i natężenie przepływu wody w linii wężowej za przełącznikiem 75/52, tzn. w odcinku W-52 po zmniejszeniu średnicy z odcinka W-75?
A. Średnia prędkość przepływu zmniejszy się, natężenie przepływu zmniejszy się.
B. Średnia prędkość przepływu wzrośnie, natężenie przepływu pozostanie bez zmian.
C. Średnia prędkość przepływu wzrośnie, natężenie przepływu zmniejszy się.
D. Średnia prędkość przepływu zmniejszy się, natężenie przepływu pozostanie bez zmian.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2017 (arkusz Z.23-X-17.05).
W odcinku W-52 za przełącznikiem 75/52 średnia prędkość przepływu wzrośnie, a natężenie przepływu pozostanie takie samo, jeżeli mówimy o ustalonym przepływie w jednej, nieprzerwanej linii bez rozgałęzień i przecieków. Wynika to z równania ciągłości strugi dla cieczy praktycznie nieściśliwej, czyli wody: $Q=A\cdot v$. Natężenie przepływu Q musi być takie samo w każdym przekroju tej samej linii, bo tyle samo wody, ile wpływa do odcinka, musi z niego wypłynąć. Skoro po przejściu z W-75 na W-52 pole przekroju A jest mniejsze, to prędkość v musi wzrosnąć. Moim zdaniem to jedno z tych pytań, gdzie warto odróżnić hydraulikę teoretyczną od praktyki na akcji. W praktyce zwężenie średnicy powoduje większe straty ciśnienia, większe opory przepływu i może obniżyć całkowity wydatek układu w porównaniu z linią prowadzoną cały czas wężem W-75. Ale w danym układzie, za przełącznikiem i przed przełącznikiem, przepływ objętościowy w tej samej linii jest jednakowy. Dlatego przy budowie linii gaśniczych stosuje się większe średnice na zasilaniu, żeby ograniczyć straty, a mniejsze bliżej prądownicy, gdzie liczy się poręczność i odpowiednia prędkość wypływu. To jest zgodne z dobrą praktyką pracy z armaturą wodną, pompami i wężami pożarniczymi.
Najczęstsza pomyłka w tym zagadnieniu polega na tym, że ktoś widzi mniejszą średnicę węża i od razu zakłada mniejszy przepływ w tym konkretnym miejscu linii. Intuicyjnie wygląda to sensownie, bo W-52 jest węższy niż W-75, więc jakby mniej wody się mieści. Tyle że przepływ wody w ustalonym układzie działa inaczej. W jednej ciągłej linii, bez rozdzielacza, przecieku albo poboru po drodze, natężenie przepływu objętościowego nie może nagle się zmniejszyć za przełącznikiem. Woda nie znika w armaturze. To, co wpływa do odcinka, musi z niego wypłynąć, tylko przy mniejszym przekroju robi to z większą średnią prędkością. Opisuje to zależność $Q=A\cdot v$, gdzie Q to natężenie przepływu, A pole przekroju, a v średnia prędkość przepływu. Jeżeli A maleje, a Q ma zostać takie samo, to v rośnie. Błędem jest też mylenie prędkości przepływu ze stratami ciśnienia. Zwężenie z W-75 na W-52 faktycznie zwiększa opory i straty hydrauliczne, więc cały układ może wymagać większego ciśnienia na pompie, a w pewnych warunkach jego rzeczywisty wydatek może być mniejszy niż przy szerszej linii. Ale to jest porównanie dwóch różnych konfiguracji zasilania, a nie zmiana natężenia przepływu między sąsiednimi odcinkami tej samej linii. Z mojego doświadczenia warto zapamiętać prostą zasadę: w linii szeregowej przepływ jest ten sam, a średnica decyduje głównie o prędkości wody i stratach ciśnienia. Dlatego odpowiedzi zakładające spadek natężenia za samym przełącznikiem albo spadek prędkości przy mniejszej średnicy są niezgodne z podstawową hydrauliką pożarniczą.