Lembaran Berlubang Stainless Steel: Perhitungan Luas Terbuka, Pola Lubang, dan Penurunan Tekanan

Area terbuka (%)= luas lubang ÷ luas pola berulang × 100. Untuk lubang bundar:90.69 × (d ÷ p)²untuk pola terhuyung 60 derajat,78.54 × (d ÷ p)²untuk pola lurus 90 derajat (d=diameter lubang, p=jarak pusat-ke-pusat).

Pola terbaik:60 derajat terhuyung-huyung memberikan sekitar 15% lebih banyak area terbuka daripada 90 derajat lurus pada ukuran lubang dan tinggi nada yang sama, dan menjaga jembatan logam yang lebih lebar di area terbuka yang sama.

Penurunan tekanan:untuk lembaran tipis, Δp=ζ × ½ρu², dengan ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² f² dan f adalah luas area terbuka dalam pecahan. Memotong area terbuka dari 40% menjadi 20% akan mengalikan penurunan tekanan sekitar 6.

Kekuatan:lebih banyak area terbuka berarti lebih sedikit logam di antara lubang. Lembaran dengan luas terbuka 40% hanya mempertahankan sekitar sepertiga kekuatan lembaran padat pada garis tersempit.

Nilai:304, 316L, atau 2205 tidak mengubah area terbuka atau penurunan tekanan. Ini mengubah umur dan kekuatan korosi, dan oleh karena itu ketebalan lembaran yang dapat Anda gunakan.

Lembaran berlubang terlihat sederhana: pelat datar penuh lubang. Namun ada tiga angka yang menentukan apakah ia berfungsi dalam filter, saringan, distributor aliran, atau pelindung: area terbuka, pola lubang, dan penurunan tekanan di atasnya. Mereka terhubung. Polanya menentukan area terbuka, area terbuka menentukan penurunan tekanan, dan setiap lubang tambahan menghilangkan kekuatan.

Panduan ini menjelaskan setiap tautan dalam bahasa sederhana, memberikan rumus, dan mengerjakan contoh-contoh yang dapat Anda reproduksi dengan kalkulator. Jika suatu angka berasal dari perhitungan kami sendiri dan bukan dari tabel yang dipublikasikan, maka kami katakan demikian.

Apa Itu Area Terbuka pada Lembaran Berlubang Stainless Steel, dan Bagaimana Cara Menghitungnya?

Luas terbuka adalah persentase permukaan lembaran yang berlubang. Bagilah luas satu lubang dengan luas sel berulang yang memuatnya, lalu kalikan dengan 100. Untuk lubang bundar dengan pola terhuyung 60 derajat, jalan pintasnya adalah90.69 × (d ÷ p)².

Bayangkan lembaran itu sebagai lantai keramik. Setiap ubin memiliki satu lubang (atau sejumlah lubang tetap). Area terbuka adalah seberapa banyak setiap ubin yang kosong. Karena ubin diatur berdasarkan tinggi nada, hanya tiga masukan yang diperlukan: ukuran lubang, tinggi nada, dan pola. Gunakan satuan yang sama untuk d dan p, misalnya milimeter.

Konstanta 90,69 berasal dari geometri kisi segitiga, yang merupakan cara terpadat untuk mengemas lubang bundar. Ini juga merupakan batas atas: dicapai hanya jika lubang-lubangnya bersentuhan (d=p), sehingga tidak ada logam yang membentuk lembaran. Baris lurus menyia-nyiakan sudut antar lubang, itulah sebabnya konstanta turun menjadi 78,54.

Contoh yang berhasil

• Contoh A.Lubang 3 mm, pitch 5 mm, terhuyung 60 derajat. d ÷ p=0.6, dan 0,6²=0.36. Luas terbuka=90.69 × 0.36 =32.7%. Lubang yang sama dengan pola lurus menghasilkan 78,54 × 0.36=28.3%.
• Contoh B.Lubang 6 mm, pitch 9 mm (ditulis "6 @ 9"), 60 derajat terhuyung. d ÷ p=0.667, dan 0,667²=0.444. Luas terbuka=90.69 × 0.444 =40.3%.

Tiga kesalahan umum

• Menggunakan rumus pola yang salah.Menerapkan 90,69 pada pola lurus melebih-lebihkan area terbuka sekitar 15%.
• Mencampur definisi nada.Pemasok berbeda pendapat mengenai apakah nada diukur sepanjang baris atau antar baris, dan pola 45 derajat ditentukan dalam lebih dari satu cara. Konfirmasikan definisi pada gambar.
• Mengabaikan margin.Rumusnya memberikan luas terbuka pada bidang yang berlubang. Batas padat di sekeliling lapangan menurunkan area terbuka seluruh lembar.

Pola Lubang Mana yang Harus Anda Pilih: 60 derajat Terhuyung, 90 derajat Lurus, atau 45 derajat Terhuyung?

Memilih60 derajat terhuyungkecuali Anda membutuhkan lubang dalam barisan lurus. Ini memberikan area terbuka tertinggi untuk lubang bundar, meninggalkan jembatan yang lebih lebar di area terbuka yang sama, dan merupakan pola standar pada sebagian besar perforator.

Pada diameter lubang dan tinggi nada yang sama, pola 60 derajat menghasilkan 90,69 ÷ 78.54=1.155 kali luas terbuka pola lurus 90 derajat, yaitu15,5% lebih banyak. Anda juga dapat melihatnya dengan cara lain. Untuk memukul area terbuka yang sama dengan ukuran lubang yang sama, pola 60 derajat dapat menggunakan pitch sekitar 7,5% lebih besar, sehingga logam antar lubang lebih lebar.

Inilah kasus konkritnya. Lubang 5 mm dengan jarak 8 mm dalam pola 60 derajat memberikan 35,4% area terbuka dengan jembatan 3,0 mm. Untuk mencocokkan 35,4% dalam pola lurus, pitch harus menyusut menjadi sekitar 7,4 mm, menyisakan jembatan hanya sekitar 2,4 mm. Itu berarti sekitar 20% lebih sedikit logam antar lubang untuk area aliran yang sama.

Berapa Banyak Kekuatan yang Hilang dari Lembaran Berlubang seiring dengan Meningkatnya Area Terbuka?

Lebih dari jumlah yang ditunjukkan oleh jumlah area terbuka. Potongan logam tersempit di antara lubang memikul beban, dan bagiannya dari lembaran padat kira-kira(p − d) ÷ p, disebut efisiensi ligamen. Dengan 40% lahan terbuka, porsinya hanya sekitar 33%.

Area terbuka dan kekuatan tarikan berlawanan arah. Saat Anda meninggikan area terbuka dengan memilih lubang yang lebih besar atau lubang yang lebih kecil, jembatan antar lubang menjadi lebih tipis. Karena jembatan memikul beban, kekuatan turun dengan cepat. Tabel menunjukkan seberapa cepat.

Baris terakhir menunjukkan trade-off. Lembaran dengan area terbuka 63% berada di dekat bagian atas pita 23% hingga 64% yang ditentukan ISO 7805-1 untuk pelat 3 mm atau lebih tebal, namun hanya mempertahankan sekitar seperenam kekuatannya pada bagian tersempit.

Pabrikan menggunakan aturan praktis sederhana untuk menjaga agar lembaran tetap dapat dilubangi dan rata. Banyak yang menjaga lebar jembatan setidaknya sama dengan ketebalan lembaran, dan banyak pula yang menjaga diameter lubang setidaknya sama dengan ketebalan baja karbon dan sekitar 1,5 kali ketebalan atau lebih untuk baja tahan karat. Baja tahan karat lebih keras dan lebih keras dibandingkan baja karbon, sehingga pukulan lebih cepat aus dan lubang kecil pada lembaran tebal lebih sulit dibuat. Ini adalah pedoman pabrikan, bukan standar yang dipublikasikan, dan batasannya berbeda-beda di setiap toko. Konfirmasikan dengan pemasok Anda.

Bagaimana Anda Menghitung Penurunan Tekanan pada Lembaran Berlubang?

Untuk lembaran yang tipis dan bermata tajam,Δp = ζ × ½ × ρ × u², di mana u adalah kecepatan pendekatan di bagian hulu lembaran, ρ adalah massa jenis fluida, danζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², dengan f luas terbuka sebagai pecahan. Hasilnya adalah estimasi pertama yang valid pada bilangan Reynolds tinggi; lihat batasannya di bawah ini.

Setiap lubang berfungsi seperti lubang kecil. Aliran masuk ke dalam lubang, kecepatannya mencapai u − f, kemudian mengembang lagi di sisi jauh, dan energi hilang dalam proses tersebut. Area terbuka yang lebih kecil berarti aliran yang lebih cepat di dalam lubang dan kerugian yang jauh lebih besar. Rumus di atas merupakan hasil pelat tipis yang disusun oleh Idelchik dan digunakan secara luas dalam buku pegangan teknik.

Langkah demi langkah

1. Hitung pecahan luas terbuka f dari rumus pada bagian pertama (35% luas terbuka berarti f=0.35).
2. Temukan kecepatan pendekatan u=laju aliran ÷ luas permukaan lembaran.
3. Hitung ζ dengan rumus di atas, atau baca dari tabel di bawah.
4. Hitung Δp=ζ × ½ × ρ × u². Dengan ρ dalam kg/m³ dan u dalam m/s, Δp dalam pascal.

Contoh yang berhasil: 5 @ 8 mm, terhuyung 60 derajat

Luas terbukanya adalah 35,4%, jadi f=0.354 dan ζ=11.7. Forudara dengan kecepatan 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, dengan kecepatan lubang 5,6 m/s. Untukair dengan kecepatan 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, dengan kecepatan lubang 1,4 m/s.

Apa yang ditunjukkan oleh angka-angka tersebut kepada Anda

• Area terbuka mendominasi.Memotong area terbuka dari 40% menjadi 20% akan meningkatkan ζ dari 8,2 menjadi 51,3, sekitar6 kalipenurunan tekanan pada aliran yang sama.
• Kecepatan dikuadratkan.Menggandakan aliran mengalikan penurunan tekanan sebanyak empat.
• Penyumbatan menambah masalah.Jika puing-puing menutup setengah lubang, area terbuka menjadi setengahnya dan penurunan tekanan meningkat dengan faktor yang sama besarnya. Inilah sebabnya mengapa lembaran filter dan saringan berukuran dengan area terbuka yang luas.

Batasan rumus

Rumus pelat tipis adalah batas bilangan Reynolds tinggi. Dalam contoh yang dikerjakan, bilangan Reynolds lubang hanya sekitar 1.900 untuk udara dan 7.000 untuk air (dengan asumsi viskositas kinematik 1,5 × 10⁻⁵ dan 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). Nilai tersebut berada di bawah kisaran di mana koefisien kerugian berhenti bergantung pada bilangan Reynolds, jadi perlakukan hasil ini sebagai perkiraan dan gunakan grafik Idelchik yang bergantung pada Reynolds atau data uji ketika jawabannya penting.

Lembaran stainless asli juga lebih tebal dari rasio diameter 0,015 yang diasumsikan rumus. Ringkasan sekunder dari eksperimen yang dipublikasikan pada pelat dengan kemiringan segitiga melaporkan bahwa kehilangan tekanan menurun seiring dengan bertambahnya ketebalan hingga mencapai sekitar 1,5 diameter lubang, kemudian mendatar. Untuk lembaran biasa, nomor pelat tipisnya cenderung berada di sisi yang tinggi. Kami tidak dapat mengkonfirmasi data eksperimen asli secara langsung, jadi gunakan ini sebagai tren, bukan faktor koreksi.

Apakah Bentuk dan Pola Lubang Mengubah Penurunan Tekanan?

Kebanyakan melalui area terbuka. Pola dan bentuk penting karena menentukan seberapa banyak area terbuka yang dihasilkan oleh ukuran lubang dan tinggi nada tertentu. Data Idelchik yang dipublikasikan mencakup lubang melingkar; untuk kotak dan slot, insinyur biasanya bekerja dengan diameter hidrolik yang setara dan mengonfirmasinya dengan pengujian atau CFD.

Diameter hidrolik adalah d_h=4 × luas terbuka ± keliling basah. Untuk lubang bundar sama dengan diameternya. Untuk persegi, panjangnya sama dengan panjang sisinya. Untuk slot ujung bulat, ukurannya lebih besar dari lebar slot, seperti yang ditunjukkan tabel.

Apakah Kelas Stainless Steel Mempengaruhi Area Terbuka atau Penurunan Tekanan?

Tidak. Area terbuka dan penurunan tekanan bergantung pada geometri dan fluida, bukan pada paduannya. Tingkatan ini penting karena menentukan umur dan kekuatan korosi, dan kekuatan mempengaruhi seberapa tebal lembaran tersebut.

Detail fabrikasi lebih penting daripada yang diharapkan sebagian besar pembeli. Lubang yang dibuat terlalu besar 0,1 mm pada lubang 3 mm akan meningkatkan area terbuka sekitar 6,8% ((3,1 3)²=1.068), yang menurunkan penurunan tekanan sekitar 12% jika Anda memperkirakan ζ sebanding dengan 1 ÷ f² (perkiraan EETA). Itulah sebabnya toleransi lubang ada pada gambar. Arah duri, kerataan, dan permukaan akhir juga penting. Tepian yang halus dan dipoles secara elektro tahan terhadap pengotoran, dan batas kerataan pelat dasar dibahas dalam artikel kami tentang toleransi ASTM A240.

Bagaimana Cara Menentukan Lembar Berlubang Agar Pesanan Sesuai Perhitungan Anda?

Nyatakan ukuran lubang, tinggi nada dan cara pengukurannya, sudut pola, ketebalan, tingkat dan spesifikasi, margin, dan toleransi. Setiap item yang hilang kemungkinan lembar yang dikirimkan berbeda dari perhitungan Anda.

Standar Mana yang Berlaku untuk Lembaran Baja Tahan Karat Berlubang?

Tidak ada standar tunggal yang mencakup lembaran stainless berlubang dari ujung ke ujung. Geometri lubang dan pitch biasanya diambil dari seri ISO 7805, dan logam dasar dari ASTM A240 dan A480.

Sumber: entri katalog ISO 7805-1, ISO 7805-2, dan ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS). Dokumen ISO hanya mencakup baja rendah karbon; untuk pesanan baja tahan karat, pembeli biasanya merujuk pada geometri ISO dan mengutip ASTM untuk logam dasar. Konfirmasikan pendekatan tersebut dengan pabrikan Anda.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

T: Apa yang dimaksud dengan area terbuka khas untuk lembaran baja tahan karat berlubang?

A: Kebanyakan pola standar berada di antara 20% dan 65% area terbuka. ISO 7805-1 menetapkan rasio pitch-to-hole yang memberikan area terbuka nominal sekitar 23% hingga 64% untuk pelat dengan tebal 3 mm atau lebih. Semakin tinggi meninggalkan jembatan yang sangat sempit di antara lubang-lubang, sehingga kekuatan dan kerataan menurun.

Q: Apa arti kode seperti "5 @ 8"?

A: Biasanya berarti lubang 5 mm di bagian tengah 8 mm. Dengan pola terhuyung 60 derajat, ini menghasilkan 35,4% area terbuka; dengan pola lurus 90 derajat memberikan 30,7%. Selalu konfirmasikan pola dan cara pemasok mengukur nada.

T: Dapatkah lembaran berlubang mencapai 90% area terbuka?

A: Tidak. Batas atas teoritis untuk lubang bundar dengan pola terhuyung 60 derajat adalah 90,69%, yang dicapai hanya jika lubang bersentuhan (diameter lubang sama dengan tinggi nada). Pada titik tersebut tidak ada logam yang tersisa untuk membentuk lembaran, sehingga produk asli berada jauh di bawahnya.

T: Apakah lembaran yang lebih tebal menurunkan penurunan tekanan?

A: Seringkali ya, sampai pada titik tertentu. Rumus pelat tipis pada artikel ini mengasumsikan lembaran yang sangat tipis. Percobaan yang dipublikasikan mengenai pelat dengan kemiringan segitiga melaporkan bahwa kehilangan tersebut menurun seiring dengan peningkatan ketebalan hingga sekitar 1,5 kali diameter lubang, kemudian mendatar. Untuk lembaran tebal dan lubang kecil, gesekan dinding mulai menjadi masalah. Gunakan data uji untuk desain kritis.

T: Apakah penurunan tekanan berbeda untuk lembaran berlubang 304 dan 316L?

A: Tidak. Penurunan tekanan bergantung pada geometri (luas terbuka, ukuran lubang, ketebalan) dan fluida (densitas, kecepatan, viskositas). Nilai tersebut mengubah ketahanan dan kekuatan korosi, yang dapat mengubah ketebalan yang Anda pilih, dan ketebalan memang memengaruhi penurunan tekanan.

T: Bagaimana cara mengubah kecepatan pendekatan menjadi kecepatan lubang?

A: Bagilah kecepatan pendekatan dengan pecahan area terbuka. Misalnya, 2 m/s mendekati lembaran dengan luas terbuka 35% menjadi sekitar 5,7 m/s di dalam lubang. Penurunan tekanan didorong oleh kecepatan lubang yang lebih tinggi ini.