MĂSURAREA DEBITULUI PRIN CONDUCTE CU AJUTORUL UNUI TUB VENTURI
1 . Scopul lucr ării:
Se analizează precizia de măsurare a debitului cu un tub Venturi. Valorile debitelor, măsurate prin metoda micşor ării secţiunii de curgere se compar ă cu cele obţinute prin metoda volumetrică (considerându-se cea mai exactă). Se va determina un coeficient de debit specific aparatului, astfel încât măsur ările ce urmează a fi f ăcute să fie cât mai corecte (debitele măsurate cu tubul Venturi să fie cât mai apropiate de cele măsurate volumetric). 2. Instala ţ ia ia experimental ă
Instalaţia experimentală din figura 1.1 permite realizarea unui număr mare de lucr ări de laborator legate de curgerea apei prin conducte sub presiune sau prin canale cu suprafaţă liber ă. În general, scopul acestor lucr ări este legat de măsurarea debitului, în diferite secţiuni ale unui circuit hidraulic. În figura 1.1. este prezentat, schematizat, circuitul apei prin instalaţie şi toate elementele componente. Funcţionarea instalatiei este asigurată prin pomparea apei din rezervorul de aspiraţie (11), 60 litri, cu ajutorul pompei (10). Pompa centrifugă este antrenată de un motor electric (220/240 V la 50/60 Hz, n = 2900 rot/min ). Viteza de rotaţie a pompei poate fi modificată, iar valorile ei pot fi citite pe un panou de afişaj electronic. Debitul, pe traseul ales în instala ţia experimentală, poate fi reglat prin robinetele aflate pe instalaţie sau prin modificarea turaţiei pompei Elementele componente ale instalaţiei din figura 1.1 sunt: 1. Tub Venturi; 2. Tub Pitot; 3. Diafragmă calibrată; 4. Debitmetru electronic (tip turbină); 5. Debitmetru volumetric; 6. Rotametru; 7. Rezervor calibrat pentru măsurarea debitului prin metoda volumetrică; 8. Rezervor calibrat cu orificii calibrate; 9. Canal deschis cu deversor; 10. Pompă; 11. Rezervor de aspiraţie al pompei (60 l); 12. Manometre diferenţiale cu mercur sau cu apă şi aer; 13. Ecran de afişare a debitelor măsurate cu 4 si 5.
Fig. 1.1 – Instala ţia experimental ă Descrierea sistemului
Pe conducta de refulare a unei pompe centrifuge sunt montate, în serie, diferite aparate de măsurare a debitului. Traseul apei poate fi stabilit prin închiderea a dou ă dintre robinete. Variantele de măsurare a debitului sunt: volumetric cu ajutorul vasului tarat (7), se pot face măsur ări legate de curgerea prin orificii, cu ajutorul rezervorului (8), m ăsur ări ale debitului cu ajutorul unui deversor montat într-un canal (9) cu suprafaţă liber ă. Tubul Venturi (1), tubul Pitot (2), diafragma (3), debitmetrul electronic (4), apometrul (5) şi rotametrul (6) sunt montate în serie şi ele ar trebui s ă măsoare acelaşi debit (conform ecuaţiei de continuitate debitul printr-un tub de curent c urent este constant. Măsurarea debitului cu un tub Venturi sau cu o diafragmă presupune montarea unui manomentru diferenţial între două prize aflate în amonte, respective în aval de secţiunea îngustată a aparatului. Acest manometru poate fi cu mercur (12) sau cu apă şi aer (14) şi măsoara diferenţa de presiune Δ p între intrarea şi ieşirea din aparat. Debitmetrele 4, 5, 6 indică direct valoarea debitului. Măsurarea debitului cu ajutorul deversorului presupune măsurarea înalţimii lamei deversante, în amonte de muchia deversorului. Calculul debitului se face în funcţie de forma şi de dimensiunile deversorului (există posibilitatea schimbării secţiunii deversorului). Tubul Pitot (2) măsoara viteza în axul conductei (viteza maximă). Lucrările care se pot realiza în cadrul acestei instalaţii constau în etalonarea acestor aparate folosind ca element de comparaţie debitul măsurat cu ajutorul vasului tarat (7).
3. No ţ iuni iuni teoretice
Măsurarea debitului în conducte sub presiune cu tubul Venturi se bazează pe relaţia lui Bernoulli şi pe ecuaţia de continuitate. În ipoteza fluidului ideal şi incompresibil, aplicând cele două relaţii în punctul 1 (cu diametrul D) şi 2 (cu diametrul d – fig.1.2) rezultă: v12
+
p1
2 g ρ g
+ z1 =
v 22
+
p 2
2 g ρ g
+ z 2 + ζ
v 22
2 g
Q = v ⋅ A
Diferenţa de presiune se determin ă cu un manometru diferenţial cu mercur: p1 − p 2 = ρ Hg − ρ ⋅ g ⋅ (h1 − h2 ) = ρ Hg − ρ ⋅ g ⋅ Δh (0,5±0,02) d Q
Ø D
1
21o±1o
0,5 D
7o÷15o
Ød
2
d
Fig. 1.2 – Tubul Venturi
Deoarece secţiunile corespunzătoare punctelor 1 si 2 sunt circulare: A1
π D 2 = 4
;
A2
πd 2 = 4
expresia debitului teoretic este:
πd 2 2(ρ Hg − ρ) g Δh ⋅ Qt = ρ 4 Debitul real Qr care trece prin instalaţie este mai mic decât debitul teoretic datorită pierderilor de sarcină hidraulică. Coeficientul de debit se determină ca raport între debitul real şi debitul teoretic: μ=
Qr Qt
4. Modul de lucru
1.Pornirea standului: 1.1. se porneşte pompa; debitul pompat putându-se regla prin modificarea tura ţiei pompei sau prin deschiderea (închiderea) robinetului situat după rotametru; 1.2. se scoate aerul din instalaţie (prin punere sub presiune şi se face purjarea); 2.Procesul de măsurare: 2.1. se determină volumul V acumulat în rezervor, într-un interval de timp t (se măsoar ă înălţimea de coloană de lichid din rezervor, H , ştiind că H = 1 cm
corespunde unui volum de 0,15 l).
2.2. se citeşte indicaţia manometrului montat pe tubul Venturi, Δh 2.3. se citeşte indicaţia rotametrului, Qr . 2.4. se repetă măsur ările pentru diferite debite. 3. Se calculează: 3.1. debitul real care trece prin instalaţie: Qmas
=
V t
;
3.2. debitul teoretic: 2(ρ Hg − ρ) g Δh πd 2 2(ρ Hg − ρ) g Δh π D 2 ⋅ = ⋅m⋅ Qt = , ρ ρ 4 4 2
⎛ d ⎞ unde m = ⎜ ⎟ ; ⎝ D ⎠ 3.3. coeficientul de debit, ca raport între debitul real şi debitul teoretic:
μ=
Qmas Qt
Rezultatele se trec în următorul tabel: Nr.exp -
1 2 ....... n
V 3 m
t s
Δh m
Qr 3 m /h
Qmăs 3 m /s
Qt 3 m /s
μ -
