Analiza Cantitativă și Calitativă a Ecuației Energiei într-o Conductă sub Presiune

Introducere

Mecanica fluidelor s-a dezvoltat ca o disciplină teoretică ţinând seama de aplicaţiile legilor clasice ale staticii, dinamicii şi termodinamicii, fluidele fiind considerate medii continue. Legile particulare implicate sunt cele ale conservării masei, energiei şi momentului şi, în fiecare aplicaţie, se pot adopta ipoteze simplificatoare pentru a putea descrie, din punct de vedere cantitativ, comportarea fluidului.

Standul hidraulic de bază oferă facilităţile necesare pentru a înţelege o serie de modele hidraulice, fiecare dintre acestea fiind destinate pentru a demonstra un aspect teoretic al hidraulicii.

Modelul hidraulic care ne interesează pentru acest experiment este aparatul pentru demonstrarea ecuaţiei energiei (ecuaţia lui Bernoulli). Acesta constă dintr-o conductă (de forma unui tub Venturi) transparentă. O serie de prize de presiune permit măsurarea înălţimilor de presiune. Un tub Pitot poate fi poziţionat de-a lungul conductei pentru a obţine înălţimea totală dinamică.

Descriere

Secţiunea test este reprezentată de o conductă transparentă de secţiune variabilă. Aceasta este prevăzută cu prize de presiune ce sunt conectate la o serie de tuburi piezometrice. Aceste prize permit măsurarea înălţimii de presiune în şase secţiuni ale conductei. Pentru a permite calculul dimensiunilor secţiunii test, poziţiile prizelor de presiune şi diametrele secţiunii test sunt indicate în tabelul nr.1 şi figura nr.2.

Pentru a putea citi valoarea înălţimii totale dinamice în orice secţiune a conductei, aparatul este prevăzut cu un tub Pitot ce poate fi mutat după slăbirea îmbinării. Această îmbinare trebuie strânsă cu ajutorul mâinii. Este prevăzută o priză de presiune suplimentară pentru a facilita instalarea. Toate cele opt prize de presiune sunt conectate la o serie tuburi piezometrice.

În timpul experimentului, aparatul este montat pe o placă care este poziţionată pe suprafaţa de lucru a standului. Această placă prezintă nişte şuruburi de calare care pot fi ajustate pentru a cala aparatul. Placa este prevăzută şi cu o nivelă.

Conducta de alimentare prezintă la capăt un o mufă de îmbinare care poate fi conectată la standul hidraulic. Un furtun flexibil, ce trebuie direcţionat spre rezervorul standului hidraulic, este ataşat conductei de evacuare.

Un robinet de reglare este prevăzut în avalul secţiunii test. Debitul şi presiunea pot să varieze prin acţionarea robinetului de reglare al aparatului şi a robinetului standului hidraulic.

Fig. 1 Instalaţia experimentală

Nomenclator

Mărimea Unitatea

de măsurare Simbolul Tipul

mărimii Descriere

Volumul colectat m3 V Măsurată Valoarea este citită pe scara standului hidraulic. Volumul colectat este măsurat în litri. Se transformă în m3.

Timpul necesar colectării s t Măsurată Timpul necesar colectării volumului de apă cunoscut în standul hidraulic.

Debit m3/s Qv Calculată

Tuburi piezometrice - hx Dată Plăcuţe indicatoare ale tuburilor piezometrice.

Distanţe în conductă m - Date Poziţiile prizelor de presiune faţă de priza de presiune h1.

Aria secţiunii conductei m2 A Dată Aria secţiunii conductei corespunzătoare fiecărei prize de presiune.

Înălţimea piezometrică m h Măsurată Valoarea măsurată la piezometre. Valorile citite sunt în mm. Se transformă în m.

Viteza m/s v Calculată Viteza apei în conductă.

Înălţimea cinetică m - Calculată

Înălţimea totală dinamică m h0 Calculată

Distanţa în conductă m - Măsurată Poziţia tubului Pitot faţă de priza de presiune h1.

Înălţimea totală dată de tubul piezometric h8 m - Măsurată Valoarea măsurată la tubul piezometric 8. Aceasta este înălţimea înregistrată prin intermediul tubului Pitot.

Scopul lucrării

Scopul lucrării este de a vizualiza şi aplica ecuaţia lui Benoulli într-o conductă (de forma unui tub Venturi) sub presiune.

Metodă

Metoda constă în a măsura debitele, înălţimile de presiune şi înălţimile totale dinamice într-un tub Venturi cu o geometrie cunoscută pentru o serie de debite constante.

Echipamente necesare

Echipamentele necesare pentru a analiza cantitativ şi calitativ ecuaţia energiei într-o conductă sub presiune sunt:

- aparatul pentru demonstrarea ecuaţiei lui Bernoulli;

- standul hidraulic de bază ce permite determinarea volumului colectat într-un anumit timp;

- un cronometru.

Date tehnice

Următoarele dimensiuni ale instalaţiei sunt folosite în calcule. Dacă este necesar, aceste valori pot fi verificate, putând fi considerate ca făcând parte din procedurile experimentale şi înlocuite cu măsurătorile proprii.