Etalonarea Diafragmei cu Ajutorul Tubului Pitot-Prandtl

ETALONAREA DIAFRAGMEI CU AJUTORUL TUBULUI PITOT-PRANDTL

1.1. Generalităţi şi scopul lucrării

Măsurarea vitezelor şi debitelor de fluide se poateface cu aparate şi dispozitive bazate pe diverse principii şi metode, cum ar fi:

- principiul ştrangulării curentului de fluid, adică reducerea secţiunii de trecere a fluidului şi provocarea unei căderi de presiune (tubul Pitot-Prandtl, diafragma, ajutajul, tubul confuzor);

- principiul variaţiei presiunii dinamice a fluidelor în mişcare prin conducte (rotametrul);

- principiul măsurării vitezelor şi debitelor pe baza variaţiei temperaturii fluidelor aflate în mişcare (termoanemometrul);

- metode tahometrice (măsurarea debitelor se face prin transformarea vitezei de rotaţie a unei turbine, antrenată de fluidul care curge printr-o conductă, într-un semnal electric printr-un procedeu tahoinductiv);

- principii magnetoinductive (aceste dispozitive se folosesc pentru determinarea debitelor gravimetrice);

- metode magnetohidrodinamice (folosite pentru măsurarea debitelor lichidelor a căror rezistivitate volumică este mai mică decât 105 /cm5);

- metode acustice şi ultrasonice (se folosesc trenuri de unde sonore sau ultrasonore pentru măsurarea vitezei de curgere, pe baza determinării efectului fluxului de fluid asupra fasciculului de unde);

Lucrarea de faţă îşi propune măsurarea vitezelor cu ajutorul tubul Pitot-Prandtl şi a debitului folosind diafragma.

1.2. Instalaţia experimentală

Schema simplificată a instalaţiei experimentale este reprezentată în fig. 1.1. Legenda figurii este :

VA - ventilator axial; CR - conducta de refulare ; TPP - tub Pitot-Prandtl ; D – diafragmă ; F - clapetă fluture de capăt pentru reglarea debitului ; MN - micromanometre cu braţ înclinat : un micromanometru este ataşat la prizele de presiune aval-amonte ale diafragmei (MND), iar un altul este conectat la tubul Pitot-Prandtl (MNP).

Fig. 1.1. Schema simplificată a instalaţiei.

1.3. Elemente teoretice

O ştrangulare a secţiunii de curgere a unui fluid printr-o conductă are ca efect o scădere a presiunii, proporţională cu debitul de fluid. Aparatele pentru măsurarea debitului bazate pe acest rpincipiu presupun existenţa unui element primar similar din punct de vedere geometric cu un alt element primar etalonat direct şi realizat la fel ca acesta (element normalizat) şi elemente secundare pentru măsurarea căderii de presiune şi parametrilor fluidului pentru ca în final se poată calcula debitul de fluid.

În lucrarea de faţă, fluidul care curge prin instalaţie este aerul ambiant. Debitul masic se calculeazã cu ajutorul formulei (STAS - 7347 - 83):

(1)

unde

- [kg/s] este debitul masic ;

- coeficientul de debit (adimensional);

- este coeficientul de detentă, valorile acestui coeficient sunt supraunitare, dar aici se va aproxima ;

- d [m] - diametrul orificiului dispozitivului de strangulare;

- p [N/m2] căderea de presiune pe diafragmă ;

- aer [kg/m3] este densitatea aerului, în amonte de diafragmă, care se calculează cu formula :

(2)

Căderea de presiune pe diafragmă se poate determina cu un piezometru (micromanomatre) cu braţ înclinat folosind relaţia :

(3)

în care este densitatea lichidului piezometric, iar denivelarea lichidului piezometric în braţul înclinat al piezometrului ataşat diafragmei este:

(4)

unde ld este lungimea coloanei de lichid piezometric în braţul înclinat, iar kd – constanta corespunzătoare poiţiei braţului înclinat.

Rezultă :

(5)

Determinarea pe cale experimentalã a coeficientului de debit se poate face calculând printr-o altă metodă valoarea debitului masic. Una dintre metode se bazează pe explorarea câmpului de viteze cu ajutorul tubului Pitot-Prandtl. În acest sens, se pleacă de la următoarea expresie a debitului masic :

(6)

unde este debitul volumetric, iar - viteza medie, A fiind aria suprafeţei secţiunii de trecere.