Ροόμετρο και δακτύλιος orifice Flashcards
Τι είναι η ογκομετρική παροχή και πως μπορεί να υπολογιστεί μέσω τύπων και μέσω οργάνων;
Ογκομετρική παροχή : V̇= dV/dt και εάν η παροχή είναι σταθερή V̇= ΔV/Δt
Μπορεί επίσης να υπολογιστεί από τον Νόμο της συνέχειας V̇= u*S όπου u είναι η μέση ταχύτητα του ρευστού στην διατομή και S το εμβαδόν διατομής της κάθετης επιφάνειας στην ταχύτητα.
Το ροόμετρο μετράει απευθείας την ογκομετρική παροχή του ρευστού ενώ ο δακτύλιος orifice μέσω της πτώσης της πίεσης
Τι είναι ένα ροόμετρο, πως είναι η οργανολογία και πως έχει βαθμονομηθεί;
Ροόμετρο: αποτελείται από κατακόρυφο γυάλινο ή διαφανής πλαστικό σωλήνα βαθμολογημένο μεταβλητής εσωτερικής διαμέτρου (αυξάνει η εσωτερική διάμετρος εσωτερικά). Το όργανο παρεμβάλλεται κατακόρυφα στην σωληνογραμμή με το ρευστό να μπαίνει από κάτω και να βγαίνει από πάνω. Στο εσωτερικό του σωλήνα υπάρχει πλωτήρας που μετακινείται κατακόρυφα και η κίνηση του προκαλείται από το ρευστό λόγω τριβών. Είναι βαθμονομημένο από 0-100 και ανάλογα με την παροχή ισορροπεί σε ένα σημείο και λαμβάνεται ώς μέτρηση η ένδειξη της κλίμακας που αντιστοιχεί στο πλωτήρα (ανάλογα τον κατασκευαστή είτε την πάνω είτε την κάτω πλευρά). Η κλίμακα απαιτεί αντιστοίχηση σε συγκεκριμένη μονάδα μέτρησης (π.χ. L/h) και μόνο για συγκεκριμένο ρευστό με συγκεκριμένη Τ. Εφαρμόζεται μόνο σε μόνιμη ροή.
Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η δύναμη της τριβής στα ρευστά;
Η δύναμη της τριβής εξαρτάται από: την μέση ταχύτητα του ρευστού στον δακτυλιοειδή χώρο σωλήνα-πλωτήρα, την γεωμετρία του πλωτήρα, το είδος του ρευστού και οι φυσικές του ιδιότητες (ρ, ιξώδες μυ) και την θερμοκρασία που επηρεάζει πυκνότητα και ιξώδες.
Ποια η αρχή λειτουργίας το ροομέτρου;
Για συγκεκριμένη ογκομετρική παροχή ρευστού και ο πλωτήρας (στροβοσκοπικού σχήματος) ισορροπεί σε συγκεκριμένη θέση άρα η συνισταμένη των δυνάμεων είναι μηδενική. Ασκούνται το βάρος, η άνωση και η δύναμη της τριβής που ασκεί το ρευστό που διέρχεται.
Άρα το Β=FT+ A ή FT= B-A
Το βάρος του πλωτήρα δίνεται από Β=m *g = ρπ Vπ g (ρπ είναι η πυκνότητα του πλωτήρα και Vπ ο όγκος του).
Η άνωση δίνεται από τον Α=ρυ Vπ g
Έτσι στο σύστημα που έχουμε που ο πλωτήρας ισορροπεί στην θέση 1 , άρα η διαθέσιμη επιφάνεια για ροή μεταξύ πλωτήρα και σωλήνα είναι S1- Sπ άρα και η μέση ταχύτητα ρευστού στον δακτυλιοειδή χώρο άρα u1=V̇1/ S1- Sπ και η δύναμη τριβής θα έχει συγκεκριμένη τιμή FT= B-A
Τι θα συμβεί στο ροόμετρο εάν αυξήσουμε την ογκομετρική παροχή, ποιοι παράγοντες παραμένουν αμετάβλητοι και από τι καθορίζεται η θέση ισορροπίας του πλωτήρα ;
Έστω ότι αυξάνεται η παροχή σε V̇2 , τα Β και Α δεν μεταβάλλονται αλλά αυξάνει η μέση ταχύτητα ρευστού στον δακτυλιοειδή χώρο και επομένως και η FT πάνω στον πλωτήρα. Επομένως η συνισταμένη δεν είναι πλέον μηδενική και ο πλωτήρας θα ανέλθει. Καθώς ανέρχεται αυξάνει και η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα αυξάνεται λοιπόν και η διαθέσιμη επιφάνεια για ροή μεταξύ πλωτήρα και σωλήνα. Έτσι μειώνεται λόγω του νόμου της συνέχειας η μέση ταχύτητα του ρευστού και επομένως μειώνεται συνεχώς η δύναμη της τριβής καθώς ο πλωτήρας ανέρχεται. Ο πλωτήρας λοιπόν θα ισορροπήσει σε μια θέση 2 όπου η ταχύτητα θα είναι ίση με την αρχική στην θέση 1 και εξίσου η ίδια δύναμη τριβής FT= B-A. u1= V̇1 / S1- Sπ= V̇2/ S2-Sπ
Επομένως, σε οποιοδήποτε σημείο και εάν ισορροπήσει ο πλωτήρας, η μέση ταχύτητα ρευστού και η τριβή θα είναι ίδιες αφού αλλάζει διαρκώς την δακτυλιοειδή περιοχή. Άρα για δεδομένο πλωτήρα και σωλήνα , δεδομένο ρευστό και δεδομένη Τ η θέση ισορροπίας του πλωτήρα καθορίζεται αποκλειστικά από την ογκομετρική παροχή του υγρού. Η βαθμολόγηση του ροομέτρου γίνεται με συγκεκριμένο ρευστό και για συγκεκριμένη θερμοκρασία. Έτσι στα ροόμετρα συνήθως η μορφή της καμπύλης είναι γραμμική σχέση μεταξύ ογκομετρικής παροχής και της κλίμακας από 0-100 του ροομέτρου.
Τι είναι ο δακτύλιος oriffice και από ποιους τύπους βρίσκουμε την ογκομετρική παροχή ρευστού;
Δακτύλιος Orifice: απλός δακτύλιος που παρεμβάλλεται κάθετα στον αγωγό ελαττώνοντας την διατομή και από ένα διαφορικό μανόμετρο το οποίο μετράει την διαφορά πίεσης πριν και μετά τον δακτύλιο. Μειώνοντας έτσι την διάμετρο του σωλήνα σύμφωνα με τον νόμο της συνέχειας θα αυξηθεί η ταχύτητα. Από τον νόμο του Bernoulli εφόσον η Ε Πίεσης , η Κινητική και η Δυναμική παραμένουν σταθερά. Εάν αυξηθεί η ταχύτητα θα μειωθεί η πίεση αφού η δυναμική Ε παραμένει σταθερή. Έτσι από την μέτρηση της πίεσης βρίσκουμε την κινητική Ε και έτσι βρίσκουμε την παροχή. Έτσι η ογκομετρική παροχή δίνεται από την σχέση V̇=(π ∙Co∙ d^2)/(4√(1−β^4 ))∙√(2 ΔΡ/ρ)=για β<0.25=(π ∙Co∙ d^2)/4∙√(2/ρ) √ΔΡ=Κ√ΔΡ
Τι είναι ο συντελεστής Co και πως βρίσκεται ;
Είναι ο συντελεστής του δακτυλίου oriffice
Ετσι κάνοντας το διάγραμμα V̇ ως προς το √ΔΡ η κλίση του διαγράμματος θα είναι το Κ και από τον τύπο βρίσκω το Co=4K/(π∙d^2 ) √(ρ/2)
Εάν το Co είναι 1 τότε οι απώλειες λόγω τριβών θα ήταν μηδενικές. Άρα όσο πιο μικρή η τιμή Co (0 έως 1) τόσο πιο μεγάλες οι τριβές.
Ποια είναι η πειραματική διαδικασία ;
Συναρμολογούμε την συσκευή με την αποσπώμενη μονάδα FME 18 -Flow Meter Demonstration . Η έξοδος της αντλίας συνδέεται με αποσπώμενη μονάδα που περιλαμβάνει ηλεκτρονικό ροόμετρο και παίρνουμε την τιμή από τον υπολογιστή. Μπορούμε να αλλάξουμε τα RPM της αντλίας του συστήματος για να μεταβάλλουμε την παροχή. Έτσι η έξοδος της αποσπώμενης μονάδας
Το orifice μας δίνει mmH2O και πρέπει να μετατραπούν σε mbar μέσω της σχέσης ΔΡ= Χ* ρνg (x σε μέτρα και g =9.81m/s2) και το ΔΡ το βρίσκουμε σε Ρa όπου 1Ρa =0.01mbar
Έπειτα βρίσκω την τετραγωνική ρίζα κάθε ΔΡ (mbar) και κάνω το διάγραμμα V̇= Κ √ΔΡ όπου μας βγάζει το excel την εξίσωση y=αx+ β όπου το α εκφράζει το Κ με μια μικρή μετατροπή μονάδων
Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η βαθμολόγηση ενός ροομέτρου;
Η βαθμολόγηση του ροομέτρου εξαρτάται από την θερμοκρασία και το είδος του ρευστού, το είδος του πλωτήρα και το εύρος της διακύμανσης της παροχής
