venturi, orifis ve rotametre ile debi ölçümü

GBK
www.makinemuhendisi.com
VENTURİ, ORİFİS VE ROTAMETRE İLE DEBİ ÖLÇÜMÜ
Ölçüm Cihazı
Deney cihazı debi ölçümünü sağlayan bir cihazdır. Venturimetre gittikçe daralan ve
bunu takiben bir boğaz ve gittikçe genişleyen uzun bir bölümden meydana gelmektedir. Su
Hidrolik deney tezgahından cihaza yakınsak venturimetreden girmektedir .Daha sonra
kesit alanı ani genişleyen bir bölümden geçtikten sonra akımın genişlemesi için uzun bir
gelişme bölgesinden geçer ve bir orifisten geçerek debinin ölçülmesi yöntemini belirler.
Orifis takiben akımın gelişmesi için geçerli uzunluktan sonra bir dik açılı dirsek gelir ve bu
dirsekten sonra akışkan rotometreye girer. Rotometre şeffaf bir boru ve bunun içinde akan
akışkanın debisine göre aşağı yukarı doğru hareket ederek denge konumunda durabilen
bir şamandıradan ibarettir. Bu şamandıranın pozisyonu debinin ölçüsüdür. Rotometreden
sonra su kontrol vanasından geçerek hidrolik tezgaha ve ağırlık tankına döner. Daha sonra
deney setinin 9 ayrı noktasından basıncı ölçeriz.
I
Rotamet
re
Venturi
Metre
A
B
H
C
D
E
F
G
20mm
26mm
16mm
26mm
51mm
Orif
is
Deneyin Yapılışı
Şekilde görülen ölçüm cihazı bir ventüri, bir orifis ve bir rotametre ile manometre
kollarından oluşmaktadır. Manometre kolları arasındaki su seviyeleri (dolayısı ile debi)
değiştirilip yaklaşık 8 okuma yapılır.Okunan değerler tabloda yerine yazılarak kütlesel debi
ve enerji kaybı hesaplanır.Debi her değiştiğinde ağırlıklar kullanılarak suyun gerçek debisi
hesaplanır.Bu hesaplamalardan sonra bağıl hatanın[ (m-mgerçek)/mgerçek]* 10, mgerçek ile
değişimi grafik olarak çizilir.Her üç debi ölçerdeki enerji kayıpları karşılaştırılır ve hangi
debi ölçer ile akışkanın daha iyi kontrol edilebileceği tartışılır
1
GBK
Test
No
www.makinemuhendisi.com
Manometrik Seviyeler mm
Rotametre
cm
Su
kg
T
s
4
15
170
1
A
364
B
350
C
362
D
363
E
363
F
344
G
347
H
343
I
240
2
358
320
350
352
353
313
320
311
210
7
15
135
3
369
294
348
351
354
284
297
281
178
10
15
115
4
360
264
341
345
348
246
362
240
133
13
15
73
Venturimetre
Şekildeki A ve B noktasındaki manometre kolları arasına yukarıdaki eşitlik ΔH12
enerji kaybı ve z potansiyel enerji terimi ihmal edilerek uygulanırsa;
ρVA A A  ρVB A B
Q  A B VB

2g
Q  AB 
2
1  (A B /A A )
 PA PB 

 
 ρ ρg 
1/2
A = 26mm, B = 16mm, AA/AB = 0.38, AB = 2.01x10-4 m2
PA/ρg ve PB/ρg A ve B manometre kollarının seviyesi olmak üzere
Q  9.62x10 4 (h A  h B )1/2 m3 / s
elde edilir. Kütlesel debi ρ = 1000 kg/m 3 alınarak
  0.962(h A  h B )1/2 kg / s bulunur.
m
Orifis
Bu kez şekildeki E ve F noktasındaki manometre kolları arasına Bernoulli denklemi
uygulanarak
VF2 VE2  PE PF 

     ΔH12 elde edilir.
2g 2g  ρg ρg 
Ayrıca
P
VF2 VE2
P 

 K 2  E  F 
2g 2g
 ρg ρg 
yazılabilir. Burada K orifisin geometrisine bağlı olup, debi katsayısı olarak adlandırılır ve
kullanılan orifiste K = 0.601’dir.
Q = A FV F
2
GBK
www.makinemuhendisi.com

2g
Q  KA F 
2
1  (A F /A E )
 PE PF 

 
 ρg ρg 
1/2
E = 51mm, F = 20mm alınarak
1/2
 2x9.81 
1/2
Q  1.89x10 x
 (h E  h F )
1

0.155


4
Q  9.10x10 4 (h E  h F )1/2 m3/s dir.
Kütlesel debi ise
  0.910(h E  h F )1/2 kg/s dir.
m
Rotametre
Rotametreden debi ölçümü yapabilmek için rotametrenin kalibrasyon eğrisinden
faydalanmak gerekmektedir.
Enerji Kaybının Hesaplanması
Venturimetre
A ve C tapaları arasına Bernoulli denklemi uygulanarak
PA PC

 ΔH AC
ρg ρg
h A  h C  ΔH AC
Enerji kaybı, giriş kinetik enerjisi (VA2 / 2g) ile bölünerek boyutsuz hale getirilebilir.
VB2 
2g
1  (A B /A A ) 2
 PA PB 

 
 ρg ρg 
ve
VA2  VB2 (A B /A A ) 2
Bu nedenle
VA2  A B

2g  A A
2
 
1
 
2
 1  (A B /A A )
 PA PB 

 
 ρg ρg 
akış ölçüm cihazında AA / AB = 0.38 olup giriş kinetik enerjisi
3
GBK
www.makinemuhendisi.com
P
VA2
PB 
  0.167h A  h B  dir.
 0.144x1.16  A 
2g
 ρg ρg 
Orifis
E ve F manometre kolları arasına Bernouli eşitliği uygulanarak, enerji kaybının
bulunabilmesi için, ölçülen enerji kaybının 0.83 katı alınır.
ΔHEF = 0.83 (hE - hF) mm
Rotametre
Bernoulli eşitliği H ve I manometre kolları arasına uygulanarak
 PH
 P


 z H    I  z I   ΔH HI yazılabilir.
 ρg
  ρg

h H  h I  ΔH HI dır.
Rotametre giriş kinetik enerjisi ,venturi giriş kinetik enerjisi olarak alınabilir. enerji kaybı
giriş kinetik enerjisinin 2.3 katıdır.
Geniş Açılı Difüzör (Yayıcı)
C ve D manometre kolları arasında bulunan difüzöre Bernoulli eşitliği uygulanarak
PC Vc2 PD VD2



 ΔH CD
ρg 2g ρg 2g
elde edilir. Difüzörün giriş ve çıkış oranı1/4’dür. çıkış kinetik enerjisi ,giriş kinetik
enerjisinin 1/16’sıdır. Giriş kinetik enerjisi venturideki kinetik enerjiye eşittir.
Dirsek
G ve H manometre kolları arasında bulunan dirseğe
PG VG2 PH VH2



 ΔH GH uygulanarak elde edilir. Çıkış kinetik enerjisi yaklaşık olarak
ρg 2g ρg 2g
giriş kinetik enerjisinin 16 katıdır.
KÜTLESEL DEBİ ÖLÇÜMLERİ
1.ÖLÇÜM SONUÇLARI
Venturi
hA =364 mm
hB = 350 mm
.
m =0,1138kg/s
Orifismetre
hE =363 mm
hF = 344 mm
m =0, 1254kg/s
Rotametre
4
GBK
www.makinemuhendisi.com
m = 0,125kg/s
2.ÖLÇÜM SONUÇLARI
Venturi
hA = 358 mm
hB = 320 mm
m = 0,1875kg/s
Orifismetre
hE = 353 mm
hF = 313 mm
.
m = 0,182kg/s
Rotametre
.
m = 0,18kg/s
3.ÖLÇÜM SONUÇLARI
Venturi
hA = 360 mm
hB = 298 mm
.
m =0, 2395kg/s
Orifismetre
hE =354 mm
hF = 284 mm
m = 0,2407kg/s
Rotametre
.
m =0,24kg/s
4.ÖLÇÜM SONUÇLARI
Venturi
hA = 360 mm
hB = 264 mm
.
m = 0,394kg/s
5
GBK
www.makinemuhendisi.com
Orifismetre
hE =348 mm
hF = 246 mm
m = 0,286kg/s
Rotametre
.
m = 0,28kg/s
ENERJİ KAYIPLARI
1.ÖLÇÜM
Venturi
hA = 364 mm
hB = 250 mm
hC = 362 mm
ΔH = (hA – hC) = ΔH / ( VA2 / 2g ) = ΔH / 0,167 ( hA – hB ) = 0,105kj / kg
Orifismetre
hE = 363 mm
hF = 344 mm
ΔH = 0.83( 19 ) = 15,77 mm
G.K.E = 2,338/16=0,146 kj/kg
ΔH / G.K.E = 108,013
Rotametre
hH = 343 mm
hI = 240 mm
ΔH = 103 mm
G.K.E = 2,338 kj/kg
ΔH / G.K.E = 103 / 2,338= 44,05
Difüzör
hC = 362
hD = 363 mm
G.K.E = 2,338 kj / kg
Ç.K.E =2,338 / 16 = 0,146 kj / kg
ΔH = (362-363) + (2,338-0,146) =1,192 mm
ΔH / G.K.E = 0,509
Dirsek
6
GBK
www.makinemuhendisi.com
hG = 347 mm
hH = 343 mm
Ç.K.E = 2,338mm
G.K.E = 2,338 / 16 = 0,146mm
ΔH = 1,808 mm
ΔH / G.K.E = 12,38
2.ÖLÇÜM
Venturi
hA = 358 mm
hB = 320 mm
hC = 350 mm
ΔH = (hA – hC) = ΔH / ( VA2 / 2g ) = ΔH / 0,167 ( hA – hB ) = 1,26kj / kg
Orifismetre
hE = 353 mm
hF = 313 mm
ΔH = 0.83( 40 ) = 33,2mm
G.K.E = 6,346/16=0,3966 kj/kg
ΔH / G.K.E = 83,71
Rotametre
hH = 311 mm
hI = 210 mm
ΔH = 101 mm
G.K.E = 6,346 kj/kg
ΔH / G.K.E = 101 / 6,346 = 15,91
Difüzör
hC = 350 mm
hD = 352 mm
G.K.E = 6,346 kj / kg
Ç.K.E = 6,346 / 16 = 0,3966 kj / kg
ΔH = 3,98 mm
ΔH / G.K.E = 0,627
Dirsek
hG = 320 mm
hH = 311 mm
Ç.K.E = 6,346mm
7
GBK
www.makinemuhendisi.com
G.K.E = 6,346 / 16 = 0,3966 mm
ΔH = 3,05 mm
ΔH / G.K.E = 7,69
3.ÖLÇÜM
Venturi
hA = 360 mm
hB = 294 mm
hC = 348 mm
ΔH = (hA – hC) = ΔH / ( VA2 / 2g ) = ΔH / 0,167 ( hA – hB ) = 1,088 kj / kg
Orifismetre
hE = 354 mm
hF = 284 mm
ΔH = 0.83( 70 ) = 58,1 mm
G.K.E = 11,022/16=0,688
ΔH / G.K.E = 84,44
Rotametre
hH = 281 mm
hI = 178 mm
ΔH = 103 mm
G.K.E = 11,022
ΔH / G.K.E = 103 /11,022 = 9,344
Difüzör
hC = 348
hD = 351 mm
G.K.E = 11,022 kj / kg
Ç.K.E = 11,022/ 16 = 0,688 kj / kg
ΔH = 7,334 mm
ΔH / G.K.E = 0,665
Dirsek
hG = 297 mm
hH = 281 mm
Ç.K.E = 11,022mm
G.K.E = 11,022 / 16 = 0,688mm
ΔH = 5,66 mm
ΔH / G.K.E = 8,23
8
GBK
www.makinemuhendisi.com
4.ÖLÇÜM
Venturi
hA = 360 mm
hB = 264 mm
hC = 341 mm
ΔH = (hA – hC) = ΔH / ( VA2 / 2g ) = ΔH / 0,167 ( hA – hB ) = 1,185 kj / kg
Orifismetre
hE = 348 mm
hF = 246 mm
ΔH = 0.83( 102 ) =84,66 mm
G.K.E = 16,032/16=1,002
ΔH / G.K.E = 84,49
Rotametre
hH = 240 mm
hI = 133 mm
ΔH = 107 mm
G.K.E = 16,032
ΔH / G.K.E = 107 / 16,032 = 6,674
Difüzör
hC = 341
hD = 345 mm
G.K.E = 16,032kj / kg
Ç.K.E = 16,032 / 16 = 1,002 kj / kg
ΔH = 11,029
ΔH / G.K.E =0,687
Dirsek
hG = 362 mm
hH = 240 mm
Ç.K.E = 16,032mm
G.K.E =16,032 / 16 = 1,002mm
ΔH = 106 mm
ΔH / G.K.E = 106,75
Bağıl Hatanın Bulunması
9
GBK
www.makinemuhendisi.com
Bağıl Hata= [(m-mger)/mger].100
1.ÖLÇÜM
mger=15/170=0,088
Venturi
BH= %29
Orifismetre
BH=%42,5
Rotametre
BH=%42,04
2.ÖLÇÜM
mger=15/135= 0,11kg/sn
Venturi
BH=%70,45
Orifismetre
BH=%65,45
Rotametre
BH=%63,63
3.ÖLÇÜM
mger=15/115= 0,13 kg/sn
Venturi
BH=%90
Orifismetre
BH=%85,14
Rotametre
BH=%84,61
10
GBK
www.makinemuhendisi.com
4.ÖLÇÜM
mger=15/73= 0,205 kg/sn
Venturi
BH=%45,36
Orifismetre
BH=%41,7
Rotametre
BH=% 41,4
DENEY SONUÇLARI
m kg / s
Venturi Orifis Rotametre
0,1138 0,1254
0,125
0,1875 0,182
0,18
0,395 0,2407
0,24
0,394
0,286
0,28
mgerçek
0,088
0,11
0,13
0,205
ΔH / giriş kinetik enerjisi
Venturi
Orifis
Rotametre Difüzör
0,105 108,013
44,05
0,509
1,261
83,71
15,91
0,627
1,088
84,44
9,344
0,665
1,185
84,49
6,674
0,687
Dirsek
12,38
7,69
8,23
106,75
11
GBK
www.makinemuhendisi.com
Bağıl Hatanın m gerçekle Değişimi
100
bağıl hata
90
80
70
60
50
venturi
orifis
rotametre
40
30
20
10
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
m gerçek
12