Masurarea debitului masic si volumic

Masurarea debitului masic si volumic

Prin debit masic se intelege cantitatea dintr-un material care trece printr-o anumita sectiune in unitatea de timp.

( 1 )

in care : - debitul masic kg/s

r - densitatea kg/m³

V - debitul volumetric m³/s

In cazul in care densitatea r este constanta, este suficienta masurarea debitului volumetric din care prin calcul se deduce debitul gravimetric.

1. Masurarea debitului pentru materiale in faza solida

In cazul debitelor mici evaluarea acestora poate fi asigurata cu rezervoare tarate in care se colecteaza materialele vehiculate in anumite intervale de timp, debitul rezultand din relatia :

( 1.1 )

in care : m - capacitatea masica a rezervorului tarat

- intervalul de timp in care acesta se umple .

Pentru debite mici si mijlocii masurarea poate fi facuta in flux continuu dupa schema din fig.1, principiul de masurare reiesind din schema.

fig.1 Masurarea debitului pentru materiale in faza solida

2. Masurarea debitului pentru fluide incompresibile

Pentru fluidele incompresibile, de temperatura constanta, densitatea este constanta, situatie in care prin evaluarea debitului volumic se poate stabili si debitul masic.

2.1. Masurarea debitului volumic

Debitul volumic poate fi determinat :

- cu contoare de debit

- masurand viteza fluidului si de aici calculand apoi debitul .

2.1.1. Contoare volumice pentru masurarea debitului

Contoarele volumice pentru masurarea debitelor de fluide pot fi cu tambur, cu membrane sau cu rotoare tip Roots, respectiv cu rotoare eliptice - fig.2. Ele masoara cantitatile de fluid scurse intr-un anumit interval de timp pe baza umplerii si golirii succesive a unui volum cunoscut. Avantajul contoarelor de dislocare consta in faptul ca astfel de mijloace de masurat se adapteaza foarte bine masurarii debitelor in regimuri pulsatorii, fara amenajari speciale.

fig.2 Masurarea debitului cu contor volumic

Contoarele volumice cu membrane se utilizeaza pentru debite cuprinse intre 1,5 - 200 m³/h , la sarcini pana la 500 mmH₂O, cu precizie de 1,5% iar cele cu tambur sau rotoare pana la 10⁴ m³/h . Din cauza preciziei scazute la debite mici si a pierderilor importante de presiune, aceste dispozitive se utilizeaza mai putin la incercarea masinilor termice. O raspandire mai larga, in special la incercarea m.a.i. pentru determinarea consumului de aer, o are gazometrul cu clopot, prevazut cu un cilindru metalic mobil, suspendat, printr-un sistem de greutati, cu suprafata libera intr-un rezervor cu apa. In timpul masurarii deplasarea cilindrului de sub care se aspira aer permite stabilirea debitului cronometrand si timpul in care are loc aceasta deplasare.

2.1.2. Masurarea debitului prin procedeul electromagnetic

Traductorul electromagnetic de debit are ca marime de intrare debitul si ca marime de iesire o tensiune.

Debitul poate fi determinat prin metoda inductiva in cazul apei si a altor lichide bune conducatoare de electricitate. Fig.3 reda principial dispozitivul electromagnetic pentru masurarea debitului.

fig.3 Masurarea debitului volumic prin metoda electromagnetica

Un tub izolator l prin care a lasat sa treaca lichidul, se gaseste in campul unui magnet permanent sau nepermanent ; in tub patrund electrozii 2 -3. Linia ce-i uneste este perpendiculara pe directia curgerii si pe liniile de forta. Dupa legea inductiei se va induce in lichid, care reprezinta un conductor in miscare, tensiunea :

( 2.1 )

Daca A este sectiunea libera a tubului debitul cautat va fi :

( 2.2 ) sau :

( 2.3 )

Daca se determina E cu un voltmetru cu rezistenta ohmica mare, se poate deduce de aici valoarea lui .

Cercetari teoretice si de laborator au demonstrat ca tensiunea care ia nastere la marginea tubului in cazul curgerii laminare sau turbulente este indiferenta de distributia vitezelor, fiind realmente proportionala cu viteza.

De cele mai multe ori traductoarele folosite in practica folosesc pentru excitare un camp magnetic generat de un curent alternativ, ceea ce prezinta urmatoarele avantaje :

se evita fenomenele electrolitice

se poate utiliza un amplificator de curent alternativ fara a se intercala un ondulator.

Tensiunea indusa in asemenea traductoare este mica, de ordinul a 1 mV. In cazul unui lichid rau conducator de electricitate, rezistenta interioara a traductorului atinge valori pana la 1MΩ. Deoarece apar si tensiuni perturbatoare, masurarea devine dificila, trebuind a fi avute in vedere conditiile de legare la pamant. Deoarece potentialul lichidului este necunoscut, nu este admisa legarea la pamant a nici unuia dintre electrolizi, urmand a se aduce potentialul lichidului la potentialul solului, prin legarea la pamant a conductei.

In cazul unui lichid cu conductivitate electrica relativ buna (rezistenta interioara <10⁴ ) masurarea se face printr-un transformator - separator - amplificator - voltmetru ( fig.4.a ).

Pentru lichide rau conducatoare, trebuie realizata o preamplificare cu un amplificator diferential, cu 2 triode, inaintea transformatorului separator (fig.4.b)

fig. 4 Schema de masurare a debitului prin procedeul electromagnetic

Curentul amplificat poate fi utilizat pentru aparate indicatoare, inregistratoare si regulatoare. Daca este necesara o masurare in timp a debitului, se introduce un contor de amper - ore in circuitul de iesire. Acesta indica cantitatea de lichid care a trecut in perioada de masurare t prin instalatie.

Masurarea electromagnetica ( inductiva ) a debitului prezinta urmatoarele avantaje :

Traductorul lucreaza exact proportional. Masurarea se poate efectua in ambele sensuri.

Traductorul se poate monta in ori ce pozitie.

Sectiunea nu este strangulata. De aceea se poate masura si debitul lichidelor vascoase, chiar a noroiului.

2.1.3. Masurarea debitului prin determinarea vitezei de curgere a fluidului

Masurarea debitului volumetric prin determinarea vitezei de curgere a fluidului poate fi realizata utilizand contoare de viteza sau prin procedee speciale ce au in vedere masurarea directa a vitezei prin mijloace electrice.

2.1.3.1. Masurarea vitezei cu contoare de viteza

Contoarele de viteza au constructie mai simpla decat contoarele volumice si se pot utiliza pentru o gama mai extinsa de valori ale parametrului masurat.

In conducte sau canale acoperite, viteza poate fi masurata prin injectare de coloranti, saruri sau izotopi radioactivi. Daca in timpul se parcurge distanta L dintre doua puncte ale traseului, viteza va fi :

( 2.5 )

Trecerea printr-a doua suprafata de reper poate fi marcata vizual, in cazul colorantilor sau electric, pentru saruri si izotopi radioactivi.

Viteza de curgere prin conducte mari si in canale inchise se poate masura si cu un aparat cu elice care se roteste in curent, antrenand un contor de ture electric sau mecanic ( fig.5 ).

fig.5 Contor de viteza ( anemometru mecanic)

Daca nu ar exista frecari, relatia dintre viteza si numarul de rotatii ar fi strict proportionala. Pentru invingerea frecarilor si demararea anemometrului mecanic este necesara insa o anumita viteza, fapt ce se are in vedere la etalonarea in canale prin care circula aer cu viteza riguros cunoscuta. Contorul cu elice, utilizat ca debitmetru, poate masura debite de 1,5 - 2000 m³/h la o presiune de lucru de 10 bari cu o precizie de 2% cand aparatul functioneaza la un debit minim de 10 - 25% din debitul maxim. La montarea aparatului trebuie avut in vedere ca, conducta sa fie dreapta pe o portiune lunga de 8 -10 diametrii in fata contorului si de 5 diametrii dupa.

Exista si contoare electromagnetice cu elice pentru care un magnet permanent in miscare de rotatie induce intr-o bobina o tensiune legata univoc de viteza fluidului.

Aceste contoare pot masura debite pana la 600 m³/h pentru presiuni pana la 2000 bari la temperaturi cuprinse intre 270C si 650C cu o precizie de 0,5% daca debitul nu scade sub 6% din debitul maxim.

2.1.3.2. Masurarea vitezei cu termoanemometrul

Termoanemometrul se bazeaza in principiu pe dependenta dintre caldura pierduta de o rezistenta incalzita si viteza curentului de fluid ( gaz ) care o spala. Rezistenta r (fig.6) este inclusa impreuna cu rezistentele R₁,R₂,R₃, ampermetrul A si voltmetrul V intr-o punte alimentata la B prin potentiometrul R.

fig. 6 Schema de principiu a termoanemometrului cu fir cald

Puntea, initial echilibrata, se va dezechilibra prin racirea rezistentei r de catre curentul de fluid ; la restabilirea echilibrului cu ajutorul potentiometrului, temperatura si deci rezistenta electrica r revin la valori initiale. Curentul I ce strabate rezistenta r este :

( 2.6 )

unde : I₀ - curentul ce strabate r inainte de inceperea masurarii

w - viteza aerului

cu :

r - valoarea rezistentei la echilibru

A - 426,8 kcal / kgf - echivalentul termic al lucrului mecanic

t - temperatura rezistentei

t_a - temperatura aerului ( fluidului )

- dimensiunea rezistentei

c_p - caldura specifica a fluidului

l - coeficientul de conductivitate a aerului

r - densitatea aerului

Pentru aer l = 5.7 ^. 10^-7 kcal/cmsC ; C_P = 0.24 kcal/cm³C ;

r = 1,3^. 10^-3 g/cm³

Se constata asadar ca viteza fluidului este proportionala cu puterea a patra a curentului ce spala rezistenta. Acest curent poate fi citit chiar pe scara voltmetrului V, care se etaloneaza bineanteles in unitatile corespunzatoare, dat fiind faptul ca r este constant la un anumit regim de curgere. Erorile de masurare a vitezei vor fi asa dar amplificate fata de cele de masurare a curentului. In afara de aceasta, experienta dovedeste o buna sensibilitate a metodei pentru masurarea vitezelor peste 4 m / s. Data fiind expidivitatea ei, avand in vedere sensibilitatea foarte ridicata ce se poate asigura cu montaje electronice la masurarea curentului, montaje ce permit utilizarea unor rezistente de dimensiuni reduse ce nu deranjeaza spectrul de curgere in acelasi timp inertie termica mica, metoda se utilizeaza in ultimul timp nu numai in scopuri industriale ci si in cercetari de laborator de mare finete. Procedeul de mai sus este cunoscut sub numele de procedeu de masurare la temperatura constanta.

Masurarea vitezei fluxului de fluid poate fi facuta si la curent de incalzire constant ( metoda curent constant ).

Ca sarma calda este folosita o sarma foarte subtire si scurta di platina sau wolfram platinat. Wolframul prezinta avantajul unei stabilitati mecanice mai mari, are insa o sensibilitate electrica mai redusa. Diametrele sunt 1,5 - 15 mm, lungimile de 0,5 pana la 5 mm.

Metoda curentului constant, care poate fi aplicata ca mijloace mai simple, are dezavantajul ca pot fi masurate numai valori ale vitezei sub cca. 150 m / s. In schimb metoda "temperaturii constante" cand rezistenta e mentinuta constanta printr-un regulator electronic este foarte exacta si se preteaza si pentru viteze mult mai mari.

Termoanemometrul da bune rezultate in masuratori pentru fluide cu temperaturi pana la 750C si la viteze sub 150 m / s ceea ce le face improprii pentru studiul curentilor nestationari, caracterizati de oscilatii de presiune de mare amplitudine de pilda.

2.1.3.3. Masurarea vitezei cu ajutorul unui arc electric de curent continuu

In cazul unei descarcari electrice dintre doi electrozi, intensitatea curentului de descarcare este proportionala cu tensiunea dintre cei doi electrozi si invers proportionala cu distanta.

Daca arcul este asezat perpendicular pe directia de curgere a unui curent de gaz, presiunea de stagnare va mari rezistenta la descarcare. Legile care stapanesc acest fenomen nu sunt insa univoce, ele schimbandu-si structura la modificarea parametrilor constructivi si functionali, ceea ce face metoda propice numai pentru masurari cantitative.

G.L.Mellen a dezvoltat un procedeu care face posibila masurarea stroboscopica a vitezei in regim variabil. In principiu se urmareste producerea unui no de ioni printr-o descarcare cu arc electric care se inregistreaza la o anumita distanta de locul de descarcare ; timpul scurs intre cele doua semnale, la distanta cunoscuta, permite determinarea vitezei de curgere. Pot fi masurate viteze intre 9 - 180 m / s.

In scopul aplicarii procedeului pot fi construite, in cazul m.a.i. de pilda, emitatoare si receptoare de o anumita forma pentru care producerea descarcarii sa aiba loc la un unghi de manivela dorit.

fig.7 Masurarea vitezei prin impulsuri electrice

In fig.7 este reprezentata schematic o astfel de instalatie ; arcul se produce intre doi electrozi prelungiti de bujii. Se observa asezarea electrozilor unul dupa celalalt in directia curentului pentru a nu avea esecuri la descarcare prin stingerea arcului. Intr-o constructie mai dezvoltata sau folosit 4 bujii obisnuite, montate intr-un plan transversal al tubului strabatut de curentul de fluid ( fig.7.b ).

Receptorul la prima instalatie ( fig.a ) este un condensator format dintr-un electrod sub forma de inel 2 si un electrod central 1 izolat prin dopul 3. La a doua instalatie ( fig.b ) s-a folosit un inel 3 izolat de tubul de gaz pe care a fost sudata in puncte o plasa de sarma cu f = 0,5 mm, cu distanta dintre ochiuri de 8 - 10 mm. Celalalt pol al condensatorului il formeaza teava de esapament.

S-au efectuat incercari cu alimentarea dispozitivului de la o instalatie obisnuita de aprindere la 12 V. S-a observat insa ca aceasta instalatie este prea slaba pentru a se obtine semnale suficient de puternice la frecvente mai mari ale proceselor.

In acest scop s-a realizat o instalatie de tipul celei reprezentate in fig.

fig.8 Montaj electric pt. masurarea vitezei prin impulsuri

Instalatia dispune de un redresor cu transformator alimentat de la retea la 220 V. Transformatorul are o putere de 100 VA si ridica tensiunea la 15000 V -20000 V. Comandarea descarcarilor se face de catre un eclator dirijat, cu rol de comutator, alimentat de la o instalatie tranzistorizata de 6 V.

Prin producerea unei scantei mici in eclator, eclatorul produce scurtcircuitarea unei rezistente foarte mari de 20 MΩ printr-o descarcare maxima, ceea ce va duce la aparitia unei singure scantei la bujii. Inregistrarea ambelor semnale se face la un oscilograf.

Instalatia descrisa permite masurarea vitezelor mari si variabile, insa numai de-a lungul directiei de curgere si nu in sectiune, evaluandu-se deci viteza medie pe sectiune ; ea trebuie utilizata insa foarte atent datorita tensiunilor de lucru ridicate (15 - 20 kV).

2.2. Masurarea debitului dupa procedeul stagnarii curentului de fluid.

2.2.1. Tuburi pneumometrice pentru masurarea debitului de fluid.

Ca solutie constructiva se pot utiliza tuburi simple ( fig.9.a ) sau duble ( fig.9.b). In ambele cazuri ele se bazeaza pe determinarea vitezei w₀ de curgere a fluidului in centrul unei conducte, prin masurarea presiunii dinamice p_d .

fig.10.9 Sonda simpla si tub Prandtt

Ecuatia lui Bernoulli, aplicata intre punctul de stagnare al curgerii si o sectiune din circuit unde fluidul este din nou in miscare, stabileste ca :

( 2.8 )

Dar cum in varful sondei unde sunt create conditii de stagnare, rezulta ca :

( 2.9 )

in care : - presiunea totala in varful sondei

- presiunea statica masurata cu orificiile laterale ale sondei

- presiunea dinamica

Pentru determinarea debitului este necesara cunoasterea vitezei medii de curgere in sectiune, fractiune din viteza maxima.

( 2.10 )

Stabilirea coeficientului de repartizare a vitezelor se face prin masurarea simultana a presiunii dinamice in centrul conductei si intr-o seama de puncte plasate pe cercuri concentrice si 2 diametrii perpendiculari. Numarul cercurilor si deci al punctelor de masurat depinde de diametrul interior al conductei.

Astfel daca :

d = 150.300 mm 3 cercuri

300.500 mm 5

500.800 mm 6

800.1200 mm 8

Razele cercurilor se determina cu relatia :

unde : c = 1,2,3,.( 2n_c -1 ) ( 2.11 )

Daca in fiecare punct se fac i citiri , rezulta un numar total de 4n_c - i citiri. Se calculeaza media acestora h si separat media h_c a citirilor efectuate in centrul conductei . Coeficientul de repartitie a vitezelor va fi :

( 2.12 )

Se mentioneaza ca presiunea dinamica in timpul masurarilor nu trebuie sa varieze in centrul conductei cu mai mult de 0,1.0,4 mm Hg.

Debitul volumetric sau masic se calculeaza din relatiile :

( 2.13 )

In toate cazurile masurarile trebuiesc astfel executate ca axa tubului sa fie paralela cu axa conductei, abateri mai mari de 10 fiind inadmisibile.

Se va lua d_tub ≤ 0,1D_conducta

fig.10.a Sonde pentru determinarea vitezei

Prin combinatii ale sondelor de presiune totale si statice prezentate si in fig.9.4.6 se pot obtine variante pentru alte sonde, cateva din acestea fiind schitate in fig.10.a. De remarcat ca toate aceste sonde necesita etalonarea in prealabil. Precizia de masurare depinde de executia ingrijita a acestora si poate ajunge la 1 % in ceea ce priveste viteza si 30 % in ceea ce priveste determinarea directiei curentului. In fig.10.b este prezentata o sonda cilindrica cu orificii multiple impreuna cu diagramele de etalonare. Sonda poate fi folosita ca sonda neorientabila si in acest caz determinarea vitezei si directiei curentului se face astfel :

pe baza citirilor se calculeaza raportul :

Se determina unghiul din diagrama 1.)

Cunoscand se determina din diagrama 2.) valoarea :

si de aici :

fig.10.b Sonda (ne)orientabila cilindrica pentru determinarea

vitezei si directiei curentului

4. Se calculeaza raportul :

5. Din diagrama 3.) se determina

6. Din ecuatia vitezei se determina w.

In unele situatii intalnite in practica, este necesar sa se determine valori relativ mici ale presiunii statice cu precizie ridicata, pentru determinarea vitezelor. Un asemenea caz se intalneste la masurarea debitelor de aer in conducte cu diametrul mare. Dispozitivul de masurat in acest caz este un tub Venturi. La viteze mici este foarte mic iar masurarea lui directa poate conduce la erori mari. In acest caz se folosesc asa numitele "multiplicatoare de presiune" . Un astfel de multiplicator este prezentat in fig.11.

fig.11 Folosirea multiplicatorului

In cazul in care se foloseste un ajutaj convergent divergent masurata poate sa fie multiplicata pana la 7 - 10 ori.

2.2.2. Tuburi pentru masurarea vitezelor si a debitelor la curgeri supersonice

Daca fluidul, a carui viteza si de aici debit, vrem sa-l determinam, se gaseste in curgere supersonica, se poate utiliza un tub Pitot ( fig.12.a ) pentru determinarea presiunii totale inregistrata la stagnarea curentului in punctul A.

Fig.10.12.a Tub Pilot

Daca tubul de curent care imbraca sonda Pitot este foarte subtire, unda de soc este normala, in acest caz raportul dintre presiunea totala reala p₀ si cea masurata p'₀ fiind :

( 2.14 )

Pentru masurarea presiunilor statice trebuie avut in vedere ca la M_a > 0,9 curgerea la capul tubului este supersonica, depasind cu mult viteza sunetului in unele puncte, ceea ce da nastere la unde de soc, alterand prin aceasta presiunea statica la orificiile tubului.

Pentru evitarea acestor neajunsuri se utilizeaza tuburi cu varf conic (fig.12.b ) care au avantajul de a inregistra aproape exact presiunea statica, chiar cand unghiul de inclinare al vitezei curentului fata de axa tubului este pana la 10, daca unghiul conului nu depaseste de asemenea 10.

Fig.12.b Sonda pentru presiuni statice in regim supersonic

Daca se cunoaste exact directia vitezei, atunci se utilizeaza o sonda in forma de pana, cu partea inferioara paralela cu curentul, fig.12.c.

Unda de soc oblica care se formeaza la partea superioara nu are nici o influenta pe partea inferioara unde curentul are aceeasi intensitate si directia ca in amonte.

Pentru determinarea directiei curentului in regim supersonic de curgere se utilizeaza sonde sub forma de pene ascutite, fig.12.d, cele doua orificii p_s si p_i trebuind sa se gaseasca exact pe axa tijei.

Cand axa acesteia este paralela cu viteza, presiunile din p_s si p_i sunt egale, indiferent de undele de soc care se formeaza la extremitate.

Daca nu sunt egale, se roteste sonda pana ele devin egale si prin aceasta se determina si directia curentului. Aparatul inregistreaza directia curentului, chiar daca priza statica se gaseste in , in interiorul conurilor Mach iesite din varful tijei.

     

fig.12.c Sonda pentru presiuni statice Fig.12.d Sonda pentru determinarea

in regim supersonic directiei in regim supersonic

Intre presiunea statica masurata ca mai sus si presiunea totala evaluata experimental exista o relatie de forma :

( 2.15 )

Din (14) si (15) se poate determina presiunea totala efectiva si cifra . Masurand si temperatura se poate stabili valoarea reala a vitezei.

2.2.3. Rotametrele :

Masoara debitul prin variatia sectiunii de trecere a fluidelor, diferenta de presiune ramanand constanta si viteza de curgere de asemenea constanta.

Rotametrul este format dintr-un tub de sticla cu o usoara conicitate in care se misca liber un plutitor din metal, ebonita etc.

Curentul de fluid care intra la partea inferioara a tubului ridica plutitorul pana la o pozitie la care forta proprie gravitationala este echilibrata de forta generata de presiunea dinamica ; in acelasi timp plutuitorului i se imprima si o miscare de rotatie datorita crestaturilor pe care le poseda astfel ca se asigura centrarea sa, evitandu-se frecarea la peretii tubului de sticla.

Cota la care a ajuns plutitorul, este o masura a debitului, pe tubul de sticla fiind marcate reperele corespunzatoare de indicatie.

Citirea se poate face direct ( fig.) sau cu ajutorul unui traductor inductiv de deplasare ( fig.).

Fig.13 Rotametre

Rotametrul trebuie montat in pozitie verticala. Eroarea indicatiilor nu depasesc 2% ; el nu poate fi utilizat la gaze cu mult praf sau lichide tulburi si vascoase. Rotametrul este un aparat propice masurarii in general a debitelor mici, limitele sale de masurare fiind cuprinse intre 5 - 3000

Schimbarea limitelor de masurare poate fi facuta usor, chiar la acelasi aparat, prin schimbarea greutatii plutitorului, cand bineanteles instrumentul trebuie reetalonat.

F E A Bucuresti produce traductoare rotametrice de debit tip DR 100 ELT 310 la care prin intermediul unei cuple magnetice miscarea plutitorului este transmisa lantului de urmarire din adaptor iar apoi, cu ajutorul unui mecanism cu parghie, la rotorul modulatorului magnetic.

3. Masurarea debitului pentru fluide compresibile si incompresibile cu dispozitive de strangulare

3.1. Consideratii teoretice

Folosirea acestei metode se bazeaza pe masurarea diferentei de presiune - care se creeaza intre amontele si avalul unui dispozitiv de strangulare, plasat intr-o conducta prin care curge fluidul al carui debit vrem sa-l masuram.

Asa dar, la folosirea dispozitivelor de strangulare, din caderea de presiune masurata rezulta viteza medie in sectiunea strangulata care inmultita cu densitatea si sectiunea da debitul masic.

fig.14 Masurarea debitului cu dispozitiv de strangulare

Pentru un asemenea dispozitiv, daca se considera ca fluidul care evolueaza este un gaz incompresibil

( pentru diferente de presiune mici ipoteza fiind valabila ), se poate scrie ecuatia lui Bernoulli :

( 3.1 )

unde s-a notat cu densitatea fluidului masurat,si ecuatia de continuitate :

unde este sectiunea tubului inainte de ingustare si sectiunea minima a jetului strangulat dupa dispozitivul de strangulare mai mica decat sectiunea minima a diafragmei :

Introducand marimea constructiva , din ecuatia continuitatii va rezulta :

( 3.2 )

Dar : de unde :

si :

( 3.3 )

In realitate, in locul presiunilor si se masoara si in imediata apropiere a dispozitivului de strangulare, mai usor de determinat. Aceasta substituire, precum si influenta frecarilor, se iau in considerare printr-un factor de corectie , astfel ca viteza reala in sectiunea ingusta este :

( 3.4 )

Debitul masic corespunzator este: deci:

( 3.5 )

Deoarece este dificil de evaluat separat si , acestea se inglobeaza intr-un coeficient de debit :

( 3.)

Coeficientul de debit este o functie : el creste cu si scade cu Re pana la o anumita valoare a lui Re, dupa care variaza numai cu ( vezi fig.17 )

Pentru fluide compresibile si caderi mari de presiune se introduce coeficientul de corectie care tine cont de expansiunea jetului de gaz datorita caderii de presiune astfel ca relatia debitului devine :

( 3.6 )

d fiind diametrul minim al dispozitivului de strangulare.

Relatia debitului data mai sus este afectata si de alti factori de corectie in cazul unor masurari de precizie mai ridicata cum ar fi : coeficientii de corectie pentru viscozitate, pentru rugozitatea conductei, pentru iesirea orificiului calibrat ce serveste strangularii, pentru temperatura care are ca efect dilatarea dispozitivului, etc. La masurarea debitelor se utilizeaza urmatoarele tipuri de dispozitive de laminare : diafragme, ajutaje, ajutaje Venturi si tuburi Venturi ( fig.15 )

fig.15 Schema dispozitivelor de strangulare

3.2. Masurarea debitului cu ajutorul diafragmei

3.2.1. Constructia diafragmei

fig.16 Diafragma cu camere inelare pentru

preluarea presiunilor statice si

Diafragma ( fig.16 ) se compune dintr-un disc 1 cu un orificiu calibrat in centrul sau. Prelucrarea presiunilor statice se face prin camerele inelare 2 si 3.

Muchia orificiului diafragmei trebuie sa fie ascutita; pentru realizarea acestui deziderat se strunjeste mai intai orificiul si apoi partea frontala a diafragmei, luand un ultim span de grosimea unui par, radial, pornind de la orificiu spre exterior. In cazul in care diametrul orificiului diafragmei nu depaseste 150 mm, raza de lumina care cade pe muchie nu trebuie sa fie reflectata ; cand diametrul orificiului depaseste 150 mm, muchia nu trebuie sa prezinte rotunjiri vizibile cu ochiul liber.

Diametrul orificiului trebuie masurat cu o precizie de 0,001d.

Grosimea diafragmei b trebuie sa fie , iar lungimea partii cilindrice a diafragmei

Inclinatia partii conice de iesire a diafragmei trebuie sa fie mai mare de 30, ( de obicei 45 ). Raportul b/a trebuie sa fie cuprins intre 3 si 5. Daca grosimea diafragmei b este mai mica decat 0,02 D, se poate renunta la partea conica (a = b).

Egalarea presiunii statice in camerele inelare este asigurata numai daca sectiunea camerei inelare S este mai mare sau egala cu deschiderea fantei inelare : . Latimea fantei inelare trebuie sa indeplineasca conditia si .

Camera inelara trebuie sa aiba pe partea de intrare a curentului muchia rotunjita si diametrul ei nu trebuie nicidecum sa fie mai mic decat diametrul conductei D. Se admite insa ca sa fie pana la 5% mai mare decat D.

Materialul diafragmei trebuie astfel ales ca sa nu apara uzura sau deteriorarea muchiei orificiului in timpul exploatarii.

3.2.2. Explicitarea ecuatiei de baza a curgerii unui fluid printr-o diafragma

Debitul masic si volumetric de fluid care trece prin conducta pe care s-a montat diafragma se obtine din (6) prin separarea constantelor si inlocuirea diametrului diafragmei in functie de diametrul conductei, dupa relatia de forma :

kg / h ( 3.7 )

respectiv :

( 3.8 )

unde : [-] - reprezinta coeficientul de debit ;

[-] - coeficientul de expansiune ;

[-] - raportul sectiunilor diafragmei si conductei ;

[-] - factorul de corectie pentru dilatarea termica a diafragmei si a

conductei ;

D [mm] - diametrul conductei la temperatura mediului ambiant ;

[] - densitatea fluidului in fata diafragmei, la presiunea si

temperatura ;

[] - caderea de presiune masurata ;

fig.17 Coeficientul de debit α pentru diafragme in functie de nr. Reynolds

Coeficientul de debit rezulta din fig.13 in functie de raportul sectiunilor m si de numarul Reynolds. Pentru numere Reynolds suficient de mari, depinde numai de m, fiind deci independent de viteza si vascozitatea fluidului. Pentru numere Reynolds care se afla sub limita de constanta a lui , coeficientul de debit depinde si de numarul Reynolds. De mentionat ca numarul Reynolds se calculeaza pentru viteza medie a fluidului in conducta in fata diafragmei si pentru diametrul D al conductei.

Viteza medie a fluidului in sectiunea mentionata se poate calcula daca se cunoaste debitul cu ajutorul relatiei :

[m / s] ( 3.9 )

Vascozitatea dinamica pentru unele gaze si abur este data in tabela 3.1, din aceasta putand-se calcula vascozitatea cinematica dupa relatia :

[m / s] ( 3.10 )

unde g este acceleratia gravitationala iar greutatea specifica. Densitatea se calculeaza cu relatia:

( 3.11 )

fiind dat in tabela 3.1, pentru gaze, iar pentru apa si abur valoarea lui se ia din tabele.

Valoarea coeficientului de debit citita din diagrama reprezentata in fig.17 trebuie inmultita inca cu doi coeficienti de corectie care tin cont de rugozitatea tevii si de ascutirea imperfecta a muchiei orificiului diafragmei. Valoarea celor doi coeficienti de corectie rezulta din fig.18 functie de raportul m si de diametrul conductei D.

Tabela 3.1. Densitatea r₀ , coeficientul adiabatic c si

vascozitatea dinamica h a catorva gaze

fig.18 Coeficientii de corectie pentru rugozitatea conductei(a)

si pentru ascutirea imperfecta a muchiei orificiului diagramei

Coeficientul de expansiune tine cont de variatia greutatii specifice a fluidului la curgerea prin diafragma. Valoarea lui poate fi luata din figura 19 in functie de raportul dintre caderea de presiune masurata si presiunea fluidului in fata diafragmei , de exponentul adiabatic si de raportul sectiunilor m. Exponentul adiabatic este dat in tabela 3.1.

Pentru fluide incompresibile ( lichide ) valoarea lui este egala cu unitatea.

Factorul de corectie pentru dilatarea termica a diafragmei si a conductei k se calculeaza cu relatia :

( 3.12 )

unde : - [C] este temperatura in fata diafragmei ;

- - coeficientul de dilatare liniara a materialului ( tabela 3.2 ).

Diametrul conductei D

Se masoara diametrul interior al conductei langa diafragma si la o distanta de 2D de aceasta, masurarile facandu-se in fiecare sectiune in cel putin patru directii diametrale.

Media aritmetica a acestor determinari constituie diametrul conductei D.

fig.19 Coeficientul de expansiune pentru ajutaje si diafragme

Densitatea fluidului se ia din tabele, pentru temperatura si presiunea fluidului in fata diafragmei. Pentru apa si abur valorile lui sunt date in tabele. Valorile densitatii gazelor din tabela 3.1 se transforma la conditiile de lucru cu ajutorul relatiei (11) ; la presiuni ridicate trebuie sa se introduca inca un factor de corectie, dat in literatura de specialitate pentru fiecare gaz in parte. Daca gazul este umed, in calculul greutatii specifice trebuie sa se tina seama si de continutul de umiditate al gazului.

Tabela 3.2. Valoarea coeficientului de dilatare termica

Caderea de presiune se poate masura, daca nu se dispune de aparate speciale, cu manometre diferentiale cu tub U folosind ca lichid de lucru apa sau mercur ( diferente de inaltimi de coloane mai mici de 50 mm trebuie evitate ).

Daca se foloseste ca lichid de lucru apa, inaltimea coloanei de lichid exprimata in mm si inmultita cu 9,81 reprezinta tocmai caderea de presiune in . Daca se lucreaza cu mercur exprimata in mm se inmulteste cu 132,83 ( pentru o temperatura a mercurului de 20C ) pentru a se obtine exprimat in

In cazul in care deasupra lichidului de lucru din manometru se gaseste un alt lichid, caderea de presiune rezulta din :

( 3.13 )

unde : h [mm] - reprezinta inaltimea coloanei de lichid ;

- reprezinta densitatea lichidului de lucru ;

- reprezinta densitatea fluidului deasupra lichidului de lucru ;

3.2.3. Pierderea de presiune a fluidului la trecerea prin diafragma

Aceasta pierdere poate fi calculata in mod aproximativ cu relatia :

( 3.14 )

m fiind raportul sectiunilor si caderea de presiune masurata.

3.2.4. Calculul diafragmei

Fiind cunoscut debitul si densitatea fluidului precum si diametrul conductei, se admite de obicei o valoare pentru m si se calculeaza caderea de presiune corespunzatoare pentru a verifica daca este o valoare acceptabila, care se poate masura cu manometrele uzuale. Din relatia (7) rezulta :

( 3.15 )

Intrucat precizia de masurare creste cu micsorarea lui m si totodata se deplaseaza limita de constanta pentru spre numere Reynolds mai mici, in cazul in care pierderea de presiune la trecerea prin diafragma nu are importanta, se admite prima data pentru m valoarea 0,2. Se calculeaza apoi numarul Reynolds si se citeste valoarea lui , din figura 17, corespunzatoare numarului Reynolds gasit si a lui m adoptat. Se corecteaza valoarea lui cu coeficientii din figura 18 si se cauta valoarea lui folosind figura 19. Cu ajutorul relatiei (15) se calculeaza . Daca valoarea lui rezultata este acceptabila, se considera ca valoarea admisa pentru m este corespunzatoare si se calculeaza diametrul orificiului diafragmei :

      ( 3.16 )

Daca caderea de presiune calculata este prea mare sau prea mica se reface calculul admitand o alta valoare pentru m.

Grosimea diafragmei b se alege constructiv, cat timp caderea de presiune Pentru caderi de presiuni , grosimea minima se calculeaza din conditia de rezistenta mecanica.

Grosimea relativa se calculeaza cu relatia :

unde in afara de notatiile introduse mai inainte :

- reprezinta rezistenta admisibila la incovoiere ;

- coeficientul lui Poisson si

- caderea de presiune in diafragma.

In general este bine ca grosimea diafragmei sa nu fie mai mica de 3 mm.

3.3. Ajutaje si tuburi Venturi pentru masurarea debitului

fig.20 Ajutaje pentru masurarea fig.21 Ajutaje Venturi pentru

debitului masurarea debitului

Ajutajele pentru masurarea debitului au dimensiunile principale indicate in fig.20. Presiunile se masoara cu manometre diferentiale iar prelucrarea lor se poate face prin camere inelare sau prin orificii separate. Ajutajele Venturi pot fi lungi ( fig.21.a ) sau scurte (b) fiind formate dintr-o portiune convergenta de intrare urmata de o zona cilindrica si una conica divergenta la iesire.

La ajutajele Venturi scurte, diametrul de iesire este mai mic decat diametrul conductei. Tubul Venturi poate fi de asemenea lung sau scurt ( fig.22 ). In cazul dispozitivelor Venturi prizele de presiune se fac sub forma unor camere inelare.

fig.22 Tuburi Venturi

3.4. Alegerea dispozitivelor pentru masurarea debitului prin metoda strangularii

La alegerea dispozitivului de masurat trebuie avut in vedere ca la aceleasi valori ale debitului si presiunii diferentiale, ajutajele asigura o precizie mai mare de masurare desi pierderea de presiune este aproximativ aceeasi. Daca pierderea de presiune prezinta o importanta deosebita sunt de preferat dispozitivele Venturi.

Ajutajele permit masurarea unor debite mai mari decat diafragmele pentru aceeasi valoare a factorului si aceleasi presiuni diferentiale. In schimb gama de masurare a diafragmelor este mai mare decat la ajutaje, deoarece limita erorii se realizeaza la numere Reynolds limita mai mici pentru

Cercetarile au aratat ca se pot reduce valorile limita ale numarului Reynolds si se poate asigura totodata o valoare constanta pentru coeficientul de debit la Re mic, prin montarea dupa diafragma principala a unei alte diafragme suplimentare ; diafragma principala se dimensioneaza in mod obisnuit pentru diafragma suplimentara determinandu-se unde d este diametrul diafragmei principale.

Compararea critica a diferitelor tipuri de dispozitive de laminare trebuie completata si cu observatia ca coeficientul de debit al ajutajelor este mai putin influentat de modificarea profilului de intrare prin eventuale depuneri in exploatare.

fig.23 Coeficientul de debit α pentru ajutaje

In figura 23 se redau valorile coeficientilor de debit pentru ajutaje si tuburi Venturi calculul debitului si dimensionarea acestor dispozitive se face similar ca in cazul diafragmelor.

3.5. Indicatii tehnologice si de montaj, domenii de utilizare pentru dispozitivele de strangulare ce servesc la masurarea debitului

Diafragma, impreuna cu camerele inelare, se monteaza intre doua flanse ale conductei. In cazul in care pe conducta nu exista flanse intr-un loc potrivit pentru montarea diafragmei si care sa permita in acelasi timp deplasarea necesara a conductei pentru a se intercala diafragma, se taie conducta si se sudeaza flansele necesare fixarii diagramei. Dimensiunile flanselor se vor alege in conformitate cu STAS-8011-67 si 8012-67. In fig.24 se arata un model de flansa, iar in tabela 3.3 se dau dimensiunile de baza ale flanselor pentru conducte cu diametre pana la 300 mm si presiuni ale fluidului pana la 6 .

Dispozitivul de strangulare trebuie foarte bine centrat fata de axa tevii. Pentru aceasta se prevede uneori in flansa un locas pentru camera inelara. In caz ca acest locas nu exista, diametrul exterior al camerei inelare trebuie sa fie egal cu diametrul de amplasare a gaurilor, micsorat cu diametrul gaurilor.

Pe suprafata interioara a conductei, pe o portiune lunga de 2 D in amontele si avalul dispozitivului de strangulare, nu trebuie sa existe nici un fel de inegalitati vizibile cu ochiul liber. Se recomanda a se strunji interiorul conductei pe o portiune lunga de cca. 1 D.

Garniturile de etansare intre flanse si camerele inelare nu trebuie sa patrunda in cavitatea interioara a conductei ; pentru aceasta se recomanda ca diametrul interior al garniturilor sa fie egal cu 1,1 D.

fig.27 Lungimile minime necesare pentru portiunea dreapta a conductei

intre un robinet deschis complet si diafragma

Nu se admite montarea dispozitivului de strangulare in imediata apropiere a rezistentelor locale. In figurile 25, 26 si 27 sunt date lungimile minime de portiune dreapta , ale conductelor, inaintea diafragmei, necesare pentru asigurarea unor conditii normale de masurare.

Tabelul 3.3. Dimensiunile de baza ale flanselor pentru conducte cu diametre

pana la 300 mm si presiuni interioare 1-6 daN/cm² mm]

Lungimile portiunilor drepte de conducta din avalul diafragmei trebuie sa fie de cel putin 5 D pentru toate cazurile.

In cazul in care lungimea portiunii drepte a conductei din amontele diafragmei se reduce la jumatate fata de valorile date in figurile 25.27, apare o eroare suplimentara de masurare a debitului de 0,5%.

La masurarea debitelor de lichide se recomanda ca manometrul diferential sa fie montat dedesubtul dispozitivului de strangulare. Tevile de legatura trebuie legate la camerele inelare sub un unghi intre 45 si 50, iar unghiul de inclinare a tevilor sa nu fie mai mic de 45. Daca manometrul trebuie montat totusi deasupra diafragmei, in punctele cele mai de sus ale conductelor de legatura se instaleaza colectoare de gaz.

Cand se masoara debitul de gaze, se recomanda ca manometrul diferential sa fie montat deasupra dispozitivului de strangulare. Daca nu se poate respecta aceasta indicatie, atunci in punctul cel mai de jos al conductelor de legatura trebuie montate vase pentru captarea condensatului. Conductele de legatura trebuie sa aiba aceeasi inclinatie pe toata intinderea lor pentru a se asigura scurgerea condensatului.

In cazul in care se masoara debitul aburului, trebuie sa se asigure constanta si egalitatea nivelelor in ambele tuburi de legatura. Acest lucru se realizeaza prin instalarea vaselor de condensare in imediata apropiere a diafragmei, care impreuna cu conductele de legatura intre vase si manometru se umple cu condensat.

Lungimea conductelor de legatura trebuie aleasa in asa fel incat temperatura mediului care ajunge la manometru sa fie egala cu temperatura aparatului ( lungimea recomandata este intre 3 si 50 m ).

Diametrul interior al conductelor de legatura trebuie sa fie de cel putin 8 mm.

Conductele de legatura trebuie sa fie etanse.

In vederea evitarii efectului capilar, diametrul tevilor manometrului trebuie sa fie de minim 8 mm in cazul folosirii mercurului si de 15 mm in cazul folosirii apei.

Din punct de vedere al domeniilor de utilizare pentru diferite dispozitive de strangulare si in legatura cu prescriptiile tehnologice ce trebuie respectate se consemneaza urmatoarele :

Diafragmele se pot utiliza pentru si m = 0,05.0,7. Cand din conditii de rezistenta grosimea axiala a diafragmei intrece 0,02 D, orificiul ei trebuie facut cilindric pe o lungime de cel mult 0,02 D. Neplaneitatea partilor frontale ale diafragmei la strangere nu trebuie sa depaseasca 0,005 D.

Ajutajele se folosesc numai cand D 50 mm si pentru m = 0,05. 0,65. Fata de dimensiunile nominale se admit urmatoarele abateri maxime :

razele arcurilor de racordare : 10% pentru m 0,3 si 3% pentru m 0,3.

diametrul partii cilindrice 0,001 d pentru m 0,45 si 0,0005 d pentru

m 0,45.

lungimea partii cilindrice care este 0,3 d : + 10%.

Ajutajele Venturi se pot folosi numai pentru D 50 mm si m = 0,05.0,6 ;

d ≥ 20 mm ; j

Tuburile Venturi sunt folosite pentru conducte cu D = 100.800 mm si m = 0,2.0,5 ; j = 5⁰.15⁰ . Diametrul partii cilindrice centrale poate suferii abateri de la dimensiunea nominala de + 0,0001 d.

Prizele de presiune se vor construi sub forma unor camere inelare, mai ales pentru caderi mici de presiune, cu cel putin 6 orificii de diametru , de fata frontala a dispozitivului la distanta

In legatura cu montajul diafragmelor si ajutajelor, in tabelul 3.4 dupa STAS 7347-70 sunt sintetizate distantele in multiplii de valori pentru diametrele conductei la diferite configuratii ale traseului :

Tabelul 3.4. Dispunerea diafragmelor si ajutajelor

4. Masurarea debitului in cazul curentului pulsator

Se numeste pulsator curentul de gaz sau de lichid in care presiunea, viteza si alti parametrii variaza in timp. In practica se deosebesc :

a. Curentii care pulseaza periodic, la care pulsatia vitezei, presiunii etc. are caracterul unei legi periodice care nu variaza in timp ; un astfel de curent apare de pilda in cazul unei masini cu piston ce functioneaza la sarcina si turatie constanta.

b. Curentii care pulseaza neregulat, la care pulsatiile vitezei apar relativ repede,insa variatiile vitezei si presiunii nu au loc dupa o lege.

In cele ce urmeaza se trateaza conditiile de masurare ale debitului pentru curentii cu pulsatie periodica, ce prezinta o mare importanta practica.

4.1 Masurarea debitului in curent pulsator pe baza pierderilor locale de presiune utilizand metoda atenuarii pulsatiilor

Dat fiind faptul ca masurarea debitelor cu dispozitive de strangulare prezinta avantaje atat de mari fata de alte metode de masurare, se pune cu acuitate problema conditiilor in care s-ar putea masura debitele cu aceste mijloace si in cazul curentilor pulsatorii, prin utilizarea unor mijloace de atenuare a pulsatiilor.

Curentii pulsatorii periodici pot fi deosebiti prin forma lor.

In unele cazuri ( fig.28 ) debitul nu ajunge la valoarea zero, in alte cazuri ( fig. 10.29 ) curentul isi inceteaza periodic complet miscarea. In primul caz, curentul este caracterizat de urmatorul coeficient de pulsatie :

( 4.1 )

adica de raportul dintre valoarea minima a debitului si cea maxima.

In cel de al doilea caz curentul este caracterizat de coeficientul de timp al curentului.

( 4.2 )

adica de raportul dintre timpul miscarii efective a gazului si timpul perioadei totale.

Principala cauza a erorii suplimentare in cazul masurarii curentului pulsator, se explica prin prezenta unei relatii patratice intre debit si caderea de presiune masurata.

Aceasta se datoreste faptului ca pentru a se obtine valoarea medie a debitului este necesar ca manometrul diferential sa reactioneze la valorile medii ale radacinilor patrate din caderea de presiune iar toate tipurile existente de manometre diferentiale dau practic numai valorile medii a caderilor de presiune sau radacina patrata din caderea medie de presiune.

Din aceasta cauza, valoarea erorii de masurare poate fi determinata in prima aproximatie dupa formula :

( 4.3 )

Valoarea acestei erori depinde de locul unde se face masurarea si in conditii nefavorabile poate ajunge la zeci sau chiar sute de procente. Eroarea creste cu cat coeficientul de pulsatie sau coeficientul de timp E este mai mic.

Celelalte tipuri de erori nu au o influenta prea mare asupra preciziei masurarii. Coeficientul de pulsatie, coeficientul de timp al curentului E, nu sunt egali in diferite puncte ale conductei ; de obicei pe masura indepartarii de sursa pulsatiilor, datorita actiuni de linistire a sistemului, pulsatia se atenueaza si acesti coeficienti se maresc ; aceasta situatie favorizanta poate fi folosita la executarea masurarilor. Este important sa se stabileasca numai in ce conditii eroarea de masura datorita pulsatiilor ramane in limite admisibile.

Pe cale experimentala s-a stabilit ca drept indice de linistire al pulsatiei se poate folosi o marime adimensionala numita criteriu de linistire a pulsatiei U.

Cercetarile experimentale au aratat ca pentru ca eroarea suplimentara datorita pulsatiei care are loc in cazul masurarii cu dispozitive de strangulare sa nu fie mai mare de 1%, este necesara respectarea interdependentei dintre U si sau E, ilustrata cu curba din fig.30, punctul dupa care functioneaza instalatia trebuind a se gasi deasupra curbei.

fig.30 Variatia cifrei criteriale de linistire a pulsatiei U

Cifra criteriala de linistire a pulsatiei se calculeaza cu relatia :

( 4.4 )

unde : V- capacitatea sistemului de la sursa de pulsatie pana la punctul unde se face masurarea in [m³] ;

- pierderea de presiune pe acest traseu in [N/m²]

f - frecventa pulsatiei [1/s]

- debitul mediu [m³/s]

- presiunea medie absoluta [N/cm²]

Daca punctul de functionare se gaseste dedesubtul curbei din fig. 30 se actioneaza de regula prin majorarea parametrului V, plasand rezervoare de linistire intre sursa de pulsatii si dispozitivele de laminare, fie stranguland fluidul in curgere ( cu pierderi inevitabile ) pentru a reduce presiunea medie .

4.2. Masurarea debitului prin evaluarea caderii de presiune in lungul conductei.

Dispozitivele prezentate anterior au apelat la variatia presiunii datorita rezistentelor locale. Se poate mentine constanta sectiunea de curgere si apela la masurarea caderii de presiune in lungul conductei de asemenea proportionala cu patratul vitezei :

( 4.5 )

Asigurand curgere laminara prin dispozitivul de masurare vom avea :

dupa relatia lui Hagen- Poiseuelle astfel ca :

( 4.6 )

debitul volumic fiind :

( 4.7 )

fig.31 Dispozitiv de masurare

Debitmetrul de acest tip prezinta avantaje evidente comparativ cu solutia de reducere a sectiunii :

precizia ridicata a masurarii fara a solicita operatii de etalonare.

dependenta de directa proportionalitate intre si ceea ce asigura un domeniu foarte larg de masurare.

posibilitatea de utilizare la viteze de curgere variabile fara rezervoare de linistire.

integrarea pe un ciclu a functiei vitezei dupa (1) conduce la : .

Realizarea practica a debitmetrului impune asigurarea curgerii laminare, cu Re<1000 ceea ce se obtine prin micsorarea diametrului de curgere. Pentru ca sectiunea de curgere sa ramana constanta tuburile cu diametru redus ( capilare ) se monteaza in paralel el avand in amonte si in aval placi de linistire si pentru dirijarea curentului pe directia tuburilor.

4.3. Masurarea debitului prin comprimarea fluidului

Fluidul se introduce prin comprimare intr-un spatiu cu dimensiuni determinate in care se masoara presiunea.

fig.32 Schema masurarii debitului prin comprimare in spatiu inchis

Fig. 32 prezinta schema de masurare a debitului de gaz livrat de un compresor .Prin inchiderea ventilului 2 aerul este cumulat in rezervor si determina cresterea presiunii. In intervalul de timp presiunea in rezervor creste de la la .

Pentru intervalul de timp volumul de gaz dV introdus in rezervor trebuie comprimat pana la presiunea Pentru comprimare adiabata :

( 4.8 )

Masa elementara de gaz este :

( 4.9 )

Prin integrarea relatiei se obtine masa de gaz cumulata in rezervor :

( 4.10 )

acceptandu-se ca pe durata acumularii in rezervor temperatura nu variaza.

Debitul masic mediu va fi :

( 4.11 )

metoda putandu-se folosi si pentru determinarea debitului momentan deci variatia presiunii este inregistrata continuu.

Pentru masurari de debit specifice determinarii caracteristicii de injectie se poate folosi instalatia din fig.33.

Combustibilul este debitat intr-o conducta lunga umpluta cu lichid. La capatul conductei, in apropierea injectorului sunt lipite marcile tensometrice 1 care sesizeaza presiunea combustibilului in sectiunea A.

Lungimea conductei se alege astfel ca pe toata durata injectiei in sectiunea A sa nu existe unde reflectate.

fig.33 Schema pentru masurarea caracteristicii de injectie

Legatura intre valoarea presiunii combustibilului in sectiunea A si viteza de curgere este data de ecuatia lui Jukovski :

( 4.12

unde a este viteza sunetului in lichid si densitatea sa.

Daca a si sunt constante, curba de variatie a presiunii reprezinta la scara caracteristica de injectie:

( 4.13 )

unde S este aria sectiunii transversale a conductei.

Rezervorul 2 asigura amortizarea oscilatiilor presiunii in perioada dintre doua cicluri de debitare consecutive. Ventilul 3 mentine in conducta o presiune remanenta diferita de zero si impiedica astfel formarea de goluri la inceputul injectiei.