Indrumar MMNE

PREFAŢĂLaboratorul de măsurarea mărimilor neelectrice (MMN) este destinat

studiului metodelor de măsură şi interpretării rezultatelor privind principalele mărimi termofizice şi termodinamice utilizate în analiza proceselor termoenergetice. Scopul realizării lucrărilor de laborator este de a familiariza studenţii facultăţii de Energetică cu metodele moderne de măsurare a următoarelor mărimi:

- temperaturi;- presiuni;- viteze;- debite;- nivele;- concentraţii de gaze;- umiditatea gazelor;upluri de forţe;- pierderi de presiune locale;- distribuţii de debite în diferite configuraţii de sisteme conducte.Lucrările de laborator se realizează cu aparate şi pe standuri de

măsură moderne, cu posibilitatea vizualizării proceselor supuse analizelor precum şi al prelucrării rezulatelor pe computer, prin intermediul unor programe specifice implementate în acest scop.Progresul în domeniul măsurătorilor este mai puţin legat de aplicarea unor principii noi de funcţionare si mai mult de îmbunătăţire a celor existente. Schimbările importante se referă la miniaturizarea aparatelor, calitatea materialelor utilizate, dar mai ales la dezvoltarea sistemelor electronice de achiziţie date şi traductoare de semnale. Dezvoltarea microprocesoarelor face ca semnalele digitale să se aplice din ce în ce mai mult în domeniul măsurătorilor, în defavoarea celor analogice. Totodată, penetrarea masivă a informaticii conferă aparatelor de măsură o « inteligenţă » crescută şi posibilitatea integrării uşoare în sisteme informatice complexe.

Studenţii, beneficiari ai acestor instruiri, sunt invitaţi să-şi cultive imaginaţia şi inventivitatea. Informaţiile prezentate în acest îndrumar sunt utile nu numai studenţilor, dar si specialiştilor mai puţin familiarizaţi cu tehnicile de măsurare actuale.

Mulţumim pe această cale pentru sprijinul acordat de către şeful catedrei de Producerea şi Utilizarea Energiei, precum şi Decanatului facultăţii de Energetică pentru realizarea şi editarea acestui îndrumar, absolut necesar procesului de educare tehnică a studenţilor facultăţii de Energetică.

Autorii

1

CUPRINS

DESCRIERE LABORATOR 51. MĂSURAREA TEMPERATURILOR 15

1.1. Standul pentru măsurarea temperaturilor 15 1.1.1. Prezentarea standului de măsură 15 1.1.2. Termometre mecanice

- Termometru de sticlă cu lichid- Termometrul bimetalic- Manotermometrul

16

1.1.3. Termometre electrice - Termorezistenţa- Termistorul- Termocuplul

18

1.1.4. Panoul de comandă al băii termostatate 21 1.1.5. Date tehnice ale termometrelor 231.2. Verificarea termometrelor 25 1.2.1. Scopul lucrării 25 1.2.2. Consideraţii teoretice 25 1.2.3. Procedeul de măsură 25 1.2.4. Prelucrarea datelor 261.3. Inerţia termică a termometrelor electrice (termorezistenţa, termistorul, termocuplul)

28

1.3.1. Scopul lucrării 28 1.3.2. Consideraţii teoretice 28 1.3.3. Procedeul de măsură 28 1.3.4. Prelucrarea datelor 291.4. Verificarea senzorului termometrelor rezistive (termorezistenţa, termistorul)

31

1.4.1. Scopul lucrării 31 1.4.2. Consideraţii teoretice 31 1.4.3. Procedeul de măsură 31 1.4.4. Prelucrarea datelor 321.5. Verificarea traductorului termorezistenţei 33 1.5.1. Scopul lucrării 33 1.5.2. Consideraţii teoretice 34

2

1.5.3. Procedeul de măsură 34 1.5.4. Prelucrarea datelor 34

2. MĂSURAREA PRESIUNILOR 362.1. Determinarea constantei micromanometrului cu tub înclinat cu ajutorul micromanometrului Askania

36

2.1.1. Scopul lucrării 36 2.1.2. Consideraţii teoretice

- Micromanometrul Askania- Micromanometrul cu tub înclinat

36

2.1.3. Procedeul de măsură 39 2.1.4. Prelucrarea datelor 402.2. Verificarea unui traductor de presiune. Trasarea caracteristicii traductorului de presiune

41

2.2.1. Scopul lucrării 41 2.2.2. Consideraţii teoretice 41 2.2.3. Descrierea dispozitivului de verificare

- Ajustarea punctului de zero- Verificarea traductorului- Caracteristica traductorului de presiune

42

2.2.4. Date tehnice ale dispozitivului de verificare 47 2.2.5. Procedeul de măsură 48 2.2.6. Prelucrarea datelor 49

3. MĂSURAREA UMIDITĂŢII ATMOSFERICE 523.1. Scopul lucrării 523.2. Consideraţii teoretice 52 3.2.1. Psihrometrul

- Psihrometrul clasic- Psihrometrul Assmann

54

3.2.2. Higrometrul cu fir de păr 563.3. Procedeul de măsură 573.4. Prelucrarea datelor 593.5. Anexe 61

4. MĂSURAREA DEBITELOR 634.1. Obiectivul lucrărilor 634.2. Metoda de măsurare 634.3. Descrierea standului de măsură 634.4. Date tehnice privind sistemele de măsură 664.5. Formule de calcul 674.6. Modul de lucru 69

3

4.7. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor 694.8. Calculul mărimilor şi prezentarea rezultatelor 70

5. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE

72

5.1. Obiectivul lucrării 725.2. Metoda de măsurare 725.3. Descrierea standului de măsură 735.4. Date tehnice privind sistemele de măsură 755.5. Modul de lucru 755.6. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor 765.7. Prelucrarea datelor 77

6. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LINIARE DE PRESIUNE. DISTRIBUŢIA DE DEBITE INTR-O REŢEA DE CONDUCTE

79

6.1. Obiectivul lucrărilor 796.2. Metoda de măsurare 806.3. Descrierea standului de măsură 816.4. Lista lucrărilor 826.4.1. Determinarea coeficientului de pierderi lineare de presiune

83

6.4.2. Determinarea caracteristicii reţelei şi a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în paralel

86

6.4.3. Determinarea caracteristicii reţelei şi a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în serie

89

6.4.4. Determinarea caracteristicii reţelei şi a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte inelară

91

6.4.5. Determinarea pierderilor de presiune şi a caracteristicii de debit pentru trecerea de la două conducte legate în paralel la o singură conductă

93

Bibliografie 96

4

DESCRIEREA LABORATORULUI

Laboratorul de măsurarea mărimilor neelectrice (MMN) este destinat studiului metodelor de măsură a mărimilor termofizice şi termodinamice. Lucrările de laborator se referă la: măsurarea temperaturilor, măsurarea presiunilor, măsurarea debitelor de fluide, analiza gazelor de ardere, măsurarea umidităţii gazelor, măsurarea pierderilor de presiune liniare, locale şi totale pe diferite configuraţii de sisteme de conducte etc.

În acest scop, laboratorul dispune de mai multe standuri experimentale moderne, amplasate în cadrul laboratorului din sala EH 105 A. Acestea sunt prevăzute cu aparatură locală de măsură şi comandă şi cu posibilitatea de achiziţie date, stocare şi prelucrare pe computer.

(a) Dotare laborator

Laboratorul de măsurarea mărimilor neelectrice are în componenţa sa următoarele standuri şi aparate de măsură individuală:

- Standul integrat pentru măsurarea temperaturilor joase, sub punctul de fierbere al apei. Standul are posibilitatea de a realiza măsurători de temperatură cu ajutorul termometrelor de dilatare cu lichid (cu mercur sau alte lichide), termocuplelor, termorezistenţelor, termo-semiconductorilor, termometrelor în infraroşu şi spot lasser. In componenţa standului este integrat un sistem de achiziţie date şi un computer. Acesta oferă posibilitatea vizualizării in timp real a măsurătorilor efectuate, sub forma de grafice de variaţie în timp. Prelucrarea ulterioară a datelor este posibila, pe baza tabelelor sau graficelor de variaţie în timp înregistrate.

5

MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR

Vedere de ansamblu stand (stânga) şi termometru în infraroşu (dreapta)

Camera de termografiere în infraroşu

- Standul de măsură a presiunilor şi a diferenţelor de presiune. Acesta este un stand complet automatizat ce cuprinde: o pompă hidraulică cu piston acţionată manual prin intermediul unui şurub cu pas fin, traductor de presiune piezoelectric, manometru etalon cu greutăţi, sistem de achiziţie date şi computer cu software adecvat pentru înregistrarea datelor măsurate.

6

Vedere de ansamblu stand măsurare presiuni

- Standul pentru măsurarea presiunilor cu micromanometre. Este compus dintr-o instalaţie manuală pentru realizarea de presiuni coborâte bazat pe principiul vaselor comunicante, Presiunile generate pot fi masurate cu micromanometrul cu tub U, cu micromanometrul cu tub înclinat şi micromanometrul tip Askania.

Vedere de ansamblu stand măsurare presiuni

7


- Standul pentru măsurarea debitelor pe baza reducerii de secţiune (diafragmă, tub Venturi, ajutaj). Standul este compus dintr-un bazin cu volum mare de apă, o pompă de circulaţie în circuit închis cu turaţie variabilă, aparatele de măsură a debitului, a volumului de apa si micromanometre cu tuburi U verticale gradate.

Vedere de ansamblu stand măsurare debite

- Standul pentru măsurarea debitelor cu debitmetre ultrasonice. Se compune dintr-un debitmetru ultrasonic cu sonde de măsură detaşabile, pentru diferite temperaturi (temperaturi joase sub 100 °C şi temperaturi ridicate peste 100 °C). Măsura este complet computerizată cu timpi de scalare variabili prestabiliţi prin programare digitală, cu afişare grafică

8

pe display-ul aparatului şi posibilitate de interconectare serială cu un computer extern performant şi imprimantă proprie etc.

Vedere de ansamblu instalaţie de măsură debite cu ultrasunete

Debitmetrul cu ultrasunete Digi Sonic

9


- Standul pentru măsurarea vitezelor fluidelor. Cuprinde o instalaţie cu aer ventilat cu ventilator cu turaţie variabilă şi tubulatura de circulaţie. Măsura vitezei aerului se poate realiza prin intermediul tuburilor Pitot, Pitot mediat, Annubar, a anemometrului cu fir cald, cu palete sau cupe.

Anemometru cu cupe

- Standul pentru determinarea pierderilor de presiune liniare şi locale pe diferite elemente de reţea. Se compune dintr-un bazin cu volum mare de apă, pompă de circulaţie cu turaţie variabilă în circuit închis, elemente de reţea în diferite configuraţii, impreuna cu sistemul de măsură a presiunilor cu tuburi U verticale gradate în milimetri. Se pot determina pierderile de presiune pe fiecare element de reţea din circuit, pe subansamble şi întreaga instalaţie.

10

Standul pentru determinarea pierderilor de presiune

- Standul pentru determinarea distribuţiei de debite pe diferite configuraţii de reţele şi a funcţionării pompelor în serie şi în paralel. Standul este compus dintr-un bazin cu volum mare de apă cu suprafaţa liberă, pompe de circulaţie cu turaţie variabilă şi o reţea hidraulica. Sunt disponibile diferite posibilităţi de configuraţii de reţele hidraulice: reţea simplă alimentată de la un capăt, reţea simplă alimentată de la două capete, reţele serie, reţele în paralel, reţea inelară sau reţea buclată. Standul are posibilitatea determinării distribuţiei de debite pe diferitele ramuri, a pierderilor de presiune şi de determinare a graficelor piezometrice pentru fiecare configuraţie hidraulică în parte.

11


Standul pentru determinarea distribuţiei de debite

Standul pentru analiza concentraţiei gazelor de ardere. Standul are în componenţă mai multe tipuri de aparate, prin diferite principiul de analiză. Una dintre metode o constituie absorbţia selectivă a componentelor dintr-un amestec cu ajutorul analizorului ORSAT, care utilizează substanţe chimice absorbante destinate numai pentru gazele respective: CO2, CO, O2 etc.

12

Analizorul concentraţiei de gaze ORSAT

Altă metodă de măsurare a concentraţiei de gaze se realizează prin absorbţie selectivă de radiaţii infraroşii.

Analizorul concentraţiei de gaze prin absorbţie în infraroşu tip TESTO 350-XL

13


Analizorul concentraţiei de gaze prin absorbţie în infraroşu tip INFRALYT

14

1. MĂSURAREA TEMPERATURILOR

1.1. Standul pentru măsurarea temperaturilor

1.1.1. Prezentarea standului de măsură

1 – suport2 – cutie depozitare3 – priza alimentare tensiune 220 V4 – priza alimentare tensiune variabilă5 – întrerupător principal6 – rezistenţe de 10, 100, 1000 Ω7 – multimetru digital8 – afişaj digital pentru Pt100

9 – afişaj digital pentru termistor 10 – afişaj digital pentru termocuplul de tip K11 – termometru cu mercur12 – termometru bimetalic13 – termometru manometric14 – vas izolat15 – psihrometru16 – reşou electric nisip17 – baie termostatată

15


1.1.2. Termometre mecanice

Standul de măsură conţine trei termometre electrice: termometrul de sticlă cu lichid, termometrul bimetalic şi manotermometrul.

Termometrul de sticlă cu lichid

Termometrul de sticlă cu lichid se bazează pe dilatarea unui lichid (mercur sau lichid organic) odată cu variaţia temperaturii.

16

1 – bulb (elementul sensibil)2 – tub capilar din sticlă

Termometrul bimetalic

Termometrul bimetalic se bazează pe dilatarea diferită a două metale ce au coeficienţi de dilatare diferiţi, alipite, dispuse elicoidal.

Capătul liber al bimetalului este legat la acul indicator. Deformarea bimetalului odată cu variaţia temperaturii conduce la deplasarea capătului liber şi a acului indicator.

Manotermometrul

17

1 – ac indicator2 – bimetal3 – legătura fixă4 – teaca protectoare5 – cutie cadran

Bolţ pentru calibrare

Manotermometrul se bazează pe modificarea presiunii unui gaz închis într-un rezervor odată cu modificarea temperaturii (conform legii gazelor perfecte).

Presiunea este măsurată cu ajutorul unui manometru şi indicată pe cadran.


1.1.3. Termometre electrice

Standul de măsură conţine trei termometre electrice: termorezistenţa, termistorul şi termocuplul. Acestea convertesc temperatura într-un semnal electric, indicat pe un display digital în valori de temperatură.

Termorezistenţa

Termorezistenţa este de tipul Pt-100. Aceasta se bazează pe modificarea rezistenţei unui conductor electric odată cu temperatura. Traductorul de temperatură este programat astfel încât să indice temperatura corectă pentru un senzor de tipul Pt-100. Senzorul Pt-100 este conectat într-o configuraţie cu trei fire, pentru a compensa parţial erorile de măsură ce apar datorită firelor de legătură lungi.Mărimea de ieşire a traductorului este o tensiune, transmisă către un display digital. Tensiunea este disponibilă şi la 2 mufe de ieşire, de unde poate fi preluată de sistemul de achiziţie, care o afişează în domeniul 0 – 100 ºC, corespunzător intrării de 0 -10 V. Rezistenţa senzorului Pt-100 poate fi simulată prin conectarea intrării display-ului cu rezistenţele încorporate în standul de măsură:- 100 Ω corespunzător pentru 0 ºC - 110 Ω corespunzător pentru 25.7 ºC

18

1 – display digital 2 – mufa Pt-1003 – Mufe pentru simularea Pt-1004 – Mufe pentru rezistenţe (10, 100 si 1000 Ω)5 – Mufe laborator (ieşire 0 – 10V)

Termistorul

Termistorul este de tipul NTC. Acesta se bazează pe modificarea rezistenţei unui semiconductor odată cu temperatura: rezistenţa semiconductorului scade odată cu creşterea temperaturii. Caracteristica termistorului are o linearitate bună numai în domeniul 20 – 55 ºC, motiv pentru care se pot face măsurători corecte numai în acest domeniu de temperaturi.Caracteristica este memorată într-un program al afişajului. Valoarea indicată pe display este disponibilă şi ca semnal analogic de ieşire (0 – 10 V = 0 – 100 ºC), pentru sistemul de achiziţie de date.

Termocuplul

1 – Display digital2 - Mufe laborator (termistor NTC)3 - Mufe laborator (ieşire 0 – 10V)


Termocuplul se bazează pe efectul Seebeck: generarea unei tensiuni electromotoare diferite, în funcţie de temperatură. Termocuplul este de tipul K. Caracteristica acestuia este memorată în programul display-ului. Totodată, tensiunea este disponibilă şi ca semnal analogic de ieşire pentru sistemul de achiziţie de date (0 – 10 V = 0 – 1000 ºC),.

20

1 – Display digital2 – Mufa termocuplu3 - Mufe laborator (ieşire 0 – 10V)

MĂSURAREA TEMPERATURILOR

1.1.4. Panoul de comandă al băii termostatate

21

Afişaj:Sus: indicatori de controlLinia 1: Valoarea instantaneeLinia 2: Temperatura de lucru (setpoint) S xxx.xxLinia 3: Valoarea instantanee I/E (aceeaşi cu cea din linia 1)

Butoane:

Start/stop

Selectarea temperaturii de lucru (setpoint 1, 2, 3)

Selectarea valorilor de avertizare şi siguranţă

Selectarea funcţiunilor din menu

Cursor (stânga sau dreapta)

Editare (creştere sau descreştere)ENTER (salvează valoarea/parametrul sau

trece la meniul inferior)

ESCAPE (anulează intrările sau revine la meniul anterior)

Înterupător principal, iluminat

Ajustarea protecţiei la temperatură maximă(conform IEC 61010-2-010)


Setarea temperaturii din baia termostatată

Setari din fabrică:

Apăsaţi butonul pentru a intra în meniul de selectare a temperaturilor. Pot fi setate 3 temperaturi diferite (SETP 1, SETP 2, SETP 3).Setarea se poate face în timp ce baia termostatată este oprită sau pornită.

Exemplu: Selectarea temperaturii de lucru

1. Apăsaţi butonul până apare pe afişaj pasul dorit

2. Apăsaţi

(!) Baia termostatată va folosi noua temperatură de lucru pentru reglarea temperaturii.

Exemplu: Setarea temperaturii de lucru “SETP 3”

1. Se apasă butonul până apare pe afişaj temperatura de lucru dorită (SETP 3)în exemplu: SETP 3/70.0 ºC (ultimul digit clipeşte)2. Schimbarea valorii la 85ºC.Se utilizează cursoroarele până începe să clipească cifra ce urmează a fi modificată Se utilizează cursoroarele pentru a modifica valoarea cifrei respective (-, 0, 1, 2, 3, … 9). În exemplu: SETP 3/85.0 ºC (ultimul digit clipeşte)3. Se apasă pentru memorarea valorii.

(!) Valoarea nou introdusă va fi utilizată imediat pentru reglarea temperaturii de lucru.Indicatorul pentru încălzire începe sa clipească.

22


1.1.5. Date tehnice ale termometrelor

Termometrul bimetalic:- domeniul de măsură: 0 …200 ºC- lungimea tecii de protecţie: 160 mm- diametrul tecii de protecţie: 8 mm

Manotermometrul:- domeniul de măsură: 0 …200 ºC- lungimea tecii de protecţie: 160 mm- diametrul tecii de protecţie: 8 mm- mediul de măsură: azot

Termorezistenţa:- senzorul de temperatură: Pt 100- domeniul de măsură: 0 … 200 ºC- afişaj digital: 0 … 100 ºC- semnal ieşire: 0 … 10 V

Termistorul:- senzorul de temperatură: NTC- domeniul de măsură: 0 … 55 ºC- rezistenţa: R50 = 359.3 şi

R25 = 886.2 Ω- afişaj digital: 0 … 100 ºC- semnal ieşire: 0 … 10 V

Termocuplul:- senzorul de temperatură: termocuplu tip K- domeniul de măsură: 0 … 1000 ºC- afişaj digital: 0 … 1000 ºC- semnal ieşire: 0 … 10 V

NOTĂ

Termometrele nu se vor folosi în afara domeniului de măsură. O atenţie deosebită se va acorda termistorului, al cărui domeniu de măsură este mic.

23


Tabelul 1. Rezistenţa Pt-100 conform DIN IEC 751

24

Valoarea rezistenţei în [Ω]


1.2. Verificarea termometrelor

1.2.1.Scopul lucrării

Însuşirea tehnicii de măsurare a temperaturilor şi de verificare a termometrelor.

Termometre utilizate în lucrare (vezi standul de măsură al temperaturilor – capitolul 1.1):

- Termometre mecanice: termometrul cu mercur, manotermometrul, termometrul bimetalic

- Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul, termocuplul

1.2.2. Consideraţii teoretice

Termometre mecanice: termometrul cu mercur, manotermometrul, termometrul bimetalic – vezi capitolul 1.1.2

Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul, termocuplul – vezi capitolul 1.1.3

1.2.3. Procedeul de măsură

- se introduc toate termometrele în baia termostatată

- se porneşte baia termostatată- se setează (vezi capitolul 1.1.2)

temperatura de lucru SETP 1 pe o valoare cu maximum 1 ºC mai mare decât temperatura apei din baia termostatată. Aceasta va reprezenta temperatura etalon a primului regim de lucru; se notează în tabelul de măsurători.

- apa se va încălzi până la temperatura de lucru

- la cca. 5 minute după ce temperatura instantanee a ajuns

25


la valoarea temperaturii de lucru se citesc indicaţiile tuturor termometrelor şi se notează în tabelul de măsurători.

- se setează o nouă valoare a SETP 1, cu 3 ºC mai mare decât valoarea anterioară şi se face o nouă măsurătoare într-un nou regim de lucru, după procedeul de mai sus

- în total, se fac 5 seturi de măsurători pentru 5 regimuri de lucru diferite

NOTĂIn cazul în care se depăşeşte domeniul de măsură al termistorului, acesta nu va mai fi folosit.

Tabel măsurători:Termometru Notaţie Regimul de lucru

1 2 3 4 5Temperatura etalon (de lucru)

t0 [ºC]

Termometrul de sticlă t1 [ºC]Termometrul bimetalic t2 [ºC]Manotermometrul t3 [ºC]

Termorezistenţa t4 [ºC]Termistorul t5 [ºC]Termocuplul t6 [ºC]

1.2.4. Prelucrarea datelor

- se calculează erorile absolute şi relative pentru fiecare termometru, în funcţie de temperatura etalon, t0 (vezi tabelul de erori absolute şi tabelul de erori relative):

o eroarea absolută: [ºC]

o eroarea relativă: [ºC]

26


Tabel erori absolute:

Termometru Notaţie Regimul de lucru1 2 3 4 5

Temperatura etalon (de lucru)

t0 [ºC]

Termometrul de sticlă εa1 [ºC]Termometrul bimetalic εa2 [ºC]Manotermometrul εa3 [ºC]Termorezistenţa εa4 [ºC]Termistorul εa5 [ºC]Termocuplul εa6 [ºC]

Tabel erori relative:Termometru Notaţie Regimul de lucru

1 2 3 4 5Temperatura etalon (de lucru)

t0 [ºC]

Termometru de sticlă ε%1 [%]Termometru bimetalic ε%2 [%]Manotermometru ε%3 [%]Termorezistenţa ε%4 [%]Termistor ε%5 [%]Termocuplu ε%6 [%]

- se reprezintă grafic erorile absolute şi relative;- se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii

t0 [ºC]

%

[%][ºC]

t0 [ºC]

a

[ºC][ºC]

27


1.3. Inerţia termică a termometrelor electrice (termorezistenţa, termistorul, termocuplul)

1.3.1.Scopul lucrării

Evidenţierea fenomenului de inerţie termică a termometrelor de contact. Termometre utilizate (vezi standul de măsură al temperaturilor – capitolul 1.1): termorezistenţa, termistorul, termocuplul


Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul, termocuplul – vezi capitolul 1.1.3


Verificarea comportamentului în apă:

- se porneşte baia termostatată - se setează temperatura de lucru SETP 1 la valoarea de 80 ºC (vezi

capitolul 1.1.2).- apa din baia termostatată se încălzeşte până la temperatura de lucru

aleasă- după atingerea temperaturii de lucru se porneşte sistemul de achiziţie

pentru înregistrarea datelor (butonul START) - se introduce unul dintre cele trei termometre electrice în baia

termostatată- simultan cu introducerea termometrului în baia termostatată se

porneşte un cronometru. Se notează la intervale de timp cât mai scurte timpul şi temperatura corespunzătoare (2 secunde) şi se completează în tabelul de măsurători.

- pe ecranul calculatorului se vizualizează variaţia tensiunii de ieşire a traductorului:o canalul 1: termorezistenţa, curba albastrăo canalul 2: termistorul, curba roşieo canalul 3: termocuplul, curba verde

Valorile sunt înregistrate automat într-un fişier text (din care ulterior pot fi extrase perechi de valori tensiune – timp şi calculate valorile corespunzătoare temperatură – timp)

28


- după aplatizarea curbei (încheierea operaţiei de măsurare a temperaturii), se scoate termometrul din baia termostatată şi se urmăreşte graficul de scădere al tensiunii măsurate până ce aceasta devine constantă

- la încheierea măsurătorii se întrerupe înregistrarea datelor, se salvează datele şi graficul de pe ecran

- măsurătorile se repetă pentru celelalte două termometre electrice.

Verificarea comportamentului în nisip:

- se porneşte reşoul, pe poziţia 3 - nisipul se încălzeşte până la o anumită temperatură- se introduce unul dintre cele trei termometre electrice în nisip- simultan cu introducerea termometrului în nisip se porneşte un

cronometru. Se notează la intervale de timp cât mai scurte timpul şi temperatura corespunzătoare (5 secunde) şi se completează în tabelul de măsurători.

- se repetă pe rând măsurătorile pentru celelalte două termometre electrice

NOTĂIn cazul în care se depăşeşte domeniul de măsură al termistorului, acesta nu va mai fi folosit.

Tabel timp răspuns:

Timpul Termorezistenţa Termistorul Termocuplul[sec] ح t1 [ºC] t2 [ºC] t3 [ºC]

0...............….

Momentul aplatisării curbei


29


- se trasează graficele de variaţie a temperaturii la creşterea, pentru fiecare dintre cele trei termometre electrice

- pentru fiecare termometru se calculează: o constanta de timp (timpul după care diferenţa dintre

temperatura iniţială a elementului sensibil şi temperatura finală este egală cu 0,632 din diferenţa maximă de temperatură):

[sec]o timpul de răspuns 5% (timpul după care diferenţa dintre

temperatura elementului sensibil şi cea a mediului nu depăşeşte 5% din diferenţa maximă posibilă):

[sec]o timpul de răspuns 2% (timpul după care diferenţa dintre

temperatura elementului sensibil şi cea a mediului nu depăşeşte 2% din diferenţa maximă posibilă):

[sec]

- se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii

30


1.4. Verificarea senzorului termometrelor rezistive (termorezistenţa, termistorul)

1.4.1. Scopul lucrării

Evidenţierea fenomenului de variaţie a rezistenţei termometrelor rezistive (termorezistenţa, termistorul) în funcţie de temperatură.

Însuşirea tehnicii de măsurare a rezistenţelor termometrelor electrice rezistive şi verificarea senzorilor acestora.

Însuşirea modalităţii de calcul a temperaturii în funcţie de rezistenţă, cu ajutorul tabelelor.

Termometre utilizate (vezi standul de măsură al temperaturilor – capitolul 1.1): termorezistenţa, termistorul.


Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul – vezi capitolul 1.1.3


- se introduc în baia termostatată termometrele ale căror senzori se verifică (termorezistenţa, termistorul)

- se porneşte baia termostatată- se setează (vezi capitolul 1.1.2)

temperatura de lucru SETP 1 pe o valoare cu maximum 1 ºC mai mare decât temperatura apei din baia termostatată. Aceasta va reprezenta temperatura etalon a primului regim de lucru; se notează în tabelul de măsurători.

- apa se va încălzi până la temperatura de lucru

31


- la 5 minute după ce temperatura instantanee a ajuns la valoarea temperaturii de lucru se măsoară rezistenţa celor doi senzori, cu multimetrul digital

- valorile celor două rezistenţe se notează în tabelul de măsurători- se setează o nouă valoare a SETP 1, cu 3 ºC mai mare decât valoarea

anterioară şi se face o nouă măsurătoare într-un nou regim de lucru, după procedeul de mai sus

32


- în total, se fac 5 seturi de măsurători pentru 5 regimuri de lucru diferite

NOTĂ: Nu se va depăşi valoarea temperaturii apei de 55˚C.

Tabel măsurători:Termometru Notaţie Sursa Regimul de lucru

1 2 3 4 5

Etalontet [ºC] măsuraRet [Ω] calcul

Termorezistenţa R1 [Ω] măsuraTermistorul R2 [Ω] măsura


- pentru fiecare set de măsurători se află rezistenţa corespunzătoare temperaturii etalon, prin interpolare, din tabelul 1. (capitolul 1.1.3).

- se calculează erorile absolute şi relative pentru rezistenţe în funcţie de etalon şi se completează în tabelul de erori absolute şi cel de erori relative:

o eroarea absolută: [Ω]

o eroarea relativă: [%]

Tabel erori absolute rezistenţe:Termometrul Notaţie

[UM]Regimul de lucru

1 2 3 4 5Etalon Ret [ºC]

33


Termorezistenţa εR1 [ºC]Termistorul εR2 [ºC]

Tabel erori relative rezistenţe:Termometrul Notaţie

[UM]Regimul de lucru

1 2 3 4 5Etalon Ret [Ω]

Termorezistenţa εR%1 [%]Termistorul εR%2 [%]

- se reprezintă grafic erorile absolute şi relative


1.5. Verificarea traductorului termorezistenţei


Evidenţierea fenomenului de variaţie a rezistenţei termorezistenţei în funcţie de temperatură.

Însuşirea modalităţii de calcul a temperaturii în funcţie de rezistenţă, cu ajutorul tabelelor. Însuşirea modalităţii de verificare a unui traductor de temperatură rezistiv

Termometre utilizate (vezi standul de măsură al temperaturilor – capitolul 1.1): termorezistenţa.

tet [ºC]

R%

[%][ºC]

tet [ºC]

R

[Ω][ºC]

34



Termometre electrice: termorezistenţa – vezi capitolul 1.1.3


- se deconectează termorezistenţa de la standul de măsură- în mufele pentru rezistenţe se introduc pe rând următoarele

rezistenţe: 10 Ω, 100 Ω, 110 Ω.- se citeşte valoarea de temperatură indicată pe display pentru fiecare

rezistenţă

Tabel măsurători şi rezultate:Termometru Notaţie Sursa

mărimeRegimul de lucru

R=10 [Ω]

R=100 [Ω]

R=110 [Ω]

EtalonRet [Ω] setattet [ºC] calcul

Termorezistenţat1 [ºC] măsurăε1 [ºC] calculε%1 [%} calcul


- din tabelul 1 (vezi capitolul 1.1.3) se obţin temperaturile etalon corespunzătoare rezistenţelor introduse

- se calculează erorile absolute şi relative de măsură pentru temperaturi, considerându-se valorile citite din tabelul 1 drept etalon:

o eroarea absolută: [ºC] ;

o eroarea relativă: [%] ;

- se trasează graficele de variaţie ale erorilor absolute şi relative

35



2. MĂSURAREA PRESIUNILOR

2.1. Determinarea constantei micromanometrului cu tub înclinat cu ajutorul micromanometrului Askania


tet [ºC]

R%

[%][ºC]

tet [ºC]

R

[Ω][ºC]

36


Însuşirea modalităţii de măsură a presiunilor cu ajutorul micromanometrului Askania şi cu ajutorul micromanometrului cu tub înclinat.

Determinarea constantei unui micromanometru cu tub înclinat, prin compararea indicaţiilor acestuia cu ale unui micromanometru Askania.


Micromanometrul tip Askania şi micromanometrul cu tub înclinat sunt aparate de măsurat diferenţe mici de presiune cu precizie ridicată. Ordinul de mărime al diferenţelor de presiune măsurate este de câţiva zeci mmH2O.

Micromanometrul Askania

Aparatul este compus dintr-un tub U care are la fiecare capăt câte un rezervor, dintre care unul este fix (RF) iar celălalt mobil (RM). Rezervorul mobil se poate deplasa pe verticală, pentru a compensa prin celălalt diferenţa de presiune.

În rezervorul fix (RF) se află un con orientat cu vârful în jos. Vârful acestuia este amplasat la o înălţime de referinţă, corespunzătoare nivelului egal în cele două rezervoare (deci presiunilor egale). Imaginea conului se reflectă de suprafaţa lichidului manometric. Ca urmare, atunci când privim prin dispozitivul de vizare, se văd două conuri: unul real şi unul virtual (reflectat).

37

RFRM


Aceste conuri pot fi într-una din următoarele situaţii:

o vârf în vârf: dacă nivelul în rezervorul fix este la valoarea de referinţă (acesta este momentul în care se citeşte înălţimea rezervorului mobil) – cazul p1 = p2 :

o la distanţă unul de celălalt: dacă nivelul în rezervorul fix este sub cel de referinţă (vârful conului se află deasupra lichidului manometric) – cazul p1 > p2 :

o cu vârfurile intrate unul în celălalt: dacă nivelul în rezervorul fix este peste cel de referinţă (vârful conului este în lichidul manometric) – cazul p1 < p2 :

Diferenţa de presiune indicată de micromanometrul ASKANIA corespunzătoare unei denivelări hask (mm) citite la poziţia de echilibru este:

[N/m2]

unde: - densitatea lichidului manometric din aparat

(apa: kg/m3);

38

p1 = p2

p1 > p2

p1 < p2


g - acceleraţia gravitaţională (g = 9,81 m/s2);Δhask - denivelarea citită imms.

Micromanometrul cu tub înclinat

Micromanometrul cu tub înclinat este compus dintr-un rezervor legat la un tub înclinat.

Diferenţa de presiune se determină cu relaţia:

[N/m2]

unde:- densitatea lichidului manometric din aparat (apa: kg/m3);

g - acceleraţia gravitaţională (g = 9,81 m/s2);H – denivelarea coloanei de lichid imsL – lungimea coloanei de lichid în tub imms - unghiul de înclinare al tubului faţă de orizontalăd1, d2 – diametrul tubului, rezervoruluik - constanta aparatului [N/m3]

Constanta aparatului depinde de densitatea lichidului manometric utilizat şi de caracteristicile constructive ale aparatului (poziţia tubului înclinat, diametrul tubului înclinat şi cel al rezervorului):

39


Pentru aparatul utilizat d2 >> d1, ceea ce face ca raportul să fie foarte

mic, neglijabil. Ca urmare, constanta k se poate exprima cu suficientă precizie prin relaţia:

[N/m3]


- se montează cele două micromanome-tre în poziţie de lucru, cu ajutorul şuruburilor de calare şi a nivelelor aflate pe postamentele aparatelor.- se aduce la priza (+) a fiecărui aparat

tubul flexibil de cauciuc la capătul căruia se creează suprapresiunea. Priza (–) se lasă liberă (sub acţiunea presiunii atmosferice).- cu ajutorul balonului de plastic se creează o suprapresiune, care este măsurată de cele două manometre.

Notă: Se are în vedere ca suprapresiunea creată să nu depăşească domeniul de măsură al aparatelor (pentru ca lichidul manometric să nu fie deversat în afara aparatului).- se efectuează măsurătorile cu cele două micromanometre şi se notează mărimile citite ( Δhask şi Δpti ), în tabelul de măsurători şi rezultate - se repetă măsurătorile pentru cinci valori de presiuni diferite generate cu ajutorul balonului de plastic.

Tabel de măsurători şi rezultate:

Nr.

Δhask

(mm)Δpask

(N/m2)Δpti

(N/m2)L

(mm)K

(N/m3)K*

(N/m3)

40


crt.măsura calcul calcul măsura Calcul calcul

12345


- se calculează Δpask conform relaţiilor date la capitolul 2.1.2- ţinând seama că ambele micromanometre au măsurat aceeaşi

presiune, rezultă - pentru fiecare set de măsurători, constanta k se obţine din:

[N/m2]

- constanta aparatului se estimează ca valoare medie a valorilor obţinute în cele cinci seturi de măsurători:

unde: n = 5 reprezintă numărul de seturi de măsurători

- se trag concluzii referitor la valoarea medie a constantei şi la valorile din fiecare set de măsurători

41

MĂSURAREA PRESIUNILOR

2.2. Verificarea unui traductor de presiune. Trasarea caracteristicii traductorului de presiune


Însuşirea modalităţii de verificare a unui traductor de presiune cu ajutorul dispozitivului de calibrare cu piston şi greutăţi


Dispozitivul se bazează pe o presiune etalon generată cu ajutorul unor greutăţi. Acestea sunt aşezate deasupra unui piston introdus într-un sistem hidraulic umplut cu ulei. Presiunea uleiului din sistem este măsurată cu ajutorul traductorului.

Presiunea etalon se determină din relaţia:

[N/m2]

în care:G - greutatea ce acţionează asupra pistonului:

[N]unde: m – masa [kg];

g – acceleraţia gravitaţională (9.81 m/s2);A – suprafaţa secţiunii pistonului:

[m2]

unde: d – diametrul pistonului [m]

37

piston cu greutăţi

traductor

sistem hidraulic


2.2.3. Descrierea dispozitivului de verificare

unitatea de sarcina greutăţi

traductor de presiunesistem hidraulic

sistem de reglare cu manivelă

placa de bază

sonda de presiune

afişaj tensiune ieşire traductor

38


Dispozitivul de verificare al traductoarelor de presiune conţine două componente principale:- sonda de presiune: cilindru în care se înfiletează traductorul de presiune

verificat- unitatea de sarcină: cilindru în interiorul căruia intră un piston deasupra

căruia pot fi aşezate diferite greutăţi (pentru a se obţine diverse valori de presiune).

Cele două componente ale dispozitivului sunt unite printr-o conductă umplută cu ulei, care permite transmiterea presiunii generate de greutăţi către sonda de presiune.

Atunci când greutăţile sunt aşezate pe suportul pistonului, presiunea din sistem creşte. Greutăţile sunt proiectate astfel încât să fie posibile variaţii de presiune cu câte 0.5 bar. Presiunea din interiorul sistemului este măsurată cu ajutorul traductorului de presiune (printr-un senzor de presiune legat la un circuit electronic).

39

Display digital

Traductor presiune

Circuit electronic(circuit punte si condiţionare semnal)

Senzor


Ajustarea punctului de zero

Se ridică pistonul din cilindru, cu ajutorul manivelei

Se scoate pistonul din cilindru

Cu ajutorul manivelei, se ajustează nivelul de ulei în cilindru astfel încât acesta să fie umplut până la margine.

Traductorul ar trebui să indice valoarea zero (deoarece este supus numai presiunii atmosferice).

40


Verificarea traductorului de presiune

După ajustarea punctului de zero, se reinstalează pistonul deasupra sistemului hidraulic. Pentru a evita frecarea, pistonului i se imprimă o uşoară miscare de rotaţie.

Masa pistonului este de 378 g, care corespunde presiunii:

Adăugând o masă de 192 g se obţine presiunea de 0.5 bar. În continuare, adăugând succesiv mase de 577 g, se obţin creşteri de presiune de câte 0.5 bar.

Valorile de presiune generate se compară cu cele măsurate cu ajutorul traductorului

În tabelul de mai jos se indică corespondenţa dintre masă, presiune şi tensiunea de ieşire din traductor.

Masa [kg] 0 0.378 0.570 1.147 1.724 2.301 2.878Presiune [bar] 0 0.328 0.494 0.995 1.495 1.995 2.495Tensiune ieşire traductor [V]

0 1.3 1.96 3.95 5.94 7.92 9.91

Caracteristicile traductorului care se urmăresc sunt:

- punctul de zero: deviaţia de zero trebuie să fie de maximum 50 mV- eroarea de măsură: pentru orice valoare din domeniu, aceasta trebuie să

se încadreze în limita de ± 0.3% din domeniul de măsură .

Caracteristica traductorului de presiune

Caracteristica traductorului arată relaţia de legătură dintre semnalul de intrare (o presiune) şi semnalul de ieşire din traductor (o tensiune).

41


În cazul traductorului de presiune, caracteristica are o formă liniară. Pentru valori ale semnalului de intrare intre 0 … 2,5 bar şi valori ale semnalului de ieşire intre 0 … 10 V, caracteristica traductorului este dată de relaţia:

Aceasta este încadrată de doua limite de toleranţă (inferioară şi superioară), ce depind de eroarea de măsură acceptată:

- limita inferioară de toleranţă: - limita superioară de toleranţă:

Eroarea de măsură trebuie să se încadreze în limitele ±0,03 V, respectiv ±0,0075 bar faţă de valoarea etalon.

Â

2.2.4. Date tehnice ale dispozitivului de verificare

42

U [V]Caracteristica traductorului (teoretică)

Limita inferioară

Limita superioară

p [bar]


Diametrul pistonului d 12 mmSuprafaţa pistonului A 113,0973 mm2

Acceleraţia gravitaţională

g 9,81 m/s2

SenzorDomeniu de măsurăSemnal ieşireTip conexiuneTensiune de lucru

Huba 691Presiunea absolută: 0 … 2,5 barSemnal: 0 … 10 VConexiune cu 3 fireUb = 24 V

Greutăţile disponibile Masa [kg]m1 (piston) 0,3735m2 (senzor) 0,191

m3 0,574m4 0,5725m5 0,5725m6 0,5725

Numărul greutăţilor folosite

Greutate totală Presiune TensiuneComponente de

greutăţikg N/mm2 bar V

0 Sistem deschis 0 0 0 01 m1 0.378 0.0324 0.328 1.292 m1+m2 0.570 0.0490 0.494 1.943 m1+m2+m3 1.147 0.0988 0.995 3.924 m1+m2+m3+m4 1.724 0.1484 1.495 5.915 m1+m2+m3+m4+

m52.301 0.1981 1.995 7.9

6 m1+m2+m3+m4+m5+m6

2.878 0.2477 2.495 9.91

5 m1+m2+m3+m4+m5

2.301 0.1981 1.995 7.9

4 m1+m2+m3+m4 1.724 0.1488 1.495 5.913 m1+m2+m3 1.147 0.0988 0.995 3.922 m1+m2 0.570 0.0490 0.494 1.941 m1 0.378 0.0324 0.328 1.290 Sistem deschis 0 0 0 0


43


- se studiază lucrarea din îndrumar şi instalaţia din laborator;- se ajustează punctul de zero şi se citeşte tensiunea de ieşire a

traductorului;- se aşează masa de 0.328 g (pistonul); se citeşte tensiunea de ieşire a

traductorului şi se notează în tabelul pentru verificarea traductorului;- se aşează inelul de 0.166; se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului şi

se notează în tabelul pentru verificarea traductorului;- se adaugă pe rând inelele de 0,5 bar şi se citeşte tensiunea de ieşire a

traductorului care se notează în tabelul de valori pentru verificarea traductorului;

- se scot pe rând inelele de 0,5 bar şi se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului, apoi se scoate inelul de 0,166 bar şi se citeşte semnalul de ieşire al traductorului. Valorile se notează în tabel;

- se scoate pistonul şi se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului care se notează în tabel.

Verificarea traductorului de presiune

44


Nr. crt.

EtalonTraductor de

presiuneEroare relativă

Me

[kg] pe

[bar]Ue

[V]pt

[bar]Ut

[V]εp

[%]εt

[%]anexa anexa calcul măsura calcul calcul

1 0 0 02 0.378 0.328 1.293 0.570 0.494 1.944 1.147 0.995 3.925 1.724 1.495 5.916 2.301 1.995 7.97 2.878 2.495 9.918 2.301 1.995 7.99 1.724 1.495 5.9110 1.147 0.995 3.9211 0.570 0.494 1.9412 0.378 0.328 1.2913 0 0 0


Verificarea traductorului de presiune: - Se completează tabelul cu presiunile şi tensiunile etalon corespunzătoare

greutăţilor folosite (din anexa la lucrare);- se calculează presiunea măsurată cu ajutorul traductorului (vezi capitolul

2.2.4) din relaţia:

[bar]

- se calculează erorile relative de măsură pentru presiuni şi tensiuni, în funcţie de valorile etalon:

[%]

[%]

- se trasează graficele erorilor relative

45


- se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii.

Trasarea caracteristicii traductorului de presiune:

- se completează tabelul de mai jos cu valorile pt, Ut şi Ue din tabelul anterior;

- se calculează limita inferioară a semnalului de ieşire:

[V]

- se calculează limita superioară a semnalului de ieşire:

[V]

Caracteristica traductorului de presiuneNr. crt.

Presiune Tensiune măsurată

Tensiune teoretică (etalon)

Limita inferioară (-0,3%)

Limita superioară (+0,3%)

pt [bar] Ut [V] Ue [V] Uinf [V] Usup [V]12345...

Ue [V]

t

[%][ºC]

pe [bar]

p

[%]

46


- se trasează grafic caracteristica reala şi teoretică a traductorului, împreuna cu limitele de toleranţă;

- se verifică încadrarea caracteristicii reale în limitele de toleranţă şi se trag concluzii.

47

U [V]

Caracteristica traductorului (teoretică)

Limita inferioară

Limita superioară

p [bar]

Caracteristica traductorului (reală)


3. MĂSURAREA UMIDITĂŢII ATMOSFERICE

3.1. Scopul lucrării

Însuşirea modalităţii de măsură a umidităţii cu ajutorul psihrometrului şi a higrometrului cu fir de par.

3.2. Consideraţii teoretice

Aerul atmosferic reprezintă un amestec de gaze cu vapori de apă. Cantitatea de vapori de apă ce poate fi înmagazinată de aer (umiditatea) variază odată cu temperatura cu şi presiunea aerului. În anumite condiţii de temperatură şi presiune, aerul atmosferic se poate afla într-una din următoarele două situaţii:

o conţine cantitatea maximă de vapori de apă (umiditatea este maximă) – caz în care moleculele vaporilor de apă se află la presiunea de saturaţie corespunzătoare temperaturii atmosferice (psv)

o conţine o cantitate de vapori de apă mai mică decât cantitatea maximă de vapori (umiditatea este mai mică decât cea maximă) – caz în care moleculele vaporilor de apă din aer se află la o presiune parţială (pd) mai mică decât presiunea de saturaţie corespunzătoare temperaturii atmosferice (psv)

Umiditatea atmosferică poate fi atmosferică prin următoarele mărimi:

o Umiditatea absolută – care arată cantitatea de vapori de apă existentă în aer în unitatea de volum. Umiditatea absolută se determină ca raport între masa vaporilor de apă din aer şi volumul de aer:

[kg/m3]

unde:

48

mv – masa vaporilor de apă din aer, în [kg]V – volumul de aer umed, în [m3]

o Umiditatea relativă – care exprimă umiditatea absolută comparativ cu umiditatea maximă posibilă pentru condiţiile atmosferice date. Umiditatea relativă se determină ca raport dintre presiunea parţială a vaporilor de apă şi presiunea lor de saturaţie, la aceeaşi temperatură:

, valoare adimensională

sau:

[%]

unde:psv - presiunea de saturaţie a vaporilor de apă corespunzătoare

temperaturii atmosferice [bar] – se obţine din tabelele cu proprietăţile apei în funcţie de temperatură (tabelul 1)

pd - presiunea parţială a vaporilor de apă din aer [bar] – se obţine cu ajutorul unui aparat de măsură denumit psihrometru.

o Gradul de umiditate (conţinutul de umiditate) – arată care este cantitatea de apă comparativ cu cantitatea de aer umed. Gradul de umiditate se determină ca raport dintre masa vaporilor de apă şi masa aerului uscat:

[kgvap apa/kgaer uscat]

sau

[kgvap apa/kgaer uscat]

49

în care:φ - umiditatea relativă, adimensională; p - presiunea atmosferică (barometrică), în [mbar]psv - presiunea de saturaţie a vaporilor de apă corespunzătoare

temperaturii atmosferice, în [mbar] – se obţine din tabelele cu proprietăţile apei în funcţie de temperatură (tabelul 1)

3.2.1. Psihrometrul

Pentru desfăşurarea lucrării se utilizează două tipuri constructive de psihrometre: psihrometrul clasic cu termometru uscat şi termometru umed (aflat pe standul de temperaturi) şi psihrometrul Assmann cu ventilator mecanic.

Psihrometrul clasic

Termometrul uscat măsoară temperatura aerului la umiditatea atmosferică. Temperatura astfel măsurată se numeşte temperatura termometrului uscat.

Termometrul umed măsoară temperatura în condiţii de umiditate maximă, cu φ=100%. Acesta are bulbul învelit într-un săculeţ din bumbac umezit. Pentru a menţine săculeţul în stare umedă, un capăt al acestuia se află

50

rezervor cu apă

termometru umedtermometru

uscat

bulb învelit în săculeţ din bumbac

umed

imersat într-un rezervor umplut cu apă, umezirea realizându-se în mod continuu, prin capilaritate. Temperatura măsurată cu termometrul umed se numeşte temperatura termometrului umed.

Valoarea temperaturii termometrului umed este întotdeauna inferioară celei a termometrului uscat. Explicaţia este următoarea: datorită faptului că aerul nu este la umiditatea maximă (nu este saturat cu vapori de apă), o parte din apa cu care este îmbibat săculeţul se va evapora. Cu cât aerul este mai uscat (are mai puţină umiditate), cu atât se va evapora mai multa apă (pentru a se atinge starea de saturaţie). Pentru evaporare, apa consumă o cantitate de energie (sub forma de căldură latentă de evaporare), pe care o ia din aer. Ca urmare, temperatura măsurată cu termometrul umed va fi mai mică decât temperatura termometrului uscat, apropiindu-se cât mai mult de valoarea temperaturii de rouă. Diferenţa dintre cele două temperaturi va fi cu atât mai mare cu cât umiditatea atmosferică este mai mică, deci cu cât aerul este mai uscat şi are capacitatea de a se îmbogăţi cu vapori de apă.

Psihrometrul Assmann

Psihrometrul Assmann are în plus faţă de psihrometrul clasic un ventilator mecanic acţionat de un resort spiralat anterior tensionat prin intermediul unui şurub cu clichet. Cu ajutorul acestui ventilator se creează un curent de aer în jurul celor două termometre. Prin existenţa acestuia se îmbunătăţeşte schimbul de căldură cu mediul înconjurător, asigurându-se astfel o măsură mai bună într-un timp mai scurt (în special în cazul termometrului umed).

51

termometru uscat

termometru umed

vas cu apă

ventilator

bulb învelit în bumbac umed

3.2.2. Higrometrul cu fir de păr

Principiul de măsură se bazează pe proprietatea materialelor higroscopice de a se deforma în funcţie de umiditate. Materialul higroscopic utilizat este firul de păr uman, blond, degresat. Acesta este întins în suviţe, între o piesă fixă şi o piesă mobilă pusă în legătură cu un ac indicator şi menţinut permanent în stare tensionată cu ajutorul unui resort.Odată cu modificarea cantităţii de vapori de apă din aer, firul de păr îşi modifică lungimea, modificând astfel şi poziţia piesei mobile. Deplasarea acesteia este amplificată şi transmisă către un sistem indicator.

3.3. Procedeul de măsură

52

Piesă fixă

Piesă mobilă

Resort

Tijă de legătură

Ac indicator

- se studiază lucrarea din îndrumar şi instalaţia din laborator;- pentru cele două variante constructive ale psihrometrului se citesc:

o temperatura termometrului umed: tum [°C]o temperatura termometrului uscat: ta [°C]

Atenţie: în cazul psihrometrului Assmann, ventilatorul trebuie armat manual şi lăsat să funcţioneze un timp de aproximativ 5 minute înainte de efectuarea măsurătorilor.- se estimează presiunea barometrică: p în [mbar]- se citeşte umiditatea relativă [%] indicată de higrometrul cu fir de păr;- se completează mărimile în tabelul de rezultate.

Tabel rezultate

53

Mărimea UM Psihrometru Psihrometru Assmann

Higro-metru cu fir de par

Varianta 1 Varianta 2

Varianta 1 Varianta 2

tum ºC măsură măsură măsură măsură -

ta ºC măsură măsură măsură măsură -

p mbar măsură măsură măsură măsură -

Δt ºC calcul calcul calcul calcul -

pv mbar tabel 1 - tabel 1 - -

Pd mbar calcul - calcul - -

psv mbar tabel 1 tabel 1 tabel 1 tabel 1 -

φ - calcul calcul calcul calcul -

φ[%] % calcul tabel 2 calcul tabel 2 măsură

x - calcul calcul calcul calcul -

εφ % calcul calcul -

εx % calcul calcul

3.4. Prelucrarea datelor

54

Varianta 1 de calcul:

1. Diferenţa de temperatură psihrometrică

[°C]

2. Presiunea parţială a vaporilor de apă din aer:

[mbar]

unde:

pv – presiunea de saturaţie a apei la temperatura termometrului umed

[mbar] - se citeşte din tabelul 1

3. Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă, determinată în funcţie de temperatură termometrului uscat:


4. Umiditatea relativă:

, adimensională

sau:

[%]

5. Gradul de umiditate:

[kg apa/kg aer uscat]

Varianta 2 de calcul:

55

1. Diferenţa de temperatură psihrometrică

[°C]

2. Umiditatea relativă:

[%] - se citeşte din tabelul 2

În cazul în care valorile lui Δt sau ta nu se găsesc în tabel, umiditatea se va obţine prin interpolare în funcţie de valorile imediat inferioare sau superioare:

3. Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă, determinată în funcţie de temperatură termometrului uscat:


4. Gradul de umiditate:

[kg apa/kg aer uscat]

Nota:

În varianta 2, presiunea de saturaţie a vaporilor de apă se determină numai în cazul în care se doreşte calculul gradului de umiditate „x”.3.5. Anexe

Tabelul 1: Proprietăţile termodinamice ale apei în funcţie de temperatură

56

Δtta…Δt1ΔtΔt2……ta1φ1taφta2φ2…

Tabelul 2: Tabel cu valorile umidităţii relative pe baza temperaturilor psihrometrice

4. MĂSURAREA DEBITELOR

4.1.Obiectivul lucrării

58

tuscat [ºC] tumed - tuscat [ºC]

Umiditatea atmosferică relativă [%]

Constă în determinarea debitelor de fluide lichide (apă) cu ajutorul a trei tipuri uzuale de debitmetre:

- debitmetru rotametric;- debitmetru cu tub Venturi;- debitmetru cu diafragmă plată.

4.2. Metoda de măsură

Pentru a determina debitul cu rotametrul, metoda de măsură se bazează pe echilibrul forţelor de greutate, Arhimedică şi hidrodinamică ce se stabilesc asupra unui flotor liber, imersat în fluid, la un anumit debit care străbate secţiunea de curgere dintre acest flotor şi tubul cvasicilindric în care este introdus. Tubul cilindric este prevăzut cu o scară de măsură gradată inscripţionată pe exterior pe care se citeşte direct debitul, în l/min.

Pentru măsurarea debitelor cu ajutorul tubului Venturi şi al diafragmei plate metoda de măsură se bazează pe variaţia de secţiune care conduce la o variaţie a presiunii statice între secţiunile de intrare şi cele de ieşire din cele două aparate. Măsurarea acestei diferenţe de presiune conduce la determinarea pe cale analitică a debitului de fluid.

4.3. Descrierea standului de măsură

Standul de măsură se compune din următoarele elemente principale:

- bazin cu apa în circuit închis (din material plastic);- pompa de circulaţie cu turaţie variabilă comandată manual;- standul de măsură propriu-zis compus din tubul Venturi,

rotametrul şi diafragma legate în serie pe circuitul debitului de apă;

- sistemul de măsură al presiunilor statice cu manometre diferenţiale cu tuburi drepte (racordate la prizele de presiune al celor trei sisteme de măsură);

- elemente de racord cu furtun elastic, ventil de reglaj şi conducte din PVC pentru realizarea circuitului între bazin, pompă şi standul de măsură;

- supapa cu bilă pentru blocarea returului apei în rezervorul de stocare;

- tub gradat pentru stabilirea debitului prin litrare directă.

59

Vedere de ansamblu a sistemului de măsură a diferenţelor de presiune

Rotametrul

60

Diafragma de măsură

Tubul Venturi

61

4.4. Date tehnice privind sistemele de măsură

a) Pentru tubul Venturi:

- diametrul conductei în amonte : ;- aria transversală a secţiunii conductei în amonte de tub:

;

- diametrul secţiunii minime a tubului Venturi: ;

- aria secţiunii minime a tubului Venturi ;

- unghiul ajutajului convergent al tubului Venturi: ;

- unghiul ajutajului divergent al tubului Venturi: ;

b) Pentru diafragma plată:

- diametrul conductei în amonte de diafragmă: ;- aria transversală a secţiunii conductei în amonte de diafragma:

;

- diametrul secţiunii minime a orificiului diafragmei: ;

- aria secţiunii minime a orificiului: ;

c) Prizele de presiune statică:

Prizele de presiune statică sunt astfel amplasate astfel încât manometrele diferenţiale să poată măsura diferenţele de presiune create de aparatele de măsură, astfel:

- - presiunea diferenţială pe ajutajul convergent al tubului Venturi;- - pierderea de presiune remanentă pe tubul Venturi;

- - pierderea de presiune remanentă pe tubul rotametric;- - presiunea diferenţială pe diafragmă;

62

- - pierderea de presiune remanentă pe diafrgmă;

4.5. Formule de calcul

Relaţiile de calcul pentru determinarea debitelor de fluid se bazează pe principiul de definiţie a debitului volumetric sau pe aplicarea legii lui Bernoulli pentru fluide incompresibile în curgere izotermă şi staţionară.

a) determinarea directă a debitului:

Se foloseşte metoda litrării, care constă în măsurarea unui volum de apă bine determinat (măsurat prin intermediul tubului gradat după închiderea returului din vas cu ajutorul supapei cu bilă) şi al timpului scurs până la atingerea acelui volum:

b) determinarea debitului cu ajutorul rotametrului:

Se citeşte indicaţia de pe scara gradată în dreptul suprafeţei plane superioare a flotorului, în l/min şi se împarte la 60.000 pentru a afla debitul în m3/s;

c) determinarea debitului volumetric cu tubul Venturi:

Relaţia analitică de calcul a debitului volumetric este:

unde: - este constanta de debit a tubului Venturi determinată

experimental; - este presiunea diferenţială pe tubul

63

Venturi; - este densitatea apei la temperatura de lucru ( ρ = 992 kg/m3 )

d) determinarea debitului volumetric cu diafragma de măsură:

Relaţia analitică de calcul a debitului volumetric este:

unde: - este constanta de debit a tubului Venturi determinată

experimental; - este presiunea diferenţială creată de

orificiul diafragmei; - este densitatea apei la temperatura de lucru ( ρ = 992 kg/m3 )4.6. Modul de lucru

- Se porneşte pompa de la comutatorul electric amplasat pe panoul bazinului de apă şi imediat se deschide robinetul de refulare al standului de măsură;

- Se realizează apoi, dacă este cazul o contrapresiune cu ajutorul pompei de aer pe sistemul de măsură al manometrelor diferenţiale, în scopul posibilităţii de măsură a presiunilor pentru toate sistemele de pe stand. Nivelul de contrapresiune este opţional şi se va stabili aproximativ la jumătatea sticlelor de nivel pentru a putea realiza regimuri de debite în întreaga gamă posibilă a standului;

- Se reglează apoi o turaţie convenabilă cu ajutorul potenţiometrului pompei, amplasat pe bazinul de apă imediat sub comutatorul electric;

- După stabilizarea regimului (cca. 10 – 15 sec) se face primul set de măsurători;

- Se modifică uşor turaţia pompei şi deci implicit şi debitul şi apoi se procedează la următorul set de măsurători.

În acest mod se realizează cel puţin trei seturi de măsurători la debite diferite.După încheierea tuturor regimurilor de lucru se va închide mai întâi robinetul de refulare şi apoi imediat se va opri pompa de circulaţie.

4.7. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor

64

Pentru fiecare regim de lucru în parte se vor înregistra datele măsurate într-un tabel conform modelului de mai jos:

Tabel 1. Valorile mărimilor măsurate

Reg

imul

de

lucr

uV

olum

co

lect

at

Tim

pul

măs

urat

Deb

itul

ro

tam

etri

c h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8

(m3) (sec) (l/min) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)123

4.8. Calculul mărimilor şi prelucrarea rezultatelor

Pe baza măsurătorilor efectuate şi al relaţiilor de calcul prezentate anterior se vor face calculele de debite şi se vor determina erorile relative faţă de valoarea debitului determinat prin litrare directă. Astfel erorile relative au următoarele expresii analitice:

- eroarea relativă de debit măsurat cu rotametrul:

- eroarea relativă de debit măsurat cu tubul Venturi:

- eroarea relativă de debit măsurat cu diafragma:

Rezultatele calculelor se vor prezenta sub forma tabelului de mai jos:

Reg

imul

de

lucr

uD

ebit

pri

n li

trar

e(Q

t)

Deb

it

rota

met

ru

Deb

it

Ven

turi

Deb

it

diaf

rgm

a

ε1ε2 ε3 Observaţii

65

(m3/s)

(m3/s)

(m3/s)

(m3/s)

(%) (%) (%)

123

În final se vor trage concluziile referitoare la rezultatele măsurătorilor.

Vedere de ansamblu al standului de măsură debite

66

5. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE

5.1. Obiectivul lucrării

Determinarea experimentală a coeficienţilor de pierderi locale de presiune ξ pentru diferite elemente de conductă: variaţii bruşte de secţiune, coturi, curbe, fitinguri, pe baza măsurării pierderilor de presiune.

5.2. Metoda de măsurare

Metoda de lucru constă în măsurarea pierderilor de presiune locale cu ajutorul manometrelor cu lichid, pentru diferite debite stabilite în timpul lucrării.

Elemente teoretice:

Pierderile locale de presiune se datorează în principal creşterii turbulenţei curgerii în elementele locale de conductă şi sunt exprimate de relaţia:

unde:ξ – coeficient de pierderi locale de presiune;w – viteza fluidului corespunzătoare secţiunii de intrare în elementul considerat, [m/s] ;g – acceleraţia gravitaţională, 9,81 m/s2 .

Din relaţia de mai sus se determină coeficientul de pierderi locale de presiune ξ pentru o anumită viteză a fluidului, corespunzătoare debitului volumic stabilit.

67

Pentru determinarea coeficientului de pierderi locale se calculează viteza fluidului pornind de la ecuaţia de debit:

de unde rezulta :



- bazin cu apă în circuit închis (din material plastic);- pompă de circulaţie cu turaţie variabilă comandată manual;- standul de măsură propriu-zis compus din elemente provocatoare

de pierderi locale de presiune: o lărgire bruscă de secţiune, (1); o îngustare bruscă de secţiune, (2);o ştuţ de racord, (3); o curba continuă la 900, (4); o cot racordat la 900, (5);o cot drept unghiular la 900, (6) o robinet de reglare;

- sistemul de măsură al presiunilor statice cu manometre diferenţiale cu tuburi drepte (racordate la prizele de presiune ale sistemelor de analiză);

- elemente de racord cu furtun elastic, ventil de reglaj şi conducte din PVC pentru realizarea circuitului între bazin, pompă şi standul de măsură;

- supapă cu bilă pentru blocarea returului apei în rezervorul de stocare;

- tub gradat pentru stabilirea debitului prin litrare directă.

68

Schema de principiu a standului de măsură a pierderilor de presiune locale

Vedere de ansamblu stand – pierderi locale de presiune -

DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE

5.4. Date tehnice privind sistemele de măsură

- diametrul interior al conductelor de secţiune redusă : di = 0,0196 m;

- diametrul interior al conductelor de secţiune mărită : di = 0,0260 m;

- (1), (2), (3), (4), (5), (6) – manometre cu tub vertical pentru măsurarea presiunilor amonte/aval de elementele generatoare de pierderi locale de presiune;

- manometru diferenţial cu tub Bourdon pentru diferenţa de presiune pe robinetul de reglare.

5.5. Modul de lucru

- Se porneşte pompa de la comutatorul electric amplasat pe panoul bazinului de apă şi se deschide complet robinetul de reglare al standului de măsură;- Se reglează apoi o turaţie convenabilă cu ajutorul potenţiometrului pompei, amplasat pe bazinul de apă imediat sub comutatorul electric;- După stabilizarea regimului (cca. 10 – 15 sec) se procedează la măsurarea debitului prin litrare, pentru turaţia astfel stabilită, în modul următor:

o se închide cu ajutorul supapei cu bilă din cauciuc recircularea apei către bazinul standului;

o se urmăreşte pe sticla de nivel de pe bazinul rezervorului (amplasată lângă comutatorul pompei) când apa atinge nivelul zero şi se porneşte imediat un cronometru;

o se opreşte cronometrul când nivelul apei în sticla de nivel atinge orice valoare dorită, de volum de apă acumulat, exprimat în litri (marcată pe sticla de nivel);

o se face apoi raportul dintre acest volum şi timpul cronometrat determinându-se astfel debitul circulat prin instalaţie, în (l/s) pentru turaţia stabilită.

- Se procedează în continuare la citirea manometrelor cu apă şi tub vertical, pentru fiecare element de conductă în parte;- Se înregistrează valorile în tabelul prezentat la paragraful 6

71


- Se modifica uşor turaţia pompei şi deci implicit şi debitul şi apoi se procedează la următorul set de măsurători.În acest mod se realizează cel puţin trei seturi de măsurători la debite diferite.După încheierea tuturor regimurilor de lucru se va închide mai întâi robinetul de reglare şi apoi imediat se va opri pompa de circulaţie.

5.6. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor

Pentru fiecare regim de lucru în parte se vor înregistra datele măsurate într-un tabel conform modelului de mai jos:

Valorile mărimilor măsurate

Ele

men

tul d

e co

nduc

tăco

nsid

erat

Man

omet

ruam

onte

h1

[m]

Man

omet

ruav

alh

2 [m

]Δ

ph

1-h

2

Tim

pm

ăsur

at

Vol

umac

umul

at

Deb

it Q

v

[m3 /s

] (e

c. 5

)

Vit

eza

w[m

/s]

(ec.

4)

Coe

fici

ent

de p

ierd

eri

loca

leξ

(ec.

2)

Regimul 1Lărgire bruscă de secţiune (1)Îngustare bruscă de secţiune, (2)Stuţ de racord, (3)Curbă continuă la 900, (4)Cot racordat la 900, (5)Cot drept unghiular la 900, (6)

Regimul 2Lărgire

72

DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE

bruscă de secţiune (1)Îngustare bruscă de secţiune, (2)Stuţ de racord, (3)Curbă continuă la 900, (4)Cot racordat la 900, (5)Cot drept unghiular la 900, (6)

Regimul 3Lărgire bruscă de secţiune (1)Îngustare bruscă de secţiune, (2)Stuţ de racord, (3)Curba continuă la 900, (4)Cot racordat la 900, (5)Cot drept unghiular la 900, (6)

5.7. Prelucrarea datelor

73


Pe baza măsurătorilor efectuate şi al relaţiilor de calcul prezentate anterior se vor trasa diagramele de variaţie a coeficientului de pierderi locale de presiune funcţie de viteză, pentru fiecare element de conductă în parte.

Se va obţine apoi funcţia de regresie ξ = ξ(w).Exemplu( realizat în excel):

Variatia coeficientului de pierderi locale de presiune

y = 0.1861x2 + 0.7121x + 0.7274R2 = 1

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Viteza w [m/s]

Co

ef. d

e p

ierd

eri l

oca

le

74

6. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LINIARE DE PRESIUNE. DISTRIBUŢIA DE DEBITE ÎNTR-O REŢEA DE CONDUCTE

6.1. Obiectivul lucrării

Determinarea experimentală a coeficienţilor de pierderi liniare de presiune f pentru diferite conducte de diametre: Ф = 13; 17,5; 22 mm şi a distribuţiei de debite pentru diferite configuraţii de sisteme de conducte: serie, paralel, inelare, buclate etc.

75

6.2. Metoda de măsurare

Metoda de lucru constă în măsurarea pierderilor de presiune liniare cu ajutorul manometrelor cu lichid, pentru diferite debite stabilite în timpul lucrării.

Elemente teoretice:

Pierderile liniare de presiune ∆plîn se datorează în principal frecării fluidului în curgere cu pereţii conductei precum şi al frecării între straturile de fluid în timpul curgerii.Relaţia analitică este dată de expresia:

unde:f – coeficient de pierderi liniare de presiune;w – viteza fluidului în conductă, [m/s] ;di – diametrul interior al conducteig – acceleraţia gravitaţională, 9,81 m/s2 ;ρ – densitatea apei la 20ºC (998 kg/m3)

De asemenea, coeficientul de frecare liniară se poate determina şi din expresia pierderilor de presiune funcţie de debitului volumetric transvazat prin elementul de conductă, după relaţia:

de unde rezultă valoarea coeficientului de frecare:



- bazin cu apă în circuit închis (din material plastic);- pompa de circulaţie cu turaţie variabilă comandată manual;- standul de măsură propriu-zis compus din elemente de conductă

supuse analizei, de aceeaşi lungime l= 0,7 m; o un tronson de diametru interior Ф=22,5 mm; o două tronsoane de diametru interior Ф=17,5 mm; o două tronsoane de diametru interior Ф=13,0 mm;

- sistemul de măsură al presiunilor statice cu manometre diferenţiale cu tuburi drepte (racordate la prizele de presiune ale sistemelor de analiză);

- elemente de racord cu furtun elastic, ventile de reglaj, elemente de racord din PVC pentru realizarea configuraţiilor dorite;

- pompa de circulaţie submersibilă de putere maximă P = 0,55 kW la 2800 rot/min;

- robinete de separare;- supapa cu bilă pentru blocarea returului apei în rezervorul de

stocare;- tub gradat pentru stabilirea debitului prin litrare directă:

o cu nivel scăzut (fin) de reglaj în plaja 0 – 6 litri/min;o cu nivel ridicat de reglaj în domeniul 0 – 40 litri/min;

Schema de principiu a standului de măsură pentru configuraţii complexe de reţele de conducte

6.4. Lista lucrărilor

Pe standul sus prezentat se pot efectua cinci tipuri de lucrări şi anume: Determinarea coeficientului de pierderi lineare de presiune; Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o

reţea de conducte legate în paralel; Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o

reţea de conducte legate în serie; Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o

reţea de conducte inelara; Determinarea pierderilor de presiune şi a caracteristicii de debit

pentru trecerea de la două conducte legate in paralel la o singură conductă.

6.4.1. Determinarea coeficientului de pierderi lineare de presiune

Pentru realizarea schemei se vor utiliza trei tipuri de conducte cu diametrele de Ф=13,0 mm; Ф=17,5 mm şi Ф=22,0 mm, montate în paralel şi separabile din punct de vedere al funcţionării prin intermediul unor robinete de izolare.

Schema de principiu a standului de măsură pierderi de presiune liniare

Pentru realizarea măsurătorilor se procedează în modul următor:

- se deschid robinetele de izolare la toate cele trei tronsoane de conductă legate în paralel;

- se porneşte pompa şi se reglează turaţia astfel să se asigure un debit relativ mic (cca. 5 l/min);

- se închid robinetele de izolare la două din cele trei conducte, lăsându-se deschis numai robinetul de la tronsonul pentru care se fac determinările. Se începe cu tronsonul de diametru cel mai mic;

- se închide supapa cu bila din cauciuc pentru evitarea returnării în bazinul de stocare a apei;

∆H=H1-H2

H1 H2

Qv

Ф1=13 mm

Ф3=22 mm

Ф2=17,5 mm

Manometru diferenţialTip U

- se determină debitul de apa transvazat (prin litrare) în zona de măsură, prin măsurarea timpului între două repere arbitrare stabilite pe sticla de nivel;

- se măsoară diferenţa de presiune ∆H = H1-H2 pe manometrul diferenţial cu tub U;

- se înregistrează datele în tabelul de măsurători;- se modifică apoi debitul şi se repetă operaţiile anterioare;- se fac cinci seturi de determinări pentru fiecare tronson de

conductă în parte;Rezultatele măsurătorilor

Diametrul conductei

(mm)

Dif. de presiune

∆H1-2

(mm)

Volumul de apă

V(litri)

Timpul măsurat

t(sec)

Debitul volumic

Qv(l/sec)

Coef. de frecare

frel.(3)

Ф = 13

Ф = 17,5

Ф = 22

Pe baza rezultatelor obţinute în timpul măsurătorilor se vor determina coeficienţii de pierderi liniare de presiune punctuali şi se vor trasa graficele pierderilor de presiune şi cele ale coeficienţilor de pierderi liniare, în funcţie de debitul de fluid ∆H1-2 = f(Qv); f = f(Qv), conform diagramelor exemplificative.

Variatia pierderilor de presiune liniare functie de debitul volumic

y1 = 0.0629x2 + 1.1029x + 0.3429

y2 = 0.0714x2 + 0.2714x + 0.5714

y3 = 0.0457x2 + 0.2057x + 0.2857

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20

Debit volumic (l/s)

Pie

rderi

de p

resiu

ne lin

iare

(mm

co

l ap

a)

Ф 1 = 13 mm Ф 2 = 17,5 mm Ф 3 = 22 mm

Variaţia pierderilor de presiune liniare pentru cele trei tipuri de conducte (model exemplificativ)

Variatia coeficientului pierderilor de presiune liniare functie de debitul volumic

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 5 10 15 20

Debit volumic (l/s)

Co

efic

ien

tul d

e p

ierd

eri d

e p

resi

un

e lin

iare

f

Ф 1 = 13 mm Ф 2 = 17,5 mm Ф 3 = 22 mm

Variaţia coeficientului pierderilor de presiune liniare f pentru cele trei tipuri de conducte (model exemplificativ)

6.4.2. Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în paralel

Se realizează legăturile fizice ale conductelor în paralel, prin intermediul fitingurilor filetate şi al robinetelor de racordare.Se procedează în mod asemănător lucrării 5.1. prin stabilirea unor debite totale din variatorul de turaţie al pompei de circulaţie şi al citirilor timpilor, volumelor transvazate în aceşti timpi, precum şi al diferenţelor de presiune citite pe manometrul diferenţial.

Schema de principiu a standului de măsură pierderi de presiune liniare şi distribuţie de debite pentru conductele racordate în paralel

∆H=H1-H2

H1 H2

Qv_total

Ф1=13 mm

Ф

3=22 mm

Ф2=17,5 mm


Ф4=13 mm

Q1

Q2

Q3

Q4

Qtot

Q1

Q4

Q3

Q2

Qtot

Ф1

Ф2

Ф3

Ф4

H1H2

∆H

H

H1

H2

Caracteristic funcţionării în paralel a unui sistem de conducte este faptul că pierderea de presiune totală este aceeaşi pentru fiecare dintre conducte şi egală cu:

De asemenea, debitul total de fluid este suma debitelor pentru fiecare dintre conductele configuraţiei paralel:

Debitul volumic de fluid ce transvazează o secţiune este dat de relaţia:

Se scoate expresia vitezei şi rezultă o nouă formă a pierderilor de presiune liniare:

unde s-a considerat densitatea apei ρ =1000 kg/m3.

În consecinţă din ecuaţia de mai sus se poate determina în prima aproximaţie debitele de fluid pe fiecare ramură j:

unde fj’ se va lua din diagrama trasată la lucrarea anterioară pentru un debit

mediu Qv med = Qv tot/4 şi pentru diametrul conductei corespunzătoare.

Apoi, pentru aceste debite determinate la iteraţia (’) se vor reciti în aceeaşi diagrama noile valori ale coeficienţilor de frecare liniară fj

” şi pe baza relaţiei de calcul se vor determina debitele volumetrice reale prin ramurile configuraţiei paralel.Se va verifica bilanţul de debite.

Rezultatele măsurătorilor

Rezultatele măsurătorilorTestul ∆H1-2

(mH2O)Volumul măsurat

(litri)

Timpul măsurat

(sec)

Debit volumic

(l/s)1234

Rezultatele calculelor

Rezultatele calculelorTestul Qv1

(m3/s)Qv2

(m3/s)Qv3

(m3/s)Qv4

(m3/s)Σ Qvi

(m3/s)1234

6.4.3. Determinarea caracteristicii reţelei şi a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în serie

Se realizează legăturile fizice ale conductelor înseriate, prin intermediul fitingurilor filetate şi al robinetelor de racordare, conform schemei din fig.6.Se procedează în mod asemănător lucrării 5.1. prin stabilirea unor debite totale din variatorul de turaţie al pompei de circulaţie şi al citirii timpilor, volumelor transvazate în aceşti timpi, precum şi al diferenţelor de presiune citite pe manometrul diferenţial.

Schema de principiu a standului de măsură pierderi de presiune liniare pentru o reţea de conducte în serie

Caracteristica principală a legării în serie a conductelor o constituie faptul că debitul volumetric care traversează toate tronsoanele este acelaşi:

∆H=H1-H4

H1

H3Qv

Ф1=13 mm

Ф3=17,5mm

Ф2=22 mm


D1, L1 D2, L2D3, L3

L (m)

∆H (mH2O)

∆H1∆H2

∆H3

Qv

H4

H2

De asemenea, în ceea ce privesc pierderile de presiune totale acestea reprezintă suma pierderilor de presiune pe fiecare tronson în parte:

Se vor efectua cinci regimuri de lucru corespunzătoare la cinci debite stabilite din variatorul de turaţie al pompei de circulaţie.

Rezultatele măsurătorilor şi calculelor se vor înregistra în tabel.

Rezultatele măsurătorilor şi calculelorTest Volum

(litri)Timp(sec)

Debit(l/s)

∆H1-2

(m)∆H2-3

(m)∆H3-4

(m)Σ∆H

(rel.10)(m)

∆H1-4

(m)

12345

În final se vor compara rezultatele calculelor cu cele determinate prin măsurători

6.4.4. Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte inelară

Se realizează legăturile fizice pentru cele patru conducte, prin intermediul fitingurilor filetate şi al robinetelor de racordare.Se procedează în mod asemănător lucrării 5.1. prin stabilirea unor debite totale din variatorul de turaţie al pompei de circulaţie şi al citirii timpilor, volumelor transvazate în aceşti timpi, precum şi al diferenţelor de presiune citite pe manometrul diferenţial.

Schema de principiu a standului de măsură pierderi de presiune liniare şi caracteristica de debit pentru o reţea inelară

Lucrarea constă practic din realizarea unei reţele inelare cu patru noduri. Printr-un nod se introduce debitul total Qint, iar prin celelalte trei se scot

∆H=H1-H4

H1 H3Qint

Ф1=13 mm

Ф4=17,5mm

Ф2=22 mm


Qies4

H2

Qies2

Qies3 H4

Ф3=13 mm

Qint

Qies2

Qies3

Qies4

H1

H2

H3

H4

Q1

Q3

Q4

Q2Ф1

Ф3

Ф2

Ф4

debitele Qies1,2,3,4. În consecinţă, prin laturile reţelei se stabilesc debitele de circulaţie Q1,2,3,4 şi corespunzător pierderile de presiune ∆H1-2, ∆H2-3 , ∆H3-4 ,

∆H4-1.

Pierderile de presiune se vor măsura cu ajutorul manometrului diferenţial pentru cinci seturi de debite totale intrate, stabilite din variatorul de turaţie al instalatei de pompare.Debitele evacuate din nodurile reţelei se determină prin litrare în rezervorul de măsură.

Debitele de circulaţie prin ramurile reţelei se vor determina prin calcule având în vedere ecuaţiile de conservare ale debitelor de fluid, pe total cât şi pentru fiecare nod în parte:

Ecuaţia generală:

Ecuaţia în nodul 2:



Rezultatele măsurătorilor şi calculelor se vor înregistra în tabelele de mai jos.

Rezultatele măsurătorilor Rezultalele măsurătorilor

Test Volum(litri)

Timp(sec)

Debit(l/s)

∆H1-2

(m)∆H2-3

(m)∆H3-4

(m)∆H4-1

(m)123

Rezultatele calculelorRezultatele calculelor

Test Q1

(m3/s)Q2

(m3/s)Q3

(m3/s)Q4

(m3/s)Qies2

(m3/s)Qies3

(m3/s)Qies4

(m3/s)Σ Qies

(m3/s)

123

6.4.5. Determinarea pierderilor de presiune şi a caracteristicii de debit pentru trecerea de la două conducte legate in paralel la o singura conducta

Se realizează legăturile fizice pentru configuraţia de trecere de la două conducte cu curgere paralelă la una comună care însumează cele două debite, prin intermediul fitingurilor filetate şi al robinetelor de racordare, conform schemei de mai jos.

Se procedează în mod asemănător lucrărilor anterioare prin stabilirea unor debite totale din variatorul de turaţie al pompei de circulaţie şi al citirii timpilor, volumelor transvazate în aceşti timpi, precum şi al diferenţelor de presiune citite pe manometrul diferenţial.

Schema de principiu a standului pentru determinarea caracteristicii unei reţele de conducte cu reducere de la două conducte paralel la una serie

În cadrul lucrării debitul total pompat se transmite prin două conducte de diametre diferite Ф1 şi Ф3 şi debite Q1 şi Q3 şi se recompune în cea de-a treia conductă de diametru Ф2.

Q1Q2

Q3

Ф1

Ф3 Ф2

∆H=H1-H2

H1Qint

Ф1=13 mm

Ф3=17,5mm

Ф2=22 mm

Manometru Diferenţial tip U

H2

Q1

Q3

Q2

Lungimile celor trei conducte sunt egale, iar studenţii vor măsura diferenţa de presiune pe conductele cu curgere paralelă şi ulterior pe cea comuna. Relaţia de legătură este cea de conservare a debitului:

Măsurătorile se vor efectua pentru cinci valori de debite diferite, iar rezultatele se vor consemna în tabelele de mai jos pentru conductele cu curgere paralelă, precum şi pentru conducta comuna.

Rezultatele măsurătorilor numai pentru conductele serieRezultate măsurători conducte paralele

Test Volum(litri)

Timp(sec)

Debit(l/s)

∆H1-2

(m)12345

Rezultatele măsurătorilor pentru conductele dubletRezultate măsurători conductă comună

Test Volum(litri)

Timp(sec)

Debit(l/s)

∆H1-2

(m)12345

Se vor trasa graficele pierderilor de presiune funcţie de debit :∆H1-2 = f (Q), conform exemplului de mai jos.

∆H1-2

Q

Conductă curgere paralelă

Conductă curgere comună

Reprezentarea grafică a pierderilor de presiune funcţie de debit

De asemenea se va verifica egalitatea dintre pierderile de presiune din conductele paralele, prin relaţia:

Indrumar MMNE

Documents

Transcript of Indrumar MMNE