Îndrumar de laborator - dpue.energ.pub.rodpue.energ.pub.ro/files/indrumare/indrumar_mne.pdf ·...

Îndrumar de laborator

MĂSURAREAMĂRIMILOR

NEELECTRICE

Ioana OprişPetre Blaga

1

PREFAŢĂ

Laboratorul 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

fimiliariza studenţii facultăţii de Energetică cu metodele moderne de

măsurare a următoarelor mărimi:

- măsurarea temperaturilor;

- măsurarea presiunilor;

- măsurarea vitezelor;

- măsurarea debitelor;

- măsurarea nivelelor;

- măsurarea concentraţiilor de gaze;

- măsurarea umidităţii gazelor;

- măsurarea cuplurilor de forţe;

- măsurarea pierderilor de presiune locale;

- măsurarea pierderilor de presiune liniare;

- distribuţia 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 Energei, precum şi al Decanatului

facultăţii de Energetică în realizarea şi editarea acestui îndrumar, absolut

necesar procesului de educare tehnică a studenţilor facultăţii de Energetică.

Autorii

2 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR

CUPRINS

DESCRIERE LABORATOR 5

1. 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 23

1.2. 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 26

1.3. Inerţia termică a termometrelor electrice

(termorezistenţa, termistorul, termocuplul)

28





1.4. Verificarea senzorului termometrelor rezistive

(termorezistenţa, termistorul)

31





1.5. Verificarea traductorului termorezistenţei 33





3

2. MĂSURAREA PRESIUNILOR 36

2.1. Determinarea constantei micromanometrului cu

tub înclinat cu ajutorul micromanometrului Askania

36


2.1.2. Consideraţii teoretice

- Micromanometrul Askania

- Micromanometrul cu tub înclinat

36



2.2. Verificarea unui traductor de presiune. Trasarea

caracteristicii traductorului de presiune

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



3. MĂSURAREA UMIDITĂŢII ATMOSFERICE 52

3.1. Scopul lucrării 52

3.2. Consideraţii teoretice 52

3.2.1. Psihrometrul

- Psihrometrul clasic

- Psihrometrul Assmann

54

3.2.2. Higrometrul cu fir de păr 56

3.3. Procedeul de măsură 57

3.4. Prelucrarea datelor 59

3.5. Anexe 61

4. MĂSURAREA DEBITELOR 63

4.1. Obiectivul lucrărilor 63

4.2. Metoda de măsurare 63

4.3. Descrierea standului de măsură 63

4.4. Date tehnice privind sistemele de măsură 66

4.5. Formule de calcul 67

4.6. Modul de lucru 69

4.7. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor 69


4.8. Calculul mărimilor şi prezentarea rezultatelor 70

5. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE

PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE

72

5.1. Obiectivul lucrării 72



5.4. Date tehnice privind sistemele de măsură 75

5.5. Modul de lucru 75

5.6. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor 76

5.7. Prelucrarea datelor 77


PIERDERI LINIARE DE PRESIUNE.

DISTRIBUŢIA DE DEBITE INTR-O REŢEA DE

CONDUCTE

79

6.1. Obiectivul lucrărilor 79



6.4. Lista lucrărilor 82

6.4.1. 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


distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate

în serie

89


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


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.


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.

7

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


- 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

9

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


- 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.

11

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.


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.

13

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


Analizorul concentraţiei de gaze prin absorbţie în infraroşu

tip INFRALYT

DESCRIEREA LABORATORULUI 15

1. MĂSURAREA TEMPERATURILOR

1.1. Standul pentru măsurarea temperaturilor

1.1.1. Prezentarea standului de măsură

1 – suport

2 – cutie depozitare

3 – priza alimentare tensiune

220 V

4 – priza alimentare tensiune

variabilă

5 – întrerupător principal

6 – rezistenţe de 10, 100, 1000 Ω

7 – multimetru digital

8 – afişaj digital pentru Pt100

9 – afişaj digital pentru termistor

10 – afişaj digital pentru

termocuplul de tip K

11 – termometru cu mercur

12 – termometru bimetalic

13 – termometru manometric

14 – vas izolat

15 – psihrometru

16 – reşou electric nisip

17 – baie termostatată


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.

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

1 – ac indicator

2 – bimetal

3 – legătura fixă

4 – teaca

protectoare

5 – 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

1 – display digital

2 – mufa Pt-100

3 – Mufe pentru simularea Pt-

100

4 – Mufe pentru rezistenţe (10,

100 si 1000 Ω)

5 – Mufe laborator (ieşire

0 – 10V)

19

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.

1 – Display digital

2 - Mufe laborator (termistor

NTC)

3 - Mufe laborator (ieşire

0 – 10V)


Termocuplul

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),.

1 – Display digital

2 – Mufa termocuplu

3 - Mufe laborator (ieşire 0 –

10V)

21

1.1.4. Panoul de comandă al băii termostatate

Afişaj:

Sus: indicatori de control

Linia 1: Valoarea instantanee

Linia 2: Temperatura de lucru (setpoint)

S xxx.xx

Linia 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.

23

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


- rezistenţa: R50 = 359.3 şi

R25 = 886.2 Ω



Termocuplul:

- senzorul de temperatură: termocuplu tip K





Tabelul 1. Rezistenţa Pt-100 conform DIN IEC 751

Valoarea rezistenţei în [Ω]

25

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


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


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

Tabel măsurători:

Termometru Notaţie Regimul de lucru

1 2 3 4 5

Temperatura 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: verificata tt 0 [ºC]

o eroarea relativă: 1000

0

%

t

tt verificat [ºC]

27

Tabel erori absolute:


1 2 3 4 5


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:


1 2 3 4 5


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]

% [%]

o [

º

C

]

t0 [ºC]

a [ºC]

o [

º

C

]


1.3. Inerţia termică a termometrelor electrice

(termorezistenţa, termistorul, termocuplul)


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 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 albastră

o canalul 2: termistorul, curba roşie

o 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)

29

- 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

Tabel timp răspuns:

Timpul Termorezistenţa Termistorul Termocuplul

t1 [ºC] t2 [ºC] t3 [ºC] [sec] ح

0

.....

.....

.....

….

Momentul

aplatisării

curbei


- 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):

initialfinal ttT 632,0 [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):

T 995,25 [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):

T 912,32 [sec]


31

1.4. Verificarea senzorului termometrelor rezistive

(termorezistenţa, termistorul)


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.


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 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 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

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

diferite

Tabel măsurători:

Termometru Notaţie Sursa Regimul de lucru

1 2 3 4 5

Etalon tet [ºC] măsura

Ret [Ω] calcul

Termorezistenţa R1 [Ω] măsura

Termistorul 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: verificatetR RR [Ω]

o eroarea relativă: 100%

et

verificatet

RR

RR [%]

Tabel erori absolute rezistenţe:

Termometrul Notaţie

[UM]

Regimul de lucru

1 2 3 4 5

Etalon Ret [ºC]

Termorezistenţa εR1 [ºC]

Termistorul εR2 [ºC]

33

Tabel erori relative rezistenţe:

Termometrul Notaţie

[UM]

Regimul de lucru

1 2 3 4 5

Etalon 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

tet [ºC]

R% [%]

o [

º

C

]

tet [ºC]

R [Ω]

o [

º

C

]



1.1): termorezistenţa.


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

mărime

Regimul de lucru

R=10

[Ω]

R=100

[Ω]

R=110

[Ω]

Etalon Ret [Ω] setat

tet [ºC] calcul

Termorezistenţa

t1 [ºC] măsură

ε1 [ºC] calcul

ε%1 [%] calcul

Termistorul

t2 [ºC] măsură

ε2 [ºC] calcul

ε%2 [%] 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: verificatetalon tt [ºC] ;

35

o eroarea relativă: 100%

etalon

verificatetalon

t

tt [%] ;

- se trasează graficele de variaţie ale erorilor absolute şi relative


tet [ºC]

R% [%]

o [

º

C

]

tet [ºC]

R [Ω]

o [

º

C

]

37

2. MĂSURAREA PRESIUNILOR

2.1. Determinarea constantei micromanometrului cu tub

înclinat cu ajutorul micromanometrului Askania


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.

RF RM


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).

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:

p1 = p2

p1 > p2

p1 < p2


3102

askOHask hgp [N/m2]

unde:

OH2 - densitatea lichidului manometric din aparat

(apa: 10002OH kg/m

3);

g - acceleraţia gravitaţională (g = 9,81 m/s2);

Δhask - denivelarea citită [mm].

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:

3

2

2

2

13 10sin10

kL

d

dLgHgpti [N/m

2]

unde:

- densitatea lichidului manometric din aparat (apa: 10002OH kg/m

3);

g - acceleraţia gravitaţională (g = 9,81 m/s2);

H – denivelarea coloanei de lichid ims

L – lungimea coloanei de lichid în tub imms

- unghiul de înclinare al tubului faţă de orizontală

d1, d2 – diametrul tubului, rezervorului

k - constanta aparatului [N/m3]

39

Constanta aparatului depinde de densitatea lichidului manometric utilizat şi

de caracteristicile constructive ale aparatului (poziţia tubului înclinat,

diametrul tubului înclinat şi cel al rezervorului):

2

2

2

1sind

dgk

Pentru aparatul utilizat d2 >> d1, ceea ce face ca raportul 2

2

2

1

d

d să fie foarte

mic, neglijabil. Ca urmare, constanta k se poate exprima cu suficientă

precizie prin relaţia:

sin gk [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.

crt.

Δhask

(mm)

Δpask

(N/m2)

Δpti

(N/m2)

L

(mm)

K

(N/m3)

K*

(N/m3)

măsura calcul calcul măsura Calcul calcul

1

2

3

4

5


- se calculează Δpask conform relaţiilor date la capitolul 2.1.2

- ţinând seama că ambele micromanometre au măsurat aceeaşi

presiune, rezultă askti pp

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

310

L

pk ti [N/m

2]

- constanta aparatului se estimează ca valoare medie a valorilor

obţinute în cele cinci seturi de măsurători:

n

i

ikn

k1

* 1

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

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:

A

Gp [N/m

2]

în care:

G - greutatea ce acţionează asupra pistonului:

gmG [N]

unde: m – masa [kg];

g – acceleraţia gravitaţională (9.81 m/s2);

A – suprafaţa secţiunii pistonului:

4

2dA

[m2]

piston cu

greutăţi

traductor

sistem

hidraulic


unde: d – diametrul pistonului [m]

2.2.3. Descrierea dispozitivului de verificare

unitatea de sarcina greutăţi

traductor de presiune sistem hidraulic

sistem de reglare

cu manivelă

placa de bază

sonda de presiune

afişaj tensiune

ieşire traductor

43

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).

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).

45

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:

barmNd

gm

A

Gp 328.0/10328.0

4

012.0

81.9378.0

4

25

22

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 2.878

Presiune [bar] 0 0.328 0.494 0.995 1.495 1.995 2.495

Tensiune 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).

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:

bar

Vp

p

UpU s

5.2

10

max

max

pU s 4

Aceasta este încadrată de doua limite de toleranţă (inferioară şi superioară),

ce depind de eroarea de măsură acceptată:

- limita inferioară de toleranţă: eroareUU s inf

- limita superioară de toleranţă: eroareUU s sup

Eroarea de măsură trebuie să se încadreze în limitele ±0,03 V, respectiv

±0,0075 bar faţă de valoarea etalon.

U [V] Caracteristica

traductorului

(teoretică)

Limita inferioară

Limita superioară

p [bar]

47

2.2.4. Date tehnice ale dispozitivului de verificare

Diametrul pistonului d 12 mm

Suprafaţa pistonului A 113,0973 mm2

Acceleraţia

gravitaţională g 9,81 m/s

2

Senzor

Domeniu de măsură

Semnal ieşire

Tip conexiune

Tensiune de lucru

Huba 691

Presiunea absolută: 0 … 2,5 bar

Semnal: 0 … 10 V

Conexiune cu 3 fire

Ub = 24 V

Greutăţile disponibile Masa [kg]

m1 (piston) 0,3735

m2 (senzor) 0,191

m3 0,574

m4 0,5725

m5 0,5725

m6 0,5725

Numărul

greutăţilor

folosite

Greutate totală Presiune Tensiune

Componente de

greutăţi kg N/mm

2 bar V

0 Sistem deschis 0 0 0 0

1 m1 0.378 0.0324 0.328 1.29

2 m1+m2 0.570 0.0490 0.494 1.94

3 m1+m2+m3 1.147 0.0988 0.995 3.92

4 m1+m2+m3+m4 1.724 0.1484 1.495 5.91

5 m1+m2+m3+m4+

m5

2.301 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 5.91

3 m1+m2+m3 1.147 0.0988 0.995 3.92

2 m1+m2 0.570 0.0490 0.494 1.94

1 m1 0.378 0.0324 0.328 1.29

0 Sistem deschis 0 0 0 0



- 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.

49

Verificarea traductorului de presiune

Nr.

crt.

Etalon Traductor de

presiune Eroare relativă

Me

[kg]

pe

[bar]

Ue

[V]

pt

[bar]

Ut

[V]

εp

[%]

εt

[%]

anexa anexa calcul măsura calcul calcul

1 0 0 0

2 0.378 0.328 1.29

3 0.570 0.494 1.94

4 1.147 0.995 3.92

5 1.724 1.495 5.91

6 2.301 1.995 7.9

7 2.878 2.495 9.91

8 2.301 1.995 7.9

9 1.724 1.495 5.91

10 1.147 0.995 3.92

11 0.570 0.494 1.94

12 0.378 0.328 1.29

13 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:

4

tUp [bar]

- se calculează erorile relative de măsură pentru presiuni şi tensiuni, în

funcţie de valorile etalon:

100

e

te

pp

pp [%]

100

e

te

tU

UU [%]


- se trasează graficele erorilor relative

- 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:

03,0inf eUU [V]

- se calculează limita superioară a semnalului de ieşire:

03,0sup eUU [V]

Caracteristica traductorului de presiune

Nr.

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]

1

2

3

4

5

...

Ue [V]

t [%]

o [

º

C

]

pe [bar]

p

[%]

51

- 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.

U [V]

Caracteristica

traductorului

(teoretică)

Limita inferioară

Limita superioară

p [bar]

Caracteristica

traductorului

(reală)

53

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 – 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:

V

mv

v [kg/m3]

unde:

mv – masa vaporilor de apă din aer, în [kg]

V – volumul de aer umed, în [m3]

o Umiditatea relativă – care se exprimă 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:

sv

d

p

p , valoare adimensională

sau:

100sv

d

p

p [%]

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:

a

v

m

mx [kgvap apa/kgaer uscat]

sau

sv

sv

pp

px

6220. [kgvap apa/kgaer uscat]

în care:

φ - umiditatea relativă, adimensională;

55

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

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.

rezervor cu

apă

termometru

umed termometru

uscat

bulb învelit în

săculeţ din bumbac

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).

termometru

uscat

termometru

umed

vas cu apă

ventilator

bulb învelit în

bumbac umed

57

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.

Piesă fixă

Piesă mobilă

Resort

Tijă de legătură

Ac indicator


3.3. Procedeul de măsură

- 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.

59

Tabel rezultate

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

Varianta 1 de calcul:

1. Diferenţa de temperatură psihrometrică

uma ttt [°C]

2. Presiunea parţială a vaporilor de apă din aer:

1013

67.0p

tpp vd [mbar]

unde:

pv – presiunea de saturaţie a apei la temperatura termometrului umed

umv tfp [mbar] - se citeşte din tabelul 1

3. Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă, determinată în funcţie de

temperatură termometrului uscat:

asv tfp [mbar] - se citeşte din tabelul 1

4. Umiditatea relativă:

sv

d

p

p , adimensională

sau:

100% [%]

5. Gradul de umiditate:

61

sv

sv

pp

px

622.0 [kg

apa/kg aer uscat]

Varianta 2 de calcul:

1. Diferenţa de temperatură psihrometrică

uma ttt [°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:

21

211

tt

3. Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă, determinată în funcţie de

temperatură termometrului uscat:

asv tfp [mbar] - se citeşte din tabelul 1

4. Gradul de umiditate:

sv

sv

pp

px

622.0 [kg apa/kg aer uscat]

Nota:

Δt

ta

… Δt1 Δt Δt2 …

…

ta1 φ1

ta φ

ta2 φ2

…


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

63

Tabelul 2: Tabel cu valorile umidităţii relative pe baza temperaturilor

psihrometrice

tuscat

[ºC]

tumed - tuscat [ºC]

Umiditatea atmosferică relativă [%]


4. MĂSURAREA DEBITELOR

4.1. Obiectivul lucrării

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);

65

- 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.

Vedere de ansamblu a sistemului de măsură a diferenţelor de presiune


Rotametrul

Diafragma de măsură

67

Tubul Venturi

4.4. Date tehnice privind sistemele de măsură

a) Pentru tubul Venturi:

- diametrul conductei în amonte : ][, md 0317501 ;

- aria transversală a secţiunii conductei în amonte de tub:

][, 24

1 10927 mA ;

- diametrul secţiunii minime a tubului Venturi: ][, md 01502 ;

- aria secţiunii minime a tubului Venturi ][, 24

2 10771 mA ;

- unghiul ajutajului convergent al tubului Venturi: 0

1 21 ;

- unghiul ajutajului divergent al tubului Venturi: 0

2 14 ;

b) Pentru diafragma plată:


- diametrul conductei în amonte de diafragmă:

][, md 0317501 ;

- aria transversală a secţiunii conductei în amonte de diafragma:

][, 24

1 10927 mA ;

- diametrul secţiunii minime a orificiului diafragmei:

][, md 02003 ;

- aria secţiunii minime a orificiului: ][, 24

3 10143 mA ;

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:

- ][ OHmmhh221 - presiunea diferenţială pe ajutajul convergent al

tubului Venturi;

- ][ OHmmhh231 - pierderea de presiune remanentă pe tubul Venturi;

- ][ OHmmhh254 - pierderea de presiune remanentă pe tubul

rotametric;

- ][ OHmmhh276 - presiunea diferenţială pe diafragmă;

- ][ OHmmhh286 - 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

69

returului din vas cu ajutorul supapei cu bilă) şi al timpului scurs până la

atingerea acelui volum:

]/[ 3 smV

Qt

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;

]/[./min)/( smlinCITITAINDICATIAQR

300060

c) determinarea debitului volumetric cu tubul Venturi:

Relaţia analitică de calcul a debitului volumetric este:

pCtsmp

A

A

ACQ V

V

]/[

2

1

3

2

1

2

2

unde: 980,vC - este constanta de debit a tubului Venturi determinată

experimental; ][Pahhp 2110 - este presiunea diferenţială pe tubul

Venturi; ]/[ 3mkg - 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:

]/[2

1

3

2

1

3

3 smp

A

A

ACQ D

D

unde: 630,DC - este constanta de debit a tubului Venturi determinată

experimental; ][Pahhp 7610 - este presiunea diferenţială creată

de orificiul diafragmei; ]/[ 3mkg - 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

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

u

Volu

m

cole

ctat

Tim

pul

măs

ura

t

Deb

itul

rota

met

ric

h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8

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

1

2

3

71

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:

[%]100

t

tR

RQ

QQ

- eroarea relativă de debit măsurat cu tubul Venturi:

[%]100

t

tV

VQ

QQ

- eroarea relativă de debit măsurat cu diafragma:

[%]100

t

tD

DQ

QQ

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

Reg

imul

de

lucr

u

Deb

it p

rin

litr

are

(Qt)

D

ebit

rota

met

ru

(QR)

Deb

it

Ven

turi

(QV)

Deb

it

dia

frgm

a

(QD)

ε1

ε2

ε3

Observaţii

(m3/s

)

(m3/s

)

(m3/s

)

(m3/s

) (%) (%) (%)

1

2

3

În final se vor trage concluziile referitoare la rezultatele măsurătorilor.


Vedere de ansamblu al standului de măsură debite

73


PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE


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:

][2 2

2

OHcolloc mg

wp

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.

2

2

w

gploc

Pentru determinarea coeficientului de pierderi locale se calculează viteza

fluidului pornind de la ecuaţia de debit:


]/[4

32

smwd

wSQv

de unde rezulta :

]/[4

2sm

d

Qw v



- 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.

75

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

Vedere de ansamblu stand – 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.

]/[10]/[ 33 smV

slV

Qv

- 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

- Se modifica uşor turaţia pompei şi deci implicit şi debitul şi apoi se

procedează la următorul set de măsurători.

77

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

de

conduct

ă

consi

der

at

Man

om

etru

amonte

h1 [

m]

Man

om

etru

aval

h2 [

m]

Δp

h1-h

2

[m]

Tim

p

măs

ura

t

[s]

Volu

m

acum

ula

t

[m3]

Deb

it Q

v

[m3/s

] (e

c. 5

)

Vit

eza

w

[m/s

] (e

c. 4

)

Coef

icie

nt

de

pie

rder

i

loca

le

ξ (

ec.2

)

Regimul 1

Lărgire

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 2

Lărgire

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 3

Lărgire

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

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).

79

Exemplu( realizat în excel):

Variatia coeficientului de pierderi locale de presiune

y = 0.1861x2 + 0.7121x + 0.7274

R2 = 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.

de p

ierd

eri

lo

cale



PIERDERI LINIARE DE PRESIUNE.

DISTRIBUŢIA DE DEBITE INTR-O REŢEA

DE CONDUCTE


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.

81

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:

][Paw

d

lfp

i

lin 2

2

unde:

f – coeficient de pierderi liniare de presiune;

w – viteza fluidului în conductă, [m/s] ;

di – diametrul interior al conductei

g – 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:


][811,05

2

5

2

Pad

Qlf

d

Qlkp v

i

v

lin

de unde rezultă valoarea coeficientului de frecare:

2

2

5

2

5 ][123,0

][23,1

v

OHlin

v

lin

Ql

mmpd

Ql

Papdf



- 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 mamometre

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;

83

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;


reţea de conducte legate în serie;


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 diferenţial Tip U

85

- 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

f

rel.(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

efi

cie

ntu

l d

e p

ierd

eri

de

pre

siu

ne 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)

87

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

H

1 H2

Qv_tota

l

Ф1=13

mm

Ф

3=22 mm

Ф2=17,5

mm

Manometru diferenţial

Tip U

Ф4=13

mm

Q1 Q2 Q

3 Q

4

Qtot

Q1

Q4

Q3

Q2

Qtot

Ф1

Ф2

Ф3

Ф4

H1

H2

∆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:

)(2121 apacolmHHH

De asemenea, debitul total de fluid este suma debitelor pentru fiecare dintre

conductele configuraţiei paralel:

sec)/(4321 lQQQQQ totv

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

)/(4

32

smwd

wSQv

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

liniare:

)/(811 2

5

2

21 mNd

QlfHgp v

lin

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:

)/(09,12811

3

'

212

'

2'

, smlf

Hdd

lf

pddQ

jj

linjv

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.

89



Testul ∆H1-2

(mH2O)

Volumul

măsurat

(litri)

Timpul

măsurat

(sec)

Debit

volumic

(l/s)

1

2

3

4

Rezultatele calculelor


Testul Qv1

(m3/s)

Qv2

(m3/s)

Qv3

(m3/s)

Qv4

(m3/s)

Σ Qvi

(m3/s)

1

2

3

4


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.


totale din variatorul de turaţie al pompei de circulaţie şi al citirii timpilor,



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

de conducte în serie

∆H=H1-H4

H1

H3 Qv

Ф1=13 mm

Ф3=17,5mm

Ф2=22 mm


Tip U

D1, L1 D2, L2 D3, L3

L (m)

∆H (mH2O)

∆H1 ∆H2

∆H3

Qv

H4

H2

91

Caracteristica principală a legării în serie a conductelor o constituie faptul că

debitul volumetric care traversează toate tronsoanele este acelaşi:

)/(321 slQQQQ vvvv

De asemenea, în ceea ce privesc pierderile de presiune totale acestea

reprezintă suma pierderilor de presiune pe fiecare tronson în parte:

)()()()( 2342312

43322141

OH

tot

mHHHHHH

HHHHH

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 calculelor

Test Volum

(litri)

Timp

(sec)

Debit

(l/s)

∆H1-2

(m)

∆H2-3

(m)

∆H3-4

(m)

Σ∆H

(rel.10)

(m)

∆H1-4

(m)

1

2

3

4

5

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.


totale din variatorul de turaţie al pompei de circulaţie şi al citirii timpilor,



Schema de principiu a standului de măsură pierderi de presiune liniare şi

caracteristica de debit pentru o reţea inelară

∆H=H1-H4

H1 H3 Qint

Ф1=13 mm

Ф4=17,5mm

Ф2=22 mm


Tip U

Qies4

H2

Qies2

Qies3 H4 Ф3=13 mm

Qint

Qies2

Qies3

Qies4

H1

H2

H3

H4

Q1

Q3

Q4

Q2 Ф1

Ф3

Ф2

Ф4

93

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

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 cat şi

pentru fecare nod în parte:

Ecuaţia generală:

432int iesiesies QQQQ

Ecuaţia în nodul 2:

212 QQQies


323 QQQies


4343 QQQie

Rezultatele măsurătorilor şi calculelor se vor înregistra în tabelele de mai

jos.


Rezultalele măsurătorilor

Test Volum

(litri)

Timp

(sec)

Debit

(l/s)

∆H1-2

(m)

∆H2-3

(m)

∆H3-4

(m)

∆H4-1

(m)

1

2

3




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)

1

2

3

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

Q1 Q2

Q3

Ф1

Ф3 Ф2

∆H=H1-H2

H1 Qint

Ф1=13 mm

Ф3=17,5mm

Ф2=22 mm

Manometru

Diferenţial tip

U

H2

Q1

Q3

Q2

95

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.

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:

312 QQQ

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 serie

Rezultate măsurători conducte paralele

Test Volum

(litri)

Timp

(sec)

Debit

(l/s)

∆H1-2

(m)

1

2

3

4

5

Rezultatele măsurătorilor pentru conductele dublet

Rezultate măsurători conductă comună

Test Volum

(litri)

Timp

(sec)

Debit

(l/s)

∆H1-2

(m)

1

2

3

4

5

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

conform exemplului de mai jos.


Reprezentarea grafică a pierderilor de presiune funcţie de debit

De asemenea se va verifica egalitatea dintre pierderile de presiune din

conductele paralele, prin relaţia:

5

3

2

3

5

1

2

1

QQ

∆H1-2

Q

Conductă curgere

paralelă

Conductă curgere

comună

Îndrumar de laborator - dpue.energ.pub.rodpue.energ.pub.ro/files/indrumare/indrumar_mne.pdf ·...

Documents

Transcript of Îndrumar de laborator - dpue.energ.pub.rodpue.energ.pub.ro/files/indrumare/indrumar_mne.pdf ·...