CAPITOLUL 6PROBLEME SPECIALE DE HIDRAULIC

6.1. Rezistene hidraulice (pierderi de sarcin) O instalaie, care asigur transportul i distribuia fluidelor (lichide, gaze) ntre o surs i un consumator, poart denumirea de circuit hidraulic. Datorit proprietilor pe care le au fluidele, circuitele hidraulice sunt nelipsite n instalaiile industriale (mecanice, chimice, siderurgice), mainile unelte, a instalaiile de nclzire i ventilare, consumatorii de gaz, de aer etc. Pentru a realiza proiectarea i exploatarea acestor circuite n cele mai bune condiii, se impune cunoaterea amnunit a tuturor fenomenelor hidraulice care intervin n micarea unui fluid, precum i a pierderilor de energie care se produc la parcurgerea circuitului de ctre fluid. Traseul pe care l strbate un fluid, ntre surs i consumator, este format dintr-o serie de piese i organe funcionale, cum ar fi elemente de conduct, organe de nchidere-deschidere, dispozitivele de reglaj, aparatele de msur i control, elemente care n acelai timp opun o oarecare rezisten n calea fluidului. Datorit acestui fapt toate aceste elemente, care intr n componena unui circuit, au fost numite rezistene hidraulice. Dup forma lor geometric, dup mrimile hidraulice care le caracterizeaz, rezistenele hidraulice se mpart n dou categorii: a) rezistene liniare, care cuprind poriunile de traseu rectiliniu, de seciune constant (conductele);

161

b) rezistene locale, n care intr poriunile de traseu formate din elemente de trecere de la o seciune la alta, elemente pentru schimbarea direciei, elemente de reglaj, de msur, dispozitive de nchidere etc. Rezistenele pe care fluidul le ntlnete n calea sa, fac ca o parte din energia acumulat de ctre fluid, s se consume pentru nvingerea acestor obstacole. Acest fenomen poart denumirea de pierdere de energie sau pierdere de sarcin, iar efectul practic al acestui consum de energie este o scdere a presiunii n sensul deplasrii fluidului. Mecanismul disiprii energiei n fiecare din cele dou categorii de rezistene este diferit i de aceea sunt diferite i relaiile de calcul ale energiei pierdute de ctre fluid pe rezistena respectiv.

6.1.1. Rezistene hidraulice liniare (pierderi de sarcin liniare) O conduct dreapt de lungime L i diametru constant, D, prin care trece un fluid, din punct de E1 E 2' vedere hidraulic este o E2 p 1 rezisten liniar (Figura 6.1). p 2v2 /2g1

Datorit frecrii straturilor de fluid (ntre ele sau cu pereii conductei), are loc o pierdere de energie.

p 1/

D

1

QL

2

z1

P la n d e re fe rin ta

Studiile teoretice i Figura 6.1. experimentale au pus n eviden faptul c pierderile de energie n rezistenele liniare, care se noteaz cu hi, depind de numeroi factori printre care i viteza fluidului, regimul de micare (laminar sau

162

z2

p 2/ v2

v1

2 v /2g

2

hi

turbulent), natura fluidului, rugozitatea pereilor conductei i dimensiunile conductei (diametru, lungime), nct se poate scrie: h l = f ( v, D, , , L, ) . (6.1)

Relaia de dependen (6.1), exprim un fenomen fizic. Folosind metoda analizei dimensionale (metoda ) s-a putut stabili formula pentru calculul pierderii de energie i anume: hl = unde: este coeficientul de rezisten hidraulic liniar, care mai poart numele de coeficientul lui Darcy; L lungimea rezistenei hidraulice; D diametrul conductei; v viteza fluidului prin conduct. Cercetrile efectuate de ctre J. Nikuradse n vederea stabilirii dependenelor coeficientului pierderii liniare de sarcin , au scos n eviden faptul c pentru Re < 2320 regimul de curgere este laminar, iar coeficientul pierderii liniare, , se calculeaz cu relaia: = 64 . Re (6.3) L v2 , D g (6.2)

Dac Re >2320, regimul de curgere este turbulent. n urma experimentelor, Nikuradse a ajuns la concluzia c n cadrul regimului turbulent de curgere, n funcie de numrul Re i rugozitatea relativ a conductei, e (e = /D), se pot defini trei subdomenii: regimul turbulent neted, n care = (Re); regimul turbulent de tranziie, n care = (Re,e); regimul turbulent rugos, n care = (e),

unde este rugozitatea absolut a conductei.

163

Se cunosc cteva criterii de ncadrare ntr-unul din regimurile de curgere, unele definind limitele prin valori ale numrului Reynolds, iar altele utiliznd, pentru acelai scop formule de calcul. Se consider, c regimul turbulent neted are loc dac este satisfcut relaia: Re pentru regimul turbulent de tranziie: 9.4 < Re iar pentru regimul turbulent rugos: Re > 200. D < 200, D < 9.4 , D

Pentru regimul turbulent neted, formula de calcul a coeficientului pierderii liniare de sarcin a fost determinat de ctre Prandtl, sub forma: 1 = 2 lg Re 0.8 ,

(

)

(6.4)

verificat experimental pn la valori ale numrului Reynolds: Re 2do , ceea ce va conduce la

Figura 6.12.

177

impact ntre jet i perete, adic jetul va fi influenat de ctre perete; - dup nivelul fluidului n aval de orificiu - orificiu liber (Figura 6.11.) - orificiu necat (Figura 6.12.) -

Figura 6.13.

dup poziia orificiului - orificiu n perete lateral - orificiu plasat pe fundul rezervorului - dup contracia jetului (Figura 6.13): cu contracie total a jetului, dac m > 3a i n > 3b (forma jetului nu este influenat de ctre perete); cu contracie limitat a jetului dac fie m < 3a, sau n < 3b; cu contracie parial a jetului, dac m = 0, sau n = 0

178

6.3.1.1. Orificiu mic, liber, n perete subire, cu contracia complet a jetului Principalii parametri ce se cer a fi determinai n cazul curgerii prin orificii sunt viteza i debitul. Pentru aceasta se va folosi ecuaia lui Bernoulli scris ntre dou puncte aflate n planele I, respectiv II (Figura 6.14). Pentru o tratare mai facil a problematicii orificiilor se vor face cteva ipoteze: Figura 6.14

nivelul suprafeei libere (sarcina orificiului) este constant; se vor neglija pierderile energetice ntre suprafaa liber i orificiu; se consider c distribuia de viteze este constant n jet; se consider c din infinitatea de particule aflate pe suprafaa liber, una, sau mai multe vor trece prin axa orificiului, ceea ce ofer posibilitatea aplicrii ecuaiei lui Bernoulli pentru o linie de curent.

Ecuaia lui Bernoulli scris ntre dou puncte, situate pe suprafaa liber (planul I) i respectiv n planul suprafeei maxim contractate (planul II) va fi:2 2v2 p2 1 v1 p1 + + z1 = + + z 2 + h r1 2 , 2g 2g

(6.46)

unde:

179

z2 = 0;

z1 = h;

p2 = p0;

h r1 2 =

v2 2g

.

Dac se consider ecuaia de continuitate: A1 v1 =Ac v, rezult: v= p p0 2g h + 1 2 . A1 + 2 g 1 Ac 1 (6.47)

(6.48)

Dac se neglijeaz raportul ariilor i se noteaz:

=

1

+

,

(6.49)

coeficientul de vitez, expresia vitezei va fi: p p0 . v = 2g h + 1 (6.50)

Coeficientul de vitez este adimensional i reflect pierderile de sarcin la curgerea prin orificiu i, n acest caz are valori cuprinse ntre 0.970.98. Debitul va avea expresia: p p0 . Q = v Ac = A0 2 g h + 1 Dac se consider: = , (6.52) (6.51)

unde , este coeficientul de debit i ia valori, n cazul orificiilor, cuprinse ntre 0.600.61, debitul va avea expresia:

180

p p0 Q = A 0 2g h + 1

(6.53)

Coeficientul de debit reflect i el, pierderile prin orificiu, practic o parte din debit se pierde datorit frecrilor din rezistenele hidraulice. Din acest motiv se urmrete creterea acestuia. Astfel, n cazul rezistenelor hidraulice de comand se caut acele forme geometrice pentru care coeficientul de debit este cel mai mare, pierderile fiind minime. S-a ajuns astfel, pentru rezistene cu muchii ascuite la valori ale lui de 0.720.74 n cazul n care rezervorul este deschis (Figura 6.11), se obine pentru vitez, respectiv debit: v = 2 gh ; p p0 Q = A 0 2g h + 1 . (6.54) (6.55)

6.3.1.2. Orificiu mare, liber, n perete subire n acest caz, viteza se determin identic ca n cazul curgerii prin orificiile mici, valoarea ei fiind: p p0 . v = 2g h + 1 Debitul va fi: p p0 Q = v dA = 2g z + 1 dA . S S (6.57) (6.56)

181

6.3.1.3. Curgerea staionar printr-un orificiu necat n acest caz, ecuaia lui Bernoulli se va scrie ntre dou puncte aflate pe suprafeele libere (Figura 6.15). Se consider c nivelele celor dou lichide sunt constante, adic vitezele sunt nule. ntre cele dou puncte, apar dou rezistene hidraulice locale, datorit faptului c lichidul se contract, urmat de o destindere. Ecuaia lui Bernoulli va avea forma: p1 p v2 v2 + z1 = 2 + z 2 + c +d 2g 2g unde: c este coeficientul pierderilor de sarcin datorat contraciei jetului; d - coeficientul pierderilor de sarcin datorat destinderii jetului. (6.58)

Figura 6.15.

Viteza va fi: v= p p2 , 2 g h1 h2 + 1 1+ c + d 1 (6.59)

sau, considernd coeficientul de vitez:

=se obine:182

1 1+ c + d

,

(6.60)

p p2 . v = 2 g h1 h2 + 1 Debitul va fi: p p2 Q = A 0 v = A 0 2g h 1 h 2 + 1 .

(6.61)

(6.62)

Pentru cazul prezentat n figura 6.12, n care presiunile pe cele dou suprafee sunt egale cu presiunea atmosferic vom avea: v = 2 g ( h1 h2 ) , respectiv: Q = A 0 2g ( h 1 h 2 ) . (6.64) (6.63)

6.3.1.4. Golirea rezervoarelor 6.3.1.4.1. Golirea n regim staionar a rezervoarelor Pentru un rezervor, umplut cu lichid pn la nlimea h, avnd aria seciunii transversale de forma A(h) (figura 6.16) i la care se consider viteza suprafeei libere constant, se poate considera curgerea printr-un orificiu plasat pe fundul acestuia ca fiind staionar. Dac se consider volumul de lichid care ias din rezervor: Ve = Q dt , (6.65) unde: p p2 Q = A 0 v = A 0 2g h 1 h 2 + 1 i volumul lichidului din rezervor: (6.66)

183

VR = A(h ) dh , se poate scrie:

(6.67)

p p2 dt = A(h ) dh , A 0 2g h 1 h 2 + 1 (6.68) rezultnd timpul n care lichidul din rezervor ajunge de la cota h la h1: 1 t= A0

h1

h

A(h ) dh p p0 2g h + 1 al , (6.69)

unde A0 este aria orificiului. Timpul de golire rezervorului va fi: T= 2A h A 0 2gh .

(6.70)Figura 6.16

6.3.1.4.2. Golirea n regim nestaionar a rezervoarelor Se consider un rezervor cilindric cu suprafaa liber A1 i un orificiu plasat pe fundul acestuia, avnd suprafaa A2. Se introduce raportul lor: a = A1/ A2 .Ecuaia lui Bernoulli se scrie i n acest caz ntre dou puncte, unul pe suprafaa liber a lichidului, iar al doilea n planul orificiului plasat pe fundul rezervorului: v12 p1 1 + + z1 + 2g g2 v2 p2 v t ds = 2 g + + z 2 , S2 S1

(6.71)

sau, n cazul n care presiunile sunt egale:

184

v12 1 + z1 + 2g g sau:

2 v2 v t ds = 2 g + z 2 , S2

S1

(6.72)

2 v12 v 2 1 v12 ( z1 z 2 ) = 0 . + z1 z 2 2g 2 g z1

( )

(6.73)

Considernd: v1 = a v 2 , rezult: (1 a 2 ) cu soluia: v1 ( z1 ) = c ( z1 z 2 )a 2 1 2 v2 1 v12 ( z1 z 2 ) = 0 , + z1 z 2 2g 2 g z1

(6.74)

( )

(6.75)

2g

z1 z 2 . 2 a2

(6.76)

Timpul de golire al rezervorului va fi: t12 =z2

z1

dz1 c ( z1 z 2 )a 2 1

2g

z1 z 2 . 2 a2

(6.77)

Dac se consider c n momentul iniial viteza suprafeei libere a fost zero, iar rezervorul a fost plin pn la nlimea h, se determin constanta: c= 2g 2a 2 ( h z2 ) 2 2a (6.78)

6.3.2. Curgerea prin ajutaje

185

Ajutajul este un alt caz n care exist curgere efluent. El se obine, constructiv, prin ataarea, la un orificiu a unui tub scurt, de lungime L=(35) d (Figura 6.17) Clasificarea ajutajelor se face i aici dup cteva criterii: - geometria tubului: - forma seciunii (cerc, dreptunghi, etc.); - geometria tubului (cilindric. convergent, divergent); - poziia fa de perete (exterior, interior); - tipul de curgere (liber, necat) Caracteristic ajutajelor este faptul c jetul, dup o contracie, urmat de destindere (ca n cazul orificiilor), se va ataa la peretele tubului. Practic, aici ntlnim dou pierderi locale de sarcin (prima dat de contracia, iar a doua de destinderea jetului) i o pierdere liniar de sarcin, pe lungimea l, unde are loc ataarea jetului.

Figura 6.17

Ecuaia lui Bernoulli scris ntre un punct de pe suprafaa liber (planul I) i un al doilea plasat pe axa ajutajului, n planul de ieire din acesta (planul II), va avea forma: v12 p1 v2 p + + z1 = 2 + 2 + z 2 + hr1 2 , 2g 2g unde: p1 = p 2 = p 0 ; z1 = h; z 2 = 0 ; (6.79)

186

l v2 hr1 2 = c + d + . d 2g Considerm nivelul lichidului din rezervor invariabil, adic v1 = 0 i rezult: h= sau: v= 1 l 1+ c + d + d 2 gh . (6.81) v2 2g l 1 + c + d + , d (6.80)

Dac se noteaz

a =

1 1+ c + d + l , d (6.82)

coeficientul de vitez n cazul curgerii prin ajutaje, relaia (6.81) devine: v = a 2 gh , (6.83)

relaie asemntoare expresiei vitezei la curgerea prin orificii, diferena const n valoarea pe care o ia coeficientul de debit. n cazul curgerii prin ajutaje cilindrice exterioare aceasta este: a = 0.82. Debitul prin ajutaj va fi: Q = v A = A 0 2gh = a A 0 2gh , (6.84)

dar innd seama de faptul c diametrul interior al ajutajului i diametrul jetului la ieire din acesta coincid, coeficientul de contracie a va avea valoarea a = 1 O comparaie ntre orificii i ajutaje, scoate n eviden urmtoarele:

187

-

viteza este mai mare (0.97% din viteza teoretic) la curgerea prin orificii, dect prin ajutaje (0.82%); debitul este mai mare (0.82% din cel teoretic) la curgerea prin ajutaje, dect prin orificii (0.61%).

Concluzia care se desprinde este c se recomand utilizarea orificiilor n cazurile n care se cere o concentraie mare de energie pe o suprafa relativ mic (de exemplu: tiere cu jet de ap) i a ajutajelor pentru cazurile n care se cere un debit mare (de exemplu: stingerea incendiilor, sau golirea ntr-un timp scurt a rezervoarelor).

6.4. Jeturi fluide

Ieirea unui fluid dintr-un orificiu, sau ajutaj are loc sub forma unei vne, numit jet fluid. Din punct de vedere al mediului n care are loc ieirea acestora, jeturile de fluid pot fi necate, sau nenecate. 6.4.1. Jeturi nenecate Forma unui jet, n general depinde de natura fluidului i de parametri acestuia i se consider c are trei zone (Figura 6.18): zona compact, caracterizat prin faptul c exist o poriune central de form conic, n care fluidul i pstreaz caracteristicile avute la ieirea din orificiu, sau ajutaj, la periferia creia ncepe procesul de destrmare al jetului;

188

Figura 6.18

-

zona de destrmare, n care datorit turbulenelor interne i frecrilor exterioare, jetul are tendina de a se destrma, fiind un amestec ntre dou fluide; zona stropilor, n care apar picturile, ale cror mrimi sunt date de natura lichidului, respectiv de tensiunile superficiale.

-

Deosebit de important este cunoaterea distanei pn la care ajunge jetul, numit btaia jetului (Figura 6.19). Btaia vertical, teoretic Ht, a jetului se poate determina pornind de la ecuaia lui Bernoulli pentru fluide ideale: v12 p1 v2 p + + z1 = 2 + 2 + z 2 , 2g 2g (6.85) unde:-

Figura 6.19

p1 = p2 = p0; z1 = 0; z2 = Ht;189

-

v2 = 0, v12 . 2g

rezultnd: Ht = (6.86)

Btaia real va avea expresia: H = Ht hr , (6.87)

unde hr este pierderea de sarcin datorat frecrilor i care se poate scrie sub forma: hr = , fiind un coeficient de frecare. Aa cum se poate observa, relaiile obinute sunt asemntoare celor din mecanica solidului. n cazul determinrii btii orizontale maxime s-a observat c, analog mecanicii solidului, btaia maxim se obine la nclinarea jetului cu un unghi a crui valoare este si5tuat n jurul a 45. H v12 , d 2g (6.88)

6.4.2. Jeturi necate

190

Dei, ca i n cazul jeturilor nenecate, exist nucleul central n form conic, la jeturile necate apare o particularitate, care const n

Figura 6.20

existena a numai dou zone, lipsind aceea a picturilor, destrmarea jetului fcndu-se n acest caz sub aciunea frecrilor ce apar la contactul cu fluidul exterior (figura 6.20). n cadrul procesului de curgere are loc o antrenare, n zona de destrmare, de ctre fluidul interior a celui exterior, diametrul jetului astfel format, crescnd continuu. Viteza, descrete att pe direcia longitudinal, ct i transversal a jetului.

6.4.3. Jeturi parial limitate. Principiul Coand Introducerea unui perete n interiorul unui jet fluid duce la obinerea jeturilor parial limitate (Figura 6.21). Forma acestui perete are un rol determinant n configuraia jetului.Figura 6.21191

Numai peretele plan genereaz, n sensul strict al noiunii jetul parial limitat. Acesta se va comporta, n esen asemntor, pe partea opus peretelui, cu jetul liber, cu observaia c att zona compact ct i btaia vor fi mai mari la jetul parial limitat. n cazul n care forma peretelui este diferit de o suprafa plan, exist mari anse de a se produce efectul Coand. Acesta const n ataarea jetului la o suprafa, numit suprafa Coand, sau volet (Figura 6.22). Dei frecarea de un perete n mod normal ar conduce la o scdere accentuat a vitezei jetului, mecanismul producerii efectului Coand arat contrariul, fapt explicat prin apariia unei zone depresionare ntre jet i volet, care lucreaz ca o pomp de vid, atrgnd jetul i prin aceasta crescndu-i viteza. ntr-o prim faz jetul este atras spre volet, se lovete Figura 6.22 de acesta, este reflectat, dar urmtoarea depresiune l va atrage la rndul su. Se cunosc o mulime de forme de volet i de aplicaii ale efectului Coand. Faptul c pierderea energetic a jetului este foarte mic, face ca rezistena la naintare a unui corp ale crui suprafee sunt de tip volet s fie mic. De aceea efectul Coand este folosit n proiectarea i construcia pofilelor aerodinamice, n construcia caroseriilor de autovehicule, avioane, etc. Deosebit de rspndite n deceniul 8 al secolului trecut, au fost elementele fluidice, sau amplificatoarele fluidice, de asemenea bazate pe192

efectul Coand. Ele funcioneaz n regim de comutaie (Figura 6.23), avnd un jet de alimentare, pa i unul, sau dou jeturi de comand,pc. Sub aciunea jetului de comand, cel de alimentare i schimb direcia, atandu-se de peretele uneia, sau al alteia dintre cele dou ramuri (canale) receptoare. Termenul de amplificatoare fluidice este legat de faptul c presiunea pe ramurile receptoare este mai mare dect presiunea pe ramurile de comand.

Figura 6.23

Construcia cu dou jeturi de comand este caracteristic elementelor fluidice simetrice, sau bistabile. n acest caz, este suficient acionarea cu un jet de comand pe o durat limitat de timp (att timp ct jetul principal s se ndrepte spre ramura receptoare opus). La ncheierea aciunii jetului de comand, direcia de curgere nu se schimb, trecerea jetului principal pe cealalt ramur receptoare fcndu-se printr-o nou comand, din partea opus. n cazul elementelor fluidice nesimetrice, jetul principal va avea o direcie (se va ataa de un canal receptor) preferenial. Schimbarea direciei se face cu un singur jet de comand, jetul principal rmnnd pe canalul receptor atta timp ct va fi acionat. ntreruperea aciunii jetului

193

de comand duce la revenirea celui principal n poziia iniial, preferenial.

6.4.4. Ejectoare Un alt exemplu de aplicaie a teoriei jeturilor l constituie ejectorul. n principiu, un jet de mare vitez (energie cinetic mare) este introdus n interiorul unui tub, prin intermediul unui ajutaj, antrennd un al doilea fluid (figura 6.24). Din ecuaia lui Bernoulli rezult faptul c o cretere a vitezei duce la scderea presiunii statice a jetului, ceea ce conduce la antrenarea celui deal doilea fluid de ctre jetul principal. Pentru determinarea Figura 6.24 vitezelor, ale cror pofile sunt prezentate n figura 6.24, se utilizeaz sistemul format din ecuaia de continuitate 0 Q 0 + 1 Q 1 = Q i legea impulsului, sub forma: A( p1 p 2 ) = 0 Q 0 v 0 + 1Q1 v1 Qv, unde este densitatea gazului. (6.90) (6.89)

194

6.5. Determinarea debitului prin metoda strangulrii

Msurarea cantitii de lichid, aer, abur sau alte gaze, necesare desfurrii proceselor tehnologice n care sunt folosite fluidele, este mijlocul prin care se controleaz funcionarea i se dirijeaz exploatarea diferitelor instalaii, maini i agregate de tip hidraulic. Procesele tehnologice n care agentul de lucru este un fluid, se desfoar cu mare rapiditate i prezint o mare sensibilitate la perturbarea regimului de micare, de aceea debitul alturi de presiune i temperatur constituie un parametru important n reglarea i automatizarea procesului respectiv. Prin debit se nelege cantitatea de fluid care trece printr-o seciune oarecare a unui circuit hidraulic, n unitatea de timp. Cantitatea de fluid poate fi msurat n uniti volumetrice sau masice, ceea ce a impus noiunea de debit volumetric Q sau debit masic QM. Cele dou debite se exprim prin relaiile:

Q v A; Q M v A,n care: v viteza medie dup normala de scurgere la seciunea A; A seciunea de scurgere; - densitatea fluidului.

(6.91)

Aparatele pentru msurarea debitelor sunt diferite, dup cum diferite sunt metodele care stau la baza realizrii lor. Fiecare din ele avnd un anumit domeniu de msurare, cu avantaje i dezavantaje cu precizie mai mare sau mai mic, utilizarea unuia, sau altuia, fiind impus de anumite necesiti practice. Un aparat de msur i control, pe lng precizie i siguran, trebuie s posede rapiditate n msurare, s fie pe ct195

posibil simplu, uor de manevrat i expeditiv. Pentru circuitele hidraulice sub presiune aparatul cel mai rspndit este debitmetrul cu dispozitiv de strangulare. Pentru deducerea formulei de calcul a debitului pentru un debitmetru cu strangulare, se va considera o conduct orizontal de diametru D, pe care se monteaz o plac cu seciunea de trecere avnd diametru d/D < 1. (Figura 6.25) Deoarece debitul este acelai prin toate seciunile prin care trece, piesa de strangulare oblig fluidul s-i creasc viteza prin seciunea de diametru d. Din ecuaia lui Bernoulli pentru fluide ideale: gz + rezult c variaia termenului cinetic atrage dup sine schimbarea presiunii. Rezult, deci, c micorarea seciunii de trecere creeaz o diferen de presiune p, care msurat cu un manometru diferenial, poate servi ca msur pentru debit. p v2 + = ct , 2 (6.92)

p22

D

Q

v1d1

vr2'

A1

A2 A 2'Figura 6.25

Considernd c prin conduct fluidul trece fr frecare, i innd seama c z1 z2, pentru seciunea A1, A2 i A2 putem scrie:2 v1 v2 k'2 ' 2 p1 + = p2 + = p2 + . 2 2 2

pQ(6.93)

p1

196

Dac v2>v1, atunci p2 50 mm, i unde lichidul nu are impuriti solide. Au ns dezavantajul c, datorit variaiei brute de seciune, pierderea de energie la trecerea fluidului prin diafragm este mare. b) Ajutajele Ajutajele au, n principiu, forma unui orificiu calibrat, avnd la intrare o parte racordat lin, iar la ieire o parte cilindric dreapt (Figura 6.27). Deoarece intrarea n ajutaj este profilat, pierderea de energie este mai mic fa de diafragme i deci crete precizia de msurare. Domeniul de utilizare este:D

p1

p2

QdFigura 6.27.

0.05 m 0.65 i diametre ale conductei de 50 < D < 200 mm. Au dezavantajul c, din punct de vedere al realizrii, necesit o execuie mai pretenioas. c) Venturimetrele n principiu, un debitmetru - venturimetru, se compune dintr-un ajutaj convergent, la intrare, o parte cilindric i un tronson divergent (difuzor) la ieire (Figura 6.28).

201

Tuburile Venturi au fost studiate mai puin dect diafragmele sau ajutajele. ncercri s-au fcut totui pentru Q conductele ale cror diametru este cuprins ntre 50 i 500 mm, i mai ales pentru lichide, cu toate ca ele p2 sunt recomandate i pentru gaze i p1 abur. Figura 6.28 Dup lungimea difuzorului, venturimetrele sunt de construcie scurt, sau lung, ultimele fiind mai rar ntlnite. Venturimetrele sunt recomandate n condiiile: 0.05 m 0.6, D > 50 mm, d < 80 mm.D

Trecerea de la partea cilindric a tubului la partea divergent de ieire se face la un unghi care trebuie s satisfac condiia: 5 30 Pentru alegerea unuia dintre cele trei tipuri de piese de strangulare, trebuie s se in seama de urmtorii factori: - costul i simplitatea execuiei; - precizia cerut la msurare; - condiiile de montare. Diafragmele i ajutajele au variaii ale presiunii mai mari dect venturimetrele. Totui simplitatea execuiei celor dinti, lungimea redus, au impus folosirea diafragmelor i ajutajelor. Condiiile de montaj influeneaz precizia msurrii. Nu se admit variaii de seciune sau alte elemente de reglaj pe o lungime de l 1=(5-25) D n amonte i l2 = 5 D n aval de instrument.

202

d

6.6. Deversoare Deversoarele sunt orificii mari, avnd o parte deschis, practicate ntr-un perete vertical (Figura 6.29).

Figura 6.29

Deversoarele se clasific n funcie de: grosimea pragului (Figura 6.30) 6.30a); cu prag profilat (Figura 6.30b); cu prag gros (Figura 6.30c); cu prag subire (muchie ascuit) (Figura

Figura 6.30

Figura 6.31

-

nivelul lichidului (Figura 6.31): deversoare libere (Figura 6.31 a) deversoare necate (Figura 6.31b).

-

dup poziia n raport cu sensul de curgere (Figura 6.32):203

-

frontale (Figura 6.32a): nclinate (Figura 6.32b): laterale (Figura 6.32c):

Figura 6.32

-

dup tipul contraciei laterale (Figura 6.33): contracie total (Figura 6.33c); contracie parial (Figura 6.33b): fr contracie (Figura 6.33a):

Figura 6.33

-

dup forma lamei (Figura 6.34):

Figura 6.34

204

dreptunghiular (Figura 6.34a); triunghiular (Figura 6.34b);

-

circular, etc. (Figura 6.34c).

Dac se consider mrimile: - sarcina deversorului, h; v2 ; sarcina total a deversorului, h t = h + 2g cderea total a deversorului, H t = H 1 + v2 ; 2g

nlimea de necare a rezervorului h 0 = h H1 , Q = 2g b(z ) z dz .0 h

se poate determina debitul deversat: (6.109)

Coeficientul de debit se determin experimental i are forma: A = c , Re, , We,... . (6.110) A d Pentru deversorul dreptunghiular (Figura 6.34a), debitul deversat va avea expresia: 2 Q = b h 2gh , (6.111) 3 Pentru deversorul triunghiular (Figura 6.34b), debitul deversat va avea expresia: 8 Q = tg 2gh 5 , (6.112) 15 unde: b(z) = 2( h z ) tg.

205