Măsurarea debitului cu TUBUL VENTURI I. Scopul lucrării Se urmăreşte măsurarea debitelor cu ajutorului Tubul Venturi, care este un dispozitiv destinat masurarii debitului in conducte circulare, bazat pe principiul strangularii tubului de curent (ca si diafragma). Tubul Venturi inlocuieste o portiune a conductei de diametru D. Se compune dintr-un cilindru de intrare de diametru D egal cu al conductei, un ajutaj convergent (trunchi de con cu unghi la varf de 21°), un tub cilindric de strangulare de diametru d si lungime d, precum si un ajutaj divergent (trunchi de con cu unghiul la varf intre 7° si 15° ), toate coaxiale. Cu D/2 inainte de ajutajul convergent si la mijlocului tubului de strangulare de diametru d sunt plasate prizele de presiune prin care tubul Venturi se racordeaza la un manometru diferential.

Fig. 1 Schema constructiva a tubului Venturi

Constructiv tubul se caracterizeaza prin raportul diametrelor d/D, sau prin raportul

dintre aria strangulata 4

2

2dA ⋅

=π si aria sectiunii conductei

4

2

1DA ⋅

=π notat cu m

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==

2

1

2

Dd

AAm (1)

II. Formularea aplicaţiei

Pentru un debit Q viteza medie in conducta este 214

DQV

⋅⋅

=π

, iar in sectiunea

strangulata este 224

dQV⋅⋅

=π

. Presiunea in sectiunea primei prize este iar in

sectiunea strangulata este , mai mica, deoarece viteza este mai mare ca . Diferenta de presiune sau presiunea diferentiala,

1p

2p 2v 1vppp δ=− 21 , reprezinta marimea

caracteristca si poate fi masurata cu manometrul diferential. Din relatia lui Bernoulli pentru fluid perfect si ecuatia de continuitate rezulta formula debitului ideal (sau teoretic).

pm

dvAvAQi δρ

π⋅

−⋅

⋅=⋅=⋅=

21

14 2

2

2211 (2)

Factorul Em

=− 21

1

iQC

se numeste coeficientul vitezei de apropiere.

In realitate fluidul este vascos, conducta este rugoasa, in tub au loc pierderi de sarcina, debitul este mai mic decat cel ideal si ca urmare formula se corecteaza cu un

coeficient de descarcare C: Q ⋅= . Produsul μ=−

=⋅21 m

CEC se numeste

coeficient de debit, deoarece apare in formula debitului real.

pdpECdQ δρ

πμδρ

π⋅⋅

⋅⋅=⋅⋅⋅⋅

⋅=

24

24

22

(3)

Cei doi coeficienti se determina din formulele:

pdm

QQ

QC real

i

real

δρ

π⋅⋅

⋅⋅

−

==2

411 2

2

; pd

Qreal

δρ

πμ

⋅⋅⋅

=2

4

2 (4)

Coeficientul de descarcare C si coeficientul de debit μ depind de numarul Reynolds

al curgerii in conducta Re =υπμ ⋅⋅

⋅=

⋅DQDv 4

000.200lim

(unde υ este vascozitatea cinematica) si

de rugozitate. Pentru tubul Venturi standardizat (STAS 7347/3-1975), cand m=0,2÷0,5, daca numarul Re este mai mare decat numarul limita Re = , atunci coeficientul de descarcare ramane constant si egal cu 0.985. In general coeficientul de debit nu este cunoscut si pentru un tub se determina variatia lui cu Re prin etalonare. III. Descrierea instalaţiei şi modul de lucru Prin masuratori experimentale, se determina coeficientului de descarcare C si coeficientul de debit al unui tub Venturi intr-o instalatie cu pompă centrifugă şi rezervoare de retur, respectiv de măsurare (vezi fig. 2). Înainte de pornirea instalaţiei se închid VR şi Vl2. Pornirea pompei se face cu VP închisă, iar după cuplarea la reţeaua de alimentare cu energie electrică se manevrează vanele VP, R şi Vl1 astfel încât să se modifice în sens crescător debitul de curgere. Pentru fiecare debit reglat se măsoară şi se trec în tabelul de date, diferenţele de nivel corespunzătoare manometrelor ataşate la TV şi la deversor. Conducta pe care este montat tubul Venturi are diametrul D = 50 mm, respectiv portiunea ingustata a acestuia d = 30 mm. IV. Prezentarea datelor experimentale Mărimile măsurate şi calculate, vor fi centralizate într-un tabel de forma: Nr. Crt.

δhm δhdev μdev Qreal Q Re C μ

- mm mm - l/s l/s - - - 1 2 3

Fig. 2 Schema instalaţiei de laborator

Diferenta de presiune la tubul Venturi se masoara cu manometru diferential ∩, cu perna de aer, pentru o denivelare δh rezultand:

mhgp δρδ ⋅⋅= si mhgp δδρ

⋅⋅=⋅ 22 (5)

Intr-o curgere stabila, valorile masurate permit determinarea coeficientilor C si μ din formulele (4). Pentru debitul masurat se calculeaza si numarul Re. Cu datele calculate din tabel se traseaza curba μ = μ(Re). În curgerile cu suprafaţă liberă, o metodă utilizată pentru măsurarea debitelor constă în plasarea unui orificiu mare în secţiunea transversală a curgerii, numit deversor. Pentru deversoare triunghiulare debitul se poate calcula cu relaţia:

2/52215

8devdevreal hgtgQ δαμ= (6)

unde: µdev – coeficientul de debit al deversorului, care depinde de înălţimea lamei deversante δhdev, conform unei curbe de etalonare, prezentată în fig. 3; α – unghiul la vârf al deversorului cu profil triunghiular, având valoarea de 110 °.

Etalonare deversor

0

0,5

1

1,5

2

2,5

15 20 25 30 35 40

Inaltime lama deversanta [mm]

Coef

icie

nt d

e de

bit

Fig. 3 Curba de etalonare a deversorului Se dau , . 3/1000 mkgapa =ρ smC /101.1 26

100−⋅≅υ

Observatii de natura tehnica 1. In amonte de tubul Venturi pe o lungime l si in aval pe o lungime L curgerea trebuie sa fie rectilinie, axial simetrica, neperturbata, deci sa nu existe surse de perturbare (robinete, coturi, variatii de sectiune, etc). Distantele minime l si L se exprima in multipli ai diametrului si sunt date in tabele in functie de φ = d/D si tipul de accesorii. De exemplu, pentru φ = 0.45, dupa robinet l = 3.5D.

2. Se recomanda ca axul conductei pe care se monteaza tubul Venturi sa fie orizontal. 3. Tuburile Venturi cu intrare tronconica se utilizeaza in anumite limite pentru diametrele de conducte si pentru rapoarte φ sau m.

Constructie D(mm) φ m

turnate 100-800 0.3-0.75 0.09-0.56 uzinate 50-250 0.4-0.75 0.16-0.56

din tabla 200-1200 0.4-0.7 0.16-0.49

V. Observaţii şi teme de lucru individual

Schema din fig. 2 nu cuprinde legăturile hidraulice la PM. Vă rugăm să faceţi

dvs. acest lucru ! Deasemenea, nu sunt marcate cotele hdev şi hprag. Precizaţi cine sunt ele şi desenaţi-le !

Care este combinaţia cea mai eficientă de reglare a debitului, cu vanele VP, R şi Vl1 ? Cum sunt acestea dispuse d.p.d.v. al teoriei circuitelor ?