A) DENEY NO: T-450-01

AKIŞ ÖLÇME EĞİTİM SETİ
DENEY FÖYÜ
ÇORUM-2015
A) DENEY CİHAZININ ŞEMASI
B) CİHAZDA KULLANILAN MALZEMELER
S.NO MALZEMENİN ADI
ADEDİ MARKASI VE ÖZELLİĞİ
1
Su tankı
1
250x250x250 mm, 15 litre
2
Sirkülasyon pompası
1
Alarko NVPO
3
Ventürimetre
1
Özel yapım 32/20 mm
4
Delikli levha (orifis plate)
1
Özel yapım 32/20 mm
5
Rotametre tipi debimetre
1
250-2500 L/h
6
Türbinmetre
1
Ordel ½” bağlantılı
7
Kontrol vanası
1
PPRC küresel tip
C) DENEYİN AMACI
Bu deneyin amacı dört farklı yöntem ile sıkıştırılamaz bir akışkanın (suyun) debisini
ölçmektir. Bu yöntemler
1) Venturi ile debi ölçümü
2) Orifis ile debi ölçümü
3) Rotametre ile debi ölçümü
4) Türbinmetre ile debi ölçümü
A) DENEY NO: 1
B) DENEYİN ADI: Türbin tipi akış ölçer ile akış ölçümü
C) DENEYİN AMACI: Türbin tipi akış ölçerlerin (türbin metre) nasıl kullanıldığını, sinyal
kablo bağlantılarının gösterge cihazına nasıl bağlandığını kavramak.
D) KURAMSAL ESASLAR
Türbinmetre bazen pervaneli metre olarak adlandırılmakta olup bir boru hattına bağlanan
serbestçe dönen pervanedir. Tipik bir tasarımı Şekil-1’de görülmektedir. Rotor akış yönünde
doğrultucu sabit kanatlar bulunur ve devir sayısı rotor üzerindeki bir noktaya yerleştirilen
delik yardımıyla oluşan elektriksel veya manyetik sinyal yükseltileriyle (pulse) ölçülür.
Pervanenin dönme hızı akışkanın hızı ile yaklaşık doğru orantılıdır.
Türbinmetrelerin en önemli avantajı her bir sinyalin sayısal olarak çok küçük bir akışkan debi
artışına cevap verecek şekilde kolaylıkla ölçülebilmesidir. Sıvı tipi türbinmetreler iki kanatlı
olarak yapılırlar ve sinyallerin sabit sayısı her bir akış birimi için 5:1 akış kademesinde yüzde
±0,25 hassasiyetle ölçüm yaparlar. Gaz metreler ise gerekli momenti oluşturabilmek için çok
kanatlı yapılırlar ve hassasiyetleri yüzde ±1 değerindedir.
Şekil-1 Türbinmetre
Türbinmetreler son derece birseysel cihazlar olduklarından kalibre edilmek zorundadırlar. Bu
amaçla üretici firmalar belirli debi aralıkları için kalibrasyon eğrileri hazırlamışlardır. Ayrıca
sayısal göstergeli cihazların ayarları yardımıyla da debi-hız kalibrasyonları yapılabilmektedir.
Türbinmetreler aynı zamanda okyanus akıntıları ve rüzgar gibi serbest akış ölçümlerinde de
kullanılırlar.
SAYISAL GÖSTERGE CİHAZININ KALİBRASYONU
E) DENEYİN YAPILIŞI
1. Ana şalteri açıp pompayı çalıştırın.
2. Vanayı tam kapalı konumdan biraz açarak 500 L/h debiye ayarlayın.
3. Vanayı açarak 1000 L/h debiye ayarlayın. Rotametre ile karşılaştırın.
4. Vanayı açarak 1500 L/h debiye ayarlayın. Rotametre ile karşılaştırın.
5. Vanayı açarak 2000 L/h debiye ayarlayın. Rotametre ile karşılaştırın.
Ölçüm
No
1
2
3
4
Debi (türbinmetre)
[L/h]
500
1000
1500
2000
Debi (rotametre)
[L/h]
Fark
[L/h]
A) DENEY NO: 2
B) DENEYİN ADI: Rotametre ile akış ölçümü
C) DENEYİN AMACI: Rotametrelerin nasıl okunduğunu ve tesisata nasıl bağlandığını
kavramak.
D) KURAMSAL ESASLAR
Muhtemelen çok yaygın akış debisi ölçer cihaz “rotametre” dir ki o yukarı doğru konik olarak
genişleyen şamandıralı bir cam tip olup Şekil-2’de gösterilmiştir. Rotametre, konik bir ölçüm
tüpü ile tüp içerisinde aşağı yukarı doğru serbest hareket edebilen bir şamandıradan
oluşmaktadır. Dalmış cisim üzerine etki eden kaldırma kuvveti ve direnç kuvvetinin kendi
ağırlığı ile dengelenmesi neticesinde cisim akım içerisinde belli bir yükseklikte sabit kalır. Bu
yükseklik debiyi verir. Hangi pozisyonun hangi debiye karşılık geldiği debisi bilinen
ölçümlerle daha önceden tespit edilir ve bir skala ile rotametre üzerinde işaretlenir.
Rotametreler hem gazlar hem de sıvılar için kullanılmasına rağmen sadece verilen bir akışkan
durumu için hassas olarak kalibre edildiğinden farklı akışkanlar ve basıncı-sıcaklığı verilen
sınırların dışına çıkan akışkanlar için kullanılamazlar.
Şekil-2 Rotametre
E) DENEYİN YAPILIŞI
1. Cihazın su tankında su olup olmadığını kontrol edin.
2. Cihazın ana şalterini açıp pompayı çalıştırın.
3. Cihaz üzerindeki küresel vanayı tam açık konuma getirerek akışı en yüksek değere
ayarlayın.
4. Küresel vana yardımıyla akış debisini sırasıyla 1500, 1000, 500 ve 300 L/h debilere
ayarlayın.
5. Ölçülen hacimsel debi değerlerini aşağıdaki formül yardımıyla kg/s kütlesel debi
değerlerine çevirin.
V
[kg/s]
m 
3600
Ölçüm no Hacimsel debi
Kütlesel debi
1
1500
2
1000
3
500
4
300
A) DENEY NO: 3
B) DENEYİN ADI: Venturimetrede akış katsayısının hesaplanması
C) DENEYİN AMACI: Venturimetre tipi akış ölçerlerde akış katsayısının
(CD),
hesaplanması deneysel olarak nasıl yapıldığını kavramak.
D) KURAMSAL ESASLAR
Akışkan debisinin ölçümünde yaygın bir yöntem venturi tüpü veya orifis pleyt gibi akışkan
kısıtlayarak akış hattı girişindeki ve boğazdaki basınç farkı ölçülür. Bu basınç farkı akış
debisini hesaplamakta kullanılır.
Ventüri girişindeki ve boğazındaki basınç farklarını Şekil 3’deki gibi basınç göstergeleri veya
diferansiyel manometre yardımıyla okumak gerekir.
Şekil 3 Venturimetre
Orifismetre, venturimetre ile aynı prensiple çalışır ve venturi tüpü yerine sıvı akışını
kısıtlamak için delikli bir levha kullanır. Bunun avantajı deliğin çapının çabuk ve kolayca
değiştirebilmelidir, fakat dezavantajı venturi tüpüne göre basınç kayıplarının fazla olmasıdır.
Enerjinin korunumu nedeniyle enerji denklemi geçerlidir. Sürekli, sürtünmesiz ve
sıkıştırılamaz akım için Bernoulli denklemi adını alan bu denklem aşağıdaki gibidir:
P1
u12
P2 u 22

 h1 

 h2 ( Bernoulli eşşitliğ, h1  h2 )
g 2 g
g 2 g
u 22  u12 P1  P2

 hp
g
g
u 22  2 gh p  u12
Ayrıca kütlenin korunumu nedeniyle süreklilik denklemi de geçerlidir ve giren kütlesel debi
( ) çıkan kütlesel debiye (
) eşit olmalıdır:
Süreklilikten;
 1u1 A1   2 u 2 A2
( 1   2   )
Sıkıştırılamaz akışlar için yoğunluk sabit olacağından süreklilik denklemi;
A 
u1  u 2  2 
 A1 
Yerine konursa;
A 
u  2 gh p  u  2 
 A1 
2
2
2
2
2
  A 2 
u 1   2    2 gh p
  A1  


2
2
u2 
2 gh p
A 
1   2 
 A1 
2
Debi;
.
V  u1 A1  u 2 A2 olduğlduğu şunu yazabiliriz ;
.
V  A2
2 gh p
A 
1   2 
 A1 
2
Bu ideal debidir. Gerçek debiyi bulmak için bu değere debi katsayısı eklemek gereken,
böylelikle debi şu şekilde hesaplanabilir;
.
V  C d .A 2
2gh p
A 
1   2 
 A1 
(1)
2
Yine pitot tüpünde olduğu gibi hp akışkan akışındaki metre cinsinden basınç yüksekliğidir.
Bu şekilde;
hp 
P1  P2
.g
ve diferansiyel manometre kullanılıyorsa;
P1-P2 = (i – g)gh
(1) eşitliği hem venturimetrelere ve hem de orifismetrelere uygulanır. Venturimetrede
debi katsayısı akış debisine bağlı olarak artar ve 0,8 ilâ 0,98 değişir. Orifismetrede ise onun en
yüksek artış noktası düşük debide 0,94 olur ve akış debisi arttıkça 0,6’ya kadar düşer. Bu
yüksek hızlarda orifismetredeki basınç kayıplarının daha yüksek olduğunu gösterir(özellikle
yüksek hızlarda).
(1) eşitliğini pratik bir duruma uygulayabilmek için bundan dolayı bir iterasyon (yaklaşım)
prosedürü ile Cd hesaplanmalı, (1)’de debiyi bulmak için kullanılmalıdır. Sonra yeni Cd değeri
.
için kalibrasyon eğrisi kullanılmalıdır. Bu prosedür V ’nın başarılı sonuçlarına ulaşıncaya
kadar istenen hassasiyet derecesi çok fazla değiştirilmeden tekrarlanır.
E) DENEYİN YAPILIŞI
1. Ana şalteri açıp pompayı çalıştırın.
2. Kontrol vanası ile akış debisini önce 1000 L/h değerine ayarlayıp fark basınç değerini
tabloya kaydedin.
3. Sonra sırasıyla 1200, 1400, 1600, 1800 L/h değerlerine ayarlayıp fark basınç
değerlerini tabloya kaydedin.
4. Aşağıdaki formülde değerleri yerine yazarak CD değerini hesaplayın.
V
CD 
A2
formülde A2=3,14x10-4
2 gh p
1
A2
A1
yerine
A 
1  2 
 A1 
3,14 x10 4
1
 0,609375
8,0384 x10  4
2g yerine 2x9,81=19,62 konursa (1) formülü aşağıdaki şekilde sadeleşir:
V
CD 
3,14 x10  4
Ölçüm Debi
no
[L/h]
19 ,62 xh p
0,609375
Debi
[m3/s]
1
1000
2,7777x10-4
2
1200
3,3333x10-4
3
1400
3,8888x10-4
4
1600
4,4444x10-4
5
1800
5x10-4
P1
[mSS]
P2
[mSS]
hp
[mSS]
Toplam
Ortalama
CD/5
CD
A) DENEY NO: 4
B) DENEYİN ADI: Delikli levhanın (orifis pleyt) debi katsayısının belirlenmesi
C) DENEYİN AMACI: Delikli levha (orifis pleyt) tipi akış ölçerlerde akış katsayısının (CD),
hesaplanması deneysel olarak nasıl yapıldığını kavramak.
D) KURAMSAL ESASLAR
Akışkan debisinin ölçümünde yaygın bir yöntem delikli levha (orifis pleyt) gibi akışkan
kısıtlayarak akış hattı girişindeki ve boğazdaki basınç farkı ölçülür. Bu basınç farkı akış
debisini hesaplamakta kullanılır. Delikli levha (orifis pleyt) girişindeki ve boğazındaki basınç
farklarını Şekil 4’deki gibi basınç göstergeleri veya diferansiyel manometre yardımıyla
okumak gerekir.
Şekil 4 Delikli levha (orifis plate)
Orifismetre, venturimetre ile aynı prensiple çalışır ve venturi tüpü yerine sıvı akışını
kısıtlamak için delikli bir levha kullanır.
Her iki cihazın teorisi benzerdir;
.
V  C d .A 2
2gh p
A 
1   2 
 A1 
2
(1)
Yine pitot tüpünde olduğu gibi hp akışkan akışındaki metre cinsinden basınç yüksekliğidir.
Bu şekilde;
hp 
P1  P2
.g
ve diferansiyel manometre kullanılıyorsa;
P1-P2 = (i – g)gh
(1) eşitliği hem venturimetrelere ve hem de orifismetrelere uygulanır. Venturimetrede debi
katsayısı akış debisine bağlı olarak artar ve 0,8 ilâ 0,98 değişir. Orifismetrede ise onun en
yüksek artış noktası düşük debide 0,94 olur ve akış debisi arttıkça 0,6’ya kadar düşer. Bu
yüksek hızlarda orifismetredeki basınç kayıplarının daha yüksek olduğunu gösterir(özellikle
yüksek hızlarda).
(2) eşitliğini pratik bir duruma uygulayabilmek için bundan dolayı bir iterasyon (yaklaşım)
prosedürü ile Cd hesaplanmalı, (1)’de debiyi bulmak için kullanılmalıdır. Sonra yeni Cd değeri
.
için kalibrasyon eğrisi kullanılmalıdır. Bu prosedür V ’nın başarılı sonuçlarına ulaşıncaya
kadar istenen hassasiyet derecesi çok fazla değiştirilmeden tekrarlanır.
Örnek-1
Delik çapı 75 mm olan orifismetre 150 mm çapındaki bir boru hattına tesis edilmiştir. Su
aktığında orifismetreye bağlanan bir diferansiyel cıvalı manometrede 160 mm yükseklik farkı
okunmaktadır. Debi katsayısı 0,8 alınması halinde akış debisini hesaplayınız.
Çözüm:
hp 


ve P1  P2   i  1 gh
g


P1  P2
g


h p   i  1 h
 g

Bu durumda;
 i  13,6.10 3 k g / m 3 (cııv )
  10 3 k g / m 3 ( su )
h p  (13,6  1).0,160  2,016 m
Ayrıyr
A2

A1
1
1
( 2   1 olduğlduğu )
4
2
10 .2. eşşitliğşi k ullanalıu ;
2 gh p
.
V  Cu . A2
.
V  0,8 . .
2


1   A2  
 A  

 1  

0,075 2
4
yerine k onulursa;
2.9,81 .2,016
1
1  
4
2
(m 3 / s)
.
V  23 L / s
E) DENEYİN YAPILIŞI
5. Ana şalteri açıp pompayı çalıştırın.
6. Kontrol vanası ile akış debisini önce 1000 L/h değerine ayarlayıp fark basınç değerini
tabloya kaydedin.
7. Sonra sırasıyla 1200, 1400, 1600, 1800 L/h değerlerine ayarlayıp fark basınç
değerlerini tabloya kaydedin.
8. Aşağıdaki formülde değerleri yerine yazarak CD değerini hesaplayın.
V
CD 
A2
1
2 gh p
formülde A2=3,14x10-4
A 
1  2 
 A1 
3,14 x10 4
 0,609375
8,0384 x10  4
1
A2
A1
yerine
2g yerine 2x9,81=19,62 konursa (1) formülü aşağıdaki şekilde sadeleşir:
V
CD 
3,14 x10  4
19 ,62 xh p
0,609375
Ölçüm Debi
no
[L/h]
Debi
[m3/s]
1
1000
2,7777x10-4
2
1200
3,3333x10-4
3
1400
3,8888x10-4
4
1600
4,4444x10-4
5
1800
5x10-4
P1
[mSS]
P2
[mSS]
hp
[mSS]
Toplam
Ortalama
CD/5
CD