1

T.C.

YALOVA ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ENERJİ SİSTEMLERİ

MÜHENDİSLİĞİ

ÖLÇME TEKNİĞİ DERSİ

AKIŞ ÖLÇME DENEYİ

LABORATUVAR FÖYÜ

HAZIRLAYANLAR

Yard.Doç.Dr. M. Ekrem ÇAKMAK

Araş. Gör. Ezgi BAYRAKDAR

2

LABORATUVARDA UYULMASI GEREKEN KURALLAR

Giysilerimizi ve üstümüzü korumak amacıyla uzun önlük giyilmelidir.

Görevli öğretim üyesi ve asistanın uyarılarına dikkat edilmeli ve uyulmalıdır.

Kronik önemli bir rahatsızlığa sahip olanlar görevli hocaya durumunu belirtmelidir.

Laboratuvarda çalışırken temizlik ve düzen ile ilgili kurallara uyunuz. Diğer

çalışanları rahatsız edecek gürültü, koşmak v.b. fiziksel hareketlerden uzak durunuz.

Laboratuvarda yemek içmek kesinlikle yasaktır.

Elektrik ile ilgili problemlerde ilgili hoca ya da asistan ile hızlıca iletişime geçerek

yardım isteyiniz.

Laboratuvarda meydana gelebilecek herhangi bir su baskını, yangın ve diğer benzeri

durumlara tek başınıza müdahale etmeyiniz.

Laboratuvarda bulunan cihazların ve sistemlerin kullanma talimatlarına uyunuz.

Öğrenciler hocalarının izni olmadan laboratuvara giremez ve çıkamazlar.

Deney tamamlanmadan deney setinden ayrılmayınız.

Atıkları türlerine göre ilgili atık kutularına atınız.

Kesinlikle kimyasal vb ürünleri lavaboya dökmeyiniz.

Deney setlerini düzenli bırakınız.

Deney tezgahlarını temiz bırakınız.

Kalem, silgi, defter, kitap, föy gibi özel eşyelarınızı laboratuvarda bırakmayınız.

3

AKIŞ ÖLÇME EĞİTİM SETİ

DENEY SİSTEM PARÇALARI

Sistemi oluşturan ve yaptırılacak deneyler kapsamında kullanılan sistem parçaları aşağıdaki

tabloda teknik bilgileriyle verilmiştir.

S.NO PARÇANIN ADI ADEDİ MARKASI VE ÖZELLİĞİ

1 Su tankı 1 350x300x300 mm,

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 PVC küresel tip

4

DENEYİN ADI: Türbin Tipi Akış Ölçer ile Akış Ölçümü

DENEYİN AMACI: Türbin tipi akış ölçerlerin (türbin metre) nasıl kullanıldığını, sinyal

kablo bağlantılarının gösterge cihazına nasıl bağlandığını kavramak.

TEORİK BİLGİ

Türbin metreler orta ve büyük ölçekteki sanayi tesislerinin, şehir dağıtım şebekelerinin,

elektrik üretim santrallerinin sıvı ve gaz akışkan ölçümlerinde geniş çapta bir kullanıma

sahiptir. Türbin metreler şebeke içindeki pisliklere karşı rotary tip sayaçlar kadar hassas

değildir. Ama bu tür pislikler pervanelere zarar vereceği için şebekenin iyi filtrelenmesi

ölçüm hassasiyeti açısından önemlidir. Türbin tip akışkan sayacı (türbin metre) akış

ölçümünde kullanılan ölçü cihazlarından biri olup esas ölçüm elemanı olarak kullanılan ve

türbine benzeyen şekle sahip pervanelerinden adını almıştır. Akışkan akışı türbin çarkını

döndürür, dolayısıyla çarkın dönüş hızı akışkanın doğrusal hızıyla orantılıdır. Hareket,

mekanik olarak manyetik kaplın vasıtasıyla numaratöre aktarılır.

Türbinmetre bazen pervaneli metre olarak adlandırılmakta olup bir boru hattına bağlanan

serbestçe dönen pervanedir. Tipik bir tasarımı Şekil-1’de görülmektedir. Özel olarak üretilen

bu türbinler içlerinde bulunan pervanelerin açılı yapısı sayesinde akışkanın hızını kolaylıkla

ölçebilirler. 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.

5

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.

Bunlara ek olarak yasal olarak zorunlu olan periyodik kalibrasyon işlemi daha sık

tekrarlanarak ölçüm kayıpları kontrol edilebilir.

DENEYİN YAPILIŞI

Ana şalteri açıp pompayı çalıştırın. Vanayı açarak, debiyi 1000 L/h ayarlayın. Rotametre ile

karşılaştırın. Vanayı açarak 1500 L/h debiye ayarlayın ve rotametre ile karşılaştırın. Vanayı

açarak 2000 L/h debiye ayarlayın. Rotametre ile karşılaştırın. Okuduğunuz değerleri aşağıda

verilen tabloya yazınız.

Ölçüm

No

Debi (türbinmetre)

[L/h]

Debi (rotametre)

[L/h]

Fark

[L/h]

1 1000

2 1500

3 2000

1 m3 /h=1000 l/h

6

DENEYİN ADI: Rotametre ile akış ölçümü

DENEYİN AMACI: Rotametrelerin nasıl okunduğunu ve tesisata nasıl bağlandığını

kavramak.

TEORİK BİLGİ

Rotametre, borulardaki sıvı veya gazların debilerini belirlemeye yarayan bir cihazdır.

Rotametre çok yaygın akış debisi ölçen bir cihaz olup, yukarı doğru konik olarak genişleyen

şamandıralı bir cam tip olup Şekil-2’de gösterilmiştir. Rotametrenin plastik konik ölçüm

tüpünde süspansiyon yapan bir gövde bulunur ve bu akışkanın eylemsizliğiyle yukarı kalkar.

Rotametredeki şamandıranın yüksekliği akış debisine bağlıdır ve böylelikle şamandıranın

konumu doğrudan okunabilir. Debi yükselirse akış direnci de artar. Rotametrenin süspansiyon

gövdesi yükselir ve süspansiyon gövdesi ile cam tüp arasındaki alan büyür. Böylece akış

direnci, kaldırma kuvvetiyle süspansiyondaki gövde ağırlığı gücü toplamı aynı olana dek

azalır. Akış oranı olarak ölçülen seviye rotametrede bir skalada okunabilir. Bu yüzden

rotametrenin farklı versiyonları bulunmaktadır.

Şekil 2. Rotametre

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.

7

DENEYİN YAPILIŞI

Cihazın su tankında su miktarını kontrol ediniz. Cihazın ana şalterini açarak pompayı

çalıştırınız. Cihaz üzerindeki küresel vanayı tam açık konuma getirerek akışı en yüksek

değere ayarlayınız. Küresel vana yardımıyla akış debisini sırasıyla 2500, 2000, 1500 ve 1000

L/h debilere ayarlayınız. Ölçülen hacimsel debi değerlerini aşağıdaki formül yardımıyla kg/s

kütlesel debi değerlerine çeviriniz.

3600

Vm

[kg/s]

Ölçüm

no

Hacimsel debi Kütlesel debi

1 2500

2 2000

3 1500

4 1000

8

DENEYİN ADI: Venturimetrede akış katsayısının hesaplanması

DENEYİN AMACI: Venturimetre tipi akış ölçerlerde akış katsayısının (CD), hesaplanması

deneysel olarak nasıl yapıldığını kavramak.

TEORİK BİLGİ

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. Venturimetrede giriş konisinde hız artar, basınç düşer. Giriş

konisindeki basınç düşüşü, sistem boyunca olan akış hızının ölçülmesine olanak verir. Sonra

hız azalır ve koninin çıkışına doğru akım orijinal basıncına döner. Düşen basıncın tümüyle

geri kazanılması için çıkış kısmındaki konikliğin açısı küçük tutularak sınır tabakası ayrılması

önlenir ve sürtünme en aza indirilir. Venturimetreler gazların ölçülmesinde kullanılan ölçü

aletleri olmasına karşın, özellikle su gibi bazı sıvılar için de uygundur.

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.

Venturimetreler uygulamada bazı dezavantajlara sahiptir, maliyeti yüksektir, daha fazla hacim

kaplarlar ve boğaz çapının boru çapına oranı değiştirilemez. Bir venturimetre ve manometre

sisteminde maksimum ölçülebilen akış hızı sabittir; bu durumda akış aralığı değiştiğinde,

9

boğaz çapı ya çok büyük veya çok küçük kalır ve doğru sonuç alınamaz. Orifismetreler bu

dezavantajları içermez. Orifismetrenin çalışma ilkesi daha önce de belirtildiği gibi

venturimetre ile benzemektedir. Akışkanın orifisten geçerken kesitinin azalması hız

yüksekliğini artırır ve uçlar arasındaki basınç düşmesi manometreyle ölçülür.

Her iki cihazın teorisi benzemekte ve Bernoulli eşitliği ve süreklilik denkleminin

uygulanmasını gerektirir. Yataydaki akış durumunun ideal olduğunu farz ederek;

2

1p

2

2

p

21

2

1

2

2

21

2

22

2

11

ugh2u

)yüksekliğifarkıBasınç(hg

PP

g

uu

)hh,eşitliğiBernoulli(g2

u

g

P

g2

u

g

P

2

1

2

p

2

.

2211

.

2

1

2

p

2

p

2

1

22

2

2

1

22

2p

2

2

1

2

21

2211

A

A1

gh2AV

;zyazabilirişunuolduğundanAuAuV

;Debi

A

A1

gh2u

gh2A

A1u

A

Augh2u

;konursaYerine

A

Auu

AuAu

Bu ideal debidir. Gerçek debiyi bulmak için bu değere debi katsayısı eklemek gereken,

böylelikle debi şu şekilde hesaplanabilir;

10

2

1

2

p

2d

.

A

A1

gh2A.CV

(1)

Yine pitot tüpünde olduğu gibi hp akışkan akışındaki metre cinsinden basınç yüksekliğidir.

Bu şekilde; g.

PPh

21

p

ve diferansiyel manometre kullanılıyorsa;

P1-P2 = (𝜌𝑖– 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 ’ün başarılı sonuçlarına ulaşıncaya

kadar istenen hassasiyet derecesi çok fazla değiştirilmeden tekrarlanır.

DENEYİN YAPILIŞI

Ana şalteri açıp pompayı çalıştırınız. Kontrol vanası ile akış debisini önce 1000 L/h değerine

ayarlayıp fark basınç değerini tabloya kaydediniz. Sonra sırasıyla 1500, 2000, 2500, 1800 L/h

değerlerine ayarlayıp fark basınç değerlerini tabloya kaydediniz. Aşağıdaki formülde

değerleri yerine yazarak CD değerini hesaplayın.

1

2

2

1

2

A

A

ghA

VC

p

D

formülde A2=3,14x10-4

1

21

A

A yerine 609375,0

100384,8

1014,31

4

4

x

x

2g yerine 2x9,81=19,62 konursa (1) formülü aşağıdaki şekilde sadeleşir:

609375,0

62,191014,3

4 p

D

xhx

VC

11

1 mmss = 9,8066 x 10^(-5) bar

Ölçüm

no

Debi

[L/h]

Debi

[m3/s]

P1

[mSS]

P2

[mSS]

hp

[mSS]

CD

1 1000 2,7777x10-4

2 1500 3,3333x10-4

3 2000 3,8888x10-4

4 2500 4,4444x10-4

Toplam

Ortalama CD/5

12

DENEYİN ADI: Delikli levhanın (orifis plaka) debi katsayısının belirlenmesi

DENEYİN AMACI: Delikli levha (orifis pleyt) tipi akış ölçerlerde akış katsayısının (CD),

hesaplanması deneysel olarak nasıl yapıldığını kavramak.

TEORİK BİLGİ

Bu ölçüm yöntemi türbin debimetrelerin kullanılmadığı kirli akışkanlarda ve büyük çaplarda

çok pratik olarak kullanılabilir. Orifis debimetre içesinde yer alan orifis plaka basınç düşüşüne

sebep olur. Akışkan debisinin ölçümünde yaygın bir yöntem delikli levha (orifis pleyt) gibi

akışkan kısıtlayarak akış hattı girişindeki ve boğazdaki basınç farkı ölçülür ve bu farka dayalı

olarak debi hesaplanır.

Orifis plaka debimetreler hem sıvılar hem gaz akışkanlar için kullanılabilir. Akışkanların

sıkıştırılamaz olarak kabul edilmesi, bu sebeple akış tüpünün içerisinden geçen akışkanın

yoğunluğu ve sıcaklığının sabit kabul edilmesi gerekmektedir. Gaz akışkan ölçümleri için

ideal gaz kabulü ile ölçüm yapılmalıdır. Orifis plakanın avantajları; diğer debimetrelerde

ihtiyaç bulunan giriş çıkış düz boru mesafesinin bu sistemde bulunmaması, sıvılar, gazlar ve

buhar için evrensel uygunluğa sahip olması, tamamen mekanik sağlam ana ekipmanlara sahip

olup hareket eden parçası bulunmaması, transmitterler prosesi kesmeden, çalışma esnasında

istenildiği zaman değiştirilebilmesi, geniş çap aralığında kullanılabilmesi, montajının kolay

olması olarak sıralanmaktadır.

Orifis girişindeki ve boğazındaki basınç farklarını Şekil 4’deki gibi basınç göstergeleri veya

diferansiyel manometre yardımıyla okumak gerekir.

Şekil 4. Delikli levha (Orifis plaka)

13

Orifismetre, venturimetre ile aynı prensiple çalışır ve venturi tüpü yerine sıvı akışını

kısıtlamak için delikli bir levha kullanır.

Her iki cihazın teorisi benzerdir;

2

1

2

p

2d

.

A

A1

gh2A.CV

(1)

Yine pitot tüpünde olduğu gibi hp akışkan akışındaki metre cinsinden basınç yüksekliğidir.

Bu şekilde;

g.

PPh

21

p

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.

DENEYİN YAPILIŞI

Ana şalteri açıp pompayı çalıştırınız. Kontrol vanası ile akış debisini önce 1000 L/h değerine

ayarlayıp fark basınç değerini tabloya kaydediniz. Sonra sırasıyla 1200, 1400, 1600, 1800 L/h

değerlerine ayarlayıp fark basınç değerlerini tabloya kaydedin. Aşağıdaki formülde değerleri

yerine yazarak CD değerini hesaplayın.

1

2

2

1

2

A

A

ghA

VC

p

D

formülde A2=3,14x10-4

1

21

A

A yerine 609375,0

100384,8

1014,31

4

4

x

x

2g yerine 2x9,81=19,62 konursa (1) formülü aşağıdaki şekilde sadeleşir:

14

609375,0

62,191014,3

4 p

D

xhx

VC

1 mmss = 9,8066 x 10-5

bar

Ölçüm

no

Debi

[L/h]

Debi

[m3/s]

P1

[mSS]

P2

[mSS]

hp

[mSS]

CD

1 1000 2,7777x10-4

2 1500 3,3333x10-4

3 2000 3,8888x10-4

4 2500 4,4444x10-4

Toplam

Ortalama CD/5