DENEY-5: Akış Ölçme Deneyi - 1

HAZIRLIK SORULARI:

Deneye gelmeden önce aşağıda belirtilen aşamaları eksiksiz yapınız. İstenilen tüm verileri rapor

halinde deneye gelirken ilgili araştırma görevlisine teslim ediniz. Deney öncesi yapacağınız bu

çalışma deneyden alacağınız puanın %40’ını oluşturacaktır. Deney sonrası hazırlık soruları için

getirilen raporlar kesinlikle değerlendirilmeyecektir. Hazırlayacağınız deney sonu raporu, deney

notunuzun %40’ını oluşturacaktır. Deneydeki performansınız ise %20 olarak

değerlendirilecektir.

1) Türbinmetrenin nasıl ve hangi amaçlarla kullanıldığını araştırınız ve açıklayınız.

2) Venturimetre çalışma prensibini açıklayınız. Orifismetre ile venturimetre farkını

açıklayınız.

DENEY İLE İLGİLİ TEORİK BİLGİ VERİLMESİ VE DENEYLERİN YAPILIŞI

AKIŞ ÖLÇME EĞİTİM SETİ

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

Enerji Sistemleri Mühendisliği

Bölümü

ESM 413 Enerji Sistemleri Laboratuvarı-I

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

DENEYİN ADI: Türbin Tipi Akış Ölçer ile Akış Ölçümü (1) ve Venturimetrede Akış

Katsayısının Hesaplanması (2)

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

bağlantılarının gösterge cihazına nasıl bağlandığını kavramak. Venturimetre tipi akış ölçerlerde

akış katsayısının (CD), hesaplanması deneysel olarak nasıl yapıldığını kavramak.

Türbin Tipi Akış Ölçer ile Akış Ölçümü (1)

TEORİK BİLGİ

Akışkanlar mekaniğinin ana uygulama alanlarından biri akışkanların debilerinin belirlenmesi

olup bu anlamda uzun yıllardır farklı özelliklere sahip cihazlar geliştirilmiştir. Akış ölçen

sistemler sistemin ölçüleri, kapasitesi, maliyeti, sonuçların güvenilirliği, basınç düşüşü ve çalışma

prensiplerine göre değişiklik göstermektedir.

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. Borunun bir kısmına serbestçe dönebilen bir pervane yerleştirilerek ve gerekli

kalibrasyonu yapılarak boru içerisindeki akış ölçülebilir. Bu amaca göre çalışan akış ölçüm

cihazlarına türbinmetre ya da türbinli akış ölçer ya da türbin tipi debimetre denilmektedir.

Türbinmetre bazen pervaneli metre olarak adlandırılmakta olup bir boru hattına bağlanan

serbestçe dönen pervanedir. Ama pervane akışkana enerji aktardığı ve türbin akışkandan enerji

çektiği için bu adlandırma teknik olarak doğru kabul edilmemektedir. Tipik bir türbinmetre

tasarımı Şekil-1’de görülmektedir. Türbinmetre içinde serbestçe dönebilen bir türbin (kanatlı

rotor), akışı doğrultmak amacıyla girişe konumlandırılmış ilave sabit kanatlar ve dönme hızını

bulmak için türbin üzerinde işaretli bir noktanın her geçişinde bir darbe sinyali üreten sensörün

yerleştirildiği silindirik akış bölümünden meydana gelmektedir. Özel olarak üretilen bu türbinler

açılı yapısı sayesinde akışkanın hızını kolaylıkla ölçebilirler. Türbinin dönme hızı akışkanın hızı

ile yaklaşık doğru orantılıdır. Türbinden kaynaklı yük kaybı çok düşüktür.

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.

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

Venturimetrede Akış Katsayısının Hesaplanması (2)

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. Venturimetre engelli akış ölçerler grubunun en hassas akış ölçeri olup,

diğer taraftan da en pahalısıdır. 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. Venturimetredeki yavaş yavaş ayrılma ve genişleme akışın

ayrılmasını ve çevrinti oluşmasını engeller ve sadece iç çeper yüzeylerinde sürtünme kayıpları

vardır. Venturimetreler gazların ölçülmesinde kullanılan ölçü aletleri olmasına karşın, özellikle

su gibi bazı sıvılar için de uygundur.

Ventüri girişindeki ve boğazındaki basınç farklarını Şekil 2’deki gibi basınç göstergeleri veya

diferansiyel manometre yardımıyla okumak gerekir.

Şekil 2. 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. Çok düşük yük kayıplarına neden

olduklarından büyük basınç düşüşlerine izin verilmeyen uygulamalar için tercih edilmelidir. Bir

venturimetre ve manometre sisteminde maksimum ölçülebilen akış hızı sabittir; bu durumda akış

aralığı değiştiğinde, 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;

21p

22

p21

21

22

21

222

211

ugh2u

)yüksekliğifarkıBasınç(hg

PP

g

uu

)hh,eşitliğiBernoulli(g2

u

g

P

g2

u

g

P

2

1

2

p2

.

2211

.

2

1

2

p2

p

2

1

222

2

1

222p

22

1

221

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;

2

1

2

p2d

.

A

A1

gh2A.CV

(1)

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

Bu şekilde; g.

PPh 21p

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

21A

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

Dxh

x

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

DENEY SONU RAPORUNDA İSTENENLER:

1) Deney sonu raporunuzda tüm hesaplamalar ve belirtilen tablolar olmalıdır.

2) Teorik olarak hesaplanan ve deneysel olarak ölçülen değerlerle alakalı tüm yorumlarınız

deney sonu raporunuzda yer almalıdır. Her aşamada yaptığınız tüm hesaplamalar ve

oluşturduğunuz tablolarda birimlerin yazıldığına ve doğru olduğuna emin olunuz.