T.C. YLOV ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ ÖLÇME TEKNİĞİ DERSİ KIŞ ÖLÇME DENEYİ LBORTUVR FÖYÜ HZIRLYNLR Yard.Doç.Dr. M. Ekrem ÇKMK raş. Gör. Ezgi BYRKDR
LBORTUVRD UYULMSI GEREKEN KURLLR Giysilerimizi ve üstümüzü kormak amacıyla zn önlük giyilmelidir. Görevli öğretim üyesi ve asistanın yarılarına dikkat edilmeli ve ylmalıdır. Kronik önemli bir rahatsızlığa sahi olanlar görevli hocaya drmn belirtmelidir. Laboratvarda çalışırken temizlik ve düzen ile ilgili krallara ynz. Diğer çalışanları rahatsız edecek gürültü, koşmak v.b. fiziksel hareketlerden zak drnz. Laboratvarda yemek içmek kesinlikle yasaktır. Elektrik ile ilgili roblemlerde ilgili hoca ya da asistan ile hızlıca iletişime geçerek yardım isteyiniz. Laboratvarda meydana gelebilecek herhangi bir s baskını, yangın ve diğer benzeri drmlara tek başınıza müdahale etmeyiniz. Laboratvarda blnan cihazların ve sistemlerin kllanma talimatlarına ynz. Öğrenciler hocalarının izni olmadan laboratvara giremez ve çıkamazlar. Deney tamamlanmadan deney setinden ayrılmayınız. tıkları türlerine göre ilgili atık ktlarına atınız. Kesinlikle kimyasal vb ürünleri lavaboya dökmeyiniz. Deney setlerini düzenli bırakınız. Deney tezgahlarını temiz bırakınız. Kalem, silgi, defter, kita, föy gibi özel eşyelarınızı laboratvarda bırakmayınız.
KIŞ ÖLÇME EĞİTİM SETİ DENEY SİSTEM PRÇLRI Sistemi olştran ve yatırılacak deneyler kasamında kllanılan sistem arçaları aşağıdaki tabloda teknik bilgileriyle verilmiştir. S.NO PRÇNIN DI DEDİ MRKSI VE ÖZELLİĞİ S tankı 350x300x300 mm, Sirkülasyon oması larko NVPO 3 Ventürimetre Özel yaım 3/0 mm 4 Delikli levha (orifis late) Özel yaım 3/0 mm 5 Rotametre tii debimetre 50-500 L/h 6 Türbinmetre Ordel ½ bağlantılı 7 Kontrol vanası PVC küresel ti 3
DENEYİN DI: Türbin Tii kış Ölçer ile kış Ölçümü DENEYİN MCI: Türbin tii akış ölçerlerin (türbin metre) nasıl kllanıldığını, 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 çata bir kllanıma sahitir. Türbin metreler şebeke içindeki isliklere karşı rotary ti sayaçlar kadar hassas değildir. ma b tür islikler ervanelere zarar vereceği için şebekenin iyi filtrelenmesi ölçüm hassasiyeti açısından önemlidir. Türbin ti akışkan sayacı (türbin metre) akış ölçümünde kllanılan ölçü cihazlarından biri ol esas ölçüm elemanı olarak kllanılan ve türbine benzeyen şekle sahi ervanelerinden adını almıştır. kışkan akışı türbin çarkını döndürür, dolayısıyla çarkın dönüş hızı akışkanın doğrsal hızıyla orantılıdır. Hareket, mekanik olarak manyetik kalın vasıtasıyla nmaratöre aktarılır. Türbinmetre bazen ervaneli metre olarak adlandırılmakta ol bir bor hattına bağlanan serbestçe dönen ervanedir. Tiik bir tasarımı Şekil- de görülmektedir. Özel olarak üretilen b türbinler içlerinde blnan ervanelerin açılı yaısı sayesinde akışkanın hızını kolaylıkla ölçebilirler. Rotor akış yönünde doğrltc sabit kanatlar blnr ve devir sayısı rotor üzerindeki bir noktaya yerleştirilen delik yardımıyla olşan elektriksel veya manyetik sinyal yükseltileriyle (lse) ölçülür. Pervanenin dönme hızı akışkanın hızı ile yaklaşık doğr orantılıdır. Türbinmetrelerin en önemli avantajı her bir sinyalin sayısal olarak çok küçük bir akışkan debi artışına ceva verecek şekilde kolaylıkla ölçülebilmesidir. Sıvı tii türbinmetreler iki kanatlı olarak yaılırlar ve sinyallerin sabit sayısı her bir akış birimi için 5: akış kademesinde yüzde ±0,5 hassasiyetle ölçüm yaarlar. Gaz metreler ise gerekli momenti olştrabilmek için çok kanatlı yaılırlar ve hassasiyetleri yüzde ± değerindedir. 4
Şekil. Türbinmetre Türbinmetreler son derece birseysel cihazlar oldklarından kalibre edilmek zorndadırlar. B amaçla üretici firmalar belirli debi aralıkları için kalibrasyon eğrileri hazırlamışlardır. yrıca sayısal göstergeli cihazların ayarları yardımıyla da debi-hız kalibrasyonları yaılabilmektedir. Bnlara ek olarak yasal olarak zornl olan eriyodik kalibrasyon işlemi daha sık tekrarlanarak ölçüm kayıları kontrol edilebilir. DENEYİN YPILIŞI na şalteri açı omayı çalıştırın. Vanayı açarak, debiyi 000 L/h ayarlayın. Rotametre ile karşılaştırın. Vanayı açarak 500 L/h debiye ayarlayın ve rotametre ile karşılaştırın. Vanayı açarak 000 L/h debiye ayarlayın. Rotametre ile karşılaştırın. Okdğnz değerleri aşağıda verilen tabloya yazınız. Ölçüm Debi (türbinmetre) No [L/h] 000 500 3 000 m 3 /h=000 l/h Debi (rotametre) [L/h] Fark [L/h] 5
DENEYİN DI: Rotametre ile akış ölçümü DENEYİN MCI: Rotametrelerin nasıl okndğn ve tesisata nasıl bağlandığını kavramak. TEORİK BİLGİ Rotametre, borlardaki sıvı veya gazların debilerini belirlemeye yarayan bir cihazdır. Rotametre çok yaygın akış debisi ölçen bir cihaz ol, ykarı doğr konik olarak genişleyen şamandıralı bir cam ti ol Şekil- de gösterilmiştir. Rotametrenin lastik konik ölçüm tüünde süsansiyon yaan bir gövde blnr ve b akışkanın eylemsizliğiyle ykarı kalkar. Rotametredeki şamandıranın yüksekliği akış debisine bağlıdır ve böylelikle şamandıranın konm doğrdan oknabilir. Debi yükselirse akış direnci de artar. Rotametrenin süsansiyon gövdesi yükselir ve süsansiyon gövdesi ile cam tü arasındaki alan büyür. Böylece akış direnci, kaldırma kvvetiyle süsansiyondaki gövde ağırlığı gücü tolamı aynı olana dek azalır. kış oranı olarak ölçülen seviye rotametrede bir skalada oknabilir. B yüzden rotametrenin farklı versiyonları blnmaktadır. Şekil. Rotametre Rotametreler hem gazlar hem de sıvılar için kllanılmasına rağmen sadece verilen bir akışkan drm için hassas olarak kalibre edildiğinden farklı akışkanlar ve basıncı-sıcaklığı verilen sınırların dışına çıkan akışkanlar için kllanılamazlar. 6
DENEYİN YPILIŞI Cihazın s tankında s miktarını kontrol ediniz. Cihazın ana şalterini açarak omayı çalıştırınız. Cihaz üzerindeki küresel vanayı tam açık konma getirerek akışı en yüksek değere ayarlayınız. Küresel vana yardımıyla akış debisini sırasıyla 500, 000, 500 ve 000 L/h debilere ayarlayınız. Ölçülen hacimsel debi değerlerini aşağıdaki formül yardımıyla kg/s kütlesel debi değerlerine çeviriniz. Ölçüm Hacimsel debi no 500 000 3 500 4 000 m V [kg/s] 3600 Kütlesel debi 7
DENEYİN DI: Ventrimetrede akış katsayısının hesalanması DENEYİN MCI: Ventrimetre tii akış ölçerlerde akış katsayısının (C D ), hesalanması deneysel olarak nasıl yaıldığını kavramak. TEORİK BİLGİ kışkan debisinin ölçümünde yaygın bir yöntem ventri tüü veya orifis leyt gibi akışkan kısıtlayarak akış hattı girişindeki ve boğazdaki basınç farkı ölçülür. B basınç farkı akış debisini hesalamakta kllanılır. Ventrimetrede giriş konisinde hız artar, basınç düşer. Giriş konisindeki basınç düşüşü, sistem boynca olan akış hızının ölçülmesine olanak verir. Sonra hız azalır ve koninin çıkışına doğr akım orijinal basıncına döner. Düşen basıncın tümüyle geri kazanılması için çıkış kısmındaki konikliğin açısı küçük ttlarak sınır tabakası ayrılması önlenir ve sürtünme en aza indirilir. Ventrimetreler gazların ölçülmesinde kllanılan ölçü aletleri olmasına karşın, özellikle s gibi bazı sıvılar için de ygndr. Ventüri girişindeki ve boğazındaki basınç farklarını Şekil 3 deki gibi basınç göstergeleri veya diferansiyel manometre yardımıyla okmak gerekir. Şekil 3. Ventrimetre Orifismetre, ventrimetre ile aynı rensile çalışır ve ventri tüü yerine sıvı akışını kısıtlamak için delikli bir levha kllanır. Bnn avantajı deliğin çaının çabk ve kolayca değiştirebilmelidir, fakat dezavantajı ventri tüüne göre basınç kayılarının fazla olmasıdır. Ventrimetreler yglamada bazı dezavantajlara sahitir, maliyeti yüksektir, daha fazla hacim kalarlar ve boğaz çaının bor çaına oranı değiştirilemez. Bir ventrimetre ve manometre sisteminde maksimm ölçülebilen akış hızı sabittir; b drmda akış aralığı değiştiğinde, 8
9 boğaz çaı ya çok büyük veya çok küçük kalır ve doğr sonç alınamaz. Orifismetreler b dezavantajları içermez. Orifismetrenin çalışma ilkesi daha önce de belirtildiği gibi ventrimetre ile benzemektedir. kışkanın orifisten geçerken kesitinin azalması hız yüksekliğini artırır ve çlar arasındaki basınç düşmesi manometreyle ölçülür. Her iki cihazın teorisi benzemekte ve Bernolli eşitliği ve süreklilik denkleminin yglanmasını gerektirir. Yataydaki akış drmnn ideal oldğn farz ederek; gh ) yüksekliği farkı ( Basınç h g P P g ) h h, eşitliği ( Bernolli g g P g g P.. gh V z ; yazabiliri şn oldğndan V ; Debi gh gh gh ; konrsa Yerine B ideal debidir. Gerçek debiyi blmak için b değere debi katsayısı eklemek gereken, böylelikle debi ş şekilde hesalanabilir;
. V C d. gh () Yine itot tüünde oldğ gibi h akışkan akışındaki metre cinsinden basınç yüksekliğidir. B şekilde; h P P ve diferansiyel manometre kllanılıyorsa;.g P -P = (ρ i g)gh () eşitliği hem ventrimetrelere ve hem de orifismetrelere yglanır. Ventrimetrede debi katsayısı akış debisine bağlı olarak artar ve 0,8 ilâ 0,98 değişir. Orifismetrede ise onn en yüksek artış noktası düşük debide 0,94 olr ve akış debisi arttıkça 0,6 ya kadar düşer. B yüksek hızlarda orifismetredeki basınç kayılarının daha yüksek oldğn gösterir (özellikle yüksek hızlarda). () eşitliğini ratik bir drma yglayabilmek için bndan dolayı bir iterasyon (yaklaşım) rosedürü ile Cd hesalanmalı, () de debiyi blmak için kllanılmalıdır. Sonra yeni C d değeri için kalibrasyon eğrisi kllanılmalıdır. B rosedür ün başarılı sonçlarına laşıncaya kadar istenen hassasiyet derecesi çok fazla değiştirilmeden tekrarlanır. DENEYİN YPILIŞI na şalteri açı omayı çalıştırınız. Kontrol vanası ile akış debisini önce 000 L/h değerine ayarlayı fark basınç değerini tabloya kaydediniz. Sonra sırasıyla 500, 000, 500, 800 L/h değerlerine ayarlayı fark basınç değerlerini tabloya kaydediniz. şağıdaki formülde değerleri yerine yazarak C D değerini hesalayın. C D V gh formülde =3,4x0-4 3,4 x0 yerine 0, 609375 4 8,0384 x0 4 g yerine x9,8=9,6 konrsa () formülü aşağıdaki şekilde sadeleşir: C D 3,4 x0 V 9,6 xh 4 0,609375 0
4 500 4,4444x0-4 Tolam mmss = 9,8066 x 0^(-5) bar Ölçüm no Debi [L/h] Debi [m 3 /s] P [mss] P [mss] h [mss] C D 000,7777x0-4 500 3,3333x0-4 3 000 3,8888x0-4 Ortalama C D /5
DENEYİN DI: Delikli levhanın (orifis laka) debi katsayısının belirlenmesi DENEYİN MCI: Delikli levha (orifis leyt) tii akış ölçerlerde akış katsayısının (C D ), hesalanması deneysel olarak nasıl yaıldığını kavramak. TEORİK BİLGİ B ölçüm yöntemi türbin debimetrelerin kllanılmadığı kirli akışkanlarda ve büyük çalarda çok ratik olarak kllanılabilir. Orifis debimetre içesinde yer alan orifis laka basınç düşüşüne sebe olr. kışkan debisinin ölçümünde yaygın bir yöntem delikli levha (orifis leyt) gibi akışkan kısıtlayarak akış hattı girişindeki ve boğazdaki basınç farkı ölçülür ve b farka dayalı olarak debi hesalanır. Orifis laka debimetreler hem sıvılar hem gaz akışkanlar için kllanılabilir. kışkanların sıkıştırılamaz olarak kabl edilmesi, b sebele akış tüünün içerisinden geçen akışkanın yoğnlğ ve sıcaklığının sabit kabl edilmesi gerekmektedir. Gaz akışkan ölçümleri için ideal gaz kablü ile ölçüm yaılmalıdır. Orifis lakanın avantajları; diğer debimetrelerde ihtiyaç blnan giriş çıkış düz bor mesafesinin b sistemde blnmaması, sıvılar, gazlar ve bhar için evrensel ygnlğa sahi olması, tamamen mekanik sağlam ana ekimanlara sahi ol hareket eden arçası blnmaması, transmitterler rosesi kesmeden, çalışma esnasında istenildiği zaman değiştirilebilmesi, geniş ça aralığında kllanılabilmesi, montajının kolay olması olarak sıralanmaktadır. Orifis girişindeki ve boğazındaki basınç farklarını Şekil 4 deki gibi basınç göstergeleri veya diferansiyel manometre yardımıyla okmak gerekir. Şekil 4. Delikli levha (Orifis laka)
Orifismetre, ventrimetre ile aynı rensile çalışır ve ventri tüü yerine sıvı akışını kısıtlamak için delikli bir levha kllanır. Her iki cihazın teorisi benzerdir;. V gh C d. () Yine itot tüünde oldğ gibi h akışkan akışındaki metre cinsinden basınç yüksekliğidir. B şekilde; h P P ve diferansiyel manometre kllanılıyorsa;.g P -P = ( i g)gh () eşitliği hem ventrimetrelere ve hem de orifismetrelere yglanır. Ventrimetrede debi katsayısı akış debisine bağlı olarak artar ve 0,8 ilâ 0,98 değişir. Orifismetrede ise onn en yüksek artış noktası düşük debide 0,94 olr ve akış debisi arttıkça 0,6 ya kadar düşer. B yüksek hızlarda orifismetredeki basınç kayılarının daha yüksek oldğn gösterir(özellikle yüksek hızlarda). () eşitliğini ratik bir drma yglayabilmek için bndan dolayı bir iterasyon (yaklaşım) rosedürü ile C d hesalanmalı, () de debiyi blmak için kllanılmalıdır. Sonra yeni C d değeri için kalibrasyon eğrisi kllanılmalıdır. B rosedür kadar istenen hassasiyet derecesi çok fazla değiştirilmeden tekrarlanır. DENEYİN YPILIŞI. V nın başarılı sonçlarına laşıncaya na şalteri açı omayı çalıştırınız. Kontrol vanası ile akış debisini önce 000 L/h değerine ayarlayı fark basınç değerini tabloya kaydediniz. Sonra sırasıyla 00, 400, 600, 800 L/h değerlerine ayarlayı fark basınç değerlerini tabloya kaydedin. şağıdaki formülde değerleri yerine yazarak C D değerini hesalayın. C D V gh formülde =3,4x0-4 3,4 x0 yerine 0, 609375 4 8,0384 x0 4 g yerine x9,8=9,6 konrsa () formülü aşağıdaki şekilde sadeleşir: 3
4 500 4,4444x0-4 Tolam C D 3,4 x0 V 9,6 xh 4 0,609375 mmss = 9,8066 x 0-5 bar Ölçüm no Debi [L/h] Debi [m 3 /s] P [mss] P [mss] h [mss] C D 000,7777x0-4 500 3,3333x0-4 3 000 3,8888x0-4 Ortalama C D /5 4