Debitmetre cu cadere de presiune constanta

DEBITMETRE CU CADERE DE PRESIUNE CONSTANTA

1. Rotametre

Rotametrele, sau debitmetre cu cadere de presiune constanta cu un plutitor in suspensie in interiorul curentului, se folosesc la masurarea debi­telor de lichide si gaze, atat in conditii de laborator cat si in industrie. In fig. 1 este reprezentata schematic constructia unui rotametru. EI este format dintr-un tub conic vertical din sticla sau metal, in inte­riorul caruia se afla un plutitor Capatul larg al tubului este indreptat in sus. Diametrul plutitorului este mai mic decat diametrul interior al tubu­lui conic; de aceea plutitorul se poate deplasa liber pe intreaga lungime a tubului, adica de la reperul zero, pana la reperul corespunzand valorii maxime a scarii aparatului.

Pentru a se asigura o functionare stabila a plutitorului, centura sa superioara este prevazuta cu cateva crestaturi cu panta mare. Sub actiunea curentului de fluid ce trece prin crestaturi, plutitorului i se imprima o miscare de rotatie, datorita careia el se centreaza pe mijlocul curentului si, nefiind in contact cu peretii tubului conic, lucreaza fara frecare. Aceasta face ca el sa fie foarte sensibil la cele mai mici variatii ale debitului de fluid.

La montarea rotametrului pe conducta curentul de fluid masurat trece de jos in sus prin tubul conic si ridica plutitorul pana cand interstitiul inelar dintre plutitor si suprafata interioara a tubului conic ajunge la o valoare la care forta creata de caderea de presiune a curentului si care actioneaza asupra plutitorului devine egala cu greutatea plutitorului in lichid.

Prin urmare, in orice pozitie a plutitorului greutatea sa este echilibrata de forta rezultanta, adica este respectata egalitatea:

Gf = G^r-^±=F_r = (p-₁-p₂)S_p                              

Ti

in care Gf este greutatea plutitorului aflat in suspensie in interiorul curen­tului, in kgf; G - greutatea proprie a plutitorului, in kgf; Yp -■ greutatea specifica a materialului plutitorului, in kgf/m³; Yr - greutatea specifica a fluidului masurat, in kgf/m³; F_r forta rezultanta, creata de curentul de fluid, in kgf;

presiunea totala ce actioneaza de jos in sus pe suprafata S_v a plutitorului, in kgf/m²; p'₂ presiunea ce actioneaza de sus in jos pe suprafata S_v a plu­titorului, in kgf/m². Deoarece greutatea plutitorului nu se schimba la deplasarea sa in sus sau in jos, forta F_r este o marime constanta. Diferenta presiunilor statice inainte si dupa plutitor este si ea o marime constanta la deplasarea pluti­torului in sus si in jos. Din aceste motive rotametrele se numesc debitmetre cu cadere de presiune constanta.

Diferenta p'_t p'₂ poate fi exprimata prin viteza din sectiunea interstitiului inelar:

Din ecuatiile (1) si (2), se gaseste pentru viteza w in sectiunea interstitiului inelar expresia:

sau

n variatia diametrului tubului conic pe unitatea de inaltime

de ridicare a plutitorului; l inaltimea de ridicare a plutitorului de la reperul zero al scarii, in m ; d_p diametrul maxim al plutitorului, in m.

Daca, pentru un aparat dat, coeficientul <Ji care depinde de forma plu­titorului cat si de viscozitatea fluidului masurat este considerat constant, rezulta din ecuatiile (11 -5) si (6) ca pentru fluidul dat debitul depinde numai de aria sectiunii interstitiu-lui inelar si prin urmare de pozitia plutitorului.

Este deci posibil sa se aprecieze debitul de fluid «are trece prin aparat dupa pozitia plutitorului. Rotametrele fabricate se gradeaza in majoritatea cazurilor individual, pentru fluidul la a carui masurare sunt des­tinate, scara lor fiind gradata de obicei in unitati de .debit (1/min, m³/h etc).

Trebuie amintit ca la rotametrele cu tub conic, scara gradata in unitati de debit este practic proportionala cu ridicarea plutitorului.

Eroarea indicatiilor rotametrului nu trebuie sa de­paseasca i 2,5% din limita superioara de masurare. Debitul masurat trebuie sa fie cuprins intre 10 si 100% ■din limita superioara de masurare.

Daca parametrii fluidului masurat difera de cei adoptati la gradarea scarii /aparatului, debitul citit pe scara trebuie inmultit cu un factor de .corectie.

La masurarea debitelor de lichide, daca scara aparatului este gradata in unitati de volum, factorul de corectie se calculeaza cu formula

in care Yi Si Yi sunt greutatea specifica a lichidului masurat, pentru con­ditiile de gradare si pentru cele reale.

La masurarea debitelor de gaze, daca scara aparatului este gradata in unitati de volum, factorul de corectie se exprima prin formula

in care      este presiunea absoluta la gradare;

presiunea absoluta la masurare; 7 -   temperatura la gradare, in °K;

temperatura la masurare, in °K.

Daca rotametrul este folosit la masurarea unui gaz cu o greutate spe­cifica diferita, trebuie sa se introduca de asemenea o corectie pentru greu­tatea specifica, corectie care poate fi calculata dupa formula (7).

Daca rotametrul este folo­sit la masurarea debitului unui alt fluid decat cel pentru care a fost gradat, trebuie sa se aiba in vedere ca coeficientul ti depinde de viscozitatea fluidului, iar greu­tatea plutitorului cufundat in li­chid se schimba cu schimbarea greutatii specifice a fluidului masurat.

In fig. 2,a este aratat un rotametru cu tub conic din sti­cla, calculat pentru o presiune de lucru pana la 5 kgf/cm² si dispozitivul pentru montarea acestuia pe o portiune verticala de conducta in care fluidul curge de jos in sus. Dupa cum se vede in fig. 2, a, tubul conic cu plutitorul in interior este strans intre racordurile si prevazute cu garnituri de etansare. Cele doua racorduri sunt legate intre ele prin tirantii 5 prevazuti cu nervurile Aceasta armare face ca aparatul sa aiba rezistenta necesara. Racordul are in inte­rior un locas pe care se aseaza plutitorul la incetarea curgerii.

Racordul superior este prevazut cu un limitator de cursa Scara, in unitati de debit, este trasata direct pe suprafata exterioara a tubului conic din sticla.

In fig. 2, b este aratat un rotametru de laborator cu tub conic din sticla. El este in fond construit la fel ca si rotametrul stabil descris mai sus.

Rotametrul cu tub conic metalic (fig. 3) este calculat pentru o pre­siune de lucru pana la 12 kgf/cm² si se monteaza pe portiuni orizontale de conducta. Dupa cum se vede din fig. 3, in locasul corpului care seamana la exterior cu corpul unui robinet, este fixat tubul conic din metal 2; in interiorul acestuia se afla plutitorul Spre deosebire de rotametrul cu tub din sticla, aparatul este echipat cu o sticla de vizare si cu indica­

La partea inferioara a camerei de vizare este pre­vazut un dop care serveste la golirea lichidului si la suflarea aparatului. Camera de vizare permite sa se observe direct pozitia plutitorului si la masurarea de­bitului unor lichide netransparente. Camera trebuie umpluta in acest caz cu un lichid transparent cu o greutate specifica mai mare decat cea a lichidului ma­surat si care nu se amesteca cu acesta.

Rotametrele cu tub conic de sticla sau de metal se fabrica cu tuburi de masurare cu diametrul cuprins in­tre 13 si 50 mm. Ele pot fi gradate pentru orice fel de lichide sau gaze, ca si pentru aer comprimat la o anumita presiune.

Rotametrele pot fi executate si cu transmitere elec­trica la distanta a indicatiilor. In cazul acesta ele lu­creaza impreuna cu unul sau doua aparate secundare. Rotametre cu traductoare se intalnesc relativ rar.

2. Debitmetrul PPE

rotametrul inductiv si aparatele secundare sunt ana­loge cu cele descrise la ca­pitolul precedent.

Dupa cum se vede din fig. 4, in cor­pul turnat se afla bucsa cilindrica care are doua orificii: orificiul circular de intrare si orificiul dreptunghiular de iesire Orifi­ciul de iesire este o diafragma cu sectiunea variabila ale carei dimensiuni se calculeaza pentru fiecare debitmetru in parte. Pistonul se deplaseaza in bucsa in sus si in jos. Prin deplasarea sa el acopera partial sau complet orificiul dreptunghiular de iesire (diafragma).

Pistonul este prevazut cu plonjorul fixat pe tija sa. Plonjorul intra liber in tubul executat din otel nemagnetic. La partea ex­terioara a tubului este asezata bobina de in­ductie In functie dc scara debitmetrului, greutatea pistonului se regleaza cu ajutorul greutatilor suplimentare Intre flansa car­

casei bobinei de inductie si corpul aparatului este montat un racitor cu aripioare. Acesta este necesar atunci cand temperatura mediului ce se ma­soara este mare si poate afecta izolatia bobinei de inductie. Cand fluidul ce se masoara are o viscozitate mare si, patrunzand in tubul 7, poate frana miscarea plonjorului, in locul racitorului cu aripioare se monteaza un incalzitor cu abur.

Fluidul ce patrunde din stanga prin orificiul de intrare ajunge direct sub piston si tinde sa-1 ridice. Pistonul deplasandu-se in sus deschide intr-o masura mai mare sau mai mica orificiul de iesire. Fluidul ce trece prin diafragma umple totodata spatiul de deasupra pistonului, care este legat de spatiul de dupa diafragma.

Forma dreptunghiulara a orificiului de iesire asigura o relatie liniara intre ridicarea pistonului si debitul fluidului ce se masoara.

Debitmetrul PPE este calculat pentru presiuni pana la 16 kgf/cm² si poate fi folosit pe conducte orizontale cu diametrul de 2 toii. La o ex­ploatare corecta, eroarea indicatiilor aparatului nu trebuie sa depaseasca dz 3% din limita superioara de masurare.