In un dispositivo di misurazione della portata basato sull’equazione di Bernoulli la pressione a valle dopo un’ostruzione sarà inferiore alla pressione a monte precedente. Per comprendere orifizio, ugello e venturi metri è necessario esplorare l’equazione di Bernoulli.,di conservazione (m, a)

Supponendo uniforme profili di velocità a monte e a valle flusso – l’Equazione di Continuità che può essere espresso come

q = A1 v1 = v2 A2 (2)

dove

q = portata (m3/s, in3/s)

A = flow area (m2, in2)

Combinando la (1) e (2), assumendo A2 < A1, dà la “ideale” equazione:

q = A2 1/2 (3)

Per una data geometria (A), la portata può essere determinata misurando la differenza di pressione p1 – p2.,

La portata teorica q sarà in pratica inferiore (2 – 40%) a causa delle condizioni geometriche.,

ideale equazione (3) può essere modificato con un coefficiente di portata:

q = cd A2 1/2 (3b)

dove

cd = coefficiente di portata,

Il coefficiente di portata cd è una funzione del jet dimensione orifizio di apertura

area ratio = Avc / A2

dove

Avc = zona “vena contracta” (m2, in2)

“Vena Contracta” è il minimo jet area che appare appena a valle della restrizione., L’effetto viscoso è solitamente espresso in termini di parametro non dimensionale Numero di Reynolds-Re.

A causa dell’equazione di Benoulli e della continuità la velocità del fluido sarà alla sua massima e la pressione alla più bassa in “Vena Contracta”. Dopo il dispositivo di misurazione la velocità diminuirà allo stesso livello di prima dell’ostruzione. La pressione recupera ad un livello di pressione inferiore alla pressione prima dell’ostruzione e aggiunge una perdita di testa al flusso.,

l’Equazione (3) può essere modificato con diametri di:

l’Equazione (4) possono essere modificati per flusso di massa per i fluidi, semplicemente moltiplicando la densità:

m = cd (π / 4) D22 ρ 1/2 (5)

dove

m = flusso di massa (kg/s)

Quando si misura il flusso di massa dei gas, è necessario considerare la riduzione della pressione e la variazione di densità del fluido. La formula di cui sopra può essere utilizzata con limitazioni per applicazioni con variazioni relativamente piccole di pressione e densità.,

La piastra dell’orifizio

Il misuratore dell’orifizio è costituito da una piastra dell’orifizio piatta con un foro circolare praticato in esso. C’è un rubinetto di pressione a monte dalla piastra dell’orifizio e un altro appena a valle. Ci sono in generale tre metodi per posizionare i rubinetti. Il coefficiente di un metro dipende dalla posizione dei rubinetti.

  • Posizione della flangia – Posizione del rubinetto di pressione 1 pollice a monte e 1 pollice a valle dalla faccia dell’orifizio
  • Posizione”Vena Contracta” – Posizione del rubinetto di pressione 1 diametro del tubo (interno effettivo) a monte e da 0,3 a 0.,8 diametro del tubo a valle dalla faccia dell’orifizio
  • Posizione del tubo-Posizione del rubinetto di pressione 2,5 volte il diametro nominale del tubo a monte e 8 volte il diametro nominale del tubo a valle dalla faccia dell’orifizio

Il coefficiente di scarico – cd-varia considerevolmente con i cambiamenti nel rapporto Un coefficiente di scarica cd = 0,60 può essere preso come standard, ma il valore varia notevolmente a valori bassi del numero di Reynolds.

Il recupero di pressione è limitato per una piastra dell’orifizio e la perdita di pressione permanente dipende principalmente dal rapporto di area., Per un rapporto di area di 0,5 la perdita della testa è di circa il 70-75% del differenziale dell’orifizio.

  • Il misuratore dell’orifizio è consigliato per liquidi puliti e sporchi e alcuni servizi di liquami.
  • La rangeability è 4 – 1
  • La perdita di pressione è media
  • La precisione tipica è 2-4% del fondo scala
  • Il diametro a monte richiesto è 10-30
  • L’effetto di viscosità è alto
  • Il costo relativo è basso

Esempio-Flusso dell’orifizio

Un orifizio con diametro D2 = 50 Tubo in acciaio Sch 40 da 4″ con diametro interno D1 = 102 mm., Il rapporto di diametro può essere calcolato a

d = (50 mm)/(102 mm)

= 0,49

Dalla tabella sopra il coefficiente di scarico può essere stimato a circa 0,6 per un ampio intervallo del numero di Reynolds.

Se il fluido è l’acqua con densità 1000 kg/m3, e la differenza di pressione sopra l’orifizio è a 20 kPa (20000 Pa, N/m2) – il flusso di massa attraverso il tubo può essere calcolata dalla (5)

m = 0.6 (π / 4) (0.05 m)2 (1000 kg/m3) 1/2

= 7.7 kg/s

Orifizio Calcolatrice

L’orifizio calcolatore è basato su eq., 5 e può essere utilizzato per calcolare il flusso di massa attraverso un orifizio.

cd – coefficiente di portata,

D2 – foro di diametro (m)

D1 – diametro del tubo (m)

p1 – pressione a monte (Pa)

p2 – pressione a valle (Pa)

ρ – densità del fluido (kg/m3)

Carico Calcolatrice!

Valori tipici dell’orifizio Kv

  • American Society of Mechanical Engineers (ASME). 2001. Misurazione del flusso del fluido utilizzando misuratori di orifizio di precisione di piccolo foro. ASME MFC-14M-2001.
  • Organizzazione internazionale delle norme (ISO 5167-1: 2003)., Misura del flusso del fluido mediante dispositivi differenziali di pressione, Parte 1: piastre orifizi, ugelli e tubi Venturi inseriti in condotti a sezione circolare pieni. Numero di riferimento: ISO 5167-1:2003.
  • Organizzazione Internazionale delle norme (ISO 5167-1) Emendamento 1. 1998. Misura del flusso del fluido mediante dispositivi differenziali di pressione, Parte 1: piastre orifizi, ugelli e tubi Venturi inseriti in condotti a sezione circolare pieni. Numero di riferimento: ISO 5167-1: 1991 / Amd.1: 1998 (E).
  • Società Americana di Ingegneri Meccanici (ASME). B16.,36 – 1996-Flange dell’orifizio

Il misuratore Venturi

Nel misuratore venturi il fluido viene accelerato attraverso un cono convergente di angolo 15-20o e viene misurata la differenza di pressione tra il lato a monte del cono e la gola e fornisce un segnale per la velocità di flusso.

Il fluido rallenta in un cono con angolo più piccolo (5 – 7o) dove la maggior parte dell’energia cinetica viene convertita in energia di pressione. A causa del cono e della graduale riduzione dell’area non esiste una “Vena Contratta”. L’area di flusso è al minimo alla gola.,
L’alta pressione e il recupero di energia rendono il misuratore venturi adatto dove sono disponibili solo piccole teste di pressione.

Un coefficiente di scarica cd = 0,975 può essere indicato come standard, ma il valore varia notevolmente a valori bassi del numero di Reynolds.

Il recupero della pressione è molto migliore per il misuratore venturi che per la piastra dell’orifizio.

  • Il tubo venturi è adatto per liquidi puliti, sporchi e viscosi e alcuni servizi di liquami.,
  • Il campo di lavoro è di 4 a 1
  • la perdita di Pressione è bassa
  • Tipico precisione 1% della gamma completa
  • Richiesto a monte del tubo di lunghezza da 5 a 20 diametri
  • Viscosità effetto è alta
  • Relativo costo è medio
  • Organizzazione Internazionale degli Standard (ISO 5167-1:2003 Misurazione del flusso di fluido per mezzo di pressione differenziale dispositivi, Parte 1: piastre forate, ugelli, tubi Venturi inserito in sezione circolare conduttori in pieno. Numero di riferimento: ISO 5167-1:2003.,
  • American Society of Mechanical Engineers ASME FED 01-Jan-1971. Misuratori di fluidi La loro teoria e applicazione-Sesta edizione

Gli ugelli

utilizzati per determinare la portata del fluido attraverso i tubi possono essere di tre diversi tipi:

  • L’ugello ISA 1932 – sviluppato nel 1932 dall’Organizzazione Internazionale per la standardizzazione o ISO. L’ugello ISA 1932 è comune al di fuori degli Stati Uniti.
  • L’ugello a raggio lungo è una variante dell’ugello ISA 1932.,
  • L’ugello venturi è un ibrido con una sezione convergente simile all’ugello ISA 1932 e una sezione divergente simile a un flussometro a tubo venturi.
  • L’ugello di flusso è raccomandato sia per liquidi puliti che sporchi
  • La rangeability è 4-1
  • La perdita di pressione relativa è media
  • La precisione tipica è 1-2% della gamma completa
  • La lunghezza del tubo a monte richiesta è da 10 a 30 diametri
  • L’effetto di viscosità di ingegneri meccanici ASME FED 01-Jan-1971., Fluid Meters Their Theory And Application-Sesta Edizione
  • International Organization of Standards – ISO 5167-1:2003 Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices, Part 1: Orifice plates, nozzles, and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full. Numero di riferimento: ISO 5167-1:2003.

Esempio – Flusso di cherosene attraverso un misuratore di Venturi

La differenza di pressione dp = p1 – p2 tra monte e valle è di 100 kPa (1 105 N / m2). Il peso specifico del cherosene è 0,82.

Diametro a monte è 0.,1 m e a valle diametro è pari a 0,06 m.

Densità di kerosene può essere calcolato come:

ρ = 0.82 (1000 kg/m3)

= 820 (kg/m3)

  • Densità, Peso Specifico e peso Specifico – introduzione e definizione di densità, peso specifico e peso specifico. Formule con esempi.

L’area a monte e a valle può essere calcolata come:

A1 = π ((0,1 m) /2)2

= 0,00785 (m2)

A2 = π ((0,06 m) /2)2

= 0.,002826 (m2)

flusso Teorico può essere calcolata dalla (3):

q = A2 1/2

q = (0.002826 m2) 1/2

= 0.047 (m3/s)

Per una differenza di pressione di 1 kPa (0,01×105 N/m2) – il flusso teorico può essere calcolato:

q = (0.002826 m2) 1/2

= 0.0047 (m3/s)

Il flusso di massa può essere calcolato come:

m = q ρ

= (0.0047 m3/s) (820 kg/m3)

= 3.,85 (kg/s)

Portata e variazione della differenza di pressione

Nota! – La portata varia con la radice quadrata della differenza di pressione.

Dall’esempio sopra:

  • un aumento di dieci volte della portata richiede un aumento di cento volte della differenza di pressione!,

Trasmettitori e sistema di controllo

La relazione non lineare ha un impatto sul campo di funzionamento dei trasmettitori di pressione e richiede che i trasmettitori di pressione elettronici abbiano la capacità di linearizzare il segnale prima di trasmetterlo al sistema di controllo.

Precisione

A causa della non linearità il turn down rate è limitato. La precisione aumenta fortemente nella parte inferiore del campo operativo.,

  • Maggiori informazioni sui misuratori di portata come orifizi, Venturi e ugelli
  • Meccanica dei fluidi
  • L’equazione di Bernoulli
  • L’equazione di continuità
  • Rapporto di turndown e dispositivi di misurazione del flusso – Un’introduzione al rapporto di turn down e alla precisione della misurazione del flusso.