BİRİNCİL ELEMANLAR_  P TİPİ AKIŞÖLÇERLER

7.3 BİRİNCİL ELEMANLAR_  P TİPİ AKIŞÖLÇERLER

7.3.1 Orifis Plakası

  Orifis plakası en basit, en çok kullanılan  P-tipi akış ölçme elemanıdır ve Bernoulli ilkesine göre çalışır. Bir orifis plakası hatta boru flanşları arasına yerleştirilir ve üzerindeki basınç farkı ölçülür.

  Orifis plakası önemli üstünlüklere sahiptir: Düşük maliyet, çok yakın toleranslarla imalat ve yerleştirme ve değiştirmenin kolaylığı gibi. Sıvıların, gazların ve buharların çok çeşitli koşullar altındaki ölçümlerinde çok doğru sonuçlar elde edilir. Ancak orifis plakası sistem tasarımında dikkate alınması gereken oldukça büyük basınç düşümlerine neden olur.

  Standart orifis plakası genellikle paslanmaz çelikten, boyut ve akış hızına bağlı olarak 18 in. ile

  12 in. arasında kalınlıkta imal edilen, ortasında bir delik (orifis) ve üst kısmında sütun şeklinde bir çıkıntı bulunan (veri plakası: tanıtım no.su, delik çapı, vb gibi bilgiler) dairesel bir disktir.

  Akış yönü

  Akış yönü

  VERİ PLAKASI

  VERİ PLAKASI

  P 1 P 2

  P 1 dönüş noktası P 2

  VENA CONTRACTA

  dönüş noktası

  Şekil 7.3 Konsantrik orifis plakası

  Şekil 7.4 Orifis plakası ile basınç profili VENA CONTRACTA

  Bazı orifislerde deliğin arka tarafı 45  açılıdır. Keskin veya açısız kenar sürtünmeyi en aza indirmek için akış yönüne doğru yerleştirilmiştir.

  Hattın içine yerleştirildiğinde, orifis plakası akış hızının artmasına ve basıncın azalmasına neden olur. Akış örüntüsü orifis plakasının yanı sıra kesit alanında etkin bir daralma gösterir, yani "vena contracta"da maksimum hız ve minimum basınç gösterir.

  Bölüm 7 Akışkan Akışı Ölçümü

  Yrd.Doç.Dr. Dilşad Engin

  Bu akış örüntüsü ve bunu üreten orifis plakasının keskin giriş kenarı çok önemlidir. Bu keskin kenar plaka ve etkin akış arasında, bu sınırda ihmal edilebilecek düzeyde akışkan-metal arası bir sürtünme ile hemen hemen saf bir çizgisel temas sağlanmaktadır. Keskin kenardaki herhangi bir çentik, oyuk veya yuvarlaklık ölçümde çok büyük hatalara neden olabilir.

7.3.1.1 Eksentrik ve Daire Parçası Orifis Plakası

  Eksentrik orifis plakasının deliği Şekil-7.5'te görüldüğü gibi eksenden kaçıktır. Daire parçası orifis plakasının deliği bir daire parçasıdır.

  Her iki orifis plakasının et kalınlığı, kenar keskinliği, düzgünlüğü, yassılığı gibi özellikleri konsantrik orifis ile aynıdır. Deliğin yeri katı ve yabancı maddelerin birikip bir engel oluşturmasını engeller. Katı maddeler içeren sıvılar ile su ve ıslak buhar içeren yağların ölçülmesinde kolaylık sağlar.

7.3.1.2 Orifis Plakası Akış Eşitliği

  Temel akış eşitliği (Eş.7-3) iç enerji kayıplarının sıfır olduğu varsayımına dayanarak çıkarılmıştı. Bu kayıplar sıfır olmadığından dolayı, çeşitli boru çapları ile yapılan deneyler sonucunda elde edilen empirik düzeltme faktörleri tablolar halinde sunulmaktadır.

  Bu düzeltme faktörlerini orifis akış sabiti (C) adı verilen tek bir sabitle belirtirsek, bir orifis plakasındaki pratik akış hesabı aşağıdaki gibi yapılır:

   = C  P  (7-10)  = C 2gz (7-11)

  EKSENTRİK

  DAİRE PARÇASI

  Şekil 7.5 Eksentrik ve daire parçası orifis plakaları

  ÖRNEK 7.3

  Problem: Akış sabiti 0.6 olan bir orifis plakasının içinden akan bir sıvı 80 cm'lik bir basınç düşümüne neden olmaktadır. Akışkan hızını hesaplayınız.

  Çözüm: Orifis ile ölçülen akışkan hızı Eş. 7.11 ile hesaplanabilir:

  = C 2gz

  v = 0.6 2 ( 10 ms 2 ) ( 0.8 m )  2.4 ms

7.3.2 Venturi Tüpü

  Venturi tüpü akımın kesit alanının daraldığı ve hızın artarak basıncın düştüğü daralan bir konik giriş kısmı; akış hızının azalmadığı ya da artmadığı bir alanda bu azalan basınç için bir ölçüm noktası sağlayan silindirik bir boğaz; ve hızın azaldığı, basıncın arttığı genişleyen bir koniden oluşmaktadır. Basınç tapleri giriş konisinin yarısında ve boğazın ortasındadır.

  Bölüm 7 Akışkan Akışı Ölçümü

  Yrd.Doç.Dr. Dilşad Engin

  Venturi tüpte ani şekil değişimleri, keskin köşeler ve akışkan akımında projeksiyonlar görülmez. Bundan dolayı orifis plakalarının kullanılamadığı lağım çamuru ve kirli akışkanların ölçümünde kullanılabilirler. Venturi tüpler büyük hacimlerdeki akışta orifis plakasına göre sistem basıncında daha az kayba neden olur (10-25). Venturi tüpün esas sakıncası pahalı olması ve daha geniş boyutlar için montaj giderinin fazla olmasıdır. Bir Venturi tüpünün yerinde incelenmesi orifis plakadan daha zordur. Birkaç nedenden dolayı, Venturi tüple ölçüm keskin kenarlı orifis plaka ile yapılan ölçümden daha az doğru olabilir. Ancak bu sorun Venturi tüpün yerinde akış için kalibre edilmesiyle giderilebilir.

  D’den

  Şekil 7.6 Klasik Venturi tüpü ve boyutları.

7.3.3 Akış Nozülleri

  Akış nozülü, eliptik veya eliptiğe yakın şekle sahip giriş kısmı ve buna teğet silindirik bir boğaz kısmıyla biten bir kısıtlayıcıdır.

  Yüksek hızlı akışlarda kullanılırlar. Akış nozülü daha dayanıklıdır ve erozyona karşı keskin kenarlı orifisten daha uygundur. Şekli dolayısıyla katı maddelerin boğaz kısmında birikmesi söz konusu değildir. Gazlarda daha çok tercih edilir ve kullanılırlar. Maliyeti orifisten oldukça fazladır. Bakım için sökülmesinin daha zor olması önemli bir sakıncadır. İlk maliyet açısından da orifisten bir kaç misli pahalıdır. İçinde parçacık yüzdesi fazla olan akışkanların ölçümü için önerilmez.

  Şekil 7.7 Standart akış nozülü

7.3.4 Pitot Tüpleri

  Pitot tüpü borunun bir noktasındaki akış hızını ölçer. En önemli kullanma alanı düşük hızdaki hava akışının ölçülmesidir. Ölçme için iki girişi vardır ve iki basıncı aynı zamanda iki ayrı tüp aracılığıyla ölçer. Tüpler genellikle birbiri içine takılır. İçteki tüpün bir ucu açıktır ve akışın kaynağını işaret edecek şekilde dik açıyla kıvrılmıştır. Bu giriş tam akış yönünde ve akışa karşıdır. Akışkanın çarpma basıncını ölçer. Dıştaki tüpün ucu sızdırma yapmayacak şekilde

  Bölüm 7 Akışkan Akışı Ölçümü

  Yrd.Doç.Dr. Dilşad Engin

  kapatılmıştır ve yan tarafında, 90  yönde, ise küçük bir yarık olan statik basınç girişi vardır. Pitot tüpler yalnızca temiz akışkanlar için kullanılabilir, çünkü bu küçük açıklıklar kolaylıkla tıkanabilir. Bu iki basınç arasındaki fark hız ile orantılıdır. Debi, ortalama hızın meydana getirdiği çapın hesabı ve buradaki hızın ölçülmesiyle bulunur. Eğer daha hassas bir ölçme istenirse, Pitot tüpünün bütün boru boyunca hareket ettirilmesi ve birçok noktadaki hızların ölçülmesi gerekir. Böylece gerçek ortalama hız bulunur.

  Çarpma basıncını algılayan deliğin civarındaki akım hızının karesi ile orantılı olan fark basıncını bir basınç ölçme aygıtı ölçer. Pitot için hız eşitliği:

    C p 2 gz (7-12)

  C P = Pitot tüpü değişmezi

  Şekil 7.8 Pitot tüpü boru içindeki akışın bir noktasındaki hızı ölçer.

  ÖRNEK 7.4

  Problem: Değişmezi 0.98 olan bir Pitot tüpü ile bir borudaki suyun hızı ölçülmek isteniyor. Basınç farkı yüksekliği 80 cm dir. Hızı hesaplayınız.

  Çözüm: Eş. 7.12’den

  v  C p 2 gz

  2 v = 0 . 98 2 ( 10 ms ) ( 0 . 8 m ) = 0.98 16 = 3 . 92 ms

  Daha büyük basınç farkları elde etmek için Pitot tüpünün özel uygulamalarından olan Pitot Venturi ve çift Venturi kullanılır. Bu özel aygıtlara düşük hızlı ve dolayısıyla çok düşük basınç farkları veren akımlarda gerek duyulur.

  Pitot ve Pitot Venturi'nin en önemli üstünlüğü pratik olarak basınç kaybına neden olmamalarıdır. Ekonomiktirler, hatlara kolayca yerleştirilir ve sökülürler. Akış tarafındaki türbülanslara karşı

  hassas olup, kirli ve yapış-kan sıvılarda önerilmezler. Basınç kaybı veya enerji kaybına izin verilmediği ölçme doğruluğunun (½-5) çok önemli olmadığı servislerde kullanılırlar.

7.3.5 Dirsek Akışölçer

  Dirsek (elbow tap) akışölçer en basit fark basınç akışölçerdir. Herhangi bir 90  'lik dirsek boru, dirseğin merkezine iki küçük delik delerek akışölçer olarak kullanılabilir (Şekil 7.9). Kıvrımın dış tarafından geçen akışkanın basıncı iç tarafından geçen akışkanın basıncından daha büyük olacaktır. Basınçtaki fark akış hızının bir ölçüsüdür.

  Şekil 7.9 Dirsek akışölçer

  Bölüm 7 Akışkan Akışı Ölçümü

  Yrd.Doç.Dr. Dilşad Engin