٠٢/١٨/١۴٣٧

١

آشنایی با مهندسی شیمی)2(

94-95نیمسال اول دکتر مقصود

اییدستگاههاي اندازه گیري جریان سیال در صنایع شیمی

...)لوله، کانال،(از ماده در واحد زمان از یک مسیر ) حجم یا جرم(عبور مقدار معینی• GPM, CFM, CMS, Litre/Minواحد آن •اهمیت دقت اندازه گیري و مسائل اقتصادي•در اندازه گیري دبی، فشار و دما هم نقش دارند•و در ) حجم در واحد زمان(دبی سنج هاي تجارتی عموماً به صورت دبی حجمی •

درجه سانتی گراد اندازه گیري می کنند 20اتمسفر و 1شرایط استاندارد

:روشهاي اندازه گیري به عوامل زیر بستگی دارد•جنس ماده–میزان چسبندگی–درجه حرارت–مقدار جریان–مقدار مواد معلق–

2

٠٢/١٨/١۴٣٧

٢

روش هاي اندازه گیري جریان سیال در صنایع شیمیایی

)روش پیمانه اي یا مستقیم(روش جابجایی مثبت •روش انسداد جریان•

ونتوري متر–اریفیس ها–شیپوره–لوله پیتوت–

اندازه گیري جریان به کمک اثرهاي نیروهاي مقاوم سیال•

3

روش جابجایی مثبت، پیمانه اي یا مستقیم

(Positive Displacement)اندازه گیري بر اساس حجم جابجا شده سیال •

اندازه گیري از طریق شمارش حجمی خاص از سیال در واحد زمان•.در جاهایی که دقت زیاد مورد نظر است•

4

٠٢/١٨/١۴٣٧

٣

روش جابجایی مثبت، پیمانه اي یا مستقیمNutatingدبی سنج با دیسک چرخشی Disk

)کنتور(عمدتاً جهت اندازه گیري آب •.استاي با دیواره هاي کروي محفظه قطعه محرك دیسکی متصل به یک کره مرکزي که در داخل •

روش جابجایی مثبت، پیمانه اي یا مستقیمOval Flow meterدبی سنج با پره هاي بیضوي

Lobed Impeller Flow meter براي اندازه گیري دبی گاز ها و مایعات •پره ها و پوسته به دقت تراشکاري شده •ی سیال ورودي در میان دو پره محبوس گشته و در اثر چرخش به مجراي خروج •

شود هدایت می

٠٢/١٨/١۴٣٧

۴

روش جابجایی مثبت، پیمانه اي یا مستقیم Vane typeدبی سنج پره اي

حساس به مواد معلق•

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسداديObstruction Flow meters OR Differential pressure flow meters

یر اگر سطح مقطع عبور مایع تغی•نماید سرعت جریان تغییر

.کند می

8

٠٢/١٨/١۴٣٧

۵

جریان درون یک لوله

9

جریان آرام

جریان متالطم یا آشفته

جریان درون یک لوله

10

Re=ρUD/μ عدد رینولدز

ρ چگالی سیالU سرعت متوسط سیالD قطر لولهμ ویسکوزیته یا گرانروي

٠٢/١٨/١۴٣٧

۶

معادالت پایهایدار یک رابطه تقریبی بین فشار، سرعت و ارتفاع است که در نواحی پ: معادله برنولی•

(steady)تراکم ناپذیر و با اغماض از تاثیرات نیروهاي اصطکاکی سیال معتبر است ، .

)قانون بقاي جرم(معادله پیوستگی •

11

محاسبه نمودرا بر اساس قانون برنولی و پیوستگی می توان دبی جریان

PKCQQQC

PKQ

PP

AAAVAQ

AAV

PP

VAAVVAVAQ

dactualideal

actuald

)(2

)(1

)(12

)(

212

1

2

222

2

1

2

2

221

21

212211

اندازه گیري افت فشار در دو نقطهبا می توان دبی حجمی را محاسبه نمود

K عبارت از ضریب وسیله انسداد جریانConstant of flow obstruction device

دبی واقعی همیشه کمتر از دبی تئوري استاصطکاك، بدلیل dC دارد ، وسیله انسداد و عدد رینولدز بستگی ) آراممتالطم یا ( به نوع جریان

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسداديObstruction Flow meters OR Differential pressure flow meters

٠٢/١٨/١۴٣٧

٧

:اجزاي ساختمانی یک لوله ونتوري براساس شکل عبارتند ازن قطر ای. مدخل ورودي ونتوري که به صورت یک استوانه کوتاه است 1

. یردقسمت برابر قطر لوله اي است که لوله ونتوري در آن قرار می گه، که یکی از شاخه هاي مانومتر دیفرانسیلی یا پیزومتر در این ناحی

.فشار باال است، نصب می شودقسمت مخروطی هم گرا 2این گلوگاه ونتوري که یک استوانه کوتاه است و افت فشار موقت در 3

ی شود دراین ناحیه، شاخه دیگر مانومتر متصل م. ناحیه اتفاق می افتد).ناحیه فشار کم(

قسمت مخروطی واگرا 4طر مدخل خروجی ونتوري که یک استوانه کوتاه است و قطر آن برابر ق 5

.لوله اصلی است

13

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسداديونتوري متر

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسداديونتوري متر

بور در لوله ونتوري از ابتدا تا گلوگاه، سطح مقطع براي ع•. جریان کوچک می شود تا در گلوگاه به حداقل می رسد

ه قابل در گلوگاه افت فشار به باالترین حد خود می رسد، ک. اندازه گیري است

بعد از گلوگاه تا مدخل خروجی، سطح مقطع دوباره •گز به افزایش می یابد و فشار نیز بیشتر می شود ولی هر

فشار در مدخل ورودي نمی رسد و به این ترتیب سیال.دچار افت فشار دائم می شود

در مانومتر ) جیوه(با خواندن اختالف سطح مایع •زیکی دیفرانسیلی و مایع مورد نظر و استفاده از رابطه فی

.شود بین افت فشار و دبی، دبی سیال محاسبه می14

٠٢/١٨/١۴٣٧

٨

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسداديونتوري متر

سانتی 8اندازه ونتوري با قطر لوله و گلوگاه آن مشخص می شود، مثالً اگر قطر لوله • سانتی متر باشد اندازه این ونتوري متر به صورت زیر بیان 6متر و قطر گلوگاه

:شود میسانتی متر 6در 8ونتوري •اید طول براي این که نتایج حاصل از اندازه گیري دبی توسط ونتوري دقیق باشد، ب•

.ونتوري حداقل ده برابر قطر لوله اصلی باشددبی جریان با استفاده از رابطه زیر به دست می آید•

15

4

12

1020

1

1)/(2

DDSSgRACQ

Q دبی یا شدت جریان0C ضریب انقباض ونتوري مترR اختالف سطح هیدرولیکی0S رچگالی نسبی مایع درون مانومت

1S چگالی نسبی سیال درون لوله2A سطح مقطع گلوگاه2D قطر گلوگاه1D قطر لوله

مزایا و معایب ونتوري متر

عمر طوالنی•مناسب براي سنجش مایعات سنگین و غلیظ و رسوب دار•ی لوله قیمت باال به دلیل به دلیل دقت زیاد در تراش و صیقل جدار داخل•

ونتوري براي افزایش دقتنهعدم امکان تعمیر و مدرج نمودن مجدد به دلیل وقت گیري زیاد و هزی•بریدن قسمت قابل توجهی از طول لوله براي استفاده از ونتوري•زیاد بودن حجم اشغال شده توسط ونتوري •ثابت بودن سطح مقطع گلوگاه به سطح مقطع لوله اصلی•

16

٠٢/١٨/١۴٣٧

٩

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسدادي اریفیس ها

دض فوالد جنس مدوراز صفحات :متر اریفیس• افت و دارد وجود اي روزنه آنها روي که زنگ.آید می وجود به روزنه همین در فشار

دو میان را آن لوله، در اریفیس نصب جهت • واشر صورت به( فلزي غیر الیه دو بین و فلنج ،دهند می قرار )گریس با همراه بندي آب براي

مقطع در مناسبی محل در روزنه که طوري به ه،مهر و پیچ با بعد و بگیرد قرار اصلی لوله .بندند می محکم را ها فلنج

در میان جریان سنج هاي روش انسداد جریان، •اد افت فشار دائم را ایج بیشتریناریفیس

.کند و این از معایب اریفیس متر است می

17

فلنجFlange

18

٠٢/١٨/١۴٣٧

١٠

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسدادي اریفیس ها

ر این صورت باید به این نکته توجه شود که لبه سوراخ در سمت فشار زیاد، کامالً تیز باشد؛ زیرا در غی•وزنه مکان، شکل و تعداد ر. اثر نامطلوبی بر جریان دارد و باعث کاهش دقت در اندازه گیري می شود

ها موجب می شوند صفحه اریفیس طراحی هاي مختلف داشته باشد

19

مزایا و معایب اریفیس ها

تهیه آسان و ارزان•بازدید و نصب مجدد آسان و ارزان•امکان اعمال تغییر مورد نظر در قطر گلوگاه•ایجاد افت فشار بیشتر نسبت به لوله ونتوري•حساسیت باال هنگام نصب•

20

٠٢/١٨/١۴٣٧

١١

مقایسۀ اریفیس و ونتوري مترست، به ؛ دقت اندازه گیري اریفیس نسبت به ونتوري کمتر ااز نظر دقت•

:دو دلیلود ممکن است لبه هاي روزنه در اثر برخورد با سیال پر سرعت، تیزي خ) الف( –

.را از دست بدهند و قطر تغییر کند که باعث خطا می شوداق روزنه اریفیس حکم گلوگاه را دارد و افت فشار موقت دقیقاً در آن جا اتف) ب–

زنه می افتد و براي اندازه گیري آن نمی توان شاخه سمت راست مانومتر را در رو.قرار داد و این نیز موجب خطاست

ي تولید ؛ اریفیس افت فشار دائم بیشتراز نظر افت فشار دائم تولیدي•افت فشار موقت را به صورت دائم در سیال حفظ ٪ 50حدود . کند می.کند می

ت و ، اریفیس به صرفه اساز نظر هزینه ساخت، نصب، تعمیر و نگهداري•.این براي اریفیس یک حسن است 21

مقایسۀ اریفیس و ونتوري متر

درصد بیشتر از 50تا 20؛ ونتوري می تواند از نظر میزان سیال عبوري•.اریفیس؛ جریان را از خود عبور دهد

که به این صورت. ؛ این دو وسیله هر کدام محدودیت هایی دارنداز نظر کاربرد•سیاالت از اریفیس، به علت تولید افت فشار دائم زیاد، براي اندازه گیري دبیله اش، در کم فشار استفاده نمی کنند و ونتوري را، به علت بلند بودن طول لو

.لوله هاي کوتاه به کار نمی برند:، نتیجه زیر به دست می آیدافت فشار تولیديدر یک مقایسه، از نظر •اریفیس <نازل <ونتوري •.این ترتیب از نظر هزینه برعکس است•

22

٠٢/١٨/١۴٣٧

١٢

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسدادي شیپوره یا نازل

دا نازل، لوله اي است که سطح مقطع آن از ابت•.تا انتها کاهش می یابد

سیال در دهانه نازل، دچار افت فشار می شود•دازه که با یک مانومتر دیفرانسیلی قابل ان

.گیري است

23

pCAQ

2 Q دبی یا شدت جریان

C ضریب انقباض نازلA سطح مقطع نازل

∆p اختالف فشار دو سر نازلρ چگالی سیال

جریان سنجهاي مبتنی بر روشهاي انسداديلوله پیتوت

عت در تعیین سر. این لوله از انواع مختلف وسایل اندازه گیري سرعت موضعی است•تعدادي از نقاط واقع در سطح مقطع جریان، امکان تعیین نمودار سرعت و اندازه

. گیري دبی حجمی را فراهم می کند

24

.استفاده می کنند هواسرعت اندازه گیري براي پیتوت از لوله هواپیماها

٠٢/١٨/١۴٣٧

١٣

روشهاي مبتنی بر نیروي مقاومتروتامتر

ل نیروي وارد بر مانعی که بر سر راه جریان سیا•.قرار دارد متناسب با سرعت و دبی است

این روش براساس تعادل نیروهاي وارده بر یک •ان جری. جسم غوطه ور در سیاالت، تعریف میشود

نام »روتامتر«سنجی که به این روش کار میکند . دارد

روشهاي مبتنی بر نیروي مقاومتروتامتر

روتامتر از یک لوله قائم •ه مخروطی واگرا تشکیل شده کدر آن یک جسم به نام شناور

. وجود داردجنس شناور طوري انتخاب •

میشود که وزن مخصوص آن کمی بیشتر از سیال عبوري

.باشد

26

٠٢/١٨/١۴٣٧

١۴

روشهاي مبتنی بر نیروي مقاومتروتامتر

ایین وقتی سیالی از روتامتر عبور نمی کند، شناور در پ•ارد سیال از پایین و. ترین نقطه روتامتر قرار می گیرد

را به روتامتر می شود و متناسب با دبی و فشارش، شناور. سمت باال حرکت می دهد

. تلوله روتامتر شفاف است و برحسب دبی مدرج شده اس•.مقدار دبی سیال در محل توقف شناور قرائت می شود

27

روشهاي مبتنی بر نیروي مقاومتروتامتر

:نیروهاي وارده بر شناور عبارت اند از•Fwنیروي وزن شناور 1•FDنیروي باالبرنده سیال ناشی از سرعت و دبی سیال 2•FBنیروي شناوري یا ارشمیدس 3•

28

٠٢/١٨/١۴٣٧

١۵

روشهاي مبتنی بر نیروي مقاومتروتامتر

شناور اگر نیروهاي رو به باال، مثبت در نظر گرفته شوند، با توجه به این که زمانی•توازن نیروها، به صورت زیر نوشته ایستد که برآیند نیروهاي وارده صفر باشد، می:شود می

ما در صورت ثابت ماندن د. در طول روتامتر، نیروي وزن تغییر چندانی نمی کند•وان نیروي شناوري نیز ثابت می ماند، پس می ت) چگالی و حجم تابع دما هستند(

:رابطه را به این صورت تنظیم کرد

29

روشهاي مبتنی بر نیروي مقاومتروتامتر

تنها نیروي باال برنده سیال است که به دو دلیل کاهش می یابد؛•حرکت رو به باالي سیال) 1(•

بر افزایش سطح عبوري براي سیال، که باعث کاهش نیروي وارده از طرف سیال) 2(•باشد شناور رو به باال حرکت FD > FW-FBپس تا وقتی . می شود FDشناور

FD = FW-FBمدام در حال کاهش است زمانی می رسد که FDچون کند و میدر این زمان شناور می ایستد که از قسمت باالي آن، دبی را از روتامتر . شود.خوانند می

30

٠٢/١٨/١۴٣٧

١۶

روشهاي مبتنی بر نیروي مقاومتروتامتر

هانداز وسیله ترین راحت و ترین ساده روتامتر• براي که گازهاست، و مایعات حجمی دبی گیري

دنهب .شود می استفاده سیال دبی بصري نمایش حسببر دبی، تجربی روابط از استفاده با روتامتر

.است شده مدرج دبی

ولی است محدود روتامترها گیري اندازه گستره• در آنها از استفاده و باالست نسبتاً آنها دقت

در حاصله فشار افت .است رایج بسیار صنعت انسداد هاي سنج جریان با مقایسه در روتامترها

.است کمتر جریان

31