Corso di Idraulica Agraria ed Impianti Irrigui Docente

Corso di Idraulica Agraria
ed Impianti Irrigui
Docente: Ing. Demetrio Antonio Zema
Lezione n. 10: Idrometria delle correnti in pressione
ed a superficie libera
Anno Accademico 20112011-2012
1
Idrometria delle correnti in pressione
2
Misure di velocità
velocità locale in correnti in pressione
In una corrente liquida la velocità
velocità può variare da punto
a punto a seconda del regime di moto e della geometria
della parete solida
Profili di velocità
velocità in regime turbolento
Corrente
a superficie libera
Corrente
in pressione
3
Tubo di Pitot
2
v /2g
δ
A
p /γ
0
p /γ
A
A
z
o
z
A
0
Applichiamo il teorema di Bernoulli tra i punti A e O:
p v2
p v2
z A + γA + A = zO + γO + O
2g
2g
(
Dato che vO = 0,
0, posto: δ = zO + pγO
si trova:
) (z
−
A +
pA
γ
)
v A = 2 gδ
4
Tubo di Pitot
5
Tubo di Pitot (modificato da Prandtl)
2
v /2g
A
A
v
A
o
L’apertura centrale del tubicino si chiama “presa
dinamica”
dinamica”, quelle laterali si dicono “prese statiche o
piezometriche”
piezometriche”
Collegando un piezometro a ciascuno dei due tubicini, è
possibile visualizzare sia il carico totale, sia la quota
piezometrica e misurarne la differenza (altezza
(altezza cinetica),
cinetica),
dalla quale si ottiene la velocità
velocità della corrente
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Tubo di Pitot (modificato da Prandtl)
7
Tubo di Venturi
È costituito da un breve convergente seguito da un
tratto a sezione ristretta e da un divergente piuttosto
lungo
La lettura al manometro differenziale ∆ permette di
conoscere la portata Q
8
Tubo di Venturi
Se poniamo:
si ha:
Q=
m = ΣB ΣA
Σ A 2g m
α 1 − m2
∆
γm −γ
= cost ∆
γ
9
Mulinello
10
Turbina
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Misuratori acustici
Costituiti da:
un trasmettitore elettroacustico,
elettroacustico, che
segnale acustico a frequenza ultrasonica
emette
un
un microfono che rileva il segnale acustico che
attraversa il mezzo liquido
L’elaborazione di parametri fisici del segnale emesso e
rilevato (es. frequenza, tempo di percorrenza)
percorrenza) fornisce il
valore della velocità
velocità media della corrente idrica
attraversata dal segnale
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Misuratori acustici
Ne esistono due tipi:
ad effetto Doppler
a tempo di transito
Questi apparecchi sono nati per le misure nelle tubazioni
in pressione,
pressione, ma il loro uso è stato successivamente
esteso alle correnti a superficie libera
13
Misuratori acustici ad effetto Doppler
14
Misuratori acustici ad effetto Doppler
Il segnale acustico subisce un effetto Doppler e la
frequenza con cui viene ricevuto dal ricevitore è
differente da quella con cui è partito
Dalla variazione di frequenza ∆f si può conoscere la
velocità
velocità media V della particella
V =k
∆f
f 2 − f1
=k
f1
f1
15
Misuratori acustici ad effetto Doppler
16
Misuratori acustici a tempo di transito
“a tempo di transito”
17
Misuratori acustici a tempo di transito
Misurando le frequenze del segnale (f1 e f2), si ricava la
velocità
velocità media V della corrente e, pertanto, la sua portata Q
18
Misuratori elettromagnetici
19
Misuratori elettromagnetici
Un flusso idrico tra due poli di un campo magnetico crea
una forza elettromotrice indotta ∆U proporzionale al
flusso del campo magnetico ed alla velocità
velocità V della
corrente fluida (legge
(legge di Faraday)
Faraday)
Misurando forza elettromotrice indotta ∆U, si ricava la
portata Q dalla formula:
∆U = VBD =
QBD 4B
=
⋅Q
D 2 πD
π
4
20
Misuratori elettromagnetici
21
Idrometria delle correnti a superficie libera
22
Misure di livello in correnti a superficie libera
La misura dei livelli idrici può avvenire:
direttamente → misure di livello
aste idrometriche
idrometri/idrometrografi a galleggiante
sonde ad ultrasuoni
indirettamente → misure di pressione
sonde di pressione
trasduttori di pressione
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Aste idrometriche
Asta idrometrica sulla pila di un ponte e sulla sponda
24
Aste idrometriche
25
Idrometri/idrometrografi a galleggiante
Un
galleggiante
indica
l'escursione del livello su una
scala graduata
La misura viene effettuata di
solito in un pozzetto laterale
L'evoluzione degli idrometri a
galleggiante è costituita dagli
idrometri/idrometrografi
analogici,
analogici, in cui la posizione
del galleggiante è convertita
in un segnale elettrico
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Idrometri/idrometrografi a galleggiante
27
Idrometri/idrometrografi a galleggiante
28
Idrometri/idrometrografi a galleggiante
29
Sonde ad ultrasuoni
Emettono impulsi ad ultrasuoni che si riflettono sulla
superficie libera e consentono, misurando il tempo di
percorrenza del segnale,
segnale, di calcolare la distanza tra
questa e l’
l’apparecchio
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Sonde ad ultrasuoni
s
D
h
Il livello idrico è dato da:
 t
h = D − s = D − c ⋅ 
 2
essendo:
c = 331,6 ⋅ 1 +
ϑ = 10° C
ϑ
273
(m / s )
c = 337,62 m / s
31
Sonde ad ultrasuoni
32
Sonde di pressione
La pressione esercitata dal liquido su una membrana
alloggiata all'interno di un tubo cilindrico (nel quale è
contenuta aria)
aria) è pari alla pressione dell'aria stessa, che
viene rilevata da un manometro
L’apparecchio può essere montato sul fondo o sulle pareti
del canale con la sonda immersa (i) o non immersa (ii) 33
Trasduttori di pressione
Alcuni classici strumenti per la misura di pressione si
basano sulla deformazione di una membrana
A seconda dei metodi adottati per la trasformazione della
deformazione della membrana nel corrispondente
segnale elettrico (“trasduzione”
trasduzione”), si distinguono sonde:
sonde:
resistive
capacitive
induttive
piezoelettriche
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Misure di velocità
velocità in correnti a superficie libera
Per la misura diretta della velocità
velocità si usano diversi
apparecchi:
tubi di Pitot
misuratori elettromagnetici
misuratori acustici
mulinelli
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Misuratori acustici
Per canali di grandi dimensioni la misura si esegue con
più
più coppie di trasduttori posizionati a varie altezze, al
fine di determinare la velocità
velocità media della corrente
36
Mulinello
37
Mulinello
38
Mulinello
39