Strumenti e Principi per la Misurazione della Portata: Venturi, Orifizio e Tubo di Pitot

Tubo Venturi

Il Tubo Venturi ha due ingressi alle due estremità con un ugello. Il fluido passa attraverso l'ugello. Di solito è realizzato da una singola fusione e presenta i seguenti elementi:

• Una sezione a monte dello stesso diametro del tubo, dotata di un anello di ottone con una serie di aperture piezometriche per misurare la pressione statica in quella sezione.
• Una sezione conica convergente e una gola cilindrica, anch'essa dotata di un anello piezometrico in ottone.
• Una sezione conica con una divergenza graduale fino a raggiungere il diametro originale del tubo.

Gli anelli piezometrici sono collegati a ciascuna estremità, rispettivamente, a un manometro differenziale.

Dimensioni e Installazione del Venturi

La dimensione del Venturi è specificata dal diametro del tubo in cui verrà utilizzato e dal diametro della gola. Per esempio, un Venturi 6''x4'' si adatta a un tubo da 6'' e ha un diametro di 4'' nella gola.

Per ottenere risultati accurati, il Venturi deve essere preceduto da una lunghezza pari ad almeno 10 volte il diametro del tubo.

Quando il fluido drena dal tubo alla gola, la velocità aumenta in modo significativo e la pressione diminuisce. La portata trasportata dalla condotta, in caso di flusso incomprimibile, è una funzione della lettura sul manometro.

Applicazioni e Vantaggi del Venturi

Il tubo Venturi ha diverse applicazioni: è utilizzato nei motori come parte importante dei carburatori e nei sistemi di propulsione.

Altre Caratteristiche:

• Si usa quando è importante limitare la caduta di pressione.
• Si compone di un cono di uscita che si assottiglia in modo graduale (liscio), riducendo gli shock.
• È utilizzato per fluidi sporchi e leggermente contaminati.

Piastra a Orifizio

La Piastra a Orifizio è costituita da una piastra forata installata nel tubo. Il foro ha un'apertura cilindrica o prismatica attraverso la quale scorre il fluido. Il foro è normalizzato. Una caratteristica di questo bordo è che genera un getto che non tocca la parete del foro di uscita.

Il flusso può essere determinato dai valori di pressione differenziale. Due prese sono collegate alla parte anteriore e posteriore della piastra per rilevare questa pressione differenziale.

Tipi di Piastre a Orifizio

Piastre Concentriche: utilizzate per i liquidi (il foro è al centro).

Piastre Eccentriche: servono per misurare i cambiamenti di pressione del gas che implicano turbolenza per la pulizia (per evitare l'aggregazione delle particelle). La presa sul lato di alta pressione aiuta a evitare errori di misura.

Piastre Segmentate: coinvolgono turbolenza e sono utilizzate per evitare che solidi o gas trascinati dal liquido si accumulino. La piastra include un foro di sfiato. Tra i vari profili di foro utilizzati, spiccano: "a spigolo vivo", "a quarto di cerchio" e "smusso".

Principi Fondamentali

Equazione di Bernoulli

L'Equazione di Bernoulli è uno dei principi più utili e famosi in meccanica dei fluidi e fisica, utilizzato per misurare la portata. Il Teorema di Bernoulli afferma che l'energia di un fluido in movimento, misurata come somma dell'energia potenziale gravitazionale, cinetica e di pressione, è costante.

Tubo di Pitot

Il Tubo di Pitot è la forma più antica per misurare la pressione differenziale e, di conseguenza, la velocità di un fluido in un condotto. È costituito da un piccolo tubo con l'ingresso rivolto contro la direzione del flusso del fluido. La velocità del fluido all'ingresso è zero (essendo un punto di ristagno), trasformando l'energia cinetica in energia di pressione, il che porta a un aumento della pressione all'interno del tubo (P_Pitot).

Questi strumenti sono semplici, poco costosi e disponibili in una vasta gamma di formati. Se usati correttamente, si può raggiungere una precisione moderata. Sebbene l'uso di routine sia misurare la velocità dell'aria, sono utilizzati anche, con l'aiuto di una tecnica di integrazione, per indicare la portata totale in canali di grandi dimensioni e praticamente con qualsiasi fluido.

Funzionamento e Vantaggi del Tubo di Pitot

Caratteristiche

• Misura la velocità in un punto.
• I suoi vantaggi includono una caduta di pressione bassa e un basso costo, rendendolo una buona scelta per tubi di grande diametro, specialmente per gas puliti.
• È costituito da un tubo di piccolo diametro che resiste al flusso, in modo che la velocità all'estremità bagnata sia pari a zero.

Funzionamento

Il foro nel tubo di Pitot rileva la pressione totale e la convoglia al collegamento della sonda di pressione. La pressione statica viene prelevata da un lato e convogliata alla connessione. La pressione differenziale risultante è una pressione dinamica che dipende dalla velocità e che viene analizzata e indicata.

Formula

Una volta nota la differenza di pressione e calcolata la velocità del fluido secondo la formula del tubo di Pitot, è possibile, attraverso l'equazione di Bernoulli, determinare la portata totale del fluido.