Corso di Idraulica Agraria ed Impianti Irrigui

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1 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 Idrometria delle correnti in pressione 2

2 Misure di velocità locale in correnti in pressione In una corrente liquida la velocità può variare da punto a punto a seconda del regime di moto e della geometria della parete solida Profili di velocità in regime turbolento Corrente in pressione Corrente a superficie libera 3 Tubo di Pitot 2 v /2g A p / γ A za A o δ p / γ 0 z0 Applichiamo il teorema di Bernoulli tra i punti A e O: Dato che v O = 0, posto: si trova: z v2 pa A po + + = z 2g O + γ γ v2 O g A + 2 δ = v A = 2gδ p A ( z O p O + ) ( z A + ) γ γ 4

3 Tubo di Pitot 5 Tubo di Pitot (modificato da Prandtl) 2 v /2g A A va o L apertura centrale del tubicino si chiama presa dinamica,, quelle laterali si dicono prese statiche o 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( cinetica), dalla quale si ottiene la velocità della corrente 6

4 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

5 Tubo di Venturi Se poniamo: m = Σ B Σ A si ha: Σ A 2g m γ m γ Q = = cost 2 α 1 m γ 9 Mulinello 10

6 Turbina 11 Misuratori acustici Costituiti da: un trasmettitore elettroacustico,, che emette segnale acustico a frequenza ultrasonica un un microfono che rileva attraversa il mezzo liquido il segnale acustico che L elaborazione di parametri fisici del segnale emesso e rilevato (es. frequenza, tempo di percorrenza) ) fornisce il valore della velocità media della corrente idrica attraversata dal segnale 12

7 Misuratori acustici Ne esistono due tipi: ad effetto Doppler a tempo di transito Questi apparecchi sono nati per le misure nelle tubazioni in pressione,, ma il loro uso è stato successivamente esteso alle correnti a superficie libera 13 Misuratori acustici ad effetto Doppler 14

8 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 media V della particella V = k f 2 f 1 f 1 = k f f 1 15 Misuratori acustici ad effetto Doppler 16

9 Misuratori acustici a tempo di transito a tempo di transito 17 Misuratori acustici a tempo di transito Misurando le frequenze del segnale (f 1 e f 2 ), si ricava la velocità media V della corrente e, pertanto, la sua portata Q 18

10 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 V della corrente fluida (legge( di Faraday) Misurando forza elettromotrice indotta U,, si ricava la portata Q dalla formula: U VBD QBD 4B = = = 2 D πd Q π 4 20

11 Misuratori elettromagnetici 21 Idrometria delle correnti a superficie libera 22

12 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 23 Aste idrometriche Asta idrometrica sulla pila di un ponte e sulla sponda 24

13 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,, in cui la posizione del galleggiante è convertita in un segnale elettrico 26

14 Idrometri/idrometrografi a galleggiante 27 Idrometri/idrometrografi a galleggiante 28

15 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,, di calcolare la distanza tra questa e l apparecchiol 30

16 Sonde ad ultrasuoni s D h Il livello idrico è dato da: t h = D s = D c 2 essendo: ϑ c = 331,6 1+ / 273 ( m s) ϑ =10 C c = 337,62 m / s 31 Sonde ad ultrasuoni 32

17 Sonde di pressione La pressione esercitata dal liquido su una membrana alloggiata all'interno di un tubo cilindrico (nel quale è contenuta 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 ), si distinguono sonde: resistive capacitive induttive piezoelettriche 34

18 Misure di velocità in correnti a superficie libera Per la misura diretta della velocità si usano diversi apparecchi: tubi di Pitot misuratori elettromagnetici misuratori acustici mulinelli 35 Misuratori acustici Per canali di grandi dimensioni la misura si esegue con più coppie di trasduttori posizionati a varie altezze, al fine di determinare la velocità media della corrente 36

19 Mulinello 37 Mulinello 38

20 Mulinello 39