Reti di tubazioni e perdite di carico

1. Fabbricazione del sistema di tubazioni (vedi schema e fotografia, Fig. 2)

1. Apporre (nastro o colla) un piccolo serbatoio d'acqua di plastica sulla superficie di lavoro. Se si tratta di un contenitore coperto, praticare fori nel coperchio per le linee dell'acqua di ingresso e di uscita e il cavo di alimentazione della pompa.
2. Montare la piccola pompa sommergibile nel serbatoio.
3. Montare il rotametro (misuratore di portata d'acqua) verticalmente nell'area di lavoro. Può essere utile legare il rotametro a una piccola trave verticale o a una staffa a L per mantenerlo in posizione verticale. Collegare un tubo di flusso dall'uscita della pompa all'ingresso del rotametro (porta inferiore).
4. Collegare i tee dei raccordi a compressione in plastica a entrambe le estremità di una sezione di tubo di plastica rigida (lunghezza consigliata L ~ 0,3 m, diametro del tubo interno D ~ 6,4 mm). Montare i tee su morsetti per tubi. Collegare i tubi di gomma da un tee (ingresso) all'uscita del rotametro. Collegare i tubi di gomma dall'altro tee (uscita) al serbatoio.
5. Costruisci un secondo assemblaggio con due raccordi a T montati. Avvolgere una lunghezza di tubi di plastica morbida arrotolati elicoidamente attorno a un nucleo cilindrico (si consiglia un tubo di cartone, R ~ 30 mm e ~ 5 involucri di tubi). Fascette o morsetti possono aiutare a mantenere il tubo arrotolato. Installare le due estremità libere del tubo sui raccordi a T.
6. Costruisci un terzo assieme con due raccordi a T montati. Collegare quattro (o più) gomiti con brevi lunghezze di tubo di plastica rigida tra i tee. L'uso di più gomiti amplifica la lettura della caduta di pressione, migliorando l'accuratezza della misurazione.
7. Installare tubi di plastica rigida trasparente (~ 0,6 m) sulle porte aperte sui sei raccordi a T. Utilizzare un livello per assicurarsi che i tubi siano verticali. Questi tubi saranno i manometri (dispositivi di misurazione della pressione).
8. Riempire il serbatoio con acqua.

2. Funzionamento

1. Tubo dritto: Accendere la pompa e regolare la valvola rotametrica per variare le portate d'acqua. Per ogni caso, registrare la portata d'acqua e il livello verticale dell'acqua in ciascun tubo manometro. Registrare la caduta di pressione in base alla differenza di livelli del manometro (Eqn. 1).
2. Tubo arrotolato: Collegare l'ingresso della sezione di prova a spirale all'uscita del rotametro e l'uscita della sezione di prova al serbatoio. Come nel passaggio 2.1, registrare la portata d'acqua e le cadute di pressione per un certo numero di portate.
3. Raccordi per gomiti: Collegare la sezione di prova del raccordo del gomito al rotametro e al serbatoio. Raccogliere una serie di misurazioni della portata e della pressione, come nel passaggio 2.2.

3. Analisi

1. Per il caso del tubo dritto, valutare il numero di Reynolds e il fattore di attrito f (Eqn. 2). Valutare le incertezze del numero di Reynolds e del fattore di attrito (Eqn. 6). Qui e_ΔP è l'incertezza nelle misure di pressione ( , è l'incertezza nel livello del manometro), ed e_U è l'incertezza nella velocità media del canale (dalla scheda tecnica del rotametro, con incertezza tipica del 3 - 5% dell'intervallo). Per l'acqua a temperatura ambiente (22°C), ρ = 998 kg m^-3 e μ = 0,001 kg m^-1 s^-1.
   (6)
2. Confrontare i risultati del fattore di attrito della fase 3.1 con i modelli analitici (Eqn. 3).
3. Ripetere il passaggio 3.1 per la custodia del tubo a spirale. Questa volta, sottrarre la caduta di pressione prevista (Eqns. 2-3) per la porzione diritta della sezione di prova da ΔP. Qui assumiamo che l'incertezza nella correzione della pressione della lunghezza del rettilineo sia trascurabile. Confrontare i fattori di attrito misurati con i valori della correlazione (Eqn. 4).
4. Ripetere il passaggio 3.2 per la custodia del gomito. Sottrarre la caduta di pressione prevista per le lunghezze diritte del tubo tra i raccordi del gomito per ottenere una perdita di pressione corretta. Valuta la lunghezza e l'incertezza equivalenti per ciascun gomito. Qui, N_e è il numero di gomiti del tubo.
   (7)
5. Confrontare il risultato della lunghezza equivalente( L_e/D) con i valori tipici riportati (~30).