روش های اندازه گیری دبی جریان آب

روش های اندازه گیری دبی جریان آب :

الف)روش اندازه گیری دبی جریان آب به روش وزنی : در این روش مقدار اب جریان یافته که از یک منبع آب را در واحد زمان بر حسب واحد وزنی اندازه گیری می کنیم.
وسایل لازم :
ظرف خالی، قپان یا ترازوی مناسب برای توزین و کرونومتر

شرح آزمایش :
ظرف خالی که وزن آن قبلاً تعیین شده باشد را در زیر جریان آب قرار داده وحدت زمانی را که طول می کشد از آب پر شور شود(t) مشخص می کنیم، سپس ظرف توأم با آب را با ترازوی و یا قپان وزن کرده و با استفاده از فرمول زیر دبی را محاسبه می کنیم.
Q = دبی یا بده جریان بر حسب لیتر در ثانیه
P1 = وزن خالی ظرف kg
P2 = وزن ظرف + آب kg
T = زمان بر حسب ثانیه
Y = وزن مخصوص آب بر حسب kg/I

ب) روش حجمی :
در این روش مستقیماً حجم آب جریان یافته از منبع آب را بر حسب واحد حجمی در زمان معین اندازه گرفته و سپس دبی را در واحد زمان محاسبه می کنیم. روش حجمی دقیقتر از روش وزنی است.
وسایل لازم :
کرنومتر، ظرف با حجم مشخص که متناسب با میزان دبی بوده و ممکن است از یک ظرف کوچک تا بشکه تغییر کند.
شرح آزمایش :
ابتدا حجم ظرف یا حوضچه را محاسبه کرده و سپس جریان منبع آب را وارد ظرف می کنیم و زمان لازم برای پر شدن ظرف را با کرنومتر اندازه می گیریم، دبی جریان از فرمول زیر بدست می آید :
Q = دبی (لیتر در ثانیه)
v= حجم ظرف (لیتر)
T= زمان پر شده ظرف در ثانیه
Q = V / t

اندازه گیری دبی آب در کانالها با تعیین سرعت و سطح مقطع جریان آب :

با توجه به تعریف دبی، دبی آب را در کانالها می توان از فرمول زیر بدست آورد.
Q = دبی (حجم در ثانیه )
V = سرعت آب (مسافت در ثانیه)
S = مساحت سطح مقطع آب در کانال (سانتی متر مربع یا متر مربع)

Q = V × S
واضح ست که برای تعیین Q باید سرعت متوسط آب در کانال و سطح مقطع جریان آب در کانال را تعیین کرد.

اندازه گیری سرعت آب در کانالها:

همان طور که می دانیم سرعت هر جسم متحرک عبارتست از مسافت طی شده توسط آن جسم در واحد زمان .
L = مسافت
t = زمان
V = l / t

الف) اندازه گیری سرعت آب در کانال با جسم شناور ساده :
وسایل لازم :
جسم شناور، کرنومتر و متر

شرح آزمایش : برای تعیین سرعت آب در این روش، دو نقطه را در مسیر آب به طول 20 الی 30 متر که نسبتاً مستقیم و عاری از علف و گیاهان آبی باشد انتخاب می کنیم و جسمی را که حتی المقدور اثر باد در آن کمتر باشد در ابتدای مسیر انتخاب شده (نقطه A) انداخته و فاصله زمانی را که جسم شناور به انتهای مسیر (نقطه B) برسد را با کرنومتر اندازه می گیریم. اگر فاصله زمانی لازم t و فاصله بین دو نقطه (A,B) برابر با l باشد، سرعت سطحی آب از فرمول رو به رو دست می آید.
متر (m) مسافت = L
V = l / t

باید توجه کرد که سرعت جریان آب در دو طرف نهر کمتر و در وسط بیشتر است. همچنین سرعت آب در اعمال مختلف نهر متفاوت است که بیشترین سرعت در سطح آب و کمترین آن در عمق نزدیک به کف کانال است. لذا برای محاسبه سرعت، سرعت متوسط را اندازه گیری می کنند.
(v_m=kv) مقدار k به عمق آب بستگی دارد و حدوداً 8/0 در نظر می گیرند.
ضریب = k
سرعت سطحی = V
سرعت متوسط = v_m
برای اندازه گیری سرعت متوسط آب در کانالها از میله شناور که انتهای آنها کمی سنگین است و در داخل آب به طور عمودی قرار می گیرند، استفاده می شود. در پاره ای موارد نیز به جسم شناور وزنه ای با نخ متصل می کنند که در این حالت هنگامی که جسم در اب انداخته شود اگر در عمق معادل 6/0 عمق آب از کف روخانه قرار گیرد سرعت حرکت آب در این وضعیت برابر با سرعت متوسط جریان آب (v_m) است.
D_m = d × bN

که در این فرمول a,b ضرایب مربوط به نوع سرعت سنج است و توسط کارخانه سازنده در دفترچه راهنمای دستگاه نوشته می شود. در جریان های کم سرعت سنج با دست در داخل آب کار گذاشته می شود، ولی در جریان های زیاد وزنه ای به سرعت سنج متصل و از بالا توسط کابل سیمی آب قرار می گیرد. محور پروانه ها در بعضی از مولنیدها، عمودی و در برخی افقی است. از متداولترین انواع مولینه هایی که دارای محور عمودی بوده و محور پروانه عمود به جهت جریان آب قرار می گیرد مولینه پرایس است.

اندازه گیری سطح مقطع آب در کانال ها :

برای محاسبه سطح مقطع جریان آب (s) اگر چنانچه مقطع نهر دست ساز و دارای شکل هندسی منظم ( ذوزنقه ای ، مستطیل ، نیم دایره، مثلثی) باشد از قواعد هندسی استفاده می شود.
در مواردی که سطح مقطع نهر شکل هندسی غیرمنظم داشته باشد در این صورت از طریق محاسبه عمق متوسط و حاصلضرب آن در عرض جریان آب، سطح مقطع جریان را بدست می آوریم.

اندازه گیری عمق متوسط آب در کانال های طبیعی با سطح مقطع غیرهندسی
وسایل لازم :
خط کش

شرح آزمایش : مقطعی از یک آبگذر را که جریان نسبتاً ملایمی داشته، انتخاب می کنیم.
خط کش را در کف نهر قرار داده به طوری که صفر خط کش در کف واقع شود سپس در فواصل مختلف عمق آب را اندازه گرفته و معدل را پیدا می کنیم. از ضرب عمق متوسط در عرض جریان، سطح مقطع جریان (s) بدست می آید.
S = سطح مقطع جریان
L = عرض مقطع جزر
d_m = عمق متوسط
S = d_m × L

انواع ساختمان های انتقال و توزیع آب
آبراهه های روباز : آبراهه های روباز از معمولترین روش های انتقال آب به شمار می آیند. این آبراهه ها در شبکه آبیاری کانال و در شبکه زهکشی ، زهکش نامیده می شوند. در آبراهه های روباز آب فقط در امتداد شیب زمین حرکت می کند و به همین دلیل کانال ها معمولاً در بالاترین قسمت زمین ساخته می شوندتا آب بتواند از طریق کانال وارد مزرعه شود.

کانال پوشش نشده:
این کانال معمول ترین نوع کانال به شمار می ایند که بر روی زمین حفر می شوند و خاک های حفاری شده به منظور تشکیل خاکریز کنار کانال مورد استفاده قرار می گیرد.

کانال پوشش شده :
کانال ها را می توان از مصالح مختلفی چون خاک رس کوبیده شده، بتن، آجر ، آسفالت و ورقه های (pvc) پوشش داد. در این صورت از رشد علف های هرز، فرسایش خاک، نفوذ ، دیواره و ... جلوگیری کرده و بازده انتقال آب را افزایش داده ایم.

خطوط لوله :
گاهی در بعضی از سیستم های آبیاری به جای کانال های روباز و یا به جای قسمتی از آنها از لوله استفاده می شود، دلایل این کار عبارتست از :
- کم کردن تلفات آب ناشی از نشت و تبخیر
- عدم رویش علف های هرز
- کنترل بهتر بر نحوه توزیع آب
- اشغال زمین کمتر در سیستم آبیاری
- جنبه های بهداشتی و کیفیت آب

تأسیسات کنترل آب :
دریچه تنظیم : دریچه ای است که در مسیر جریان آب قرار می گیرد و مقدار عبور آب از آن در حد دلخواه تنظیم می شود

مقسم ها :
برای تقسیم آب کانال به دو یا چند بخش معین به طوری که هر کدام از قسمت ها حجم معینی از جریان آب کانال شامل شوند، از ساختمان ها به نام مقسم استفاده می شود.

فلومها :
برای عبور آب از روی گودالها و یا دره های تنگ و نیز به منظور هدایت آب برای آبیاری در امتداد دامنه تپه های شیبدار از فلومهای چوبی، فلزی، و یا ترکیبی از چوب و فلز استفاده می شود.
شیب شکن :

جایی که شیب زمین زیاد است و بر اثر سرعت بیش از حد آب، امکان فرسایش کف و دیواره های کانال وجود دارد از شیب شکن استفاده می شود.

سیفون معکوس :

از سیفون های معکوس به منظور انتقال آب، از زیر جاده، رودخانه ، نهر زه کش و .. استفاده می شود.

تعریف پمپ :

پمپ دستگاهی است که می تواند انرژی مکانیکی را از یک منبع انرژی دریافت و به مایعی که در داخل آن جریان دارد، منتقل کند.

پمپ های سانتریفوژ :

الف) پمپ یک طبقه :
این پمپ دارای یک پروانه (پره) در روی محور است. اکثریت پمپ های یک طبقه با پوسته حلزونی و افقی هستند ولی به صورت عمودی نیز می توانند باشند.

ب) پمپ های چند طبقه :
در یک پمپ چند طبقه دو یا چند پروانه به طور متوالی روی یک محور قرار می گیرند. آب از طبقه اول در پوسته همان طبقه جمع شده و به محور پروانه طبقه دوم تخلیه می شود و از دوم به سوم به همین ترتیب ادامه می یابد.

پمپ های چاه عمیق (پمپ توربینی ) :

این پمپ عموماً از نوع توربینی قائم و چند طبقه هستند. موتور محرک این پمپ ها ممکن است الکتروموتور، موتور دیزلی، بنزینی و یا توربین بخار باشد.
پمپ شناور :
در این طرح پمپ چند طبقه توربینی قائم مستقیماً روی یک موتور الکتریکی به قطر کم سوار شده و همراه پمپ در زیر آب قرار می گیرد. وزن موتور و پمپ از طریق رانش به فونداسیون دهنده چاه منتقل می شود و گاهی به منظور اطمینان بیشتر به وسیله سیم بکسل مهار می شود. به موازات لوله رانش یک لوله روغن روانکار و یک کابل انتقال برق تا موتور امتداد پیدا می کند.

ظرفیت پمپ :

عبارتست از حاصل ضرب سطح مقطع لوله رانش در سرعت فرضی جریان آب در این مقطع که معمولاً در حدود 3 متر در ثانیه در نظر گرفته می شود.
A = دبی یا ظرفیت بر حسب متر مکعب بر ثانیه
D = قطرلوله رانش (متر)
V= سرعت جریان آب (m/s)

ارتفاع پمپ: از سه طریق صورت می گیرد:

ارتفاع مکش :
عبارتست از طول قائم بین خط محور پمپ و سطح آب

طرز محاسبه ارتفاع مکش :
برای محاسبه ارتفاع مکش باید همانطور که کارخانه سازنده پمپها توصیه می کنند، عمل کرد. 70 درصد آن در محاسبات در نظر گرفته می شود و از فاکتورهای زیر محاسبه می شود.
1 – ارتفاع عمودی مکش که از مرکز پمپ تا سطح آب مورد پمپاژ اندازه گیری می شود.
2 – افت فشار در لوله های مکش
3 – افت فشار در صافی ، زانو، سایر اتصالات بکار رفته در قسمت مکش
4 – سرعت مکش
v² /2g
ارتفاع رانش :
عبارتست از طول قائم بین خط محور پمپ و سطح آب در مخزن
طرز محاسبه ارتفاع رانش :
منظور فشاری است که پمپ باید تولید کند و از فاکتورهای ذیل محاسبه می شود.
1 – ارتفاع عمودی که از مرکز پمپ تا محل تخلیه آب از لوله اندازه گیری می شود.
2 – افت فشار در لوله های دهنده
3 – افت فشار در لوله، زانو و سایر وسایل بکار رفته
4 – سرعت فشار

ارتفاع مانومتریک :
حاصل جمع ارتفاع مکش ، ارتفاع رانش و تأمین افت فشار در داخل لوله ها و پمپ و زانوها را ارتفاع مانومتریک می نامند.

قدرت پمپ : عبارتست از کاری که پمپ باید انجام دهد که تا مقدار معینی آب را تا ارتفاع مورد نظر بالاببرد و معمولاً کار انجام شده را در واحد زمان در نظرمی گیرند.
Q = دبی بر حسب لیتر بر ثانیه
e= راندمان پمپ
H = ارتفاع مانومتریک برحسب متر
P = قدرت پمپ بر حسب اسب بخار

P=Q*H/75*e