نام و نام خانوادگی:            محمد مهدی محمودی وند      آزمایش:23/10/1392  

کلاس:2A3         شماره:3   

عنوان:اندازه گیری توان پمپ ها                    هدف:اندازه گیری h_p توان فرآیندی پمپ ها

تئوری:

راندمان پمپ

راندمان پمپ(Efficiency) به طور کلی نسبت قدرت عملی بدست آمده توسط سیال به توان شافت می باشد. در فرآیند جریان سیال در پمپ و فن راندمان به سه صورت زیر محاسبه می شود

- هیدرولیکی

- مکانیکی

- حجمی

اتلاف هیدرولیکی و راندمان هیدرولیکی:

اتلاف هیدرولیکی در پمپ و فن در اثر اصطکاک بین سیال و جداره دیوار، شتاب، عقب ماندگی سیال وتغییر جهت جریان سیال می باشد.

راندمان هیدرولیکی طبق رابطه زیر قابل محاسبه می باشد

η_h = w / (w + w_l)           (1

که در این رابطه  ηh راندمان هیدرولیکی،  w کار مخصوص از پمپ و یا فن  و wl  کار مخصوص هدر رفته با توجه به اثرات هیدرولیکی  می باشد.

اتلاف مکانیکی و راندمان مکانیکی:

راندمان مکانیکی طبق رابطه زیر بدست می آید

η_m = (P - P_l) / P           (2

 که در این رابطه  ηm  راندمان مکانیکی، P  قدرت انتقالی از موتور به شافت و Pl توان از دست  رفته در اثر انتقال می باشد.

اتلاف حجمی و راندمان حجمی

با توجه به نشت مایع بین سطح پشت بشقاب پروانه توپی و یا از طریق دیگر اجزای پمپ،اتلافات حجمی که باعث کاهش راندمان پمپ می شود، وجود دارد.

راندمان حجمی طبق رابطه زیر بدست می آید:

η_v = q / (q + q_l)            (3

راندمان کل

راندمان نهایی از حاصل ضرب سه رانمان هیدرولیکی، مکانیکی و حجمی حاصل می شود

η = η_h η_m η_v         (4

تلفات در پمپ یا فن تبدیل به گرما شده و به سیال و محیط اطراف منتقل می شوند. به عنوان یک قاعده کلی، افزایش دما در حمل و نقل هوا در فن حدود 1 درجه سانتیگراد است.

مثال در ارتباط با راندمان هیدرولیکی پمپ

یک پمپ آب خطی در فشار بین 1 bar (1 105 N/m2) و 10 bar (10 105 N/m2) کار می کند وچگالی آب 1000 kg/m3 می باشد و همچنین راندمان هیدرولیکی معادل ηh = 0.91 می باشد. حال هد عملی یا ستون آب را محاسبه کنید:

h = (p₂ - p₁) / γ  = (p₂ - p₁) / ρ g

    = ((10 10⁵ N/m²) - (1 10⁵ N/m²)) / (1,000 kg/m³) (9.81 m/s²) = 91.7 m

و کار مخصوص پمپ مطابق زیر بدست می آید

w_c = g h / η_h

    = (9.81 m/s²) (91.7 m) / 0.91 = 988.6 m²/s²

و همچنین ارتفاع طراحی به صورت زیر است

h = w_c / g

    = (988.6 m²/s²) / (9.81 m/s²)  = 100.8 m

توان و بازده پمپ

امروز می خواهم مطلب بسیار مهمی در رابطه با پمپ ها برایتان بنویسم: توان و بازده پمپ

در ادبیات پمپ انواع و اقسام توان و بازده داریم

توان هیدرولیکی PH: به توان خروجی پمپ اتلاق می شود که باعث حرکت سیال می شود. برای محاسبه این توان کافی است فشار پمپ را در دبی ضرب کنید.

توان خروجی پمپ: همان توان هیدرولیکی پمپ می باشد...

راندمان پمپ از دید

اغلب سازندگان پمپای گریز از مرکز (سانتریفوژ) عملکرد پمپ را بر مبنای پمپاژآب با دمای 68 درجه فارنهایت  تعیین می نمایند.مهمترین عوامل موثر روی راندمان پمپ گریز از مرکز عبارتند از :

سرعت مخصوص ،اندازه پمپ ،ارتفاع مکش مثبت خالص موجود ومورد نیاز ،لزجت(ویسکوزیته)سیال ،درجه حرارت ،چگالی مخصوص ونوع پمپ.انیستیتوی هیدرولیک منحنی راندمان بسیاری از پمپها را به ازای تغییر سرعت مخصوص تهیه نموده است ...

 (Pump performance): راندمان پمپ ها

  راندمان پمپ ها(Pump performance):بازده یک پمپ بطور کلی به میزان تلرانسها و دقت بکار رفته در ساخت ، وضعیت مکانیکی اجزاء و بالانس فشار بستگی دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه می شود:1- بازده حجمی که مشخص کننده میزان نشتی در پمپ است و از رابطه زیر بدست می آید( دبی تئوری كه پمپ باید تولید كند /میزان دبی حقیقی پمپ  )=بازده حجمی 2- بازده مکانیکی که مشخص کننده میزان اتلاف انرژی در اثر عواملی مانند اصطکاک در یاتاقان ها و اجزای درگیر و همچنین اغتشاش در سیال می باشد.= بازده مکانیکی(قدرت حقیقی داده شده به پمپ /قدرت تئوری مورد نیاز جهت کار پمپ ) 3- بازده کلی که مشخص کننده کل اتلاف انرژی در یک پمپ بوده و برابر حاصضرب بازده مکانیکی در بازده حجمی می باشد

توان اسب بخار

توان اسب بخار (Horsepower) انگلیسی واحد قدرت است وهمچنین اسب بخار توانایی انجام کار در میزان   33000 ft.lb در هر دقیقه  یا    550 ft.lbدر هر ثانیه می باشد.

توجه داشته باشید که قدرت کار در واحد زمان است و کار نیز نیرو از راه دور می باشد. به عنوان مثال در سیستم گرانش ،نیروی اعمالی  وزن (mg) است.

توان اسب بخار پمپ

:توان اسب بخار کل را می توان از رابطه زیر بدست آورد

P_hp = m_min h g / 33000         (1

که در این رابطه P_hp  توان بر حسب اسب بخار،  m_min   دبی جرمی جریان بر دقیقه بر حسب (پوند بر دقیقه)، hهد و یا ارتفاع بر حسب (ft) و gشتاب با مقدار 32 ft/s²  می باشد.

رابطه (1) می تواند به رابطه زیر تبدیل شود:

P_hp = m_sec h g / 550         (1b

که در این رابطه m_sec  دبی جرمی بر ثانیه می باشد که بر حسب (lb_m/s) است.

همچنین رابطه (1) می تواند به رابطه زیر تبدیل شود:

P_hp = γ Q h / 33000         (1c

که در این رابطه Q دبی حجمی بر حسب(ft³/min) و γ وزن مخصوص برحسب(lb_f/ft³ ) می باشد.

توان اسب بخار جریان آب بر حسب gal/min:

توان اسب بخارجریان آب بر حسب gal/min را می توان از رابطه زیر بدست آورد:

P_whp = SG Q_gal h / 3960         (1d

که در این رابطه Q  دبی حجمی بر حسب(جی پی ام)،  SGوزن مخصوص و h هد بر حسب (ft) می باشد.

SG برای آب در دمای 32^oF معادل 1.001 و در دمای 240^oF معادل 0.948 می باشد.

برخی تبدیل واحد های مورد نیاز:

• 1 hp (English horse power) = 745.7 W
• 1 ft (foot) = 0.3048 m

توان ترمزی

توان ترمزی یا توان شافت بر حسب اسب بخار برای پمپ یا فن:

قدرت شافت بر حسب اسب بخار برای پمپ یا فن مطابق رابطه زیر محاسبه می شود:

Pbhp = ( γ Q h / 33000 ) / η         (2

که در این رابطه P_bhp  توان بر حسب اسب بخار یا (hp)،  دQدبی حجمی بر حسب (ft³/min, cfm) و η  راندمان می باشد.

توان ترمزی یا توان شافت بر حسب اسب بخار برای توربین:

اسب بخار شافت برای توربین از رابطه زیر بدست می آید:

P_bhp = η ( γ Q h / 33000 )         (2b

توان ورودی اسب بخار برای موتور الکتریکی

توان ورودی اسب بخار برای موتور الکتریکی پمپ یا فن طبق دو رابطه زیر بدست می آید:

P_{hp_el} = P_bhp / η_e         (3

P_{hp_el} = (m h / 33000) / (η η_e)         (3b

که در این روابط P_{hp_el}   توان ورودی برای موتور الکتریکی، η_e  راندمان مکانیکی برای موتور الکتریکی می باشد.

تبدیل توان اسب بخار به کیلو وات یا سایر واحد ها:

توان بر حسب اسب بخار را می توان به واحد های رایجی همچون واحد های زیر تبدیل نماییم:

1 hp (English horse power) = 745.7 W = 0.746 kW = 550 ft.lb/s = 2545 Btu/h

= 33000 ft.lb/m = 1.0139 metric horse power

تبدیل اسب بخار به کیلو وات طبق رابطه زیر صورت می گیرد:

P_kW = 0.746 P_hp         (4

با توجه به رابطه (4)، رابطه(3b) به رابطه زیر تبدیل می شود که در این رابطه توان را بر حسب کیلو وات به صورت مستقیم بدست می آوریم:

P_kW = 0,746 (m h / 33000) / η η_e         (5

اسب بخار مورد نیاز برای پمپاژ آب

انرژی مورد نیازآب توسط پمپ را water horsepower می نامند و طبق رابطه زیر بدست می آید:

P_whp = q h sg / 3960     (1

که در این رابطه P_whp  توان مورد نیاز پمپ بر حسب(اسب بخار)، q دبی بر حسب (گالن بر دقیقه)، h هد بر حسب (فوت) و sg نیز وزن مخصوص می باشد.

برای تخمین توان مورد نیاز برای پمپاژ آب در دمای 60 درجه فارنهاید برحسب اسب بخار به جدول زیر مراجعه می کنیم:

توان اسب از دید ammacu.blogfa.com

مفاهیمی راجع به اسب بخار

اسب بخار می تواند به واحد های دیگر هم تبدیل شود 

●یک اسب بخار برابر با ۷٤۶ وات است.پس اگر یک اسب را به چرخی وصل کنیم تا آن را بچرخاند با آن چرخ می توان مولد برقی را به کار انداخت که ۷٤۶ وات توان تولید می کند.

●انرژی حاصل از یک اسب بخار در مدت یک ساعت برابر  ۲۵٤۵BTU است که هر BTU انرژی مورد نیاز برای بالا بردن دمای یک پوند  آب به اندازه ی یک درجه ی فارنهایت است.

●یک BTU برابر ١۰۵۵ ژول،یا ۲۵۲ گرم-کالری ویا ۲۵۲/۰ کالری غذایی است.یک اسب احتمالا ۶٤١ کالری غذایی را در یک ساعت می سوزاند...  

شرح:

برای بدست آوردن توان الکتریکی و توان فرآیندی و h_p توان فرآیندی پمپ به صورت زیر عمل می کنیم:

دستگاهی داریم که دارای دو مخزن است و میخواهیم آب درون مخزن پایینی را به داخل مخزن بالایی بریزیم، پس لازم است که یک پمپ این آب را از داخل مخزن پایین به داخل مخزن بالایی بریزد. ضمنا این دستگاه در هنگامی که آب را به مخزن بالایی پمپ می کند، آمپر و ولتاژ را هم نشان می دهد و یک لوله روتامتر هم بعد از پمپ قرار دارد که به کمک آن هم می توانیم دبی را بخوانیم.

بار اول یک دور شیر ورودی مخزن دوم را باز می کنیم و دستگاه را روشن می کنیم و می بینیم که ولتاژ 226 و آمپر روی 1/1 قرار گرفته است، در همین حالت دبی را هم می گیریم که زمان را با کرنومتر و حجم را با لوله ای که در کنار مخزن دوم قرار دارد و یک خط کش هم در کنار است می خوانیم، ضمنا هر یک سانتی متری که حجم درون مخزن افزوده می شود معادل یک لیتر است. حال زمان را با کرنومتر می گیریم و حجم درون مخزن را با لوله و خط کش کناری آن، که بین 31 تا 36 سانتی متر و معادل 5 لیتر می باشد و مدت زمانی را که طول می کشد تا 5 لیتر پر شود حدودا 9/10 ثانیه است. ضمنا دبی روتامتر هم 7/28 است.حال دستگاه را خاموش می کنیم و توان الکتریکی، توان فرآیندی پمپ و h_p را هم حساب می کنیم.

بار دوم شیر ورودی مخزن دوم را یک دور دیگر می چرخانیم و دستگاه را روشن می کنیم. می بینیم که ولتاژ 223 و آمپر روی 1 است، در همین لحظه دوباره دبی را هم حساب می کنیم که می بینیم این بار 5 لیتر در مدت زمان 10 ثانیه پر می شود. دبی روتامتر هم 1/30 است.

بار سوم شیر ورودی مخزن دوم را یک دور دیگر می چرخانیم و دستگاه را روشن می کنیم. پس از چند ثانیه می بینیم که ولتاژ 224 و آمپر 9/0 است. این بار هم که بی را حساب می کنیم، می بینیم که 5 لیتر در مدت زمان 8/9 ثانیه پر می شود و دبی روتامتر هم 8/30 است.

ضمنا راندمان پمپ هم 65% می باشد.

نمودار، مشاهده، جدول:

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که دبی هوا حدودا بین 1130 الی 1170 است در صورتی که باید در محدوده 1300 باشد و بیشترین دبی باید مربوط به قسمت وسط باز لوله پیتوت باشد ولی به دلیل خطایی که وجود دارد بیشترین دبی مربوط به پایین

باز لوله پیتوت می باشد.

محاسبات:

Q=             آزمایش اول

Q=

Q= 0/45

Pe=V×I×cosϕ

Pe=226×1/1×0/68

Pe=169/04

µ= ×100

65= 100

P_p=0/65×169/04

P_p=109/876

P_p=ρ×g×hp×Q

109/876=1000×10×hp×0/45

hp=

hp=0/024

Q=             آزمایش دوم

Q=

Q= 0/5

Pe=V×I×cosϕ

Pe=223×1×0/68

Pe=151/64

µ= ×100

65= 100

P_p=0/65×151/64

P_p=98/566

P_p=ρ×g×hp×Q

98/556=1000×10×hp×0/5

hp=

hp=0/019

Q=             آزمایش سوم

Q=

Q= 0/51

Pe=V×I×cosϕ

Pe=224×0/9×0/68

Pe=137/08

µ= ×100

65= 100

P_p=0/65×137/08

P_p=89/102

P_p=ρ×g×hp×Q

89/102=1000×10×hp×0/51

hp=

hp=0/017

خطا: 1- اشتباه خواندن      2- اشتباه محاسباتی       3-اشتباه در خواندن در حجم     4- خراب بودن دستگاه

مرجع: سایت  www.tebyan.net، www.wikipg.com،www.engineeringtoolbox.com،

نام و نام خانوادگی:            محمد مهدی محمودی وند      آزمایش:17/09/1392  

کلاس:2A3         شماره:3   

عنوان:اندازه گیری جریان سیالات                    هدف:اندازه گیری جریان آب به وسیله لوله پیتوت

تئوری:

روتامتر چیست؟

یکی از وسایل پر کاربردی که امروز می خواهیم به شما معرفی نماییم روتامتر می باشد. روتامتر نوعی دبی سنج است که می تواند دبی سیال عبوری از یک لوله را برای ما اندازه گیری نماید. این سیال می تواند مایع و یا گاز باشد.

استفاده از روتامتر برای اندازه گیری دبی بسیار رواج دارد. روتامتر از یک مجرای مخروطی تشکیل می شود که درون آن یک شناور موجود می باشد. 

در اثر عبور جریان سیال از پایین به بالای روتامتر، نیروی مقاومی به این شناور وارد می شود و آن را به طرف بالا حرکت می دهد. با بالا رفتن شناور، سطح مقطع روتامتر افزایش یافته و لذا سطح جریان میان شناور و مجرای مخروطی روتامتر افزایش می یابد.

شناور تا جای بالا می رود که نیروی مقاوم سیال، نیروی ارشمیدس و وزن سیال یکدیگر را خنثی نمایند و سیستم به حالت تعادل برسد. در این صورت مکان شناور که به صورت مستقیم از روی روتامتر خوانده می شود، معرف دبی جریان می باشد. هر چه دبی جریان عبوری از روتامتر بیشتر باشد، محل شناور بالاتر خواهد بود.

از کاربردهای روتامتر می توان به آزمایشگاه ها، سیستم های تأسیساتی و به طور کلی تمام جاهایی که دانستن دبی یک جریان سیال لازم باشد اشاره نمود. 

اندازه گیری شدت جریان

اندازه گیری شدت جریان در یک سیستم انتقال مایع بخش مهمی از عملیات را شامل می شود.به علاوه اندازه گیری در حین عملیات واقعی برای اطمینان از عملکرد سیستم در جهت پیش بینی شده الزامی است.

چندین وسیله اندازه گیری جریان وجود دارد که ضمن ارزان بودن به طور غیرمستقیم شدت جریان جرمی و سرعت را اندازه می گیرند شامل:

1- لوله پیستو

2- اریفیس متر

3- لوله ونتوری

در هر سه روش بخشی از اندازه گیری شامل اختلاف فشار است.

وسیله ای که غالباً برای این هدف استفاده می شود :

روتامتر: 

در این وسیله ارتفاع شاقول که شناورهم نامیده می شود در یک لوله مخروطی نشان دهنده شدت جریان می باشد. شناور در یک لوله مخروطی که بزرگترین قطر آن در سمت بالا قرار دارد به طرف بالا و پایین حرکت وسیال از پایین به طرف بالا جریان دارد و شناور را به طرف بالا می راند. چون شناور چگالی بیشتری دارد معلق می ماند تا زمانی که فشار بتدریج افزایش یابد و اثر شناوری سیال شاقول را به سمت بالا جابجا کند وبعد سیال بین شناور ودیواره لوله جریان می یابد و همانطور که مسیر عبور جریان افزایش می یابد یک تعادل مکانیکی میان مکان شناور و اختلاف فشار در دو طرف ان و نیروهای شناور برقرار میشود.بنابراین جریان سیال را می توان اندازه گیری نمود.

جنس ماده ایی که لوله آنان ساخته می شود  شیشه ای ، اکریلیک، فلزی می باشد.

شناور :

گوی شکل : برای اندازه گیری شدت جریان های پایین تر

آئرودینامیک: شدت جریان های بالاتر و کاربردهاییکه مستلزم دقت بالا با گرانروی ثابت است.

جنس موادی که شناور از آن ساخته می شود شیشه سیاه، یاقوت کبود، فولاد ضد زنگ ، تنگستن می باشد.

ظرفیت روتارومترها بر حسب 2 سیال:

1.    اب در دمای 20 درجه سانتیگراد

2.    هوا در دماي 20 درجه و در فشار101.3Kpa

مزیت روتامتر بر اریفیس متر:

1.    به توزیع سرعت در جریان سیال متحرک حساس نیست .

2.    در نصب آن نیاز به بخش مستقیم لوله در بالا و پایین وسیله اندازه گیری نیست.

3.    در محدوده گسترده ایی از جریان تکرارپذیری خوبی می دهد.

4.    برای نیازهای خاص مانند حجم کم و فشار زیاد نیز قابل رشد هستند.

چند روش دیگر برای کابردهای ویژه صنایع غذایی:

1.  جابجایی حجمی به عنوان یک  اصل اندازه گیری جریان ، از یک محفظ اندازه گیری با حجم معلوم که حاوی یک موتور دوار است استفاده می کند. همانطور که جریان از میان محفظه هدایت می شود روتور می چرخد و حجم معلومی از سیال را جابجا می کند .شدت جریان توسط نمایش  تعداد دورهای روتور و احتساب حجم در هر دور اندازه گیری می شود.

2.  از فراصوت به عنوان مکانیسم حسگر استفاده می کند .معمولاٌ دراین روش ها از پاسخ یک موج هدایت شده با فرکانس بالا به سمت جریان استفاده می کنند.

3.  استفاده از گرداب های ایجاد شده ناشی از قرار دادن یک جسم نامنظم شکل در مسیر جریان است. چون گرداب ها با فرکانس که تابع شدت جریان است به سمت پایین حرکت می کند از این فرکانس به عنوان معیاری از شدت جریان استفاده نمود. معمولاٌ با قرار دادن ترمیستورهای داغ در مسیر گرداب و ثبت شدت های سرد شدن انها می توان این فرکانس ها را اندازه گیری نمود

4.  شدت جریان در یک لوله با قرار دادن یک چرخ توربینی در مسیر جریان نیز اندازه گیری می شود در حالی که شدت جریان تغییر می کند سرعت چرخش نیز متناسب با ان تغییر می کند اندازه گیری دوران با استفاده از آهن رباهای کوچکی که به بخش چرخان توربین متصل هستند انجام می شود. آهن رباها ضربانی را تولید می کند که به وسیله مدار مارپیچ که در دیواره خارجی لوله قرار گرفته است دریافت وثبت می شود . 

لوله ونتوری (ونچوری) (VenturiTube):

گلوگاه لوله ونتوری از یک استوانه ی باریک تشکیل شده که گلویی (Throat) نامیده می شود. دهانه ی ورودی گلوگاه به تدریج جمع یا باریک می شود (مانند یک نازل) ، اما دهانه ی خروجی آن به صورت یک شیپوره ی واگرا (Diffuser) به تدریج باز می شود. با استفاده از یک لوله ی ونتوری ، افت فشار به طور قابل توجهی نسبت به افت فشار گلوگاه اریفیس دار و یا نازل دار کم تر می شود. علت کم بودن افت فشار لوله ی ونتوری ، بیشتر به علت شکل دهانه ی خروجی آن است. در لوله ونتوری ، فشارهای استاتیک P1 و P2 با استفاده از دو حلقه ی فشار سنجی حس می شوند. این دو حلقه ، هر یک دارای یک سری سوراخ هستند که با فاصله ی مساوی از یکدیگر قرار دارند و به داخل لوله ونتوری ارتباط دارند. معمولا ونتوری دارای ساختمانی با بخش های زیر است:

بخش بالا دست جریان که قطر آن برابر قطر لوله است و دارای یک آستر برنزی و یک حلقه ی پیزومتری برای تعیین فشار استاتیک است:

-یک قسمت مخروطی همگرا.

-گلوگاه استوانه ای با آستر برنزی ، مجهز به حلقه ی پیزومتری.

-یک قسمت مخروطی با واگرایی تدریجی که نهایتا اندازه ی آن برابر قطر لوله می شود.

 -یک مانومتر دیفرانسیلی که به حلقه های پیزومتری متصل است. 

اندازه ی ونتوری متر با قطر لوله و گلوگاه آن مشخص می شود. برای آن که نتایج حاصل از اندازه گیری دقیق باشد ، باید طول ونتوری متر حداقل ده برابر قطر لوله باشد. در جریان خروجی از لوله به طرف گلوگاه ، سرعت به مقدار زیادی افزایش و متناظر آن فشار کاهش می یابد. مقدار دبی در جریان تراکم ناپذیر تابعی از مقدار نشان داده شده به وسیله ی مانومتر است.

فشارها در قسمت اولیه و گلوگاه دستگاه ، فشار های واقعی هستند و سرعت های به دست آمده از معادله ی برنولی سرعت های تئوری خواهند بود. وقتی که در معادله ی انرژی ، افت ها را در نظر بگیریم ، سرعت ها واقعی خواهند بود. ابتدا به کمک معادله ی برنولی ( بدون درنظر گرفتن افت هد )  سرعت تئوری در گلوگاه را به دست می آورند و با ضرب کردن آن در ضریب سرعت Cv سرعت واقعی مشخص خواهد شد. نسبت قطرها معمولا در محدوده ی 25/0 تا 75/0است. افت فشار حاصل از نصب نیز در حدود 10 تا 15درصد تغییر هد بین قسمت های ورودی ونتوری و گلویی می باشد.

در هنگام انتخاب این دست وسایل اندازه گیری فلو باید این نکته را هم در نظر گرفت که اثر لوله ونتوری در مختل کردن جریان سیال و تلفات انرژی کمتر از نازل ها و همچنین نازل نیز اتلافات کمتری نسبت به اریفیس دارد ، البته این موضوع را هم باید در نظر گرفت که در مورد قیمت آن ها این نسبت ها برعکس است.

 مانومتر( لولهu شکل):

لوله با قطر كم و ثابت به شكل u لاتين كه باسيالى به نام سيال مانومتر پر مى شود که حاوی آب یا جيوه بوده که  به نوع كاربرد بستگی دارد.طول بازوهای مانومتر هیچ تآثیری روی فشار اندازه گیری ندارد.

برای تحلیل فشار در مکان های مختلف مانومتر  احتساب فشار در نقاط انتخاب شده با شروع از یک طرف مانومتر و ادامه ان تا طرف دیگر است . 

در اندازه گیری فشار در جریان سیال معمولاٌ با سه نوع فشار مواجه هستیم :

1.فشار استاتیک

2.فشار دینامیک

3.فشار سکون 

-فشار استاتیک همان فشار ترمودینامیک واقعی که توسط اولین جمله معادله برنولی بیان می شود .یک روش معمول برای اندازه گیری فشار استاتیک از طریق تعبیه سوراخی در کانال می باشد.

فشار ديناميك به فشار ناشی از انرژی جنبشی سیال فشار دینامیکی گویند.

لوله پیتو:

یک حسگر رایج برای اندازه گیری سرعت سیال است. اصل طراحی آن بر پایه وجود فشارهای سکون و استاتیک ، هنگامی که یک جسم در سیال جاری قرار دارد استوار است.

سیستم از دو لوله هم محور کوچک که هر کدام خروجی مجزایی مرتبط هستند تشکیل یافته .سوراخ ورودی لوله داخلی مستقیماٌ در مسیر جریان سیال قرار دارد در حالی که ورودی لوله خارجی یک یا چند سوراخ است که در محیط لوله خارجی تعبیه شده است. خروجی های لوله پیتو جهت اندازه گیری اختلاف فشار به مانومتر متصل شده اند.

اریفیس متر:

با گذاشتن یک مانع (محدودیت) با ابعاد معلوم در برابر جریان در یک لوله می توان از فشار در دو طرف مانع و سرعت از میان مانع برای اندازه گیری شدت جریان سیال استفاده نمود. اریفیس متر حلقه ای که در یک لوله قرار داده می شود و مساحت سطع مقطع لوله را به یک مقدار معلوم کاهش می دهد. با نصب مبدل فشار (تراند یوسد) در مکان های بالا دست و پایین دست اریفیس تغییرات فشار را اندازه گیری می شود.

اگر از مانومتر  براى تعیین افت فشار استفاده کنیم مقدار ضریب اریفیس C تابع :

1.محل دقیق فشار سنج ها

2. عدد رینولدز

3. نسبت قطر لوله به قطر اریفیس 

ونتوری متر:

برای کاهش اتلاف انرژی که در اثر اصطکاک ایجاد شده توسط انقباض ناگهانی جریان در یک اریفیس متر به وجود می اید.

تفاوت ونتوری متر و اریفیس متر:

1-ونتوری باید برای اطمینان از زاویه دمای مناسب ورودی و خروجی از ونتوری کاملاٌ رقیق باشد

2-ونتوری متر به طول مشخصی از لوله جهت نصب نیاز دارد.

3- اریفیس متر ارزان تر بوده و طراحی ان از ونتوری متر ساده تر است

 فلومترهای اختلاف فشار (اختلاف حد)

(Differential – pressure (Differential Head) Flow Meters):

گاهی اوقات می توان یک کمیت را از طریق کمیتی مرتبط با آن اندازه گیری نمود. اندازه گیری فلو مترادف با اندازه گیری سرعت است و اندازه گیری سرعت معمولا نیاز به اجزا و قطعات مکانیکی و متحرک دارد که به دنبال آن استهلاک و نیاز به تعمیر و سرویس مطرح می شود. با اندازه گیری فلو از طریق فشار می توان اجزا و قطعات متحرک را حذف نمود و دوام و استحکام اندازه گیر را بالا برد ، به علاوه چنین طرحی معمولا ساده تر و ارزان تر است.

یک سیال تحت فشار و در حال حرکت در یک لوله دارای سه نوع انرژی است:

 انرژی پتانسیل ( h)، انرژی جنبشی ( υ²)و انرژی فشاری ( P). قانون برنولی در واقع اصل بقای انرژی در سیالات است و رابطه به صورت زیر بیان می شود:

" جمع انرژی جنبشی ، انرژی پتانسیل و انرژی فشاری در یک سیال ثابت است."

بنابراین با ثابت بودن انرژی پتانسیل اگر انرژی جنبشی افزایش یابد ، آنگاه انرژی فشاری کاهش خواهد یافت. به بیان دیگر اگر سرعت سیال (انرژی جنبشی) را افزایش دهیم ، فشار (انرژی فشاری) کم می شود. 

  گلوگاه دارای صفحه ی اریفیس دار (Orifice Plate Restriction):

1. گلوگاه صفحه ای اریفیس دار یک صفحه ی فلزی نازک و دایره ای می باشد ، که در وسط آن سوراخی تعبیه شده است. اریفیس در لوله به صورتی واقع می شود که محور آن با محور لوله منطبق باشد. البته اریفیس هایی که هم محور با محور لوله قرار نگرفته باشند نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

مقطع خطوط جریان سیال پیش از اریفیس کم کم باریک می شود و این باریک شدن تا فاصله ی اندکی پس از اریفیس نیز ادامه دارد تا این که مقطع جریان سیال به حد اقل می رسد. از این نقطه به بعد سطح مقطع جریان سیال به تدریج افزایش پیدا می کند ، تا قطر لوله کاملا پر شود. در این وسیله فشار بعد از محل صفحه ی اریفیس دار با فشار اصلی (یعنی فشار پیش از نقطه ی جمع شدن خطوط جریان) هرگز برابر نمی شود.

در زمانی که سیال از یک صفحه ی اریفیس دار عبور می کند ، در اطراف لبه ی سوراخ صفحه ، ناحیه ای ایجاد می شود که اصطلاحا ناحیه ی راکد (Stagnant Zone) نامیده می شود و در این ناحیه به علت اختلاف فشار های موجود ، حالتی از برگشت خطوط جریان ایجاد می شود  که اصطلاحا جریان ثانویه یا جریان گردابی نامیده می شود. از آن جایی که سیال لزج (گرانرو) است و نیز حرکت جریان اولیه در خلاف جهت حرکت ثانویه است ، مقداری از انرژی جذب شده و در نتیجه قسمت قابل توجهی از فشار سیال افت می کند. در اثر تغییر در امتداد حرکت خطوط جریان سیال نیز افت فشار ایجاد می شود ، اما مقدار آن نسبت به افت فشار ناشی از جریان های برگشتی قابل ملاحظه نیست.

فشار های استاتیک P1 و P2 در قبل و بعد از صفحه ی اریفیس دار ، با استفاده از مجراهایی حس می شوند که در زاویه ی بین صفحه ی اریفیس دار و سطح داخلی لوله قرار دارند. این مجراها را «مجراهای حس کننده ی فشار یا مجراهای گوشه ای» (Corner Taps) می نامند ؛ البته ممکن است که این مجراهای حس کننده ی فشار در جایی غیر از گوشه ها نیز قرار گیرند. در طرح این گونه فلو متر ها نسبت قطر روزنه به قطر لوله را برای مایعات حدود 15/0 تا 75/0 و برای گازها حدود 02/0 تا 07/0 در نظر می گیرند.

 اریفیس ها با توجه به ماده ای که برای اندازه گیری آن به کار رفته اند ، در اشکال گوناگونی ساخته می شوند:

 اریفیس پلیت متحدالمرکز: که سوراخ آن در وسط صفحه قرار دارد و برای گازها ، مواد نفتی سبک و بدون رسوب به کار می رود.

 اریفیس پلیت خارج از مرکز: که سوراخ آن خارج از مرکز است و برای مواد نفتی رسوب دار و سنگین به کار می رود.

اریفیس پلیت قطعه ای (نیم دایره ای): که سوراخ آن خارج از مرکز و به صورت قطعه ای از دایره می باشد و کاربرد آن برای مواد رسوب دار است.

به طور عمده کاربرد اریفیس ها در یافتن دبی خروجی از مخازن و همچنین لوله ها می باشد. در ساخت اریفیس ها گاهی لبه ی آن ها را گرد و گاهی با لبه ی تیز می سازند. یک اریفیس با لبه های تیز در مسیر لوله باعث ایجاد انقباض فواره در پایین دست دهانه ی اریفیس می شود.

2.اوریفیس متر اصولا مشابه با ونتوری متر عمل می‌کند، اما چند اختلاف مهم دارد:

- صفحه سوراخ‌دار آن را می‌توان با توجه به سرعتهای متفاوت جریانی سیال به‌راحتی تعویض نمود، در حالیکه قطر دهانه یا گلویی یک وانتوری متر ثابت و غیر قابل تعویض است.

- اوریفیس متر همواره دارای مقادیر افت فشار نسبتا بالاست که در اثر جریانات گردابی در پشت صفحه سوراخ‌دار و نزدیک دیواره داخلی لوله بوجود می‌آیند. در حالیکه یک وانتوری متر اجازه بوجود آمدن چنین گردابهایی را نمی‌دهد.

- در یک اوریفیس متر معمولا شیرهایی برای کنترل خروج جریان سیال وجود دارد که محل اتصال مانومتر نیز می‌باشد.

u0=C0 (2gc (ρ1 - ρ2) h/ρ(1 - β4)1/2
β=Do/D
Do=قطر سوراخ اوریفیس متر و D=قطر لوله
br>gc=32.20ft.lbm/lbf.sec2
Co=ضریب تصحیح اریفیس متر  

 گلوگاه نازل دار (Flow NozzleRestriction):

گلوگاه نازل دار دارای مقطعی شبیه به یک زنگوله است ، یعنی دیواره ی آن از اطراف به تدریج جمع می شود تا به صورت یک گلوگاه در می آید و در انتهای آن استوانه ای شکل است. محور نازل نیز بر محور لوله منطبق است.مقطع نازل به گونه ای انتخاب می شود که مقطع خطوط جریان سیال پس از باریک شدن تقریبا همه ی گلوگاه را پر کند. بنابراین سطح گلویی را می توان با کمترین سطح مقطع سیال عبوری برابر فرض نمود.

جریان های گردابی ایجاد شده در اطراف نازل نسبت به جریان های گردابی صفحه ی اریفیس دار ، انرژی کم تری جذب می کنند و در نتیجه افت فشار کمتری ایجاد می شود. این نکته باید یادآوری شود که در صورت یکسان بودن افت فشار و دبی صفحه ی اریفیس دار و نازل ، صفحه ی اریفیس دار دارای مقطع گلویی بزرگ تری است. محل قرارگیری مجراهای حس کننده ی فشار در گلوگاه های نازل دار شبیه به گلوگاه اریفیس دار می باشد.

دبی سنج زانویی یا لوله پیتو  (Elbow Meter):

برای جریان تراکم ناپذیر یکی از ساده ترین وسایل اندازه گیری دبی است. روزنه های پیزومتر در داخل و خارج از زانو به مانومتر دیفرانسیلی متصل می شوند. به دلیل نیروی گریز از مرکز در خم ، اختلاف فشار به دبی بستگی خواهد داشت. طول مستقیم آرام کننده ای باید قبل از زانو در نظر گرفته شود و برای نتایج دقیق تر ، وسیله ی اندازه گیری باید در محل نصب ، کالیبره شود. چون اغلب خطوط لوله دارای زانو هستند ، می توان از آن ها برای اندازه گیری استفاده کرد. بعد از تنظیم و کالیبراسیون ، نتایج حاصله در حد نتایج به دست آمده از ونتوریمتر یا نازل جریان قابل اعتماد می باشد.
لوله پیتو مجهز به یک لوله که دهانه آن عمود بر جهت جریان و یک لوله دیگر که دهانه آن به موازات جهت جریان است، می‌باشد. سرعت جریان سیال را می‌توان از روی اختلاف مابین فشار اعمال شده بر دهانه موازی با جریان و دهانه عمود بر جهت جریان محاسبه کرد.

u=C (2g (ρman- ρ) Δh/ρ)1/2
u = سرعت جریان سیال
c = ضریب تصحیح
g=9.8m/s2
ρman=چگالی سیال داخل مانومتر
ρ=چگالی سیال جاری
Δh=اختلاف ارتفاع سیال در دو طرف لوله پیتو
نوع پیچیده لوله پیتو مجهز به لوله‌های متحدالمرکز است و سرعت جریان سیال را در قسمتهای کناری لوله‌ای که سیال داخل آن در جریان است، تعیین می‌کند.

اندازه گیری فلو توسط استرین گیج (Flowmeasurementby Strain-Gage):

 در این نوع از سنجش صفحه ی کوچکی در برابر جریان سیال قرار می گیرد. از طرف سیال نیرویی برابر با F=K.A.ρ.V²به صفحه وارد می شود. در این رابطه K یک ضریب ثابت است و بستگی به شکل صفحه دارد. نیرو یا فشار وارده بر صفحه توسط استرین گیج اندازه گیری می شود و با استفاده از رابطه ی بالا می توان سرعت و سپس دبی را بدست آورد.

از این طرح می توان برای اندازه گیری فلوی سیالاتی با فشار و دمای بالا و با ذرات معلق استفاده کرد. این طرح در مقایسه با انواع روش های انسدادی ، مشکل گرفتگی روزنه را ندارد. همچنین با کوچک تر ساختن صفحه ی حساس ، می توان اثرات اخلال در جریان طبیعی سیال و افت انرژی را نیز کاهش داد.

روتـــا مـتــــر(Rotameter)

در دستگاههای سنجش سرعت جریان هدهای متغیر ، مساحت سطح مقطعی که سیال به حالت فشرده ‌از آن عبور می‌کند، ثابت می‌ماند و افت فشار با سرعت جریان تغییر می‌کند، اما در رتامتر افت فشار تقریبا ثابت و مساحت سطح مقطع سیال فشرده تغییر می‌کند. سیال بطور عمودی ‌و از پایین به بالا از میان رتامتر که قطر لوله آن کم‌کم عریض می‌شود، عبور می‌کند و شناور در آن تحت اثر فشار ناشی از سرعت سیال به بالا حرکت کرده ، در یک شرایط تعادلی قرار می‌گیرد.
به‌ازای این سرعت جریان حلقه‌مانند سیال که ‌از اطراف شناور می‌گذرد، فشار لازم را تامین می‌کند. هرگاه سرعت جریان افزایش یابد، شناور در قسمت بالاتری قرار می‌گیرد که سطح حلقه‌مانند اطراف آن نیز وسیع‌تر می‌شود. سرعت جریان سیال در رتامتر از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

1/2( (ur=Cr (2gc (ρ1 - ρ2) h/ρ

 روتامتر(دبي سنج چرخان) مهمترين دبي‌سنج با سطح مقطع متغيير استو از يك لوله شيشه‌اي مخروطي تشكيل شده است كه در آن يك شناور آزادانه حركت مي‌كند. با توجه به نيروهاي رو به ‌بالا و رو به ‌پائين، شناور به وضع تعادل مي‌رسد. اگر نيروهاي رو به ‌بالا را مثبت در نظر بگيريم، موازنه نيرو روي شناور بصورت زير نوشته مي‌شود.
0 = وزن شناور– نيروي درگ روي شناور+ (سطح شناور × افت فشار) + نيروي شناوري (ارشميدس)
وقتي چگالي سيال ثابت باشد، نيروي شناوري ثابت است. با ساخت شناور بصورت لبه دار، آشفتگي زيادي ايجاد شده كه خود باعث كاهش حساسيت وسيله به گرانروي سيال مي‌شود. بنابراين با ثابت در نظر گرفتن نيروي دراگ ناشي از گرانروي بر روي شناور:
مقداري ثابت = وزن شناور – (سطح شناور × افت فشار)
بعبارتي:
ثابت = افت فشار

مزایاي روتامتر عبارتند از:
1- قابلیت خوب درجه بندی
2- قیمت نسبتاً کم
3- مناسب برای اندازه گیری شدت جریان های کم
4- می توان آن را با alarm switch مجهز نمود.
5- هیچ گونه محدودیتی در رابطه با لوله کشی برای ورودی و خروجی وجود ندارد.
6- افت فشار کم نیاز دارد.
7- طراحی هایی وجود دارد که سیستم را ایمن از ویسکوزیته می کند.
8- در بعضی از دوغابه های کم دانسیته می توان استفاده نمود.

معایب روتامتر عبارتند از:
1- نوع شیشه ای آن مواجه با شکستگی است.
2- برای سرویس پالستی مناسب نیست.
3- باید به طور عمودی نصب گردد.
4- به طور عمده محدود به لوله های با قطر کم است مگر از نوع روتامتر به همراه کنارگذر استفاده نمود.
5- محدود به دماهای نسبتاً پایین
6- دقت نسبتاً کم
7- نیاز به نصب در خط دارد.( مگر نوع کنار گذر )

تقسیم‌بندی جریان سنج‌ها

1. وسایلی که بر پایه ‌اندازه گیری وزن یا حجم عمل می‌کنند. این وسایل بسیار ساده‌اند و کاربرد چندانی را در صنعت ندارند.
2. وسایل اندازه گیری جریان از نوع هدهای متغییر ، متداول‌ترین و بیشترین کاربرد را در صنعت دارند. مانند اریفیس متر ، وانتوری متر ، لوله پیتو و ... .
3. وسایل اندازه گیری جریان و سطح که در آنها ، جزئی با سرعت معین و اعمال شده ‌از طرف سیال در دستگاه جابجا می‌شود، مانند رتا مترها که جزء مساحت سنج‌ها هستند.
4. وسایل اندازه گیری جابجایی مثبت ، شامل انواع پمپهای اندازه گیر ، مانند دوزینگ پمپهای انتقال سیال به حالت مایع
5. وسایل اندازه گیری از نوع مغناطیسی که بر اساس حرکت سیال و ایجاد پتانسیل الکتریکی در داخل یک میدان مغناطیسی تولید شده ، عمل می‌کنند.  

عدد رینولدز

در مکانیک شاره‌ها، عدد رینولدز کمیتی بدون یکا است که نسبت نیروی لختی به نیروی گرانروی را نشان می‌دهد. کاربرد مهم این عدد در تعیین آرام یا آشفته بودن جریان شاره است. این عدد برای دو جریان متفاوت، یک پارامتر تشابهی نیز است.

تعریف ریاضی عدد رینولدز،Re ،به صورت زیر است:

که در این عبارت:

1. ρ چگالی شاره،
2. v سرعت متوسط جریان شاره،
3. d یک طول مشخصه در مسأله؛ و
4. μ ضریب گرانروی شاره است.

عدد رینولدز بحرانی

یکی از کاربردهای مهم عدد رینولدز، تعیین آرام یا آشفته بودن جریان است. اگر عدد رینولدز از مقدار خاصی کم‌تر باشد جریان آرام و اگر بیش‌تر باشد آشفته است. این مقدار خاص، عدد رینولدز بحرانی نام دارد و با Re_crit نشان داده می‌شود.

عدد رینولدز بحرانی برای جریان های مختلف به صورت تجربی اندازه‌گیری می‌شود. برای مثال، عدد رینولدز بحرانی برای جریان داخل یک لوله ۲۳۰۰ است. در این حالت، طول مشخصه d قطر لوله است.

طول مشخصه آشفتگی

یکی دیگر از کاربردهای عدد رینولدز، تعیین کوچک‌ترین طول مشخصه در یک جریان آشفته است. در جریان آشفته، طول مشخصه به معنی فاصله‌ای است که بین متغیرهای جریان مثل سرعت یا فشار همبستگی وجود دارد. اما چون این همبستگی‌ها هم‌بسامد نیستند، یک جریان آشفته طول‌های مشخصه‌ی متفاوتی خواهد داشت. طول‌های مشخصه‌ی بزرگ متناظر با بسامدهای پایین و طول‌های مشخصه‌ی کوچک متناظر با بسامدهای بالا هستند.

شرح:

دستگاهی را داریم که یک لوله پیتوت درون آن تعبیه شده است و میخواهیم به کمک آن دبی را بدست آوریم. این دستگاه از پشت به کمک موتوری که دارد، هوا را می مکد و در لوله می فرستد. در راه این لوله، لوله ای دیگر تعبیه شده است که به آن لوله پیتوت می گویند و وقتی آن را بالا یا پایین و یا وسط قرار می دهیم هوا یا سیال مورد نظر وارد آن می شود. در بالای لوله پیتوت ، دو لوله ی پلاستیکی گذشته که یکی از آن ها به یک سر مانومتری که درون آن الکل است می خورد و سر دیگر آن به طرف دوم مانومتر بسته می شود. ابتدا لوله ی پیتوت را در بالاترین نقطه می بریم و به کمک یک خودکار، روی لوله پیتوت علامت می گذاریم. بعد لوله پیتوت را در پایین ترین نقطه قرار داده و باز هم علامت می زنیم. بعد به کمک خط کش به صورت میلی متری، فاصله ی این دو نقطه را اندازه گیری می کنیم و وسط آن را پیدا کرده و روی لوله پیتوت علامت می زنیم.

دهانه ی ورودی هوا را به صورت باز باز قرار می دهیم، لوله ی پیتوت را هم در قسمت بالا می گذاریم و دستگاه را روشن می کنیم. هوا وارد دستگاه می شود و پس از گذشتن از لوله پیتوت به داخل یکی از لوله هایی که بالای لوله پیتوت گذاشته ایم می رود و طرف الکل درون مانومتر را پایین می آورد و طرف دیگر الکل بالا می آید. حال به کمک خط کشی که در دو طرف مانومتر درست شده است، ارتفاع هر دو طرف الکل را می خوانیم که بالاترین نقطه 93 میلی متر و پایین ترین نقطه 50 میلی متر است.

این بار که دهانه ی ورودی هوا باز باز است، لوله ی پیتوت را در پایین ترین نقطه قرار می دهیم و دستگاه را روشن می کنیم. این بار بالاترین نقطه ای که مانومتر نشان می دهد حدودا 94 میلی متر و پایین ترین نقطه ای را که نشان می دهد 50 میلی متر است.

سپس لوله ی پیتوت را در وسط قرار می دهیم و دستگاه را روشن می کنیم. بالاترین نقطه ای مانومتر نشان می دهد 95 و پایین ترین نقطه ای که مانومتر نشان می دهد حدودا 53 میلی متر است.

این بار دهانه ی ورودی هوا را به صورت نیم باز قرار می دهیم و همین آزمایش را در بالا، پایین و وسط لوله انجام می دهیم.

ابتدا لوله ی پیتوت را در وسط قرار می دهیم و دستگاه را روشن می کنیم. بالاترین نقطه ای که مانومتر نشان می دهد 92 میلی متر و پایین ترین نقطه 50 میلی متر است.

حال لوله ی پیتوت را در بالا قرار می دهیم و دستگاه را به طوری که دهانه ی ورودی به صورت نیم باز است، روشن می کنیم. بالاترین نقطه ای که مانومتر می تواند برسد 89 میلی متر و پایین ترین نقطه ای که الکل وجود دارد 47 میلی متر است.

در آخر لوله ی پیتوت را در قسمت پایین قرار می دهیم و دستگاه را روشن می کنیم. این بار الکل در بالاترین نقطه ای که قرار دارد 90 میلی متر و در پایین ترین نقطه ای که قرار دارد 48 میلی متر است.

ضمنا قطر لوله ورودی حدودا 4 سانتی متر است.

نمودار، مشاهده، جدول:

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که دبی هوا حدودا بین 1130 الی 1170 است در صورتی که باید در محدوده 1300 باشد و بیشترین دبی باید مربوط به قسمت وسط باز لوله پیتوت باشد ولی به دلیل خطایی که وجود دارد بیشترین دبی مربوط به پایین

باز لوله پیتوت می باشد.

محاسبات:

A=

93-50=43mm                   بالا(باز)

43÷10=4/3cm                   بالا(باز)

Q=V×A

Q=91/8×12/56

Q=1153/008

94-50=44mm                   پایین(باز)

44÷10=4/4cm                   پایین(باز)

Q=V×A

Q=92/86×12/56

Q=1166/39

95-53=42                   وسط(باز)

42÷10=4/2cm                   وسط(باز)

Q=V×A

Q=90/73×12/56

Q=1139/57

92-50=42                   وسط(نیم باز)

42÷10=4/2cm                   وسط(نیم باز)

Q=V×A

Q=90/73×12/56

Q=1139/57

89-47=42                   بالا(نیم باز)

42÷10=4/2cm                   بالا(نیم باز)

Q=V×A

Q=90/73×12/56

Q=1139/57

90-48=42                   پایین(نیم باز)

42÷10=4/2cm                   پایین(نیم باز)

Q=V×A

Q=90/73×12/56

Q=1139/57

خطا: 1- اشتباه خواندن       2- اشتباه در جای درست گذاشتن لوله ی پیتوت         3- اشتباه محاسباتی       4-اشتباه در خواندن در مانومتر و خط کش آن

مرجع: سایت   www.silis.blogfa.comوwww.chemcenter.blogsky.com

نام و نام خانوادگی:            محمد مهدی محمودی وند آزمایش:13/08/1392  

کلاس:2A3         شماره:3   

عنوان: فشار                                            هدف: اندازه گیری مقدار ρ روغن

تئوری:

دید کلی :

• آیا میدانید پاشنه نوک تیز کفش به کف اتاق آسیب میرساند ؟

• آیا میدانید چرا کفش اسکی در برف سر نمیخورد ؟

• آیا تا به حال با کفش ورزشی میخ دار روی برف راه رفته اید ؟

• آیا تابه حال از خود پرسیدهاید که چرا جاقو دست را میبرد ؟

• چرا کفش معمولی به زمین آسیب نمیرساند ؟
  اینها همه پدیدههایی هستند که مفهوم فشار در آنها نهفته است وبه نوعی آن را بیان میکنند.

تعریف فشار:
فشار عبارتست از نیروی وارده بر واحد سطح که با علامت اختصاری p نشان میدهند. این کمیت در گازها نقش عمده را ایفا میکند زیرا یکی از کمیات مشخصه گاز میباشد، از این رو بیشتر قوانین فشار در گازها نهفته شده و به دست آوردن معادله حالت گاز به کار برده میشود.

مفهوم فشار:

• اثر نیرو بر روی یک سطح بستگی دارد که نیرو چگونه اعمال شود. شخصی که کفش ورزشی میخ دار پوشیده. میخ کفشهایش در زمین فرو میرود در صورتیکه کفش معمولی بر زمین آسیب نمیرساند. نکته قابل توجه این است که در هر دو مورد نیرویی که بر سطح وارد میشود یکسان بوده و هماننیروی وزناوست. اختلاف میان این دو حالت در این است که کفش ورزشی نیرو را بر سطح کوچکی وارد میکند.
  میخ کفشها مقدار نیروی کل را تغییر نمیدهد ، بلکه نیرو بر واحد سطح را به شدت افزایش میدهد. که کمیت نیروی وارد بر واحد سطح نیز فشار نام دارد. به زبان ریاضی فشار بصورت زیر بیان میشود:
  P=F/Aکه در آنPفشار ، FنیرووAسطح مقطع اثر نیرو میباشد.

• اسکیبازان موقع اسکی کفش اسکی میپوشند زیرا دارای سطح مقطع بزرگتری است و فشار وارد بر سطح را کاهش میدهد.

چاقو به خاطر سطح مقطع بسیار کوچک تماس با اجسام (مثلا دست) در اثر اعمال مقدار نیروی هر چند ناچیز ، نیروی واحد سطح (فشار) بزرگتری را ایجاد کرده و سبب برش اجسام میشود.

یکای فشار:  
فشاربا یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال میباشد که برابر(1Pa=1N/m2) میباشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmospher ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود.
چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال(kpa) که برابر 1000 پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر 100 kpa است. هواشناسان ازواحد میلی بار استفاده میکنند که برابر یک دهم پاسکال است. از سایر واحدهای فشار میتوان دین بر سانتیمتر مربع (dyn/cm2) یا torr را نام برد.
چون در اندازه گیری فشار در لوله U شکل از طول سنجی مایع جیوه به فشار سنجی پی می برند، واحد سانتیمتر جیوه (cmHg) نیز برای کمیت فشار به غلط مرسوم شده است.

نحوه اندازه گیری فشار:   فشار را به کمک دستگاههای فشار سنج اندازه میگیرند عمدهترین فشارسنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نام گذاری شده است عبارتند از:

فشارسنج لولهUشکل

فشار سنج مکلئود

فشار سنج جیوهای

فشار سنج ترموکوپل

فشارسنج صوتی

فشار سنج خازنی

فشارسنج گازایدهآل

ساده ترین و معروترین آنها فشار سنج لوله Uشکل است که در آن مقداری جیوه در لولهUشکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط (هواکه برابرp0 است) و ماده د اخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد میکند ازطریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری میشود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را میتوانیم به دست آوریم: « P=P0+ρg(h-h0)
در رابطه اخیرPفشار وρچگالی ماده وP0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، gشتاب جاذبه وhارتفاع ستون مایع در فشار ماده میباشد.

فشارسنججیوه‌ای

مثال:  ۱Pa = ۱ N/m۲  = ۱۰−۵ bar  = ۱۰/۱۹۷×۱۰−۶ at  = ۹/۸۶۹۲×۱۰−۶ atm
یادآوری:  mmHg نماد است.

نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                     تاریخ:05/11/1392

عنوان آزمایش:سنجش های حجمی اکسایش_کاهش

هدف آزمایش:استاندارد کردن پتاسیم پر منگنات با محلول سدیم اگسالات

مواد و ابزار لازم:پتاسیم پر منگنات ، پتاسیم اگسالات ، اسید سولفوریک ، ارلن مایر ، بورت ، چراغ گاز ، پایه ، گیره

تئوری آزمایش:

مقدمه:

تيتراسيونهاي اكسايش-كاهش مانند تيتراسيونهاي اسيدوباز مي باشند با اين تفاوت كه تيتراسيونهاي اكسايش-كاهش بر مبناي انتقال الكترون استوار مي باشند و همانطور كه مي دانيم عامل اكسنده ،احيا مي شود وعامل كاهنده ،اكسيد مي شود.

تیتراسیون های اکسید – احیا
تیتراسیون های کاهشی مدت کوتاهی بعد از تیتراسیون اسید و باز معرفی و شناخته شدند. در اولین متد ها از قدرت اکسید کنندگی در آب (مخلوطی از ) برای تعیین کمی آن استفاده می شد.
به مرور متد های تیتراسیون اکسایش – کاهش با معرفی به عنوان تیترانتهای اکسید کننده و به عنوان تیترانتهای کاهشی، رو به افزایش نهاده به هر حال کاربرد تیتراسیون کاهشی برای گستره وسیعی از نمونه ها بخاطرکمبود محلول های شناساگر محدود می شد.
تیترانتهایی که در فرم های اکسایشی و کاهشی خودشان رنگ های متفاوتی داشتند می توانستند به عنوان اندیکاتور خودشان نیز استفاده شوند. به عنوان مثال رنگ ارغوانی به عنوان رنگ شناساگر در نظر گرفته می شد از آن جائی که وقتی به کاهش می یافت رنگ آن نیز بی رنگ می شد.
ولی به هر حال دیگر تیترانتها نیاز به یک شناساگر چشمی داشتند که به محلول اضافه شود. یکی از اولین این شناساگر دی فنیل آمین بود که در دهه 1920 معرفی شد و به مرور با افزایش این شناساگر ها کاربرد تیتراسیون های اسید احیا نیز بیشتر شد.
منحنی های تیتراسیون های اکسایش – کاهش
برای ارزیابی تیتراسیون های اکسید – احیا باید شکل منحنی را بشناسیم. در یک تیتراسیون اسید – باز یا یک تیتراسیون کمپلکسومتری منحنی تیتراسیون تغییر در غلظت ( به عنوان PH) یا (به عنوان PM) را در برابر تغییرات حجم واکنشگر یا تیتر کننده را نشان می دهد. برای تیتراسیون اکسید – احیا باید نیروی پتانسیل شیمیایی را در برابر حجم مونتیور کرد. برای مثال، درنظر بگیرید یک تیتراسیون که در آن آنالیت در یک شکل
کاهش یافته، ، به وسیله یک تیتر کننده در فرم اکسید شونده آن تیتر می گردد. واکنش تیتراسیون به صورت زیر است:
پتانسیل برای این واکنش از اختلاف میان پتانسیل های احیا برای نیمه واکنش های اکسید و احیا به دست می آید، بنابراین:
بعد از هر اضافه کردن تیترانت، واکنش بین آنالیت و تیترانت به حالت تعادل می رسد پس پتانسیل الکترو شیمیایی واکنش، ، صفر می گردد و متعاقباً، پتانسیل برای هر دو نیم واکنش را می توان برای مونیتور کردن پیشرفت واکنش استفاده کرد. قبل از نقطه پایانی مخلوط تیتراسیون شامل مقادیر پذیرفنتی از شکل های اکسید و احیا آنالیت می باشد، اما حاوی مقدار خیلی کمی از تیترانت که هنوز واکنش نداده می باشد. بنابراین، بهتر است که از معادله نرنست نیم واکنش آنالیت استفاده شود.
بعد از نقطه پایانی استفاده از نیم واکنش تیترانت برای تشکیل معادله نرنست آسان تر است از آن جائی که مقدار کافی از شکل های احیا و اکسید موجود هستند.
محاسبه منحنی تیتراسیون:
به عنوان مثال منحنی تیتراسیون را برای تیتراسیون محلول با استفاده از محلول نرمال محاسبه می کنیم.
ثابت تعادل این واکنش بسیار بزرگ است (در حدود ) بنابراین ما می توانیم فرض کنیم که آنالیت و تیترانت کاملاً با هم واکنش می دهند.
در ابتدا مقدار حجم مورد نیاز را برای رسیدن به نقطه اکی والان محاسبه می کنیم. در نقطه پایانی، داریم
پس برای رسیدن به نقطه پایانی لازم است در این جا چون 1 = n است. نرمالیته ومولاریته با هم برابرند. قبل از نقطه اکی والان از پتانسیل نیم واکنش آنالیت برای محاسبه استفاده می کنیم.
محاسبه غلظت های بعد از اضافه کردن محلول
از نقطه اکی والان تعداد مول های موجود و مول های اضافه شده، با هم برابرند برای به دست آوردن ، دو معادله نرنست () را با هم جمع می کنیم. ابتدا دو نیم واکنش را می نویسیم.
محل نقطه اکی والان:
هر چه واکنش کاملتر باشد، تغییر در پتانسیل الکترود سیستم بزرگتر است و نقطه هم ارزی مشخص تر.
در تیتراسیون های اسید – باز و تیتراسیون های کمپلکسومتری، نقطه پایانی تقریباً در نقطه خم منحنی در هنگامیکه منحنی به سمت بالا می رود قرار دارد و این نقطه تقریباً در وسط منحنی قرار دارد و این باعث می شود که پیدا کردن آن آسان باشد و آن را یک نقطه اکی والان تقارنی یا متقارن می نامیم.
هنگامی که استوکیومتری یک واکنش اکسید – احیا متقارن باشد (یک مول آنالیت برابر یک مول تیترانت) باشد، منحنی نیز متقارن است اما اگر استوکیومتری متقارن نباشد نقطه پایانی در وسط قرار نمی گیرد و ممکن است به بالاتر یا پایین تر منتقل گردد. در این حالت نقطه اکی والان را غیر متقارن می نامند.
تشخیص نقطه پایانی با استفاده از شناساگر ها
سه نوع از شناساگر ها برای تشخیص نقطه پایانی تیتراسیون های کاهشی استفاده می شود. بعضی از تیترانتها، مانند ، در حالت اکسایش و کاهش در محلول رنگ های کاملاً متفاوتی دارند. محلول کاملاً ارغوانی می باشد، در محلول های اسیدی، به شکل کاهش یافته آن، ، بی رنگ است. هنگامی که به عنوان تیتران اکسید کننده استفاده می شود محلول بی رنگ باقی مانده تا اولین قطره اضافه به محلول اضافه شود اولین حالت و طنین ماندگار رنگ ارغوانی نشانه رسیدن به نقطه پایانی است.
بعضی از مواد حالت اکسید و یا کاهش نمونه را تشخیص و معلوم می کنند. برای مثال، نشاسته با تشکیل کمپلکس آبی تیره می دهد که می تواند به عنوان علامتی برای حضور اضافه باشد (تغییر رنگ. بی رنگ به آبی)، یا تکمیل یک واکنش که در آن مصرف می شود. (تغییر رنگ: آبی به بی رنگ) مثال دیگری از شناساگر های خاص تیوسیانات است که تشکیل یک کمپلکس محلول قرمز رنگ ، با می دهد. مهمترین خاصیت شناساگر این است که نباید در واکنش احیا رسوب کنند و در حالت اکسایش و کاهش تغییر رنگ متفاوتی از خود نشان دهند. نیم واکنشی که باعث تغییر رنگ یک شناساگر اکسایش یا کاهش می شود به صورت زیر است:
اگر فرض کنیم که وقتی تغییر رنگ شناساگر از حالت به رخ می دهد. که نسبت غلظت های آن از تا باشد معادله به صورت زیر در می آید.
یک بار به جای و بار دیگر می گذاریم
کاربرد های عملی: یکی از کاربرد های عملی یدومتریاست کهازتیوسولفات برای اندازه گیری مقدار ید آزاد شده طبق واکنش زیر استفاده می شود:
تیتراسیون های اکسید – احیا برای آنالیز گستره وسیعی از آنالیز های معدنی استفاده می شوند که کاربرد هایی در بهداشت عمومی، محیط زیست و آنالیز های صنعتی دارد. یکی از مهمترین کاربرد های این نوع واکنش ها، ارزیابی مقدار کلریناسیون منابع تعیین آب می باشد که به وسیله تعیین مقدار کلکلر باقی مانده در آب به دست می آید و در آن ازقدرت اکسید کنندگی کلر برای اکسید کردن به استفاده می شود مقدار به وسیله تیتراسیون برگشتی با تعیین می گردد. که شناساگر آن N و N – دی اتیلن – P – فنیلن دی آمین و (DPD)می باشد که تغییر رنگ آن به قرمز می باشد. دیگر کاربرد این نوع واکنش ها، اندازه گیری مقدار اکسیژن حل شده می باشد در عملیات های آب و پساب کنترل اکسیژن حل شده برای اکسیداسیون هوازی مواد زائد لازم می باشد. اگر مقدار اکسیژن حل شده به زیر نقطه بحرانی برسد. باکتری های هوازی با باکتری های غیر هوازی جا به جا می شوند و اکسیداسیون مواد زائد آلی تولید گاز های نامطلوب می کنند.
از دیگر استفاده این واکنش ها برای تعیین آنالیت های آلی است که مهمترین آن ها اندازه گیری COD در آب و پساب ها می باشد. COD عبارت است ازاندازه گیری مقدار اکسیژن برای کامل کردن اکسیداسیون همه مواد آلی در نمونه به و آب.COD به وسیله رفلاکس نمونه در حضور مقدار اضافی به عنوان عامل اکسید کننده تعیین می گردد.
به طور کلی عوامل اکسید کننده مانند ، ، و استفاده می شود برای تیتر کردن آنالیت هایی که در حالت احیا خود موجود باشند. اگر آنالیت در حالت اکسایش باشد می توان آن را به وسیله یک عامل احیا کننده کمکی احیا کرد و سپس با تیتران های اکسید کننده تیتر کرد.

اکسایش-کاهش

چند واکنش اکسایش و کاهش

اُکسایــِش و کاهش (به انگلیسی: Redox) نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرایند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان و یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. با کمی اغماض علمی می‌توان این فرایند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، ملکول یا یون دیگر دانست. در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند (کاهش) می‌یابد. در چنین واکنشی مولکول دهنده اتم اکسیده شده و ملکول گیرنده کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شدند. اتم‌اکسیِژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی یک اتم یا اتم‌های یک مولکول در پی حذف الکترون‌ها افزایش می‌یابد. برای نمونه آهن (II) می‌تواند به آهن (III) اکسید شود.

-Fe2+ → Fe3+ + e

عامل اکساینده و عامل کاهنده

دو بخش واکنش اکسایش و کاهش.

زنگ زدن آهن.

اکسایش و کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده‌ای دیگر، اکسیده گردد، ماده کاهیده شده، عامل اکسایش است و بنابراین عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم. همچنین در هر واکنش، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر، باید برابر مجموع کاهش شماره اکسایش عناصر دیگر باشد. برای نمونه در واکنش گوگرد و اکسیژن، افزایش شماره اکسایش گوگرد، ۴ است. کاهش شماره اکسایش، ۲ است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش همه، ۴ است.

موازنه واکنش‌های اکسایش و کاهش

واژهٔ اکسایش، ابتدا در مورد واکنش‌هایی به کار گرفته می‌شد که در آنها مواد با اکسیژن ترکیب می‌شدند، و کاهش نیز به صورت حذف یک اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن دار تعریف می‌شد. اما معنی این واژه‌ها به تدریج گسترش یافت. امروزه، اکسایش و کاهش، بر مبنای تغییر عدد اکسایش تعریف می‌شوند. اکسایش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد و کاهش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد. برای مثال در واکنش زیر اتم S اکسیده شده (پس کاهنده‌است) و اتم O کاهیده شده (پس اکسنده‌است) است. چون که عدد اکسایش اتم S از صفر به 4+ و عدد اکسایش اتم O از صفر به 2- تغییر کرده‌است.

و همچنین واکنش زیر شامل اکسایش - کاهش نیست، چونکه عدد اکسایش هیچ اتمی تغییر نکرده‌است:

معمولاً موازنه واکنش‌هایی که شامل اکسایش - کاهش که کاکس نامیده می‌شود، دشوارتر از موازنهٔ واکنش‌هایی است که شامل اکسایش - کاهش نیست. برای موازنهٔ واکنش‌های اکسایش - کاهش از دو روش متداول استفاده می‌شود :

روش یون - الکترون

روش عدد اکسایش

روش یون - الکترون

آتش‌گیری شامل واکنش اکسایش و کاهش است که رادیکال‌های آزاد در آن نقش دارند..

1. 1.      معادله را به دو معادلهٔ جزیی تقسیم می‌کنیم. اتم‌هایی را که عدد اکسایش خود را در هر یک از معادله‌های جزیی تغییر می‌دهند، موازنه می‌کنیم.
2. 2.      اتم‌های O و H را در هر یک از معادله‌های جزیی موازنه می‌کنیم.

• برای واکنشهایی که در محلول اسیدی انجام می‌شوند :

الف) برای اتم O مورد نیاز، یک به آن طرف معادله جزئی که کمبود O دارد، اضافه می‌کنیم.

ب) و H را هم با افزودن ، موازنه می‌کنیم.

برای واکنش‌هایی که در محلول بازی انجام می‌شوند :

الف) برای هر اتم O مورد نیاز، یک به آن طرف معادله جزئی که کمبود O دارد اضافه می‌کنیم.

ب) به ازای هر اتم H مورد نیاز، یک به ان طرف معادله جزئی که کمبود H دارد اضافه می‌کنیم و یک نیز در سمت مقابل قرار می‌دهیم.

1. 1.      به هر یک از معادله‌های جزئی الکترون اضافه می‌کنیم تا بار خالص در سمت چپ معادله با بار خالص در سمت راست معادله برابر شود.
2. 2.      در صورت لزوم یکی یا هر دو معادلهٔ جزئی را در عددی ضرب می‌کنیم تا تعداد الکترون‌های گرفته شده درمعادله جزئی دیگر برابر شود.
3. 3.      معادله‌های جزئی را با هم جمع می‌زنیم، همچنین عبارت‌های مشترک در دو طرف معادله نهایی را جذف می‌کنیم.

مثال

واکنش زیر را که در محلول اسیدی انجام می‌شود را موازنه می‌کنیم :

• معادله را به دو معادله جزئی تقسیم می‌کنیم و اتم‌های را در هر کدام موازنه می‌کنیم :

• اولین معادله جزئی را می‌توان با افزودن به سمت راست و به سمت چپ، موازنه کرد. در معادله جزئی دوم باید به سمت چپ اضافه شود تا تعداد اکسیژن موازنه شود و همچنین با اضافه کردن به سمت راست، تعداد هیدروژن هم موازنه می‌شود :

• حال بار الکتریکی خالص را در طرفین موازنه می‌کنیم :

• اولین معادله را در 8 و دومی را در 5 ضرب می‌کنیم :

• حالا معادله‌ها را با هم جمع می‌زنیم و عبارت‌های مشترک را در دو طرف، حذف می‌کنیم :

روش عدد اکسایش

در روش عدد اکسایش برای موازنه کردن واکنش‌های اکسایش - کاهش، سه مرحله وجود دارد. معادلهٔ واکنش نیتریک اسید و هیدروژن سولفید را برای نمایش این روش به کار می‌گیریم. معادلهٔ واکنش موازنه نشده به قرار زیر است :

عدد اکسایش اتم‌ها را برای شناسایی اتم‌هایی که دست خوش اکسایش - کاهش می‌شوند، تعیین می‌کنیم. که به این ترتیب نیتروژن کاهیده شده (از 5+ به 2+، کاهشی برابر 3) و گوگرد اکسیده شده (از 2- به صفر، افزایشی برابر 2) است.

ضرایب به گونه‌ای اضافه می‌شوند که کاهش کل و افزایش کل در عدد اکسایش برابر شود. افزایشی برابر با 2 و کاهشی برابر با 3 داریم که در معادله موازنه نشده آمده‌است. کوچکترین حاصلضرب مشترک 3 و 2 عدد 6 است. در نتیجه و (برای کاهش کل 6) و(برای افزایش کل 6) به کار می‌گیریم :

توجه داریم که اکنون هشت اتم هیدروژن در سمت چپ معادله داریم. با قرار دادن در سمت راست، می‌توان به همان تعداد اتمH رسید :

نکات مربوط به سنجش حجمی اکسایش – کاهش به روش پرم

پتاسیم پرمنگنات تقریبا بین تمام عوامل اکسنده استاندارد بیشترین کاربرد را دارد چون

1-     رنگ محلول این ماده به اندازه ای شدید است که معمولا به شناساگر نیازی ندارد .

2-    واکنشگر به آسانی در دسترس است .

3-    ارزان است .

اشکالاتی که استفاده از این شناساگر همراه دارد :

1-    تمایل شدیدی به اکسایش یون کلرید دارد (هیدرو کلریک اسید کاربرد زیادی دارد )

2-    پایداری محدود دارند .

تهیه و نگهداری محلول های پرمنگنات :

برای تهیه محلول پرمنگنات با پایداری مناسب باید چند نکته را رعایت کرد :

1-    مهم ترین متغیری که بر پایداری محلول پرمنگنات اثر می گذارد اثر کاتالیزی منگنز دی اکسید است . این ترکیب هنگام تهیه محلول پرمنگنات در اثر اکسایش مواد آلی موجود در آب توسط پرمنگنات تولید می شود . هم چنین آلوده کننده اجتناب ناپذیر پتاسیم پرمنگنات جامد است .

برای خارج کردن این ماده باید محلول حاصل صاف شود . البته قبل از صاف کردن محلول باید وقت کافی برای کامل شدن اکسایش آلوده کننده موجود در آب داده شود . به همین خاطر برای تسریع فرایند اکسایش محلول را می جوشانند .

2-    برای صاف کردن از کاغذ نمی توان استفاده کرد چون در اثر ترکیب با یون پرمنگنات ، منکنز دی اکسید تولید می شود.

3-    تجزیه پرمنگنات به وسیله نور، گرما ، اسیدها، بازها ، یون منگنز (II) و منگنز دی اکسد تسریع می شود. باید برای پایداری محلول پرمنگنات ، تاثیر عوامل فوق را به حداقل رساند.

4-    در حضور یون منگنز تجزیه محلول های پرمنگنات تسریع می شود و از آن جایی که این یون فراورده تجزیه است ، این جسم اثر خود کاتالیزور دارد.

5-    محلول های استاندارد شده را باید در تاریکی نگاه داشت .

6-    در هنگاخ تیتراسیون ، اگر در بورت لکه قهوه ای مشاهده شد(تولید منگنز دی اکسید) باید محلول را خارج کرده و مجددا صاف کرد ..

روش کار:

برای استاندارد کردن محلول پتاسیم پر منگنات با محلول پتاسیم اگزالات به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا درون یک بورت پتاسیم پر منگنات(KMnO₄) می ریزیم و آن را هواگیری می کنیم. درون یک ارلن مایر حدود 10 سی سی پتاسیم اگزالات(K₂C₂O₄) 1/0 نرمال می ریزیم و بعد 3 سی سی اسید سولفوریک (H₂SO₄) 2 نرمال به آن اضافه می کنیم. حال ارلن را روی چراغ گاز گرم می کنیم، به طوری که بخارهایی از داخل ارلن بیرون بیایید که نشان از گرم شدن محلول درون ارلن است، در همین حالت شروع می کنیم به تیتر کردن. هر قطره از پتاسیم پر منگنات که به درون ارلن ریخته می شود رنگ محلول درون ارلن ثانیه ای صورتی رنگ شده و دوباره بی رنگ می شود تا جایی که رنگ محلول پوست پیازی شود و ثابت بماند که نشان دهنده استاندارد شدن پتاسیم پرمنگنات با محلول پتاسیم اگسالات است که همین جا تیتر کردن را متوقف می کنیم و حجمی که از پتاسیم پر منگنات استفاده شده است را اندازه گیری کرده و نرمالیته ی پتاسیم پر منگنات را حساب می کنیم.

محاسبات:

N₁×V₁=N₂×V₂

N₁×10=0/1×10

N₁=

نرمالیته پتاسیم پر منگنات                       N₁=0/1

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که با این آزمایش می توان نرمالیته پتاسیم پر منگنات را بدست آوریم که 1/0 نرمال است.

مواردخطا: 1-خطای دید  2- خالص نبودن مواد  3- کثیف بودن وسائل

   www.njavan.com وfa.wikipedia.orgوwww.matlabgah.comمنابع: سایت 

chemical- fany.blogfa.com و

نام و نام خانوادگی:            محمد مهدی محمودی وند      آزمایش:23/10/1392  

کلاس:2A3         شماره:3   

عنوان:ویسکوزیته سیال در حال حرکت           هدف:تغییرات ویسکوزیته سیال بر اثر تغییرات دما

تئوری:

گرانروی مقاومتی است که سيال دربرابر جاری شدن ازخود نشان می دهد.

گرانروی اندازه گيری زمان لازم برای عبور حجم معينی از نمونه در دمای ثابت از داخل يک  کانال باريک به  ا بعاد استاندارد ( viscometer ) می باشد.

کليه سيالات مقاومت معينی در مقابل تغيير شکل از خود نشان می دهند اين خصو صيت را که می توان نوعی اصطکاک درونی دانست گرانروی می نامند.

گرانروی با واحد های مختلفی بيان می شود . گرانروی سينماتيک بر حسب سانتی استوک بر ثانيه می باشد.

گرانروی سينماتيک سنجش نيروی مقاومت يک سيال تحت اثر نيروی جاذبه است.

گرانروي ديناميك

نسبت بين تنش برش به كار رفته و سرعت برش است. گرانروي ديناميك همچنين دلالت مي كند بر يك مقدار تكرارپذيري در هر كدام از تنش برشي و سرعت برش كه بستگي سينوسي به زمان دارد . ضريب η اندازه گيری مقاومت جريان سيال است که معمولا گرانروي سيال  ناميده مي شود. و بستگي دارد كه اندازه گرانروي با سيستم TLM يا سيستم  TLF برقرار شده باشد.

در دستگاه  CGS  واحد گرانروي ديناميك ، يك گرم بر سانتيمتر ثانيه است كه برابر يك دين ثانيه بر سانتيمتر مربع كه يك پواز ناميده مي شود (P  ).  اغلب از سانتي پواز استفاده مي شود . در دستگاه  SI  واحد گرانروي ديناميك ، يك پاسكال ثانيه است كه اغلب جهت هماهنگي از مضرب ميلي پاسكال ثانيه استفاده ميشود.= 1 cP 1 mPa.s

گِرانرَوی ،لِزْجَت يا ويسکوزيته(به انگليسی: Viscosity)‏، عبارت است از مقاومت يک مايع در برابر اعمال تنش برشی. در يک سيال جاری (در حال حرکت)، که لايه‌های مختلف آن نسبت به يکديگر جابجا می‌شوند، به‌مقدار مقاومت لايه‌های سيال در برابر لغزش روی هم گرانروی سيال می‌گويند. هرچه گرانروی مايعی بيشتر باشد، برای ايجاد تغيير شکل يکسان، به تنش برشی بيشتری نياز است. به‌عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شير بسيار بيشتر است.

با افزايش دما لزجت سيالات مايع کاهش می يابدولی در گازها، قضيه برعکس است، البته درصد تغييرات آن برای سيالات مختلف متفاوت است.

انواع گرانروی

گرانروی پویا

گرانروی پويا (ويسکوزيته ديناميک) را با نشان می‌دهيم که به صورت زير تعريف می‌شود:

گرانروی ایستایی

گرانروی ايستايی (ويسکوزيته سينماتيک):

سقوط در سيال گرانرو

یکاها

• ·         پواز: ‫واحد اندازه‌گيری گرانروی در دستگاه cgs
• ·         ·         استوکس

پارامترهای موثر در تعیین ویسکوزیته (Viscosity) 

مقدمه :

• ·         تعيين مقدار ويسکوزيته در انواع مواد اوليه و محصولات مانند شامپو ، مايع دستشويی ، ژل ها و محلولها از اهميت ويژه ای برخوردار است و يکی از فاکتورهای نسبتا مهم در آناليز نمونه است .
• ·         مقدار ويسکوزيته نسبت مستقيم با ماهيت نيوتونی مواد دارد . اگر نمونه ماهيت نيوتونی داشت (يعنی بر همکنش يا برآيند نيروها در مرکز ثقل نمونه صفر بود) مقدار ويسکوزيته با تغيير سرعت و تغيير اسپيندل ثابت خواهد ماند . اما اگر نمونه ماهيت نيوتونی نداشت مقدار ويسکوزيته به عوامل زيادی بستگی پيدا خواهد کرد . از جمله با تغيير اسپيندل ، تغيير سرعت و حتی با تغيير Source مواد سازنده نيز تغيير خواهد کرد .
• ·         در نتيجه تعيين مقدار ويسکوزيته مواد اوليه و محصولات يک کار کاملا تجربی است که تعريف محدوده برای هر Sample يک پروسه طولانی دارد که شامل عوض کردن اسپندل های مختلف در سرعت های مختلف و در عين حال ثابت بودن دما در رنج 20-25°c می باشد . 

خصوصيات دستگاه

• ·         در شرکت ايران ناژو از دستگاه ويسكومتر شركت Broodfield آمريكا مدل LV با مشخصات DV-II+V استفاده شده است و قادر به خواندن 18 رنج سرعت مي باشد . 
• ·         دما :572ºF)                               تا148ºF- (300ºC تا100ºC –
• ·         تُرك :                            0-100%
• ·         صحت ويسكوزيته :             1.0% ±
• ·         صحت دما :                   149ºC+ تا 100ºC - :1ºC  ±                              300ºC                                 + تا 150ºC + :2ºC  ± 
• ·         رنج ويسكوزيته :            (مدل+ LVDV-II)6000000CP  - 15 
• ·         دماي محيط اپراتوري :   0ºC-40ºC (32ºF-104ºF)
• ·         رطوبت محيط اپراتوري :20%-80%  R.H. : non - Condensing at mosphere 
• ·         دستگاه ويسکومتر بايد سالي يكبار توسط شركت سازنده كاليبره شود .

   تعاریف :

• ويسكوزيته : (Viscosity)‍: نسبت مقاومت سيال به فلوي ايجاد شده را ويسكوزيته مي نامند .
• گشتاور : (Torque) : نيرويي كه لازم است بر اسپيندل وارد شود تا با توجه به ويسكوزيته در نمونه بچرخد.
• واحد ويسكوزيته : (cp)Centipoiseيا ميلي پاسكال ثانيه (mpas)يا ShearStress است.

     شرح دستگاه :

• ·         ويسكومتر شامل قسمتهاي زير است :
• ·         اسپيندل :(Spindel) : محورهای چرخشي بنام Spindel وجود دارد که هرچه نمونه ، ويسكوزيته بالاتري داشته باشد شماره اسپيندل بالاتر مي رود .
• ·         چرخش Spindel در نمونه به سرعت و سايز  آن ، ظرف حاوي نمونه و به ميزان گشتاور (Torque)بستگي دارد .
• ·         گارد : براي محافظت از Spindelدر بدنه دستگاه تعبيه شده است .
• ·         سنسور دما: ويسكوزيته به دما بستگي زيادي دارد . دماي بالا ويسكوزيته را پائين نشان مي دهد .پس بايد به رنج دما در نمونه هاي آناليز توجه كنيد .
• ·         ظرف حاوي نمونه : ‌از يك بشر 250ml استفاده كنيد كه گاردوسنسور دما و اسپيندل (دقيقا تا خط نشانه روي اسپيندل) در آن قرار گيرند .
• ·         مهم : بايد توجه داشت که تعيين مقدار ويسکوزيته در نمونه های مشابه و يا در حالت مقايسه بايد در شرايط کاملا يکسان باشد .

روش بدست آوردن رنج ویسکوزیته

• ·         1-از پائين ترين شماره اسپندل شروع کنيد . برای تعيين مقدار ويسکوزيته پائين ترين شماره ارجحيت دارد .
• ·         2-در هر مرحله برای تعيين ويسکوزيته خصوصا در RPM های پائين ، حداقل يک ربع زمان بگذاريد .
• ·         3-پس از تعيين شماره اسپندل ، اگر نسبت تغيير سرعت ، متناسب با تغيير ويسکوزيته بود ، نشان می دهد نمونه ماهيت نيوتونی دارد و از ترکيب يکنواختی برخوردار است و به عبارتی :

                                                     ∆ RRM ~ ∆ Viscosity

• ·         4-جدول ويسکوزيته را تشکيل دهيد . سپس با همه اسپندل ها و همه سرعتها ويسکوزيته نمونه را گرفته و فقط مقاديری را که دارای ترک بالای 50% هستند در جدول يادداشت کنيد .
• ·         5-با انتخاب پائين ترين اسپندل که بالاترين ترک و بالاترين سرعت را در جدول داراست رنج ويسکوزيته را برای نمونه  انتخاب کنيد .

رسم جدول

براي تعيين مقدار درست ويسكوزيته جدولي به شكل زير رسم كنيد. 

از اسپيندلي با شماره كم شروع كنيد و مقادير سرعت ، Torque و .... را درجدول بالا يادداشت كنيد از بين مقادير خوانده شده ويسكوزيته اي را انتخاب كنيد كه داراي بالاترين سرعت و ترك باشد .

ترك زير 10 قابل قبول نيست و بهتر است سرعت و ترك بالاي 50 باشند . اگر دستگاه قادر به خواندن مقادير ويسكوزيته نباشد حروف EEEE را نشان مي دهد .

 عيب يابي دستگاه :

براي اطمينان از صحت نتايج از هر يك از روشهاي زير ميتوان استفاده كرد .

• ·         1- ماهي يكبار ويسكوزيته موادي را كه مقادير ويسكوزيته آنها در برگه آناليز داده شده است ، با توجه به رنج دماي داده شده ، اندازه گرفته و سپس مقايسه نمائيد . مقدار ويسكوزيته بايد در يك حدود باشد.
• ·         2-ويسكوزيته يك نمونه با غلظت معمولي را بمدت يك هفته هر روز اندازه بگيريد . در يك هفته بايد تغييرات ناچيز باشد .
• ·         3-نمونه را به مدت سه ساعت مورد اندازه گيري قرار دهيد . اسپيندلي را كه مناسب آن است انتخاب كرده و با كشيدن جدول ويسكومتر يك ربع به يك ربع نتايج را يادداشت كنيد . در طول سه ساعت نبايد مقدار ويسكوزيته تغيير كند . روز بعد همين آزمايش را تكرار كنيد . بايد نتايج مشابهي بدست آيد .
• ·         اگر با انجام دادن اين كارها به نتيجه نرسيديد با شركت سازنده تماس حاصل كنيد.

نگهداري از دستگاه

• ·         4-1-اسپيندل ها بسيار حساس هستند و نبايد ضربه بخورند . براي شستن آنها نبايد از مواد خورنده استفاده كرد . پس از شستن با آب و خشك كردن در جاي مخصوص خود قرار دهيد .
• ·         4-2-هيچ وقت گارد را باز نكنيد و با پي ست محتوي آب RO آن را شسته و خشك نمائيد . هميشه مواظب باشيد آب به بدنه دستگاه نخورد .
• ·         4-3-پس از پايان كار حتما پيچ سياه مخصوص محور گرداننده را ببنديد تا از ضربه هاي احتمالي به آن محافظت شود .

قانون لزجت نیوتن

قانون لزجت نيوتن بيان می کند که در يک جريان منظم که ذرات سيال، خطوط مستقيم و موازی را می پيمايند(جريان موازی) برای سيالات بخصوصی به نام سيالات نيوتنی، تنش برشی روی سطح مماس بر امتداد جريان، متناسب است با ميزان تغيير در سرعت در راستای عمود بر آن سطح.

لزجت

در واقع لزجت ميزان مقاومت سيالات در برابر تغيير شکل می باشد. اين تغيير شکل می تواند تنش های اعمالی به سيال اتفاق بيافتد.     

با مقايسه آب و عسل می توان بيشتر به مفهوم ويسکوزيته پی برد.

اگر يک شيشه عسل را برعکس بگيريم تا عسل از آن بر روی زمين بريزد، زمان بيشتری طول خواهد کشيد نسبت به اين که با يک شيشه آب اين کار را تکرار کنيم.

به اين مفهوم ويسکوزيته و يا همان لزجت می گويند.

 لزجت مايعات با افزايش دما کاهش می يابد. اين در حالی است که گاز ها رفتاری کاملا متضاد دارند.

لزجت در مايعات ناشی از جاذبه بين مولکولی است.

ضریب لزجت

ضريب لزجت (ويسکوزيته) را با نشان می دهند.

ديمانسيون ضريب لزجت (F/L2)(t) است.

واحد لزجت در سيستنم cgs ، پواز (Poise)  ناميده می شود. و سانتی پواز يک صدم آن می باشد.

رابطه لزجت با دما

لزجت در مايعات ناشی از جاذبه بين مولکولی است. با افزايش دما اين نيرو ها و در نتيجه لزجت کاهش می يابد. از طرف ديگر لزجت در گاز ها ناشی از حرکت تصادفی مولکول هاست. اين حرکت نامنظم گاز ها با افزايش دما، افزايش می يابد و در نتيجه آن لزجت با افزايش دما بيشتر می شود.

بايد ذکر کرد که فشار تاثير کمی را بر روی لزجت دارد تاثيری که معمولا می توان از آن صرف نظر کرد.

ویسکوزیته گوگرد

پلی مريزاسيون گوگرد و تشکيل گوگرد آمورف از جمله مواردی است که همواره مورد توجه افرادی است که در مورد گوگرد مطالعه می کنند. ويسکوريته گوگرد در حين فرايند پلی مريزاسيون به علت تشکيل زنجيره های بزرگ گوگردی افزايش می يابد. اين ساختار پليمری در گوگرد مشابه لاستيک بوده و تا چند روز پايدار می ماند تا اينکه سرانجام به شکل گوگرد پودری اتمی در می آيد.

نمایش ویسکوزیته گوگرد در دماهای متفاوت

مقداری از گوگرد (تا حدود 2 اینچ از لوله) را داخل لوله قرار داده و به آرامی بر روی شعله حرارت دهيد. به محض ذوب شدن ويسکوزيته گوگرد را اندازه بگيريد و سپس دوباره حرارت دادن را ادامه دهيد. با ادامه دادن حرارت تا دمای حدود 300 درجه سانتی گراد به مرور ويسکوزيته گوگرد افزايش می يابد و در نهايت به شکل  ترکيب شيره مانندی ديده می شود (افزايش پلی مريزاسيون و به هم چسبيدن زيجيره ها). با افزايش دما به علت شکست زنجيره ها و تشکيل زنجيره های کوتاه تر ويسکوزيته گوگرد کاهش می يابد. با نزديک شدن به نقطه جوش گوگرد به علت تشکيل زنجيره های کوتاه تا حد 4 اتم و کمتر ويسکوزيته به کمترين مقادير خود نزديک می شود. در جدول زير تغييرات ويسکوزيته گوگرد بر اثر دما نمايش داده شده است.

شرح:

برای بدست آوردن تغییرات ویسکوزیته آب بر اثر تغییرات دما به صورت زیر عمل می کنیم:

دستگاهی داریم که دارای دو مخزن است که آب از مخزن پایین به کمک پمپ به مخزن بالایی می رود و اگر از حد معینی بیشتر شد آب از لوله ای که وسط مخزن تعبیه شده است پایین می ریزید. دستگاهی دیگر در مخزن بالایی تعبیه شده است که آب درون مخزن را گرم می کند. در قسمت پایین مخزن دوم لوله ای تعبیه شده که آب درون مخزن را خالی می کند و با دو شیرکنترل کم و زیاد می شود. قطر این لوله 1 سانتی متر و دو پیزومتر در راه این لوله قرار دارد که فاصله ی بین آن ها یک متر یا 100 سانتی متر است.

شیرکنترل اول را تا آخر باز کرده و شیرکنترل دوم را طوری باز می کنیم تا جریان آرام درست شود و دیگر دست شیرکنترل دوم نمی گذاریم و فقط با شیر کنترل اول کار می کنیم. دمای آب درون مخزن 30 درجه سانتی گراد است و شیرکنترل اول را باز می کنیم. تغییرات فشار را در دو لوله پیزومتر میخوانیم و دبی را هم اندازه گیری می کنیم که ارتفاع آب در پیزومتر اول 9/15 سانتی متر و در پیزومتر دوم 9/13 سانتی متر است که با کم کردن از هم تغییرات فشار بدست می آید. برای بدست آوردن دبی یک استوانه می آوریم و با گرفتن مدت زمان پر شدن حجمی معینی از آن دبی را بدست می آوریم که در مدت 11 ثانیه 98 سی سی از استوانه را پر کرد.

می گذاریم تا دما 15 درجه بالاتر رود. حال دما روی 45 سانتی گراد است. حال شیر کنترل را باز می کنیم و پیزومترها را می خوانیم که یکی روی 8/16 و دیگری روی 7/14 سانتی متر است و با اختلاف این دو تغییرات فشار بدست می آید. این بار استوانه حجم 98 سی سی را در مدت زمان 52/10 ثانیه پر کرد.

باید بگذاریم تا دما 15 درجه بالاتر از دمای قبلی باشد ولی به دلیل محدودیت زمان دما روی 52 درجه سانتی گراد است که آزمایش سوم را انجام می دهیم. وقتی شیرکنترل را باز کردیم، ارتفاع آب درون پیزومتر اول روی 5/17 سانتی متر است و در پیزومتر دوم روی 1/15 سانتی متر است. استوانه را زیر آب خروجی گذاشته و با ورود آب به استوانه زمان می گیریم که در مدت 10 ثانیه حجم 100 سی سی آب را پر کرد.

نمودار، مشاهده، جدول:

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم با تغییر دما  فشار در آزمایش هم تغییر کرده بنابراین ویسکوزیته آب هم تغییر کرده و بزرگتر می شود .

محاسبات:

ΔP=Δh×ρ×g

ΔP=(15.9−13.9)×1×10

ΔP=20

Q=

Q=

Q=8.9

µ=

µ=

µ= 5.5×10^-4       ویسکوزیته آب در دمای 30

ΔP=Δh×ρ×g

ΔP=(16.8−14.7)×1×10

ΔP=21

Q=

Q=

Q=9.5

µ=

µ=

µ= 5.4×10^-4       ویسکوزیته آب در دمای 45

ΔP=Δh×ρ×g

ΔP=(17.5−15.1)×1×10

ΔP=24

Q=

Q=

Q=10

µ=

µ=

µ= 5.8×10^-4       ویسکوزیته آب در دمای 52

خطا: 1- اشتباه خواندن دما            2- اشتباه محاسباتی       3-اشتباه در خواندن در حجم     4- خراب بودن دستگاه

مرجع: سایت  www.irannajo.com ، www.wikipg.com ،sulfur.nigc.ir