Acordarea parametrilor regulatorului intr-un sistem de reglare automata a debitului

Schema bloc a unui SRA pentru reglarea debitului.

Rolul blocurilor componente .

Descrierea functionarii dupa schema bloc.

Legi de reglare.

Marimi de intrare/iesire.

Fisa de documentare SRA pentru reglarea debitului

Masurarea debitului

Masurarea debitului este legata de curgerea unui fluid. Daca curgerea este constanta in functie de timp, ea se numeste curgere laminara, iar daca este variabila in timp este curgere turbulenta.

Curgerea este caracterizata prin viteza de curgere sau debitul. Debitul poate fi:

debit volumic Q_v daca se defineste ca fiind volumul ce trece printro sectiune S a conductei in unitatea de timp:

Q_v = V/t = u · S [m³/s, m³/h, l/s etc.]

debit masic Q_m - reprezentand masa fluidului ce trece prin sectiunea conductei in

unitatea de timp:

Q_m = m/t = ρ·u·S = ρ·Q_v    [Kg/s, Kg/h],

unde ρ este densitatea fluidului.

Atat Ia masurarea vitezei, cat si a debitului prezinta importanta caracteristicile lichidului: caracterul curgerii, vascozitatea, transparenta, temperatura, continutul de impuritati, existenta suspensiilor etc., caracteristici ce stabilesc metoda de masurare.

Masurarea debitului fluidelor se poate realiza ca urmare a modificarii curgerii prin intermediul unui corp fizic sau prin intermediul unor fenomene care sunt influentate de curgere.

Functionarea debitmetrelor cu strangulare se bazeaza pe legea lui Bernoulli privind curgerea lichidelor

Principiul de funcionare a debitmetrelor cu strangulare fixa rezulta din figura 1. Prin conducta de sectiune A₁ circula un fluid cu viteza u₁; conducta este prevazuta cu o strangulare de arie A2, in care viteza fluidului este u₂.

Cele mai raspandite tipuri de dispozitive de strangulare sunt diafragma, duza si tubul Venturi (fig. 2).

Diferenta de presiune p₁ - p₂, numita si cadere de presiune reziduala, este maxima pentru diafragme si minima pentru tuburile Venturi, insa ultimele perturba mai putin procesul de curgere.

Toate traductoarele folosite Ia debitmetrele cu strangulare variabila sunt construite astfel incat pastreaza constanta caderea de presiune prin intermediul unui plonjor ce se poate deplasa in interiorul fluidului. 0 varianta a acestui tip de traductor o reprezinta rotametrul.

Rotametrele sunt aparate utilizate pentru masurarea debitului lichidelor si gazelor pe baza deplasarii unui plutitor in interiorul unui tub tronconic gradat, dispus vertical cu sectiunea mica jos, prin care circula fluidul de masurat. Rotametrul este un debitmetru cu diferenta constanta de presiune si plutitor rotativ. Se utilizeaza mult in medicina, laboratoare, industria alimentara, dar in special in industria petrochimicasi oriunde trebuie controlate continuu debitele de lichide sau qaze.

Componentele rotametrulul (fig. 3) sunt tubul tronconic si plutitorul (flotorul, imersorul). Plonjorul este plasat intrun tub de forma conica prin care circula fluidul al carui debit se masoara. Asupra lui va actiona, in afara greutatii G si a fortei arhimedice F_a, o forta dinamica ascensionala F_as care este proportionala cu patratul vitezei de curgere u.

Debitmetrele electromagnetice masoara viteza de deplasare a fluidelor

bune conducatoare de electricitate, principiul lor de functionare bazandu-se pe legea inductiei.

Figura Debitmetrul electromagnetic

Debitmetru electromagnetic prezentat in figura masoara debite si volume conducatoare de curent electric. Aceste debitmetre nu contin piese mecanice in miscare, astfel lichidul nu va lovi nici o obstructie in timp ce curge. Aceasta permite evitarea posibilelor daune provocate de elemente solide in lichid. Partea interna a senzorului de masurare este izolata electric. Lichidul prelucrat nu este niciodata in contact cu materialul senzorului sau cu materialul flansei (aceasta permite masurarea oricarui tip de lichid compatibil cu garnitura interna). Posibilitatea de instalare in aproape fiecare pozitie impreuna cu pierderea de presiune extrem de joasa, face utilizarea acestui model potrivita pentru cele mai diverse sectoare: chimic, hartie, industria alimentara si hidraulica.

Contoarele sunt debitmetre utilizate pentru masurarea volumului de lichid.

Contoarele pentru apa potabila se numesc apometre si pot fi:

contoare volumetrice;

contoare de viteza.

Contoarele volumetrice masoara direct debitele de apa prin umplerea si golirea succesiva a unor compartimente ale aparatului de capacitate determinata. Dispozitivul de inregistrare a aparatului indica volumul de apa dupa fiecare faza de umplere si golire.

Figura 5. Contoare volumetrice

Contoarele de viteza:

Se utilizeaza pentru nevoile casnice si masoara volumul de apa ce trece prin aparat, functie de viteza apei.

Citirea apometrelor: apometrul din prima figura inregistreaza consumul de apa, care se citeste pe ecran. Apometrul din figura a doua indica consumul de apa, iar citirea se face insumand indicatiile de pe ecran.

Figura 6. Contoare de viteza (apometre)

2. Reglarea debitului

a) In figura 7. este reprezentat un proces tehnologic in care trebuie sa se asigure un debit Ia presiunea p₁ intrun recipient R si un altul a presiunea p₂ diferita de p₁, la iesirea instalatiei. Cu cat diferenta dintre presiuni este mai mare, cu atat regliarea se poate realiza mai usor si performantele sunt mai ridicate.

Figura 7. reglarea debitului

Regulatoarele folosite sunt de tip PI, datorita capacitatii lui de a anula eroarea staIionara Ia intrare treapta.

Debitul Ia presiunea p_2, obtinut Ia iesirea din pompa centrifugä PC, este reglat de regulatorul automat RA care actioneaza ventilul reglabil (robinetul) r. Referinta este i₀ = q₀. Masurarea parametrului reglat, debitul Q, Ia iesire, Ia presiunea p₄ este realizata de debitmetrul D. Se obtine o reglare buna cu cat caderea de presiune ∆p = p₂ - p₁ este mai mare.

Schemele de reglarea automata a debitului fluidelor in conducte se aleg in functie de modul de alimentare a conductelor.

b) Atunci cand se utilizeaza pompe centrifuge sau cand alimentarea conductelor se face prin cadere libera sau de la un recipient sub presiune, schema utilizata este cea din figura 8.

Se remarca faptul ca organul de reglare este montat chiar pe conducta in care se regleaza debitul. Organul de reglare este astfel comandat de regulator, prin intermediul elementului de executie, incat prin ajustarea rezistentei hidraulice pe care o introduce in circuitul fluidului, debitul prin conducta sa se pastreze la o valoare prescrisa. Cele mai utilizate sisteme de reglare automata de acest fel sunt sistemele cu actiune continua, cu regulator PI.

Daca alimentarea conductei se face de la o pompa cu debit constant, utilizarea unui organ de reglare pe conducta, ca in schema din figura 8.a, nu permite ajustarea debitului, in scopul obtinerii unei valori dorite a acestuia. In acest caz, ajustarea la valoarea prescrisa a debitului in conducta se poate face prin recircularea unei parti din fluidul de la iesirea pompei. Schema bloc a sistemului de reglare automata este data in figura 8.b. Daca traductorul sesizeaza o crestere a debitului fata de valoarea prescrisa, regulatorul E comanda marirea debitului recirculat, astfel incat debitul prin conducta pe care este montat traductorul sa revina la valoarea impusa.

Activitatea de invatare 4

Fisa de lucru 41. Regulator de debit cu doua cai

Competente vizate:

Elaboreaza scheme bloc pentru diferite posibilitati de reglare automata a unui proces

Analizeaza modul de conectare a elementelor componente pentru realizareaa unui SRA cu structura evoluata

Obiective vizate:

Aceasta activitate va va ajuta sa realizati macheta unei instalatii de reglare automata a debitului conform unei scheme date.

Durata: 180 minute.

Tipul activitatii: lucrare de laborator.

Descrierea lucrarii:

Se monteaza o instalatie hidraulica, cu scopul realizarii unui debit volumic predeterminat, care trebuie sa ramana constant, conform schemei de mai jos. Masuratorile trebuie sa demonstreze ca regulatorul de debit cu doua cai satisface criteriile functionale impuse.

Etape de lucru:

Pregatiti elementele de montaj

Montati-le conform schemei

Efectuati controlul montajului

Efectuati exercitiul dupa fisa de lucru

Demontati instalatia

Pregatiti verificarea cunostintelor

Componente si echipamente necesare:

Grup generator

Regulator de debit cu doua cai

Supapa de limitare a presiunii

Robinet de reglare

Trei manometre

Rezervor gradat de masura, cu robinet de izolare

Cronometru

Fisa de lucru

Masuri de siguranta:

Motorul electric nu va fi pus in functiune decat in prezenta instructorului. Nu lucrati cu mainile murdare de ulei (risc de alunecare). Defectele nu vor fi detectate decat daca instalatia nu mai este sub presiune. Montarea si demontarea instalatiei se face numai cand manometrul indica presiunea zero.

Cerinte:

Reglati:

presiunea p_e3 la 2500 kPa (25 bar), robinetul de reglare fiind inchis

regulatorul de debit cu doua cai si p_e2, dupa valorile trecute in tabelul de mai jos, prin manevrarea robinetului de reglare

Completati in tabelul de mai jos urmatoarele date, inclusiv unitatile de masura lipsa:

presiunea p_e1, exprimata in kPa, sau bar

presiunea p_e2, exprimata in kPa, sau bar

caderea de presiune pe regulatorul de debit cu doua cai Dp_tot, exprimata in kPa, sau bar.

Trasati diagrama debit - cadere de presiune. Se recomanda ca timpii cronometrati sa fie 10, 15 sau 20 s, la alegere.

Relatiile de calcul pentru caderile de presiune si pentru debit sunt urmatoarele:

Dp_tot = p_e1 - p_e3

Dp = p_e1 - p_e2

Q = V/t

Concluzii :

Test de evaluare

A. CompIetati spatiiIe libere:

1. Debitul volumic se defineste ca fiind ..(1). ce trece printro sectiune S

a conductei in unitatea de timp.

2. Principiul de functionare al .(2). se bazeazä pe legea inductiei.

3. Rotametrul este un ..(3).. cu diferenta constanta de presiune si plutitor rotativ.

Funcionarea .(4). cu strangularea sectiunii se bazeazä pe legea lui

Bernoulli.

5. Regulatoare de tip.. (5). sunt folosite pentru reglarea debitului.

B. StabiIii valoarea de adevar a urmatoarelor afirmatii:

1. Regulatoarele de tip P sunt folosite datorita capacitatii lor de a anula eroarea stationara Ia intrare treapta.

2. Debitul volumic reprezinta masa fluidului ce trece prin sectiunea conductei in unitatea de timp.

3. Debitmetrele electromagnetice masoara viteza de deplasare a fluidelor bune conducatoare de electricitate

C. Enuntati principiul de masurare folosit Ia debitmetrele cu strangulare fixa.

Raspuns:

A.

volumul de fluid;

debitmetrelor electromagnetice;

debitmetru;

debitmetrelor;

PI.

B. 1 - F; Regulatoarele de tip PI sunt folosite datorita capacitatii lor de a anula eroarea stationara Ia intrare treapta.

2 - F; Debitul volumic reprezinta volumul fluidului ce trece prin sectiunea conductei in unitatea de timp.

3 - A.