Ryhmä 2 - Avouoman virtaaman jatkuvatoiminen mittaaminen

Suunnitelma

Ilmiö jota mitataan: Veden virtaamaa avouomassa V-padon ja paineantureiden avulla.
 

Miksi mitataan: Virtaaman avulla saadaan selville avouomassa liikkuvan veden määrä ja nopus, sekä onko virtaus laminaarista tai turbulenttista. Vertaillaan eri mittausmenetelmillä saatuja arvoja.

Kohde: Savonia-ammattikorkeakoulun Microkadun vesitekniikan laboratorion avouoma-allas.

Miten mitataan: V-mittapadon, flowtrackerin ja paineanturin avulla. Mitataan kolmesta pisteestä. Painemittarilla mitataan vedenpinan korkeus ennen mittapatoa. Flowtrackerilla mitataan virtaama ennen ja jälkeen avouomassa olevan kaventuman.
 

Miten haluttu asia selviää työssä: Mitataan avouoman poikkipinta-ala [m^2] ja virtaus [m/s].
 

Mitattavat muuttujat: Virtaus, poikkipinta-ala, vedenpinnan korkeus

Mittausjakso: Flowtrackerin mittausjakso 25 s

Mittaustiheys (resoluutio): Laite mittaa mittausjaksosta keskirvon

Mitä suureita (yksiköt): Virtaama [l/s], virtausnopeus [m/s], poikkipinta-ala [m^2] ja korkeus patoaukon pohjasta [cm], syvyys [mm]. 

Toteutus

 

Työ aloitettiin asentamalla paineanturi v-padon altaaseen kuvan 1. mukaisella tavalla. Mittausjärjestelyn tarkoituksena oli saada paineanturi pysymään pystysuorassa ja mahdollisimman lähellä pohjaa.

Kuva 1. Paineanturi asennettuna käyttövalmiuteen.

 Kuvassa 2 on esitetty paineanturi ja mittalaite, joka ilmoitti korkeuseron.

Kuva 2. Paineanturi ja mittalaite.

 

Tämän jälkeen Flowtacker koottiin toimintavalmiuteen. Mittausjärjestely ja koottu Flowtracker on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. Flowtracker ja mittausjärjestely.

Kuvassa 4 on esitetty taajuusmuunnin, jolla muutettiin pumpun taajuutta, joka puolestaan muutti v-padon virtausta. Pumppu on esitetty kuvassa 5.

Kuva 4. Taajuusmuunnin.

Kuva 5. Pumppu.

 

Mittalaitteella mitattiin aluksi väärin. Anturi ei saanut olla kohtisuorassa virtaukseen nähden. Anturin täytyi olla 90 asteen kulmassa virtaukseen nähden. Tästä syystä johtuen emme saaneet oikeita tuloksia suunnitelman mukaisissa mittauspisteissä. Kuvassa 6 on esitetty suunnitelman mukaiset mittauspisteet.

Kuva 6. Suunnitelman mukaiset mittauspisteet.

 

Mitattiin  uomassa virtaavan veden poikkipinta-ala ja syötettiin tulos Flowtrackeriin. Tämän jälkeen Flowtrackerillä mitattiin virtaama. 

Lopuksi päädyttiin kirjaamaan käsin Flowtrackerin antamaa raakadataa. Mittauksia ehdittiin tehdä vain kahdella eri pumpun taajuudella ennen kuin pumppu rikkoontui. Virtaaman laskemista varten mitatiin uomassa virtaavan vesipatsaan poikkipinta-ala  
 

 

Tulokset 

V-pato ja paineanturi mittauksista laskettiin virtaamat seuraavien kaavojen avulla.

, missä g on maan putoamiskiihtyvyys 9,81 m/s^2, h on korkeus mitattuna patoaukon harjalta ja c on vakio ( c = 0,58). Kun lähestymisnopeus aukkoon on pienempi tai yhtäsuuri kuin 0,3 m/s saa vakio c arvon 0,60. Lisäksi kun kulma Θ = 90° on tan Θ = 1 ja kaava supistuu muotoon:

Kaavassa 2 h on korkeus senttimetreinä. Flowtrackerillä mittauksista saatiin keskiarvonopeus, josta virtaama voitiin laskea kun mitattiin ja laskettiin ensin uoman pinta-ala.

 

, missä v on keskinopeus ja A on pinta-ala. Flowtrackerillä saatiin myös mitattua virtaama suoraan, mutta tulokset vaikuttivat vääriltä tai ne ovat Qmax tuloksia. Mittasimme vielä nopeuksia niin sanotusti ”raakana” eli suoraan näytöltä katsottuna. Tulokset on esitetty taulukossa. Flowtracker 1 tulokset on nopeuden keskiarvo tulokset ja flowtracker 2 on suoraan flowtrakeriltä saadut tulokset.

Tulokset on esitetty kuvassa 7. Flowtracker 1 tulokset on nopeuden keskiarvo tulokset ja flowtracker 2 on suoraan flowtrakeriltä saadut tulokset.

Kuva 7. Tulokset.

 

Tuloksista piirrettiin kuvaajat (Pumpun taajuus [Hz] vs.  Virtaama Q [l/s] ), jotka on esitetty kuvassa 8.

Kuva 8. Tuloksista piirretyt kuvaajat.

Johtopäätökset

Mittalaitteeseen ei ole mittausten aikana syötetty kuin veden syvyys (dep). Mittalaitteeseen olisi voinut jokaiselle mittapisteelle syöttää vielä mittaussyvyyden (Mdep) yleinen moodissa mitattaessa. Raakadata kerättiin yleisessä moodissa jolloin sekä veden syvyys että mittaussyvyys olisi pitänyt olla ilmoitettuna laitteelle.  Mittaustuloksissa olevat epäjohdonmukaisuudet johtuvat todennäköisesti mittaus moodin (yleinen/virtaama=general/discharge) muuttumisesta kesken mittausten. 

Ennen jokaista mittausta olisi pitänyt suorittaa mittalaitteen testi. Eli testi, jolla mittalaite tarkistaa sen, että onko mittaus tarpeeksi vakaa.

 

Datan keräys ja tallentaminen tapahtui luomalla jokaiselle mittauspisteelle oma sarja (section). Mittaukset olisi voinut myös luomalla yksi sarja ja sille mittauspisteitä (station). Tällä tuskin oli vaikutusta tuloksiin.

  

Mittalaitteen käyttöä hankaloitti lisäksi laitteen paristojen hyppiminen pois paikoiltaan samalla sammuttaen laitteen. Mittalaite muutoinkin oli hidastoiminen ja turhan monimutkainen. Muuttaaksesi arvoja tai asetuksia tulee käyttäjän palata kokonaan alkuun.

Laitteen manuaaliin olisi pitänyt tutustua paremmin suunnitteluvaiheessa.