Ryhmä 1. Työ 1. Avouoman virtaaman jatkuvatoiminen mittaaminen. Antti Koskenlahti, Iiro Käsnänen, Arttu Santala, Mikko Kosonen

Mitä mitataan
Veden virtaamaa.

Miksi mitataan 
Virtaaman avulla saadaan selville avouomassa liikkuvan veden määrä ja nopeus. Harjoituksen tarkoituksena on testata eri virtausmittausmenetelmien soveltuvuuksia avouomaan ja vertailla niiden toimivuutta.

Missä mitataan
Savonia-ammattikorkeakoulun Microkadun vesitekniikan laboratorion avouoma-altaassa.

Miten mitataan 
Flowtrackerin, volymetrisen mittauksen ja V-mittapadon avulla. Mitataan Flowtrackerilla avouoma-altaasta kahdesta eri kohdasta (ennen ja jälkeen kavennusta). Mitataan mitalla vedenpinnan korkeus ennen V-mittapatoa. Volymetrisellä mittauksella mitataan V-padosta poistuvan virtauksen määrä, siten että otetaan V-padosta poistuva vesi 10 litran astiaan ja mitataan siihen kuluva aika. Mittaukset toteutetaan kolmella eri virtaamalla säätämällä pumpun tehoa. Kolme eri virtaamaa 22, 23, 24 Hz.
 
Työssä mitattavat suureet
Virtaama [m^3/s], virtausnopeus [m/s], poikkipinta-ala [m^2], syvyys [m] ja korkeus patoaukon pohjasta [m].

Mittausjakso 
Flowtrackerin mittausjakso on 30 s ja volymetrisellä mittauksella 10 litran astian täyttymiseen kuluva aika.

Työn suoritus

Mittauksensuoritus

Virtaama mitattiin volymetrimenetelmällä v-padosta ja flowtracker-mittalaitteella uomasta kavennuksen jälkeen. Lisäksi virtaamat laskettiin Thomsonin padon kaavalla (Kaava 1). Flowtrackeriin asetetut lähtöarvot on esitetty taulukossa 1. Mittaukset tehtiin kolmella eri virtaamalla (22, 23, 24 Hz).  Kuvassa 1 on mittaus käynnissä.




(1)
, jossa
Q = virtaama (m3/s)
c = vakio 0,58
α = 45 (v-padon kärjen kulma) (°)
g = putoamiskiihtyvyys (m/s2)
h = vedenkorkeus v-aukon kärjestä pintaan (m)

Taulukko 1. Flowtrackerin lähtötiedot

Kuva 1. Mittausta Flowtrackerillä.

Volymetrinen mittaus suoritettiin jokaisella virtaamalla kolme kertaa. Saaduista keskiarvoista laskettiin virtaamat kullekkin pumpun taajudelle. Mittauksissa mitattiin 10 litran ämpärin täyttymiseen kulunutta aikaa sekunneissa.

Tulokset

Taulukossa 2 on esitetty saadut virtaamat. Suhde sarakkeen prosentti arvot ovat Flowtrackerillä saatujen tulosten suhde volymetrisen mittauksen tuloksiin. Kuviossa 1 on esitetty taulukon 2 tulokset kuvaajana.

Taulukko 2. Virtaama tulokset eri taajuuksilla

Kuvio1. Kuvaaja taulukon 2 tuloksista

Mittausepävarmuus

Volymetrisessä mittauksessa epävarmuutta aiheuttaa ajanmittaajaan ja ämpärimiehen yhteistyö. Jokaisessa virtaamassa kolme ajan mittausta antoivat kuitenkin likimain samat tulokset.

Flowtrackerissä epävarmuutta aiheutti anturin stabiilius sekä virtaaman tasaantumiseen käytetty aika. Myös veden turbulenttisuss aiheuttaa virhettä mittaukseen.

Thomsonin kaavalla laskettuihin tuloksiin vaikuttaa korkeuden h mittaustarkkuus. Korkeus mitattiin käsimitalla.

Johtopäätökset

Harjoituksen tarkoituksena oli testata eri virtausmittausmenetelmien soveltuvuuksia avouomaan ja vertailla niiden toimivuutta. Tulokset olivat samansuuntaisia kaikilla menetelmillä eli virtaamat kasvoivat pumpun taajuutta nostettaessa. Volymetrisen ja Flowtrackerien mittauksien virtaama arvot nousivat lähes samassa suhteessa Flowtrackerin virtaamien ollessa noin 83 % volymetristen mittausten virtaamista. Thomsonin laskukaavalla saadut tulokset poikkavat muista ja virtaama nousee kuvaajassa jyrkemmin kun taajuutta nostetaan. 22 Hz taajudella on veden korkeuden mittauksessa tapahtunut todennäköisesti virhe, sillä Thomsonin kaavalla saatu tulos poikkeaa huomattavasti muista tuloksista.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kaikki käytetyt menetelmät sopivat avouoman virtaaman mittaamiseen. Flowtrackerin käyttöä rajoittaa virtausnopeus, jonka tulisi olla välillä 0,001 - 4,5 m/s.