1. Principiul de functionare

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 petrochimica si oriunde trebuie controlate continuu debitele de lichide sau gaze.

Avantaje.

• constructie simpla si ieftina
• cadere de presiune mica
• utilizabil cu lichide si gaze agresive
• poate masura debite foarte mici

• nu suporta presiuni si temperaturi ridicate, fragile (cele din sticla)
• contraindicate pentru debite mari.

Componentele rotametrului sunt tubul tronconic si plutitorul (flotorul, imersorul).

Tubul tronconic, dispus vertical, are conicitatea "(D_max– D_min)/L" =1/100 (? 35') de obicei, ajungand la 1/10 (? 5^o 36') in anumite cazuri. Se construieste din sticla, la tipul de baza al rotametrelor unde plutitorul este vizibil, sau din metal la aparatele cu plutitor cu prelungitor sau cu transmiterea indicatiilor la distanta. Limitele maxime de presiune si temperatura (la rotametrele cu tubul din sticla) sunt pana la 5 kgf/cm² (5.10⁵N/m²) si 100⁰C. Tuburile metalice pot fi proiectate sa reziste la orice valoare uzuala a presiunii si temperaturii. Procesul de fabricatie a fost imbunatatit substantial si astfel s-au obtinut tuburi interschimbabile a caror diametre interioare sunt in tolerante de ± 0,1%.

Putitorul se afla in interiorul tubului, avand o forma cilindrica sau reprezentand o imbinare de mai multe tronsoane de forma cilindrica de diferite diametre. Diametrul maxim al plutitorului trebuie sa fie mai mic decat diametrul interior al tubului, deoarece el trebuie sa se deplaseze liber pe toata inaltimea tubului. Forma si materialul plutitorului se aleg in functie de proprietatile mediului masurat si valorile de debit pe care trebuie sa le indice aparatul. Greutatea plutitorului (materialul din care este construit) determina limita superioara de masurare a aparatului. Materialul din care se construieste plutitorul trebuie sa reziste impotriva coroziunii fluidului al carui debit se masoara putand fi: otel inoxidabil, plumb, aluminiu, bronz, ebonita, masa plastica etc. Ele se pot executa pline sau goale in interior, pentru eventualele modificari ulterioare ale masei. Cele mai raspandite forme de plutitoare sunt:

• plutitorul normal (plin sau gol in interior) este des intalnit la rotametrele cu tub din sticla;
• plutitorul ajutaj se foloseste atunci cand fluidul al carui debit se masoara are o curgere in regim turbulent sau cantitatea de fluid care trebuie sa treaca prin tub este prea mare fata de sectiunea de trecere pe care o ofera spatiul liber dintre plutitor si tub;
• plutitorul cu fascicul dublu se utilizeaza in fluidele ce au o curgere in regim turbulent, avand calitatea ca revin pe axa de simetrie aproape imediat dupa abatere;
• plutitorul combinat este o combinatie intre plutitorul ajutaj si cel cu fascicul dublu.

La trecerea fluidului prin dispozitiv plutitorul se ridica la inaltimea la care se egaleaza forta de greutate a plutitorului (r gV), orientata in jos, cu suma dintre forta arhimedica (r 'gV) si forta cu care fluidul antreneaza plutitorul (kr 'Sv ⁿ):

unde: r – densitatea plutitorului,
        r ' – densitatea fluidului,
        V – volumul plutitorului,
        S – sectiunea plutitorului transversala directiei de curgere,
        k – coeficientul aerodinamic al plutitorului,
        v – viteza de curgere a fluidului prin sectiunea inelara,
        n – exponent al vitezei din forta de antrenare.

Exponentul vitezei din forta de antrenare este "1" pentru viteze mici, mai precis numar Reynolds Re<10 (Re=2r 'vr/m , cu m vascozitatea fluidului si r raza sectiunii plutitorului). La numere Re>1000 curgerea este turbulenta si exponentul vitezei este "2". Relatia (1) permite aflarea vitezei ca:

Luand n=2, debitul volumic prin sectiunea inelara S_i va fi:

Tangenta unghiului de conicitate este:

unde "h" este inaltimea la care urca plutitorul,
        D diametrul sectiunilor maxime si minime ale tubului, iar
        L lungimea tubului.

Se gaseste pentru sectiunea inelara S_i = (p /4)(D_i² –D_min²) relatia:

unde C este o constanta ce include toate detaliile constructive. In acest fel se asigura o corelatie clara intre debitul instantaneu al fluidului de masurat Q si inaltimea la care se ridica imersorul "h".

2. Dispozitivul experimental

Dispozitivul experimental consta dintr-o pompa vibratoare care furnizeaza aer catre rotametru. Debitul poate fi reglat prin intermediul robinetului cu ac atasat rotametrului. Gazul este colectat sub apa de un clopot mobil care ne da posibilitatea sa etalonam sistemul.

3. Modul de lucru

1. Se conecteaza pompa, rotametrul si vasul cu apa prin intremediul tuburilor de plastic.
2. Se alimenteaza pompa si se verifica etanseitatea conexiunilor.
3. Se regleaza debitul cu robinetul ac pana cand flotorul rotametrului ajunge la diviziunea dorita.
4. Se pune capacul pe clopotul mobil si se porneste cronometrul.
5. Se opreste cronometrul cand clopotul a ajuns in pozitia de sus, corespunzatoare volumului fix de gaz masurat.
6. Desuruband capacul, clopotul revine la pozitia de jos, initiala.
7. Se reiau procedurile de la punctul 3 pentru un alt debit. Se fac astfel 5 – 7 determinari pentru diviziuni egal departate.

Cu timpii masurati se calculeaza debitul volumic stiind volumul clopotului mobil (400 ml):

Se reprezintza grafic debitul volumic in functie de inaltimea la care s-a pozitionat flotorul.

5. Rezultate experimentale

Nr.	h	t	QV
crt.	(div.)	(s)	(cm3 / s)