VENTURIMETRO
VENTURIMETRO (tubo Venturi)
Il venturimetro è un apparecchio che permette la misura delle portate dei fluidi nelle condotte in pressione.
Una diminuzione della sezione della condotta percorsa da un fluido in moto permanente provoca un aumento della velocità locale ed una corrispondente diminuzione della pressione, che è in relazione determinata con la velocità e quindi con la portata. Questa legge fisica, la cui enunciazione risale all'idraulico G. B. Venturi (v. XXXV, p. 137), in forza della nota equazione di Bernoulli
che lega la velocità V e la pressione p di un fluido incompressibile perfetto di peso specifico γ, corrente in un tubo orizzontale, si traduce per i liquidi nella formula:
in cui Q è la portata in volume in m.3/sec., s la sezione della strozzatura in m.2, p1e p2 le pressioni immediatamente a monte e a valle della strozzatura in kg./m.2, γ il peso specifico del fluido in kg./m.3, α un coefficiente numerico di efflusso, dipendente dal rapporto m fra l'area s della strozzatura e l'area S della sezione del tubo a monte e dal numero di Reynolds
dove V0 è la velocità nel tubo a monte di diametro D e v0 la viscosità cinematica del fluido nel luogo dove la velocità è V0.
La portata in peso G si ottiene moltiplicando Q per γ, cioè ponendo sotto il segno di radice il prodotto di p1 − p2 per γ anziché il quoziente.
Per i fluidi compressibili, ammesso che la espansione, mentre la pressione diminuisce, avvenga secondo la legge p/γk = costante, vale fra la velocità V e la pressione p, in luogo della relazione di Bernoulli, l'equazione di Saint-Venant:
dove V0, p0, γ0 sono la velocità, la pressione ed il peso specifico in una sezione riguardata come iniziale.
Nella formula di portata in peso che ne deriva si usa tuttavia introdurre un'espressione di forma identica a quella che figura nell'espressione della portata in peso per i liquidi, scrivendo
qui γ1 è il peso specifico del fluido corrispondente alla pressione p1 immediatamente a m0nte della strozzatura ed alla temperatura rilevata pure a monte; ed ε è un coefficiente dato da un'espressione calcolabile (almeno per approssimazione) e dipendente da
da k e da
Il numero k ha il valore 1,3 per il vapor d'acqua surriscaldato, 1,4 per i gas biatomici (aria, ossigeno, azoto, ossido di carbonio).
In base ai precedenti risultati generici si costruiscono i venturimetri, nonché altri apparecchi di misura designati col nome di ugelli e diaframmi.
Un venturimetro, nella normale costruzione per l'acqua, è costituito da un breve tratto convergente (ugello), avente la sezione meridiana opportunamente profilata, e da un tratto conico divergente; esso è collegato a un dispositivo manometrico che permette di rilevare la differenza di pressione generata.
Secondo la lunghezza del tratto divergente, da cui dipende il maggiore o minore ricupero dell'energia potenziale di pressione trasformatasi nella sezione minima in energia cinetica, si distinguono i tubi Venturi lunghi (fig. 1 e figura 2) da quelli corti (fig. 3). Nei primi il ricupero della pressione può raggiungere il 92 ÷ 94%; nei secondi l'84 ÷ 86%.
Gli strumenti di misura della differenza di pressione possono essere semplici manometri differenziali a mercurio o complessi sistemi che permettono direttamente un completo controllo delle portate istantanee e totali. Si hanno così apparecchi indicatori se permettono il rilievo della sola portata istantanea (v. fig. 4); apparecchi indicatori e totalizzatori se sono muniti anche di dispositivi per l'integrazione delle portate; indicatori-registratori se muniti di dispositivi per la registrazione delle variazioni delle portate su apposita zona di carta-diagramma, ed anche contemporaneamente indicatori-totalizzatori-registratori, come nella fig. 5.
I tipi più perfezionati comprendono congegni capaci di estrarre automaticamente la radice quadrata che compare nella formula precedente, in modo da fornire diagrammi planimetrabili.
Tali apparecchi possono essere provvisti di organi adatti trasmettitori, permettendo così l'azionamento elettrico, anche a notevoli distanze, di ricevitori che possono essere ancora indicatori, totalizzatori, registratori.
I tubi Venturi, dato il notevole ricupero di energia che essi permettono, vengono applicati quando è richiesto che la perdita di carico prodotta dall'apparecchio di misura sia contenuta entro limiti assai ristretti; ma sono ingombranti, e perciò si tende a dare la preferenza agli ugelli o ai diaframmi, collegati eon gli stessi apparecchi indicatori, totalizzatori o registratori sopra accennati.
Un ugello può essere riguardato come un dispositivo di riduzione della sezione limitato alla prima parte del tubo Venturi, senza il successivo tratto divergente; un diaframma è ancor meno ingombrante, perché è costituito da un disco munito di un foro circolare al centro, fornito di uno spigolo vivo verso monte (fig. 6).
Gli ugelli e i diaframmi sono stati e sono oggetto di accurati studî sperimentali, la cui elaborazione è affidata a un comitato dell'ente internazionale di unificazione I. S. A. (International Standard Association), affinché si pervenga ad una normalizzazione delle forme di tali apparecchi, delle disposizioni di impianto e dei coefficienti da introdurre nelle formule di portata.
Gli apparecchi normalizzati possono essere considerati come tarati a priori e perciò non richiedono la taratura in luogo, la quale può presentare difficoltà considerevolissime.
Il corrispondente italiano dell'I. S. A. è l'ente U. N. I., cui, per la materia di cui trattasi, porta il suo concorso il Consiglio Nazionale delle Ricerche.