روتامتر, Rotameter

روتامتر چیست؟

روتامتر (Rotameter) یک دستگاه صنعتی برای اندازه گیری سرعت جریان سیالات مختلف مانند گاز و مایع است. این ابزار از یک لوله بزرگ و یک شناور تشکیل شده است. شناور نسبت به تغییرات سرعت جریان سیال پاسخ می‌دهد و پاسخ های آن خطی هستند. زمانی که یک سیال در حال عبور در تاسیسات است، اندازه گیری دبی جریان برای بررسی شرایط فرآیند و پروژه اهمیت ویژه‌ای دارد. پرکاربردترین انواع روتامتر، روتامتر آب، روتامتر هوا و روتامتر شیشه ای هستند.

نحوه استفاده از روتامتر به این صورت است که دارای یک قسمت ورودی و یک قسمت خروجی است. این دو قسمت به سیستم لوله کشی متصل شده و جریان سیال از داخل روتامتر عبور داده می شود. وزن مخصوص شناور از وزن مخصوص سیال بالاتر است. بنابراین در ابتدا شناور در قسمت پایین لوله مخروطی شکل قرار می گیرد. زمانی که شدت جریان افزایش می یابد، فشار به وجود آمده باعث بالا رفتن شناور در داخل بدنه مخروطی شکل شده و نتیجه صعود آن به عنوان یک عدد گزارش می شود. در روتامترهای شیشه ای عدد نشان داده شده توسط شناور به عنوان دبی جریان گزارش می شود. اما در روتامترهای فلزی شناور دیده نمی شود و برای خواندن شدت جریان سیال، تبدیل الکترومغناطیسی انجام می شود و ارتفاع مورد نظر به صورت یک عدد دیجیتالی گزارش می شود. در هر دو روش عدد به دست آمده یکسان هستند و تنها مکانیسم رسیدن به این اعداد با یکدیگر تفاوت دارند. روتامتر انواع مختلفی دارد که پرکاربرد ترین آنها روتامترهای زیر است:

• روتامتر شیشه ای
• روتامتر هوا
• روتامتر آب

اصول اولیه حاکم بر کار  فلومتر روتامتر

همانطور که در تعریف روتامتر ذکر شد، این ابزار دبی جریان سیال را با کمک یک شناور اندازه گیری می کند. در واقع شناور استفاده شده در این ابزارها وزن مخصوص بالاتری نسبت به دانسیته سیال عبوری دارد. زمانی که سیال مورد نظر عبور می کند، به مرور زمان فشار افزایش یافته و این افزایش فشار باعث بالا رفتن شناور در سطح مقطع روتامتر می‌شود. روتامترها مخروطی هستند و در قسمت پایین فشار بیشتری به شناور وارد می شود. زمانی که دبی جریان بالاتر می رود، شناور به سمت بالا با سطح مقطع عرضی پهن تر حرکت می کند.

این افزایش و کاهش سطح شناور تا زمانی ادامه می یابد که دبی جریان سیال ثابت شده و دیگر تغییری در موقعیت مکانی آن به وجود نیاید. در این حالت فرد می‌تواند از کنار به دستگاه روتامتر نگاه کرده و عدد مربوط به دبی جریان را مطالعه کند. برای کسانی که در مورد عدد درج شده بر روی بدنه ابزار دچار ابهام هستند، این عدد ها به کمک معادله زیر به دست می آیند. در این معادله C ضریب تجربی، A_r سطح بین گوی و بدنه مخروطی، V_f حجم گوی، ρ_f جرم حجمی گوی، ρ جرم حجمی سیال و A_f سطح پیشانی گوی (سطحی که از نمای بالا دیده می‌شود) هستند. بنابراین فرد به راحتی می تواند دبی جریان هر کدام از سیال ها را به کمک آن اندازه گیری کند. نکته نگران کننده‌ای که در اینجا وجود دارد این است که عدد گزارش شده تا حدود زیادی تحت تاثیر جرم حجمی سیال و در واقع نوع سیال قرار دارد. این یکی از بزرگترین ایرادات روتامترها در اندازه گیری دبی سیال است که لازم است فرد از سیال و جرم حجمی آن اطلاع کامل داشته باشد.

کاربردهای روتامتر

به طور کلی روتامترها در سیستمهایی استفاده می‌شوند که در آنها مایع یا گاز از طریق لوله انتقال داده می شود. به عنوان مثال ممکن است این ابزار در خطوط لوله نفت یک پالایشگاه استفاده شود و از آن برای اندازه گیری سرعت جریان نفت از یک محل به محل دیگر استفاده شود. جالب است بدانید که برخی از این ابزارها به صورت قابل حمل هستند و می‌توان از آنها برای اندازه گیری دبی جریان بزرگ همانند عبور آب از رودخانه ها و یا عبور جو و هوا استفاده کرد. بنابراین می توان ادعا کرد که کاربردهای روتامتر بسیار متنوع هستند و تا حدود زیادی تحت تاثیر انتخاب ما قرار دارد. در واقع گزینه ای که ما برای یک پالایشگاه انتخاب می کنیم کامل با گزینه ما در کاربرد های دیگر متفاوت است. از روتامترها به عنوان ابزار سنجش دبی جریان در تصفیه خانه ها و در سیستم های پمپاژ آب هم استفاده می شود.

انواع روتامتر از لحاظ جنس بدنه

یکی از فاکتورها برای دسته بندی روتامترها، مواد به کار رفته در ساخت آنهاست. نسل اولیه این ابزارها از جنس شیشه ساخته شده که با توجه به تغییرات فشار و تاثیر شرایط محیطی بر آنها، مدل های مختلف دیگری از آنها نیز ساخته شده است. به طور کلی انواع مختلف روتامترها را به سه دسته زیر تقسیم بندی می کنند:

 روتامتر شیشه ای

نسل اولیه و ابتدایی روتامترها هستند که از جنس شیشه و بر پایه بوروسیلیکات ساخته شده است. شناور داخلی این روتامتر ها ممکن است از جنس فلز، شیشه یا لاستیک باشد. شناورهای فلزی معمولا از استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ ساخته شده و در برابر خوردگی مقاوم هستند. لبه های این شناورها کاملاً تیز و مشخص بوده و فرد می تواند اعداد را به شکل دقیق تشخیص دهد. عناصر مهم و تعیین‌کننده در روتامتر، لوله و شناور هستند که نقش مهمی در اندازه گیری دبی جریان دارند.

روتامتر فلزی

برای فشار های بالاتر و درجه حرارت فراتر از محدوده عملیاتی لوله های شیشه ای، از لوله های فلزی استفاده می شود. این لوله ها معمولا از جنس آلومینیوم، برنج یا فولاد ضد زنگ ساخته می شوند. موقعیت پیستون یا همان شناور با کمک اصول مغناطیسی یا مکانیکی قابل تعیین است و در خارج از روتامتر به صورت یک عدد گزارش می شود.

عملکرد شناور و بدنه روتامتر فلزی تفاوت چندانی با روتامترهای شیشه ای ندارد و در حقیقت اعداد گزارش شده آن مربوط به دبی جریان هست. این ابزارها برای مواردی که فشار یا دما خیلی بالا باشد، یا احتمالا نیروهای دیگری به لوله آسیب بزنند، نسبت به لوله های شیشه ای بهتر هستند. در مورد فرایندهایی که دبی بخار سنجیده می‌شود، روتامترهای فلزی بهتر هستند.

روتامتر پلاستیکی

روتامترهای پلاستیکی به علت هزینه پایین و قدرت ضربه پذیری بالای آن ها مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها معمولاً از پلی‌کربنات ساخته می‌شوند و در آنها اتصالات فلزی و اتصالات پلاستیکی هم وجود دارد. تجهیزات پلاستیکی در فرآیند نصب حساس هستند و ممکن است باعث ایجاد خطا شوند. این ابزارها برای فرآیندهای مرتبط با بخار مناسب هستند و جایگزین خوبی برای روتامترهای شیشه ای محسوب می شوند.

موارد موثر بر انتخاب روتامتر

وقتی که به عنوان یک مهندس فرایند مسئول انتخاب روتامتر برای یک پروژه می شوید یا از طرف مدیر شرکت مسئول خرید یکی از این ابزارها هستید، مطمئناً کار شما بسیار سخت و پیچیده است و باید فاکتورهای مختلف را در نظر بگیرید. انتخاب این ابزارها فقط به خود محصول بستگی ندارد و شما باید شرایط پروژه را نیز در نظر بگیرید. به همین دلیل باید سعی کنید برای هر کدام از سوالات زیر پاسخی داشته باشید:

• ماکزیمم و مینیمم دبی جریان در این پروژه چند است؟
• ماکزیمم و مینیمم دما چند است؟
• اندازه لوله ها به چه صورت است؟
• آیا میخواهید روتامتر را به صورت مستقیم بخوانید یا از اعداد آن برای به دست آوردن دبی جریان استفاده کنید؟
• به چه مقداری از دقت نیاز دارید؟
• آیا به وجود یک شیر برای تنظیم جریان نیاز دارید؟
• آیا در فرایند شما فشار برگشتی وجود دارد؟
• حداکثر فشار فرآیند پروژه شما چند است؟

بدون شک پاسخ دادن به این سوالات شما را به چند دستگاه محدود می رساند که عملا انتخاب بین آنها بسیار ساده تر و راحت تر است. فقط به خاطر داشته باشید که این سوالات باید به شکل دقیق و با توجه به شکل پروژه پاسخ داده شوند.

مزایای روتامترها

کسانی که با دستگاه های مهندسی و سایر تجهیزات ابزار دقیق آشنایی دارند احتمالاً پیشنهاداتی در مورد استفاده از روش های دیگر برای سنجش دبی جریان دارند. اما در هر صورت روتامترها مزایا و امتیازات خاص خود را دارند که اپراتورهای سیستمی به راحتی می‌توانند از این مزایا بهره ببرند. از جمله مزایای روتامتر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• این ابزارها و از مواد اولیه ارزان قیمت ساخته شده اند و قیمت پایینی دارند؛
• عملکرد روتامترها تحت تاثیر هیچ کدام از نیروهای خارجی قرار نمی گیرد؛
• سیستم روتامترها به شکلی است که می توان از آنها در ابعاد مختلف استفاده کرد؛
• نحوه مطالعه دبی جریان در این ابزار ها بسیار ساده و مشخص است؛
• در دو شکل ثابت و پرتابل در دسترس هستند و این باعث بالارفتن کاربرد آنها می شود.

معایب روتامترها

قضاوت عملکرد روتامتر بدون در نظر گرفتن معایب آن اشتباه هست و نمی‌تواند نتایج مشخصی به ما بدهد. در واقع توجه به معایب این ابزار به ما کمک می کند که درک درستی از عملکرد آن داشته باشیم و در بهترین شرایط ممکن از آن استفاده کنیم. از جمله معایب روتامترها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نیاز به دیده شدن شناور و ساخته شدن بدنه آن به صورت شفاف (البته در نسل جدید این مشکل برطرف شده)؛
• باید به صورت عمودی استفاده شوند، چون تحت تاثیر وزن سیال قرار میگیرند؛
• ممکن است نتایج به دست آمده در روتامترها در برخی از سیالات قابل استناد نباشد؛
• در مورد سیستمهای با چند ماده اولیه متفاوت، لازم است که از چند روتامتر استفاده شود

نکاتی در مورد خرید روتامتر

از آنجایی که روتامترها برای اندازه گیری دبی سیال استفاده می‌شوند، بدون شک انتخاب آنها تحت تاثیر سیال قرار دارد. بنابراین اولین فاکتور مهم در خرید این ابزارها، توجه به وضعیت سیال است. در گام های بعدی باید فشار محیطی و فشار عملیاتی در نظر گرفته شوند. به هنگام خرید روتامتر چند نکته زیر باید رعایت شود:

• نوع سیال: اطلاعات سیال در مورد مایع یا گاز بودن آن و همچنین اطلاعاتی در مورد خورنده بودن آن به راحتی می تواند گزینه انتخابی ما را تحت تاثیر قرار دهد. به عنوان مثال، باید غلظت و حجم سولفوریک اسید در بررسی های صنعتی در نظر گرفته شود.
• دانسیته سیال: این فاکتور با واحدهای مشخصی مانند گرم بر سانتی متر مکعب مشخص می شود و حتی در دمای عملیاتی هم تاثیر گذار است. در واقع این دانسیته سیال باید با وزن مخصوص شناور در نظر گرفته شود و بهترین گزینه ممکن با توجه به شرایط مشترک بین آنها انتخاب شود.
• ویسکوزیته سیال: این معیار همانند دانسیته سیال است و با واحدهایی مانند سانتی استوک یا سانتی پواز گزارش می شود. این فاکتور هم با توجه به دمای عملیاتی تغییر می‌کند و باید در نظر گرفته شود.
• حداکثر دما و فشار عملیاتی: این اطلاعات به طور ویژه در پروژه ها و تاسیسات گازی نقش مهمی دارد.
• دبی جریان: باید در نظر گرفته شود که مقدار ماکزیمم و مینیمم دبی جریان در هر پروژه صنعتی به چه صورت است.
• توابع عملیاتی مورد نیاز: هنگام خرید روتامتر باید در نظر بگیریم که عملیات مورد نظر به چه ابزار هایی نیاز دارد و به طور کلی سیستم آن به چه شکلی طراحی شده است.
• مقیاس های مختلف برای اندازه گیری: این به شما بستگی دارد که از چه فاکتوری و مقیاسی برای خواندن دبی جریان استفاده کنید.

به عنوان نتیجه گیری باید بپذیریم که بدنه روتامتر از هر جنسی ساخته شده باشد، جنس شناور استفاده شده در این ابزار از هر ماده ای باشند، از هر روشی برای مطالعه نتیجه استفاده شود، عملکرد روتامترها مشابه بوده و همه آنها از یک سیستم یکسان بهره می برند. تنها تفاوتی که در اینجا وجود دارد این است که نوع روتامتر باید با توجه به شرایط فرآیند و نوع سیال انتخاب شود که به مرور زمان تحت تاثیر فاکتورهای مختلف قرار نگیرد.