Ryhmä 7: Lammen tulo- ja poistouoman virtaaman määrittäminen siivikoimalla, V-padon avulla ja volymetrisellä mittauksella.

Lammen tulo- ja poistouoman virtaaman määrittäminen siivikoimalla

Työn tarkoituksena oli määrittää Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouoman virtaama siivikoinnin avulla. Siivikossa on propelli, joka pyörii veden virtauksesta. Virtaama saadaan selville, kun kirjataan ylös propellin kierrosnopeudet per 30 sekuntia. Työvälineinä oli siivikon lisäksi rullamitta, kännykän sekuntikello ajanottamista varten ja muistiinpanovälineet.

Työ aloitettiin poisto-uoman luota. Mittasimme uoman syvyyden ja leveyden ja etsimme sopivan mittauskohdan. Mittaus suoritettiin kolmessa kohti uomaa: vasemmalla, keskellä ja oikealla. Jokaisessa kohdassa laskettiin, montako kertaa propelli pyörähtää 30 sekunnin aikana. Tämän jälkeen siirryimme tulo-uomalle tekemään vastaavat mittaukset.

Kuva 1: Siivikko Pieni-Valkeisen poisto-uomassa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tulokset

Poisto-uoma:

Poistouoman syvyys oli 10 cm (0,10 m) ja leveys 60 cm (0,60 m). Oletetaan, että uoma on suorakulmion muotoinen, jonka pinta-ala lasketaan kertomalla syvyys leveydellä eli 0,10 m*0,60 m = 0,060 m²

Virtausnopeus jokaisessa siivikointikohdassa lasketaan kaavalla V=k*n+ D, jossa

k= siiven hydraulinen nousu (meidän siivikko-laiteella 0,2591 m), n= siiven kierrosmäärä (kierrosta/s) ja D= siivikon kalibroinnin yhteydessä määritetty arvo (meidän siivikolla 0,005)

Poistouoman vasemmassa reunassa siipi pyörähti 5,25 kierrosta 30 sekunnin aikana, jolloin n= 5,25 kierrosta/30 s= 0,175 krt/s. Virtausnopeus vasemmassa reunassa on: V= 0,2591 m* 0,175 krt/s+ 0,005 = 0,0503425 m/s. Virtaama Q= A*V= 0,060 m² *0,0503425 m/s = 3,02*10^-3 m³/s = 3,02 l/s

Keskellä uomaa siivikko pyöri 6,75 kierrosta 30 sekunnin aikana eli n= 6,75 krt/ 30 s = 0,225 krt/s. Virtausnopeus keskellä uomaa on: V= 0,2591 m* 0,225 krt/s+ 0,005 = 0,0632975 m/s.

Virtaama Q= A*V= 0,060 m² *0,0632975 m/s = 3,80*10^-3 m³/s = 3,80 l/s

Oikealla reunalla siivikko pyöri 0,25 kierrosta 30 sekunninaika eli n= 0,25 krt/30 s= 0,008333 krt/s. Virtausnopeus oikealla reunalla on: V=0,2591 m* 0,008333 krt/s+ 0,005= 0,007159158 m/s

Virtaama Q= A*V= 0,060 m² *0,007159158 m/s = 4,29*10^-4 m³/s = 0,429 l/s

Tulo-uoma:

Tulouoman syvyys oli 9 cm (0,090 m) ja leveys 36 cm (0,36 m).  Poistouoman tavoin tulouoman pinta-ala lasketaan kertomalla syvyys leveydellä. Pinta-ala on 0,090 m*0,36 m = 0,0324 m²

Mittasimme siivikolla kierrosten lukumäärän kahdesti keskeltä, koska uoman reunojen syvyys oli liian matala mittaukseen. Molemmilla mittauksilla siivikko pyöri 5 kierrosta 30 sekunnin aikana eli n= 5 krt/ 30 s = 0,16666 krt/s

Virtausnopeus uomassa on: V= 0,2591 m* 0,1666 krt/s+ 0,005= 0,048183 m/s

Virtaama Q= A*V = 0,0324 m² *0,048183 m/s= 1,56*10^-3 m³/s = 1,56 l/s

Epävarmuudet

Uomien pohjat ja reunat eivät ole täydellisesti suorakulmion muotoisia. Uomien siivikointikohtien pinta-aloissa on epätarkkuutta arviolta 7-9 % verran.

Kuva 2: Muistiinpanot

 

 

 

V-pato mittaus

V-pato mittaus soveltuu hyvin pienten uomien virtauksen määrittämiseen. V-pato muodostuu pressuosasta ja v:n muotoisesta pato-osasta, jossa on mitta-asteikko. Harjoitus aloitettiin etsimällä sopivaa mittauskohtaa poistouomasta. Löysimme kohdan, jossa vesi luonnollisesti virtasi jyrkemmin alaspäin. Muokkasimme lisäksi lapiolla uomaa siten, että saimme veden "putoamaan" padosta alas. Asettelimme pressu siten, että uoman virtaama kulkeutui pressun päälle. Asettelimme kiviä pressun painoksi reunoille, jotta vesi ei virtaisi pressun alle.   

                                 Kuva 3. V-pato asennettuna

Mitä korkeammelle vesi nousee v-padossa, sitä suurempi virtaus on. Virtauksen määrittämisen aloitimme selvittämällä veden korkeuden mittapadossa. Mitta-asteikon mittaviivat ovat 0,5 cm välein. Poistouomassa veden korkeudeksi saimme 5cm ja tulouomassa 3cm.  Arvioimme myös kuinka paljon v-pato "vuotaa" eli  kuinka suuri osa virtauksesta kulkee pressupadon ohitse. Poistouomassa padotus onnistui hyvin, joten arvioimme, että noin 10 % virtaa ohi. Tulouoman mittauskohdassa oli haasteellista saada v-pato asennettua tiiviisti, koska uoma oli hyvin liejuinen. Poisto uoman ohi virtaavaksi osuudeksi arvioimme noin 30 %. Arvioidut ohi virtaukset huomioimme laskelmissa.

                        Kuva 4. Muistiinpanot V-padon korkeudesta ja volymetriset mittaustulokset

         Varsinaisen virtauksen (Q) lasku toimituksen  suoritimme alla olevalla kaavalla:

1. Poistouoman tilavuusvirtaus 

     Q = 0,766 l/s

Todellinen virtaus (Q), kun arvioitu ohivirtaama 10 % lasketaan mukaan.

Q = 0,85 l/s

2. Tulouoman tilavuusvirtaus

      Q = 0,214 l/s

Todellinen virtaus (Q), kun arvioitu ohivirtaama 30 % lasketaan mukaan.

Q = 0,31 l/s

Volymetrinen mittaus V-padon avulla

Volymetrisen mittauksen avulla määritettiin lammen tulo ja poistouoman virtaama V-padon avulla. Mittaukseen tarvittiin suurehko mitta-astia ja sekuntikello. Meillä oli litran vesiastia, josta otetettiin aikaa, miten kauan kestää vesiastian täyttyminen täyteen. Mittaus toistettiin viisi kertaa poisto- ja tulouomassa. Kuva 5 näyttää, miten volymetrinen mittaus tapahtuu.

Kuvassa 4 näkee meidän 5 mittauksen tulokset tulo- ja poistouomassa.

Kuva 5. Volymetrinen mittaus poistouomassa.

Tulouoman 5 mittauksen vesimäärän keskiarvoksi saatiin 3120 ml -> 3,12 l ja keskiarvo aika oli 7,95 s, joten virtaama l/s on 0,392 l/s.

Poistouoman 5 mittauksen vesimäärän keskiarvoksi saatiin 3590 ml -> 3,59 l ja keskiarvo aika oli 3,102 s, joten virtaama l/s on 1,15 l/s.

Volymetrisen mittaustuloksiin vaikuttaa: 

- Mitta-astian kaltevuus, koska se ei ole suorassa vaan vinossa, jolloin vesimäärä varmasti heittää.

- Myös V-padon falskaaminen, koska mitta-astiaan ei kerry kaikki vesi uomasta.