Venturi Metre

Venturi metre, kapalı bir boru sistemi içinden akan sıkıştırılamaz veya sıkıştırılabilir bir akışkanın debisini (hacimsel akış hızını) ölçmek amacıyla kullanılan, kesit daralması prensibine dayanan bir akış ölçüm cihazıdır. 18. yüzyılda İtalyan fizikçi Giovanni Battista Venturi'nin keşfettiği "Venturi etkisi" prensibinden yola çıkılarak, 1888 yılında Amerikalı mühendis Clemens Herschel tarafından pratik bir ölçüm aracı olarak geliştirilmiştir.

Standart bir Venturi metre temel olarak üç ana bölümden oluşur:

1. Daralan Koni (Giriş Bölgesi): Akışkanın girdiği ve boru kesitinin belirli bir açıyla (genellikle 20°-22°) kademeli olarak daraldığı kısımdır. Bu daralma akışkanın hızlanmasını sağlar.
2. Boğaz (Kısılma Bölgesi): Kesit alanının en dar ve sabit olduğu kısa silindirik kısımdır. Akışkanın hızı burada maksimum, statik basıncı ise minimum seviyeye ulaşır.
3. Genişleyen Koni (Çıkış Bölgesi/Difüzör): Boğazdan sonra kesitin tekrar yavaşça (genellikle 5°-15° arası bir açıyla) genişleyerek ana boru çapına ulaştığı kısımdır. Daralan koniye göre çok daha uzun olmasının sebebi, akım ayrılmasını önlemek ve basınç geri kazanımını maksimum düzeyde tutarak enerji kayıplarını minimize etmektir.

Venturi metrenin çalışma prensibi, kütlenin korunumu (Süreklilik Denklemi) ve enerjinin korunumu (Bernoulli İlkesi) yasalarının eşzamanlı olarak uygulanmasına dayanır.

Süreklilik denklemine göre, boru içindeki debi sabit kaldığından, daralan kesitte akışkanın hızı artmak zorundadır:

A₁v₁=A₂v₂

Burada A₁ ve A₂ sırasıyla ana boru ve boğazın kesit alanlarını, v₁ ve v₂ ise bu noktalardaki akışkan hızlarını temsil eder.

Yatay olarak konumlandırılmış bir sistemde sürtünme kayıpları ihmal edildiğinde, sistemin 1 (giriş) ve 2 (boğaz) noktaları arasındaki ideal Bernoulli denklemi şu şekilde ifade edilir:

Bernoulli Denklemi

Bu eşitlikte ρ akışkanın yoğunluğunu, P₁ ve P₂ ise statik basınçları ifade eder. Kesit daraldığında hız artar (v₂>v₁) ve bu durum statik basıncın düşmesine neden olur (P₂<P1). Giriş ve boğaz kısımlarına bağlanan bir manometre veya fark basınç sensörü yardımıyla bu ΔP=P₁-P₂ farkı ölçülür. Elde edilen basınç farkı kullanılarak teorik debi hesaplanır ve cihaza özgü bir "deşarj katsayısı" (C_d) ile çarpılarak gerçek debi bulunur.

Enerji (yük) kaybı diğer akış ölçerlere (örneğin orifis plakası) göre çok düşüktür (%10-15 civarı). Yüksek debilerde, kirli veya katı partikül içeren akışkanlarda tıkanma riski olmadan yüksek hassasiyetle çalışabilir.

Üretim maliyetleri yüksektir, kurulumu için boru hattında uzun bir düz mesafe gerektirir ve oldukça ağır, hacimli cihazlardır.

Sanayide ve mühendislikte geniş bir uygulama alanına sahiptir. Su ve atıksu şebekelerinde, kimyasal proseslerde ve petrol boru hatlarında büyük ölçekli debi ölçümleri için tercih edilir. Ayrıca termodinamik tasarımlarda, havacılıkta karbüratör sistemlerinde yakıt-hava karışımının vakum etkisiyle (Venturi etkisi) emilerek silindirlere iletilmesinde ve aerodinamik rüzgar tüneli kalibrasyonlarında aynı temel fiziksel prensipten faydalanılır.