BMEEOVVAI17 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

V Í Z M É R N Ö K I

EURÓPAI UNIÓ STRUKTURÁLIS ALAPOK

M É R Ő G Y A K O R L A T BMEEOVVAI17 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére

„Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése” HEFOP/2004/3.3.1/0001.01

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 A hidrometriai mérések tananyagrész jegyzete: Koris K.-Winter J.: Hidrológiai mérőgyakorlat. (91099) Műegyetemi Kiadó Budapest, 1999.

Dunai mérések A Dunán végzett hidrológiai mérések összefoglalják a vízfolyásokkal kapcsolatos szinte valamennyi hidrometriai műveletet. Ennek megfelelően a következő mérések végrehajtására kerül sor: ► Keresztszelvény felvétel, ► Vízsebességmérés, ► Vízhozam meghatározása, ► Hordalékmérés, ► Vízszinesésmérés, ► Mederfelvétel (hagyományos műszeres, és ADCP-vel történő). A tanulmányokhoz használható irodalmak: Németh E.: Hidrológia és hidrometria. Tankönyvkiadó, Budapest. 1959. Kontur I.-Koris K.-Winter J.: Hidrológiai számítások. (Tankönyv.) Linográf Kiadó, 2003. Zsuffa I.: Műszaki hidrológia. I.-IV. Műegyetemi Kiadó, 1999. V Nagy I.-Winter J.-Kontur I.-Koris K.: Hidrometria. (J 9-1111) Tankönyvkiadó, Bpest, 1976. Vízügyi Minisztérium: Vízrajzi észlelések és mérések előírásai. Műszaki előírások. (ME 10231-1-től 37-ig.) VITUKI Budapest, 1996. Verhooven-Kardoss: Hydrometry Keresztszelvény felvétel A keresztszelvény felvétel függélyek kijelölésével kezdődik, majd azokban a vízmélységet kell megmérni, valamint a parttól való távolságot. A mélységmérés módjai: - szondarúddal (piros-fehér, dm-es és 1 m-es osztás, 4-6 m hosszú), - ingával (főleg folyóknál, lásd még szelvényfelvétel és sebességmérés), - ultrahangos mélységmérővel (pl. Hecta Echolot): 2b

A: adó, V: vevő 2

A

v· t 2

V

m0

v· t 2

m

⎛ v ⋅t ⎞ 2 M = m + m0 = ⎜ ⎟ − b + m0 2 ⎠ ⎝ M

ahol v: az ultrahanghullám terjedési sebessége vízben, t: adás-vétel időpontja között eltelt idő Miután: M » b , -b2≈0, így: M=

v⋅t + m0 2

1

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17

Vízsebességmérés A vízsebességmérés eszközei a sebességmérő szárnyak, melynek főbb típusai az alábbiak: - Hajós-Zsesztovszkij, - Nyugatdunántúli VÍZIG, - OTT Minor, SEBA, - NAUTILUS, - ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler), A sebességmérés megadja a függélyben a függélymenti sebességeloszlást: Sebességi profil: v [cm/s]

Koncentráció eloszlás: Fajl. hord. transzport= = hordalék fluxus c [cm/s] g [g/s m2 ]=v·c

(Az ábrán a hordalékmérést is feltüntettük, ezt lásd később. A kettőt együtt mérik.) Valamennyi függély sebességeloszlását megmérve, a keresztszelvény sebességi viszonyai az un. izotach vonalakkal (azonos sebességeket összekötő vonalakkal) ábrázolhatók.

2


Vízhozam meghatározása Vízfolyások, folyók vízhozamát közvetett módon sebességméréssel határozzuk meg. A sebességek mérésén, számításán túlmenőleg a keresztszelvényt is meg kell határozni, hiszen a vízhozamot a: Q = v · A (m3/s) egyszerű folytonossági egyenlettel számítjuk. (Megjegyezzük, hogy kisvízfolyások esetén a vízhozam meghatározásának még számos egyéb módja is van.) Hordalékmérés Vízfolyás összes hordalékhozama: G = Gg + Gl + Gol görgetett lebegtetett oldott

A folyók hordalékszállításának legfontosabb komponense a lebegtetett hordalék. Gl - a lebegtetett hordalék hozam meghatározása: Miután:

Qli = vi Ai

így:

Gli = ci Qi = ci vi Ai

Gli[g/s] = 0,01 vi[cm/s] ci[mg/l] Ai[m2] Gli vi ci Ai

- pillanatnyi lebegtetett hordalék szállítás, - vízsebesség, - hordalék töménység, vagy koncentráció, - keresztmetszeti terület.

Fajlagos hordalék transzport (=hordalék fluxus): gli[g/sm2] =

G li = 0,01 vi[cm/s] ci[mg/l] Ai

(Anyagfluxus: felületegységen áthaladó anyagmennyiség időegység alatt.) Koncentráció mérése: - palack, - gyorsmintavevő (Nyugat-dunántúli VÍZIG) timony gömbcsapok

A hordalék koncentráció és a lebegtetett hordalék fluxus függélymenti eloszlására a vízsebesség mérésnél láttunk példát.

3


Vízszinesés-mérés A mérést a partvonal menté, két ismert magassági pont felhasználásával végezzük, az alábbi vázlat szerint: Metszet

Helyszínrajz 1669 fkm + “C”

Vízszintes iránysík

Duna

∆

1668 fkm + “D”

Alappont Vízfelszín

A mérés szintezéssel történő pontos végrehajtása azért lényeges, mert a folyók vízszinesése igen kicsiny. Mederfelvétel A mederfelvétel a folyó egy hosszabb szakaszának felmérését jelenti abból a célból, hogy segítségével a szintvonalas medertérkép, vagy mélységvonalas térkép elkészíthető legyen.

Módjai:

hagyományos műszeres mérőhajóval ADCP-vel

Hagyományos: Műszeres: Mérőhajóval: ADCP-vel:

Keresztszelvények sorozatos felvételével. szondás tachiméter, szondirtachigráf, lézertávmérő - számítógépes mérőadatgyűjtő rendszer (pl. SOKKISHA mérőállomás-távmérővel – mérőadatgyűjtő ultrahangos mélységmérővel: echolottal). ezt a módszert kizárólag a hazai vízrajzi szolgálat használja. az akusztikus doppler elvű mérést a mérőgyakorlaton bemutatjuk.

A mérőcsónak mozgása: (a csónakban árboc+tárcsák vagy prizmák vannak) - folyóvízben (Duna) - állóvízben (Balaton, Velencei tó, Királyréti tó) - állóvízben: a feladathoz szabott, kötetlen.

4

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 - folyóvízben:

régen:

ma:

m.á.

m.á. ... 3 2 1

Kisvízfolyások expedíciószerű vízhozam-mérés sorozata A méréssorozatot a Börzsöny hegységben, a Török-Morgó patakon végzik a mérőcsoportok. Az expedíciószerű méréssorozat célja a vízfolyás pillanatnyi vízhozam hossz-szelvényének meghatározása. A vízhozam méréseket a következő módszerekkel végezzük: ► Köbözés, ► Billenőedényes vízhozam-mérés, ► Vízhozam-mérés mérőbukóval, ► Kémiai vízhozammérés, ► Vízhozam-mérés danaidával, ► Vízhozam-mérés sebességmérő szárnnyal. A fontosabb mérések menetét a következő táblázatok és grafikonok mutatják be. Kémiai vízhozam-mérés sózással

Az ismert és egyszerű vízhozam mérések mellett (köbözés, billenőedényes, mérőbukós, danaidás, sebességmérő szárnnyal történő), újszerű a kémiai vízhozam-mérés. A mérendő patak egy rövid szakaszára felírt sóháztartási egyenlet: S = c1·Q·∆t + c2·Q·∆t + … + cn·Q·∆t Ebből az egyenletből az ismeretlen vízhozam számítható: Q=

S T ⋅C

Miután a sókoncentrációt közvetlenül nem tudjuk mérni, csak a vezetőképességet (ún. konduktométerekkel), nagyfontosságú az alábbi vezetőképesség-sókoncentráció összefüggés:

5


A patak vízhozama folyamatos sóoldat adagolással is meghatározható, ehhez azonban speciális adagolóberendezés szükséges.

Meteorológiai észlelések és mérések, műszerbemutató A meteorológiai, hidrológiai és egyéb műszerek bemutatása az alábbi csoportosításban történik: Hőmérsékletmérés.

► Normál vagy állomáshőmérők, ► Maximum-minimum hőmérők, ► Hőmérséklet írók (bimetallikus termográfok), ► Talajhőmérséklet mérők (hajlítottvégű hőmérősorozat, Lamont-szekrény), ► Merítőedényes vízhőmérő. Légnyomásmérés.

► Légnyomásmérő (Fuess-féle higanyos barométer), ► Légnyomás író (aneroid barográf). Légnedvesség tartalom mérés.

► Hajszálas higrométer, ► Száraz-nedves hőmérőpár, ► Pszichrométerek (Assmann-féle aspirációs pszichrométer), ► Higrográfok (hajszálas nedvességtartalom író). Összetett műszerek.

► Termo-barográf, ► Termo-higro-barográf.

6


Napsugárzás mérése.

► Heliográfok vagy napfénytartam-mérők (Campbell-Stockes-féle heliográf), ► Pirheliométerek, ► Albedométerek (Janisevszkij-Kalitin-féle albedométer). Szélmérések.

► Wild-féle nyomólapos szélzászló, ► Anemométerek (kézi kanalas típusok), ► Univerzális szélíró. Csapadékmérés.

► Csapadékmérő (Hellmann típusú ombrométer), ► Csapadékíró (Hellmann típusú ombrográf), ► Billenőedényes csapadékmérő. Távjelző meteorológiai észlelőcentrum. Standard meteorológiai műszerház. Párolgásmérés.

► Párolgásmérő kádak („A”-típusú, GGI-3000-típusú, „U”-típusú), ► Leolvasó berendezés: Fazekas-féle kúptárcsás mikrométer. Beszivárgás mérők.

► Müntz-Laine készülék, ► Kazó-féle esőztető berendezés, ► Esőztető parcella. Vízállásmérés.

► Lapvízmérce, ► Rajzoló vízmércék (Metra, VRD-1), ► Hordozható rajzoló vízmérce (lengyel típus). Hordalékmérések.

► Lebegtetett hordalék gyors-mintavevők (palackos, szombathelyi típusú), ► Görgetett hordalék mintavevő (Károlyi-féle). Egyéb vízhozam-mérő eszközök.

► Pitot cső, ► Szabványos mérőszűkület.

7


Talajvízmérések, kutak, csáposkutak bemutató A mérésekre a Szentendrei szigeten, Horány térségében kerül sor, a Műegyetemi mérőteleppel közel átellenes oldalán a Dunának. Célja kettős: - talajvízállások meghatározása, - a Fővárosi Vízművek víztermelésének bemutatása, mely a felszínalatti vízkészletek egyik legfontosabb felhasználását jelenti. A mérés végeredménye: a vizsgált kútcsoportok környékén a talajvíztükör hidroizohipszáinak (szintvonalainak) meghatározása. A rendelkezésre álló adatok

A megmérendő kutak helyszínrajzát bemutató M = 1:10.000 méretarányú térkép. A mérésbe bevont kutak megnevezése és kútperem-magasság adatai. Ezek a következők. UM2 megfigyelő kút, peremmagasság: 103,955 m B.f. UM3 megfigyelő kút, peremmagasság: 104,388 m B.f. Horány III/1 termelő kút, peremmagasság: 107,400 m B.f. Horány III/2 termelő kút, peremmagasság: 107,440 m B.f. Horány III/3 termelő kút, peremmagasság: 107,220 m B.f. A vizsgálatba be kell vonni a közeli Duna vízszintet. Ez az 1669. sz. fkm-nél található magassági pont figyelembevételével adódik. A magassági alappont magassága: 100,924 m B.f. A helyszíni mérések.

A kutak vízszintjét „tojózással” illetve leolvasással, a Duna szintjét az alappontra szintezéssel kell meghatározni. Szükséges eszközök: talajvízszint-észlelő szonda, mérőszalag, komplett szintezőműszer, vízszintrögzítő berendezés. Feldolgozott adatok.

A Horány III. telep 1. sz. csáposkútjának egy rövidebb vízállás idősorát az alábbi ábra mutatja be. Horány III. telep 1. sz. csáposkút A kút vízszintjeinek idősora. 2003. április-május hónapok.

t [nap] 2003.ápr.01

2003.ápr.08

2003.ápr.15

2003.ápr.22

2003.ápr.29

98,5

Vízállás [m B.f.]

98,4

98,3

98,2

98,1

98

97,9

97,8

8

2003.máj.06

2003.máj.13

2003.máj.20


Mérések a lefolyási parcellán, a beszivárgási görbe meghatározása A mérőtelepen kialakított kisméretű parcellán a vízháztartási elemek bemutatása és gyakorlása történik. A csapadékot esőztető szórófejek szimulálják, a felszíni lefolyás mérése billenőedényes vízhozam mérővel történik. A vízmérleg ellenőrzését a hálózati vízóra leolvasások biztosítják. A legfontosabb hidrológiai eredmény a beszivárgási görbe megszerkesztése és számítása az alábbi beszivárgási modellek egyikével: Kosztjakov modell:

b(mm/h) = c·n·t n-1,

ahol: t-min., c, n, állandó. Horton:

itt: k-talajállandó. Philip:

b = bo+(bmax-bo)·e-kt,

b = 30·S / t1/2 + Z,

ahol: S, Z-talajállandók, Z≈bo.

9


Hidraulikai laboratóriumi mérések Bevezetés A laboratóriumi gyakorlat célja: - az elméleti ismeretek gyakorlati bemutatása

- ismertetni a vízépítési laboratóriumok berendezéseit, műszereit, mérési módszereit - szemléltetni a legjellemzőbb hidraulikai jelenségeket - kísérleti mérések alapján igazolni egyes elméleti tételeket, meghatározni néhány hidraulikai kísérleti állandót - a laboratóriumi mérések, mérési adatok feldolgozása területén gyakorlati tapasztalatok szerzése

Balesetvédelmi előírások - a hallgatók csak a vezető oktatójuk kíséretében tartózkodhatnak a laboratóriumban - a karbantartó és szerelőműhelyekbe a hallgatók csak a vezető oktató engedélyével léphetnek be - a szerelő és karbantartó gépekhez, berendezésekhez hozzányúlni, azokat működtetni TILOS - az elektromos kapcsolótáblákhoz hozzányúlni TILOS - a laboratóriumba élelmet bevinni, illetve étkezni nem szabad - a laboratórium területén a dohányzás és nyílt láng használata TILOS - az oktatási modelleket működtetni, azokon méréseket végezni csak a vezető oktató engedélyével és felügyeletével lehetséges - a központi szivattyúrendszert bekapcsolni, illetve leállítani csak a vezetőoktató engedélyével lehet - bármiféle rendellenességet, illetve műszaki hibát azonnal jelezni kell a vezető oktatónak, vagy valamelyik a laboratóriumban tartózkodó technikai kisegítő személynek - a legkisebb balesetet vagy sérülést is a vezető oktatónak azonnal jelezni kell - az oktatási modelleken a mérések befejeztével a vízcsapokat el kell zárni főbb veszélyforrások: - elektromos kapcsolószekrény - szivattyúház - padlócsatorna

10


A laboratórium főbb berendezései A laboratóriumban a vízépítési és a vízgazdálkodási szakterülettel kapcsolatos oktatási, modellkísérleti, félüzemi és üzemi tevékenységet, illetve kutatásokat végeznek. A laboratórium, hogy e sokrétű feladatnak megfelelően eleget tudjon tenni, az alábbi követelményeknek kell eleget tennie: - a modellek és kísérleti berendezések, mérőműszerek elhelyezésének lehetősége, - a kísérletekhez szükséges vízmennyiség és vízhozam biztosítása A laboratóriumban a vízellátás zárt, önálló rendszerben működik. Ez azt jelenti, hogy az ún. mélytartályból szivattyúval felemelik a vizet a túlfolyóval ellátott magastartályba, innen a víz zárt csővezetékeken keresztül eljut a mérőberendezésekbe. A mérőberendezésekből az üvegcsatornához, illetve a modellekhez jut, majd felhasználás után a padlószint alá süllyesztett visszavezető csatornákon keresztül ismét a mélytartályba kerül a víz. A kisebb vízigényű, főleg oktatási modellek vízellátása a városi vízhálózatról történik. mélytartály: Lényegében a tároló medence szerepét tölti be, amely a laboratóriumban a

padlószint alatt létesült. A mélytartály vízzel való feltöltése a városi ivóvízhálózatról történik. A kísérletek befejeztével a szennyeződött víz a leürítő nyíláson keresztül a városi szennyvízhálózatba távozik. szivattyúk: A mélytartályból a körfolyamathoz szükséges vizet elektromotorral hajtott

szivattyúkkal emelik fel a magastartályba. (Jelenlegi kapacitás kb.70 l/s) magastartály: A magastartály kettős szerepet tölt be a víz körfolyamatában. Egyrészt

kiegyenlíti a szivattyúk egyenlőtlen vízszállítását, másrészt a vízhozam-mérő berendezések előtt biztosítja az állandó víznyomást. A magastartály három fő részből áll: - csillapítótér (a szivattyútól a nyomócsövön át érkező víz energiájának megtörése) - az állandó vízszintet biztosító tér - a túlfolyótér az ejtőcsővel (a túlfolyórendszeren átbukó felesleges víz mélytartályba történő visszavezetésére) A szivattyúból a nyomócsövön át érkező víz energiáját a nyomócső fölé helyezett rácssorral törik meg. Az állandó vízszintet, illetve nyomást a magastartályba beépített túlfolyó vályúk sorozatával biztosítják. A túlfolyó vályúk bukóélének hosszát azzal a megkötéssel méretezték, hogy a legnagyobb szállítandó vízhozam és a legkisebb vízelvétel esetén se legyen 1 cm-nél nagyobb átbukási magasság. A szivattyúk által szállított víz és a

11

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 kísérletekhez felhasznált vízhozam közötti különbséget a túlfolyókon keresztül az ejtőcső a mélytartályba vezeti vissza. A magastartályból, illetve a mérőberendezésből a vizet csővezetékeken keresztül vezetik a kísérleti berendezésekhez. Ezek a csővezetékek lehetnek állandó beépítésűek, vagy alkalmanként beépített csövek. csillapító berendezések: A csillapító berendezések célja a modellekhez, kísérleti

berendezésekhez érkező nagysebességű víz csillapítása, energiájának megtörése, áramlási irányának szabályozása, a modellre való helyes rávezetés biztosítása. A csillapítás megoldható terelő lemezekkel, rácsokkal, merülőfalakkal, nagyméretű zúzottkővel töltött elemekkel, úszódeszkákkal, stb. vízszintszabályozó berendezések: A vízszintszabályozó berendezéseket a csatornák, vagy az

egyes modellek végén alkalmazzák. Céljuk a vízszintnek a kívánt magasságra való beállítása, illetve a csatornában megkívánt vízsebességek előállítása. Ilyenek a zsiliptáblák, a különböző tiltók, pillangós zsilipek, stb.

12


A mérésekről általában A tantárgy keretében hét laboratóriumi mérést kell elvégezni. A mérések mindegyike kapcsolódik valamely hidraulikai alapjelenséghez. A feladatok elvégzéséhez szükséges elméleti alapismereteket a HIDRAULIKA I és HIDRAULIKA II tantárgy keretében már megismerhették a hallgatók. Ezek ismétlésére, felidézésére, a laboratóriumi mérésekre szánt idő rövidsége miatt nincs mód és lehetőség, ezért a mérési feladatok részletes leírásánál kitérünk arra, hogy hol és melyik jegyzetben lehet az adott feladat elméleti részét átismételni. A mérések során a vízhozamok, a vízszintek, a piezometrikus nyomásszintek méréseit többször kell majd megismételni, így ezek mérési lehetőségeit egybegyűjtve mutatjuk be. vízhozammérés

A vízhozamok mérését a laboratóriumokban kis vízhozamoknál köbözéssel, nagyobb vízhozamoknál külön hitelesített mérőbukóval, mérőperemmel végzik. A mérésektől általában ± 2 - 3 %-os pontosságot kívánnak meg. köbözés: A köbözést alapmérési eljárásnak is nevezik, mert minden fajta vízhozam-mérő

berendezés tarázására, illetve hitelesítésére felhasználható. Az egyik leggyakrabban alkalmazott eljárás a vízépítési laboratóriumokban. A köbözés lényegében abból áll, hogy a mérőhelynél egy edénybe mért időtartam (T) alatt vizet engednek, és mérik ezen idő alatt felfogott víz térfogatát (V), illetve súlyát. A vízhozam V l / s, m 3 / s ezek ismeretében könnyen kiszámítható: Q = T A kellő mérési pontosság elérése céljából, a vízhozamhoz igazodóan legalább 15-30 másodperc mérési időt kell választani, mert így a köbözés hibája csökken. A köbözésnél a mérési idő alatti átlagos vízhozamot kapjuk meg. A köbözést az egyes mérőberendezések hitelesítésénél úgy használhatjuk fel, hogy több különböző vízhozamot állítunk be, majd mérjük az egyes beállításoknál kifolyt vízmennyiséget, az ehhez tartozó időt és az egyes vízhozamokhoz tartozó nyomásmagasságot, illetve nyomáskülönbség értékeket. Ezeket az értékeket koordináta rendszerben felrakva megkapjuk a hitelesítendő berendezés Q = f ( h ) vízhozam görbéjét. mérőbukó: A mérőbukókat a bevágás alakja, feltalálója stb. szerint nevezték el. Ismertebbek

az oldalkontrakció nélküli (Bazin-féle) és az oldalkontrakciós (Poncelet, Thomson, Cipoletti) bukók. A mérések egyszerűsítése miatt használják még az ún. lineáris bukókat, amelyeknél az

13

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 átfolyó szelvény kialakítása olyan, hogy a vízhozam és a mérőmagasság közötti kapcsolatban a mérőmagasság az első hatványon szerepel. A mérőbukó típusok közül laboratóriumi mérésre elsősorban az élesszélű - beépített, vagy hordozható - bukókat alkalmazzák. A bukókat mindig úgy kell kiképezni, hogy az élesszélű átbukás biztosítva legyen. Az átbukó víz felszínének a bukóéltől való magassága 3 egyértelműen meghatározza a vízhozamot; általános képlete: Q = m ⋅ b ⋅ 2 ⋅ g ⋅ h 2 ahol: m a

vízhozam-tényező, b az átbukási szélesség, h az átbukási magasság ( a bukóéltől 4-5 h távolságban mérve), g a nehézségi gyorsulás (térerő). mérőperem: A mérőperemek a nyomáskülönbség alapján működő, nyomás alatti csővezetékekben alkalmazható vízhozam-mérő berendezések. A mérőperemek a csővezetékben elhelyezett élesszélű, a cső belső átmérőjénél szűkebb átmérőjű nyílások. A mérőperem két oldalán kialakuló nyomáskülönbség a vízhozamnak megfelelően változik. A nyomáskülönbséget differenciálmanométerrel lehet mérni, és a hidraulika törvényei alapján összefüggésbe lehet hozni a vízhozammal. ∆h = f ( v2 )

vízszint mérés

A vízhozam mérésekkel kapcsolatban mindig találkozunk a vízszintmérés és nyomásmérés feladatával. A vízszintek mérésére használatosak a mérőtűk, illetve piezométer csövek. mérőtű: A mérőtű minden oktatási és kutatási intézmény hidraulikai laboratóriumának elengedhetetlenül szükséges mérő berendezése. Segítségével igen pontosan meghatározható az állandó vízfelszín egy adott ponttól, szinttől való távolsága. A mérőtű egy fogazással ellátott, milliméteres osztású fémrúdból, e rúdba csavarható acéltűből és a fémrúdnak függőleges vezetést adó szerelvényből áll, amelyet egy fémhídra rögzítenek. A szerelvényben lévő mérőtű függőleges irányban precíziósan mozgatható a vízszintes tengelyű csavarral, és a vízszintre állítható. piezométer cső: A piezométer csövek a közlekedő edények elvén alapulnak. A mérési szelvényekben a fenéken, vagy az oldalfalakba vékony csöveket építenek be. Ezektől a megcsapolási helyektől gumi, vagy műanyagcső vezet egy leolvasó táblához, melyre függőlegesen elhelyezett üveg vagy plexi piezométer csövek vannak elhelyezve. A csövek célszerű átmérője a víz kapillaritását is figyelembe véve 6-15 mm. Ha a megcsapoló csövek úgy vannak elhelyezve, hogy bennük a vízmozgás dinamikus komponense zérus, úgy a piezométer csövekben a vízszint a megcsapolási pontok feletti vízszinttel egyezik meg. A

14

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 leolvasás a csövek mögé helyezett milliméterpapíron feltüntetett szintmagasságok segítségével végezhető el.

Víznyomásmérés

A nyomásmérők egyik csoportját, a folyadékos nyomásmérők alkotják. Ezek a hidraulikából ismert elv alapján működnek; ui. a szabadfelszínű folyadéktérben a túlnyomás nagyság megegyezik a folyadékszinttől mért magasság és a folyadék fajsúlyának szorzatával. Tehát ennél a mérési eljárásnál a nyomást a hozzátartozó folyadékoszlop magasságával lehet megadni. Piezométer-cső: A legegyszerűbb folyadékoszlopos nyomásmérő a piezométer-cső, amelyet részletesen már az előbb ismertettünk. differenciál-manométer: Előfordulnak olyan esetek, amikor a nyomáskülönbséget kell mérni. Ilyenkor a differenciál-manométert alkalmazzák. A nyomáskülönbséget, az U alakú cső két szárában kialakuló folyadék-szintkülönbség adja meg.

A különböző tényezők, jellegszámok meghatározásánál a g nehézségi gyorsulás (térerő) nagyságát 9,81 m/s2 (N/kg) értékkel kell figyelembe venni. A mérési eredmények kiértékelésénél a mértékegységek (dimenziók) egyezésére ügyelni kell.

15


1. sz. mérés Hidraulikailag rövid és hosszú csővezeték veszteségtényezőinek meghatározása Elmélet:

Hidraulika I. jegyzet: 43., 44., 45., 62., 63., 64. fejezet

Az elvégzendő feladatok:

1.) Az adott csővezetékrendszer helyi és súrlódási veszteségtényezőinek meghatározása 2.) A beépített Venturi-cső és mérőperem hitelesítési egyenletének meghatározása, vízhozam görbéjének megrajzolása. 3.) A csővezetékrendszer egy adott (a mért legnagyobb) vízhozamához tartozó relatív energia és nyomásvonal megrajzolása.

Alapadatok:

A vékonycső belső átmérője: A vastagcső belső átmérője: Venturi szűkület átmérője: A mérőperem átmérője: A hosszú csővezeték hossza:

24 mm 50 mm 14 mm 18 mm 2000 mm

A feladat elvégzése:

A veszteségtényezők meghatározásához szükség van a helyi veszteséget okozó szelvényben a középsebességre, illetve a sebességhez tartozó valamint a sebességből származó nyomás különbségre. A középsebesség a folytonossági törvény alapján, a vízhozamból származtatható. A vízhozamot köbözéssel kell meghatározni. A nyomáskülönbséget a beépített piezo-megcsapolásokhoz kapcsolt piezométerek segítségével lehet leolvasni. A pontos értékek meghatározásához legalább nyolc különböző vízhozam beállítása szükséges. Minden egyes vízhozam beállításhoz meghatározható a veszteséget

16

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 okozó szelvényekhez, illetve idomokhoz tartozó veszteségtényezők értéke. Az így meghatározott veszteségtényezőket külön-külön átlagolva kapjuk meg a szelvényekhez, idomokhoz tartozó veszteségtényezők értékeit. A Venturi szűkület és a mérőperem vízhozam-görbéjét a helyi veszteségek meghatározásával párhuzamosan lehet meghatározni. A különböző vízhozamokhoz tartozó nyomáskülönbség értékeket kell leolvasni a piezotáblán, majd ezen pontpárokat kell grafikusan ábrázolni. (A vízszintes tengelyen a vízhozam szerepeljen.) A hitelesítési egyenletek meghatározására matematikai statisztikai, illetve grafikus módszerek ismertek. A Venturi szűkület és a mérőperem hitelesítési egyenletének általános alakja: Q = C ⋅ ∆h ( C: állandó) ahol: Q az átfolyó vízhozam, ∆h a nyomómagasság-különbség, és C egy állandó, mely magába foglalja a keresztmetszeti terület, a nehézségi térerő és a vízhozam-tényező értékét is. A relatív energia és nyomásvonal meghatározásához szükség van az átfolyó víz sebességeire, illetve a mérési szelvények nyomásszintjeire. A sebességeket a vízhozamból, a nyomásszinteket pedig a szelvények megcsapolásából kiágazó piezométer-csövekkel lehet meghatározni.

Mellékletek:

1.1. Vízhozamok meghatározása (táblázat) 1.2. Belépési veszteségtényező meghatározása (táblázat) 1.3. Hirtelen szelvénytágulat veszteségtényezőjének meghatározása (táblázat) 1.4. Hirtelen szelvényszűkület veszteségtényezőjének meghatározása (táblázat) 1.5. Ívcső veszteségtényezőjének meghatározása (táblázat) 1.6. Könyökcső veszteségtényezőjének meghatározása (táblázat) 1.7. Hosszú csővezeték súrlódási veszteségtényezőjének meghatározása (táblázat) 1.8. Venturi szűkület vízhozam-egyenletének meghatározása (táblázat) 1.9. Mérőperem vízhozam-egyenletének meghatározása (táblázat) 1.10. Milliméter beosztású rajzpapír

17


2. sz. mérés Lamináris és turbulens áramlások vizsgálata

Elmélet:

Hidraulika I. jegyzet : 41., 62., 63. fejezet


1.) A beépített üvegcső Re - λ jelleggörbéjének meghatározása (Moody-diagram)

Alapadatok:

A üvegcső belső átmérője: A piezomegcsapolások távolsága:

5,0 mm 1000 mm

A feladat elvégzése:

Az áramlás jellegének eldöntéséhez ismernünk kell a Reynolds-számot. Az áramlás Reynolds-számának meghatározásához szükség van a csőben lévő vízmozgás középsebességének nagyságára, illetve a víz kinematikai viszkozitásának értékére. A középsebesség a folytonossági törvény alapján, a vízhozam és az átáramlási felület hányadosából számítható. A kinematikai viszkozitás mértéke függ a folyadék, jelen esetben a víz hőmérsékletétől. A víz dinamikai viszkozitásának értéke 0 °C -on: η0 = 1,8 10-3 Ns/m2 A víz hőmérsékletét (t) higanyos hőmérővel lehet megmérni. A víz dinamikai viszkozitása t [° C] hőmérsékleten:

η=

η0

1 + 0, 0337 ⋅ t + 0, 00022 ⋅ t 2

A dinamikai viszkozitásból a kinematikai viszkozitás (ν) meghatározható (a mérés folyamán konstansnak tekintjük). A ρ értéke 1000 kg/m3. v ⋅d A Reynolds-számot a Re = k összefüggésből számítjuk. A következőkben a λ

ν

csősúrlódási tényezőt kell meghatározni. A csősúrlódási tényezőt a súrlódási veszteség nagyságából lehet számolni. A veszteségmagasság (nyomásveszteség) nagyságát a két

18

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 piezomegcsapolás közötti nyomáskülönbség adja. A nyomáskülönbséget differenciálmanométerrel mérjük. Az így meghatározott Reynolds-szám és csősúrlódási tényező értékeket, mint pontpárokat ábrázolva kapjuk meg a Re - λ jelleggörbét. A Re - λ jelleggörbét ún. log-log papíron kell ábrázolni úgy, hogy a vízszintes tengelyen a Reynolds-szám értékei kerüljenek. Minél több pontpárt tudunk meghatározni, annál szemléletesebb az ábra. (minimum 8 pontpár) A jelleggörbe megrajzolása után kell meghatározni, illetve felvázolni a lamináris, az átmeneti és a turbulens tiszta négyzetes tartományokat.

Mellékletek:

2.1. Táblázat a Re - λ jelleggörbe pontpárok meghatározásához 2.2. Logaritmus-logaritmus beosztású rajzpapír

19


3. sz. mérés Fenéknyíláson való kifolyás vizsgálata Elmélet: Hidraulika I. jegyzet : 51., 52., 53. fejezet Az elvégzendő feladatok: 1.) µ vízhozam-tényezők meghatározása. 2.) Q - H görbék megrajzolása Alapadatok: Élesszélű perem: átmérő: 24,0 mm Éleszélű rövid csőtoldat: átmérő: 24,0 mm hossz: 80 mm Lekerekített szélű rövid csőtoldat: átmérő: 24,5 mm hossz: 80 mm A feladat elvégzése: A µ vízhozam-tényező értékét a Q = µ ⋅ A ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H összefüggésből lehet

meghatározni, ahol Q a nyíláson kifolyó vízhozam, A a kifolyás keresztmetszeti területe, g a nehézségi gyorsulás, H a nyomómagasság. A nyíláson kifolyó vízhozamot köbözéssel, a nyomómagasságot a tartály oldalából kiágazó piezométer cső segítségével lehet megmérni. A vízhozam-tényezők pontos meghatározásához kifolyó nyílásonként legalább nyolc különböző vízhozam beállítása szükséges. A Q - H vízhozam-görbét milliméter beosztású papíron kell ábrázolni úgy, hogy a vízszintes tengelyre a vízhozam értékei kerüljenek.

Mellékletek: 3.1. Élesszélű perem vízhozam-tényezőjének meghatározása (táblázat) 3.2. Élesszélű rövid csőtoldat vízhozam-tényezőjének meghatározása (táblázat) 3.3. Lekerekített szélű rövid csőtoldat vízhozam-tényezőjének meghatározása (táblázat) 3.4. Milliméter beosztású rajzpapír

20


4. sz. mérés Körbukók vizsgálata

Elmélet:

Hidraulika I. jegyzet : 56. fejezet


1.) µ vízhozam-tényezők meghatározása. 2.) Q - H görbék megrajzolása és a hozzátartozó paraméterek számítása.

Alapadatok:

Élesszélű körbukó átmérője: 90 mm Lekerekített élű körbukó átmérője: 160 mm

A feladat elvégzése: 3

2 ⋅ µ ⋅ B ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H 2 összefüggésből lehet 3 meghatározni, ahol Q az átbukó vízhozam, B a bukóél hossza, g a nehézségi gyorsulás, H a

A µ vízhozam-tényezõ értékét a Q =

nyomómagasság. Az átbukó vízhozamot differenciál-manométerrel ellátott mérőperemmel mérjük. A mérőperem hitelesítési egyenlete: Q l / s = 1, 355 ⋅ ∆h dm A nyomómagasságot a tartály oldalából kivezetett piezométer cső segítségével lehet megmérni. A vízhozam-tényezők pontos meghatározásához bukónként legalább 10 különböző vízhozam beállítása szükséges.

21


A Q - H vízhozam-görbét milliméter beosztású papíron kell ábrázolni úgy, hogy a vízszintes tengelyre a vízhozam értékei kerüljenek.

Mellékletek:

5.1. Élesszélű körbukó vízhozam-tényezőjének meghatározása (táblázat) 5.2. Lekerekített élű körbukó vízhozam-tényezőjének meghatározása (táblázat) 5.3. Milliméter beosztású rajzpapír

22


5. sz. mérés Zsiliptábla alatti kifolyás és a szabad fedőhengeres vízugrás vizsgálata

Elmélet:

Hidraulika I. jegyzet : 55.,84.,85.,86. fejezet


1.) a zsiliptábla ψ, ϕ, µ tényezőinek meghatározása, 2.) az a/H - ψ görbe ábrázolása, 3.) vízugrások méreteinek felvétele és összehasonlítása az elméleti értékekkel.

Alapadatok:

Üvegcsatorna szélessége ( B ) = 50 cm

A feladat elvégzése: A ψ kontrakciós tényező, a ϕ sebesség tényező, és a µ vízhozam tényező értékét a Q = µ ⋅ a ⋅ B ⋅ 2 ⋅ g ⋅ ( H − hc ) , a ψ = hc / a , és a µ = ϕ ⋅ ψ összefüggésekből lehet meghatározni,

ahol Q a zsiliptábla alatt átfolyó vízhozam, a a zsiliptábla nyitásának mértéke, B a zsiliptábla (csatorna) szélessége, g a nehézségi gyorsulás, H a felvízi vízmélység, hc a kontrahált szelvényben a vízmélység. Az átfolyó vízhozamot hitelesített mérőbukóval mérjük. (A hitelesítési egyenlet és a vízhozam-görbe a mérőbukó melletti falon kifüggesztve látható.) A felvízi vízmélységet mérőtűvel, a kontrahált szelvény mélységét mérőszalaggal mérjük. a A ψ, ϕ, µ tényezők átlagértékeinek meghatározása után ábrázolják a ψ = f ( ) H függvénykapcsolatot, valamint a Zsukovszkij által közölt táblázat értékeit.

23

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 A feladat második részében szabad fedőhengeres vízugrásokat kell kialakítani. A kialakult vízugrás, illetve a szabad fedőhenger paramétereit kell mérni, majd ezeket összehasonlítani az elméleti összefüggésekkel meghatározott, illetve kiszámolt értékekkel. A vízugrások kialakításánál a vízhozam 50 l/s legyen. Az alvízi vízszintet a csatorna végén lévő billenő tábla segítségével lehet szabályozni.

Mellékletek:

6.1. Zsiliptábla ψ, ϕ, µ tényezőinek meghatározása (táblázat) 6.2. Vízugrások vizsgálata (táblázat) 6.3. Milliméter beosztású rajzpapír

Zsukovszkij által közölt táblázat a ψ kontrakciós tényező meghatározásához élesszélű zsiliptála alatti kifolyás esetén

a/H

ψ

a/H

ψ

a/H

ψ

a/H

ψ

0,00

0,611

0,30

0,625

0,55

0,650

0,80

0,720

0,10

0,615

0,35

0,628

0,60

0,660

0,85

0,745

0,15

0,618

0,40

0,630

0,65

0,675

0,90

0,780

0,20

0,620

0,45

0,638

0,70

0,690

0,95

0,835

0,25

0,622

0,50

0,645

0,75

0,705

1,00

1,000

24


6. sz. mérés Különböző típusú mérőbukók vizsgálata Elmélet: Hidraulika I : 56. fejezet Az elvégzendő feladatok: 1.) Bazin-bukó m átbukási tényezőjének meghatározása. 2.) Poncelet-bukó m átbukási tényezőjének meghatározása. 3.) Thomson-bukó C átbukási tényezőjének meghatározása. 4.) Q - H görbék megrajzolása Alapadatok: Üvegcsatorna szélessége ( B ) = 12 cm A feladat elvégzése: Az átbukási tényezőket a különböző típusú bukók vízhozam képleteiből lehet meghatározni. 3

Bazin Poncelet

Q = m ⋅ B ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H 2 ; B = 12 cm 3 2

Q = m ⋅ b ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H ; b = 4 cm

α

5

α = 90° 2 Az összefüggésekben a Q a bukón átbukó vízhozamot, m, és C a bukók átbukási tényezőjét, Thomson

Q = C ⋅ tg

⋅H2 ;

B a bukóél hosszát, g a nehézségi gyorsulást, H az átbukási magasságot jelenti. Az átbukó vízhozam mennyiségét hitelesített mérőperemmel mérjük. A mérőperem hitelesítési egyenlete: Q l / s = 0, 22 ⋅ h dm

Az átbukási magasságot mérőtűvel mérjük.

Mellékletek:

7.1. Bazin-bukó átbukási tényezőjének meghatározása 7.2. Poncelet-bukó átbukási tényezőjének meghatározása 7.3. Thomson-bukó átbukási tényezőjének meghatározása 7.4. Milliméter beosztású rajzpapír

25


7. sz. mérés Hidrosztatikai modellek bemutatása

Elmélet:

Hidraulika I : 31., 32., 33., 34., 35. fejezet


1.) Hidrosztatikus erő mérése 2.) Függőleges tengely körül forgó hengerben kialakuló szabad vízfelszín vizsgálata

A feladatok elvégzése:

1.) Hidrosztatikus erő mérése Egy plexiből készült kádba merül, a két hengerfelülettel és síklapokkal határolt V jelű test, mely egy tengely körül elforduló karra van erősítve. Az üres kádat állítható lábcsavarok, a kart pedig az ellensúly segítségével vízszintesre állítjuk. A kádba annyi vizet adunk be, hogy a vízszín a V jelű testet éppen elérje (h0). a.) Számítsa ki mekkora erő hat az A felületre, ha az 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 cm-re merül a vízbe, majd számítással és méréssel határozza meg, hogy mekkora G súllyal tudjuk az egyensúlyt biztosítani. b.) Rajzolja meg 10 cm-es bemerülés esetén a nyomásábrákat! c.) Ábrázolja az F erőt a h függvényében !

26


2.) Függőleges tengely körül forgó hengerben kialakuló szabad vízfelszín vizsgálata Számítsa ki legalább négy különböző fordulatszámnál előálló vízszintemelkedés (h2h1) értékét. Méréssel ellenőrizze a kiszámított értékeket! Ábrázolja a fordulatszám függvényében a (mért és számított) ∆h értékeket

Mellékletek:

8.1. Hidrosztatikus erő meghatározása (táblázat) 8.2. Függőleges tengelyű forgó henger vizsgálata (táblázat) 8.3. Milliméter beosztású rajzpapír

27


Vízminőségi vizsgálatok 1.

A pH MÉRÉSE

A víz kis mértékben ugyan, de disszociál a következő egyenlet szerint:

H 2 O ⇔ H + + OH − Tiszta vízben a hidrogén-ionok és a hidroxil-ionok koncentrációinak szorzata – állandó hőmérsékleten – állandó érték. Ez az érték a víz ionszorzata (Kv). A víz disszociációjára felírható a tömeghatás törvénye:

KV =

[H ][OH ] +

−

[H 2 O ]

Ha 1 mólnyi vízből 10-7 disszociál, akkor ez az jelenti, hogy 10-7 mól H+ ion és 10-7 mól OHion fog képződni, a disszociálatlan víz móljainak száma pedig közelítően 1 marad, (pontosan 1-10-7 ) ezeket az értékeket az egyenletbe helyettesítve:

[10 ][10 ] = 10 = −7

KV

−7

[1]

−14

A víz ionszorzata tehát:

[ ][

]

K V = H + OH _ = 10 −14 A víz ionszorzata azonos nyomáson és hőmérsékleten állandó. Ha az egyik ion koncentrációban változás következik be, az szükségszerűen maga után vonja a másik ion koncentrációjának változását. A víz semleges, ha a H+ és OH- ionok koncentrációja megegyezik:

[H ] = [OH ] = 10 +

_

−7

A víz savas karakterű, ha a H+ ionok koncentrációja meghaladja az OH- ionok koncentrációját. Lúgos karakterű a víz, ha az OH- ionok koncentrációja haladja meg a H+ ionok koncentrációját. Mivel a vízben a H+ ionok és az OH- ionok koncentrációjának szorzata állandó (10-14), így elegendő az egyik koncentráció érték megmérése, abból a másik már következik. Az egyszerűbb kezelhetőség kedvéért egy segédfogalom került bevezetésre, a pH. A pH a vízben mért H+ ion koncentráció tízes alapú negatív logaritmusa:

[ ]

pH = − log H +

28

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 A pOH a pH-hoz hasonló módon értelmezhető. E segédfogalmakkal leírva a víz ionszorzata a következőképp írható fel: pH + pOH = 14. A pH függvényében ezen összefüggések a következőképp értelmezhetők: pH < 7 pH = 7 pH > 7

savas semleges lúgos

A pH mérését a gyakorlaton WTW 340i gyártmányú hordozható pH mérővel mérjük.

2.

FAJLAGOS ELEKTROMOS VEZETŐKÉPESSÉG

2.1. A mérés elve

A vízben oldott anyagok egy része disszociál, ionjaira esik szét. Azok az anyagok vezetik az elektromos áramot melyben szabadon mozgó ionok vannak. A fajlagos elektromos vezetőképesség mérésével a vízben oldott sótartalomra következtethetünk. A fajlagos elektromos ellenállásnak a reciprok értéke, mely egy 1 cm-s élhosszúságú kocka két egymással szemben lévő lapja között mérhető.

σ =

1 [µS / cm] R

Alkalmazott készülék: WTW LF340

29


3.

KÉMIAI OXIGÉNIGÉNY MEGHATÁROZÁSA ( PERMANGANÁTOS MÓDSZERREL)

3.1. A módszer elve

A kémiai oxigénigény azt az oxigénmennyiséget fejezi ki, mely szükséges az egységnyi térfogatú vízben lévő szerves anyagoknak a mérés körülményei között történő oxidációjához. Az oxidációhoz savas közegben erős oxidálószert, pl. kálium-permanganátot, vagy káliumdikromátot használunk. A laborgyakorlat során a kálium-permanganátos módszert méretjük. A meghatározást visszatitrálásos módszerrel végezzük. Az ismert térfogatú vízmintához ismert mennyiségű reagenst adunk feleslegben. A reagens egy része az oldatban lévő szerves anyaggal reagál. A visszamaradt nem reagált részt mérőoldattal, titráljuk. A hozzáadott és a titrálással meghatározott reagens mennyisége megadja a vizsgált anyaggal egyenértékű reagens mennyiségét. A reakció egyenlete: 2 KMnO4 + 5 (COOH)2 + 3 H2SO4 = 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O + K2SO4 3.2. Szükséges vegyszerek

• • •

0,002 mól/l kálium-permanganát oldat 0,01 mól/l oxálsav oldat 1:3 kénsav oldat

3.3. Szükséges eszközök

• • • • • •

250 ml-s Erlenmeyer lombik 100 ml-s mérőhenger Automata büretta Folyadékadagoló Fűtőlap Horzsakő

3.4. A meghatározás menete

Mérőhengerrel kimérünk 100 ml, előzetesen alaposan felrázott vízmintát. Beletöltjük a 250 ml-es Erlenmeyer lombikba. Hozzáadunk 2 ml 1:3 kénsav oldatot, és néhány darab horzsakövet. Nagyon fontos, mert így egyenletes forrást tudunk biztosítani! A lombikot a 30

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 fűtőlapra ráhelyezzük és felforraljuk. Ezután a forró oldathoz hozzáadunk pontosan 10 ml kálium-permanganát oldatot. Visszatesszük a fűtőlapra, és ismét felforraljuk. A forralást pontosan 10 percig végezzük. Majd a forró oldatot levesszük a fűtőlapról, és azonnal hozzáadunk pontosan 10 ml oxálsav oldatot. A minta néhány másodperc elteltével elszíntelenedik. A forró oldatot kálium-permanganáttal halvány rózsaszín színig titráljuk. 3.5. Számolás

KOIps (mg/l) =

4.

KMnO4 fogyás(ml ) × 80 bemért térfogat (ml )

LÚGOSSÁG MEGHATÁROZÁSA

4.1. A mérés elve A víz lúgosságát a karbonát-, hidrogénkarbonát- és, hidroxil-ionok helyettesítéséhez szükséges erős sav mennyiségével határozzuk meg. A metilnarancs, más néven összes lúgosság a metilnarancs indikátorral pH = 4,4 értékig titrált lúgosság. 4.2. Szükséges vegyszerek

• •

0,1 mól/l HCl oldat Metilnarancs indikátor oldat


• • •

100 ml-s Erlenmeyer lombik 50 ml-s mérőlombik Automata büretta


Mérőhengerrel kimérünk 50 ml vízmintát Erlenmeyer lombikba hozzáadunk 2 csepp metilnarancs indikátort. Az oldat sárga színű lesz. 0,1 mól/l HCl mérőoldattal átmeneti színig (vöröshagyma héj) titráljuk.

31


4.5. Számolás

0,1mól / l HClfogyás (ml ) × 100 Lúgosság (mmól/l) = bemért térfogata (ml ) 5.

ÖSSZES KEMÉNYSÉG MEGHATÁROZÁSA

A természetes vizek keménységét a vízben oldott kalcium és magnézium sók mennyisége határozza meg. Megállapodás szerint a vízben oldott kalcium- és magnézium sók adják a víz összes keménységét. • •

Változó- vagy karbonát-keménység: A vízben oldott kalcium- és magnézium ionoknak hidrogén-karbonátokhoz és karbonátokhoz rendelhető része. Állandó- vagy nemkarbonát-keménység: A vízben oldott kalcium- és magnézium ionoknak nem karbonát ill. hidrogén-karbonát, hanem egyéb anionokhoz rendelhető része.

Összes keménység = változó keménység – állandó keménység 5.1. A módszer elve

A vízben lévő kalcium- és magnézium ionokat eriokrómfekete-T indikátor jelenlétében pH=7 tartományban EDTA mérőoldattal komplexometriásan közvetlenül titráljuk. Az eredmény CaO mg/l-ben fejezzük ki. Komplexometriás titrálás során a fémionok mennyiségének meghatározására olyan ligandumot használunk melynek egy molekulája a fémion összes koordinációs helyének betöltésére alkalmas donort tartalmaz. A titrálások végpontjelzésére leggyakrabban színes komplexet adó fémindikátorokat használunk. A fémindikátor egy olyan ligandum, mely a meghatározandó fémionnal eltérő színű komplexet képez. A titrálás végpontjában a mérőoldat az összes fémiont kiszorítja a fémion indikátorral képzett komplexéből, így a szabad indikátor színe válik láthatóvá. Mérőoldat: Etilén-diamin-teraecetsav EDTA (ligandummolekula)

A kalcium- és magnézium ionok 1:1 összetételű, az oldat pH-jától függő komplexet képeznek az EDTA-val. Erősen lúgos körülmények között (pH>12) csak a kalcium-ion lép kölcsönhatásba a komlexképzővel, így az megfelelő indikátor mellett megtitrálható. A minta pH-ját csökkentve a magnézium-ion is mérhető. pH>12 : 32


pH ≈ 10 :

5.2. Szükséges vegyszerek

• • •

EDTA mérőoldat Eriokrómfekete-T indikátor Összes keménység puffer oldat


• • •

100 ml-s Erlenmeyer lombik 50 ml-s mérőlombik Automata büretta


Mérőhengerrel kimérünk 50 ml vízmintát Erlenmeyer lombikba, hozzáadunk ~0,2 g (késhegynyi) indikátort és 2 ml puffer oldatot. Az oldat borvörös színű lesz. EDTA mérőoldattal kék színig titráljuk. 5.5. Számolás

Keménység – CaO mg/l CaO(mg/l) =

EDTAfogyás (ml ) × 1000 bemért térfogat (ml )

33

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 6.

AMMÓNIUMION MEGHATÁROZÁSA SPEKTROFOTOMETRIÁS MÓDSZERREL


Az ammóniumionból felszabadított ammónia katalizátor jelenlétében reagál az oxidálószerrel és a szalicilát-ionnal. Zöldes-kék színű indofenol származék keletkezik, mely az ammóniumion koncentráció egyértelmű függvénye. A szín erősségét meghatározott hullámhosszon spektrofotometriás módszerrel mérjük, melynek lényege az alábbi. Egy anyag vizes oldatának fényelnyelését ábrázoljuk a besugárzó fény energiájának (hullámhosszának) függvényében. A fényelnyelést egy mértékegység nélküli mennyisség az abszorbancia jellemzi.

A = lg

I0 I

Ha besugárzunk egy oldatot egy I0 intenzitású, adott hullámhosszúságú (monokromatikus) fénysugárral, annak intenzitása a fény abszorbció miatt I-re csökken. Az anyag koncentrációja (c) és az adott (λ) hullámhosszúságú sugárzásra mért abszorbancia ( Aλ ) közötti összefüggést írja le (Lambert-Beer törvény).

Aλ = ε λ × c × l Egységnyi koncentrációjú oldat (1 mól/l) egységnyi (1 cm) rétegvastagságnál mért abszorbanciája. 6.2. Szükséges vegyszerek • Szalicilát reagens • Oxidáló reagens 6.3. Szükséges eszközök • 100 ml-s Erlenmeyer lombik • Automata pipetta • Automata reagens adagoló • Fotométer (Nanocolor 400D)

34

Vízmérnöki mérőgyakorlat B M E E O V V AI17 6.4. A meghatározás menete

• • •

7.

Automata pipettával kimérünk 20 ml vízmintát Erlenmeyer lombikba, hozzáadunk 2 ml színképző reagenst. Összekeverjük, majd hozzáadunk 2 ml oxidáló reagenst. 20 perc elteltével a minta abszorbanciáját mérjük. Vakpróbát is készítünk, mely 20 ml ioncserélt vízből és a fentiek szerint hozzáadott reagensekből áll. Ezzel a vakpróbával szemben mérjük a vízminta abszorbanciáját ~660nm-en.

FOSZFÁT MEGHATÁROZÁSA SPEKTROFOTOMETRIÁS MÓDSZERREL


A vízben oldott ortofoszfátot közvetlenül mérjük. Az ortofoszfát molibdenáttal reagálva, kénsavas közegben, antimon(III)-ionok jelenlétében, aszkorbinsavas redukció után kék színeződést ad, mely erőssége a foszfát koncentráció függvénye. A mérést spektrofotometriás módszerrel végezzük. 7.2. Szükséges vegyszerek

• •

Molibdenát kénsavas reagens Aszkorbinsav reagens


• • • •

100 ml-s Erlenmeyer lombik Automata pipetta Automata reagens adagoló Fotométer (Nanocolor 400D


Automata pipettával kimérünk 25 ml vízmintát Erlenmeyer lombikba, hozzáadunk 1 ml molibdenát reagenst. Összekeverjük, majd hozzáadunk 0,25 ml aszkorbinsav reagenst. 20 perc elteltével mérjük a minta abszorbanciáját ioncserélt vízzel készült vakpróbával szemben ~880 nm-n.

35

BMEEOVVAI17 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

Recommend Documents