Volt egyszer egy áramlástani labor

Volt egyszer egy... ÁRAMLÁSTANI LABOR

      A labort 1981-ben hoztam létre az Élelmiszeripari műveletek és folyamatok, a Műszerek és mérések, valamint a Fizika tantárgy oktatásának segítésére, a tanult ismeretek elmélyítésére.
      A tanulók olyan méréseket végezhettek, melyek segítségével tapasztalati úton szerezhettek új ismereteket és az elméleti órákon tanultakat a gyakorlatban is kipróbálhatták. A laboratórium segítette tanulóinkban a műszaki szemlélet kialakulását, ugyanis modellezhették az élelmiszeripari berendezésekben kialakuló főbb áramlási és kalorikus viszonyokat, így meghatározhatták azok optimális üzemeltetésének paramétereit. Vizsgálhattak olyan szélső helyzeteket, amelyek kipróbálására az üzemi gyakorlatokon (a termelés jellegéből adódóan) nem volt módjuk. Hipotéziseket állíthattak fel, melyeket a mérésekkel igazolhattak.
      A mérőpadnak különösen nagy jelentősége volt abból a szempontból is, hogy a tejiparban legtöbb technológia zárt rendszerben történő folyadékáramoltatáson alapszik, valamint a technológiai berendezéseket köráramoltatásos mosóberendezéssel tisztítják.
      Az egyes mérési gyakorlatokról jegyzőkönyvet készítettek és a mérési eredményeket számítógéppel dolgozták fel.

      A laboratórium 3 mérőpadból épült fel:
          1. folyadékáramlásos (az áramló közeg: víz),
          2. gázáramlásos (az áramló közeg: levegő),
          3. kalorikus (hőcserélő, az áramló közegek: meleg- és hidegvíz).

   Néhány példa az elvégezhető mérésekből:
a. folyadékáramlásos mérőpadon:
           1. a kifolyási sebesség mérése a folyadékszint függvényében,
           2. az áramlási sebesség mérése zárt csővezetékben,
           3. a súrlódási veszteség meghatározása az áramlási sebesség függvényében,
           4. a súrlódási veszteség meghatározása különböző csőidomok esetén,
           5. mérőóra hitelesítése rotaméterrel,
           6. a szivattyú teljesítményének meghatározása.
b. gázáramlásos mérőpadon:
           1. az áramló levegő sebességének meghatározása,
           2. az áramló levegő sebességének mérése különböző csőkeresztmetszeteknél,
           3. a pillanatnyi sebességek mérése adott keresztmetszetnél
               (az áramlás jellegének változása).
c. kalorikus mérőpadon:
          1. hőmérséklet-változás mérése az áramlási sebesség függvényében,
          2. a hőátbocsátási tényező meghatározása.

     A laboratórium folyadékáramlás vizsgálatára alkalmas mérőpadja a következő részekből állt:
            - szivattyú,
            - hidrofor,
            - membrános nyomásmérő (4 db),
            - tárolótartály (3 db, nyitott),
            - turbinás vízóra (2 db),
            - rotaméter (2 db),
            - vízlégszivattyú,
            - Pitot-cső,
            - úszós vízszintmérő,
            - nívócső,
            - "U"-csöves nyomásmérő,
            - szabályozó szelepek,
            - csővezeték, idomok.

Mérési gyakorlat:
A kifolyási sebesség mérése a folyadékszint függvényében

Eszközök:
       1. nyitott tartály,
       2. nívócső,
       3. "U"-csöves nyomásmérő,
       4. vízlégszivattyú.

Mérési gyakorlat:
Az áramlási sebesség mérése zárt csővezetékben

Eszközök:
        1. szivattyú,
        2. Pitot-cső,
        3. "U"-csöves nyomásmérő,
        4. vízóra..

Mérési gyakorlat:
A súrlódási veszteség meghatározása az áramlási sebesség függvényében

Eszközök:
       1. szivattyú,
       2. membrános nyomásmérő,
       3. vízóra,
       4. "U"-csöves nyomásmérő,
       5. vízóra.

Mérési gyakorlat:
Vízóra hitelesítése rotaméterrel

Eszközök:
        1. szivattyú,
        2. rotaméter,
        3. vízóra.

Mérési gyakorlat
Szivattyú teljesítményének meghatározása

Eszközök:
      1. szivattyú,
      2. membrános nyomásmérő,
      3. vízóra.

   A laboratórium levegőáramlás vizsgálatára alkalmas mérőpadja a következő részekből állt:
             - ventilátor
             - áramlási cső (Venturi-cső)
             - Pitot-cső (mozgatható)
             - Ferdecsöves mikromanométer

Mérési gyakorlat
Az áramló levegő pillanatnyi sebességének változása adott csőkeresztmetszetben

Eszközök:
       1. ventilátor,
       2. áramlási cső,
       3. Pitot-cső,
       4. Ferdecsöves mikromanométer.

Mérési gyakorlat
A hőmérséklet-változás mérése az áramlási sebesség függvényében

Eszközök:
       1. rotaméter,
       2. spirálcsöves hőcserélő,
       3. hőmérő.

Mérési gyakorlat
A hőátbocsátási tényező meghatározása

Eszközök:
        1. rotaméter,
        2. spirálcsöves hőcserélő,
        3. hőmérő.

A mérési eredmény kiértékelése számítógéppel ( HT-1080Z )

Sajnos, az iskola-összevonás miatt a mérőpadot szét kellett szerelnünk, így ma az alkatrészei az iskola padlásán reménykedve várják, hogy egyszer majd megint az oktatás szolgálatába állhassanak, segítve a tanulóink minél alaposabb képzését.
Talán, majd egyszer újra.... Addig is...

SZÁRÍTÁS

A számítógépes szimuláció alkalmazása iskolánkban

      A tanulás és tanítás során felhasznált eszközök egy része történelmileg alakult ki, és szokásokhoz, hagyományokhoz kapcsolódik. Ezek mellett azonban mindig megjelennek azok a tanulást segítő eszközök, melyek az adott kor technikai szintjét tükrözik.
      Napjainkban a fejlett technikai színvonalat az elektronikus számítógépek képviselik. Az elektronika rohamos fejlődése és a mikroelektronikára épülő eszközök széles körű térhódítása a számítógépet az írásvetítő, a magnetofon és a videó mellett az iskolai oktatásban is szerephez juttatja.
     Az új eszközök alkalmazása magával hozza a tanulás és tanítás módszereinek, a tanítás technológiájának állandó változását.
     A számítógép oktatási eszközként való felhasználásával olyan új módszerek kerültek előtérbe, melyek a hagyományosnak tekinthető eszközök esetén nehezen vagy egyátalán nem valósíthatók meg tanórai keretek között. Így a modellezés és szimuláció is egyre inkább részévé válhat annak a didaktikai eszköztárnak, amely a tanítás-tanulás folyamatában az individualizált egyéni munkát, a cselekvéssel párosult aktív tanulói tevékenységet helyezi előtérbe.
     Azzal, hogy a jelenségek és folyamatok a számítógép segítségével dinamikusan állíthatók elő, mélyebb megismerése válik lehetővé.
     A szimuláció módszertani szempontból kétféle módon szolgálhatja a megismerést:
        - valamely, elméletileg ismert jelenség lefolyásának, a rendszer viselkedésének utánzása, demonstrációja a jelenség analízisét teszi lehetővé. Ez lényegében a deduktív módnak felel meg.
        - az induktív, szintetizáló mód a megfigyelésre alapoz. a probléma intuitív módon merül fel, a megfigyeléssel feltárt folyamatok alapján hipotézisek fogalmazhatók meg, melyek szimulációs kísérletekkel integrálhatók modellé. A tanulók a szimuláció alapján megfigyelt jelenségeket a meglevő ismeretekre építve állapítanak meg összefüggéseket.
     Hogy a számítógéppel végrehajtott szimuláció induktív - szintetizáló vagy deduktív - analitikus szerepet tölt-e be a tanulási-tanítási folyamatában attól függ, hogy a tanulók ismerik-e a szimuláció alapját képező modell felépítését vagy sem. A szimulációs programok alkalmazásával pedig mindig feltehető a kérdés: "Mi lenne, ha...?"... és a választ tapasztalati úton szerezhetik meg tanulóink.

     A számítógépes szimuláció előnyeit felismerve készítettem el a "SZÁRÍTÁS" programot, amely az iparban található szárítóberendezést szimulál.
     A program az élelmiszeripari technikumok és szakközépiskolák Élelmiszeripari műveletek és folyamatok tantárgyának "anyagátadási műveletek" című fejezetéhez kapcsolódik. Az élelmiszertermelésben előforduló egyik legfontosabb alapműveletnek, a szárításnak alaposabb megértését segíti elő.
     A tantárgy szakmai nevelés és oktatás terve előírja, hogy a művelet ismertetése mellett meg kell tanítani azokat a fő paramétereket, amelyek a művelet eredményességét döntően befolyásolják, továbbá azokat a módokat és lehetőségeket, amelyekkel ezeket a paramétereket változtatni lehet.
     E célokat az iparági technológiából merített feladatok megoldásával és a technológiai gyakorlatokon alkalmazott berendezések rövid ismertetésével, bemutatásával érhetjük el. A módszerek alapvető hibája az időigényesség mellett egyrészt az, hogy - még nagyszámú feladat megoldása sem tár fel minden összefüggést a paraméterek között, másrészt nincs lehetőség (az üzemben folyó termelés jellegéből adódóan) a szélső helyzetek kipróbálására.

     A program azon túImenően, hogy ismereteket közöl (pl: a szárító-berendezés felépítése, áramlási irányok, a paraméterek helye stb. ), megadja a tanulóknak az adott folyamatba történő közvetlen beavatkozás élményét.
     A futás interaktív vezérlésével kikísérletezhetik, hogy melyik paramétert mennyire érdemes és kell megváltoztatni ahhoz, hogy a folyamat a kívánt mértékben módosuljon. Így megfigyeléseik alapján állapítanak meg összefüggéseket a tényezők között és deduktív úton szereznek új ismereteket.
     A program ugyanazon paraméterek (a szárítandó anyag, a szárítólevegő és a fűtőgőz tömegárama, a fűtőgőz nyomása) folyamatos növelését ill., csökkentését teszi lehetővé, amelyekkel az iparban a szárító-berendezés üzemeltethető.
     A képernyőn feltüntetett paraméterek és a berendezés elvi rajza a szárítóberendezés műszerfalát alkotják. Ezáltal az üzemi gyakorlatok előtt kialakíthatók azok a jártasságok és készségek, amelyek szükségesek a valóságos berendezés üzemeltetéséhez.
     A program alkalmazható tanórán az új anyag feldolgozásakor a megfelelő tananyag demonstrálására, az ismeretek begyakorlására, megszilárdítására, de eredményesen használható szakköri foglalkozáson és egyéni tanulás során is.

(Papp László)

Díjnyertes Oktatóprogramjaim
a Tudományszervezési és Informatikai Intézet (TII) pályázatán