Mjerenje Protoka Pare (Seminar)

Seminarski rad_Procesna mjerenja, senzori i aktori Drago Fajdetić

1

1.UVOD

Neka tvar može biti pohranjena

(uskladištena) ili može teći (strujiti).

Uskladištena količina može se izraziti

kao volumen (npr. 3 3) ili kao masa (

npr. 5 kg). Kao volumen može se

odrediti preko mjerenja razine, a kao

masa vaganjem. Količina koja struji

varijabla je vremena i označava se

protokom. Ako količina (Q) izražena

kao volumen (V) struji naziva se

volumnim protokom ( ), a izražena

kao masa (m) masenim protokom( ):

= [ 3/s] = [kg/s]

U ovom seminaru govori se o mjerenju

protoka vodene pare. Vodena para je

voda u plinovitom obliku. Ona može

nastati hlapljenjem, isparavanjem ili

sublimacijom leda. Vodena para ima

važnu ulogu u industriji, zajedno s

vodom važan je medij za prijenos

topline, električne energije ili čak i za

mehanički rad. Vodena je para tijekom

prve polovice 19. stoljeća postala

primarna pokretačka snaga industrije i

prometa. Tako se 19. stoljeće ponekad

naziva i stoljećem pare. I danas se

vodena para koristi za pogon turbina za

termoelektrane, nuklearne elektrane, a

imat će primjenu i u budućnosti. U

seminaru je obrađeno mjerenje protoka

pare pomoću računala, mjerne blende

te venturijeve cijevi.

2.MJERENJE PROTOKA PARE

Mjerenje brzine strujanja fluida(u

ovom slučaju vodene pare) provodi se

u praksi i znanosti na različitim

mjestima i za različite potrebe.

Najčešće se mjerenjem brzine strujanja

(prosječne brzine strujanja)posredno

određuje volumetrijski ili maseni

protok fluida kroz cijev ili kanale.

Određivanje brzine strujanja fluida

izvodi se posredno preko mjerenja

nekih drugih fizikalnih veličina kao što

su: vrijeme potrebno da se pređe put

poznate duljine, dinamički tlak struje

fluida, razlika tlaka prije i poslije

mjerne blende, promjena struje ili

otpora kao funkcije promjene

temperature osjetnog elementa koja

ovisi o brzini strujanja. Ovisno o

namjeni mjerenja potrebno je odabrati

prikladnu metodu, kojom se može

provesti mjerenje na najjednostavniji

način, a da rezultati mjerenja budu

dovoljno točni.

2.1. RAČUNALO ZA MJERENJE

PROTOKA PARE

Računalo protoka je mikroprocesorski

uređaj za mjerenje masenog protoka

vodene pare. Promjenom temperature i

tlaka mjenja se gustoća, odnosno


protok. Uređaj korigira volumni protok

dodatno uzimajući u obzir promjene

tlaka i temperature. Volumni protok

mjeri se blendom ili sapnicom te

rezultira razlikom tlaka. Ulazni podaci

za računalo su diferencijalni tlak,

apsolutni tlak i apsolutna temperatura.

Svi mjerni rezultati prikazuju se na

ugrađenom pokazivaču, a integral

protoka, odnosno masa vodene pare

sumira se na ugrađenom brojaču.

Slika 1. Računalo protoka

Izvor:

www.atm.hr

Pristup ostvaren:4.7.2013

Računalo protoka izračunava gustoću i

protok vodene pare u svakom mjernom

ciklusu. Protok se izračunava prema

standardu ISO 5167, dok se gustoća

računa polinomskom aproksimacijom

termodinamičkih tablica. U toku


otok. Uređaj korigira volumni protok

dodatno uzimajući u obzir promjene

tlaka i temperature. Volumni protok

mjeri se blendom ili sapnicom te

rezultira razlikom tlaka. Ulazni podaci

za računalo su diferencijalni tlak,

apsolutni tlak i apsolutna temperatura.

Svi mjerni rezultati prikazuju se na

ugrađenom pokazivaču, a integral

protoka, odnosno masa vodene pare

sumira se na ugrađenom brojaču.

Računalo protoka izračunava gustoću i

protok vodene pare u svakom mjernom

ciklusu. Protok se izračunava prema

standardu ISO 5167, dok se gustoća

računa polinomskom aproksimacijom

termodinamičkih tablica. U toku

proračuna gustoće uređaj detektira da li

se radi o pregrijanoj pari, zasićenoj

pari, vlažnoj pari ili vodi. Ukoliko se

detektira da je stanje medija voda,

zaustavlja se brojač mase vodene pare i

aktivira alarm. Masa vodene pare

dobije se integracijom masenog

protoka. Protok se računa prema

sljedećoj formuli:

Slika 2. Dimenzije otvora za ugradnju

Izvor: www.atm.hr

Pristup ostvaren: 4.7.2013.

Q =k*C* * * *

Ova jednadžba prema ISO 5167 sadrži

sljedeće elemente:

Q – protok mase [kg/h]

k – konstanta

C – koeficijent istjecanja


2

gustoće uređaj detektira da li

adi o pregrijanoj pari, zasićenoj

pari, vlažnoj pari ili vodi. Ukoliko se

detektira da je stanje medija voda,

zaustavlja se brojač mase vodene pare i

aktivira alarm. Masa vodene pare

dobije se integracijom masenog

protoka. Protok se računa prema

Dimenzije otvora za ugradnju

www.atm.hr

[kg/h]

Ova jednadžba prema ISO 5167 sadrži


3

– omjer otvora blende i unutarnjeg

promjera cjevovoda

– faktor ekspanzije

– temperaturno kompenzirani otvor

blende [mm]

∆p – diferencijalni tlak [bar]

– gustoća [kg/ 3]

2.2. MJERENJE PROTOKA MJERNOM

BLENDOM

S njom se mjeri pad tlaka koji nastaje pri

prolasku plina kroz mjernu blendu i brzina

se računa po formuli:

w=2∆

– koeficijent protoka blende

– koeficijent ekspanzije

– gustoća fluida koji protjeće

∆ – razlika tlaka prije i poslije mjerne

blende

Slika 3. Mjerna blenda

Izvor:

www.riteh.uniri.hr


Keoficijent ekspanzije ( ) uvodi se u

jednadžbu protoka kada je fluid koji

protječe kroz mjernu blendu vodena para

ili plin.Pare i plinovi prilikom prolaska

kroz prigušnicu zbog promjene tlaka

mjenjaju gustoću, tj. specifični volumen.

Koeficijent ekspanzije se to više razlikuje

od 1 šti je veća razlika tlaka prije i poslije

prigušnice. Za strujanja plina malim

brzinama kod kojih se pad tlaka na mjernoj

blendi može zanemariti uzima se ( ≈ 1).

Za nestlačive fluide ( = 1). Osim o

veličini pada tlaka koeficijent ekspanzije

ovisi i o eksponentu adijabate k. Za

eksponent k=1.31, koji vrijedi za

pregrijanu vodenu paru i za granični tlačni

omjer, vrijednost nalazimo iz dijagrama

sl. 4. Za proizvoljan eksponent k i male

ekspanzije, vrijednost nalazimo iz

dijagrama sl. 5. Za proizvoljan eksponent k

i velike ekspanzije, nalazimo iz

dijagrama sl.6.


4

Slika 4. Koeficijent ekspanzije , u

ovisnosti o razlici pada tlaka na mjernoj

blendi i apsolutnom tlaku za eksponent

k=1.31 (pregrijana vodena para)

Izvor:

www.riteh.uniri.hr


Slika 5. Vrijednost koeficijenta za

proizvoljne eksponente k i male ekspanzije

Izvor:

www.riteh.uniri.hr


Slika 6. Vrijednost koeficijenta za

proizvoljne eksponente k i velike

ekspanzije

Izvor:

www.riteh.uniri.hr


2.3. MJERENJE PROTOKA

VENTURIJEVOM CIJEVI

Konstrukcijski razlikujemo svije osnovne

vrste Venturijeve cijevi : kratke i duge.


5

Slika 7. Shematski prikaz Venturijeve

cijevi

Izvor:

www.fer.unizg.hr/PREDAVANJA

Pristup ostvaren: 6.7.2013.

Raznovrsne konstrukcije izrade venturijeve

cijevi otežavaju standardizaciju

proračunskih koeficijenata. Koeficijenti

protoka i korekcijski koeficijenti za takve

Venturijeve cijevi ispitani su i

standardizirani samo za one unutarnjeg

promjera d=100...800mm i pod uvjetom

0.2 ≤m≤0.5. Za cijevi čiji je D≥800mm, a

m<0.2, izračunati protok se vjerovatno

neće razlikovati više od 0.5% od

vrijednosti unutar standarda. Pored

standardnih Venturijevih cijevi proizvodi

se čitav niz nestandardnih specijalnih

konstrukcijatih cijevi. U odnosu na mjernu

blendu, Venturijeva cijev uzrokuje

najmanji nepovratni pad tlaka, tj. najmanje

gubitke energije, što se vidi iz dijagrama

sl.8.

Slika 8. Dijagram nepovratnog pada tlaka

(%), za mjernu blendu i Venturijevu cijev

u ovisnosti o stupnju suženja površine

poprečnog presijeka u (%)

Izvor:

www.riteh.uniri.hr


Slika 9. Izgled Venturijeve cijevi

Izvor:

www.riteh.uniri.hr

Pristup ostvaren:6.7.2013.

Venturijeva cijev (po talijanskom

prirodoznancu G. B. Venturiju, 1746-

1822), uređaj za mjerenje brzine strujanja

fluida. Tlak fluida na stijenku veći je što je

brzina strujanja manja. Venturijeva cijev se

sastoji od dviju cijevi različita presjeka

spojenih jedna na drugu. Budući da je


6

ukupni tok u obje cijevi jednak, zbog

različitog presjeka tlak, a time i brzina, su

različiti. Iz razlike tlakova dobiva se

podatak o brzini strujanja. Venturijeva

cijev se upotrebljava za određivanje brzine

zrakoplova i mjerenje u zračnom

tunelu.Izrađuju se od ugljičnih čelika sa

antikorozivnom zaštitom na bazi Epoksid -

cinka.

3. ZAKLJUČAK

U ovom seminarskom radu trebali smo

objasniti načine i uređaje za mjerenje

protoka pare. Prikazani su načini mjerenja

protoka pomoću računala, mjerne blende i

venturijeve cijevi. Računalo protoka je

mikroprocesorski uređaj koji na osnovu

ulaznih podataka izračunava maseni

odnosno volumni protok vodene pare.

Mjerenje pomoću mjerne blende se vrši

tako da se mjeri pad tlaka koji nastaje pri

prolasku fluida kroz mjernu blendnu, u

ovom slučaju fluid je vodena para, te se u

jednadžbu protoka uvodi koeficijent

ekspanzije ( ). Venturijeva cijev na osnovu

razlike tlakova daje rezultat o brzini

strujanja.


7

4. LITERATURA

[1] Procesna mjerenja – Prof.dr.sc.

Zdravko Valter,2008.

[2] www.omega.com/literature/transactions

/volume4/about-omega, pristup ostvaren:

5.7.2013

[3] www.riteh.uniri.hr/

laboratorijske_vježbe, pristup ostvaren:

5.7.2013.

[4] www.fer.unizg.hr/ PREDAVANJA,

pristup ostvaren: 6.7.2013

[5] www.donmcpeak.com/VConeTech,


[6] www.epa.gov/wbnar011013_ierna,


[7] www.wikipedia.com/vodena_para,

pristup ostvaren:6.7.2013

[8] www.atm.hr, pristup ostvaren:6.7.2013.

Documents

Mjerenje Protoka Pare (Seminar)