Měření základních fyzikálních veličin potřebných při měření emisí znečišťujících látek

V rámci činností a úkonů prováděných při měření emisí je potřeba často měřit nejrůznější fyzikální veličiny. Výčet všech fyzikálních veličin je značně rozsáhlý. Cílem tohoto příspěvku je zaměřit se pouze na ty veličiny, jež jsou nejčastěji měřeny při emisních měřeních.

Měření průtoku plynu

Příspěvek se věnuje problematice měření průtoku plynu v uzavřeném profilu. Zabývá se fyzikálním principem měření a také odkazuje na normované postupy zabývající se touto problematikou. Dále je v krátkosti pojednáváno o principech měření teplot a tlaků, které jsou pro měření průtoku nezbytnými stavovými veličinami.

Tekutiny a jejich vlastnosti

Tekutinami nazýváme látky, jejichž nejmenší částice se navzájem snadno přemisťují. Přitom rozlišujeme kapaliny, jejichž objem jen velmi málo podléhá vlivu změny tlaku a teploty, od vzdušin neboli plynů a par, které se naopak vyznačují značnou stlačitelností i tepelnou roztažností. Kapaliny, jejichž hlavním představitelem je voda, jsou předmětem studie hydromechaniky. Chování stlačitelných tekutin, zvláště vzduchu, sleduje aeromechanika.

Při přepočtu průtoku na časovou jednotku lišící se od jednotky, během které se průtok stanovoval, musíme ovšem předpokládat, že okamžitý průtok (jako limitní případ: Δτ → 0) zůstává po celou dobu nezměněn.

Měření rychlosti proudění

V proudící tekutině (kapalina, plyn nebo pára) vedle statického tlaku pst působí ještě i tlak dynamický pd. Zatímco pst je veličinou skalární (působí stejně všemi směry), pd je vektorem, který v daném bodě má totožný směr jako vektor rychlosti proudu. Součet obou tlaků se nazývá celkovým tlakem pc.

Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?

Trubka, která je vložena do proudící tekutiny tak, aby její ústí stálo kolmo na směr proudu, bude udávat celkový tlak pc, protože v otvoru trubky se změní kinetická energie proudu na dynamický tlak pd.

Rychlost pohybující se částice tekutiny je v případě prostorového proudění vektor určený třemi složkami vx,y.z ve zvoleném souřadnicovém systému. Vztah pro rychlost platí přesně pouze pro proudění nestlačitelných tekutin nebo plynů s malou rychlostí.

V obou případech lze tedy měření rychlosti převést na měření tlaku (pd, pst), známe-li určité fyzikální vlastnosti tekutiny. Nejjednodušší a nejstarší zařízení pracující na tomto principu byla Pitotova trubice. Šlo v podstatě o již naznačený způsob snímání celkového a statického tlaku.

Rychlostní sondu pro měření tlaků pst a pc prakticky v jediném místě navrhl Prandtl. Tato sonda byla navržena se zřetelem na rozdělení tlaku na povrchu obtékaného rotačního tělesa, které by vzniklo složením rovnoběžného proudu a bodového zdroje. Na čele rotačního tělesa se celá rychlost nerušeného proudu mění v dynamický tlak, takže celkový tlak je tam největší. Dále na křivém povrchu tělesa tlak značně klesá, protože zhuštěním proudnic se tu zvyšuje rychlost. Potom v dostatečné vzdálenosti od čela se opět zvýší na hodnotu přibližně rovnou statickému tlaku v nerušeném proudu.

Tlakový rozdíl vznikající mezi otvorem na čele a štěrbinami na obvodu je relativně malý, čímž je limitováno i její použití při malých rychlostech (tlacích) tekutiny. Prandtlova trubice není vhodná pro samotné určení směru rychlosti proudění.

Čtěte také: Postupy měření emisí 2T

Měření průtoku v potrubí

U ideálně vyvinutého rychlostního profilu (při laminárním i turbulentním proudění) možno přibližně určit měřením v místě vzdáleném o ¼ R od vnitřní stěny potrubí.

Tato mezinárodní norma specifikuje manuální metody pro stanovení rychlosti a průtoku plynů v potrubí, výduších a komínech, které ústí do atmosféry. Průměrná rychlost proudu se zjišťuje pomocí Prandtlovy trubice změřením hodnoty rychlosti v ve zvolených bodech průřezu potrubí. Průtok qv se vypočítá vynásobením plochy průřezu průměrnou rychlostí proudu plynu v tomto průřezu.

Typ „L“ detailněji popsaný v ČSN ISO 10780 je považovaný za standardní rychlostní sondu. Tento typ je také známý jako Prandtlova-Pitotova sonda. Základním požadavkem při měření je rovnoběžnost osy vstupního otvoru (hlavy sondy) s osou kanálu (proudu) v místě měření.

Při měření celkového a statického tlaku se při odklonu sondy od směru proudu do ±5° velikost naměřených hodnot prakticky nemění. Při měření dynamického tlaku je jeho hodnota prakticky stálá do odklonu ±15°.

Pokud je sonda vyrobena dle nákresu, je její konstanta K = 0,99±0,01, což v podmínkách provozních měření představuje K = 1.

Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták

Prandtlova trubice typu „S“ se velmi často používá při proměřování komínů, protože je vhodná k měření spojenému s odběrem vzorku a také proto, že je robustní, malá a snadno zhotovitelná (výhoda potřeby menšího otvoru pro zasunutí do potrubí roste se zvětšující se šířkou stěny potrubí). Pokud je sonda vyrobena dle nákresu, je její konstanta K = 0,84±0,01.

Někdy se sonda typu „S“ kombinuje se sondou na odběr vzorku (izokinetický odběr vzorku tuhých látek) a teplotním čidlem.

Reynoldsovo číslo proudu plynu na povrchu Prandtlovy trubice musí být větší než 1200 a rychlost proudu plynu se musí pohybovat v rozmezí 5 až 50 m/s. Při hodnotách Reynoldsova čísla menších než 1200 jsou Prandtlovy trubice náchylné ke značným chybám. Proud plynu nesmí vykazovat žádné pravidelné ani cyklické kolísání tlaku. Zjištěné odchylky od střední hodnoty nesmí v daném bodě přesáhnout ±24 Pa.

V případě kruhového průřezu potrubí se měření musí provést nejméně ve dvou měřicích přímkách, které svírají pravý úhel. Rozdíl mezi průměrnými rychlostmi v obou měřených bodech nesmí překročit 5 %.

Postup měření

Před provedením měření se ujasní účel měření s objednavatelem včetně seznámení se s technologií. Jestliže výrobní proces může probíhat ustáleně, musí být v tomto stavu udržován tak, aby bylo dosaženo optimálních podmínek měření.

Měření musí probíhat v přímém úseku potrubí s konstantním tvarem a plochou průřezu, co nejdále po směru toku od jakýchkoli překážek, které by mohly způsobit poruchy nebo změny směru toku. Pro zajištění rovnoměrného rozdělení rychlosti plynu v rovině měření musí mít přímý úsek potrubí délku rovnou přinejmenším sedminásobku hydraulického průměru potrubí (v praxi někdy nesplnitelné). Na tomto přímém úseku potrubí se umístí měřicí profil ve vzdálenosti pěti hydraulických průměrů od počátku tohoto úseku.

Minimální počet měřicích bodů je určen rozměry měřicího profilu. Obecně tento počet stoupá s rostoucí plochou průřezu potrubí. Nejmenší počet potřebných vzorkovacích bodů je uveden v tab.

Plocha měřicího profilu musí být rozdělena na rovnoploché části a měření rychlosti musí být provedeno ve středu každé části. Žádný z měřicích bodů nesmí ležet ve vzdálenosti menší než 20 mm od stěny potrubí.

Pro rozdělení potrubí kruhových průřezů norma uvádí dvě možnosti. Obě rozdělují průřez potrubí na rovnoploché části. Při základním rozdělení je na rozdíl od tangenciálního rozdělení měřicí bod umístěn ve středu průřezu. Základní a tangenciální rozmístění v potrubí kruhového průřezu je uvedeno na obr. č. 6 a 7. Rozmístění měřicích bodů v potrubí čtyřhranného průřezu je uvedeno na obr. č. 8.

Vzdálenosti měřicích bodů v procentech průměru D od stěny potrubí jsou uvedeny v tab.

Dále se změří a zapíše atmosférický tlak pamb. Možný vzor formuláře pro zápis výše uvedených údajů je označen jako tab.

Vztah pro výpočet konstanty C odvodíme dosazením vztahu pro výpočet hustoty ρ tekutiny z molární hmotnosti (při efektivních podmínkách) do vztahu (7), který násobíme konstantou Prandtlovy trubice.

Požadavky na pomocná zařízení pro měření Prandtlovou trubicí jsou shrnuty v tab.

V jiných případech má být menší než 5 %. Přítomnost tuhých částic a aerosolů, které mohou ucpat otvory Prandtlovy trubice, může chybu zvyšovat.

Zvýšení počtu vzorkovacích bodů může přesnost lehce zvýšit, ale při překročení šestnácti bodů je dosažené snížení chyby velmi malé.

tags: #vsb #tu #mereni #emisi

Oblíbené příspěvky:

• Neživá příroda a citace
• Lamart LT8049 – recenze
• Recepty na čistič nábytku
• Kartonový odpadkový koš: Průvodce
• Udržitelnost a olympiáda