Meranie prietoku stlačeného vzduchu

Prečo je také dôležité merať prietok stlačeného vzduchu?

Pretože z neho zistíme:

• výkonnosť kompresorov
• spotrebu stlačeného vzduchu
• úniky vzduchu netesnosťami

Nie je prietok ako prietok

Slovom prietok plynu možno označiť v podstate tri rôzne veličiny:

• rýchlostný prietok (m/s) – stredná rýchlosť prúdenia meraného média
• hmotnostný prietok (kg/s) – hmotnosť vzduchu, ktorý pretečie potrubím za jednotku času
• objemový prietok (m3/h) – objem tekutiny, ktorý pretečie potrubím za jednotku času t.

Objemový prietok ako meradlo výkonu kompresora

Objemový prietok nájdeme v katalógových listoch kompresorov a označuje vlastne výkon kompresora. Pri malých kompresoroch sa používa jednotka l/min, pre veľké kompresory jednotka m3/h (1 m3 = 1 000 l). Na obrázku je výrez obrazovky e-shopu www.kompresory-vzduchotechnika.cz, kde je objemovým prietokom vyjadrené množstvo vzduchu nasávané z atmosféry a množstvo vzduchu prúdiace do vzdušníka (plniace množstvo).

Objemový prietok nám pomôže tiež porovnať výkony jednotlivých kompresorov.
Môžeme si vypočítať špecifický výkon, Pspec – napovie nám, koľko kW je potrebných na výrobu jednotkového objemového prietoku 1 m3/min.

Pozor na porovnávanie objemových prietokov – dôležitá je tiež teplota, tlak a miesto merania

Objemové prietoky vzduchu môžeme medzi sebou porovnávať, len ak sú vztiahnuté k zhodnému tlaku a zhodnej teplote. A tak si musíme dať pozor, pre aké podmienky daná hodnota prietoku platí.

Prepočet na normované podmienky

Prietoky a množstvá plynov sa dajú porovnať len vtedy, ak sa prepočítajú na normované podmienky, tlak a teplotu. Používajú sa však dve normy.

Normované podmienky pre objemový prietok:

Rozdiel medzi oboma prietokmi pri dvoch rôznych normovaných podmienkach je 8,7 %. Meriate objemový prietok v podmienkach, ktoré sa podstatne líšia od tých normovaných? Až po prepočte z nich môžete usudzovať na množstvo nasatého plynu, spotrebovaného plynu alebo množstvo uniknutého plynu z titulu netesnosti.

p = absolútny tlak v baroch, V = objem, T = absolútna teplota v K (absolútna teplota v K = teplota v °C + 274,15).

Vlastnosti plynov podľa rovnice

Dôležitou vlastnosťou plynov je, že s rastom teploty rastie ich objem – to sa využíva napr. v teplovzdušných balónoch. Najjednoduchšie popisuje uvedené vlastnosti a z nich plynúce správanie plynov rovnica ideálneho plynu:

p.V = m.R.T

kde p je tlak, V objem, m hmotnosť, R plynová konštanta, T absolútna teplota v K (absolútna teplota v K = teplota v °C + 274,15)

Z rovnice plynie, že objem (meraný napr. v kubických metroch) a hustota plynu sa budú s tlakom a teplotou meniť, avšak jeho hmotnosť (v kilogramoch, librách atď.) sa nezmení (zákon zachovania hmotnosti).

Čo sa deje pri stláčaní vzduchu

Pri stláčaní rastie tlak a hustota a znižuje sa objem vzduchu. Bez zmeny zostáva hmotnosť – pre tú platí zákon o zachovaní hmoty.

Hmotnosť vzduchu zostáva teda rovnaká. Čo to znamená pre meranie prietoku?

Na obrázku vidíme rozdiel medzi meraním hmotnostným a objemovým meradlom:

• Teplotný hmotnostný prietokomer zisťuje prietok podľa hmotnosti a ukáže vždy rovnakú hodnotu bez ohľadu na teplotu a tlak.
• Lopatkový prietokomer meria rýchlosť prúdenia, ktorá sa podľa rozmeru potrubia prepočítava na objemový prietok. Nameranú hodnotu je potrebné prepočítať na normované podmienky.

Spôsoby merania prietoku

a) Hmotnostné prietokomery Výhodou týchto prietokomerov je, že merajú priamo hmotnostný prietok nezávislý od tlaku a teploty, takže nie je potrebné nič prepočítavať. Tepelné hmotnostné prietokomery Do prúdu vzduchu sa inštaluje senzor, ktorý sa skladá z dvoch platinových rezistorov: R1 meria teplotu plynu R2 je vyhrievaný pre dosiahnutie konštantnej teploty a je ochladzovaný prúdiacim plynom Čím je väčšia potreba udržiavať teplotu R2 konštantnú, tým je väčší hmotnostný prietok. Výkon potrebný na udržanie telieska na tejto teplote je úmerný hmotnostnému prietoku plynu.

Kalorimetrické prietokomery V obtokovom kanáliku vyhrievaného kanála sa meria oteplenie vzduchu v úseku medzi dvoma odporovými snímačmi teploty S1 a S2. Zdroj tepla H je umiestnený do stredu kanála. Pri nulovom prietoku m0 sa teplota šíri rovnomerne na obe strany od zdroja tepla. Pri prúdení vzduchu m1 je teplo od vyhrievacieho telieska H unášané v smere prúdenia k jednému zo snímačov teploty. Tým dôjde k rozváženiu mostíka a rozdielové napätie je zosilnené; tento výstup snímača je úmerný prúdeniu média.

Coriolisove prietokomery

Medzi hmotnostné meradlá patria tiež Coriolisove prietokomery. Tie merajú tiež priamo hmotnostný prietok, a to zisťovaním fázového posunu pohybov vynútene kmitajúcich meracích trubíc. Ide o presné a drahé prístroje.

b) Rýchlostné prietokomery

Merajú rýchlosť prúdenia vzduchu. Z rýchlosti sa dá vypočítať objemový prietok podľa prierezu potrubia, kde prúdi merané médium.

Prietokomery turbínkové a lopatkové

• prúdiaci vzduch roztáča turbínu, lopatku alebo skrutkové koleso
• rýchlosť otáčania je úmerná strednej rýchlosti prúdenia

Vírový prietokomer

Do potrubia sa vloží teliesko a to vyvolá zmenu tlaku a rýchlosti. Vyvolaná zmena je snímaná napr. piezoelektrickým alebo kapacitným diferenčným snímačom a prevedená na elektrický signál. Teliesko vo vírových prietokomeroch môže mať rôzny tvar a rôzne uloženie.

Ultrazvukový prietokomer Rýchlosť prúdenia má vplyv na to, ako rýchlo sa v prúdiacom médiu šíri ultrazvukové vlnenie. Na potrubie sa za sebou umiestnia dva vysielače V1 a V2 a proti nim dva prijímače P1 a P2 ultrazvukového vlnenia. Jeden vysielač V1 vysiela po smere prúdenia a druhý V2 proti smeru. Meria sa čas prechodu vlny. Rozdiel časov potrebných na prechod médiom je úmerný rýchlosti prúdenia.
Prietokomery s meraním tlakovej diferencie a) Meranie s clonou: Priezrez potrubia je zúžený škrtiacim prvkom: clonou, dýzou, Venturiho dýzou. Pred a za zúžením sa meria tlak diferenčným tlakomerom. Rozdiel tlaku je úmerný rýchlosti prúdenia.
b) Meranie so sondou Viacotvorová sonda sa zasúva do potrubia naprieč prúdiacej látke. K meraniu sa využíva zmena kinetickej energie prúdiacej tekutiny na energiu tlakovú. Dynamický tlak pdyn sa spočíta z nameraného celkového tlaku pc a statického tlaku pstat: pdyn = pc – pstat

Zostava pre meranie sa skladá z niekoľkých prvkov:

• škrtiaci orgán – clona, dýza, Venturiho dýza, Pitotova trubica
• diferenčný tlakomer – snímanie rozdielu tlaku na škrtiacom elemente
• ventilová súprava – umožňuje pripojenie diferenčného tlakomera, preplachovanie a odvzdušnenie signálneho potrubia

Na trhu sú tiež kompaktné meradlá, ktoré sú vybavené clonou, ventilovým pripojením, diferenčným snímačom tlaku a inteligentným prevodníkom.

Inštalácia prietokomerov – výber vhodného miesta

Pre inštaláciu prietokomera vyberte rovné miesto bez tvaroviek, kde nesmú byť žiadne turbulencie. Na obrázku vidíme: úsek potrubia pred miestom merania – vstupná sekcia L1 úsek potrubia za miestom merania – výstupná sekcia L2 Minimálna dĺžka výstupnej sekcie L2 má byť obvykle päťnásobkom priemeru potrubia, L2 = min. 5× D. Minimálna dĺžka vstupnej sekcie L1 sa líši pri jednotlivých prietokomeroch: tepelné hmotnostné prietokomery L1 = min. 15× D vírové prietokomery L1 = min. 20× D ultrazvukové prietokomery L1 = min. 10 až 20× D lopatkové a turbínkové prietokomery L1 = min. 15 až 20× D

Vstupná sekcia musí byť dlhšia, až 50× D, ak je na potrubí inštalovaná armatúra alebo je na ňom oblúk či zúženie.

Dĺžky úsekov pred a za miestom merania si vždy nájdite v dokumentácii k prístrojom. Príklad podrobných inštrukcií pre tepelno-hmotnostné prietokomery:

Inštalácia prietokomerov – vytvorenie meracieho miesta

Pre prietokomer je vždy potrebné vytvoriť meracie miesto. V dokumentácii k prístroju nájdete podrobný popis, ako meracie miesto vytvoriť. Tu uvádzame príklad meracieho miesta tepelno-hmotnostného prietokomera:

1. Zvoľte pre meracie miesto jednu z týchto možností:

Kalibrácia prietokomerov

Prietokomery využívané na komerčné účely musia byť kalibrované podľa zákona o metrológii.
V kalibračných laboratóriách preveria pomocou presnejšieho meradla, či je presnosť prietokomera vyhovujúca.