Poznań, październik 2008
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD OGRZEWNICTWA KLIMATYZACJI I OCHRONY POWIETRZA
STUDIA MAGISTERSKIE
HYDRAULIKA SIECI WODOCIĄGOWYCH I GAZOWYCH
LABORATORIUM
Semestr VII (IV rok)
WYKAZ ĆWICZEŃ
1. Badanie pola prędkości płynu techniką LDA.
2. Badania miejscowych strat ciśnienia w kolanach i łukach wentylacyjnych oraz wyznaczanie
charakterystyki przepływowej zaworu regulacyjnego.
3. Wizualizacja przepływu powietrza pod okapem wentylacyjnym.
Uwagi
1. Miejsce realizacji ćwiczeń: hala nr 21
2. Warunki zaliczenia ćwiczeń:
a) pozytywna ocena z kolokwium wejściowego
b) wykonanie zadań przewidzianych na zajęciach (w laboratorium),
c) oddanie i "obrona" sprawozdania.
3. Ćwiczenia odbywają się w obecności "obsługi technicznej" i pod nadzorem prowadzącego
ćwiczenia.
Literatura podstawowa:
[1] Z. Orzechowski, J. Prywer, R. Zarzycki, Mechanika płynów w inżynierii środowiska. WNT,
Warszawa 1997.
[2] M. Mitosek, Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska. PWN Warszawa 2001.
[3] Z. Kazimierski, Z. Orzechowski, Mechanika płynów. Skrypt Politechniki Łódzkiej, 1993.
[4] Red. T.M. Fodemski , Pomiary cieplne, cz. 1, WNT, Warszawa 2001.
[5] Red. W. Organista, Laboratorium z termodynamiki i mechaniki płynów. Skrypt Politechniki
Poznańskiej, Poznań 1984.
[6] Red. M. Matlak, Ćwiczenia laboratoryjne z mechaniki płynów dla kierunku inżynieria
środowiska. Skrypt Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1993.
[7] C. Oleśkowicz-Popiel, J. Wojtkowiak, Eksperymenty w wymianie ciepła. Skrypt Politechniki
Poznańskiej, Poznań 2004.
[8] Recknagel, Sprenger, Honmann, Schramek, „Poradnik Ogrzewanie i Klimatyzacja” EWFE
94/95, Biblioteka Fundacji Poszanowania Energii
[9] Polska Norma PN-64/Z-01001
[10] Zajączkowski Janusz „Odpylanie w Przemyśle”, Arkady, Warszawa 1971r.
[11] Maksymilian Malicki, „Wentylacja Przemysłowa” Arkady, Warszawa 1967r.
Prowadzący: dr inż. Fabian Cybichowski
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD OGRZEWNICTWA KLIMATYZACJI I OCHRONY POWIETRZA
STUDIA MAGISTERSKIE
HYDRAULIKA SIECI WODOCIĄGOWYCH I GAZOWYCH
LABORATORIUM
Semestr VII (IV rok)
Ćwiczenie 1
Badanie pola prędkości płynu techniką LDA.
1. Wymagana znajomość zagadnień:
−
profile prędkości w przewodach prostoliniowych kołowych (rozwijające się i rozwinięte),
−
prędkość lokalna, średnia i maksymalna w przewodzie,
−
wykres Nikuradse v
śr
/v
max
= f (Re),
−
przepływ przez nagłe rozszerzenie przewodu (pole prędkości, współczynnik lokalnej straty
ciśnienia),
−
krytyczne liczby Reynoldsa (Re) w przepływach wewnętrznych,
−
oderwanie, recyrkulacja, punkt stagnacji, zależność długości strefy recyrkulacji przepływu
od liczby Reynoldsa,
−
zasada działania anemometru laserowego (zjawisko Dopplera objętość kontrolna,
interferencja światła, widmo promieniowania elektromagnetycznego, światło widzialne,
promieniowanie monochromatyczne, rozproszenie światła),
−
typowe
układy pomiarowe LDA,
2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest określenie charakterystycznych struktur w polu prędkości płynu
przepływającego przez wybrane elementy armatury oraz zapoznanie się z nowoczesną techniką
pomiarową (dopplerowskim anemometrem laserowym). Badania przeprowadzone będą na modelu
nagłego rozszerzenia wykonanego z przezroczystego PMMA dla przepływu wody . Na podstawie
pomiarów należy znaleźć zależność między długością strefy cyrkulacji a liczbą Reynoldsa
charakteryzującą dany przepływ, dla wybranego przepływu sporządzić wykres profilu prędkości
oraz porównać maksymalną prędkość w przewodzie przed rozszerzeniem mierzoną za pomocą LDA
z prędkością otrzymaną z przeliczenia wskazania rotametru.
3. Sprawozdanie:
- krótki opis stanowiska pomiarowego,
- dane techniczne używanych przyrządów pomiarowych,
- zestawienie wyników pomiarów w postaci tablicowej i graficznej,
- uwagi i wnioski końcowe.
4. Literatura: [1], [2], [4], [7].
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD OGRZEWNICTWA KLIMATYZACJI I OCHRONY POWIETRZA
STUDIA MAGISTERSKIE
HYDRAULIKA SIECI WODOCIĄGOWYCH I GAZOWYCH
LABORATORIUM
Semestr VII (IV rok)
Ćwiczenie 2
Badania miejscowych strat ciśnienia w kolanach i łukach wentylacyjnych oraz wyznaczanie
charakterystyki przepływowej zaworu regulacyjnego.
1. Wymagana znajomość zagadnień:
−
ciśnienie dynamiczne, statyczne i całkowite,
−
liczba Reynolds'a (Re), średnica hydrauliczna,,
−
pomiar strumienia masy i objętości płynu za pomocą zwężek,
−
pomiar
ciśnienia statycznego płynu przepływającego w przewodzie,
−
charakterystyka przepływowa i charakterystyka otwarcia zaworów regulacyjnych,
−
charakterystyka liniowa i charakterystyka stałoprocentowa zaworu regulacyjnego,
−
współczynnik przepustowości zaworu k
v
i jego związek ze współczynnikiem
ζ
.
−
strumień masy, strumień objętości, średnia masowa prędkość przepływu płynu,
−
prędkość lokalna, średnia i maksymalna w przewodzie,
−
lepkość kinematyczna, lepkość dynamiczna,
−
płyn newtonowski i nienewtonowski, hipoteza Newtona,
−
straty liniowe i miejscowe ciśnienia, współczynnik strat liniowych i miejscowych
ciśnienia.
2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest eksperymentalne wyznaczenie za pomocą pomiaru przepływu powietrza
charakterystyki przepływowej przepustnicy jednopłaszczyznowej (zaworu motylkowego) oraz
porównanie otrzymanych wyników z danymi teoretycznymi oraz wyznaczenie zależności
współczynnika strat miejscowych ciśnienia badanego elementu przewodu wentylacyjnego od
liczby Reynoldsa.
3. Sprawozdanie:
- krótki opis stanowiska pomiarowego,
- dane techniczne używanych przyrządów pomiarowych,
- zestawienie wyników pomiarów w postaci tablicowej i graficznej,
- porównanie otrzymanych wyników z danymi teoretycznymi,
- analiza wyników oraz ich dokładności,
- uwagi i wnioski końcowe.
4. Literatura: [1], [2], [4], [7], PN-2001/M-42377
-
Idelchik I.E. "Handbook of Hydraulic Resistance" 3
rd
Edition, Chapter 9
th
, Begell House,
New York 1996, 569-570.
-
Igarashi T., Inagaki S. "Hydraulic Losses of Flow Control Devices in Pipes" JSME
International Journal, Series B, Vol. 38 No. 3, 1995, 398-403.
- Szymański M., Wojtkowiak J. „Charakterystyki przepływowe łuków n-2 o przekroju
kwadratowym.Badania doświadczalne”, COW Nr 10, 2006r., str. 30-32
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD OGRZEWNICTWA KLIMATYZACJI I OCHRONY POWIETRZA
STUDIA MAGISTERSKIE
HYDRAULIKA SIECI WODOCIĄGOWYCH I GAZOWYCH
LABORATORIUM
Semestr VII (IV rok)
Ćwiczenie 3
Wizualizacja przepływu powietrza pod okapem wentylacyjnym.
1. Wymagana znajomość zagadnień:
−
definicja odciągu miejscowego, rodzaje i funkcja odciągów miejscowych
−
prędkość porywania
−
widmo zasysania
−
podstawowe typy okapów wentylacyjnych
−
osłony stosowane w odciągach miejscowych
−
nawiew kompensacyjny
−
linie prądu, ścieżki prądu
−
profile prędkości przepływu w kanałach okrągłych
2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wykonanie wizualizacji przepływu powietrza pod okapem wentylacyjnym
i porównanie uzyskanych wyników z danymi literaturowymi.
3. Sprawozdanie:
- krótki opis stanowiska pomiarowego,
- dane techniczne używanych przyrządów pomiarowych,
- zestawienie wyników pomiarów,
- porównanie otrzymanych wyników z danymi teoretycznymi,
- analizę wyników oraz ich dokładności,
- uwagi i wnioski końcowe.
4. Literatura: [8], [9], [10], [11]
- Załoga B. „Wpływ własności fizycznych i chemicznych substancji oraz technologii źródła
zanieczyszczeń na rozwiązania systemów odciągów miejscowych, Praca końcowa, 01.2008,
Politechnika Poznańska.
POLITECHNIKA POZNAŃSKA PROWADZĄCY:
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA dr
inż. Fabian Cybichowski
Hydraulika sieci wodnych i gazowych – Ćwiczenia laboratoryjne
1
TEMAT ĆWICZENIA:
Badanie pola prędkości płynu techniką LDA.
GRUPA DZIEKAŃSKA
.................................
DATA WYKONANIA
.................................
OSOBY WYKONUJĄCE ĆWICZENIE: GRUPA:
1. .......................................................................... ..........
2. ..........................................................................
..........
3. ..........................................................................
..........
4. ..........................................................................
..........
5. ..........................................................................
..........
6. ..........................................................................
..........
OCENA
v. 26-09-2008
Sprawozdanie należy uzupełnić o opis stanowiska pomiarowego, wyniki pomiarów i obliczeń oraz
uwagi i wnioski.
2
1. Cel
ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest określenie charakterystycznych struktur w polu prędkości płynu przepływającego przez
wybrane elementy armatury oraz zapoznanie się z nowoczesną techniką pomiarową (dopplerowskim
anemometrem laserowym). Badania przeprowadzone będą na modelu nagłego rozszerzenia wykonanym
z przezroczystego PMMA, płynem modelowym będzie woda. W trakcie ćwiczenia zostaną miedzy innymi
wyznaczone: długość wiru za nagłym rozszerzeniem, profil prędkości w rejonie wiru, maksymalna prędkość
w przewodzie przed rozszerzeniem. Wyniki własnych badań należy porównać z danymi literaturowymi.
2.
Opis stanowiska pomiarowego (należy uzupełnić w czasie zajęć)
2.1. Aparatura i przyrządy
2.2. Rysunek stanowiska pomiarowego
3
3. Zasada
pomiaru
Anemometr laserowy służy do bezinwazyjnego pomiaru lokalnej prędkości przepływu za pomocą promieni
lasera. Ta technika pomiaru może być wykorzystywana do pomiaru prędkości w płynach o dużej
przejrzystości (najczęściej powietrze lub woda).
Anemometr laserowy wysyła w kierunku badanego obiektu dwie monochromatyczne wiązki światła,
przecinające się w punkcie pomiaru (objętości kontrolnej), jednocześnie „obserwując” promieniowanie odbite
w tym punkcie. W objętości kontrolnej powstaje mikroskopijna siatka jaśniejszych i ciemniejszych prążków
(interferencja światła). Cząsteczki płynu przepływające przez tę siatkę odbijają światło lasera w kierunku
detektora. Zgodnie z efektem Dopplera, zmiana długości fali odbitego promieniowania zależy od prędkości
obiektów od których zostało ono odbite, co pozwala na wyznaczenie lokalnej prędkości płynu.
Na poniższych rysunkach pokazano schemat anemometru laserowego z rozdzielonymi laserem i detektorem
(
http://www.efunda.com/designstandards/sensors/laser_doppler/laser_doppler_intro.cfm
) oraz zintegrowaną
sondę pomiarową firmy DANTEC (
http://www.dantecdynamics.com
).
4
Zalety tej techniki pomiaru to możliwość bezinwazyjnego pomiaru prędkości, możliwość pomiaru w obszarze
silnych zaburzeń przepływu, wysoka rozdzielczość „przestrzenna” pomiaru i szybkość pomiaru. Wady to
konieczność budowy stanowiska pomiarowego z przezroczystych elementów oraz unikania refrakcji i odbić
występujących na granicy ośrodków.
W ćwiczeniu zostanie wykorzystany anemometr laserowy firmy DANTEC, z sondą umożliwiającą pomiar
jednej składowej wektora prędkości (1D). Mechanizm przesuwu sondy lasera (mechanizm trawersujący)
umożliwia przesuwanie sondy w pionie i w poziomie z dokładnością 0,05 mm. W trakcie badań mierzona
będzie składowa osiowa wektora prędkości (składowa skierowana w kierunku osi przepływu).
W celu ułatwienia pomiarów do płynu modelowego dodaje się drobne cząsteczki dobrze odbijające
promienie lasera (tzw. posiew). Na stanowisku pomiarowym wykorzystanym w omawianym ćwiczeniu jako
posiew zastosowano srebrzysty proszek „Iriodin 100”, o średnicy cząsteczek mieszczącej się w zakresie
10 – 60
μm.
4. Przebieg
ćwiczenia
4.1. Geometria
przepływu
W trakcie ćwiczeń badana będzie struktura przepływu przez nagłe rozszerzenie, pokazane na poniższym
rysunku.
Przyjmując założenie, że badany przepływ jest osiowosymetryczny, można ograniczyć pomiary do połowy
przekroju podłużnego badanej geometrii.
4.2. Przyjęty układ współrzędnych
Do wykonania pomiarów niezbędna jest dokładna znajomość położenia objętości kontrolnej (punktu
przecięcia wiązek lasera). Będzie ono określane w umownym układzie współrzędnych, odpowiednim do
geometrii badanego przepływu. Początek układu współrzędnych został umieszczony w osi przepływu,
w płaszczyźnie nagłego rozszerzenia. Oś ‘Y’ pokrywa się z osią przepływu, oś ‘X’ skierowana jest w kierunku
promieniowym. Na poniższym rysunku pokazano położenie przyjętego układu współrzędnych oraz
najważniejsze wymiary badanego modelu.
5
4.3. Kalibracja mechanizmu trawersującego
Podziałki mechanizmu trawersującego sondy lasera nie pokrywają się ze współrzędnymi układu
współrzędnych opisanego w poprzednim punkcie. Przed przystąpieniem do właściwych pomiarów należy
odpowiednio skalibrować mechanizm trawersujący, tak aby było możliwe proste nastawianie wybranego
położenia objętości kontrolnej. Do kalibracji zostaną wykorzystane charakterystyczne punkty A, B i C
pokazane na poprzednim rysunku.
4.3.1. Kalibracja
w
osi
‘Y’
Kalibracja mechanizmu trawersującego w osi ‘Y’ ma na celu ustalenie położenia początku układu
współrzędnych na pionowej podziałce mechanizmu trawersującego i polega na ustawieniu objętości
kontrolnej w punkcie A, następnie przesunięciu pionowej skali mechanizmu trawersującego do położenia
będącego wielokrotnością 10 mm, i zapisaniu go w arkuszu pomiarowym.
Pionowe przesunięcie sondy pomiarowej o 1 mm odpowiada takiemu samemu przesunięciu objętości
kontrolnej. Konstrukcja pionowej podziałki mechanizmu trawersującego umożliwia odczyt położenia sondy
anemometru z dokładnością 0,05 mm.
4.3.2. Kalibracja
w
osi
‘X’
Kalibracja mechanizmu trawersującego w osi ‘X’ ma na celu ustalenie położenia początku układu
współrzędnych na poziomej podziałce mechanizmu trawersującego i polega na ustawieniu objętości
kontrolnej w punkcie C, następnie przesunięciu poziomej skali mechanizmu trawersującego do położenia
będącego wielokrotnością 1 mm, i zapisaniu go w arkuszu pomiarowym.
Aby ustawić objętość kontrolną w punkcie C należy zanotować położenie sondy oczytane z poziomej
podziałki mechanizmu trawersującego w punkcie A, następnie ustawić objętość kontrolną w punkcie B,
obliczyć i nastawić współrzędną poziomą punktu C jako średnią arytmetyczną współrzędnych punktów A i B.
Ze względu na zjawisko refrakcji (załamanie się promieni lasera na granicy faz) przesunięcie sondy
pomiarowej o 1 mm powoduje przesunięcie objętości kontrolnej o inną (większą) odległość.
Charakterystyczny dla badanego modelu stosunek przesunięcia sondy (L
0
) do przesunięcia objętości
kontrolnej (L
1
) można wyznaczyć z poniższego równania:
2
1
0
d
X
X
L
L
M
B
A
AB
′
−
′
=
=
(1)
6
gdzie:
2
d
–
odległość między punktami A i B (rzeczywista średnica wewnętrzna przewodu)
A
X ′
–
współrzędna X’ punktu A odczytana z mechanizmu trawersującego
B
X ′
–
współrzędna X’ punktu B odczytana z mechanizmu trawersującego
Konstrukcja poziomej podziałki mechanizmu trawersującego umożliwia odczyt położenia sondy anemometru
z dokładnością 0,05 mm.
Na następnym rysunku pokazano przykładowe wartości uzyskane przy kalibracji mechanizmu
trawersującego oraz współrzędne początku związanego z nim układu współrzędnych.
W poniższej tabeli należy wpisać wyniki uzyskane w trakcie kalibracji mechanizmu trawersującego.
X’
A
mm
współrzędne punktu A odczytane z mechanizmu
trawersującego
Y’
A
mm
X’
B
mm
współrzędne punktu B odczytane z mechanizmu
trawersującego
Y’
B
mm
X’
0
mm
obliczone współrzędne początku umownego układu
współrzędnych
X’
0
=½×(X’
A
+X’
B
)
Y’
0
= Y’
A
Y’
0
mm
X”
0
mm
Y”
0
mm
skorygowane współrzędne początku umownego układu
współrzędnych (po przesunięciu obu podziałek mechanizmu
trawersującego do liczb całkowitych)
Mnożnik
M
AB
-
W arkuszu pomiarowym załączonym do sprawozdania w drugiej i trzeciej kolumnie należy wpisywać
współrzędne określone w umownym układzie współrzędnych (X, Y), natomiast w czwartej i piątej kolumnie
współrzędne nastawiane na mechanizmie trawersującym (X’, Y’). Rysunek modelu należy uzupełnić
o współrzędne związane z mechanizmem trawersującym.
7
4.4. Parametry
płynu modelowego (zmierzone w trakcie ćwiczenia)
t
=
…………
[°C]
temperatura wody
Dla nastawionej temperatury wody należy odczytać z tablic lepkość kinematyczną i gęstość:
ν
=
…………
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
s
m
2
lepkość kinematyczna wody,
ρ
=
…………
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
3
m
kg
gęstość wody.
4.5. Długość strefy recyrkulacji
Długość strefy recyrkulacji należy określić przynajmniej dla trzech różnych liczb Reynoldsa. Natężenie
przepływu należy nastawić pokrętłem umieszczonym przed rotametrem (100%, 75%, 50% zakresu
rotametru). Jako pierwszy należy zbadać przepływ o największym natężeniu.
Długość strefy recyrkulacji wyznaczamy poszukując punktu stagnacji przy ściance przewodu (punktu
w którym składowa osiowa wektora prędkości jest równa zeru). W tym celu ustawiamy objętość kontrolną
w odległości 2 ÷ 3 mm od ścianki przewodu, w połowie długości odcinka pomiarowego (Y=120). Jeżeli
zmierzona prędkość jest dodatnia (średnia z trzech pomiarów!), przesuwamy objętość kontrolną do punktu
leżącego w połowie nie przebadanego jeszcze odcinka leżącego poniżej badanego punktu (Y = 60). Jeżeli
jest ujemna, przesuwamy ją do punktu leżącego w połowie nie przebadanego jeszcze odcinka leżącego
powyżej badanego punktu (Y = 180). Dokonujemy pomiaru prędkości w nowym punkcie pomiarowym
i w zależności od znaku zmierzonej prędkości ponownie przesuwamy objętość kontrolną do połowy nie
przebadanego jeszcze odcinka – leżącego pod lub ponad badanym punktem pomiarowym. Powtarzamy
pomiary aż do znalezienia punktu, w którym zmierzona prędkość jest równa zeru. Przy małych przepływach
prędkości lokalne przy ściance przewodu są na tyle małe, że konieczne jest zwiększenie odległości pomiaru
prędkości od ścianki.
W każdym punkcie pomiarowym należy trzykrotnie zmierzyć prędkość przepływu. Wyniki pomiarów
prędkości należy zapisywać w arkuszu pomiarowym załączonym do sprawozdania. Zależność między
długością strefy recyrkulacji (wyrażoną jako L/d
2
) a liczbą Reynoldsa należy przedstawić w poniższej tabeli
oraz na wykresie.
Wyniki pomiarów długości strefy recyrkulacji:
L L/d
2
•
V
•
V
w
1
Re
Lp
[mm] [-] [dm
3
/h] [m
3
/s] [m/s] [-]
1
2
3
4
5
L
– długość strefy recyrkulacji
•
V
– strumień przepływającej wody odczytany z rotametru
w
1
– obliczona średnia prędkość przepływu wody przed nagłym rozszerzeniem (2):
8
1
1
A
V
w
•
=
(2)
A
1
– pole przekroju poprzecznego przed nagłym rozszerzeniem (3):
4
2
1
1
d
A
⋅
=
π
(3)
d
1
– średnica wewnętrzna przewodu przed rozszerzeniem
Re
– liczba Reynoldsa obliczona z równania (4):
ν
h
d
w
⋅
=
1
Re
(4)
d
h
– średnica hydrauliczna nagłego rozszerzenia, obliczona z równania (5):
2
1
2
d
d
d
h
−
=
(5)
d
2
- średnica wewnętrzna przewodu za rozszerzeniem
Wykres zależności długości strefy recyrkulacji od liczby Reynoldsa.
9
4.6. Profile
prędkości za rozszerzeniem
Dla wybranego przepływu należy sporządzić kilka profili prędkości za rozszerzeniem, w różnych
odległościach od rozszerzenia (uzgodnionych z prowadzącym ćwiczenia). Prędkości należy mierzyć od osi
przepływu do ścianki przewodu bliższej laserowi, co 1 mm. Po naniesieniu wyników pomiarów na poniższy
wykres w strefach dużych gradientów prędkości można wykonać dodatkowe pomiary zwiększające
dokładność wykresu (wybór dodatkowych punktów pomiarowych uzgodnić z prowadzącym ćwiczenia).
W każdym punkcie pomiarowym należy trzykrotnie zmierzyć prędkość przepływu. Wyniki pomiarów
prędkości należy zapisywać w arkuszu pomiarowym załączonym do sprawozdania oraz na wykresie.
Profile prędkości (wykres od osi do ścianki przewodu):
10
4.7. Maksymalna
i
średnia prędkość przepływu
Należy zmierzyć maksymalną prędkość przepływu (w osi przewodu) w odległości 5×d
1
przed rozszerzeniem,
następnie porównać ją z prędkością średnią
1
w
obliczoną na podstawie wskazań rotametru z równania (6).
1
1
A
V
w
•
=
(6)
•
V
– strumień przepływu odczytany z rotametru
A
1
– pole przekroju poprzecznego przed nagłym rozszerzeniem
Przed przystąpieniem do pomiaru należy skalibrować mechanizm trawersujący dla odcinka przed
rozszerzeniem (wystarczy kalibracja w osi X).
odcięta punktu A odczytana z mechanizmu trawersującego
X’
A
mm
odcięta punktu B odczytana z mechanizmu trawersującego
X’
B
mm
obliczona odcięta osi przepływu
X”
0
mm
X’
0
mm
skorygowana odcięta osi przepływu (po przesunięciu skali
mechanizmu trawersującego do liczby całkowitej)
Mnożnik
M
AB
-
Znając prędkość średnią można obliczyć liczbę Reynoldsa (7) i na tej podstawie ocenić, czy zmierzona
anemometrem laserowym prędkość maksymalna odpowiada wyznaczonej teoretycznie z równania (8)
lub (9).
ν
1
1
1
Re
d
w
⋅
=
(7)
Dla przepływu laminarnego (
2320
Re
≤
) teoretyczną zależność prędkości średniej i maksymalnej można
opisać równaniem (8):
max
1
5
,
0
w
w
×
=
(8)
Dla przepływu turbulentnego (
2320
Re
>
) teoretyczną zależność prędkości średniej i maksymalnej można
opisać równaniem (9):
(
)
max
1
9
,
0
8
,
0
w
w
×
÷
=
(9)
11
Wyniki pomiarów i obliczeń należy wpisać w poniższą tabelę
natężenie przepływu
•
V
dm
3
/h
prędkość średnia
1
w
m/s
prędkość maksymalna
max
w
m/s
liczba Reynoldsa
Re
1
-
stosunek obu prędkości
max
1
w
w
-
4.8. Charakterystyczne struktury pola prędkości przy przepływie przez nagłe rozszerzenie
Poniżej należy narysować jak przebiegają linie prądu w elemencie nagłego rozszerzenia oraz zaznaczyć
punkty stagnacji oraz strefę cyrkulacji (na podstawie literatury).
12
5. Uwagi
i
wnioski
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
POLITECHNIKA POZNAŃSKA PROWADZĄCY:
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA dr
inż. Fabian Cybichowski
Hydraulika sieci wodnych i gazowych – Ćwiczenia laboratoryjne
2
TEMAT ĆWICZENIA:
Badania miejscowych strat ciśnienia w kolanach i łukach wentylacyjnych
oraz wyznaczanie charakterystyki przepływowej zaworu regulacyjnego.
GRUPA DZIEKAŃSKA
.................................
DATA WYKONANIA
.................................
OSOBY WYKONUJĄCE ĆWICZENIE: GRUPA:
1. .......................................................................... ..........
2. ..........................................................................
..........
3. ..........................................................................
..........
4. ..........................................................................
..........
5. ..........................................................................
..........
6. ..........................................................................
..........
7. ..........................................................................
..........
OCENA
v. 26-09-2008
Sprawozdanie zostanie wypełnione i oddane w trakcie zajęć (należy uzupełnić opis stanowiska
pomiarowego, wyniki pomiarów i obliczeń, uwagi i wnioski).
2
1. Cel
ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki przepływowej przepustnicy jednopłaszczyznowej oraz
wyznaczenie zależności współczynnika miejscowych strat ciśnienia wybranego elementu przewodu
wentylacyjnego (kolano na kanale o przekroju prostokątnym) od liczby Reynoldsa. Wyniki własnych badań
należy porównać z danymi literaturowymi.
2.
Opis stanowiska pomiarowego
(rysunek i wymiary stanowiska pomiarowego, parametry badanego kolana, parametry kryzy
pomiarowej, parametry badanej przepustnicy, przyrządy pomiarowe)
3
(cd. opisu stanowiska pomiarowego)
4
3. Przebieg
ćwiczenia
3.1. Pomiary
Pomiary należy wykonać dla co najmniej czterech położeń przepustnicy, dla sześciu różnych strumieni
przepływu w każdym położeniu. Strumień przepływu można regulować pokrętłem na wentylatorze.
Pomiary należy ograniczyć do 2/3 zakresu wydajności wentylatora.
Na początku i na końcu pomiarów należy zmierzyć ciśnienie (p
0
), temperaturę (t
0
) i wilgotność względną (
φ
0
)
powietrza w laboratorium.
Dla każdego punktu pomiarowego (nastawionego przepływu) należy odczytać:
p
1
-
ciśnienie przed badanym kolanem
Δp
12
-
spadek ciśnienia przy przepływie przez kolano
p
3
- ciśnienie przed kryzą pomiarową
Δp
34
-
mierniczy spadek ciśnienia na kryzie pomiarowej
p
5
- ciśnienie przed badaną przepustnicą
Δp
56
-
spadek ciśnienia na przepustnicy
Na podstawie wyników pomiarów należy sporządzić wykres zależności k = f (Re) dla badanego kolana oraz
wykres charakterystyki przepływowej k = f(otwarcie) dla badanej przepustnicy.
3.2. Wyznaczanie
współczynnika miejscowej straty ciśnienia
Współczynnik miejscowej straty ciśnienia ‘k’ należy wyznaczyć z zależności (1):
k
w
p
m
⋅
⋅
=
Δ
2
2
ρ
(1)
po przekształceniu:
2
2
w
p
k
m
⋅
Δ
⋅
=
ρ
(2)
gdzie:
Δp
m
– straty miejscowe na badanym łuku obliczone z równania (3):
L
c
m
p
p
p
Δ
−
Δ
=
Δ
(3)
Δp
c
– całkowite straty ciśnienia na badanym łuku obliczone z równania (4):
c
c
h
p
Δ
⋅
=
Δ
81
,
9
[Pa] (4)
Δh
c
– wskazanie manometru wodnego dla pomiaru straty ciśnienia na badanym łuku (5):
2
1
c
c
c
h
h
h
−
=
Δ
[mmH
2
O] (5)
h
c
1
– poziom górnego menisku manometru wodnego dla pomiaru straty ciśnienia w sekcji
doświadczalnej
h
c
2
– poziom dolnego menisku manometru wodnego dla pomiaru straty ciśnienia w sekcji
doświadczalnej
5
Δp
L
– liniowe straty ciśnienia w sekcji doświadczalnej obliczone z równania:
d
L
w
p
L
⋅
⋅
⋅
=
Δ
λ
ρ
2
2
(6)
ρ
– gęstość powietrza, odczytana z tablic
L
– długość odcinków prostych w sekcji doświadczalnej (pomiędzy króćcami pomiaru całkowitych
strat ciśnienia)
d
– średnica hydrauliczna przewodu w sekcji doświadczalnej
λ
– współczynnik strat liniowych, obliczony w zależności od rodzaju przepływu z równania (7)
lub (8):
Dla przepływu laminarnego (
2320
Re
≤
):
Re
64
=
λ
(7)
Dla przepływu turbulentnego (
2320
Re
>
):
4
Re
316
,
0
=
λ
(8)
Re
– liczba Reynoldsa obliczona z równania (9):
ν
d
w
⋅
=
Re
(9)
ν
– lepkość kinematyczna powietrza, odczytana z tablic
w
– średnia prędkość w przewodzie obliczona z równania (10):
A
m
w
⋅
=
ρ
&
[ ]
s
m
(10)
A
– pole przepływu
m
&
–
strumień masy powietrza, wyznaczony według normy PN-EN ISO 5167, w gotowym arkuszu
kalkulacyjnym (wartości mierzone p
0
, t
0
,
φ
0
, p
3
,
Δp
34
)
6
3.3. Wyznaczanie charakterystyki przepływowej przepustnicy
Współczynnik oporów miejscowych przepustnicy należy obliczać tak samo jak dla kolana.
Na wspólnym wykresie należy nanieść dwie bezwymiarowe charakterystyki przepływowe: zależność
współczynnika oporów miejscowych od względnego położenia tarczy przepustnicy (
α/α
max
) oraz od
względnego otwarcia przepustnicy (A/A
max
).
3.4. Wyniki pomiarów i obliczeń
3.4.1. Parametry
powietrza
na
początku i na końcu pomiarów:
t
0
P
0
φ
0
ρ
0
ν
0
Lp
[°C] [Pa] [%] [kg/m
3
] [m
2
/s]
1
2
3.4.2. Wyniki
pomiarów
α
p
1
Δp
12
p
3
Δp
34
p
5
Δp
56
Lp
[ deg ]
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
1
2
3
4
5
6
7
3.4.3. Wyniki
obliczeń – straty miejscowe na kolanie
m
&
w
12
Re
12
λ
12
Δp
L12
Δp
M12
k
12
Lp
[ ]
[m/s]
[-]
[-]
[Pa]
[Pa]
[-]
1
2
3
4
5
6
8
3.4.4. Wyniki
obliczeń – charakterystyka przepustnicy
m
&
w
56
Re
56
λ
56
Δp
L56
Δp
M56
k
56
Lp
[ ]
[m/s]
[-]
[-]
[Pa]
[Pa]
[-]
1
2
3
4
5
6
9
3.4.5.
Wykresy
10
4.
Uwagi i wnioski
(min. jakość wyników, czy wyniki są zgodne z oczekiwaniami, czy wyniki są zgodne z literaturą)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
POLITECHNIKA POZNAŃSKA PROWADZĄCY:
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA dr
inż. Fabian Cybichowski
Hydraulika sieci wodnych i gazowych – Ćwiczenia laboratoryjne
3
TEMAT ĆWICZENIA:
Wizualizacja przepływu powietrza pod okapem wentylacyjnym.
GRUPA DZIEKAŃSKA
.................................
DATA WYKONANIA
.................................
OSOBY WYKONUJĄCE ĆWICZENIE: GRUPA:
1. .......................................................................... ..........
2. ..........................................................................
..........
3. ..........................................................................
..........
4. ..........................................................................
..........
5. ..........................................................................
..........
6. ..........................................................................
..........
7. ..........................................................................
..........
OCENA
v. 26-09-2008
Sprawozdanie zostanie wypełnione i oddane w trakcie zajęć (należy uzupełnić opis stanowiska
pomiarowego, wyniki pomiarów i obliczeń, uwagi i wnioski).
2
1. Cel
ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wykonanie wizualizacji przepływu powietrza pod okapem wentylacyjnym. Wyniki
uzyskane w trakcie ćwiczenia należy porównać z danymi literaturowymi.
2.
Opis stanowiska pomiarowego (uzupełnić w trakcie ćwiczenia)
2.1. Aparatura i przyrządy
2.2. Schemat stanowiska pomiarowego
3
3. Przebieg
ćwiczenia
Ćwiczenie polegać będzie na umieszczeniu w wybranych punktach pod okapem wentylacyjnych niewielkich
źródeł dymu, następnie naszkicowaniu widocznych ścieżek prądu. Dodatkowo w trakcie ćwiczenia zostanie
wyznaczona zależność pomiędzy zasięgiem okapu a natężeniem przepływu powietrza.
3.1. Wybór punktów, w których zostaną umieszczone źródła dymu
Źródła dymu zostaną umieszczone wybranych punktach na podłodze, na linii leżącej w płaszczyźnie symetrii
badanego okapu wentylacyjnego. Ilość punktów i odległość miedzy punktami należy wybrać w uzgodnieniu
z prowadzącym zajęcia.
Przed ustaleniem rozmieszczenia punktów należy wykonać kilka prób z dwoma źródłami dymu, aby określić
zasięg działania okapu oraz minimalną odległość między punktami gwarantującą czytelność wizualizacji.
Próby należy wykonywać dla maksymalnej wydajności okapu.
3.2. Wizualizacja
W sprawozdaniu należy narysować ścieżki prądu zaobserwowane w trakcie ćwiczenia, dla trzech różnych
wydajności wentylatora.
3.2.1. Maksymalna
wydajność wentylatora
4
3.2.2. 2
wydajność wentylatora
3.2.3. 3
wydajność wentylatora
5
3.3. Zasięg okapu wentylacyjnego
Na podstawie zaobserwowanych ścieżek prądu należy określić zależność zasięgu okapu od wydajności
wentylatora.
6
4. Uwagi
i
wnioski
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Praca końcowa
21 stycznia 2008
1
Praca końcowa
Wpływ własności fizycznych i chemicznych
substancji oraz technologii źródła zanieczyszczeń
na rozwiązania systemów odciągów miejscowych.
21.01.2008r Wykonał:
Załoga Bogdan
Grupa
14
KiCh
Politechnika
Poznańska
Instytut Inżynierii Środowiska
Zakład Zaopatrzenia w Ciepło,
Klimatyzacji i Ochrony
Praca końcowa
21 stycznia 2008
2
Spis treści:
1.
Wstęp: ................................................................................................................. 3
1.1.
Cel pracy:........................................................................................................... 3
1.2.
Zakres pracy: ..................................................................................................... 3
1.3.
Charakterystyka zagadnienia wentylacji przemysłowej:............................. 3
2.
Analiza własności fizykochemicznych substancji, istotnych w procesach
wentylacji przemysłowej:........................................................................................ 9
2.1.
Wielkość i kształt ziaren pyłu:........................................................................... 9
2.2.
Gęstość i ciężar pyłów:................................................................................... 10
2.3.
Dynamika pyłów: ............................................................................................ 11
2.4.
Zwilżalność pyłów i kondensacja pary wodnej na pyłach: ....................... 13
2.5.
Własności wybuchowe pyłów: ...................................................................... 14
2.6.
Własności elektryczne pyłów:........................................................................ 15
2.7.
Koagulacja (aglomeracja) pyłów:................................................................ 16
3.
Rozwiązania odciągów miejscowych; hermetyzacja procesów, prędkości
porywania, widmo zasysania: .............................................................................. 16
3.1.
Ssawy proste okrągłe i prostokątne- bose i z kołnierzami:......................... 25
3.2.
Ssawy szczelinowe: ......................................................................................... 28
3.3.
Ssawy z osłonami:............................................................................................ 30
3.4.
Okapy wyciągowe górne, boczne i dolne:.................................................. 33
3.5.
Obudowy:......................................................................................................... 35
3.6.
Współpraca nawiewu (wentylacji nawiewnej) z systemem odciągów: ... 38
4.
Analiza wpływu technologii źródła zanieczyszczeń w powiązaniu z
własnościami substancji na rozwiązanie systemów odciągów miejscowych;
przykłady. ............................................................................................................... 40
5.
Wnioski:............................................................................................................. 45
6.
Literatura:.......................................................................................................... 45
Praca końcowa
21 stycznia 2008
3
1. Wstęp:
1.1. Cel pracy:
Celem niniejszego opracowania jest badanie wpływu własności fizycznych
i chemicznych substancji oraz technologii źródła zanieczyszczeń na
rozwiązanie systemów odciągów miejscowych. Praca ma charakter studyjny
na podstawie danych literaturowych, Polskich Norm i przykładowych
rozwiązań w instalacjach istniejących. Opracowanie nie zawiera części
badawczej.
1.2. Zakres pracy:
W niniejszym opracowaniu szczególną uwagę zwrócono na poniższe
punkty:
analiza własności fizycznych i chemicznych substancji, istotnych w
procesach wentylacji przemysłowej,
rozwiązanie odciągów miejscowych; hermetyzacja procesów,
prędkości porywanie, widmo zasysania,
analiza wpływu technologii źródła zanieczyszczeń w powiązaniu z
własnościami substancji na rozwiązanie systemów odciągów
miejscowych; przykłady,
wnioski,
1.3. Charakterystyka zagadnienia wentylacji przemysłowej:
Projektując system wentylacji przemysłowej należy pamiętać, iż w trakcie
różnorodnych procesów produkcyjnych mogą powstawać zanieczyszczenia
wpływające niekorzystnie na stan powietrza w pomieszczeniu. W niniejszym
opracowaniu skupiono się na zagadnieniach dotyczących wentylacji
przemysłowej jak i na charakterystyce zanieczyszczeń które niekorzystnie
wpływają na komfort pracy, procesy produkcyjne, a przede wszystkim
zdrowie pracownika.
Idea systemu odciągu pyłów, dymów i gazów (rys. nr 1) mówi że
zanieczyszczenia powietrza powinny zostać w miejscu ich powstawania
zassane za pomocą wentylatora, przetransportowane kanałami do
separatora, i tam usunięte. Oczyszczone powietrze kierowane jest
bezpośrednio do atmosfery. Urządzenia umożliwiający taki proces to
przemysłowe odciągi miejscowe. Ich znaczenie na przestrzeni ostatnich lat
szczególnie wzrosło ze względu na ochronę miejsc pracy i przepisy dotyczące
ochrony środowiska. W procesach oczyszczania powietrza należy dążyć
również do racjonalnego zużycia energii. Wyznaczenie strumieni powietrza,
które zapewnia prawidłowe działanie instalacji odbywa się często na
podstawie zależności empirycznych (doświadczalnych).
Na rysunku nr 1 przedstawiono schemat ideowy systemu odciągu pyłów,
gazów lub par powstałych w procesach produkcyjnych.
Układ składa się z następujących elementów:
elementy do wychwytywania zanieczyszczeń
przewód ssawny (praca na podciśnieniu)
Praca końcowa
21 stycznia 2008
4
oddzielacz zanieczyszczeń (filtr, separator, cyklon, etc.), niekiedy w celu
odzyskania materiału
wentylator promieniowy
wyrzut powietrza na zewnątrz (praca na nadciśnieniu)
Rysunek 1. Schemat instalacji przemysłowej odciągu miejscowego
Wentylacja ogólna nawiewno - wywiewna sprawdza się przy usuwaniu
zysków ciepła i wilgoci i tylko wtedy, jeżeli nie występują jednocześnie
zanieczyszczenia szkodliwe dla zdrowia. We wszystkich innych przypadkach
należy stosować jak najdalej posuniętą hermetyzację i odciągi miejscowe.
Zanieczyszczenia w postaci gazu, par i pyłów występujące jednocześnie z
ciepłem lub bez niego wymagają zastosowania odciągów miejscowych i
wentylacji nawiewnej, a czasem dodatkowe wentylacji wywiewnej. Ogólnie
zanieczyszczenie powietrza możemy podzielić na podstawowe grupy:
gazy i pary
dymy (aerozole)
mgły (np. olejowe)
pyły
zyski ciepła
zyski wilgoci
Zanieczyszczenia występujące w przemyśle są bardzo zróżnicowane
zarówno pod względem jakościowym i ilościowym.
Opary (gazy i pary) [4] - cząsteczki o średnicy 0,2-1 μm. Powstają one
w procesach fizykochemicznych, takich jak destylacja, sublimacja,
kondensacja, spalanie, kalcynacja etc. Jako przykład przytoczyć
można opary tlenków ołowiu i cynku. Opary ulegają często
Praca końcowa
21 stycznia 2008
5
gwałtownej flokulacji.
Dymy [4] - są to układy cząsteczek stałych lub kropel cieczy w gazie,
o wielkościach mniejszych niż 0.3 - 0.5 μm, powstałe przez niezupełne
spalanie substancji organicznych, takich jak węgiel, nafta, drewno,
tytoń etc.
Gazy i pary o gęstości mniejszej od powietrza unoszą się do góry, zaś o
gęstości większej od powietrza opadają w dół. W pewnych przypadkach
gazy i pary o wysokiej temp., mieszając się z chłodniejszym od siebie
powietrzem mogą mieć gęstość większą niż powietrze, jednak w skutek
rozszerzalności cieplnej ich ciężar może być mniejszy od powietrza. Gazy te
unoszą się w górę do czasu aż nie ochłodzą się do temp. powietrza.
Głównym czynnikiem powodującym ruch powietrza w pomieszczeniu są
najczęściej prądy konwekcyjne. Szkodliwe gazy, pary i aerozole mogą
dostawać się do otoczenia (w wyniku reakcji chemicznych) przez
nieszczelność aparatury, przewodów i urządzeń pracujących pod ciśnieniem,
ze swobodnych powierzchni kadzi, wanien itp.
Przy rozwiązywaniu zagadnień związanych z usuwaniem gazów, par i
dymów należy dokładnie wiedzieć, w jaki sposób zanieczyszczenia postają
oraz czy proces przebiega w temperaturze niskiej czy wysokiej.
Zyski ciepła [4] - nie wywołują szkodliwych następstw dla zdrowia
człowieka, lecz mogą powodować znaczny spadek wydajności
pracy. Źródła ciepła możemy podzielić na dwie grupy:
o
nie dające się regulować (ludzie, maszyny, silniki, oświetlenie,
stygnące materiały, procesy – spawanie; zgrzewanie; lutowanie)
o
dające się regulować (straty ciepła aparatów, pieców)
Zyski wilgoci [4] - nie wywołują szkodliwych następstw dla zdrowia
człowieka, lecz mogą wpływać negatywnie na spadek wydajności
pracy lub proces technologiczny. Na zyski wilgoci w pomieszczeniach
produkcyjnych składają się:
o
para wodna wydzielająca się bezpośrednio do powietrza w
pomieszczeniu
o
para wodna wydzielana przez ludzi oraz infiltrująca z powietrzem
bardziej wilgotnym niż powietrze w pomieszczeniu;
o
woda parująca z otwartych powierzchni różnego rodzaju
zbiorników i mokrych materiałów pod wpływem ich własnego
ciepła lub ciepła doprowadzanego z zewnątrz;
o
para powstająca przy wrzeniu wody;
o
para wodna powstająca przy parowaniu zimnych, mokrych
powierzchni pod wpływem ciepła otaczającego powietrza;
o
para wodna powstająca w wyniku reakcji chemicznych.
Ze względu na duża ilość i różnorodność rodzajów pyłów przestawiono
tylko wybrane definicje pyłów.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
6
Definicja nr I [1]:
Pyły to rozproszone w powietrzu substancje stałe dowolnego kształtu, struktury
i gęstości, które można podzielić zależnie od wielkości cząstek na:
pył gruby > 10 μm,
pył drobny 1-10 μm,
pył najdrobniejszy < 1 μm
Wielkości cząstek pyłu mieszczą się pomiędzy 0,1 - 1000 μm. Podczas ruchu
w spokojnym powietrzu cząsteczki opadają zgodnie z prawem ciążenia. Ich
prędkość opadania w spokojnym powietrzu o temperaturze 20°C przebiega
według prawa Stokesa wyrażonego wzorem (1.1):
(1.1)
v - prędkość opadania [m/s],
ρ - gęstość [kg/m
3
],
d - średnica równoważna [m].
Pył o wielkości < 0.1 μm określa się mianem pyłu koloidalnego, którego
cząsteczki podlegają ruchom Browna (w tym przypadku nie stosuje się
prawa Stokesa). Cząsteczki widoczne gołym okiem maja wielkości
wahającą się w granicach > 20 - 30 μm.
Średnica
równoważna
d [μm]
Prędkość opadania
[cm/s]
Droga opadania w czasie 1 h
[m]
ρ=1000
kg/m
3
ρ=2000
kg/m
3
ρ=1000
kg/m
3
ρ=2000
kg/m
3
10 0,3 0,6 10,6
21,6
1
0,003 0,006 0,108 0,216
0.1
0,00003 0,00006 0,00108 0,00216
Tabela nr 1.
Definicja nr II [2]:
Pył jest to faza stała układu dwufazowego: ciało stałe - gaz lub gaz - ciało
stałe, jeśli stopień rozdrobnienia ciała stałego jest tak duży, że w
nieruchomym powietrzu o ciśnieniu 760 mm Hg, temperaturze 20°C i
wilgotności względnej φ < 50% ziarna ciała stałego, na które działa tylko
siła ciężkości, po bardzo krótkim okresie przyspieszenia wskutek oporu
przepływu ośrodka będą opadały ze stałą prędkością mniejszą niż 500 cm/s
lub będą wykazywały ruchy Browna; przyjmuje się umowną granicę
wymiarów ziaren pyłu 1000 -0,001 μm. Wyróżniamy dwa zasadnicze
kryteria pyłów:
pył makroskopowy - nie wykazujący ruchów Browna o wymiarach ziaren
fazy stałej 1000 - 1 μm.
Podział pyłu makroskopowego (tab. nr 2):
gruby
1000 - 500 μm
średni
500 - 60 μm
drobny
60 - 5 μm
bardzo
drobny
5 - 1 μm
Praca końcowa
21 stycznia 2008
7
Tabela nr 2.
pył koloidalny - wykazujący ruchy Browna o wymiarach ziaren fazy stałej
1 - 0,001 μm.
Podział pyłu mikroskopowego (tab. nr 3):
gruby
1 - 0.2 μm
drobny
0.2 - 0.02 μm
bardzo
drobny
0.02 - 0.002
μm
subkoloidalny 0.02 - 0.001
μm
Tabela nr 3.
Jako kryterium przyjmując sposób powstawania pyły mogą być naturalne
lub techniczne.
pyły naturalne - powstają bez udziału człowieka i nie przerabiane
przez człowieka. Do tej grupy pyłów zaliczamy:
o
pyły kosmiczne
o
pyły ziemskie nieorganiczne (wybuchy wulkaniczne, rozkład skał,
etc.)
o
pyły organiczne (gąbki, pleśń, etc.)
pyły techniczne - powstają w wyniku działalności człowieka i mogą
ulegać przeróbce. Do tej grupy pyłów zaliczamy:
o
pyły przypadkowe (ścierania, toczenie, szlifowanie, cięcie,
spawanie, polerowanie). Pyłów tych można wymienić tyle ile jest
czynności i procesów technologicznych.
o
pyły sztucznie wytworzone (względnie przerobione)
o
pyły odpadkowe (powstałe z odpadków, ścierania się dróg,
chodników, etc.)
o
pyły spalinowe - powstają na skutek spalania (koksik, popiół lotny,
sadze).
Generalizując pojecie pyłów, zanieczyszczeń pyłowych w powietrzu jest
niezliczona ilość. Istnieje wiele definicji pyłów i klasyfikacji podziały. W
niniejszym opracowaniu starano się skupić tylko na pyłach powstających w
procesach przemysłowych, które muszą zostać usunięte z miejsca pracy za
pomocą systemu odciągów miejscowych.
Klasyfikacja ogólna pyłów [4]:
Pochodzenie:
o
organiczne
o
mineralne
o
mieszane
Wielkość ziaren:
o
bardzo drobne 0.1-1.0 μm (aerozole)
o
drobne 2-10μm (długo unoszą się w powietrzu)
o
średnie 60-100μm
Praca końcowa
21 stycznia 2008
8
o
grube powyżej 100μm (szybko opadają)
Oddziaływanie na organizm ludzki:
o
neutralne (brak składników trujących, mechaniczne
oddziaływanie)
o
trujące (zwierające toksyczne substancje wywołujące zatrucie)
o
pyły krzemowe i azbestowe zawierające więcej niż 10% wolnego
SiO
2
lub azbestu. (skutki – schorzenie płuc tj. silikoza azbestoza,
etc.)
o
Klasyfikacja ogólna par i gazów [4]:
Oddziaływanie na organizm ludzki:
o
trujące
o
duszące
o
drażniące
o
narkotyzujące
Stopień toksyczności:
o
nieszkodliwe o dopuszczalnej koncentracji do 0.1 g/m
3
(pary
rozpuszczalników)
o
mało szkodliwe o dopuszczalnej koncentracji do 0.01 g/m
3
(pary
rozpuszczalników, związki nitrowe, tlenek węgla, furfarol, amoniak,
alkohol metylowy)
o
szkodliwe o dopuszczalnej koncentracji do 0.001 g/m
3
(fenol, chlor,
kwas siarkowy,
o
bardzo szkodliwe o dopuszczalnej koncentracji poniżej
0.001 g/m
3
(rtęć, ołów, fosfor, bezwodnik selenu, tellur, związki
uranu etc.)
Podstawą doboru konfiguracji odciągów i systemu wentylacyjnego jest
wnikliwa analiza danego procesu technologicznego. Poniżej przestawiono
ogólne zasady które należy wziąć pod uwagę analizując dany proces:
ilościowa i jakościowa charakterystyka wydzielanych zanieczyszczeń w
jednostce czasu, jaki jest ich stopień nierównomierności
wydobywania się i jak dalece są one szkodliwe dla zdrowia.
sposób w jaki zanieczyszczenia przedostają się do pomieszczenia
jaka jest temperatura i gęstość tych zanieczyszczeń
jakie jest usytuowanie źródeł i miejsc wydobywania się zanieczyszczeń
zarówno w planie pomieszczenia, jaki w samych maszynach lub
aparatach
gdzie mogą powstawać największe stężenia zanieczyszczeń
czy jest możliwość powstawania miejsc martwych, w których
zanieczyszczenia mogłyby gromadzić się i osiągać niedopuszczalne
stężania
czy występują w pomieszczeniu prądy konwekcyjne lub prądy
powietrza wywołane pracą maszyn, ludzi, transportu lub ruchami
konwekcyjnymi: ponadto w danym pomieszczeniu mogą wystąpić
Praca końcowa
21 stycznia 2008
9
prądy powrotne powietrza np.. wskutek zetknięcia się
zanieczyszczonego powietrza z zimnymi przegrodami.
Podsumowując, zagadnienia związane z wentylacja przemysłową,
konfiguracją układu odciągów, charakterystyką pyłów etc., każdy
przypadek wymaga indywidualnej analizy z powodu bardzo dużej
różnorodności procesów technologicznych, warunków powstawania
zanieczyszczeń i dużej liczby zanieczyszczeń, które wykazują zróżnicowane
właściwości.
2. Analiza własności fizykochemicznych substancji, istotnych w
procesach wentylacji przemysłowej:
2.1. Wielkość i kształt ziaren pyłu:
Wielkość ziaren pyłu:
W praktyce pył monodyspersyjny (jednakowa wielkość ziaren) nie
występuje nigdy. Aby określić wielkość pyłu wykonać należy analizę
granulometryczną (analiza sitowa) pyłu na podstawie której tworzy się
krzywą przesiewu (skład ziarnowy naniesiony na wykres). Z wykresu takiego
jesteśmy w stanie określić udział procentowy cząsteczek o określonej
wielkości w danej próbce pyłu. Przykładową krzywą przesiewu ilustruje rys. nr
2.
Rysunek 2. Krzywa przesiewu
Kształt ziaren:
Kształty ziaren przyjmują bardzo różnorodne formy (kuliste, sześcienne,
ośmioboczne, pierścieniowe, płytki, czworoboczne). Prawie nigdy cząsteczki
pyłu nie posiadają foremnych kształtów, dlatego dla określenia wielkości
ziaren w technice pyłowej stosuje się cały szereg oznaczeń na średnice
porównawcze (definicję wg. PN-64/Z-0100100).
o
Graniczny wymiar ziarna pyłu (d
g
) - średnica ziarna pyłu, przy
której przeprowadza się rozdział próbki pyłu na klasy (mniejsze i
większe od wymiaru granicznego).
Praca końcowa
21 stycznia 2008
10
o
Średnica zastępcza ziarna pyłu (d
s
) - minimalny wymiar oczka sita,
przez które przechodzi ziarno pyłu; wartość tej wielkości jest
umowna, zależy bowiem od sposobu przeprowadzenia pomiaru.
o
Średnica zastępcza ziarna pyłu określona z prędkości opadania
ziarna (d
z
) - wartość stosowana przy analizach ziarnowych
metodami wywiewania, sedymentacji i odwirowywania w
przeciwprądzie.
2.2. Gęstość i ciężar pyłów:
Gęstości pyłów a także dymów, gazów i par należy uwzględnić przy
projektowaniu odciągów miejscowych. Jest to ważne, ponieważ zła
koncepcja systemu usuwania zanieczyszczeń może mieć wpłynąć na
działanie całego systemu wentylacyjnego, co w efekcie może prowadzić do
poważnych konsekwencji. W przypadku gęstości mniejszych (gazów i par) od
powietrza zanieczyszczenia mają tendencje do unoszeni się w górę i
gromadzenia w górnych partiach budynku lub pomieszczeń, co może
stanowić istotne zagrożenie dla ludzi przebywających w tych strefach. W
przypadku gęstości większej od powietrza, gazy i pary mają tendencję do
zalegania w niższych strefach budynku lub pomieszczenia. Gęstość i
temperatura zanieczyszczeń jest jednym z ważniejszych punktów analizy
danych procesu technologicznego. Uwzględniając daną gęstość i ciężar
właściwy, tak należy umieścić układ ssaw i odciągów aby prawidłowo
spełniał zadana funkcję (uniemożliwienie rozprzestrzeniania się
zanieczyszczeń poza źródło powstawania). Przykładowe rozwiązania
dotyczące typu, lokalizacji i hermetyzacji procesów zamieszczone zostały w
rozdziale 2.
Analizując pył jako materiał sypki istnieją pewne trudności z określeniem
gęstości i ciężaru właściwego pyłu. Miedzy cząsteczkami pyłu tworzą się
wolne przestrzenia, które określa się mianem porów zewnętrznych. Niezależnie
od tego, w cząsteczkach pyłu znajdują się również nie wypełnione
materiałem pyłu przestrzenia, które określa się jako pory wewnętrzne.
Wyróżniamy następujące rodzaje ciężaru pyłów:
o
Ciężar właściwy pyłu (γ
p
) [2] - średni ciężar substancji tworzących
pył bez uwzględnienia porów.
o
Ciężar pozorny pyłu (γ
v
) [2] - ciężar jednostki objętości wypełniony
pyłem. Jest on uzależniony od ciężaru właściwego pyłu i wielkości
porów, która z kolei zależy od sposobu składowania pyłu.
o
Ciężar jednostkowy pyłu zsypowego (γ
pz
) [2] - ciężar pyłu
zawartego w jednostce objętości po uzyskaniu wzajemnej
styczności poszczególnych ziaren pyłu bezpośredni po nasypaniu
do zbiornika.
o
Ciężar jednostkowy pyłu utrzęsionego (γ
pu
) [2] - ciężar pyłu
zawartego w jednostce objętości po uzyskaniu możliwie ścisłego
ułożenia ziaren pyłu przy wstrząsie próbką pyłu.
o
Ciężar jednostkowy pyłu składowanego (γ
ps
) [2] - ciężar pyłu
zawartego w jednostce objętości w miejscu składowania.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
11
Pojęcie gęstości pyłu jest analogiczne do definicji ciężaru pyłu.
Podstawowe gęstości pyłów to:
o
Bezwzględna gęstość pyłu [5] - bezwzględna gęstość cząsteczek
jednakowych pod względem składu chemicznego i struktury
krystalicznej poszczególnych składników. Jako składnik cząstki
należy również traktować gaz zawarty w jej porach zamkniętych
(nie mających otworu na powierzchni cząstki), ponieważ znanymi
dotychczas metodami gazu tego nie da się wyeliminować przy
pomiarze.
Gęstość bezwzględna pyłu wyraża się wzorem:
(1.2)
m - masa cząsteczek pyłu, [g]
V
f
- objętość materiału i zamkniętych porów cząstek pyłu wchodzących w
skład masy m, [cm
3
]
o
Gęstość pyłu zastępczego - jeżeli pył składa się z cząsteczek
niejednakowych pod względem składu chemicznego lub struktury
krystalicznej. Należy ją traktować jako średnią gęstość pyłu, czyli
gęstość cząstki zastępczej pod względem składu chemicznego i
struktury krystalicznej. Gęstość pyłu zastępczego wyraża się
wzorem:
(1.3)
M - masa cząsteczek pyłu (cząsteczek zastępczych pod względem składu
chemicznego oraz struktury krystalicznej składników), [g]
V
f
- objętość materiału i zamkniętych porów cząstek pyłu wchodzących w
skład masy m, [cm
3
]
Jeżeli objętość gazu zawartego w zamkniętych porach cząstki została w
jakiś sposób wyeliminowana, np. jeżeli objętość ta jest znana, lub jeżeli znany
jest materiał cząstki pod względem jego gęstości, to wtedy gęstość cząstki
pyłu nazywa się gęstością materiałową. Gęstość bezwzględna i materiałowa
są równoważne, jeżeli cząstki pyłu nie mają porów zamkniętych.
2.3. Dynamika pyłów:
Ruch ziaren pyłu jest bezpośrednio związany z wielkością i kształtem pyłu.
Określenie prędkości opadania ma zasadnicze znaczenie w technologii
usuwania pyłów. Ze względu na dużą różnorodność pyłów bardzo trudno
ustalić wzór na prędkość opadania ziaren pyłu. Trudność ustalenia wzoru
wynika również wiąże się z również z wielkością ziaren, a na ruch tak małych
cząsteczek, obok sił grawitacji, mają wpływ takie czynniki jak ruchy Browana,
zjawiska elektromagnetyczne, kształt ziaren, gęstość pyłów, środowisko, prądy
konwekcyjne oraz lepkość środowiska.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
12
W zależności od wielkości pyłu, ruch ziaren ma odmienny charakter.
Kryterium określającym rodzaj ruchu jest liczba Raynoldsa (1.4):
(1.4)
u - prędkość opadania, [m*s
-1
]
d - wielkość ziarna, [m]
ρ - gęstość gazu, [g/cm
-3
]
μ - lepkość dynamiczna gazu, [g*cm
-1
*s
-1
]
Wyróżniamy trzy zakresy ruchów [rys. nr 3]:
laminarny,
przejściowy,
burzliwy
Rysunek 3. Graniczne wartości liczby Re
Należy również zauważyć, iż drobny pył, nawet przy znacznej prędkości
wyrzutu, nie może się poruszać niezależnie od ruchu powietrza, w którym się
znajduje. Innymi słowy, dla uzyskania pełnej kontroli nad unoszącym się pyłem
w powietrzu trzeba uzyskać pełną kontrole ruchu powietrza, w którym pył ten
porusza się. Dla określenia ruchu ziaren pyłu trzeba określić zależność
prędkości od czasu oraz zależność przebytej drogi od prędkości poruszania
się ziaren. Inne prawa obowiązują dla ruchu laminarnego, przejściowego i
burzliwego. Prawa określające opory aerodynamiczne ziaren w strumieniu
gazowym są różne dla obu ruchów. Prędkość ziarna w funkcji czasu i drogi
można określić z równania równowagi sił działających na ziarno:
(1.5)
P - wypadkowa siła działająca na ziarno pyłu, [N]
M - masa, [kg]
g - przyśpieszenie ziemskie, [m/s
2
]
V – siła wyporu, [N]
R – siłą tarcia (opór środowiska), [N]
Praca końcowa
21 stycznia 2008
13
2.4. Zwilżalność pyłów i kondensacja pary wodnej na pyłach:
Analizując dany proces technologiczny należy zwrócić uwagę na zdolność
zwilżania i kondensacji pary wodnej na cząsteczkach pyłu. Z uwagi na fakt iż
często mamy do czynienia z rozmaitymi procesami o wysokiej temperaturze i
wilgotności, istnieje możliwość "przechodzenia" przez punkt rosy. Należy
bezwzględnie unikać tego zjawiska, ponieważ bardzo utrudnia to proces
odpylania. Należy posiadać dostateczną wiedze jak dane cząsteczki pyłu
zachowują się w obecności pary wodnej lub wody. Zwilżalność pyłu ma
bezpośredni wpływ na prędkość opadania cząsteczek pyłu i może sprzyjać
koagulacji cząsteczek . Kondensacja pary wodnej może również wpływać na
właściwości wybuchowe pyłu, po przez powlekanie się cząsteczek cienką
warstwą wody, która powoduję, że powierzchnia ziarna staje się dobrym
przewodnikiem. Ładunki elektryczne rozkładają się wtedy bardzie
równomiernie na powierzchni ziarna, co powoduje mniejsze ryzyku przeskoku
iskry pomiędzy ziarnami (natężenie pola nie może wzrosnąć do
niebezpiecznej granicy).
Zjawisko zwilżania jest związane z napięciem powierzchniowym na granicy
zetknięcia faz. W przypadku pyłów i cieczy w środowisku gazowym mamy do
czynienia z fazą stałą, ciekłą i gazową. Modelowe zjawisko zwilżania
cząsteczek pyłu polega na doświadczeniu polegającym na umieszczeniu
kropli wody na powierzchni cząsteczki pyłu. Woda rozpływa się do momentu
osiągnięcia stanu równowagi. Na krople wody działa układ sił który
zilustrowany został poniżej na rys. nr 4:
Rysunek 4. Układ sił działających na kroplę zwilżającą ciało stałe
σ
c
- napięcie powierzchniowe cieczy,
σ
f
- napięcie międzyfazowe,
σ
s
- napięcie powierzchniowe ciała stałego, σ
s
= σ
c
*cosθ + σ
f
Miarą zwilżania ciała stałego przez ciec jest kąt miedzy wektorami σ
f
i σ
c
(kąt zwilżania).
θ = 0°
- kropla rozpływa się całkowicie po powierzchni cząsteczki pyłu.
θ = 180° - kropla teoretycznie zachowuje kształt kuli, całkowicie nie
zwilżalna.
90° < θ < 180° - ciała słabo zwilżalne.
0° < θ < 90° - ciała dobrze zwilżalne.
Zjawisko kondensacji pary wodnej na pyłach związane jest z warunkami
panującymi w bezpośrednim otoczeniu cząstek pyłu. Na ziarnach
nieregularnych o powierzchniach wklęsłych kondensacja występują
intensywniej niż na pyłach gładkich i powierzchni tylko wypukłej. Wraz ze
zmniejszaniem się średnicy ziaren, zwiększa się ciśnienie pary nasycenia na
Praca końcowa
21 stycznia 2008
14
ziarnie pyłu, a zatem ciecz łatwiej paruje, a więc trudniej zachodzi
kondensacja pary wodnej.
2.5. Własności wybuchowe pyłów:
Wybuchowość pyłów jest właściwością bardzo istotną, ponieważ od tego
zależy bezpieczeństwo pracy w strefie zapylonej. Złoża pyłu stanowią
niebezpieczeństwo, jeśli zostaną wzburzone. Postaje wtedy obłok pyłu o dużej
koncentracji drobnych ziaren, które są przyczyną eksplozji. Wybuch taki
występuje niespodziewanie i zmienia się często w eksplozje łańcuchową.
Eksplozja następuje gdy spełnione zostaną następujące warunki:
pył jest wybuchowy,
istnieje dostateczna ilość tlenu lub innego gazu aktywnego w miejscu
wybuchu,
istnieje źródło energii, która zapoczątkuje wybuch ( ruch, ciepło,
zjawiska elektromagnetyczne).
Siła wybuchu jest uzależniona od wielu czynników takich jak:
skład pyłu,
wielkość ziaren,
powierzchnia właściwa ziaren pyłu,
porowatość,
ciepło tworzenia się produktów spalania.
Zapłon obłoku pyłowego jest uwarunkowany koncentracją pyłu. Dla
każdej temperatury możemy wyróżnić górną i dolną granicę niebezpiecznej
koncentracji odnośnie wybuchowości. Im ziarna pyłu są drobniejsze, tym
mniejsza koncentracja może spowodować potencjalna eksplozję. Wybuch
jest uzależniono od następujących czynników:
dyspersji ziaren; przy ziarnach powyżej określonej wielkości wybuch nie
jest możliwy; ziarna takie, nawet jeżeli są z materiałów palnych, działają
hamująco na przebieg wybuchu.
różnego kształtu ziaren; zapłon następuje tym łatwiej, im większy jest
stosunek powierzchni do ciężaru ziarna; stąd ziarna o kształcie kulistym
trudniej ulegają zapłonowi od ziaren o nieregularnych kształtach.
ilości ciepła, jaka musi być zużyta do odparowania zawartej w pyle
wody; im mniejsza ilość tego ciepła jest potrzebna, tym łatwiej nastąpi
zapłon.
zawartości popiołu w pyle; im większa jest zawartość popiołu, tym
trudniej przebiega zapłon i eksplozja.
utleniania ziaren pyłu; jest to związane z górną i dolną granicą
wybuchowości (w funkcji koncentracji pyłu); dolna granica
koncentracji, konieczna dla przeniesienia zapłonu z jednego ziarna na
drugie, uzależniona jest od najmniejszej odległości między ziarnami
pyłu; górna granica zależna jest z kolei od minimalnej ilości tlenu
koniecznego dla przebiegu wybuchu.
Przykładowa krzywa wybuchowości (rys. nr 5) i wpływ wielkości ziaren na
parametry wybuchu (rys. nr 6) zamieszczone została na wykresach:
Praca końcowa
21 stycznia 2008
15
Rysunek 5. Zależność koncentracji wybuchowej od temp. zapłonu
Rysunek 6. Wpływ wielkości ziarna na parametry wybuchu
2.6. Własności elektryczne pyłów:
Własności elektryczne pyłów maja bardzo duże znaczenie przy analizie
danego procesów technologicznego i sposobu usuwania zanieczyszczeń,
ponieważ mogą one zainicjować eksplozję. Praktycznie wszystkie ziarna pyłu
naładowane są dodatnio lub ujemnie. Znaczne ładunki elektryczne mogą
powstać na skutek tarcia ziaren przy transporcie pyłu przewodami. Wartość i
znak ładunku zależy od rodzaju pyłu. Wiadomo, że dodatnio ładują się m. in.
siarka, apatyt, marmur, węgiel, natomiast ujemnie ładują się kwarc, cyrkon,
popiół.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
16
Jeśli wartość ładunku na ziarnie przekroczy 3*10
-9
C/cm
2
, to istnieje duże
prawdopodobieństwo powstania wyładowania elektrycznego (iskry).
Ładowanie się ziaren pyłu powstaje przy rozdrabnianiu, szlifowaniu,
rozpraszaniu warstw pyłowych, oddziaływaniu promieniowania
ultrafioletowego, wysokiej temperatury etc.
2.7. Koagulacja (aglomeracja) pyłów:
Koagulacja pyłów jest to proces łączenia się mniejszych ziaren pyłu w
większe aglomeraty. Łączenie zachodzi w wyniku zderzania się cząsteczek w
czasie ich ruchu. Zjawisko to jest ściśle połączone z wyżej wymienionymi
właściwościami fizykochemicznymi pyłów (temperatura, pole
elektrostatyczne, siły grawitacji).
Jedną z przyczyn powstawania zjawiska koagulacji to ruchy Browna
(koagulacja dyfuzyjna). Im większa temperatura tym zjawisko zachodzi
bardziej intensywnie, ponieważ swobodny ruch cząsteczek w dużym stopniu
jest zależny od temperatury otoczenia. Wpływ na koagulacje wywierają
również siły Van der Waalsa. Również ładunki elektrostatyczne oddziaływają
w istotny sposób na proces łączenia się ziaren pyłu. Zależnie od znaków
ładunków powstają siły odpychające lub przyciągające cząsteczki pyłu.
3. Rozwiązania odciągów miejscowych; hermetyzacja procesów,
prędkości porywania, widmo zasysania:
Odciągi miejscowe: urządzenia mające na za zadanie wychwycenie
zanieczyszczonego powietrza w miejscu powstawania zanieczyszczeń w
postaci jak najbardziej skoncentrowanej, następnie doprowadzenie
zanieczyszczeń wraz z powietrzem do urządzeń oczyszczających lub
wyrzucenie na zewnątrz w miejsce, gdzie zanieczyszczenia te nie będą
oddziaływały w sposób szkodliwy na otoczenie. Za pomocą odciągów
miejscowych nie usuwamy zanieczyszczeń z powietrza, tylko "chwytamy"
powietrze zanieczyszczone i usuwamy je w celu poprawy warunków pracy.
Typowy odciąg miejscowy zamieszczony został na ilustracji nr 7.
Rysunek 7. Stół spawalniczy z odciągiem bocznym
Praca końcowa
21 stycznia 2008
17
Szczegółowa analiza innych rozwiązań konstrukcyjnych znajduje się w
dalszej części tego rozdziału.
Hermetyzacja procesów przemysłowych: hermetyzacja realizowana jest za
pomocą szczelnych obudów wszelkiego rodzaju urządzeń i aparatów
przemysłowych (w stopniu na ile to jest możliwe technicznie). Jest to
najskuteczniejszy sposób zapobiegania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń
poza źródło powstawania i jego najbliższe otoczenie. Hermetyzacja polega na
możliwie dokładnym zamknięciu procesu lub urządzenia generującego
zanieczyszczenia. Należy również wspomnieć o otworach lub perforacjach
które zapewnią dopływ powietrza świeżego. Zadaniem odciągu
miejscowego jest usunięcie dostarczonego do obudowy powietrza i
wytworzenie wewnątrz niej określonego podciśnienia, które zapewniłoby we
wszystkich otworach i nieszczelnościach obudowy ruch powietrza skierowany
do wewnątrz. Na rys. nr 8 przestawiono rysunek ideowy poprawnie (a) i
niepoprawnie (b) wykonanej obudowy przy odciągu pyłu.
Rysunek 8. Prawidłowa (a) i nieprawidłowa (b) obudowa przy wydzielaniu pyłu
Prędkości porywania: minimalna prędkość powietrza niezbędna do
"chwycenia" zanieczyszczenia, jest to prędkość, jaką należy wytworzyć za
pomocą ssawki — umieszczonej na zewnątrz procesu — w najdalszym
punkcie strefy zanieczyszczenia (pkt. zerowym). Prędkość powietrza w tym
punkcie musi być taka, aby spowodowała wciągnięcie do ssawki
dostatecznej ilości zanieczyszczeń, tzn. takiej ilości, aby pozostała ilość
zanieczyszczeń w powietrzu w miejscu pracy nie była szkodliwa dla
otoczenia. Prawidłowe ustalenie prędkości porywania ma zasadnicze
znaczenie przy projektowaniu odciągów miejscowych , a tym samym przy
określaniu strumienia powietrza odciąganego. Należy pamiętać iż rozkład
prędkości ruchu powietrza przy zasysaniu ma zupełnie układ niż przy
wydmuchu (rys. nr 9).
Praca końcowa
21 stycznia 2008
18
Rysunek 9. Widmo nadmuchu i zasysania powietrza
Praca końcowa
21 stycznia 2008
19
Modelowa ilustracja najdalszego punku (pkt. zerowego) w którym należy
wygenerować wymaganą prędkość przestawia rys. nr 10.
Rysunek 10. Układ rozchodzenia się zapylonego powietrza przy odciągu zewnętrznym
Natomiast wpływ umieszczenia odciągu (lokalizacja) na prędkość porywania
a co za tym idzie wielkość strumienia powietrza odciąganego obrazuje rys. nr
11.
Rysunek 11. Wpływ umieszczenia odciągu na wymagana ilość zasysanego powietrza
Przypadek I:
Ssawa umieszczona w odległości 150 mm od źródła pylenia. Q obliczone przy
prędkości porywania v
x
= 2.25 m/s.
Przypadek II:
Ssawa nie można umieścić bliżej niż w odległości 600 mm od źródła pylenia.
Q obliczone przy prędkości porywania v
x
= 2.25 m/s.
Przypadek III:
Praca końcowa
21 stycznia 2008
20
Ssawa nie można umieścić bliżej niż w odległości 600 mm od źródła pylenia.
Q obliczone przy prędkości porywania v
x
= 0.25 m/s.
Prędkości porywania ustalane są zazwyczaj metodą doświadczalna dla
pyłów o określonej charakterystyce. W tab. nr 4 przestawione zostały wartości
prędkości dla danych procesów technologicznych.
Warunki wytwarzania, rozprzestrzeniania
lub wydobywania się zanieczyszczeń:
Minimalna
prędkość
porywania:
[m/s]
Przykładowy proces lub
technologia produkcji:
Wydobywanie się zanieczyszczeń z
nieznaną prędkością w powietrzu
spokojnym
0.5
- parowanie lub uchodzenie
par gazów,
- wyziewy z otwartych
maszyn,
- odtłuszczanie
- trawienie,
- galwanizacja,
Wydobywanie się zanieczyszczeń z małą
prędkością początkową w przeciętnie
spokojnym powietrzu
0.5 - 1.0
- komory, kabiny do
malowanie natryskowego,
- okresowe zasypywanie
suchych materiałów do
pojemników
- spawanie,
Wydobywanie się zanieczyszczeń ze
znaczną prędkością lub w powietrzu
poruszającym się ze znaczną prędkością
1.0 - 2.5
- malowanie w małych
komorach pod dużym
ciśnieniem,
- napełnienie pojemników,
beczek przy dużej prędkości
przebiegu tych operacji,
- ładowanie na przenośniku,
Wydobywanie się zanieczyszczeń z dużą
prędkością lub w powietrzu poruszającym
się z bardzo dużą prędkością
2.5 - 10.0
- szlifowanie,
- piaskowanie,
- śrutowanie,
- obróbka powierzchniowa
kamienia
Tabela 4
Zestawienie wzorów do obliczeń strumienia powietrza dla wybranych
odciągów miejscowych w oparciu o prędkość porywania umieszczone
zostało na końcu rozdziału 2.
Prędkości transportu: taka prędkość powietrza, przy której ziarna pyłu
znajdujące się w strumieniu powietrza w stanie zawieszenia będą przez ten
strumień przenoszone wzdłuż przewodu. Prędkość transportu służy jako
podstawa do wymiarowania przewodów systemu odciągów miejscowych,
która zapewnia niezawodne przenoszenie materiału, zapobiegając osiadaniu
tych ziaren w przewodach. Prędkość jest różna dla różnych materiałów w
zależności od ciężaru właściwego, wielkości i kształtu. Zbyt niska prędkość
może doprowadzić do zatkania kanału lub tworzenie się źródeł potencjalnej
Praca końcowa
21 stycznia 2008
21
eksplozji (np. pył drzewny etc.), natomiast zbyt duża prędkość wiąże się z
nadmiernym zużyciem energii elektrycznej. Przykładowe prędkości transportu
zestawiono tabeli nr 5:
Lp. Rodzaj
materiału:
Prędkości
Transportu
[m/s]
1 Krótkie
włókna tekstylna
10 - 12
2
Ścinki papieru
10 - 12
3 Pył mączny
10 - 12
4 Drobny
pył drzewny
min. 20
5 Drobny
pył metaliczny
12 - 20
6
Drobny suchy piasek
12 - 14
7
Gruby piasek
14 - 18
8 Pył ze szlifierek, również szkło
16 - 18
9 Małe wióry drewniane
min. 20
10
Piaskowanie
18 - 20
11 Pył z oczyszczalni żeliwa
18 - 20
12 Pył kamienny i gumowy
18 - 20
13 Wełna drzewna
18 - 20
14 Większe wióry metalowe
18 - 24
15 Wilgotna
mączka drzewna
min. 28
16 Duże wióry drewna
min. 28
17 Pyły łatwo unoszące się (np. pyły
spawalnicze)
12 - 15
Tabela 5
Widmo zasysania (widmo rozkładu prędkości): powierzchnie utworzone
przez zbiór punktów o jednakowej prędkości ruchu powietrza. Teoretycznie
dopływ powietrza do otworu punktowego jest jednakowy. Miejscem
geometrycznym punktów jednakowych prędkości są powierzchnie kul,
których środek znajduje się w ujęciu punktowym. Znając prędkość powietrza
w dowolnym punkcie, leżącym w odległości x = r od ujęcia, można obliczyć
całkowitą ilość powietrza wchodzącego do ujęcia w oparciu o wzór:
(1.6)
V - ilość powietrza odciąganego [m
3
/s]
F
w
- powierzchnia kuli o promieniu x, tj. powierzchnia utworzona przez zbiór
punktów przestrzeni, w której prędkość przepływu powietrza jest jednakowy i
równy v
x
.
v
x
- prędkość porywania (w odległości x od ujęcia) [m/s]
Z uwagi na fakt iż, powierzchnia kuli o promieniu x jest równa
stąd
powyższy wzór przyjmuje postać:
(1.7)
Teoretyczny kształt widma zasysania otworu ssącego okrągłego przestawiono
na rys. nr 12.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
22
Rysunek 12. Teoretyczny kształt widma zasysania otworu ssącego okrągłego
Szereg doświadczeń pokazał że, widmo rozkładu prędkości wokół
teoretycznego ujęcia punktowego nie tworzy profilu kulowego. Powierzchnie
różnych prędkości nie są równoległe do siebie, i im bliżej otworu tym bardziej
płaski jest ich kształt. Badanie rozkładów prędkości prowadził Dalla Valle. W
oparciu o wyniki badać opracowane zostały widma rozkładu prędkości dla
typowych ssaw. Ponadto wyniki tych badań wykazały że odległość
efektywnego działania tych ssaw nie jest większa niż średnica otworu ssącego
ssawki i że tylko taka strefa ma znaczenie w praktyce.
Kolejnym wnioskiem wynikających z badań Dalla Valle jest zasada
podobieństwa widm rozkładu prędkości. Ukształtowanie powierzchni różnych
prędkości wyrażonych w odniesieniu do średniej prędkości w płaszczyźnie
wlotowej ssawki zależne jest jedynie od kształtu ssawki. Inaczej mówiąc,
widma rozkładu prędkości dla ssawek o jednakowym kształcie są do siebie
podobne i zależą jedynie od przyjętej skali porównawczej wielkości tych
ssawek. Rzeczywisty kształt widma zasysania i rozkład prędkości wokół
okrągłego otworu ssącego przestawiono na rys. nr 13.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
23
Rysunek 13. Rzeczywisty kształt widma zasysania otworu ssącego okrągłego
W rzeczywistości bardzo ciężko jest badać rozkład prędkości powietrza przy
zróżnicowanych konstrukcyjnie ssawach odciągowych. Obecnie jest to
możliwe za pomocą zaawansowanych programach komputerowych (np.
Fluent) służących do badań zjawisk zachodzących w płynach. W niniejszym
opracowaniu ograniczono się do zestawienia kilku widm rozkładu prędkości
dla ssaw prostokątnych o różnych stosunkach boków i okrągłych.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
24
Widmo rozkładu prędkości dla ssawy prostokątnej, wiszącej swobodnie
o stosunku boków 1:1 z kołnierzem (rys. nr 15) i bez kołnierza (rys. nr 16).
Rysunek 14. Odciąg prostokątny 1:1 bez kołnierza
Rysunek 15. Odciąg prostokątny 1:1 z kołnierzem
Widmo rozkładu prędkości dla ssawy prostokątnej, wiszącej swobodnie
o stosunku boków 1:2 z kołnierzem (rys. nr 17) i bez kołnierza (rys. nr 16).
Rysunek 16. Odciąg prostokątny 1:2 bez kołnierza
Rysunek 17. Odciąg prostokątny 1:2 z kołnierzem
Praca końcowa
21 stycznia 2008
25
Widmo rozkładu prędkości dla ssawy prostokątnej, wiszącej swobodnie
o stosunku boków 1:3 z kołnierzem (rys. nr 19) i bez kołnierza (rys. nr 18).
Rysunek 18. Odciąg prostokątny 1:3 bez kołnierza
Rysunek 19. Odciąg prostokątny 1:3 z kołnierzem
Widmo rozkładu prędkości dla ssawy okrągłej, wiszącej swobodnie z
kołnierzem (rys. nr 21) i bez kołnierza (rys. nr 20).
Rysunek 20. Odciąg okrągły bez kołnierza
Rysunek 21. Odciąg okrągły z kołnierzem
3.1. Ssawy proste okrągłe i prostokątne- bose i z kołnierzami:
Jest to najprostsza forma urządzenia stosowanego w odpylaniu. Króciec
ssawy umieszczany jest zazwyczaj możliwie blisko źródła zanieczyszczeń (na
tyle ile jest to możliwe i wymagane), ponieważ zmniejsza to wydatek
powietrza potrzebny do uzyskania wymaganej skuteczności odciągu. W celu
poprawy skuteczności działania ssawy prostej zastosować można kołnierz,
który ogranicza przestrzeń zasysanego powietrza (powietrze dociera do
króćca ssawnego tylko z jednej strony - wydłużenie widma tej samej prędkości
na boki). Ilość powietrza potrzebna do prawidłowego działania odciągu
Praca końcowa
21 stycznia 2008
26
zmniejsza się średnio o ok. 25%. Jeśli jest to tylko możliwe przewody ssawne
zawsze powinny mieć kołnierz. Szerokość kołnierza powinna być w granicach
1-2 d, gdzie d jest średnicą przewodu. Na rys. nr 22.. i 23. umieszczono
schemat ideowy ssawy prostej z kołnierzem i bez kołnierza. Opis widma
zasysania zamieszczony został w pkt. "Widmo zasysania (widmo rozkładu
prędkości)"
Odciągi tego typu stosujemy przy: spawaniu, obróbce kamienia,
oczyszczaniu wyrobów, odciągach szlifierskich etc. Należy zwrócić uwagę, na
fakt iż sprawność ssaw prostych jest uzależniona od ruchu powietrza wokół
źródła zanieczyszczeń. Skuteczność zależy głównie od dobrze dobranej
prędkości porywania i od ustawienia w stosunku do źródła zanieczyszczenia.
Rysunek 22. Ssawa prosta bez kołnierza
Rysunek 23. Ssawa prosta z kołnierzem
Potrzebną ilość powietrza do skutecznego odciągania dla ssawy prostej
okrągłej lub prostokątnej bez kołnierza można obliczyć z zależności:
(1.8)
v - średnia prędkość powietrza w płaszczyźnie otworu ssawnego, [m/s],
F - powierzchnia wlotowa ssawki, [m
2
],
x - odległość od powierzchni wlotowej ssawki do pkt., w którym prędkość
powietrza wynosi v
x
[m/s], na osi ssawki, [m],
v
x
- prędkość porywania powietrza (w odległości x od powierzchni
wlotowej na osi ssawki), [m/s],
V - ilość powietrza zasysanego, [m
3
/h]
Potrzebną ilość powietrza do skutecznego odciągania dla ssawy prostej
okrągłej lub prostokątnej bez kołnierza można obliczyć z zależności:
(1.9)
Symbole wyjaśniono powyżej.
Częstym przypadkiem w praktyce jest również ssawa prosta okrągłą lub
prostokątna z kołnierzem lub bez oparta na płaszczyźnie (np. stole). Część
strefy z której odciągany jest strumień powietrza jest odcięta. Wzór na
obliczenie strumienia powietrza ma postać:
(1.10)
Symbole wyjaśniono powyżej.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
27
Dla ssawy wspartej na płaskiej powierzchni (np. stołu), która zaopatrzona
została dodatkowo w kołnierz stosujemy wzór:
(1.11)
Symbole wyjaśniono powyżej.
W celu szybkiego oszacowania wydajności powietrza można korzystać z
nomogramu.
Ilustracja 1. Ramiona odciągowe VW Poznań
Ilustracja 2. Ramiona odciągowe VW Poznań
Praca końcowa
21 stycznia 2008
28
3.2. Ssawy szczelinowe:
Umownym kryterium klasyfikacji ssaw szczelinowych i prostokątnych jest
stosunek boków.
Stosunek długości otworu do wysokości: l:h > 10:1 -
ssawa
szczelinowa
Stosunek długości otworu do wysokości: l:h < 10:1 -
ssawa
prostokątna
Sawy tego typu stosujemy przy stołach (warsztaty) i innych urządzeniach
mających znaczne powierzchnie znak których wydobywają się
zanieczyszczenia. Stosujemy je również przy wannach bądź kadziach
(trawienie, galwanizowanie, etc.) rys. nr 24.
Rysunek 24. Ssawa szczelinowa
Widmo zasysania ssawek szczelinowych przybiera kształt walca. Prędkość
zmniejsza się liniowo w miarę wzrostu odległości. Poniżej przestawiono widmo
rozkładu prędkości powietrza wokół ssawki szczelinowej płaskiej z kołnierzem
dwustronnym. (rys. nr 25)
Rysunek 25. Widmo rozkładu prędkości wokół ssawy szczelinowej
W przypadku ssaw szczelinowych możemy wyróżnić trzy przypadki:
Ssawa szczelinowa, bosa swobodnie zawieszona (rys. nr 26):
Rysunek 26. Ssawa szczelinowa bosa
Praca końcowa
21 stycznia 2008
29
(1.12)
v - prędkość osiowa powietrza w płaszczyźnie otworu ssawnego, [m/s],
h - wysokość szczeliny, [m],
l - długość szczeliny, [m],
x - odległość (wzdłuż osi ssawki) od powierzchni wlotowej ssawki do miejsca
, gdzie jest prędkość v
x
[m],
v
x
- prędkość porywania powietrza (w odległości x od powierzchni
wlotowej na osi ssawki), [m/s],
V - ilość powietrza zasysanego, [m
3
/h]
Ssaw szczelinowa, oparta jednym bokiem o płaską powierzchnia lub
jednostronnie zakończona kołnierzem (rys. nr 27.):
Rysunek 27. Ssawa szczelinowa, jednostronnie ograniczona
(1.13)
Symbole wyjaśniono powyżej.
Ssaw szczelinowa zakończona kołnierzem (rys. nr 28):
Rysunek 28. Ssawa szczelinowa z kołnierzem
(1.14)
Symbole wyjaśniono powyżej.
Istnieją jeszcze zależności do obliczenia strumienia wymaganego powietrza
dla ssaw długich.
Ssawa szczelinowa długie, bose, wolno zawieszone.
(1.15)
h - wysokość szczeliny, [m],
l - długość szczeliny, [m],
x - odległość (wzdłuż osi ssawki) od powierzchni wlotowej ssawki do miejsca
, gdzie jest prędkość v
x
[m],
Praca końcowa
21 stycznia 2008
30
v
x
- prędkość porywania powietrza (w odległości x od powierzchni
wlotowej na osi ssawki), [m/s],
V - ilość powietrza zasysanego, [m
3
/h]
Ssawa szczelinowa długie, oparta na płaszczyźnie.
(1.16)
Symbole wyjaśniono powyżej.
3.3. Ssawy z osłonami:
Bardzo dobrym i popularnym rozwiązaniem w technice odpylanie jest
stosowanie ssaw odciągowych z obudowami. Skuteczność działania
odciągów, jak już wcześniej wspominałem w dużej mierze zależy od prądów
powietrza wokół źródła powstawania zanieczyszczeń. Obudowy zapobiegają
zewnętrznym zaburzeniom strumień powietrza, zapewniają poprawę
skuteczności działania odciągów a także zmniejszają ilość powietrza
potrzebna do poprawnego działania systemu. Jednak często przeszkodą w
tego typu rozwiązaniach jest fizyczny brak możliwości stosowania takiego
rozwiązania. Konstrukcja obudowy nie może przeszkadzać podczas
wykonywania czynności przez pracownika lub maszynę. Widmo rozkładu
prędkości przyjmuje najczęściej kształty wycinka walca lub kuli.
przy zastosowaniu otworów ssących w kształcie szczeliny widmo
przybiera postać ściętego walca o danym promieniu
przy zastosowaniu osłon widmo rozkładu prędkości przybiera kształt
wycinków kuli lub walca.
Ponieważ istniej bardzo dużo rozwiązań osłon, skupiono się tylko na
najbardziej typowych przypadkach. Poniżej na rys. nr 29 i 30 widzimy osłonę
której widmo tworzy kształt 1/4 i 1/8 kuli:
Rysunek 29. Ssawa z osłoną
Rysunek 30. Ssawa z osłoną
Nieco inaczej wygląda to w przypadku ssawek szczelinowych okalanych
ścianami obudowy. Jeśli ssawa umocowana zostanie do płaszczyzn
wzajemnie prostopadłych widmo rozkadu predkości przybierze kształt 1/4
walca (rys. nr 32.). Jeśli płaszczyzny obudowy będą równoległe wzajemnie,
prostopadłe do płaszczyzn w której umieszczona jest ssawa powstawie widmo
prędkości w kształcie 1/2 walca (rys. nr 31.).
Praca końcowa
21 stycznia 2008
31
Rysunek 31. Ssawa szczelinowa z osłoną
Rysunek 32. Ssawa szczelinowa z osłoną
Obliczanie strumienia powietrza dla poszczególnych przypadkach może
być przeprowadzane tylko na podstawie analizy widma rozkładu prędkości w
oparciu o właściwości geometryczne. Jednak wspomniano wcześniej, iż
rozkład prędkości nie tworzy idealnej kuli walca lecz jest zbliżony do tych
kształtów. Przyjmując, iż najczęściej wymagane prędkości porywania
mieszczą się w przedziale 0.3 - 0.8 m/s i przy ustaleniu wymiarów powierzchni
otworów ssawki prędkość porywania powietrza nie powinna przekraczać 15
m/s, to z tych granicznych wartości można ustalić również graniczne wartości
x, które zostały zestawione w tabeli nr 6. Dla powyższych, teoretycznych
przypadków możemy wyprowadzić wzory:
Osłona tworząca widmo w kształcie 1/4 powierzchni kuli.
(1.17)
F
w
- powierzchnia widma rozkładu prędkości, [m
2
],
x - odległość (wzdłuż osi ssawki) od powierzchni wlotowej ssawki do miejsca
, gdzie jest prędkość v
x
[m],
Osłona tworząca widmo w kształcie 1/8 powierzchni kuli.
(1.18)
F
w
- powierzchnia widma rozkładu prędkości, [m
2
],
x - odległość (wzdłuż osi ssawki) od powierzchni wlotowej ssawki do miejsca
, gdzie jest prędkość v
x
[m],
Osłona tworząca widmo w kształcie 1/2 powierzchni walca.
(1.19)
Praca końcowa
21 stycznia 2008
32
F
w
- powierzchnia widma rozkładu prędkości, [m
2
],
x - odległość (wzdłuż osi ssawki) od powierzchni wlotowej ssawki do miejsca
, gdzie jest prędkość v
x
[m],
l - długość otworu szczelinowego, [m]
Osłona tworząca widmo w kształcie 1/4 powierzchni walca.
(1.20)
F
w
- powierzchnia widma rozkładu prędkości, [m
2
],
x - odległość (wzdłuż osi ssawki) od powierzchni wlotowej ssawki do miejsca
, gdzie jest prędkość v
x
[m],
l - długość otworu szczelinowego, [m]
Praca końcowa
21 stycznia 2008
33
Graniczne wartości x
Ssawki
Kształt
widma
Ilość pow.
odciąganego
V
[m
3
/h]
Powierzchnia
widma
F
w
v
x
=
0.3m/sek
v
x
=
0.8m/sek
Okrągłą 1/4
kuli
3.5 d
2.1 d
Okrągła 1/8
kuli
5 d
3 d
Szczelinowa 1/2
walca
16 d
6 d
Szczelinowa 1/4
walca
32 d
12 d
Tabela 6
3.4. Okapy wyciągowe górne, boczne i dolne:
Jednym z typowych rozwiązań odciągów miejscowych są okapy. Okapy
stosuje się przy odciągu dymów, oparów, gazów i par z takich urządzeń jak
wanny, piece przemysłowe, kuchnie etc. Wyróżniamy trzy podstawowe
konstrukcje okapów:
okap górny (rys 33a)
okap dolny (rys 33b)
okap boczny (rys 33c)
okap górny przyścienny (rys 33d)
Rysunek 33. Okapy o różnej konstrukcji
Rysunek 34. Okap górny nad stołem roboczym
Praca końcowa
21 stycznia 2008
34
Przy zastosowaniu tego typu rozwiązań należy liczyć się faktem, iż strumienie
powietrza potrzebne do prawidłowego działania są zazwyczaj bardzo duże.
Okapy górne stosuje się często w przypadku gdy zanieczyszczenie mają
tendencję do unoszenia się (różnica gęstości). Należy jednak pamiętać, że
okapów nie stosujemy w przypadku gdy pomiędzy źródłem zanieczyszczeń a
powierzchnia okapów znajduje się człowiek, który narażony będzie na
bezpośrednie działanie szkodliwych zanieczyszczeń.
Okapy odciągowe są rozwiązaniami bardzo popularnymi (wynika to z
konstrukcji), lecz nie zawsze działają poprawnie. Otwarta przestrzeń między
krawędziami okapu a górną powierzchnią źródła zanieczyszczeń jest często
tak duża (zawsze należy dążyć do jak najmniejszej odległości pomiędzy
krawędzią okapów a źródłem zanieczyszczeń), że nawet niewielkie
zaburzenia powodują rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń i odciąg działa
niepoprawnie. W celu ograniczenia zawirowań powietrza stosuje często
osłony boczne lub kurtyny pasowe, które poprawiają skuteczność okapów.
Polepszenie sprawności okapów można uzyskać przez zastosowanie
odpowiedniej konstrukcji (pozioma blacha, deflektor, okap wewnętrzny).
Odpowiednie konstrukcje (rys. nr 35) stosujemy w zależności od typu
zanieczyszczenia jakie chcemy odprowadzić.
Rysunek 35. Okapy górne z przegrodami kierującymi
Prędkość powietrza w przypadku okapów ze szczeliną powinna wynosić
min 8 - 10 m/s. Duża prędkość powietrza tworzy zasłonę powietrza przy
brzegu okapu. Należy również pamiętać, iż okap o dużej wydajności nie
mogą mieć tylko jednego przewodu ssawnego. Odległość maksymalna
pomiędzy otworami ssawnymi to 1.5 m. Jeśli istnieje duża powierzchnia z nad
której usuwamy zanieczyszczenia zalecane jest stosowanie wielu okapów o
mniejszych wydajnościach niż stosowanie jednego dużego okapu. Strumienie
powietrza dla typowych konstrukcji obliczamy z następujących wzorów.
Okap górny.
(1.21)
Praca końcowa
21 stycznia 2008
35
x - odległość pionowa od płaszczyzny wlotu do okapu do stołu
roboczego,[m],
U - obwód okapu,
v
x
- prędkość porywania powietrza (w odległości x od powierzchni
wlotowej na osi ssawki), [m/s],
o
v
x
- 0.2 ÷ 0.3 - powietrze bez ruchu,
o
v
x
- 0.3 ÷ 0.4 - powietrze o słabym ruchu powietrza,
o
v
x
- 0.4 ÷ 0.5 - powietrze o znacznym ruchu powietrza,
Okap boczne i dolne:
Przybliżoną wydajność okapów o konstrukcji bocznej i dolnej można
obliczyć z zależności podanych dla ssaw prostych.
Ilustracja 3. Okap górny VW Poznań
3.5. Obudowy:
Obudowy są najbardziej skutecznym rozwiązaniem, które mają na celu
usunięcie zanieczyszczeń bezpośrednio u źródła jego powstawania. Z
pojęciem obudów związane jest pojęcie hermetyzacji procesów, które
zostało opisane w punkcie powyżej. Ponieważ konstrukcja obudowy powinna
być zawsze dostosowana do specyficznych warunków wydzielania się
zanieczyszczenia nie ma typowej klasyfikacji tego rodzaju rozwiązań.
Obudowy powinny kształtem, usytuowaniem, wielkością, konstrukcją
odpowiadać specyfice pracy. Konstrukcja tego typu odciągu nie może być
całkowicie szczelna (ewentualna współpraca z systemem wentylacji
nawiewnej). Obudowa może być połączona z różnego rodzaju odciągami
bądź ssawami (okrągłe, prostokątne). Ilość powietrza odciąganego
teoretycznie określa się jak dla ssaw z osłonami (widmo rozkładu prędkości
jest również takie samo, rozkład prędkości zależy od usytuowania odciągu),
jednak strumień powietrza odciąganego zależy również od wielkości
obudowy (kubatury) jak i dokładnej charakterystyki usuwanego
Praca końcowa
21 stycznia 2008
36
zanieczyszczenie i procesu technologicznego. Strumień powietrza powinien
być określony w taki sposób, aby wytworzyć w niej określone podciśnienie,
które zapewni we wszystkich otworach (nieszczelnościach) ruch powietrza do
wewnątrz. Przyczyny wydobywania się zanieczyszczeń to:
dyfuzja mieszaniny powietrza z zanieczyszczeniami,
energia kinetyczna, która została nadana ziarnom pyłu w skutek
procesu technologicznego,
nadciśnienie panujące w obudowie, które jest wywołane
wprowadzeniem masy materiału wraz z zawartym w nim powietrzem
lub w skutek ruchu obrotowego urządzenia zamkniętego w obudowie.
Ponieważ tematyka niniejszego punktu jest bardzo szeroka, zdecydowano się
na przestawienie kilku typowych rozwiązań.
Rys. nr 36 - obudowa sita.
Rysunek 36
1 – obudowa.
2 - odciąg obudowy sita.
2a - odciągi dla zbiornika dla materiału.
3 - odprowadzenie materiału znad sit.
4 - sito.
5 - doprowadzenie materiału na sito.
6 - zbiornik dla materiału.
Rys. nr 37 - obudowa przy zsypie materiału.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
37
Rysunek 37
1 - obudowa.
2 - odciąg (daleko od chmury pyłu).
3 - lej spustowy ( o odpowiednim nachyleniu).
4 - okienka obserwacyjne.
Rys. nr 38 - obudowa stanowiska do obróbki drobnych przedmiotów.
Rysunek 38
1 - obudowa.
2 - kratka przez który opada gruby pył.
3 - zbiornik na pył.
4 - odciąg który zapewnia wentylowanie otworu roboczego.
5 - wziernik (możliwość obserwacji wykonywanej pracy).
Praca końcowa
21 stycznia 2008
38
3.6. Współpraca nawiewu (wentylacji nawiewnej) z systemem odciągów:
Warto zwrócić uwagę na możliwość współpracy wentylacji nawiewnej z
systemem odciągów miejscowych. Niekiedy urządzenia odciągów
miejscowych zaopatrzone są w nawiew powietrza skierowany w stronne
ssawki z przeciwległej strony przez strefę zanieczyszczeń. W takich
przypadkach odciągi pełnią funkcje odbierającą a ilość powietrza
odciąganego musi być większa od ilości powietrza nawiewanego. Poniżej
(rys. nr 39) przestawiono typowy przykład współpracy nawiewu z okapem
bocznym.
Rysunek 39
Prawidłowa dystrybucja powietrza do pomieszczeń gdzie znajduje się
system odciągów jest również pewnego rodzaju typem współpracy wentylacji
nawiewnej z instalacją odpylania co zostało przedstawione na rys. nr 40
(poniżej). Odpowiednia konfiguracja takiego układu jest bardzo ważna,
ponieważ jest to istotny czynnik który kształtuje komfort pracy w
pomieszczeniu, ponadto zbyt duże prędkości powietrza w pomieszczeniu
mogą powodować unoszenie się dużej ilości zanieczyszczeń w powietrze, co
może stanowić istotnie niebezpieczeństwo (niebezpieczne stężenie pyłów
wybuchowych).
Praca końcowa
21 stycznia 2008
39
Rysunek 40
1 - obudowa (odciągi miejscowe).
2 - stanowiska robocze.
3 - odciągu miejscowe.
4 - wentylator.
5 - anemostat.
6 - nagrzewnica.
Przy procesach w których generowane są duże zyski ciepła, warto
stosować jest wentylacje grawitacyjna. Istotnym elementem w tego typu
rozwiązaniach jest zastosowaniem odpowiedniej konfiguracji odciągów
względem czerpni ściennych. Nieprawidłowe rozmieszczenie czerpni lub
montaż odciągów może narazić pracowników na działanie wysokiej
temperatury. Jako przykład takiego rozwiązania pokazano odciąg przy
usuwaniu zanieczyszczeń z pieca odlewniczego na rys. nr 41 (poniżej).
Praca końcowa
21 stycznia 2008
40
Rysunek 41
1 - obudowa.
2 - odciąg.
Podsumowując niniejszy punkt zestawiono wzory na obliczenie wymaganej
ilości powietrza dla typowych konstrukcji odciągów miejscowych, opisane
Lp. Rodzaj
ssaw: Wzór:
1
Obudowa z otworem roboczym:
2 Ssawa
prostokątna lub kołowa swobodnie zawieszona:
3
Ssawa jw. z kołnierzem:
4 Ssawa
prostokątna wparta na płaszczyźnie:
5 Ssawa
prostokątna wparta na płaszczyźnie z kołnierzem:
6
Ssawa szczelinowa swobodnie zawieszona:
7
Ssawa szczelinowa wparta na płaszczyźnie:
8
Ssawa szczelinowa z kołnierzem:
9
Ssawy szczelinowe długie, wolno wiszące:
10 Ssawa z osłoną z dwóch płaszczyzn wzajemnie
prostopadłych:
11
Ssawa zawieszona w rogu trójścianu:
12
Ssawa szczelinowa wbudowana w płaszczyznę z dwiema
osłonami bocznymi wzajemnie równoległymi:
13
Okap lub podwieszona osłona:
Tabela 7
4. Analiza wpływu technologii źródła zanieczyszczeń w
powiązaniu z własnościami substancji na rozwiązanie systemów
odciągów miejscowych; przykłady.
Analizując wpływ technologii źródła zanieczyszczeń w powiązaniu z
własnościami substancji na rozwiązanie systemów odciągów miejscowych
skupiłem się na przykładach z instalacji istniejących jak i danych
literaturowych. Ponieważ zagadnienie jest bardzo szerokie, ograniczyłem się
Praca końcowa
21 stycznia 2008
41
do opisania kilku rozwiązań dla popularnych procesów technologicznych, z
którymi projektanci i wykonawcy mają bardzo często do czynienia w
praktyce.
Pierwszym przypadkiem są odciągi dla przesypów taśmowych.
Rys. nr 42 - odciąg z przesypu taśmowego.
Rysunek 42
1 - górna pokrywa obudowy.
2 - odciąg (zlokalizowany w pewnej odległości od przesypu w kierunku ruchu
taśmy w celu uniknięcia porywania większych frakcji pyłu).
3 - listwy gumowe.
4 - swobodny fartuch na wlocie (zmniejszający do minimum wlot powietrza
zewnętrznego).
5 - swobodny fartuch na wylocie (zmniejszający do minimum wlot powietrza
zewnętrznego).
6 - osłona umieszczona przed rolkami.
7 - rolka zwrotna.
8 - zgarniacz (czyszczenie powracającej taśmy).
L - szerokość taśmy.
Rozwiązanie to polega na zhermetyzowaniu procesu przesypu i obudowaniu
źródła powstawania zanieczyszczenia.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
42
Ilustracja 4. Odpylanie przesypów – Michelin Olsztyn
W wielu przypadkach zastosowanie zorganizowanego nawiewu
(wymuszenie określonego kierunku powietrza o danej prędkości) z systemem
odciągów miejscowych jest wręcz konieczne. Stosuje się to w celu ochrony
pracownika przed negatywnym działaniem wydzielanych zanieczyszczeń,
które powstają podczas procesów technologicznych. Rozwiązanie takie
stosujemy np. w komorach roboczych. Rozwiązanie takiej komory pokazano
na rys. nr 43 poniżej. Jest to typowe rozwiązania dla tzw. wentylacji wyporowej
stosowanej w "cleanroomach". W zależności od procesu, pracownik ma
powinność zakładać specjalistyczna odzież ochronną.
Rysunek 43
Praca końcowa
21 stycznia 2008
43
1 - stanowiska robocze.
2 - kratka zapewniająca równomierny dopływ powietrza.
3 - nagrzewnica.
4 - wentylator wyciągowy (kanałowy).
5 - przewód odciągowy.
6 - wentylator nawiewny umieszczony w obudowie.
7 - filtr powietrza (jeśli dany proces technologiczny tego wymaga)
Bardzo często spotykana jest obudowa przy różnego rodzaju piłach
tarczowych i szlifierkach, gdzie powstałe zanieczyszczenie ma określony
kierunek i dużą prędkość. Obudowa tarczy musi być tak skonfigurowana
względem źródła powstawania zanieczyszczenia żeby pył trafiał
bezpośrednia na obudowy i nie wydostawał poza obręb obudowy.
Rys. nr 44 - obudowa piły do drewna z nawilżanie (a), bez nawilżania
(b).
Rysunek 44
1 - obudowa.
2 - klapa otwierana.
3 - listwa uszczelniająca (w razie potrzeby).
4 - odciąg (wraz z panelem inspekcyjnym), usytuowany zgodnie z kierunkiem
obrotu piły.
Praca końcowa
21 stycznia 2008
44
Zdjęcie 5. (Obudowy przy szlifierkach – Kometal – Darłowo)
Typowym rozwiązaniem są również obudowy przy zalewaniu form
odlewniczych.
Rys. nr 45 - obudowa przy zalewaniu form odlewniczych.
Rysunek 45
1 - obudowa (nie może utrudniać transportu form).
2 - odciąg (nie może utrudniać transportu form).
3 - forma odlewnicza.
4 - kadź odlewnicza.
5 - boczne osłony (zapobiegają przedostawaniu się powietrza z tyłu za
obudowę).
Praca końcowa
21 stycznia 2008
45
5. Wnioski:
Podczas różnych procesów produkcyjnych powstają bardzo często
różnego rodzaju zanieczyszczenia, które szkodliwie oddziaływają na zdrowie
człowieka, a także mogą negatywnie wpływać na procesy produkcyjne. Na
przestrzeni kilkunastu ostatnich lat standardy pacy w wielu zakładach
przemysłowych uległy znacznej poprawie. Wynika to z przepisów
dotyczących ochrony środowiska jak i kodeksu pracy. Instalacja wentylacji
przemysłowej i odpylania stały się standardowym wyposażaniem niemalże
każdego nowoczesnego zakładu przemysłowego. Pomimo nowych
technologii i przy postępie technicznym systemy odpylania nie zmieniły
praktycznie swojej postaći.
Wentylacja przemysłowa jest zagadnieniem dosyć trudnym w którym nie
ma „prostych i typowych” rozwiązań. Każdy problem wymaga
indywidualnego podejścia i szczegółowej analizy pod kątem:
źródła zanieczyszczenia,
właściwości fizykochemicznych samego zanieczyszczenia,
szkodliwości zanieczyszczenia na otoczenie.
Zanieczyszczenia występujące w przemyśle są bardzo zróżnicowane
zarówno pod względem jakościowym i ilościowy. W niniejszej pracy skupiłem
się bardzo ogólnie na zagadnieniach wentylacji przemysłowej i
przedstawiłem w dużym skrócie właściwości fizykochemiczne pyłów, które
odgrywają dużą role w procesie odpylanie i rozwiązaniach przemysłowych
odciągów miejscowych. Z opracowania wynika iż zagadnienie jest bardzo
trudne i często projektant zmuszony jest korzystać z zależności empirycznych,
ponieważ przy tak zróżnicowanej problematyce nie ma wystarczających
danych którymi można się wspomóc na etapie projektowania.
6. Literatura:
[1] Recknagel, Sprenger, Honmann, Schramek, „Poradnik Ogrzewanie i
Klimatyzacja” EWFE 94/95, Biblioteka Fundacji Poszanowania Energii
[2] Polska Norma PN-64/Z-01001
[3] Zajączkowski Janusz „Odpylanie w Przemyśle”, Arkady, Warszawa 1971r.
[4] Maksymilian Malicki, „Wentylacja Przemysłowa” Arkady, Warszawa 1967r.
[5] Polskiej Normy PN-74/Z-04002, Badania fizycznych własności pyłów.
Oznaczanie
bezwzględnej gęstości pyłu,
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Pytania do kolokwium z ćwiczeń z Hydrauliki 2010, Budownictwo, Hydraulika i Hydrologia, Koła i egzam
Gleboznawstwo - Sem I dzienne 2006, Ćwiczenie 11, Kompleks sorpcyjny
cwiczenia excel komplet
Cwiczenie zabawowe, STUDIA, Polibuda - semestr II, Hydraulika i hydrologia, laborki z hydro
Kolo biochemia KOMPLET NOTATEK AMINOKWASY, Szkoła Rolnictwo studia, Szkoła, Materiały studia, bioche
Hydraulika ćwiczenia
Hydraulika cwiczenia
Analiza związków kompleksowych ćwiczenie
Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne materiały do ćwiczeń audytoryjnych
Ćwiczenie projektowe nr 1, Studia Budownictwo polsl, I semestr, Hydrologia i hydraulika, projekt
Hydraulika, Lab Hih-przejście przeplywu lamilarnego w turbuletny, ćwiczenie2
prir zrodla z cwiczen(teraz chyba kompletne)
Metody kompleksowe terapii jąkających się, SZKOŁA, ĆWICZENIA OGÓLNOUSPRAWNIAJĄ, ĆWICZENIA OGÓLNOUSPR
ćw.1 kompleksy, Chemia ogólna i żywności, instrukcje do ćwiczen z chemii ogólnej i żywności na I sem
więcej podobnych podstron