Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów

Politechnika Wrocławska

Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery

LABORATORIUM

KONTROLI EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ

Ćwiczenie nr 5

Temat Automatyzacja grawimetrycznego pomiaru stężenia pyłu– pyłomierz EMIOTEST..

Badania i opracowanie wykonali:

1. Katarzyna Wyglądacz 186979

Kierunek studiów Energetyka Rok studiów I

Data ćwiczenia 13.05.2014 Prowadzący dr inż. Arkadiusz Świerczok

Data oddania sprawozdania 19.05.2014 Ocena

Poprawa…………………………………………………………….

Podpis prowadzącego ……….

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest nabycie umiejętności programowania i obsługi jednostki centralnej pyłomierza grawimetrycznego EMIOTEST oraz interpretacji wyników pomiaru.

W danym ćwiczeniu należy obliczyć strumień objętości oraz stężenie pyłu w gazie w kanale warunkach rzeczywistych oraz w odniesieniu do stanu gazu suchego w warunkach umownych, a także strumień masy pyłu w kanale.

1. Wstęp teoretyczny:

• Sonda zerowa – warunkiem prawidłowego jej działania jest izokinetyczność pomiaru. Oznacza to, że różnica ciśnień na zewnątrz sondy i wewnątrz sondy jest równa 0. Nie można zmierzyć ciśnienia dynamicznego sondą zerową.

Rysunek 1. Schemat sondy zerowej. 1 – trzon sondy, 2 – uszczelka, 3 – końcówka aspiracyjna, 4 –otwór impulsowy odbierający ciśnienie z zewnętrznej powierzchni sondy, 5 – otwór impulsowy odbierający ciśnienie z wewnętrznej powierzchni sondy.

• Sonda prędkościowa- służy do pomiaru zarówno ciśnień jak i prędkości. Należy określać warunek jej izokinetyczności. Przykładem takiej sondy może być sonda SP-sz firmy EMIO. Przeznaczona jest ona do poboru próby w trudno dostępnych emitorach ceramicznych oraz emitorach o dużych śrendnicach. Sonda ta umożliwia zastosowanie do filtracji wewnętrznej separatorów.

1. Tabela pomiarowa:

Tabela 1. Tabela pomiarowa.

Lp.	t	ΔP	w	tv	ΔPv	hv	Xv	Kv	Vv
-	°C	Pa	$$\frac{m}{s}$$	°C	Pa	hPa	$$\frac{\text{kg}}{\text{kg}}$$	10^−6m^2	$$\frac{m^{3}}{h}$$
1	165	66	9,8	22	201	-250	0,006	80,14	4,26
2	166	55	8,9	23	190	-290	0,007	80,08	4,27
3	165	50	8,5	23	140	-290	0,009	80,08	3,67
4	165	55	8,9	25	170	-289	0,011	80,09	4,05

Tabela 2. Dane dotyczące warunków otoczenia.

to	Pb
°C	hPa
20	998

Tabela 3. Dane dotyczące zapylonego gazu w kanale.

A	h	ρsu	X
m^2	Pa	$$\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$	$$\frac{\text{kg}}{\text{kg}}$$
0,5	-600	1,352	0,035

Tabela 4. Dane dotyczące zapylonego gazu w pyłomierzu.

tp	K	d	m	ρvsu
°C	-	mm	g	$$\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$
36	1,08	13	0,1451	1,352

1. Obliczenia i wyniki:

Obliczenie wartości średnich:

• Średnia temperatura gazu w kanale przepływowym:

$$t_{sr} = \frac{165 + 166 + 165 + 165}{4} = 165\ $$

• Średnie ciśnienie spiętrzenia gazu w kanale przepływowym:

$$\text{ΔP}_{sr} = \left( \frac{\sqrt{66} + \sqrt{55} + \sqrt{50} + \sqrt{55}}{4} \right)^{2} = 56\ Pa$$

• Średnia prędkość gazu w kanale przepływowym:

$$w_{sr} = \frac{9,8 + 8,9 + 8,5 + 8,9}{4} = 9,0\ \frac{m}{s}$$

• Średnia temperatura gazu w pyłomierzu:

$$t_{vsr} = \frac{22 + 23 + 23 + 25}{4} = 23$$

• Średnie ciśnienie spiętrzenia gazu w pyłomierzu:

$$\text{ΔP}_{vsr} = \left( \frac{\sqrt{201} + \sqrt{190} + \sqrt{140} + \sqrt{170}}{4} \right)^{2} = 174\ Pa$$

• Średnie ciśnienie statyczne gazu w pyłomierzu:

$$h_{vsr} = \frac{- 250 - 290 - 290 - 289}{4} = - 280\ \text{hPa}$$

• Średni stopień zawilżenia gazu w pyłomierzu:

$$X_{vsr} = \frac{0,006 + 0,007 + 0,009 + 0,011}{4} = 0,008\ \frac{\text{kg}}{\text{kg}}$$

• Średni współczynnik kalibracyjny zwężki w pyłomierzu:

$$K_{vsr} = \frac{\left( 80,14 + 80,08 + 80,08 + 80,09 \right) \bullet 10^{- 6}}{4} = 80,10 \bullet 10^{- 6}\ m^{2}$$

• Średni strumień objętości gazu w pyłomierzu:

$$V_{vsr} = \frac{4,26 + 4,27 + 3,67 + 4,05}{4} = 4,06\ \frac{m^{3}}{h}$$

• Obliczenie temperatury gazu w kanale przepływowym:

T = t_sr + 273 = 165 + 273 = 438 K

• Obliczenie ciśnienia gazu w kanale przepływowym:

p = p_b + h + ΔP_sr = 99800 − 600 + 56 = 99256 Pa

• Obliczenie temperatury gazu w zwężce:

T_v = t_vsr + 273 = 23 + 273 = 296 K

• Obliczenie ciśnienia gazu w pyłomierzu:

p_v = p_b + h_vsr = 99800 − 28000 = 71800 Pa

• Obliczenie stałej gazowej gazu suchego w kanale i zwężce (warunki umowne):

$$R_{s} = \frac{p_{u}}{\rho_{\text{su}} \bullet T_{u}} = \frac{101300}{1,352 \bullet 273} = 274,5\ \frac{J}{kg \bullet K}$$

• Obliczenie stałej gazowej gazu wilgotnego w kanale przepływowym (warunki umowne):

$$R = \frac{R_{s} + 461,5 \bullet X}{1 + X} = \frac{274,5 + 461,5 \bullet 0,035}{1 + 0,035} = 280,8\ \frac{J}{kg \bullet K}\ $$

• Obliczenie stałej gazowej gazu wilgotnego w zwężce (warunki umowne):

$$R_{v} = \frac{R_{s} + 461,5 \bullet X_{vsr}}{1 + X_{vsr}} = \frac{274,5 + 461,5 \bullet 0,008}{1 + 0,008} = 276\ \frac{J}{kg \bullet K}$$

• Obliczenie gęstość gazu suchego w kanale i pyłomierzu (warunki umowne):

$$\rho_{\text{su}} = \frac{p_{u}}{R_{s} \bullet T_{u}} = \frac{101300}{274,5 \bullet 273} = 1,352\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

• Obliczenie gęstość gazu suchego w kanale przepływowym (warunki rzeczywiste):

$$\rho_{s} = \rho_{\text{su}} \bullet \frac{p}{p_{u}} \bullet \frac{T_{u}}{T} = 1,352 \bullet \frac{99800 - 600 + 56}{101300} \bullet \frac{273}{165 + 273} = 0,826\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

• Obliczenie gęstość gazu wilgotnego w kanale przepływowym (warunki umowne):

$$\rho_{u} = \frac{p_{u}}{R \bullet T_{u}} = \frac{101300}{280,8 \bullet 273} = 1,321\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

• Obliczenie gęstość gazu wilgotnego w kanale przepływowym (warunki rzeczywiste):

$$\rho = \rho_{u} \bullet \frac{p}{p_{u}} \bullet \frac{T_{u}}{T} = 1,321 \bullet \frac{99800 - 600 + 56}{101300} \bullet \frac{273}{165 + 273} = 0,807\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}\ $$

• Obliczenie gęstość gazu wilgotnego w zwężce (warunki umowne):

$$\rho_{\text{vu}} = \frac{p_{u}}{R_{v} \bullet T_{u}} = \frac{101300}{276 \bullet 273} = 1,344\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

• Obliczenie gęstość gazu wilgotnego w zwężce (warunki rzeczywiste)

$$\rho_{v} = \rho_{\text{vu}} \bullet \frac{p_{v}}{p_{u}} \bullet \frac{T_{u}}{T_{v}} = 1,344 \bullet \frac{99800 - 28000}{101300} \bullet \frac{273}{273 + 23} = 0,879\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

• Obliczenie wartości średniej współczynnika izokinetyczności:

$$H = \frac{1 + X}{1 + X_{vsr}} \bullet \frac{K_{vsr}}{K} \bullet \frac{4}{\pi \bullet d^{2}} \bullet \sqrt{\frac{\rho_{v}}{\rho} \bullet \frac{\text{ΔP}_{vsr}}{\text{ΔP}_{sr}}} = \frac{1 + 0,035}{1 + 0,008} \bullet \frac{80,10 \bullet 10^{- 6}}{1,08} \bullet \frac{4}{\pi \bullet {0,013}^{2}} \bullet \sqrt{\frac{0,879}{0,807} \bullet \frac{174}{56}}$$

=1, 05

• Obliczenie strumienia objętości gazu w kanale przepływowym(warunki rzeczywiste):

$$\dot{V} = w_{sr} \bullet A = 9 \bullet 0,5 = 4,5\ \frac{m^{3}}{s}\ $$

• Obliczenie strumienia objętości gazu w kanale przepływowym dla gazu suchego (warunki umowne)

$$\dot{V_{\text{su}}} = \dot{V} \bullet \frac{\rho_{s}}{\rho_{\text{su}}} = 4,5 \bullet \frac{0,826}{1,352} = 2,75\ \frac{m^{3}}{s}$$

• Obliczenie stężenia pyłu w gazie w kanale przepływowym (warunki rzeczywiste):

$$S_{v} = \frac{m}{V_{vsr} \bullet \tau}$$

gdzie:

m – masa zebranego pyłu, g

V_vsr – średni strumień objętości gazu przepływającego przez zwężkę, $\frac{m^{3}}{s}$

τ – czas pomiaru, dla naszego doświadczenia: τ = 1h

$$S = S_{v} \bullet \frac{\rho}{\rho_{v}} \bullet \frac{1 + X_{vsr}}{1 + X} = \frac{0,1451}{4,06 \bullet 1} \bullet \frac{0,807}{0,879} \bullet \frac{1 + 0,008}{1 + 0,035} = 0,032\ \frac{g}{m^{3}}$$

• Obliczenie stężenia pyłu w gazie w kanale przepływowym dla gazu suchego (warunki umowne):

$$S_{\text{su}} = S \bullet \frac{\rho_{s}}{\rho_{\text{su}}} = 0,032 \bullet \frac{0,826}{1,352} = 0,0196\ \frac{g}{m^{3}}$$

• Obliczenie strumienia masy pyłu w kanale:

$$\dot{m} = S \bullet \dot{V} = 0,032 \bullet 4,5 3600 = 518,4\ \frac{g}{h} = 0,518\ \frac{\text{kg}}{h}\ $$

1. Wnioski:

Celem ćwiczenia było obliczenie stężenia pyłu w gazie w kanale, który w warunkach rzeczywistych wynosi 0,032 $\frac{g}{m^{3}}$, a w warunkach umownych dla gazu suchego wynosi 0,0196 $\frac{g}{m^{3}}.$Strumień objętości gazu w kanale warunkach rzeczywistych wynosi 4,5$\frac{m^{3}}{s}\ $,a w odniesieniu do stanu gazu suchego w warunkach umownych wynosi 2,75$\frac{m^{3}}{s}\ $ . Strumień masy pyłu w kanale natomiast wynosi 0,518 $\frac{\text{kg}}{h}\text{.\ }$Obliczono również średni współczynnik izokinetyczności, który powinien znajdować się w granicy od 0,9 do 1,1. W tym ćwiczeniu wartość tego współczynnika wyniosła 1,05, zatem mieści się wartość współczynnika izokinetyczności w wyżej podanych granicach.