Pomiar wydatku powietrza mikromanometrem i rurką Pitota

Wbrew powszechnym opiniom pomiary instalacji wentylacji mechanicznej nie należą do prac łatwych, ani tym bardziej szybkich. Aby wykonywać poprawnie pomiary, musimy posiadać nie tylko odpowiednią wiedzę inżynieryjną z zakresu projektowania czy budowy instalacji, ale także wiele doświadczenia, narzędzi oraz wiedzy dotyczącej sposobu działania samych przyrządów pomiarowych. W tym przypadku nie możemy stosować dróg “na skróty”, ponieważ od efektu takiej pracy może zależeć nie tylko komfort, ale także zdrowie użytkowników instalacji.

Podstawowym pomiarem wykonywanym w celu oceny poprawności działania instalacji wentylacyjnej jest pomiar prędkości przepływającego w kanale powietrza w m/s oraz wydatek w m3/h. O ile wykonanie samego pomiaru prędkości przepływu powietrza nie jest bardzo problematyczne, to wykonanie rzetelnego pomiaru wartości wydatku powietrza, czyli objętości przepływającego powietrza w danej jednostce czasu (kluczowego dla oceny efektywności i poprawności działania instalacji wentylacji mechanicznej) stanowi w praktyce dużo większy kłopot.

Pomimo, że elementem składowym wydatku jest właśnie wspomniany pomiar prędkości przepływu powietrza, to fakt że wydatek jest dodatkowo uzależniony od pola powierzchni kanału przez, które takie powietrze przepływa sprawia, że zadanie takie okazuje się dużo bardziej problematyczne.

W poniższym artykule postaramy się omówić przyrządy najczęściej wykorzystywane do pomiaru wydatku powietrza oraz sposób wykonywania pomiaru za ich pomocą. 

Warto przypomnieć, że pomiar wydatku w kanałach wentylacyjnych oraz pomiar wydatku na anemostatach wykonuje się w odmienny sposób.

Przyrządy i metody wykonywania pomiaru przepływu powietrza i wydatku w kanałach

Najczęściej wykorzystywanymi metodami w przypadku pomiaru w kanałach są:

• pomiar ciśnienia różnicowego rurką pitota i mikromanometrem
• pomiar anemometrem z sondą termiczną (termo-oporową)
• pomiar zamontowanym na stałe modułem pomiarowym przepływu (tzw. lancą) np. Kimo Debimo
• pomiar za pomocą kryz pomiarowych czy zwężki Venturiego

W artykule omówione zostaną wyłącznie metody pomiaru przyrządami przenośnymi.

Pomiar wydatku za pomocą rurki Pitota podłączonej do mikromanometru jest jedną z najczęściej wykorzystywanych metod pomiaru wydatku powietrza.

Rysunek poglądowy sposobu wykonywania pomiaru wydatku rurką Pitota przedstawiono na obrazku 1.

Rurka Pitota wprowadzona do kanału wentylacyjnego prostopadle do przepływu, wykonuje pomiar różnicy ciśnienia: całkowitego (ciśnienia oddziałującego na czoło rurki Pitota - prostopadle do kierunku przepływu powietrza) i ciśnienia statycznego (ciśnienia działającego na jednostkę powierzchni). Wartość tak zmierzonego ciśnienia może być następnie przeliczona na prędkość przepływu z wykorzystaniem wzoru na prędkość przepływu, wyprowadzoną z uproszczonego równania Bernouliego lub jednego ze zmodyfikowanych wzorów bazujących na tym równaniu.

Jeśli dysponujemy już obliczoną wartością prędkości przepływu, możemy wykorzystać kolejny wzór, który pozwoli nam na obliczenie wartości wydatku powietrza dla danej powierzchni kanału wentylacyjnego.

KL - współczynnik K rurki Pitota.

Pd = Pt - Ps

P - ciśnienie, d : dynamiczne, t : całkowite, s : statyczne

S - średnica kanału (m2)

*Wzór teoretyczny, dla masy powietrza 1,2 Kg

Należy przy tym zaznaczyć, że otrzymany wynik zakłada, iż wartość przepływu powietrza jest identyczna w każdym punkcie kanału, co w warunkach rzeczywistych niestety rzadko ma miejsce. Dlatego też pomiar taki należy wykonać w wielu punktach, obliczając wartość przepływu dla każdego z nich, a następnie uśrednić przepływ ze wszystkich punktów. Opis metody wykonywania pomiaru w wielu punktach dla kanałów okrągłych i prostokątnych znajduje się w dalszej części artykułu.

Większość współczesnych mikromanometrów cyfrowych (np. KIMO MP 120, KIMO MP 210, KIMO AMI 310) posiada wbudowaną funkcję obliczania przepływu powietrza wyliczanego z pomiaru ciśnienia różnicowego (uzupełnioną o kompensację temperatury). Funkcja ta dokonuje precyzyjnego wyliczenia w czasie rzeczywistym - po wprowadzeniu podstawowych parametrów rurki Pitota (współczynnik K) oraz wartości temperatury przepływającego powietrza (kompensacja statyczna lub kompensacja dynamiczna).

Dostępnych jest także kilka typów uśredniania wyników oraz funkcja obliczania wydatku (po wprowadzeniu średnicy kanału okrągłego lub szerokości i wysokości dla kanałów prostokątnych) co znakomicie przyspiesza i ułatwia pracę.

Cechy pomiaru wykonywanego rurką Pitota / Prandtla

Wykorzystując rurkę Pitota do pomiaru przepływu powietrza lub wydatku należy pamiętać:

• Przed wykonaniem pomiaru należy sprawdzić temperaturę przepływającego medium i uwzględnić ją w pomiarach (np. wprowadzić aktualną wartość temperatury powietrza w mierniku - tzw. kompensacja statyczna).
• Jeśli temperatura medium nie jest stała i zmienia się (np. spaliny), należy wykorzystać rurkę Pitota z dynamiczną kompensacją temperatury (czujnik temperatury zamontowany na rurce na stałe i podłączany do miernika).
• Pomiar rurką Pitota można wykonywać, ogólnie rzecz ujmując, dla prędkości przepływu powietrza wyższych niż ok. 5 m/s (ale jest to ściśle uzależnione od zakresu pomiarowego mikromanometru oraz specyfiki samej rurki). Co do zasady metoda ta, nie powinna być wykorzystywana do pomiaru małych wartości przepływu (błąd pomiaru jest większy), a raczej do większych wartości przepływu powietrza.
• Należy zwrócić uwagę na dokładność i zakres pomiarowy ciśnienia różnicowego stosowanego mikromanometru. Czym większy maksymalny zakres pomiarowy ciśnienia różnicowego manometru, tym większy błąd dla małych prędkości przepływu.
• Rurka Pitota może być wykorzystywana do pomiaru medium zapylonego oraz agresywnego.
• Obliczenie przepływu powietrza z ciśnienia należy wykonać osobno dla każdego punktu pomiarowego w kanale, a dopiero pod koniec mając kilka wartości przepływu (wyliczonych osobno ze zmierzonych wartości ciśnienia) dokonać uśrednienia w celu obliczenia wydatku.

W kolejnych artykułach przedstawimy inne metody pomiarów wydatku.

Przeczytaj część drugą: Pomiar wydatku powietrza mikromanometrem i rurką Pitota

www.merserwis.pl