Misura Volume Aria Con Temperatura Variabile - con anemometro

[esco]

sto cercando di controllarare un piccolo circuito costituito da una soffiante che spinge ca. 60 mc/h di aria in 15 m ca. di tubazione orizzontale metallica da 2 pollici che poi si restringe a 1 pollice e procede per altri 12 metri in verticale verso il basso per scaricare/iniettare il flusso d'aria in acqua (fondo di un pozzo con diametro 5 pollici).

La temperatura all'uscita della soffiante è molto alta, nell'ordine di ca. 70-80 °C (il primo tratto della tubazione metallica da 2 pollici scotta), poi al termine dei primi 15 m di condotta orizzontale si stabilizza e dunque ho applicato un anemometro per calcolare la portata del flusso di aria iniettato. Dopo l'anemometro, la sezione della tubazione metallica è stata dimezzata, da 2 ad 1 pollice per provocare un incremento di temperatura del flusso d'aria che dopo gorgoglia in acqua. Desidero anche installare, attualmente non è previsto, un termometro nel recettore finale (l'acqua) per comprendere se riesciamo ad ottenere un incremento di qualche grado di temperatura in acqua.

Il dubbio che ho è il seguente:

a) posso considerare il volume d'aria misurato in corrispondenza dell'anemometro quale volume rappresentaivo della quatità d'aria immessa al termine del circuito in acqua?

per evitare di spendere molto in ulteriori rilevatori, come posso stabilire la percentuale di scostamento tra il volume misurato in corrispondenza dell'anemometro, quella in uscita dalla soffiante e quella che finisce al termine del circuito?

[Scavir]

Ciao,

l'anemometro è un apparecchio che misura la velocità, non la quantità, per la quantità esistono apparecchi appositi.

Comunque fai attenzione, la soffiante deve superara la spinta della colonna d'acqua che hai intenzione di smuovere; ovvero 1 Atm ogni 10 metri.

Comunque i calcoli da fare sono parecchi, cioè cosa devi fare ???

Devi scaldare l'acqua ???

Quanta ???

Da quale temperatura parti e a che temperatura devi arrivare e......... in quanto tempo ?????

Devi dare più imput possibili per avere delle risposte che "funzionino".

Racconta il processo Prima, durante e dopo.

Vedrai che NON mancheranno Nè le risposte Nè le idee.

Ciao,

Virginio

[esco]

per la misura delle portate d'aria (in mandata alla temperatura di 70-80°C ed in aspirazione a temperatura ambiente) abbiamo adottato due anemometri, considrando:

P(portata) = V (velocità flusso) x A (area sezione condotta)

P(mc/h) = V (m/h) x A (mq)

L'anemometro restituisce la velocità V in m/s, implica che V (m/h) = V (m/s) x 3600 quindi la formula diventa:

P(mc/h) = V (m/s) x 3600 x A (mq)

A (mq) = 0,0045580 mq (per la misura della portata di aria in mandata D condotta = 1"1/2 = 0,0381 m)

A (mq) = 0,0081032 mq (per la misura della portata di aria in aspirazione D condotta = 2" = 0,0508 m)

quindi sostituendo, la formula finale diventa:

Portata di aria in mandata = P(mc/h) = V (m/s) x 3600 x 0,0045580 (mq)

Portata di aria in aspirazione = P(mc/h) = V (m/s) x 3600 x 0,0081032 (mq)

Riepilogando avrò la restituzione di:

2 stati di portata in mandata in cui P(mc/h) = V (m/s) x 3600 x 0,0045580 (mq);

2 stati di portata in aspirazione in cui P(mc/h) = V (m/s) x 3600 x 0,0081032 (mq);

l'anemometro ha una uscita 4-20 mA e chiediamo al PLC di fare i conti.... comunque l'ordine di grandezza della portata è nel range di 50-70 mc/h.... ma credo sia influenzato dalla temperatura del flusso d'aria e questo aspetto andrebbe approfondito, per il momento abbiamo posizionato l'anemometro del flusso caldo di mandata al termine del tratto di 15 m della tubazione dove la temperatura è molto inferiore ai 70-80 °C presenti all'uscita della soffiante....

.... c'erano altri strumenti per rilevare la portata?

Ma in questa fase vorrei conoscere quale delta T è stimabile nel cilindro di acqua (tratto inferiore del pozzo) mediante l'insufflaggio di aria calda. Il processo è: soffiante che invia aria in un pozzo, l'aria in mandata è erogata con un delta T teorico nell'ordine di ca. 50-60°C rispetto all'aria che entra in soffiante. Percorre le tubazioni come descritto nel primlo post e finisce/gorgoglia in acqua. Sappiamo che si verifica una dispersione di calore lungo le tubazioni ed un incremento di temperatura è atteso in corrispondenza del restringimento delle sezioni imposto al termine del tratto orizzontale, dopo l'anemometro di mandata e prima del tratto di tubazione verticale che raggiunge il fondo del pozzo.

Ma per comprendere come "prevedere" l'innalzamento di temperatura indotta nell'acqua di fondo del pozzo credo che sarò costretto ad aggiungere una sondina di temperatura con uscita 4-20 mA e trasferire il dato al PLC... speravo in una stima sulla base dei dati disponibili:

- pressione flusso aria di mandata rilevata con manometro;

- volume aria di mandata calcolato mediante anemometro;

- lunghezza e sezioni tubazioni;

- gli altri dati geometrici.

grazie x il supporto

Modificato: 5 maggio 2007 da esco

[pcontini]

Per curiosità, che tipo di anemometro hai utilizzato?

.... c'erano altri strumenti per rilevare la portata?

Per la misura della velocità (e quindi portata) dell'aria puoi utilizzare anche un tubo di pitot con trasduttore di pressione differenziale, da cui ricavi tramite formula la velocità. Io li ho utilizzati per la misura in condotti dove l'aria è piena di polvere e altre schifezze; il sensore non è direttamente nel condotto e non subisce il passaggio continuo del flusso d'aria sporco. Però se ti serve una precisione di misura elevata diventa difficile in quanto ti serve sapere anche la temperatura dell'aria, la pressione barometrica che, seppur minimamente, incidono nella determinazione della velocità.

Secondo me con la sondina vai più tranquillo

[esco]

avevamo esaminato una centralina CP300 della Kimo con tubo pitot con costi nell'ordine di 500,00 euro (incluso accessori e display), poi scartata perchè aveva limiti di portata.

poi abbiamo preso i seguenti:

n° 1 anemometro da canale Dwyer 4-20 mA modello AVU-3-A campo 0-16 m/s al costo unitario netto di € 195,00;

n° 1 anemometro da canale Dwyer 4-20 mA modello AVU-3-A campo 0-8 m/s al costo unitario netto di € 195,00.

comunque ritengo che la temperatura del flusso d'aria sia una variabile rilevante e non trascurabile.

In altre parole il volume d'aria è calcolato (attraverso il dato della velocità e della sezione del tubo) nel punto in cui è installato l'anemometro e nelle condizioni di temperatura del flusso d'aria in quel punto. Ritengo che in altri punti della tubazione, la variazione degli altri parametri (pressione e temperatura) possano causare variazioni del volume d'aria che circola... non mi dispiacerebbe poter calcolare queste variazioni mediante calcoli.... e non sensori.

suggerimenti?

[pcontini]

Il sensore che hai scelto mi pare sia del tipo a "filo caldo", secondo me valido (sempre se l'aria sia abbastanza pura).

comunque ritengo che la temperatura del flusso d'aria sia una variabile rilevante e non trascurabile

Nel caso della misura tramite p.diff., la rilevanza della temperatura va valutata in funzione delle condizioni di funzionamento e della precisione richiesta.

Chiaro che è meglio averla e gestirla come dato.

Sicuramente con il sensore in tuo possesso ti svincoli da tale problema.

Ritengo che in altri punti della tubazione, la variazione degli altri parametri (pressione e temperatura) possano causare variazioni del volume d'aria che circola

Il volume non dovrebbe proprio cambiare nei vari punti del circuito, semmai cambieranno la pressione e la temp.

[rguaresc]

.............." P(portata) = V (velocità flusso) x A (area sezione condotta)" ......

Funziona se l'anemometro occupa l'intera sezione del tubo altrimenti non valuti che l'aria ha velocita' diverse a seconda della distanza dalla parete.

.............." Dopo l'anemometro, la sezione della tubazione metallica è stata dimezzata, da 2 ad 1 pollice per provocare un incremento di temperatura del flusso d'aria che dopo gorgoglia in acqua"......

La riduzione della sezione causa un aumento della velocita' non un aumento dell'energia termica complessiva, puo' essere utile solo per ntrare nel pozo.

...................."posso considerare il volume d'aria misurato in corrispondenza dell'anemometro quale volume rappresentaivo della quatità d'aria immessa al termine del circuito in acqua?"............

Lungo tutto il condotto resta costante la portata massica dell'aria (kg/h) quella volumica (mc/h) varia con la pressione-temperatura dei vari punti, per le valutazioni di gas in condotti si riporta tutto alle condizioni di pressione e temperatura standard (metri cubi standard /h).

Il calcolo esatto del riscaldamento e' complesso te lo propongo semplificato: L'aria aspirata a temperatura ambiente e a 1 bar gorgoglia ed esce a temperatura ambiente e a 1 bar quindi perde nell'acqua l'energia di pressione e termica ricevuta dalla soffiante

P potenza assorbita dal motore -> P/2 potenza trasferita alla vena d'aria che entra nel pozzo. C'è di mezzo il rendimento del motore, della soffiante, dispersione di calore dei tubi...

In un'ora l'energia E (J) = P/2 (W) * 3600 (s)

Se la quantita' d'acqua che si scalda e' L (kg) la temperatura sale di:

Delta_T © = E (J) / ( L (kg) * 4186 )

Questo succede solo all'inizio, poi la dispersione riduce la salita.

Esempio motore 3 kW -> P/2 = 1500 W; E = 1500 * 3600 = 5400000 (J)

Nel pozzo si scaldano 200 litri, L = 200

Delta_T = 5400000 / (200 * 4186) = 6,4 C all'ora

[esco]

il pozzo ha il diametro di 4" (non 5" come indicato nel primo post) e sono presenti ca. 3,5 m di acqua

dunque il volume d'acqua è inferiore a 30 litri.

la soffiante è a canale laterale con le seguenti caratteristiche:

* pressione d'aspirazione mbar [censored]. 1013

* temperatura d'aspirazione °C 20

* pressione in mandata mH2O rel 4 (ca. 400 mbar)

* portata m3/h ? 50

* potenza motore elettrico kW 2,2

* velocità di rotazione g/1’ 2900

dunque il calcolo semplificato proposto possiamo prevedere:

posto 1 la potenza kW del motore, possiamo porre 0,3 quella dedicata al flusso in mandata

quindi 2200 kW x 0,3 = 0,66 kW

660 x 3600 = 2.376.000 J;

nel pozzo l'aria gorgoglia nel volume di acqua interno al pozzo di ca. 30 litri;

un delta T = 2.376.000 J / (30 * 4.186) = 18,92 °C all'ora

naturalmente il pozzo è immerso in falda e le interazioni/dispersioni sono molteplici, misureremo il delta T tra l'acqua interna al pozzo e quella esterna mediante l'installazione di una sonda di temperatura interna al pozzo nel tratto di 3,5 metri dove è provocato il gorgogliamento e mediante misure dirette della temperatura in altri pozzi ubicati a pochi metri da questo. Immagino un incremento nell'ordine di pochi gradi (< 6 °C), ma costanti.

se devo considerare la portata normalizzata a T ambiente e siccome tutto è generato da una unica soffiante, sulla base dei suoi dati tecnici di base, posso calcolare + o - l'incremento di temperatura.

Dunque mantenendo costante il rapporto tra le pressioni in mandata (0,3 della potenza motore) e aspirazione della soffiante (0,7 della potenza motore), per incrementare la temperatura, posso ridurre le osservazioni ad una: passare da una soffiante da 2,2 KW ad una da 3,0 KW o superiore.

ad esempio, incrementando la potenza motore di 0,8 kW posso stimare un incremento di temperatura teorico applicato a questo caso pari a ca. 6,8°C/ora.

a parte le semplificazioni indicate nelle premesse, tralascio qualcosa di significativo?

[rguaresc]

Mi sembra corretto.

Se nel corso di un'ora si estrae acqua dal pozzo la si deve aggiungere ai 30 litri. Con il tubo immerso di 3,5 m la pressione d'uscita sara' 0,35 bar senza misurarla. L'aria esaurisce la sua energia se non esce calda dal pozzo, c'e' un limite alla potenza massima. Quando l'acqua nel pozzo sale di temperatura oltre alle dispersioni in falda e nel terreno si ha che diminuisce la potenza che l'aria cede all'acqua e uscirà calda dal pozzo.

[Piero Azzoni]

secondo me e' scorretto valutare la portata dell'aria in volume, io avrei usato un mass flow meter per gas tgliando alla radice le valutazioni strane

ma e' monte di questo una cosa non mi e' chiara

e' voluto il riscaldamento o e' un indesiderato effetto collaterale da valutare ?

[esco]

il riscaldamento è voluto. E' stato necessario installare 15 metri di condotta metallica orizzontale (interrata), con le dispersioni conseguenti.... non è stato possibile ubicare la soffiante in testa pozzo altrimenti sarebbe stato maggiore il delta T provocato tra l'acqua nel pozzo e quella circostante il pozzo.

Se le variazioni di sezione del circuito d'aria non inducono un riascaldamento dell'aria stessa, immagino che incrementare la potenza del motore possa essere una via per garantire l'incremento di temperatura dell'acqua in fondo al pozzo... se non rileveremo un delta T significativo comincerò seriamente a pensare alla applicazione di una resistenza di lavatrice...

Puoi indicare qualche esempio di MASS FLOW METER?

[SimoneBaldini]

Volendo essere pignoli devi pure condiderare la pressione del tuo gas e non solo la temperatura. Questo perchè sicuramente la pressione in gioco non è dell'ordine di qualche decina di mmca ma credo di piu'. Poi come dice Piero, i calcoli vengono meglio se fatti in termini di massae non volume. Se vuoi una misura piu' semplice e priva di "correzioni" misura il flusso in aspirazione dove le condizipni sono STP, sempre che si possa fare.

[Piero Azzoni]

per il mass flow meter io ho usato questo su linee aria compressa a varie pressioni e va benissimo

ho fatto la domanda proprio perche' avevo il dubbio, perche' il tratto orizzontale non e' adeguatamente coibentato ?

cosi' facendo, senza nulla aggiungere, il riscaldamento sarebbe molto superiore

e' invece sbagliata la tesi che aumentando la potenza del motore che fa girare la soffiante la temperatura aumenta

se l'attuale e' generosamente dimensionato non aumenta nemmeno di un grado

se l'attuale e' dimensionanto al pelo aumenta di pochissimo, solo perche' diminuisce lo scorrimento

in aspirazione le condizioni non sono standard ma in netta depressione, e sogggette alla pressione assoluta ambiante

tutto sommato e' piu' ripetitiva la misura in mandata

una ultima cosa per (forse) aiutarti meglio

quale e' l'esatto processo?

per maglio dire quale e' l'esatta ragione per cui scaldi l'acqua che sta sottoterra ?

lo fai per caso per estrarre inquinanti ?

[esco]

in effetti pressione, portata e temperatura dell'aria sono parametri caratteristici di ogni soffiante, oltre ai dati di potenza motore. Si dispone infatti di una curva di prestazioni pressioni (mbar) e portate (m3/h) del flusso d'aria. Noi oltre al flusso d'aria desideriamo utilizzare, se possibile, anche la temperatura. Con la soffiante installata in testa al pozzo è più semplice, trasmettiamo all'acqua un flusso con perdite modeste, ma in questa applicazione ci sono 15 metri di tubazione metallica orizzontale obbligatori che potrebbero anche annullare l'effetto "riscaldante" che desideriamo imporre al fondo del pozzo.

i dati a disposizione sono:

- pressione flusso aria di mandata rilevata con manometro (nell'ordine di 400 mbar);

- depressione del flusso aria in entrata nella soffiante rilevata con vuotometro (< 50 mbar);

- volume aria di mandata calcolato mediante anemometro (nell'ordine di 50-60 mc/h);

- volume aria in entrata in soffiante calcolato mediante anemometro (nell'ordine di 50-60 mc/h, ma l'anemometro deve ancora essere installato);

- lunghezza e sezioni tubazioni ed altri dati geometrici (indicati nel primo post)

probabilmente aggiungeremo un sensore di temperatura a fondo pozzo.... ma se risulterà evidente che l'incremento di temperatura non potrà essere significativo valuteremo anche la possibilità di installare una resistenza elettrica in fondo al pozzo (es. lavatrice/lavapiatti).

in ogni caso, come già suggerito, verificherò la possibilità di aggiungere due flow mass meter in sostituzione o in affiancamento ai due anemometri.

[esco]

certo Piero. Lo scopo è quello di facilitare l'estrazione di inquinanti.

Siccome la tubazione metallica orizzontale di 15 metri è interrata e già fornita, purtroppo non posso agire sulla coinbentazione... semplifico tutto con una resistenza in fondo al pozzo?

[Piero Azzoni]

eviterei la resistenza, poi non potresti usare una resistenza da lavatrice avendo problemi di attacchi

poi la potenza necessaria e', secondo me, molto piu' elevata di quello che pensi

poi durerebbe pochissimo, ed i costi di [tante] sostituzioni diverrebbero elevati

ti butto li' un'idea alternativae, sul piano teorico vadida, da verificare nella pratica:

il riscaldmento a mezzo insuflaggio in un pozzo cosi' piccolo genera un effetto collaterale dannoso, quello di elevare la pressione, in considerazione della inevitabile perdita di carico nel condotto ascendente

io aggiungerei una seconda piccola soffiante in aspirazione sulla testa del pozzo in moo di portare in depressione la colonna di gas sopra all'acqua

cio' fatto la prima soffiante soffia ria calda che gorgogliata scalda l'acqua e trascina gli inquinanti

la seconda crea depressione facilitando lo strippaggio di questi ultimi

utilizzeresti il condotto orizzontale della prima per la seconda, collegandolo alla testa del pozzo ed un nuovo condotto ciobentato per la prima collegandolo con il tubo di gorgogliamento gia' esistente

in questo modo eviti anche il problema delle varie misure, ti basta procedere, con intervalli stabiliti (ogni X giorni) a campionare il gas strippato per verificare il contenuto inquinante (che suppongo essere un bassobollente)

[rguaresc]

"prima soffiante soffia ria calda " Il limite di questo metodo e' che non e' la temperatura dell'aria compressa a scaldare. L'aria compressa si scalda, ma quando si espande si raffredda alla temperatura iniziale, anzi, siccome perde un po' di calore nel tubo finisce che raffredda leggermente l'acqua del pozzo perche' il ciclo di "esco" e' un piccolo ciclo frigorifero aperto. Il riscaldamento e' dato solo dall'agitazione dell'acqua del pozzo che si potrebbe ottenere anche con un'elica o con una centrifuga esterna a ricircolo.