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MISURE MECCANICHE Giuseppe Dinardo, Paolo Pietroni, Gaetano Vacca
Caratterizzazione di un Pitot-s per flussi gassosi di natura industriale con anemometro laser-Doppler una procedura alternativa per la taratura
S-TYPE PITOT TUBE CALIBRATION BY MEANS OF LDA
This paper describes an innovative, more accurate and reliable calibration of S-type Pitot tubes (SPT) by means of the laser Doppler technique. This type of instrument is used for measuring the volumetric flow rate of exhaust gases from combustion processes. Due to its coarse structure the SPT is mostly employed in aggressive environments such as stack ducts. Presently the SPT is calibrated by means of standard L-type Pitot tube [1]-[7]. The use of a LDA for calibration has several advantages: a better accuracy due to its high spatial resolution, and no loading effects. Furthermore, an analytical model has been formalized to generalize the TF relation of the STP.
so gassoso. Tale caratteristica ne rende necessaria una taratura periodica e condotta con elevata accuratezza.
RIASSUNTO
Nell’articolo viene descritta una nuova e più accurata tecnica di taratura per tubi di Pitot-S basata su tecnica laser doppler, in alternativa alla procedura classica che utilizza invece tubi di Pitot-L [1]-[7]. L’uso del LDA garantisce accuratezza più elevata non solo per la maggiore risoluzione spaziale ma anche per l’assenza di errori di inserzione. Inoltre è stato formalizzato un modello analitico per la legge di trasferimento dello strumento per svincolarla dalle dimensioni del Pitot, dal fluido e dalle condizioni termodinamiche di prova. Un’accurata valutazione delle emissioni inquinanti provenienti dalle attività di combustione è fondamentale ai fini del rispetto degli standards imposti dagli enti normativi. Recentemente, l’UE ha ratificato (mediante la direttiva 2001/80/CE) alcune linee guida per la valutazione delle emissioni in atmosfera d’inquinanti originati dagli impianti di combustione adibiti alla produzione di energia. Gli standard di emissione delle sostanze ritenute inquinanti sono espressi da [1]: mg CQ s Emissione = Q kWh h
(1)
Nella relazione (1), C (in mg/m3) è la concentrazione del singolo inquinante considerato, Qs la portata volumetrica dei gas combusti analizzati (in m3/h) e Qh l’input thermal rate (in kW o MW a seconda degli standard di riferimento) dell’impianto considerato, che è pari alla potenza termica entrante
nell’impianto (le unità di misura relative alle grandezze riportate nell’equazione (1) sono talvolta espresse differentemente [1]). La determinazione della portata volumetrica è contemplata dalla norma UNI 10169 (2001) e dall’esaustivo e universalmente riconosciuto Method 2 (Determination of stack gas velocity and volumetric flow rate) emanato dall’EPA. La portata volumetrica è desumibile dalla seguente relazione [2]: Qs = Aνaνg
Figura 1 – Tubo di Pitot S
CARATTERIZZAZIONE DEL PITOT-S
Il principio di funzionamento di un tubo di Pitot è dato dall’equazione di Bernoulli relativa a un flusso ideale, non turbolento, incomprimibile e barotropico, in condizioni stazionarie. Valutando la differenza fra pressione totale e quella statica in un punto, si può affermare che la velocità nel punto dato è data da: m ν = s
2∆p ρ
(3)
(2)
Il termine νaνgè la velocità media del flusso nella sezione di misura, valutata come media aritmetica delle velocità in più punti della sezione di prova e misurate con il tubo di Pitot S. Il tubo di Pitot S, grazie alla sua geometria tozza e semplificata, è ideale per la misura di velocità puntuali in flussi gassosi derivanti da processi di combustione, perché è meno soggetto a intasamento da parte di particelle solide e ceneri in sospensione nel flus-
T_M
Il termine ∆p [Pa] è la differenza fra la pressione totale di ristagno e quella statica vigenti nel punto a cui v è misurato. Il termine ρ [kg/m3] è la densità del fluido. Poiché la misura di una pressione
Politecnico di Bari dinardo@imedado.poliba.it p.pietroni@loccioni.com g.vacca@poliba.it
N.
3/10 T_M ƒ 205