יישומי טכנולוגיית ניטור מקוונת ללחות גזי פליטה

>> שיטת הנורה רטובה-יבשה

שיטת הנורה הרטובה והיבשה מודדת את הלחות היחסית של האוויר על סמך אפקט ההבדל בין טמפרטורות הנורה הרטובה והיבשה. מולקולות מים מתאדות מפני השטח של הנורה הרטובה לאדי מים, אשר צריכים לספוג חום אידוי סמוי. אידוי מתמשך ממשיך לספוג חום מפני השטח ומקרר את הנורה הרטובה. מידת הקירור נקבעת על ידי הלחות היחסית של האוויר שמסביב, לחץ אטמוספרי ומהירות הרוח. אם לחץ אטמוספרי ומהירות הרוח נשארים קבועים, ככל שהלחות היחסית גבוהה יותר, כך קצב אידוי המים מפני השטח של הנורה הרטובה נמוך יותר, וטמפרטורת פני השטח של הנורה הרטובה קטנה יותר, שהיא ההפרש בין טמפרטורת הנורה הרטובה לטמפרטורת הנורה היבשה; לעומת זאת, כך גדול יותר ההבדל בין טמפרטורות הנורה הרטובה והיבשה. בהתאם לכך, על ידי מדידת ההפרש בין טמפרטורות הנורה הרטובה והיבשה וקביעת הקשר בין לחות יחסית להפרש טמפרטורות זה, ניתן לחשב את הלחות היחסית [2,3

>> עקרון מדידת הלחות בשיטת הנורה הרטוב-יבש

על פי עקרונות העברת החום והלחות, כאשר מושג שיווי משקל תרמי ולחות, כמות העברת החום Q1 מהאוויר אל הנורה הרטובה שווה לחום הסמוי Q2 הנדרש לאידוי הלחות מהגזה, כלומר: Q1 = Q2 (1)

בהתבסס על עקרון העברת החום: Q1=α(t-tw)F (2)

בנוסחה: α הוא מקדם חילוף החום בין האוויר לפני המים של נורה רטובה, W/m2 ·℃; t היא הטמפרטורה של נורה יבשה, °C; tw היא הטמפרטורה של נורה רטובה, °C; F הוא שטח הפנים של נורה רטובה, מ"ר.

על פי עקרון העברת הלחות וחוק האידוי של דלטון, מסת המים המתאדים היא ביחס ישר לגירעון הרוויה באדים של האוויר הסובב ולשטח האידוי, וביחס הפוך ללחץ האטמוספרי באותו זמן. לכן, ניתן לבטא את קצב חילוף הלחות[4] כך:

בנוסחה: W הוא קצב חילוף הלחות של הלחות, ק"ג/שנייה; r הוא חום האידוי הסמוי, J/ק"ג; β הוא מקדם חילוף הלחות, ק"ג/(מ"ר·שנייה·פסקל); F הוא שטח הפנים של נורה רטובה, מ"ר; B הוא הלחץ האטמוספרי בפועל, פסקל; P´q,b הוא הלחץ החלקי של אדי מים רוויים בטמפרטורת נורה רטובה, פסקל; Pq הוא הלחץ החלקי של אדי מים באוויר, פסקל.

נגזר מנוסחה (1), (2) ו-(3):

בנוסחה: מקדם הפסיכומטר במדידות הנדסיות, ניתן לקבל את A מטבלה המבוססת על לחץ אטמוספרי ומהירות הרוח העוברת מעל הנורה הרטובה, או שניתן לחשב אותו באמצעות הנוסחה האמפירית: P הוא לחץ אטמוספרי, kPa; t היא טמפרטורת הנורה היבשה, °C; tw היא טמפרטורת הנורה הרטובה, °C.

לכן, הלחות היחסית היא:

שיטת הנורה הרטובה-יבשה המשמשת לניטור גזי פליטה ממקורות זיהום משתמשת בדרך כלל בשני צמדים תרמיים זהים כאלמנטים של חישת טמפרטורה, אחד למדידת טמפרטורת הנורה היבשה והשני לטמפרטורת הנורה הרטובה. אלמנט החישה לטמפרטורת הנורה היבשה ממוקם בתוך זרימת גזי הפליטה הראשית, בעוד שאלמנט החישה לטמפרטורת הנורה הרטובה עטוף בגזה כותנה המחוברת למיכל מים. הנורה הרטובה וגז הפליטה שמסביב מטופלים כמערכת אחת, ללא התחשבות בהולכת חום קרינה. מכשיר אוטומטי למדידת תכולת לחות, המבוסס על עקרון הנורה הרטובה-יבשה, משתמש במיקרו-מעבד כדי לשלוט בחיישנים המודדים ואוספים פרמטרים כגון טמפרטורות פני השטח של הנורה הרטובה והנורה היבשה, כמו גם הלחץ על פני השטח של הנורה הרטובה ולחץ סטטי פליטה. הוא גוזר את לחץ אדי המים הרוויים בטמפרטורת פני השטח של הנורה הרטובה, ובשילוב עם לחץ אטמוספרי הקלט, מחשב אוטומטית את תכולת הלחות של גז הפליטה באמצעות הנוסחה.

1-ארובה;

2 מדחום יבש;

מדחום 3-רטוב;

4-צינור דגימה מבודד;

5-מד לחץ ואקום;

6-רוטמטר;

7-משאבת יניקה אוויר

>> שיטת הזרימה המתמדת

שיטת מדידת לחות באמצעות נורה רטובה-יבשה. העיקרון הבסיסי של מדידת לחות באמצעות נורה רטובה-יבשה: חיישן טמפרטורה (5) מודד את טמפרטורת גז הפליטה כטמפרטורת נורה יבשה, ותא מדידה (3) מתמלא בכמות מסוימת של מים. מים במיכל המים (1) מסופקים באופן רציף לתא המדידה על ידי משאבת צינור (2). מפלס המים בתא המדידה מנוטר על ידי חיישן, והלחץ בתוך התא מזוהה גם הוא על ידי חיישן כדי להבטיח דיוק מדידה ולנטר את הנוזל. חיישן טמפרטורה (6) מותקן בתוך תא המדידה ויש למקם אותו מתחת לפני המים. לאחר מכן, גז הפליטה מוזרם באופן רציף בקצב זרימה קבוע ישירות מעל פני המים בתא המדידה, והטמפרטורה שזוהתה נלקחת כטמפרטורת נורה רטובה (ראה איור 2). בהתבסס על עקרונות העברת החום והתרמודינמיקה, ניתן להסיק את הנוסחה המתמטית הבאה:

בנוסחה

U—אחוז לחות יחסית;

etw - לחץ אדי מים רווי בטמפרטורת נורה רטובה;

et—לחץ אדי מים רווי בטמפרטורת נורה יבשה;

P—לחץ אטמוספרי;

∆t - הפרש טמפרטורות בין נורה יבשה לנורה רטובה;

א - קבוע הקשור למהירות הרוח.

בהתבסס על הנוסחה המתמטית לעיל, אנו יכולים לראות בבירור ששיטת הזרימה בזרם קבוע למדידת לחות בגז פליטה מושגת באמצעות מדידה עקיפה של טמפרטורת גז הפליטה. המכפלה המייצגת שלה מוצגת באיור (3).

טכנולוגיית מדידת הטמפרטורה היא יחסית בוגרת ואמינה. אפילו בתנאי עבודה קשים ביותר, ניתן לבצע החלפה נוחה של חיישני טמפרטורה באתר. למרות ששיטת הזרימה הקבועה היא עקרון העבודה של הנורה הרטוב-יבשה, היא אינה דומה להיגרומטרים הנפוצים בשוק על ידי מחלקות מטאורולוגיות למדידת לחות יחסית באוויר. היגרומטר זה השיג את תוצאות המדידה הנ"ל באמצעות עיצוב חדשני - אפילו מהפכני.

שיטת עיבוי

עקרון שיטת העיבוי הוא כדלקמן: נפח מסוים של גז פליטה נשאב מהארובה ועובר דרך מעבה. תכולת הלחות בגז הפליטה מחושבת על ידי סיכום כמות המים המעובה וכמות אדי המים הכלולים בגז הרווי הנפלט מהמעבה.

● מעבה, ראה איור (1)

● מכשיר לדגימת אבק ארובה: הוא מורכב מדוגם אבק ארובה (המסוגל למדוד tr, tv, Pr, Qrw, הגדרת תזמון n ופונקציית ייבוש גז), צינור דגימה ומשאבת אוויר.

● חברו את המעבה לצינור המים הקרים או הניחו אותו ישירות במי קרח, לאחר מכן חברו את כל המערכת כפי שמוצג באיור 2 ובדקו את כל המערכת לאיתור דליפות גז;

● שיטת בדיקת דליפות גז: חסמו את צינור הגומי בין צינור הדגימה למעבה, ולאחר מכן הפעילו את משאבת האוויר. כאשר הלחץ השלילי המצוין על ידי מד הלחץ לפני מד הזרימה מגיע ל-6.6 kPa (50 mmHg), אטמו את צינור הגומי בין מד הזרימה למשאבת האוויר והפסיקו את השאיבה. אם מחוון מד הלחץ לא יורד ביותר מ-0.2 kPa (1.5 mmHg) תוך דקה אחת, המערכת אטומה לאוויר.

כפי שניתן לראות ממשוואות תגובת האלקטרודה לעיל, אין צריכה של התא האלקטרוליטי או האלקטרודות. לכן, המשתמשים אינם צריכים להחליף את האלקטרודות או את התא האלקטרוליטי במהלך הפעולה; הם רק צריכים לחדש מעת לעת את המים המזוקקים והאלקטרוליט (האלקטרוליט יורד עקב אידוי טבעי). זה שונה מחיישני חמצן של תאי דלק שהוזכרו לעיל, שבדרך כלל יש להחליף כל 1 עד 2 שנים.

בעת הכנסת חיישני חמצן מסוג תאי דלק אלקליים, יש להדגיש כי אין להשתמש בהם ביישומים בהם הגז הנמדד מכיל רכיבים חומציים. חיישן החמצן האלקטרוליטי Delta F משתמש בתמיסת KOH אלקלית כאלקטרוליט. כדי להתגבר על הפרעות הנגרמות על ידי גזים חומציים ולמנוע קורוזיה של האלקטרודות, זוג אלקטרודות עזר Stab-EL מתוכנן בתוך החיישן. תפקידן של אלקטרודות עזר אלו הוא להסיר גזים מזיקים אלה לאחר שגז הדגימה המכיל גזים חומציים נכנס לתא האלקטרוליטי, ובכך למנוע נזק לחיישן ולהבטיח את דיוק קריאות המנתח.

איור 6-4 תרשים סכמטי של חיישן חמצן Delta F