Przydomowa Oczyszczalnia Ścieków: Przepływomierz – Zasada Działania i Wybór
- Szczegóły
Wybór odpowiedniego przepływomierza do przydomowej oczyszczalni ścieków jest kluczowy dla prawidłowego monitorowania i zarządzania procesem oczyszczania. Należy wziąć pod uwagę wiele czynników, takich jak dokładność, powtarzalność, zakres pomiarowy oraz warunki panujące w instalacji.
Dokładność Przepływomierza
Zacznijmy od tego, że podawana przez producenta dokładność urządzenia nie zawsze dotyczy wartości odczytu. Równie dobrze może ona odnosić się do pełnej skali. Weźmy przykładowo urządzenie pracujące przy typowej dla oczyszczalni wartości przepływu 2 m/s, dla którego producent podał dokładność ± 0,5%, ale dotyczy ona pełnego zakresu. Przyjmijmy, że zakres ten wynosi 15 m/s. Jak łatwo policzyć, przy założonych przez nas warunkach pracy rzeczywista dokładność urządzenia to (0,005 × 15) / 2 = ±3,75%. Jak widać, różnica w porównaniu z tym, czego mogliśmy spodziewać się na pierwszy rzut oka, jest dość znaczna.
Należy też pamiętać, że dokładność przetwornika pomiarowego, to nie to samo co dokładność całego systemu pomiarowego. W celu uzyskania tej ostatniej należy policzyć błąd średniokwadratowy, uwzględniając dokładności wszystkich elementów składowych. Na całościową dokładność takiego systemu wpływ będzie mieć dokładność samego przepływomierza (± 0,5%), przekaźnika (±0,5%), połączenia kablowego do rejestratora (± 0,01%), połączenia kablowego do bloku terminala panelu sterującego (± 0,01%) oraz karty wejścia/wyjścia PLC (± 0,4%).
Powtarzalność Pomiarów
Innym parametrem, na który należy zwrócić uwagę przy wyborze przepływomierza, jest powtarzalność. Jest to szczególnie ważne w przypadku urządzeń, które nie działają na zasadzie równowagi sił. Postępujący spadek powtarzalności wskazuje na to, że z urządzeniem dzieje się coś złego. Nie wolno zapominać, że powtarzalność, sama w sobie, nie gwarantuje dokładności. Tak więc jeśli na urządzeniu nie podano informacji o dokładności, a jedynie o powtarzalności pomiarów, powinniśmy zachować szczególną ostrożność.
Współczynnik Turndown
Tym, czego się często nie podaje, a jest to kluczowe, to tzw. Tak więc przepływomierz przeznaczony do pomiaru przepływów w zakresie do 100 mln litrów dziennie, mający turndown na poziomie 10:1, da dokładne odczyty w zakresie powyżej 10 mln litrów dziennie. Typowa wartość współczynnika turndown dla zwężek Venturiego to nie więcej niż 8:1. Niektórzy producenci podają dużo wyższe wartości (nawet około 200:1) dla samych różnicowych przekaźników ciśnienia.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Typy Przepływomierzy
Istnieje wiele typów przepływomierzy, które można zastosować w oczyszczalniach ścieków. Każdy z nich ma swoje zalety i wady, dlatego ważne jest, aby wybrać odpowiedni typ do konkretnego zastosowania.
Przepływomierz elektromagnetyczny
Zasada działania tego typu przetworników bazuje na pierwszym prawie Faradaya. Przepływomierze te nadają się do mierzenia przepływu jedynie substancji przewodzących prąd. Przewodzący płyn przepływa przez rurę o średnicy D przez pole magnetyczne o gęstości B wytworzone przez cewki, w wyniku czego między elektrodami przepływomierza powstaje napięcie. Równanie jest prawdziwe dla wszystkich rodzajów płynów przewodzących oraz liniowe w całym zakresie pracy przepływomierza.
Zwężka Venturiego
Powszechnie używane, czułe na profile przepływu zwężki Venturiego są w wielu przypadkach otoczone przez kolana, trójniki, rozszerzacze, reduktory i zawory. Wszystkie one, w zależności od odległości od przepływomierza, mają wpływ na dokładność pomiarów. Jednocześnie podawana przez producenta dokładność zwężek Venturiego jest przeważnie dokładnością otrzymaną w laboratorium przepływu. Wiele osób nie zdaje sobie sprawy z faktu, że przeprowadzany tam pomiar odbywa się zazwyczaj w idealnych warunkach z gładką rurą i niezakłóconym profilem przepływu.
Przepływomierz Wirowy
Działanie przepływomierza wirowego bazuje na wykorzystaniu teorii ścieżki wirowej Karmana, zgodnie z którą nieopływowa przegroda umieszczona na ścieżce przepływającego płynu powoduje tworzenie się wirów i ich naprzemienne odrywanie się od jej boków. Ostatnie badania wykazały, że zjawisko, na którym oparte jest działanie przepływomierzy wirowych, wykorzystują także niektóre owady - np. pszczoły. Owady obracają skrzydło przed rozpoczęciem powrotnego uderzenia, dzięki czemu jest ono unoszone przez krawędzie powietrza wytworzonego przy uderzeniu w dół.
Przepływomierz Dopplera
Przepływomierz Dopplera mierzy szybkość cząsteczek w przemieszczającym się płynie. Urządzenie to generuje sygnały akustyczne o danej częstotliwości, które po odbiciu od cząsteczek i/lub pęcherzyków w płynie są zbierane przez odbiornik. Na działanie przepływomierza Dopplera znaczny wpływ mają właściwości fizyczne, takie jak przewodnictwo akustyczne płynu, gęstość cząstek i profil przepływu. Niejednorodny rozkład cząstek w przekroju poprzecznym rury powoduje nieprawidłowo wyważoną obliczoną średnią wartość prędkości. Przepływomierze Dopplera są także czułe na zmiany gęstości i temperatury. Ze względu na wszystkie te problemy ten typ urządzeń przeważnie nie za bardzo nadaje się do zastosowań, gdzie potrzebna jest bardzo wysoka dokładność. Pełnią one jednak bardzo użyteczną funkcję, jeśli chodzi o pewne zastosowania, gdzie większość innych mierników nie będzie działać.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia ścieków krok po kroku
Problemy Instalacyjne i Eksploatacyjne
Inny powszechny problem pojawia się podczas wymiarowania sprzętu. W branży wodociągowo-kanalizacyjnej często przyjmuje się, że substancje stałe w ściekach będą osadzać się przy prędkości około 0,6 m/s lub mniejszej. Oczyszczalnie są zazwyczaj projektowane w ten sposób, aby mogły sobie radzić z dużymi wartościami przepływów nawet przez kilka dekad. Osady te mogą pojawić się też na wewnętrznej części mierników. Ponieważ wiele stosowanych tu przepływomierzy to urządzenia wykrywające prędkość z założonym stałym przekrojem poprzecznym, dadzą one z czasem fałszywy odczyt. W miarę możliwości należy unikać bezpośredniego łączenia reduktora i rozszerzenia z miernikiem. Producenci zalecają, by przy redukcji rury istniało przynajmniej sześć do dziesięciu średnic przed kolanem lub zaworem i przynajmniej dwie średnice rury za kolanem lub zaworem. Należy tutaj również upewnić się, czy możemy sobie pozwolić na spadek ciśnienia związany z redukcją miernika. Maksymalne prędkości nie powinny przekraczać 4-5 metrów na sekundę. Minimalizacja szorowania wewnątrz rury pozwala na zmniejszenie gromadzenia się osadów wewnątrz rur i zainstalowanego w linii sprzętu, co z kolei pomaga w uniknięciu błędów pomiarowych i kosztownych przerw potrzebnych na konserwację.
Liczba Reynoldsa
Jednym z czynników ograniczających zakres (dokładnego) działania przepływomierzy Venturiego jest wartość liczby Reynoldsa. Liczba ta wyraża również związek między warunkami przepływu laminarnego i turbulentnego (poniżej pewnej wartości występuje jedynie przepływ laminarny; powyżej zaczyna pojawiać się również, a następnie dominować, przepływ turbulentny). Oznacza, to, że są one w stanie dać dokładny odczyt jedynie wtedy, gdy liczba Reynoldsa przekracza pewną krytyczną wartość podaną przez producenta przepływomierza. Teoretycznie pozwala to na oszacowanie minimalnej wartości szybkości przepływu, którą są w stanie dokładnie mierzyć.
Duże znaczenie przy określaniu warunków turbulencji panujących w rurze jest materiał, z którego jest ona wykonana. Przy korzystaniu z liczby Reynoldsa zalecane jest stosowanie równania względnej chropowatości. W praktyce jest to często postrzegane jako mało istotne i ignorowane. Nie wolno jednak zapominać, że omawiany tutaj typ przepływomierza jest używany do różnych zastosowań, takich jak dozowanie chemikaliów, gdzie dokładność staje się krytyczna.
Kalibracja Przepływomierzy
Kolejnym powszechnym błędem są niewłaściwe procedury kalibracji przepływomierzy. Dobrym przykładem są zwężki Venturiego. Tak jednak nie jest, gdyż cyfrowy manometr patrzy jedynie na diafragmy przekaźnika ciśnienia różnicowego, a nie na rurkę przepływową. Ogólnie mówiąc, robi się to, pozwalając na wyrównanie 3- lub 5-stronnego rozgałęzienia zarówno z górnej, jak i z dolnej strony. W razie potrzeby dokonuje się regulacji rozpiętości aż do wyzerowania odczytu. W ten sposób operator może nieświadomie wyeliminować błąd, który mógł być spowodowany przemieszczeniem się diafragm. W efekcie nie będzie on w stanie stwierdzić, czy diafragmy są w granicach tolerancji standardu fabrycznego, czy któraś powinna zostać wymieniona.
Prawidłowo przetestowana dla warunków istniejących w instalacji rurka przepływowa powinna mieć właściwy współczynnik przepływu i skalibrowaną zależność ciśnienia różnicowego od krzywej przepływu. Mogą występować problemy związane z zapchaniem rur statycznych (wysokiej i niskiej), czy nalotem na wewnętrznej części rurki. Nalot ten może tworzyć się w wyniku tuberkulacji lub powstawania osadu. Większość osadów pojawia się w wyniku wytrącania się z zawiesiny części stałych przy małych prędkościach przepływu.
Przeczytaj także: Przydomowa Oczyszczalnia dla 4 Osób - Poradnik
Bezpieczeństwo
Na zakończenie wspomnijmy o bezpieczeństwie - podstawową zasadą jest niełączenie prądu z wodą. Owa zasada niestety jest nie zawsze przestrzegana. Istnieje wówczas ryzyko wystąpienia przecieku z rurki ciśnieniowej na panel. Zaleca się sprawdzenie, czy w instalacji nie występują panele tego typu i w razie konieczności natychmiastowe podjęcie akcji eliminujących zagrożenie. Przekaźnik, przełączniki ciśnienia i linie ciśnienia mogą być zamontowane na specjalnych stojakach. Jeśli istnieje potrzeba umieszczenia takiego stojaka na zewnątrz, należy wyposażyć go w osłonę przed słońcem. Powinno się też zastosować oddzielny panel elektryczny, aby zapewnić wodoszczelny kanał do urządzeń sterujących.
Podsumowanie
Przy wyborze metody pomiarów przepływu należy uważnie przeanalizować dane producenta dotyczące dokładności, zakresu, powtarzalności, współczynnika turndown i ograniczeń naszej instalacji. Powinno się też wybierać urządzenia podobnych typów i stosować metodę średniego błędu kwadratowego do obliczania dokładności całego systemu, a przy korzystaniu z liczby Reynoldsa do szacowania minimalnego przepływu - uwzględniać również względną chropowatość rury. Nie wolno też zapominać o prawidłowych procedurach kalibracji. Dzięki temu unikniemy zbędnych rozczarowań.
tags: #przydomowa #oczyszczalnia #ścieków #przepływomierz #zasada #działania
