Kalkulator doboru przepływomierza i zaworu równoważącego do glikolu

Co dokładnie oblicza kalkulator?

Pierwsza część wyznacza przepływ projektowy z mocy chłodniczej, ciepła właściwego, gęstości i różnicy temperatur. Można też wpisać przepływ zmierzony lub przyjęty przez projektanta. Następnie powstaje zakres pracy od minimalnego obciążenia do maksymalnego przepływu z rezerwą.

Druga część sprawdza przepływomierz. Porównuje Qmin oraz Qmax urządzenia z zakresem instalacji, wyznacza prędkość w odcinku pomiarowym, udział punktu projektowego w pełnej skali, niepewność wynikającą z wpisanej dokładności i sygnał odpowiadający przepływowi. Kontroluje również dostępne odcinki proste.

Trzecia część dobiera zawór. Z oporów gałęzi i docelowego autorytetu wyznacza wymagany spadek na zaworze, a następnie Kv. Wynik porównuje z Kvs wybranego modelu i typoszeregiem. Dla PICV zamiast klasycznego Kv sprawdzany jest zakres przepływu oraz minimalna różnica ciśnień potrzebna do pracy regulatora.

Ostatnia część pokazuje dodatkową moc pompy potrzebną do pokonania oporu przepływomierza i zaworu. Łączy koszt energii z zakupem urządzeń, siłownika, montażem, uruchomieniem oraz okresowym serwisem.

Przepływ z mocy chłodniczej - punkt wyjścia do doboru

W obiegu glikolowym przepływ można oszacować ze wzoru Q = m × cp × ΔT. Moc jest energią przekazywaną w każdej sekundzie. Im większa różnica temperatur między zasilaniem i powrotem, tym mniejszy strumień masowy jest potrzebny do przeniesienia tej samej mocy. Im niższe ciepło właściwe mieszaniny, tym większy przepływ trzeba zapewnić.

Dla 60 kW, mieszaniny PG o cp 3,70 kJ/kgK i różnicy 5 K strumień masowy wynosi około 3,24 kg/s. Przy gęstości 1035 kg/m3 daje to około 11,3 m3/h. Jeżeli instalacja w rzeczywistości pracuje z mniejszą różnicą temperatur, przepływ będzie większy. Dlatego do zamówienia urządzenia nie należy używać wyłącznie mocy znamionowej chillera.

Warto sprawdzić trzy punkty: minimalny przepływ w nocy lub przy jednej aktywnej chłodnicy, punkt typowy oraz maksimum po otwarciu wszystkich gałęzi. W instalacji z pompą o stałej prędkości przepływ minimalny może nie spadać proporcjonalnie do obciążenia. W układzie ze zmienną prędkością i zaworami dwudrogowymi zakres może być bardzo szeroki.

Ultradźwiękowy, elektromagnetyczny, clamp-on czy mechaniczny?

Przepływomierz ultradźwiękowy in-line nie ma typowych ruchomych elementów pomiarowych i dobrze nadaje się do ciągłego monitorowania obiegu. Modele przeznaczone do HVAC mogą uwzględniać temperaturę oraz stężenie glikolu, oferować wyjścia analogowe i komunikację magistralową. Przed zakupem trzeba sprawdzić rodzaj dopuszczonego płynu, temperaturę, ciśnienie i sposób kompensacji.

Przepływomierz elektromagnetyczny może zapewnić szeroki zakres i mały opór, ale wymaga odpowiednio przewodzącego medium, prawidłowego uziemienia oraz całkowicie wypełnionej rury. Nie każda mieszanina, jakość wody i stężenie dodatków zapewniają identyczne warunki pomiaru, dlatego zgodność trzeba potwierdzić w dokumentacji producenta.

Przepływomierz clamp-on montuje się na zewnętrznej powierzchni rury. Jest atrakcyjny przy modernizacji bez cięcia instalacji, podczas pomiarów serwisowych i kontroli wielu gałęzi jednym przyrządem. Jego wynik zależy jednak od dokładnego wprowadzenia materiału, grubości ścianki, średnicy wewnętrznej, rodzaju płynu, stanu rury oraz prawidłowego ustawienia głowic.

Przepływomierz mechaniczny lub turbinowy bywa tańszy, lecz może powodować większy spadek ciśnienia i wymaga czystego płynu. Zanieczyszczenia, osady, pęcherze powietrza i wzrost lepkości mogą pogarszać pracę. W obiegu wymagającym stałego zapisu i małych kosztów serwisu często porównuje się go z technologią bez części ruchomych.

Zakres pomiarowy ważniejszy niż sam DN

Dwa przepływomierze DN65 mogą mieć zupełnie inny zakres dopuszczalnych przepływów, dokładność przy małym strumieniu, wymagania montażowe i maksymalną temperaturę. Dlatego po wybraniu DN należy sprawdzić Qmin, Qnom i Qmax konkretnego kodu produktu.

Minimalny przepływ instalacji powinien znajdować się powyżej granicy wiarygodnego pomiaru. Maksymalny przepływ z rezerwą nie może przekraczać zakresu urządzenia ani prędkości dopuszczonej przez producenta. Punkt projektowy dobrze jest umieścić w użytecznej części skali, a nie tuż przy jej początku albo końcu.

Kalkulator pokazuje udział przepływu w skali. Dla wyjścia 4-20 mA przepływ odpowiadający 0% skali daje 4 mA, a 100% skali 20 mA. Jeżeli 11,3 m3/h jest wyskalowane w zakresie 0-30 m3/h, sygnał wynosi około 10 mA. Zbyt szeroka skala zmniejsza rozdzielczość analogową w interesującym zakresie, choć sam cyfrowy pomiar urządzenia może mieć większą rozdzielczość.

DN i prędkość w odcinku pomiarowym

Prędkość wynika z przepływu i rzeczywistego pola przekroju. Nie należy utożsamiać DN ze średnicą wewnętrzną. Odcinek pomiarowy, króciec redukcyjny albo korpus czujnika mogą mieć przekrój inny niż rurociąg. Zbyt mały przekrój zwiększa prędkość i spadek ciśnienia, natomiast zbyt duży może pogorszyć warunki pomiaru małego przepływu.

Przy doborze warto sprawdzić prędkość minimalną, typową i maksymalną. W obiegu o bardzo małym przepływie częściowym lepszy może być przepływomierz o mniejszej średnicy z łagodnymi redukcjami, pod warunkiem zachowania dopuszczalnych oporów. Nie wolno jednak zmniejszać DN tylko po to, aby podnieść prędkość, bez sprawdzenia Qmax i energii pompy.

Redukcje powinny być zaprojektowane z uwzględnieniem odcinków prostych i profilu przepływu. Czujnika nie montuje się bezpośrednio za pompą, kolanem w dwóch płaszczyznach, zaworem regulacyjnym lub trójnikiem, jeśli instrukcja wymaga uspokojenia strugi.

Odcinki proste i miejsce montażu

Wymagane długości przed i za przepływomierzem zależą od technologii, konstrukcji urządzenia oraz rodzaju zaburzenia. Dlatego pola kalkulatora są edytowalne. W zapytaniu ofertowym należy podać rzeczywistą konfigurację: pompę, kolana, zawory, redukcje, trójniki i kierunek przepływu.

Rura musi być całkowicie wypełniona. W najwyższym punkcie instalacji pęcherze powietrza mogą przechodzić przez czujnik i powodować błędy. W pionowym odcinku korzystny jest często przepływ w górę, o ile instrukcja urządzenia na to pozwala. Czujnik trzeba też chronić przed kondensacją na elektronice, zalaniem, drganiami i naprężeniami od rurociągu.

Dostęp serwisowy obejmuje miejsce na demontaż, zawory odcinające, obejście, izolację zdejmowaną bez uszkodzenia przewodów oraz możliwość podłączenia komputera lub telefonu serwisowego. W zakładzie spożywczym trzeba dodatkowo uwzględnić zmywanie, wymagany stopień ochrony i materiały zewnętrzne.

4-20 mA, impuls, Modbus czy BACnet?

4-20 mA jest prostym i odpornym na zakłócenia sposobem przekazywania jednej wartości. Prąd 4 mA oznacza początek skali, dzięki czemu przerwanie przewodu można odróżnić od prawidłowego zera. W sterowniku trzeba wpisać tę samą skalę, która została skonfigurowana w przepływomierzu.

Wyjście impulsowe nadaje się do sumowania objętości. Wymaga prawidłowego ustawienia wartości impulsu, częstotliwości maksymalnej i czasu trwania. Przy zbyt dużej objętości na impuls wynik chwilowy jest mało płynny, a przy zbyt małej może zostać przekroczona częstotliwość wejścia.

Modbus, BACnet lub inna magistrala pozwala odczytać przepływ, temperaturę, energię, alarmy, jakość sygnału i liczniki. Ułatwia diagnostykę oraz archiwizację, ale wymaga adresowania, terminacji, mapy rejestrów i spójnej konfiguracji sieci. Dla urządzenia krytycznego warto pozostawić lokalne wskazanie lub analogowy sygnał awaryjny.

Glikol a dokładność przepływomierza

Mieszanina PG lub EG różni się od wody gęstością, prędkością dźwięku, lepkością i przewodnością. Parametry zmieniają się z temperaturą oraz stężeniem. Przepływomierz opisany wyłącznie jako urządzenie do wody nie musi zachować deklarowanej dokładności dla zimnego glikolu.

W nowoczesnych czujnikach ultradźwiękowych może występować automatyczna kompensacja temperatury i stężenia. Trzeba jednak sprawdzić obsługiwany zakres, sposób wprowadzenia płynu oraz dokładność dla mieszaniny. W urządzeniu elektromagnetycznym kluczowa jest minimalna przewodność. W clamp-on trzeba prawidłowo ustawić prędkość dźwięku i grubość ścianki.

Po zmianie stężenia glikolu warto zweryfikować wskazanie z bilansem mocy lub pomiarem referencyjnym. Błąd przepływu może zostać błędnie zinterpretowany jako zabrudzony wymiennik, niedostateczna moc chillera albo niesprawna pompa.

Jak oblicza się Kv zaworu?

Dla cieczy zależność upraszcza się do Kv = Q × √(SG/Δp), gdzie Q jest w m3/h, SG to gęstość względna względem wody, a Δp podaje się w barach. Jeżeli przepływ wynosi 11,3 m3/h, gęstość względna 1,035, a wymagany spadek 0,27 bar, potrzebny Kv wynosi około 22.

Kvs jest wartością dla zaworu całkowicie otwartego. Wymagany Kv powinien znajdować się w użytecznej części charakterystyki. Jeżeli wymagany Kv stanowi tylko kilka procent Kvs, zawór jest bardzo duży i może pracować blisko zamknięcia. Jeżeli wymagany Kv jest większy niż Kvs, zawór nie osiągnie projektowego przepływu przy założonym ciśnieniu.

Dla ręcznego zaworu równoważącego nastawa nie musi być liniowym procentem Kvs. Kalkulator pokazuje iloraz Kv/Kvs jako wskaźnik wstępny, ale rzeczywistą pozycję trzpienia lub skalę nastawy trzeba odczytać z tabeli producenta.

Autorytet zaworu regulacyjnego

Autorytet opisuje udział spadku ciśnienia na zaworze w całkowitym spadku regulowanej części obiegu. Jeżeli opór zaworu jest bardzo mały w porównaniu z rurami i odbiornikiem, niewielki ruch siłownika powoduje nieprzewidywalną zmianę przepływu, a regulacja może polować.

Kalkulator wyznacza spadek potrzebny do osiągnięcia wpisanego autorytetu. Dla oporów gałęzi i przepływomierza 50 kPa oraz autorytetu 0,35 zawór powinien mieć około 27 kPa. Cała gałąź wymaga wtedy około 77 kPa. Jeżeli pompa zapewnia tylko 60 kPa, założenie nie może zostać spełnione bez zmiany zaworu, średnic, pompy lub układu regulacji.

Zbyt wysoki spadek na zaworze poprawia wpływ zaworu na przepływ, ale zwiększa energię pompy i ryzyko hałasu. Dlatego autorytetu nie dobiera się w oderwaniu od całego systemu. W instalacji o zmiennym ciśnieniu można zastosować regulator różnicy ciśnień albo PICV.

Ręczny zawór, regulator przepływu czy PICV?

Ręczny zawór równoważący jest dobry do ustawienia stałego rozdziału przepływu. Powinien mieć króćce pomiarowe, czytelną nastawę, możliwość odcięcia bez utraty regulacji albo oddzielną funkcję odcinającą. Po zmianie pracy pompy lub położenia innych zaworów rozdział może się jednak zmienić.

Automatyczny regulator przepływu utrzymuje zadany strumień w określonym zakresie różnicy ciśnień. Ułatwia uruchomienie wielu równoległych gałęzi. Trzeba sprawdzić minimalne i maksymalne Δp, zakres wkładki oraz kompatybilność z glikolem.

PICV łączy ograniczenie przepływu z zaworem regulacyjnym. Dobiera się go przede wszystkim według zakresu przepływu i minimalnej dostępnej różnicy ciśnień. Dzięki wewnętrznemu regulatorowi może utrzymać stabilniejszy przepływ mimo zmian ciśnienia w magistrali. Nie eliminuje jednak potrzeby prawidłowej pompy, filtracji i uruchomienia.

Przepływomierz i zawór jako źródło kosztu pompowania

Każdy kPa wprowadzony do obiegu musi zostać pokonany przez pompę. Moc hydrauliczna to przepływ w m3/s pomnożony przez spadek w Pa. Po uwzględnieniu sprawności otrzymuje się moc elektryczną. Przy 11,3 m3/h i 32 kPa dodatkowego oporu potrzeba około 0,15 kW energii elektrycznej. Przy 5000 godzin może to oznaczać kilkaset złotych rocznie.

Nie oznacza to, że należy wybierać zawór o zerowym spadku. Zawór musi mieć wystarczający autorytet albo minimalne ciśnienie dla PICV. Przepływomierz musi pracować w prawidłowym zakresie. Celem jest świadomy kompromis między jakością regulacji, dokładnością pomiaru i energią.

W porównaniu ofert warto zestawić wariant tańszy inwestycyjnie i wariant o mniejszym oporze. Różnica ceny urządzenia może się zwrócić przy całorocznej pracy, ale w instalacji awaryjnej eksploatowanej kilkadziesiąt godzin rocznie ważniejsza będzie dostępność i prostota.

Przykłady dla 20, 60, 120 i 250 kW

Obieg 20 kW przy ΔT 5 K może potrzebować około 3,8 m3/h. Typowy problem to zakup zbyt dużego miernika DN50, gdy rzeczywisty minimalny przepływ spada poniżej 1 m3/h. Warto porównać DN25-DN32, sprawdzić prędkość oraz mały zawór z Kvs dobranym do dostępnego ciśnienia.

Obieg 60 kW przy PG35 i ΔT 5 K daje około 11,3 m3/h. Przepływomierz DN50 lub DN65 może być poprawny zależnie od jego zakresu i oporów. Zawór Kvs 25 może pracować blisko górnej części zakresu, a Kvs 40 z niższą nastawą. Decyzję należy oprzeć na charakterystyce konkretnego zaworu.

Obieg 120 kW może osiągać 22-23 m3/h. Ważne stają się spadek na czujniku, prędkość w króćcach, koszt siłownika oraz dostępność przyłączy kołnierzowych. Dla wielu odbiorników opłacalny może być przepływomierz energii mierzący również temperatury.

Obieg 250 kW przy ΔT 6 K może przenosić około 39 m3/h. Błąd 2% oznacza prawie 0,8 m3/h. Warto określić wymagania dokładności, kalibracji, redundancji i archiwizacji. Zawór regulacyjny może mieć duży koszt i znaczną moc siłownika, dlatego często rozważa się PICV, regulator różnicy ciśnień lub podział na kilka gałęzi.

Pomiar energii chłodniczej zamiast samego przepływu

Sam przepływ mówi, ile płynu przechodzi przez gałąź, ale nie pokazuje bezpośrednio odebranej mocy. Do obliczenia energii potrzebne są temperatury zasilania i powrotu oraz właściwości mieszaniny. Ciepłomierz lub licznik energii chłodniczej może łączyć przepływomierz z parą czujników temperatury.

Przy małej różnicy temperatur dokładność czujników temperatury staje się szczególnie ważna. Błąd kilku dziesiątych stopnia może być znaczącą częścią ΔT. Czujniki powinny być sparowane, prawidłowo zanurzone i umieszczone w reprezentatywnych punktach bez przewodzenia ciepła od otoczenia.

Pomiar energii jest przydatny przy rozliczaniu najemców, analizie sprawności chillera, porównywaniu linii produkcyjnych i wykrywaniu zabrudzonych wymienników. Wymaga jednak spójnej konfiguracji glikolu oraz regularnej kontroli.

Alarm niskiego przepływu i ochrona chillera

Alarm niskiego przepływu może chronić parownik przed zamarzaniem i sygnalizować zamknięty zawór, zabrudzony filtr, zapowietrzenie albo awarię pompy. Próg nie powinien być ustawiany przypadkowo. Trzeba go porównać z minimalnym przepływem producenta chillera, normalnym przepływem częściowym i dokładnością pomiaru.

Kalkulator wyznacza próg jako procent przepływu projektowego. W automatyce warto dodać zwłokę podczas startu, histerezę oraz odrębny alarm jakości sygnału. Nagłe przejście z prawidłowego wyniku do zera może oznaczać awarię czujnika, a nie rzeczywisty brak przepływu.

Dla bezpieczeństwa krytycznego można zastosować niezależny presostat różnicowy, czujnik przepływu albo logikę porównującą pracę pompy, położenie zaworów, temperatury i przepływ. Jeden sygnał nie powinien być jedynym zabezpieczeniem procesu o dużej wartości.

Uruchomienie i równoważenie krok po kroku

1. Potwierdź stężenie, temperaturę i właściwości glikolu.
2. Przepłucz instalację, oczyść filtry i odpowietrz najwyższe punkty.
3. Sprawdź kierunek montażu przepływomierza oraz wymagane odcinki proste.
4. Ustaw skalę sygnału i jednostki w urządzeniu oraz sterowniku.
5. Uruchom pompę przy wszystkich gałęziach otwartych i zmierz dostępne ciśnienie.
6. Ustaw przepływy główne, a następnie gałęzie od najbardziej niekorzystnej hydraulicznie.
7. Sprawdź Kv, nastawę lub zakres PICV przy przepływie projektowym.
8. Zapisz ciśnienia przed i za zaworem, położenie siłownika, przepływ i ΔT.
9. Powtórz pomiar przy obciążeniu częściowym.
10. Ustaw alarmy, zwłoki i archiwizację trendów.

Dokumentacja odbiorowa powinna zawierać kod urządzenia, DN, zakres, medium, konfigurację sygnału, adres magistrali, nastawę zaworu, przepływ projektowy, wynik pomiaru oraz datę kolejnej kontroli.

Najczęstsze błędy pomiaru

Niestabilny wynik może być skutkiem powietrza, niepełnej rury, pulsacji od pompy, źle ustawionych głowic clamp-on, zbyt krótkiego odcinka prostego albo montażu bezpośrednio za zaworem. Powolny dryft może wskazywać zmianę stężenia, zabrudzenie, korozję elektrod lub błędną kompensację temperatury.

Zawyżony lub zaniżony przepływ warto porównać z prędkością pompy, ciśnieniami, położeniem zaworów i bilansem mocy. Jeżeli przepływ wskazuje wartość projektową, ale ΔT jest zbyt małe, przyczyną może być nadmierny przepływ, małe obciążenie albo zwarcie hydrauliczne.

Przy sygnale 4-20 mA należy oddzielić błąd samego pomiaru od błędu skalowania wejścia analogowego. Przykładowo urządzenie może wysyłać 0-50 m3/h, a sterownik interpretować 0-30 m3/h. Wtedy wskazanie lokalne i system BMS będą się różnić mimo sprawnego czujnika.

Najczęstsze błędy regulacji zaworu

Za duży Kvs powoduje pracę przy małym otwarciu, słabą rozdzielczość i możliwość polowania. Za mały Kvs wymaga prawie pełnego otwarcia, zwiększa spadek i może ograniczać przepływ. Niski autorytet sprawia, że zmiany ciśnienia w instalacji mają większy wpływ niż sygnał sterujący.

Siłownik musi mieć właściwy moment, skok, czas ruchu, napięcie i sygnał. Szybki siłownik nie zawsze poprawia regulację; może powodować gwałtowne zmiany i alarmy przepływu. Warto ustawić minimalne i maksymalne położenie, czas filtracji sygnału oraz bezpieczną pozycję po zaniku zasilania.

PICV wymaga minimalnej różnicy ciśnień. Jeżeli pompa jej nie zapewnia na najdalszej gałęzi, zawór nie utrzyma ustawionego przepływu. Z kolei bardzo duże ciśnienie może przekroczyć zakres, zwiększyć hałas albo obciążyć siłownik. Dlatego po uruchomieniu należy zmierzyć Δp w skrajnych stanach pracy.

Zakup przepływomierza - co wpisać w zapytaniu?

Podaj medium, stężenie glikolu, temperaturę minimalną i maksymalną, ciśnienie robocze, projektowy zakres przepływu, materiał rury, DN i rzeczywistą średnicę wewnętrzną. Określ dopuszczalny spadek ciśnienia, dokładność, sposób zasilania, wyjścia, komunikację, stopień ochrony oraz miejsce montażu.

Warto wymagać podania Qmin, Qnom i Qmax dla dokładnego kodu urządzenia, dokładności dla mieszaniny glikolu, wymaganych odcinków prostych, materiałów zwilżanych oraz ograniczeń montażowych. Przy liczniku energii trzeba podać zakres ΔT i wymagania dla czujników temperatury.

Do porównania cen dołącz koszt kołnierzy, uszczelek, redukcji, odcięcia, izolacji, przewodów, modułu komunikacyjnego, konfiguracji i kalibracji. Tani czujnik bez odpowiedniego sygnału może wymagać droższego modułu wejściowego.

Zakup zaworu równoważącego lub PICV

W zapytaniu podaj przepływ projektowy, minimalny i maksymalny, medium, gęstość, temperaturę, ciśnienie nominalne, dostępne Δp i wymagany autorytet. Dla zaworu regulacyjnego podaj charakterystykę przepływową, Kvs, siłownik, sygnał, funkcję bezpieczeństwa oraz wymagany czas ruchu.

Dla ręcznego zaworu wymagaj tabeli nastaw lub aplikacji pomiarowej, króćców pomiarowych i możliwości plombowania. Dla PICV trzeba potwierdzić zakres ustawienia przepływu, minimalne i maksymalne ciśnienie różnicowe, dokładność regulacji oraz dopuszczone stężenie glikolu.

W obiekcie wymagającym ciągłości warto sprawdzić dostępność wkładek, siłowników i części zamiennych. Cena zakupu jest tylko częścią kosztu. Znaczenie mają czas dostawy, łatwość uruchomienia i możliwość odtworzenia nastawy po serwisie.

Koszt inwestycji i utrzymania

Punkt pomiarowo-regulacyjny może obejmować przepływomierz, zawór, siłownik, czujniki temperatury, moduł komunikacyjny, rozdzielnię, przewody, izolację i prace hydrauliczne. Do tego dochodzi konfiguracja sterownika, uruchomienie, protokół oraz szkolenie obsługi.

W kolejnych latach pojawia się koszt przeglądu, porównania wskazania, czyszczenia, wymiany uszczelnień, aktualizacji oprogramowania i archiwizacji danych. Urządzenie rozliczeniowe może wymagać formalnej weryfikacji, a czujnik procesowy jedynie kontroli względem przyrządu referencyjnego.

Kalkulator dodaje koszt energii wynikający z oporu przepływomierza i zaworu. Dzięki temu można porównać urządzenie tańsze, ale stawiające duży opór, z droższym wariantem o mniejszych stratach. Dla dużych przepływów i pracy całorocznej różnica może być istotna.

Serwis, kalibracja i diagnostyka trendów

Harmonogram kontroli powinien zależeć od znaczenia pomiaru, technologii, czystości płynu i wymagań jakościowych. W podstawowym obiegu pomocniczym wystarczy okresowe porównanie z bilansem oraz kontrola sygnału. W procesie rozliczeniowym lub krytycznym potrzebny może być certyfikowany wzorzec.

Najbardziej wartościowy jest trend łączący przepływ, temperatury, różnicę ciśnień, pozycję zaworu, częstotliwość pompy i pobór mocy. Stopniowy wzrost położenia zaworu przy tym samym przepływie może wskazywać zabrudzenie filtra. Spadek przepływu przy tej samej prędkości pompy może oznaczać wzrost oporów albo zmianę lepkości.

Po każdej zmianie glikolu, wymianie pompy, czyszczeniu wymiennika lub rozbudowie instalacji należy zapisać nowe wartości odniesienia. Bez takiego punktu bazowego trudno odróżnić normalną zmianę sezonową od usterki.

Dla uczniów szkół branżowych i technicznych

To zadanie pokazuje, że automatyka i hydraulika muszą być liczone razem. Najpierw wyznacza się przepływ. Dla 60 kW, cp 3,70 kJ/kgK i ΔT 5 K strumień masowy wynosi 60/(3,70×5), czyli około 3,24 kg/s. Po podzieleniu przez gęstość 1035 kg/m3 i pomnożeniu przez 3600 otrzymuje się około 11,28 m3/h.

Następnie liczy się prędkość. Średnica 69 mm to 0,069 m. Pole przekroju wynosi πD²/4. Przepływ 11,28 m3/h trzeba podzielić przez 3600, aby otrzymać m3/s. Po podzieleniu przez pole wychodzi około 0,84 m/s.

Kolejny krok to Kv. Załóżmy gęstość względną 1,035 i spadek na zaworze 27 kPa, czyli 0,27 bar. Kv = 11,28×√(1,035/0,27), co daje około 22. Jeżeli zawór ma Kvs 25, wymagany Kv stanowi około 88% Kvs. Nie oznacza to automatycznie 88% skoku, ponieważ charakterystyka zaworu i skala nastawy mogą być nieliniowe.

Autorytet oblicza się jako spadek na zaworze podzielony przez sumę spadku zaworu i regulowanej części instalacji. Jeżeli zawór ma 27 kPa, a pozostałe elementy 50 kPa, autorytet wynosi 27/77, czyli około 0,35. Gdy pompa nie dostarcza 77 kPa na tej gałęzi, założony przepływ nie zostanie osiągnięty.

Wyjście 4-20 mA jest liniowe. Dla skali 0-30 m3/h przepływ 11,28 m3/h daje 4+16×11,28/30, czyli około 10,0 mA. Uczeń powinien umieć wykonać przeliczenie odwrotne: przepływ = zakres dolny + (I-4)/16 × rozpiętość skali.

Zadanie praktyczne: policz przepływ dla 120 kW i ΔT 6 K przy cp 3,8 kJ/kgK. Dobierz przepływomierz o skali 0-50 m3/h i oblicz sygnał prądowy. Następnie przyjmij opory gałęzi 65 kPa, spadek czujnika 4 kPa i autorytet 0,4. Wyznacz spadek zaworu, Kv oraz całkowite wymagane ciśnienie. Na końcu oblicz koszt energii tego dodatkowego oporu przy sprawności 70%, 6000 h/rok i cenie 1,10 zł/kWh.