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Autor: CARLOS ALBERTO ECHEVERRI
Curso:
8,80/10 (5 opiniones) |7675 alumnos|Fecha publicación: 24/02/2006
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Capítulo 4:

 Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)

·         Principio.

La velocidad y el caudal del gas en la chimenea se determinan a través de la densidad del gas y de la medición de la presión de velocidad promedio (presión dinámica) con un tubo pitot tipo "S".

El tubo pitot estándar puede usarse en lugar de uno tipo "S", sin embargo, como los orificios de presión estática y absoluta del tubo pitot estándar son susceptibles a obstruirse por las partículas presentes en la corriente gaseosa; siempre que se utilice un tubo pitot estándar para realizar una travesía, se debe inspeccionar el tubo pitot para asegurarse que los orificios no se han tapado durante la medición. Esto se puede lograr comparando la medición de la presión de velocidad (DP) registrada en un punto de travesía seleccionado con una segunda medición de DP registrada en el mismo punto después hacer pasar aire presurizado en contracorriente por el tubo pitot para  limpiar los orificios de presión absoluta y estática. Si las mediciones de DP, antes y después; están dentro de un 5 % de diferencia, entonces los datos de la travesía son aceptables.

Para ductos con diámetros menores a 0.30 m, la velocidad del gas debe medirse usando un tubo pitot estándar, ya que la utilización de un tubo pitot tipo "S" produce mediciones inexactas. La velocidad de gas se mide usando un tubo pitot estándar corriente abajo del sitio real de muestreo de la emisión. La distancia del ducto entre el sitio de muestreo de partículas y el sitio de medición de la velocidad permiten que el perfil de flujo, temporalmente perturbado por la presencia de la sonda, se vuelva a desarrollar y a estabilizar.

Como el método 1A no se puede aplicar cuando el flujo es turbulento, se deben realizar mediciones de DP, antes y después del muestreo de partículas, y comparar su desviación. El muestreo de partículas es aceptable siempre y cuando la desviación de las mediciones de DP, antes y después del muestreo, no exceda el 10 %.

La figura 5.13 muestra dos tipos de tubo pitot: tubo pitot en "S" (a) y tubo pitot estándar (b). El primero se utiliza generalmente para las mediciones de campo en chimeneas con diámetro mayor de 0.3 m, mientras el segundo se utiliza para la calibración de los tubo pitot en "S" o para las mediciones de campo en chimeneas con diámetro menor de 0.3 m.

 Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)

Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)

Figura 5.13. Tubos pitot.

Las figuras 5.14 y 5.15 muestran las características y algunas de las especificaciones de los tubos pitot en "S" y estándar, respectivamente.

Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S) 

Figura 5.14. Características del tubo pitot tipo "S".

Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S) 

Figura 5.15. Características del tubo pitot estándar.

·         Aplicabilidad.

Este método es aplicable para medir la velocidad promedio de una corriente de gas y para cuantificar el caudal de gas.

La figura 5.16 muestra en forma esquemática como se miden las presiones estática, absoluta y de velocidad (dinámica). Las presiones deben permanecer estables por lo menos 15 segundos antes de registrarlas.

La velocidad del gas en la chimenea se relaciona con la presión de velocidad a través de la ecuación de Bernulli:

                                           Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)                                           (5.3)

En la cual:

V   = Velocidad promedio del gas en la chimenea, m/s.

K= Constante del tubo pitot (34.97).

C= Coeficiente del tubo pitot.

Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)= Presión de velocidad promedio del gas en la chimenea, mm H2O.

T   = Temperatura promedio del gas en la chimenea, K.

P   = Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.

M= Masa molar del gas en la chimenea, g/mol.

La presión de velocidad promedio del gas en la chimenea se obtiene de la siguiente forma:

                                            Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)                                           (5.4)

En la cual:

Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)= Presión de velocidad promedio del gas en la chimenea, mm H2O.

AP  = Presiones de velocidad en cada punto de muestreo, mm H2O.

n    =  Número de puntos de muestreo.

 Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)

Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S) 

 Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)

Figura 5.14.  Medición de las presiones absoluta (Ps), estática (Pe) y la de velocidad (DP).

La presión absoluta del gas en la chimenea es igual a:

                                                  Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)                                          (5.5)

En la cual:

Ps = Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.

Pa = Presión barométrica, mm Hg.

Pe = Presión estática promedio en la chimenea, mm H2O.

Los muestreadores de chimenea automáticos reportan directamente la presión absoluta del gas en la chimenea, mientras que en los muestreadores manuales se requiere medir la presión estática para luego calcular la presión absoluta.

Para determinar la masa molar del gas en la chimenea se requiere de los métodos 3 y 4 de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA).

El caudal de gases en la chimenea se puede calcular multiplicando la velocidad de los gases por el área transversal del ducto, así:

                                                 Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)                                         (5.6)

En la cual:

Qs=  Caudal de gases en la chimenea a condiciones de chimenea, m3/h.

Vs =   Velocidad promedio del gas en la chimenea, m/s.

As =   Área transversal de la chimenea, m2.

El área transversal de las chimeneas se hallar dependiendo de la forma de las mismas. Para chimeneas circulares:

                                                  Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)                                          (5.7)

En la cual:

As=   Área transversal de la chimenea, m2.

 Ds=  Diámetro de la chimenea, m.

Para chimeneas rectangulares:

                                                      Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)                                            (5.8)

En la cual:

As  =   Área transversal de la chimenea, m2.

L =   Largo de la chimenea, m.

W =   Ancho de la chimenea, m.

La concentración de partículas determinada en el muestreo isocinético es en base seca y a condiciones de referencia debido a que a la muestra de gases tomada de la chimenea se le retira la humedad en los burbujeadores y las temperaturas de la chimenea y el muestreador son diferentes. Por lo tanto, para determinar la emisión de partículas el caudal de gases en la chimenea se debe calcular en base seca y corregido a condiciones de referencia. El caudal de gas en la chimenea en base seca corregido a condiciones de referencia es:

                                     Método 2: determinación de la velocidad del gas en la chimenea y el caudal (tubo pitot tipo S)                            (5.9)

En la cual:

Qsref =  Caudal de gas en la chimenea en base seca corregido a condiciones de referencia, m3/h.

 Bws=   Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa.

Vs =     Velocidad promedio del gas en la chimenea, m/s.

As =     Área transversal de la chimenea, m2.

Tref =   Temperatura de referencia, 298 K.

Ps =     Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.

Ts =     Temperatura promedio del gas en la chimenea, K.

Pref =   Presión de referencia, 760 mm Hg.

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