2011 w w w . n i v e l c o . c o m PRIMJENE U VODOOPSKRBI I ODVODNJI MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU 2 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU MJERENJE RAZINE MJERENJE PROTOKA MJERENJE pH, REDOXA, VODLJIVOSTI MJERENJE OTOPLJENOG KISIKA… KONZALTING PROJEKTIRANJE INSTALIRANJE ODRŽAVANJE Pouzdanost, profitabilnost i raspoloživost sustava vodoopskrbe i odvodnje u znatnoj mjeri će ovisiti o pouzdanosti mjerno regulacionih sustava. Tvrtka NIVELCO sa svojim lokalnim inženjering partnerima rado će vam pomoći u odabiru odgovarajućeg tehničkog rješenja. 3 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU UVODNA RIJEČ Pravilan odabir mjerne instrumentacije, odgovarajuča montaža i automatizacija provedena od iskusnih programera može znatno: – smanjiti investicione troškove – povečati pouzdanost i raspoloživost – smanjiti troškove održavanja – povečati profitabilnost U ovoj brošuri objašnjeni su osnovni principi rada mjerne instrumentacije koja se koristi u sustavima vodoopskrbe i odvodnje kao i osnovni zahtjevi nadzorno upravljačkih sustava. TVRTKA NIVELCO za svoje proizvode daje 3 godine garancije, osigurava tehnički support i stručnu tehničku literaturu. NIVELCO ima organiziranu mrežu lokalnih inženjering partnera koji vas mogu posjetiti i na licu mjesta snimiti situaciju. Nakon analize stanja lokalni inženjering partneri mogu dati GARANCIJU NA APLIKACIJU a po potrebi mogu ponuditi kompletan sustav ključ u ruke sa garancijom na aplikaciju. SADRŽAJ Automatizacija crpnih stanica otpadnih voda upotrebom podsustava ultrazvučnih vodonepropusnih transmitera i jednostavnih kontrolera.............................................................strana 5 Analiza principa rada pH transmitera nove generacije ...................................................................................strana 9 Mjerenje protoka otpadnih voda na otvorenim kanalima pomoču Parshallovog suženja ...............................strana 13 4 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU A U T O M AT I Z A C I J A C R P N I H S TA N I C A O T PA D N I H V O D A U P O T R E B O M P O D S U S TAVA U LT R A Z V U Č N I H V O D O N E P R O P U S N I H T R A N S M I T E R A I J E D N O S TAV N I H K O N T R O L E R A Sažetak: U ovom radu objašnjen je osnovni princip rada podsustava za upravljanaje crpnim stanicama otpadnih voda. Opisan je osnovni princip rada ultrazvučnih vodonepropusnih transmitera kao i osnovni princip rada jednostavnih kontrolera. Naglašena je prednost upotrebe autonomnog podsustava upravljanja crpkama kao dijela složenih nadzorno upravljačkih sustava. Ključne riječi: – Crpne stanice – Automatizacija – Ultrazvučni transmiter – Kontroler Uvod: Osnovna zadaća sustava automatizacije crpnih stanica je uključivanje i isključivanje crpki na određenim razinama vode. Složeni sustavi automatizacije imaju daleko veće mogučnosti nadzora, ali što je sustav složeniji to je skuplji, kompliciraniji za održavanje i skloniji je otkazivanju. Upotreba jednostavnih kontrolera i ultrazvučnih vodonepropusnih transmitera može tvoriti samostalne sustave (podsustave) za upravljanje radom crpnih stanica. Za odabir pouzdanog mjernog i upravljačkog sustava potrebno je detaljno analizirati načine rada sustava kao i fizikalne pojave na kojima se temelji mjerenje razina. 1. Podsustavi za mjerenje razina Informacija o razini vode osnovna je informacija na temelju koje se uključuju i isključuju crpke. Ukoliko ovaj sustav daje krivu informaciju moguča su dva osnovna problema: – Dolazi do preljevanja vode – Dolazi do rada crpke na suho i oštečenja crpke 1.1 Ultrazvučni transmiteri Ultrazvučni transmiteri jedni su od najpouzdanijih transmitera razine. Ultrazvučni transmiteri svoj rad temelje na mjerenju vremena dolaska signala reflektiranog sa površine vode. Sl.1 princip rada ultrazvučnih transmitter 5 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU Da bi ovaj mjerni sustav pravilno radio potrebno je transmitter pravilno odabrati i pravilno montirati. Njihova je upotreba jednostavna ali projektanti i monteri trebaju proči osnovne tečajeve da bi bili upoznati sa fizikalnim principima na kojima se temelje mjerenja. Prednost ovih transmitera je ta da ne zahtjevaju održavanje ili čišćenje i mogu omogučiti dugogodišnji pouzdan rad. Za uređaje je poželjno da imaju: – Što uži utrazvučni snop – Vodonepropusnost (IP 68) – Kvalitetnu zaštitu od prenapona Na slici 2 prikazane su tipične instalacije ultrazvučnog vodonepropusnog transmitera EasyTREK. Sl.2 Primjenje vodonepropusnog ultrazvučnog transmitera EasyTREK Ultrazvučni transmitter EasyTREK tvori osnove mnogih mjernih sustava. Pored jednostavne montaže ovaj transmitter ima vrlo uski snop, veliku snagu ultrazvuka i sama konstrukcija je vodonepropusna. Vodonepropusnost je dobivena zaljevanjem fiksnog ožičenja u silikonsku gumu. Na taj način je izbjegnuta montaža brtve. Osnovni nedostatak upotrebe brtve je mogučnost prodora vode zbog neodgovarajuće montaže ili zbog oštećenja brtve uzrokovanog višegodišjim stajanjem u agresivnim atmosferama. 1.2 Hidrostatske potopne sonde Hidrostatske potopne sonde svoj rad temelje na mjerenju razlike hidrostatskog tlaka tekućine i atmosferskog tlaka koji se kapilarom dovodi do potopljenog senzora. Ovi transmiteri su prvenstveno razvijani za mjerenje razine podzemne vode u bušotinama, ali često se upotrebljavaju u rezervoarima vode i crpnim stanicama otpadne vode. Osnovni nedostatak je taj da će nakupljeni kamenac ili nečistoće uzrokovati greške mjerenja. Zbog toga ovi transmiteri zahtjevaju čišćenje – održavanje što će stvoriti dodatne komplikacije u eksploataciji. Hidrostatske transmitere se preporuča staviti na mjesta gdje nije moguća upotreba ultrazvučnih transmitera. Da bi se olakšala upotreba hidrostatskih sondi kod otpadnih voda proizvode se adapteri za otpadne vode. Ovaj adapter je komad metalne cijevi koji je montiran na glavu hidrostatskog transmitera i tvori ronilačko zvono. Na taj način stvara se zračni jastuk između vode i membrne čime je omogučen pouzdan rad. Hidrostatski transmiteri sa adapterom za otpadnu vodu zahtjevaju kvalitetnu montažu i upotrebu određenih mehaničkih konstrukcija koje će omogučiti Sl. 3 Hidrostatski transmiter za otpadnu vodu pravilan rad. sa adapterom koji tvori ronilačko zvono. 6 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU 1.3 Prekidači sa plovkom Prekidači sa plovkom (plovne kruške) ne daju analognu informaciju o visini vodenog stopca nego preko kontakta daju samo informaciju da je voda iznad ili ispod određene granice. Ovi plovci zahtjevaju čišćenje budući će nakupljene nečistoće onemogučiti rad. Ukoliko se na ovaj plovak uhvati krpa može doći do zakazivanja rada iako je kruška redovno čiščena. Nadalje za upravljenje crpkama potrebno je upotrijebiti više plovaka. Dulji kabeli mogu se zaplesti u čvor ili oko ljestvi i onemogučiti ispravan rad. Vezivanje plovaka za ljestve može biti opasno za poslužioce ukoliko unutar crpne stanice nema ventilacije. Ovi plovci proizvode se u dvije verzije. Plovci za pitku vodu i plovci za otpadnu vodu. Ponekad se plovci za pitku vodu (zbog niže cijene ) upotrebljavaju u crpnim stanicama otpadnih voda što uzrokuje mnoge poteškoće u radu. Sl.4 Plovak za čistu vodu i plovak za otpadnu vodu 2. Primjena ultrazvučnih transmitera u nadzorno upravljačkim sustavima crpnih stanica Dobro odabrani i dobro montirani ultrazvučni transmiteri daju pouzdanu informaciju o razini vode i mogu osigurati pouzdan rad nadzornoupravljačkoh sustava. Ultrazvučni transmiteri EasyTREK imaju standardni izlaz 4-20 mA i HART tako da se jednostavno priklju-čuju na kontrolere ili na složene nadzornoupravl-jačke sustave. Sl. 5. Ultrazvučni transmiter EasyTREK može se direktno priključiti na složene sustave 2.1 Upotreba jednostavnih kontrolera kod automatizacija crpnih stanica Ukoliko su financijska sredstva ograničena a postoji potreba za automatizacijom crpnih stanica tada se tehničko rješenje može ostvariti pomoću jednostavnih kontrolera. Prednost ovih rješenja je da pored funkcijom upravljanja crpkama postoji dodatna mogučnost komunikacije sa složenim nadzorno upravljačkim sustavima koji se mogu i naknadno instalirati. 7 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU 2.2 MULTICONT – kontroler za samostalno upravljanje crpnim stanicama Kontroleri serije MULTICONT tvore osnovu za pouzdane jednostavne nadzorno upravljačke sustave. Ovi kontroleri sa transmiterima komuniciraju preko HART protokola. Na jedan kontroler može se priključiti do 16 transmitera, a sam kontroler može upravljati sa max. 60 releja. Ovi kontroleri također imaju opcionalne izlaze 4 – 20 mA ili RS 485 i mogu bidirekcionalno komunicirati sa složenim nadzorno upravljačkim sustavima. Prednosti ove konfiguracije upravljačkog sustava crpnih stanica jesu: – Manja početna investicija – Jednostavno održavanje (sustav se sastoji od manjih modula ) – Mogučnost bidirekcionalne komunikacije sa složenim nadzornoupravljačkim sustavima – Mogučnost nadogradnje sustava Sl. 6 Kontroler MULTICONT, max. 16 transmitera , max. 60 releja Za korištenje relejnih jedinica postoje 2 osnovna načina: – Koriste se samo relejne jedinice kontrolera, a složeni sustav samo komunicira sa kontrolerom – Postoje relejne jedinice kontrolera i relejne jedinice složenog sustva. U normalnom radu složeni sustav upravlja relejima, a u slučaju kvara složenog sustava koriste se releji kontrolera. 2.3 Kontroler UNICONT PM 300 Kontroleri serije UNICONT PM 300 predviđeni su za nadzor do 2 transmitera i imaju do 4 releja. Najčešća primjena ovih kontrolera je kao podsustav složenog PLC sustava. Ovi kontroleri nadziru analogni signal transmitera 4-20 mA kojeg daje transmiter i daju izlazni signal prema PLC-u ( složenom nadzorno upravljačkom sustavu). Ovi kontroleri imaju također funkciju skaliranja strujnih signala i njihovi izlazni signali mogu se programirati da daju opseg 4 – 20 mA za neki određeni strujni opseg ( x – y )kojeg daje transmiter ( slika 7 ). Na taj način je postignuto to da se transmiter ne mora programirati nego se upotrebljava tvornički kalibriran ( factory setting). Ovaj način ima veliku prednost u slučaju zamjene uništenog transmitera. Novi transmiter se jednostavno spoji na mjesta gdje je bio prijašnji transmiter i sustav radi. Budući u slučaju zamjene transmitera nije potrebno obavljati programiranje samu zamjenu može obaviti i manje stručno osoblje. Releji ovih kontrolera najčešće se koriste kao redundantni releji složenih nadzorno upravljačkih sustava. U slučaju otkazivnja rada glavnog sustava mehaničkim preklopnikom spajaju se releji kontrolera sa upravljačkim sustavom crpki i na taj način omogučen je kontinuiran rad. (x – y) mA 4-20 mA Sl.7 Kontroler UNICONT PMM 300 strujni signal transmitera pretvara u signal 4 -20 mA 8 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU Sl.8 UNICONT PMM 300 kao autonomni sustav može samostalno upravljati radom crpki. Zaključak: Automatizacija crpnih stanica ultrazvučnim transmiterima i jednostavnim kontrolerima ima niz tehničkih i ekonomskih prednosti. Na ovaj način može se koncipirati pouzdan autonomni podsustav odnosno jednostavan upravljački sustav. Upotreba ultrazvučnih transmitera preporuča se stoga jer su pouzdani i mogu osigurati dugogodišnji rad bez održavanja. Prije odabira načina mjerenja razine i odabira modela potrebno je konzultirati se sa specijalistima za mjerenja kako bi se detaljno proučile specifične primjene. Upotreba pravilnog mjernog principa i odabir odgovarajučeg modela transmitera osnovni su preduvjeti pouzdanog rada nadzorno upravljačkih sustava crpnih stanica. Time se mogu znatno smanjiti investicioni troškovi kao i troškovi održavanja i servisirnja. ANALIZA PRINCIPA RADA pH TRANSMITERA NOVE GENERACIJE Sažetak: U ovom radu objašnjeni su osnovni fizikalni principi na kojima se temelje pH mjerenja. On line pH mjerenja imaju niz prednosti u odnosu na laboratorijska mjerenja, međutim uređaji za on line pH mjerenja imaju znatno složenije konstrukcije nego laboratorijski uređaji i pored zahtjevne instalacije zahtijevaju i organizirane procedure održavanja i kalibriranja. Ključne riječi: – pH mjerenje – pH transmiter 1. UVOD Mjerenje pH vrijednosti vodenih otopina jedno je od važnijih mjerenja u kemijskoj industriji, vodoopskrbi i odvodnji. Izmjerena pH vrijednost donosi informaciju o koncentraciji vodikovih iona i time se saznaje da li je vodena otopina neutralna, kisela ili bazična. Na Slici 1 prikazana je skala pH vrijednosti. Neutralne otopine imati će pH 7. Kisele otopine imati će pH manji od 7, bazične otopine imati će pH veći od 7. Slika 1 pH skala prikazuje da li je otopina neutralna kisela ili bazična 9 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU 1.1 Mjerne elektrode Jedan od rasprostranjenih načina mjerenja pH vrijednosti je upotreba mjerne elektrode (probe) koja se uranja u mjerenu tekućinu. Mjerna elektroda generirati će napon ovisan o pH odnosno napon ovisan o koncentraciji vodikovih iona. Na slici 2 prikazan je izgled pH mjerne elektrode. pH elektroda u tekućini za skladištenje otvorena pH elektroda Slika 2 pH mjerne elektrode pH mjerna elektroda sastoji se od staklene cijevi na čijem kraju se nalazi stakleni balon (membrana). Unutar staklenog balona nalazi se elektrolit – tekućina referentne koncentracije pH te metalna žica – električki kontakt. Na slici 3 prikazan je princip rada pH mjerne elektrode. Slika 3 princip rad pH mjerne elektrode (pH probe) Elektroda 1 uronjena je u tekućinu poznatog pH. Elektroda 2 uronjena je u tekućinu čiji pH mjerimo. Na staklenoj membrani generirati će se napon ovisan o pH vrijednosti mjerene tekućine. Napon na membrani mjeri se na krajevima elektroda 1 i 2. Važno je uočiti: mjerenje pH svedeno je na mjerenje napona između elektroda 1 i 2. Ovisnost generiranog napona prikazana je na slici 4. Slika 4 Ovisnost generiranog napona o pH vrijednosti Mjerne elektrode generirati će 59 mV / pH. Taj napon će prihvatiti elektroničko sklopovlje i dalje ga obrađivati. Na slici 5 prikazan je ekvivalentni strujni krug mjerenja generiranog napona – mjerenja pH. Slika 6 ovisnost pH o temperaturi. Slika 5 Shematski prikaz mjerenja napona na pH elektrodi Generirani napon kod pH mjerenja biti će također ovisan i o temperaturi tekučine, pa je uz mjerenje napona potrebno i mjerenje temperature. Na slici 6 prikazana je ovisnost pH o temperaturi tekućine. 10 (°C) neutral pH (°C) neutral pH 0 7,47 30 6,92 10 7,27 35 6,84 15 7,17 40 6,77 20 7,08 50 6,63 25 7,00 60 6,51 Prikazana vrijednost na displayu pH metra redovito će biti normirana na 25 Celzija, tj pokazivati će se pH vrijednost koju će tekućina imati na 25 Celzija. MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU Naponski izvor ( mjerna pH proba ) ima jako veliki unutarnji otpor, cca 400 Megaohma i zahtijevati će ulazna predpojačala vrlo visokih ulaznih impedancija. Mjerenja u laboratorijskim uvjetima neće postavljati teške zadatke za karakteristike opreme, ali laboratorijska mjerenja pH imati će slijedeće nedostatke. – kemijska svojstva mjerenog uzorka mogu se promijeniti od trenutka uzimanja uzorka do trenutka mjerenja – uzorkovanje zahtijeva dodatni posao poslužilaca – trenutno stanje pH vrijednosti neće biti poznato i uzorkovanje 1 -3 puta na dan često neće omogućiti pouzdan nadzor – neće biti moguće trenutno reagirati na alarmantne vrijednosti pH Zbog navedenih razloga preporuča se primjena on line pH mjerenja. Na taj način omogućuje se kontinuirani nadzor i brze reakcije biti će moguče. Mjerne sonde u tim slučajevima biti će postavljene u teške uvjete, isto kao i mjerna elektronika. Glavnina on line pH transmitera konstruirana je tako da su mjerne elektrode kabelima (max 10 metara) povezane sa mjernom elektronikom. Ova izvedba ima nedostatak zato jer kabeli moraju imati vrlo visoku impedanciju, podložni su starenju i mogu izazvati smetnje koje se povremeno javljaju. Nadalje konektor mjerne elektrode može biti osjetljiv na teške uvjete rada. Mjerne elektrode potrebno je čistiti i kalibrirati što će izazvati dodatna savijanja kabela i ta Probe protection tube mehanička naprezanja će ubrzati starenje materijala. The protection tube which Nadalje budući je elektronika često udaljena od elektrode can be screwed to the prilikom kalibracije ljudi se moraju dovikivati, ili će jedan probe sockets the probe poslužilac hodati od sonde do elektronike što može from mechanical impacts izazvati dodatne greške. Da bi se izbjegao dio komplikacija kod on line pH mjerenja razvijeni su pH transmiteri nove generacije. Na slici 7 prikazan je pH Slika 7 pH transmiter nove generacije i zaštitna kapa transmiter nove generacije. Kod nove generacije pH transmitera izvedene su opcije mehaničkih izvedbi. Transmiter prikazan na slici 7 ima niz prednosti koje mogu omogućiti pouzdaniju i jeftiniju eksploataciju. Neke osnovne prednosti ove konstrukcije jesu: SAP-300 display – mjerna pH elektroda nalazi se u kućištu sa elektronikom i nisu potrebni dodatni visokoosjetljivi kabeli – buduči nema visokoosjetljivih kabela konstrukcija je jeftinija – transmiter ima 4–20 mA strujni izlaz (i HART) i dovoljne su mu obične žice – žice mogu biti dugačke nekoliko stotina metara što može imati dodatne prednosti – na transmiteru se nalazi opcionalni display i jedan operater ga može bez problema kalibrirati – konstrukcija je robusna, a postoji i mogućnost upotrebe zaštitne kape za elektrode Slika 8 Opcionalni display na transmiteru 11 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU Ukoliko će razina tekućine biti promjenjiva tada se mjerne elektrode mogu smjestiti na produžnu cijev i tako spojiti sa transmiterom. Ukoliko se pokaže potreba za odvajanjem elektronike od mjernih elektroda tada se može koristiti konstrukcija kao na slici 10. Slika 10 mjerne elektrode sa zaštitnom kapom sa daljinskom elektronikom (dužina mjernih kabela max 10 m; dužina izlaznih kabela nekoliko stotina metara). Slika 9 Mjerne elektrode na produžnoj cijevi. Slika 10 Pored dobre mehaničke konstrukcije i koncepcije, za pouzdana pH mjerenja potreban je i odabir odgovarajuće mjerne elektrode. Na slici 11 dana je tablica nekih elektroda. Slika 11 Karakteristike mjernih elektroda pH probes Medium Clear Max. temp. Max. pressure Min. conductivity pH (°C) (bar) (µS/cm) Material Mounting angle Application 60 0,5 1-12 PHE 60 3 1-12 PHES drinking water, pool 80 6 1-12 PHEP 1-12 PHED process water, galvanic process water, processed wastewater 80 8 100 3/100°C 6/25°C 3 60 With solid particles Type 80 100 6 6 / 100°C 16 / 25°C 150 drinking water, pool glass max. 45° 3-14 PHEP-H 50 500 1-12 PHEK-L polycarbonate max. 90° 1-12 PHER glass max. 45° 1-12 PHEX chemical drinking water, pool processed wastewater sludge, emulsion 1.2 Čiščenje i kalibracija Održavanje mjernih elektroda ulimativni je zahtjev za pouzdana pH mjerenja. Mjerna elektroda nalazi se u nečistim vodam i s vremenom će se zaprljati, što može uzrokovati grešku mjerenja. Nadalje sama elektroda se troši i potrebno ju je kalibrirati kako bi se kompenzirala istrošenost. Prije upotrebe on line pH mjernog sustava korisno je konzultirati stručnjake i definirati načine i intervale čišćenja i kalibriranja. Zaključak: On line pH mjerenja mogu u znatnoj mjeri povečati pouzdanost i profitabilnost vodoopskrbnih sustava kao i sustava odvodnje. pH transmiteri nove generacije svojom robusnom izvedbom mogu znatno olakšati eksploataciju uređaja. Pored dobrog uređaja (dobre koncepcije) potrebno je odabrati primjerenu mjernu elektrodu te organizirati procedure čiščenja i kalibriranja. 12 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU MJERENJE PROTOKA OTPADNIH VODA NA OTVORENIM KANALIMA POMOČU PARSHALLOVOG SUŽENJA Sažetak: U ovom radu objašnjeni su fizikalni principi na kojima se temelje mjerenja protoka Parshallovim suženjem na otvorenim kanalima. Otpadne vode zbog svoje prirode ; nečistoće, talog mogu uzrokovati znatne smetnje kod klasičnih postupaka mjerenja protoka. Parshallov kanal omogučuje pouzdana mjerenja u najtežim uvjetima i jedan je od najpouzdanijih načina mjerenja protoka otpadnih voda. Ključne riječi: – Mjerenje protoka – Parshallov kanal 1. UVOD Potreba za mjerenjem protoka otpadnih voda na otvorenim kanalima sve je prisutnija. Najčešći razlozi za mjerenjem protoka jesu: – potrebno je imati podatke za dimenzioniranje sustava odvodnje ili pročiščavača – potrebno je mjeriti količinu ispuštene otpadne vode Mjerenje protoka otpadnih voda redovito je na mjestima sa teškim uvjetima rada. Nadalje otpadne vode zbog svoje prirode otežavati će postupke mjerenja zbog sedimenata, mehaničkog onečiš-ćenja, agresivnih kemikalija itd. Mjerenje protoka otpadnih voda na otvorenim kanalima ima osnovnu prednost stoga što se eventualna onečišćenja mogu jednostavno ukloniti, a montaža i održavanje mjernog sustava znatno su jednostavniji nego kod mjerenja na zatvorenim cjevovodima. Sustav mjerenja protoka na otvorenim kanalima sastoji se od 3 osnovne cjeline, i to su: – hidromehanički profil – sustav za mjerenje razine tekućine – elektroničko sklopovlje za proračun protoka 2. HIDROMEHANIČKI PROFILI Hidromehanički profili stvaraju prepreku vodenom toku ( Q ) i povečavaju razinu vode za veličinu ( h ). Ovisnost visine vode h ovisiti će o protoku Q i ta ovisnost dana je Q/h dijagramom. Poznavanjem Q/h relacije trenutni protok preračunava se na temelju izmjerene velićine h. Vodeni stupac h nastaje na branama ili na suženjima. 13 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU 2.1 Pravokutne brane Pravokutne brane čine vrlo jednostavnu konstrukciju i jedna takova konstrukcija dana je na slici 1. Parametri P42 i P 41 (širina i visina brane) jesu parametri koji se unašaju u ultrazvučni transmiter EasyTREK. EasyTREK ima ugrađene softwaerske algoritme za proračun trenutnog protoka, kao i memoriju za kumulativni protok. Formula za proračun protoka na pravokutnoj brani i dozvoljene dimenzije širina i visina brana dane su u tabeli 1. Sl. 1 Pravokutna brana Supressed rectangular or BAZIN weir 0.001 < Q[m3/s] < 5 0.15 < P41[m] < 0.8 0.15 < P42[m] < 3 0.015 < h[m] < 0.8 Q[m3/s] = 1.7599*[1+(0.1534/P41)]*P42*(h+0.001) 1.5 Tabela 1. Dozvoljene dimenzije brane i formula proračuna trenutnog protoka pravokutne brane Ova formula za proračun protoka standardno se nalazi u ultrazvučnom transmiteru EasyTREK i uređaj će mjerenjem visine h davati informaciju trenutnog protoka (pasivnom petljom 4-20 mA). Totalni protok pohranjem je u memoriji uređaja, a opcionalni relej može se izprogramirati da daje impuls za svaki m3 ili neku drugu količinu. Da bi se izbjegli utjecaji vrtloga na mjerenje vrh brane treba biti obrađen kao na slici 2. Nedostaci mjerenja ovim načinom su talozi koji se nakupljaju ispod brane i unose grešku mjerenja. Brana mora biti strogo horizontalna, a dimenzije u granicama danim u tabeli 1. 2.2 THOMSONOVA pravokutna brana Na slici 3. prikazana je THOMSONOVA pravokutna brana. Sl. 2 Izgled pravilnog završetka brane. THOMSON (90°-notch) weir 0.0002 < Q[m3/s] < 1 0.05 < h[m] < 1 Q[m3/s] = 1.320*h 2.47 Sl.3. THOMSONOVA pravokutna brana Tabela 2. Formula proračuna protoka na THOMSONOVOJ brani 3. MJERENJA PROTOKA NA SUŽENJIMA Mjerenja protoka otpadnih voda pomoču suženja znatno su prikladnija stoga što neće doći do sedimentacije nečistoća. Dva najčešće upotrebljavana suženja su Khafagi Venturi i Parshallovo suženje. Voda koja dolazi na suženje treba imati kontinuirani tok bez valova i turbulencija. Zbog toga prije dolaska u suženje treba postojati kanal za umirenje toka. Kanal za umirenje toka treba biti to dulji što je suženje kraće. Parshallovo suženje je dulje neko suženje Khafagi Venturi i stoga treba imati kraće kanale za umirenje. Ugradnja Parshallovog suženja je u pravilu jednostavnija, a za maksimalne protoke do 196 m3/h nije potrebno imati kanale za umirenje tokova. Ultrazvučni transmiter se kod Parshallovog suženja nalazi iznad suženja tako da se Parshallov kanal može direktno ugraditi u šahtu. 14 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU 3.1 Khafagi Venturi suženje Osnovni princip mjerenja protoka na Khafagi Venturi suženjima dan je na slici 4. Dolaskom na suženje protok tekučine ispred suženja stvara stupac visine h. Ultrazvučni senzor mjeri visinu stupca i proračunava protok. Formula proračuna protoka dana je u tabeli 3. Khafagi venture flume: Q[m3/s]=P42*1.744*h1.5+0.091*h2.5 Sl.4 Princip mjerenja na Khafagi Venturi suženju 3.2 Parshallovo suženje. Parshallovo suženje ( Parshallov kanal) jedna je od najčešče primjenjivanih metoda mjerenja protoka na otvorenim kanalima. Na slici 5. prikazan je osnovni princip mjerenja protoka na Parshallovom Kanalu. Vodeni tok ulazi u suženje, i zbog suženja W na ulazu se stvara stupac vode ha. Veličina stupca vode ovisiti će o dimenzijama kanala i protoku. U tabeli 4 dane su karakteristike nekih standardnih NIVELCO Parshallovih kanala. Tabela 3. formula proračuna protoka na Khafagi Venturi suženju. Sl. 5 Princip mjerenja protoka na Parshallovom kanalu. Q = a • hab [m3/s] ha: measured level [m] a: see table b: see table Tabela 4. Standardne izvedbe NIVELCO Parshallovih Kanala NIVOSONAR GPA TYPE P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 Qmin 3 m /h 0.936 1.872 2.808 5.472 8.1 10.476 15.84 20.88 31.32 Qmax 3 m /h 22.392 54.36 196.56 604 1324.8 2152.8 3232.8 4359.6 6627 W cm 2.54 5.08 7.62 15.24 22.86 30.48 45.7 61 91.4 B cm 30 34 39 53 75 120 130 135 150 C cm 9.29 13.49 17.8 39.4 38.1 61 76.2 91.44 121.9 D cm 16.75 21.35 25.88 39.69 57.47 84.46 102.6 120.7 157.2 E cm 23 26.4 46.7 62 80 92.5 92.5 92.5 92.5 L cm 63.5 77.5 91.5 152.4 162.6 286.7 294.3 301.9 316.9 O cm 5 5 5 10 10 10 10 10 10 U cm 24.8 28.6 49.2 69.6 87.6 100.1 100.1 100.1 100.1 V cm 30.7 35.35 39.9 54 80 100 120 140 180 m kg 9 10.6 19.1 49 81 146 183 231 252 hd/ha 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 a 0.0609 0.1197 0.1784 0.354 0.521 0.675 1.015 1.368 2.081 b 1.552 1.553 1.555 1.558 1.558 1.556 1.560 1.564 1.569 15 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU Sl. 6. Ugrađeni Parshallovi kanali. Na slici 6 prikazani su ugrađeni Parshallovi kanali. Parshallovi kanali proizvode se od plastike otporne na agresivne kemikalije i jednostavni su za ugradnju na postojeće ili nove kanale. Ovi kanali izrađuju se iz jednog komada plastike i njihova ugradnja je jednostavna stoga što je potrebno samo obratiti pažnju da budu horizontalni i da ulazne stijenke budu u dozvoljenim nagibima. Prema tabeli 4. Parshallovi kanali P1, P2, P3 sa maksimalnim protocima 22/54/196 m3/h mogu se ugrađivati bez kanala za umirenje toka i stoga se mogu direktno ugrađivati u kanalizacijske šahte kao što je prikazano na slici 7. Sl. 8 vodonepropusni ultrazvučni transmiteri EasyTREK Sl.7 Parshallovi kanali ugrađeni u šahte Mjerenje razine vodenog stupca uglavnom se izvodi ultrazvučnim transmiterom koji ima softwareske algoritme za proračun protoka. Transmiteri redovito rade u teškim uvjetima zbog velike vlage i agresivne atmosfere i poženjno je da budu vodonepropusni. Na slici 8 prikazan je vodonepropusni transmiter EasyTREK. Vodonepropusnost se može ostvariti brtvama koje su pažljivo montirane na uvodnicama, ili zalivanjem u silikonsku gumu. Nedostatak vodonepropusnosti dobivene brtvama je taj da nepažljiva montaža može omogućiti prodor vode u sklopovlje, a nakon višegodišnje eksploatacije brtve mogu dobiti pukotine koje neće osigurati vodonepropusnost. Kod ultrazvučnih transmitera EasyTREK vodonepropusnost je dobivena zaljevanjem fiksnog ožičenja u silikonsku gumu tako da je osigurana višegodišnja vodonepropusnost koja je neovisna o kvaliteti montaže. Nadalje na svakom spoju plastičnog kučišta i kabela nalazi se uvodnica koja pruža mehaničku zaštitu od prejakog savijanja kabela. EasyTREK ima ugrađene programe za proračun protoka na različitim kanalima i suženjima i davati će analogni signal proporcionalan trenutnom protoku. Unutar transmitera nalazi se memorija u kojoj će biti pohranjeni kumulativni protoci. Transmiter može imati i opcionalni relej koji se može izprogramirati da daje impuls za svaki m3 ili neku drugu količinu. Na taj način upotrebom jeftinog Sl.9 Indikator za prikaz trenutnog elektoničkomehaničkog brojila može se dobiti indikator totalnog protoka. Na i kumulativnog protoka. slici 9 prikazan je indikator koji može prikazivati trenutni i kumulativni protok. 16 MJERNO REGULACIONI SUSTAVI ZA VODOOPSKRBU I ODVODNJU Tabela 5. Standardni programi za proračun protoka sadržani u ultrazvučnom transmiteru EasyTREK. ba Devices, formula, data Type Formula Also to be set Qmin [l/s] Qmax [l/s] “P” [cm] GPA-1P1 Q [l/s]= 60.87*h1.552 0.26 5.38 30 P46 GPA-1P2 Q [l/s]= 119.7*h1.553 0.52 13.3 34 P46 GPA-1P3 Q [l/s]= 178.4*h1.555 0.78 49 39 P46 GPA-1P4 Q [l/s]= 353.9*h1.558 1.52 164 53 P46 GPA-1P5 Q [l/s]= 521.4*h1.558 2.25 360 75 P46 GPA-1P6 Q [l/s]= 674.6*h1.556 2.91 570 120 P46 GPA-1P7 Q [l/s]= 1014.9*h1.556 4.4 890 130 P46 07 GPA-1P8 Q [l/s]= 1368*h1.5638 5.8 1208 135 P46 08 GPA-1P9 Q [l/s]= 2080.5*h1.5689 8.7 1850 150 P46 01 02 03 04 05 06 Nivelco Parshall channels 00 09 General PARSHALL flume P46, P42 10 PALMER-BOWLUS (D/2) P46, P41 11 PALMER-BOWLUS (D/3) P46, P41 12 PALMER-BOWLUS (Rectangular) P46, P41, P42 13 Khafagi Venturi P46, P42 14 Bottom-step weir P46, P42 15 Suppressed rectangular or BAZIN weir P46, P41, P42 16 Trapezoidal weir P46, P41, P42 17 Special trapezoidal (4:1) weir P46, P42 18 V-notch weir P46, P42 19 THOMSON (90°-notch) weir P46 20 Circular weir P46, P41 21 General flow formula: Q[l/s]= 1000*P41*hP42, h [m] P46, P41, P42 Zaključak: Mjerenje protoka otpadnih voda Parshallovim kanalima P1 do P9 omogučuje pouzdana mjerenja do 6600 m3/h i široko je prihvačeno. Montaža Parshallovih kanala jednostavna je kako u postoječe tako i u nove sustave i ne zahtjeva posebnu stručnost. Znatna prednost Parshallovih kanala jesu kratki kanali za umirenje toka i mogučnost korištenja bez upotrebe kanala za umirenje do maksimalnih protoka do 196 m3/h. 17 BILJEŠKE 18 BILJEŠKE 19 bookw11x0601b Nivelco Messtechnik GmbH A-2326 Maria Lanzendorf Alois Stummergasse 4 AUSTRIA Tel.: +43 2235 43 018 Fax: +43 2235 43 240 Mobil: +43 664 732 05 756 E-mail: [email protected] LOKALNI INŽENJERING PARTNERI SPLIT RIJEKA ELMAP Dipl. Ing. Mateo Čečuk Tel.: 021 475 992 Fax: 021534 651 E-mail: [email protected] VM Inženjering Dipl.Ing. Miljenko Vukušić Tel./fax: 051 421 996 Mobil: 098 328 823 E-mail: [email protected] ČAKOVEC SLAVONSKI BROD V-ELIN Ing. Gordan Vrbanec TEL. 040 364 136 Fax: 040 365 116 Mobil: 098 242 278 E-mail: [email protected] Falcon Electronic d.o.o. Dipl.Ing. Ivan Sokolar Tel: 035 447 660 Fax: 035 443 108 Mobil 091 111 9222 E-mail: [email protected]
© Copyright 2024 Paperzz