DETERMINAREA PERMEABILITĂŢII LA FLUIDE A ELEMENTELOR FILTRANTE

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "DETERMINAREA PERMEABILITĂŢII LA FLUIDE A ELEMENTELOR FILTRANTE"

Γάννης Αλαβάνος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 DETERMINAREA PERMEABILITĂŢII LA FLUIDE A ELEMENTELOR FILTRANTE. Consideraţii generale şi definiţii Pereabilitatea este caracteristica unui filtru poros de a perite trecerea unui fluid, sub acţiunea gradientului de presiune (fig. ). Paraetrul structural care deterină pereabilitatea este porozitatea deschisă intrecounicantă a aterialului poros. Fig.. Principiul deterinării pereabilităţii prin edii poroase sinterizate Caracteristica cea ai relevantă a pereabilităţii a fost introdusă de Darcy şi se nueşte coeficientul de pereabilitate vâscoasă ψ v. Legea lui Darcy pentru ediul poros stabileşte dependenţa dintre căderea de presiune şi debitul fluidului Q care trece prin filtru, descrisă cu relaţia: Q h η Δ p = () S Ψ V

2 unde: Q este debitul fluidului ( 3 /s); h η grosiea eleentului filtrant (); vâscozitatea dinaică a fluidului (N s/ sau Pa s); S aria pereabilă ( ); căderea de presiune (N/ ); ψ v coeficientul de pereabilitate vâscoasă ( ); = p p, unde: p presiunea din aonte de proba filtrantă, p presiunea în aval de eleentul filtrant. Coeficientul de pereabilitate vâscoasă ψ v se defineşte ca debitul voluetric cu care un fluid de vâscozitate unitară ( N s/ ) trece prin aria unitară ( ) a stratului filtrant sub acţiunea unei căderi de presiune unitare ( N/ ), când rezistenţa opusă prin curgerea fluidului este deterinată nuai de vâscozitate. Deoarece relaţia de ai sus este valabilă nuai pentru edii incopresibile şi curgere lainară, Morgan a propus o forulă universal aplicabilă. Q h = S η Ψ V ρ Q + Ψi S Al doilea teren ia în considerare densitatea ρ (kg/ 3 ) a fluidului şi conţine paraetrul ψ i, nuit coeficient de pereabilitate inerţial (). Pentru edii copresibile, terenul din stânga relaţiei cuprinde explicitată valoarea presiunii p. Relaţia devine atunci: Q h η ρ Q = + p S ΨV Ψi S Coeficientul de pereabilitate inerţială ψ i se defineşte ca debitul voluetric cu care un fluid de densitate unitară ( kg/ 3 ) trece prin aria unitară ( ) a stratului poros sub acţiunea unei căderi de presiune unitară ( N/ ) când rezistenţa opusă prin curgerea fluidului este deterinată nuai de pierderile datorate forţelor de inerţie. În cazul ediilor poroase fabricate din pulberi sinterizate, odificarea curgerii din lainară în turbulentă nu poate fi stabilită cu () (3)

3 siguranţă. Totuşi, în ulte cazuri, terenul al doilea poate fi neglijat fără a influenţa ult precizia calculelor. Doeniul de curgere este caracterizat de variaţia liniară a debitului fluidului cu căderea de presiune. Curgerea turbulentă coplică graficul caracteristicii hidraulice deviind de la fora liniară (fig. ). Debitul Debitul Curgere Curgere lainară turbulentă 0 0, 0,4Căderea 0,6 0,8 de presiune,,4 Cadere de presiune Fig.. Liita doeniului de curgere lainară şi turbulentă. Aparatură (confor scheei din figura 3) Sursă de aer copriat; Manoetre; Manoetru diferenţial; Regulator de presiune; Rotaetru; Dispozitiv de prindere a probei filtrante; Drosel; Microetru. 3

3. Mod de lucru Deterinarea pereabilităţii constă în ridicarea curbei de dependenţă între debit şi căderea de presiune, respectiv caracteristica hidraulică: = f(q) pentru un eleent filtrant dat, prin

4 3. Mod de lucru Deterinarea pereabilităţii constă în ridicarea curbei de dependenţă între debit şi căderea de presiune, respectiv caracteristica hidraulică: = f(q) pentru un eleent filtrant dat, prin ăsurarea debitului de fluid trecut prin filtru la diferite valori ale căderii de presiune, cu un stand a cărui scheă este prezentată în figura 3. Căderea de presiune pe proba prinsă în dispozitivul se ăsoară cu anoetrul diferenţial MD şi se reglează prin regulatorul de presiune RP şi droselul DR, iar debitul se ăsoară cu debitetrul (rotaetrul) R. Fig. 3. Schea de principiu a standului pentru deterinarea pereabilităţii filtrelor. - probă poroasă; dispozitiv de fixare; S sursă de aer copriat; R robinet;, M şi MD anoetre; RP regulator de presiune; DR drosel; T teroetru; R rotaetru Deterinarea pereabilităţii se face, de obicei, cu aer (confor SR ISO 40), dar se poate efectua şi cu fluidul pentru care este utilizat filtrul de încercat, confor indicaţiilor producătorului sau standardelor din doeniu. Prin evaluarea pantei curbei = f(q), pentru un aterial poros pereabil, luând în considerare grosiea stratului filtrant, aria secţiunii pereabile şi vâscozitatea fluidului de încercare, se poate deterina coeficientul de pereabilitate ψ v (inversul pantei), care reprezintă o 4

5 constantă pentru structura poroasă respectivă. Odată deterinate valorile coeficienţilor de pereabilitate pentru ai ulte structuri poroase, acestea se pot utiliza la diensionarea unor eleente filtrante, prin calcularea suprafeţelor filtrante necesare pentru filtrarea unui anuit fluid, cu un debit noinal dat care curge prin instalaţie şi cu o cădere de presiune dată pe filtru. Condiţiile şi etodologia de deterinare a coeficientului de pereabilitate vâscoasă şi inerţială şi a curbei hidraulice sunt prezentate în standardul SR ISO 40. Rezultatele sunt prelucrate utilizând urătoarea ecuaţie: S = h Q η Ψ i Q ρ + S η Ψ V (4) care poate fi scrisă în fora generală astfel: y = a x + b S y = ; h Q η unde Q ρ x = S η (5) 5. Expriarea rezultatelor Pentru fiecare deterinare experientală (Q - ) (cel puţin 5 deterinări) se calculează valorile x şi y. Graficul dreptei date de aceste puncte perite deterinarea grafică a coeficienţilor de pereabilitate. Astfel, intersecţia dreptei cu axa y reprezintă valoarea inversului coeficientului de pereabilitate vâscoasă (/ψ v ). Panta dreptei reprezintă inversul coeficientului de pereabilitate inerţială (/ψ i ). Dacă ăsurătorile se efectuează în condiţii de curgere în regi lainar, se adite aproxiaţia deterinării nuai a coeficientului de pereabilitate vâscoasă. În general, în practica deterinărilor experientale şi a calculelor de diensionare, coeficientul de pereabilitate vâscoasă se expriă în 0 ( μ ) şi în 0 6 (μ), coeficientul de pereabilitate inerţială. 5

6 Datele şi rezultatele experientale calculate se trec în tabelul. Tabelul. Rezultate experientale Nr. Diensiuni [] h d S [ ] η [N s/ ] Q [ 3 /s] [N/ ] x y ψ v 0 [ ] ψ i 0 6 [].. 3. În tabelele şi 3 se dau relaţiile de conversie ale unităţilor de ăsură pentru vâscozitatea dinaică, respectiv presiune. Tabelul. Relaţii de conversie ale unităţilor de ăsură pentru vâscozitate dyn s = P c N s 3 = 0 cp kgf s kgf h dyn s = P c (Poise) N s = 0 3 cp kgf s kgf h 0,,0 0, ,0, , 9,8, , ,6 0 3 Tabelul 3. Relaţii de conversie pentru unităţi de ăsură a presiunii at (at = kgf/c ) Torr ( Torr = Hg) H O ( H O=kgf/ ) bar (bar = 0, MPa) Pa (Pa = N/ ) at Torr H O bar N/ Pa ,98 9,8 0 9,8 0 4, ,6,33 0 3, , ,36 0 9, , ,8,0 750, , 0 5,0 5 7, ,

7 Tabelul 4. redă valorile vâscozităţii dinaice şi a densităţii unor fluide des întâlnite care necesită operaţii de filtrare. Tabelul 4. Valori ale vâscozităţii şi densităţii fluidelor Fluidul Vâscozitatea Densitatea Fluidul Vâscozitatea Densitatea [Poise] [g/c 3 ] [Poise] [g/c 3 ] Acetilenă,0 0 4,7 Vapori de apă,4 0 4,58 Aoniac 0, ,77 Apă 0,05 0 3,00 Aer,8 0 4,9 Benzen 6, ,88 Argon, 0 4,78 Benzină 6, ,70 Azot,75 0 4,5 Glicerină 5,00 0 3,6 CO,46 0 4,98 Petrol 8, ,54 CO,75 0 4,5 Toluen 5, ,87 Clor, ,6 SO,6 0 4,9 Hidrogen 0, ,09 Oxigen,03 0 4,43 7

Σχετικά έγγραφα

1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR

1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR a) Să se exprime densitatea apei ρ = 1000 kg/m 3 în g/cm 3. g/cm 3. b) tiind că densitatea glicerinei la 20 C este 1258 kg/m 3 să se exprime în c) Să se exprime în kg/m 3 densitatea