Wednesday, March 16, 2022

Flow meten in luchtstromen: hoe doe je dit betrouwbaar?

Teun Mulder
gemiddelde leestijd 3 minuten

Het continu meten van luchtsnelheden is ingewikkeld. Dit komt door verschillende factoren, denk aan temperatuur, druk en turbulente flow of er is simpelweg geen goede plek om correct te kunnen meten. Een correcte meting is wel enorm belangrijk voor vele toepassingen waarbij een exacte luchthoeveelheid van belang is. Denk hierbij aan een inblaaslucht in een operatiekamer, het besparen van energie en het waarborgen van proceslucht in een droogapplicatie. Er zijn verschillende manieren om tot een correcte meting te komen.

Waarom is meten belangrijk?

Correct luchtstromen meten is voor verschillende redenen belangrijk. Ten eerste werkt een correcte meting vaak als controle. Een luchtbehandelingskast heeft een bepaalde capaciteit, maar wordt deze wel behaald? Als je niet goed meet, kan er ook geen goede sturing gedaan worden. Denk aan een school of kantoorgebouw waarin voldoende ventilatie belangrijk is. Daar moet voldoende verse toevoerlucht worden aangevoerd en vuile retourlucht worden afgevoerd. Daarbij wordt gelijk het proces gewaarborgd in bijvoorbeeld een operatiekamer of cleanroom. Een juiste meting kan ook energie besparen. Als je weet hoeveel lucht je verbruikt, kan je daarop regelen. Denk aan het aanpassen van de ventilatie op basis van belasting en bezetting.

Hoe meet je luchtstromen wél correct?

Bepaal eerst wat het beste punt is om te meten. Bij het plaatsen van een meetsensor moet je rekening houden met een paar vuistregels. De luchtsnelheid in het kanaal is niet overal hetzelfde. In het midden is de snelheid het hoogst, en langs de wanden het laagst. De locatie moet daarom op juiste wijze bepaald worden. Houd rekening met bochten, de vorm van de bocht, waar de ventilator is geplaatst en vernauwingen. Raadzaam is om een punt te kiezen met een zo lang mogelijk rechte kanaallengte voor en na de meting. Ideaal is een rechte lengte van zeven keer de kanaaldiameter voor de meting en minimaal één keer na de meting. Naast juiste plaatsing is de betrouwbaarheid afhankelijk van het gekozen meetprincipe. Er zijn vier gangbare meetprincipes.

1. Hittedraad

De hittedraadmeting is een dun draadje dat continu op een exacte temperatuur boven de omgevingstemperatuur wordt verwarmd. De omgevingstemperatuur wordt continu gemeten. De lucht koelt het draadje af. De mate van energie die wordt gebruikt om het draadje weer te verwarmen, is evenredig met de luchtsnelheid. De hittedraad is zeer geschikt voor het meten van lage snelheden (startsnelheid 0,15 m/s) en wordt toegepast voor bijvoorbeeld tocht- of comfortmetingen. De meting is temperatuurgecompenseerd, erg nauwkeurig en zeer snel. Een nadeel is dat het meetelement erg kwetsbaar is, waardoor deze meting over het algemeen niet in vuile en vochtige lucht toegepast kan worden. Als deeltjes zich hechten aan het draadje, gaat deze namelijk afwijken. Verder is de meting richtingsgevoelig en niet geschikt voor hoge (proces) temperaturen. Daarnaast meet de transmitter de luchtsnelheid maar op één ‘speldenpuntje’ in het kanaal, waardoor een vaste opstelling voor een luchtdebietmeting niet aan te raden is. Meet je in het midden van het kanaal en doe je vervolgens een berekening, dan zal de berekende capaciteit veel hoger liggen dan de werkelijkheid.

2. Pitotbuis

De pitotbuis is een instrument voor het meten van de snelheid van een gas- of vloeistofstroom. Dit instrument wordt toegepast als snelheidsmeter in een vliegtuig of in de Formule1 om de luchtsnelheid te meten om vervolgens de downforce te bepalen. Als je alleen afgaat op de rijsnelheid van de auto, kunnen de wind en rijwind van invloed zijn. 

Je meet de dynamische druk. Dit is het drukverschil tussen de totaaldruk (tip van de buis) en de statische druk (gaatjes rondom). Om de snelheid uit te lezen heb je een transmitter of handmeter nodig die een flowcalculatie kan doen. De pitotbuis is zeer robuust, nauwkeurig en geschikt voor hogere snelheden en temperaturen. Nadelig is dat het instrument niet geschikt is voor lage snelheden (<2 m/s) en slechts op één punt in het kanaal meet. De pitotbuis is gevoelig voor vervuiling en condens, maar dit kan door middel van een purge-unit opgelost worden: een unit tussen de transmitter en de pitotbuis. Op vaste tijden worden de poorten van de drukverschiltransmitter kort gesloten (en houdt de analoge uitgang vast) en blaast de buis met perslucht x-tijd door. Daarna schakelt de solenoïdeklep weer om en meet je op correcte manier de snelheid.

3. Zelfmiddelende pitotbuis

De zelfmiddelende pitotbuis is in principe hetzelfde als de standaard pitotbuis, met als verschil dat deze op meerdere punten meet. Deze flowsensor plaats je in de gehele kanaaldiameter. De flowsensor middelt over de gehele diameter de snelheid uit (er zitten meer gaatjes langs de wand dan in het midden). Dit is de beste meting om het luchtdebiet te meten. In een rond kanaal plaats je vaak twee sensoren in een kruis. In een rechthoekig kanaal plaats je deze afhankelijk van de diameter naast elkaar. Vervolgens lus je de min-aansluiting en de plus-aansluitingen met elkaar door. Het voordeel van de zelfmiddelende pitotbuis is dat deze zeer robuust is en geschikt voor hoge snelheden. De flowsensoren zijn leverbaar in verschillende materialen zoals aluminium, RVS en epoxygecoat. Hierdoor kan deze meting gebruikt worden in een cleanroom tot en met afzuiglucht van een zuurkast of proceslucht van 600°C. Door middel van een auto-zero (automatische nulstelling van de drukmeting) zijn ook lage snelheden te meten maar meestal wordt een startsnelheid van 2 m/s aangehouden. Uiteraard is er in het veld extra montagewerk nodig, maar HVAC-installateurs komen hier altijd wel uit. Bij een applicatie met vervuiling en/of condens zijn er, net als de standaard pitotbuis, oplossingen in combinatie met een purge-unit mogelijk.

4. Vleugelrad (schoepenrad)

Het vleugel- of schoepenrad telt het aantal omwentelingen per schoep. Het aantal pulsen is een maat voor de luchtsnelheid. Het voordeel van deze meetmethode is dat het instrument ook lagere snelheden meet (startsnelheid 0,3 m/s), turbulentie dempt omdat deze t.o.v. hittedraad over een groter oppervlakte meet (rond 14, 70 of 100mm) en toepasbaar is van -20 tot 80gr. Sommige uitvoeringen zijn te gebruiken als flowrichtingdetectie, omdat de sensor in een bepaalde richting is gekalibreerd, ‘ziet’ de sensor welke kant deze opdraait. Het nadeel is dat het vleugelrad kwetsbaar is bij continue gebruik (klein lagertje) en gevoelig is voor vervuiling en vocht. 

Het juiste meetprincipe kiezen

Iedere meetprincipe heeft specifieke toepassingen en voor- en nadelen. Het selecteren van de juiste meetoplossing voor de juiste applicatie zit in het DNA van Hitma. Door het brede pakket aan merken met verschillende oplossingen, kunnen wij nagenoeg elke luchtflow applicatie meten. Zelfs applicaties waarbij de vuistregel van 7x de diameter voor de meting niet gerealiseerd kan worden. Nieuwsgierig naar wat dit is of hulp nodig bij een project of meetprobleem? Neem contact met mij op, ik help en adviseer je graag. Op 8 september 2022 vertel ik je meer over dit onderwerp tijdens ons webinar.




chat uitgeschakeld voor Engels