こんにちは。猫リーマンです。
本日はピトー管の原理、風量計算について解説したいと思います。
製造業では、ガス量を測定することが必要であることが多く、風量を計測する手法としてピトー管が用いられます。ピトー管とは何か、使い方、風量計算方法を以下に示します。
特殊ピトー管（ウェスタン形）とは
ピトー管は、流速や風量を求めることができる重要な機器です。
廃ガスの流れる煙道にピトー管をさして測定します。ピトー管には、マノスターゲージをゴムチューブで繋ぐことで動圧を測定することができます。
ピトー管は持ち運び可能であるため、測定したい箇所を測ることが可能です。
価格は少し高額ではありますが、測定結果を用いて最適な運転調整をすることができます。よって、ピトー管を活用した測定は省エネにも繋がります。
参考までにピトー管の購入サイトを以下に示します。
ピトー管の原理と使い方
ベルヌーイの定理
ピトー管は、ベルヌーイの定理を利用しています。
ベルヌーイの定理とは、運動エネルギー、圧力エネルギー、位置エネルギーの総和が一定というものです。
煙道内では、位置エネルギーを無視することができます。
式で表すと以下の通りです。
1/2ρv2+p+p0 = 一定
ρ：密度
v：流速
p：静圧
p0:大気圧
1/2ρv2 は、動圧を示しています。
流体の流速vが大きくなると、動圧が大きくなります。一方で、総和は一定となることから、静圧pは小さくなります。
流体の流速が速いほど、圧力が小さくなるのはこのためです。
次にピトー管の原理は概略図を見るとわかりやすいのではないでしょうか。
全圧ー静圧＝動圧
上式のように、動圧は全圧と静圧の差を表します。
ピトー管の測定で動圧を測定することができます。
ピトー管の使い方
動圧測定
上述した通り、ピトー管は二つに分かれていますが、全圧と静圧を測定する場所が決まっています。
ピトー管を見ると、T（全圧）やS（静圧）のマークがありますので確認して下さい。
廃ガスを受ける方にT（全圧）を向けるようにします。
マノスターゲージの値を読むと動圧を確認できます。
静圧測定
ピトー管を反転させ、廃ガスを受けないようにします。
マノスターゲージにつなげるゴムチューブを片方外し、静圧の方のみに繋ぎます。
そのときのマノスターゲージの値が静圧です。
風量計算方法
①ダクト内のガス密度ρg[kg/m3]を求める
ガス温度や圧力によって、ガス密度は変化します。
よって測定したときのガス温度と圧力からガス密度ρg[kg/m3]を求めます。
標準状態では、ガス密度ρは1.30kg/m3です。
ρg[kg/m3]= 1.30× 273.15÷(273.15+T) × (P0+Ps)÷101.325
T：温度[℃]
P0：大気圧力[kPa]
Ps：静圧[kPa]
②流速v[m/s]を求める
測定した動圧と計算したρg[kg/m3]から、流速v[m/s]を求めます。
v[m/s] ＝C√(2Pd/ρg )
C：ピトー管係数
Pd：動圧[Pa]
③流速v[m/s]から風量Q[m3/min]にする
流速を計算すると、断面積があれば風量を求めることができます。
秒→分に単位換算していますので、60をかけます。
Q[m3/min] = v×60×断面積[m2]
④風量の単位をQ'[Nm3/min]に換算する
最後に忘れてはいけないのが、ノルマルリューべに変換することです。
Q[Nm3] = Q'[m3] × 273.15÷(273.15+T) × (101.325+P)÷101.325
T：温度[℃]
P：静圧[kPa]
