Siła Coriolisa w służbie redukcji emisji CO2? Tak wykorzystywany jest słynny efekt
Jak skutecznie ograniczać emisję CO2 do atmosfery? Jedną z najskuteczniejszych i najbardziej perspektywicznych odpowiedzi jest technologia wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS – ”Carbon Capture and Storage”). By była skuteczna, potrzeba odpowiednich przyrządów, zapewniających m.in. skuteczne pomiary ilości tego fundamentalnego dla klimatu, nieorganicznego związku chemicznego. Tu zaś kluczowe okazują się przepływomierze masowe, działające w oparciu o efekt Coriolisa. W jaki dokładnie sposób go wykorzystują?
Skuteczny, wielkoskalowy wychwyt CO2 wymaga tworzenia całych ekosystemów, na które składają się nie tylko urządzenia wychwytujące dwutlenek węgla, ale również umożliwiające jego transport, magazynowanie i zatłaczanie. To rodzi szczególne wyzwania w zakresie stosowania metod pomiarowych, ponieważ dostarczane przez nie dane są potem podstawą m.in. rozliczeń. Odpowiedzią na te wyzwania jest właśnie wspomniany typ przepływomierzy - niezwykle precyzyjnych, dzięki zastosowaniu efektu, zwanego potocznie "siłą".
Efekt Coriolisa został opisany przez naukowców już w XVII wieku, a dokładnie zbadany w wieku XIX przez francuskiego fizyka i matematyka, którego nazwisku zawdzięcza swą nazwę. Polega na tym, że gdy w wirującym układzie odniesienia zaczyna się poruszać ciało o pewnej masie, to pojawia się też siła działająca na to ciało prostopadle do kierunku jego ruchu. Zwrot tej siły jest zaś zależny od kierunku ruchu ciała: gdy przybliża się ono do osi obrotu, siła działa zgodnie z kierunkiem obrotu układu. Z kolei, gdy ciało się oddala, siła działa przeciwnie do tego kierunku.
Do najbardziej znanych przykładów obrazujących wpływ siły Coriolisa na Ziemi - która wiruje wokół własnej osi i dlatego dla poruszających się po jej powierzchni obiektów występuje omawiany efekt - zalicza się eksperyment z ciałem upuszczonym z wieży Eiffla. Nie uwzględniając innych sił, sam efekt Coriolisa spowoduje, że upuszczone z tarasu na wysokości 273 m, spadnie przesunięte o 6,5 cm na wschód.
Jak jednak ta zasada jest wykorzystywana w przepływomierzach? W czujniku urządzenia umieszczone są rury pomiarowe, stale wzbudzane w drgania z częstotliwością rezonansową. Na wlocie oraz wylocie rur umieszczone są czujniki weryfikujące te drgania. Gdy w rurach nie ma żadnego przepływu - drgają równomiernie. Gdy jednak zaczyna przez nie płynąć medium, na przykład skroplony dwutlenek węgla, jego bezwładność powoduje falowanie rury. A przez efekt Coriolisa część wlotowa i wylotowa drgają w różnych kierunkach. Czujniki wykrywają zmianę drgań rury pomiarowej względem czasu i przestrzeni, przekazując odpowiednie informacje do modułu przeliczającego wyniki.
Takie zjawisko nazywamy przesunięciem fazowym i jest ono bezpośrednią metodą pomiaru masy gazu lub cieczy przepływających przez rurę. Im większy przepływ, tym większe przesunięcie fazowe drgań rury pomiarowej
Zwraca przy tym uwagę na jeszcze jedną cenną właściwość tego typu urządzeń:
Uzyskiwany jest bezpośredni pomiar masy, a co za tym idzie nie jest wymagana żadna kompensacja ciśnieniowo-temperaturowa, aby określić faktyczną ilość medium
Przepływomierze Coriolisa są obecnie najdokładniejszymi rozwiązaniami do pomiaru przepływu stosowanymi w przemyśle i często służą jako podstawa układów rozliczeniowych nie tylko wspomnianego dwutlenku węgla, ale także ropy naftowej, gazu ziemnego, LNG, alkoholu czy innych mediów. Znajdując zastosowanie przy pomiarach dwutlenku węgla, przepływomierze Coriolisa stały się w ostatnich latach cennym wsparciem w podejmowaniu wyzwań klimatycznych. Jak widać, ponadczasowe prawa fizyki, pomysłowo zastosowane, pomagają rozwiązywać problemy każdej epoki.
Artykuł sponsorowany
