COME SI CALCOLA LA PORTATA VOLUMETRICA

COME SI CALCOLA LA PORTATA VOLUMETRICA

IMPORTANZA DEL CALCOLO DELLA PORTATA VOLUMETRICA PER IL CONTROLLO DI PROCESSO INDUSTRIALE

Calcolare la portata volumetrica dei fluidi è di fondamentale importanza in molti settori e applicazioni industriali. La portata volumetrica si riferisce alla quantità di fluido che attraversa una specifica sezione in un determinato intervallo di tempo. 

La misurazione della portata volumetrica è essenziale per diverse ragioni: in molti processi industriali, la conoscenza precisa della portata volumetrica dei fluidi è cruciale per garantire un funzionamento efficiente e sicuro dei sistemi. Monitorare la portata volumetrica consente inoltre di ottimizzare la produzione, controllare la qualità dei prodotti, prevenire perdite o sovrapressioni e garantire una distribuzione adeguata dei fluidi. Inoltre, la misurazione accurata della portata volumetrica è fondamentale per garantire la sicurezza e la conformità alle normative in settori come l’industria chimica, così come per gestire il trasporto di fluidi pericolosi e il monitoraggio ambientale.

La determinazione e il monitoraggio della portata volumetrica di un fluido ci fornisce il controllo  continuo e istantaneo del flusso del processo in esame, assicurando, quindi, vantaggi evidenti in termini di costi di manutenzione, funzionalità dell’impianto e controllo dei costi energetici, automatizzando e ottimizzando i processi produttivi industriali.

Vediamo allora nel dettaglio come si calcola la portata volumetrica e i migliori strumenti per farlo in modo efficace. 

COME SI CALCOLA LA PORTATA VOLUMETRICA

Prima di capire come si calcola la portata volumetrica, vediamo una breve definizione di portata volumetrica. La portata volumetrica (Q) è il volume di fluido (V) che passa in una sezione in un dato tempo (t); per questo la formula per la sua determinazione è:

Qv = V / t  

E la sua unità di misura nel sistema internazionale è m3/s.

Il volume (V) può essere ricavato conoscendo la sezione (A) del condotto e lo spostamento del fluido lungo il condotto (d), tramite questa formula: V= A * d.

Inoltre, se il fluido si muove a velocità costante (v) lo spostamento si può esprimere come il prodotto tra velocità e tempo, quindi si ricava:

Qv= A*v*t / t = A*v 

Si tratta dunque di una misura indiretta, per cui misuratori di portata, flussimetri o flussometri rileveranno parametri come la velocità del fluido o gli effetti dello spostamento del fluido sul sistema di controllo e da questi si può determinare la portata del flusso.

COME SI CALCOLA LA PORTATA VOLUMETRICA TRAMITE APPOSITI STRUMENTI

A seconda del tipo di processo e del fluido di cui si vuole determinare la portata possiamo individuare differenti modelli di misuratori di portata con diverse tecnologie di misurazione.

Li possiamo dividere in due grandi famiglie: misuratori di portata di velocità/dinamici e misuratori di portata statici.

• Misuratori di velocità o dinamici: misurano lo spostamento grazie a parti mosse da un flusso, come i misuratori a turbina, a vortice, a ingranaggi o a galleggiante.
• Misuratori di portata statici: misura l’effetto dello spostamento senza avere componenti in movimento, come i misuratori a venturi, elettromagnetici o a ultrasuoni.

COME SCEGLIERE I MISURATORI DI PORTATA

Per scegliere il misuratore di portata adatto all’applicazione desiderata bisogna per prima cosa valutare tre parametri:

1. il tipo di fluido
2. la conformazione del processo in cui dobbiamo inserire lo strumento
3. la temperatura e la pressione del fluido

PRINCIPALI TIPOLOGIE DI MISURATORI DI PORTATA

Vediamo di seguito le principali tipologie di misuratori di portata, fondamentali per definire come si calcola la portata volumetrica di gas e liquidi.

–  I misuratori a turbina: possono operare anche a temperature e pressioni molto elevate e sono indicati in processi a portata elevata; la gamma di Misuratori di Portata a Turbina proposti da Selemark è adatta alla maggior parte delle applicazioni di misura sia per liquidi che per gas. In questo caso si parla di linearità della misura, poiché la portata viene determinata proporzionalmente al numero di giri con cui girano le pale della turbina secondo la legge:

Q = K * nmt 

Dove:

Q =  Portata Volumetrica

K =   Costante di Proporzionalità propria di ogni turbina (k-factor)

nmt =  Numero di giri

I misuratori di portata a turbina sono formati da tre assiemi montati dentro ad un corpo in acciaio inossidabile (bloccato con anelli di ritegno) e caratterizzato da un pick up impiegato per turbine filettate, flangiate o con attacchi Tri Clamp.

–  I misuratori di portata a vortice: sfruttano i vortici che si creano in prossimità di un ostacolo e che vengono poi trascinati via dal passaggio del flusso; il numero dei vortici è quindi proporzionale alla velocità del flusso. Questi strumenti sono costituiti da un corpo cilindrico con un’apertura centrale, chiamata sensore di vortice, che rileva la frequenza dei vortici generati. I misuratori di portata a vortice possono essere utilizzati per una vasta gamma di fluidi, tra cui liquidi e gas. Sono adatti per misurazioni di portata di fluidi puliti e possono gestire temperature e pressioni elevate. 

Se il processo prevede fluidi in molteplici fasi, la soluzione ideale è il Rilevatore di vortici brevettato “Direct Sense” che permette di utilizzare un unico sensore per liquidi, gas o vapore. Unificando, semplificando e migliorando il sistema di controllo di processo e abbattendo i costi complessivi.

–  Misuratori ad ultrasuoni: si tratta di strumenti non invasivi, che non necessitano di essere inseriti nel flusso e sono adatti a liquidi o gas anche con elevato livello di particelle in sospensione. 

Il loro funzionamento è basato su due trasduttori che emettono e ricevono in modo alternato ultrasuoni che attraversano il fluido; la differenza tra i tempi di transito è proporzionale alla velocità del fluido e alla sua portata. 

I misuratori ad ultrasuoni sono adatti per una vasta gamma di fluidi, inclusi liquidi e gas, e possono gestire temperature e pressioni elevate. Sono noti per la loro precisione e reattività, ma l’accuratezza delle misurazioni può essere influenzata da vari fattori come la presenza di bolle d’aria, particelle solide o turbolenze nel fluido.

I misuratori di Portata a Ultrasuoni Clamp-On portatili o fissi misurano con velocità del fluido da 0,01 a 25 m /s con una ripetibilità dello 0,15%. In ottica di garantire prestazioni ottimali e una maggiore affidabilità sul lungo periodo, tutti questi strumenti sono forniti di trasduttori in acciaio inossidabile e alloggiamenti progettati per resistere anche nelle condizioni ambientali più critiche. 

–  Misuratori di portata elettromagnetico: si tratta di strumenti adatti a misurare la portata di liquidi con conducibilità elettrica (inclusi i liquidi abrasivi) e di liquidi con elevato contenuto di particelle in sospensione. Strumenti di questo tipo sono molto resistenti e non hanno bisogno di interventi di manutenzione, per questo sono particolarmente adatti in situazioni di funzionamento gravose. Questi dispositivi sfruttano il principio dell’induzione elettromagnetica per determinare la velocità del flusso. 

All’interno del misuratore di portata è presente un tubo conduttivo attraverso il quale il fluido scorre. Lungo la parete interna del tubo sono posizionati due elettrodi, che creano un campo magnetico uniforme attraverso il fluido. Quando il fluido si muove attraverso il campo magnetico, viene generata una tensione indotta proporzionale alla velocità del flusso. Questa tensione indotta – che dipende dalla velocità del flusso e dalla conduttività del fluido – viene misurata dai sensori elettronici presenti nel misuratore. In base a queste informazioni, il misuratore calcola la portata del fluido utilizzando una formula appropriata.

I misuratori di Portata elettromagnetici di Selemark sono caratterizzati da un principio di funzionamento che si basa sulla legge di Faraday: la portata di un fluido conduttore in un campo magnetico genera una differenza di potenziale espressa in Volt; gli elettrodi presenti nel tubo la rilevano e questo consente un preciso calcolo della portata.

–  I misuratori di portata in massa: sono dispositivi utilizzati per misurare la quantità di massa di un fluido che attraversa un sistema. Questi strumenti si basano sul principio della misurazione diretta della massa del fluido anziché della sua velocità o volume. 

I misuratori di portata in massa utilizzano sensori che rilevano la forza o l’effetto generato dalla massa del fluido in movimento. Questi sensori possono essere basati su diverse tecnologie, come celle di carico o sensori termici. I misuratori di portata in massa sono adatti per una vasta gamma di fluidi, inclusi gas e liquidi. Possono fornire misurazioni precise indipendentemente dalle variazioni di densità, temperatura o pressione del fluido.

I misuratori di portata in massa Coriolis di Selemark sono particolarmente innovativi in quanto sono caratterizzati da velocissimi tempi di risposta rispetto agli altri modelli sul mercato e consentono la misurazione dove sono presenti bolle d’aria nel liquido (che possono causare errori nella misura). 

Ai fini dell’efficienza del controllo di processo è necessario abbinare ai differenti misuratori i Totalizzatori di Portata Digital Fluidwell, per facilitare l’acquisizione dei dati e la loro trasmissione all’organo di controllo del processo e la lettura degli stessi da parte dell’operatore, tutti caratterizzati da elevata affidabilità, resistenza e facile utilizzo.