La misura di portata dei fluidi con il flussimetro

By | 2018-05-28T09:16:02+00:00 marzo 8th, 2018|Trattamento dell'acqua, Tubi e Raccorderia|

La scelta del flussimetro da inserire in un controllo di processo richiede un’attenta analisi.

Difatti, la misura svolta dalla maggior parte dei sensori dipende dalle proprietà del fluido (viscosità, densità, pressione, temperatura, omogeneità del gradiente di velocità) e dalle condizioni al contorno (pulizia del condotto, portata da misurare, presenza di ostacoli sul percorso).
La variabilità di tali fattori può generare imprecisioni relativamente elevate.

La classificazione dei flussimetri consente agli specialisti in strumentazione di individuare il sensore più adatto alle proprie esigenze. Una rappresentazione parziale della tecnologia disponibile attualmente sul mercato è mostrata in Tabella 1.

Classificazione dei flussimetri in base al principio di funzionamento

Tabella 1: Classificazione dei sensori di portata in base al principio di

Il rotametro, denominato anche flussimetro ad area variabile, è in grado di operare con numerose tipologie di fluido e fornisce una misura indiretta della portata e dunque sensibile allo stato del fluido. Pertanto, la precisione ottenuta è inferiore rispetto ad altre strumentazioni.

Malgrado ciò, le misure effettuate risultano spesso soddisfacenti all’interno di schemi di controllo di processo. Inoltre, sono economici e, nel corso degli anni, si è sviluppata una consolidata esperienza nei più svariati settori applicativi grazie anche alle numerose norme internazionali che regolano il loro uso.

Principio di funzionamento del flussimetro

Il rotametro è composto da un tubo verticale di forma tronco-conica, all’interno del quale si trova un galleggiante (parte mobile).

In assenza di flusso, per effetto della forza di gravità, il galleggiante si posiziona sul fondo del tubo. Quando un fluido con portata costante inizia ad attraversare il rotametro, la parte mobile viene spinta verso l’alto.

Al crescere della posizione x, il fluido scorre ai lati del galleggiante investendo un’area sempre maggiore, la forza ascendente invece diminuisce. Il galleggiante raggiunge una posizione di equilibrio quando le forze verticali si bilanciano. In Figura 1 si mostra l’evoluzione temporale sopra descritta.

La variabilità dell’area del tubo ha un duplice scopo: favorire la stabilizzazione della parte mobile e ottenere una perdita di carico bassa e costante, riducendo i costi del sistema di pompaggio.

Applicando il principio di Bernoulli è possibile ricavare una relazione lineare tra la posizione x del galleggiante e la portata del fluido. L’accuratezza della misura può dunque essere determinata in fase di progettazione incrementando la corsa della parte mobile e la variabilità dell’area del tubo.

La corretta aderenza tra il modello teorico sopra esposto e quello sperimentale risiede nell’applicabilità del teorema di Bernoulli (moto unidirezionale e stazionario di un fluido omogeneo) e nel montaggio in verticale del sensore.

Funzioanmento di un flussimetro

Figura 1: Principio di funzionamento del rotametro. In blu il fluido che scorre, in rosso la forza esercitata dal fluido sul galleggiante.

Principali realizzazioni costruttive del flussimetro

Le principali componenti da tenere in considerazione in fase di scelta del flussimetro ad area variabile sono:

• tipologia, densità, viscosità del fluido;
• temperatura e pressione massima e di operatività;
• ordine di grandezza della portata;
• output del sensore (misura elettrica, scala graduata ecc.)

I manuali tecnici forniti dai produttori riportano la maggior parte delle informazioni necessarie.
Inoltre, occorre prestare attenzione anche ai materiali che compongono lo strumento. Il tubo cilindrico può difatti essere in vetro, plastica o metallo.

Il vetro e la plastica permettono di ottenere un’alta ripetibilità della misura (±1% del fondo scala grazie alla quasi totale assenza di attriti e isteresi). In particolare, la plastica offre il vantaggio di essere assai più robusta del vetro. La soluzione in metallo è invece preferita in condizioni di temperatura e pressione non accessibili alle altre due tipologie.

Il materiale che costituisce la parte mobile deve garantire un’ottima capacità di resistenza alla corrosione. Inoltre, è possibile scegliere galleggianti con proprietà magnetiche in modo da poter convertire la misura analogica in un segnale elettrico. In alternativa, la lettura della portata si basa su semplici scale graduate che vengono tarate in base al fluido.

Campi applicativi

Il rotametro può essere usato in situazioni “standard” oppure in condizioni di medio-alta pressione, con fluidi pericolosi o corrosivi per la misura di piccole e medie portate. Inoltre, non richiede alcuna fonte di alimentazione elettrica, pertanto è estremamente indicato negli impianti che trattano fluidi infiammabili.

Il sensore può essere anche installato lungo le tubature con il solo scopo di verificare il passaggio del fluido, senza la reale necessità di effettuare una misura.

La tecnologia costruttiva richiede interventi di manutenzione semplici (ad esempio la pulizia del tubo) e garantisce una vita utile lunga ed efficiente.

Attualmente, l’uso dei flussimetri ad area variabile per la misura industriale di portata dei fluidi è conveniente nel settore chimico, petrolchimico, alimentare, farmaceutico, per il trattamento delle acque e all’interno di centrali termiche.
Infine, in Tabella 2 si mostra la compatibilità del rotametro in funzione del fluido in analisi.

compatibilità del flussimetro

Tabella 2: Compatibilità del rotametro in funzione del liquido

 

Letture consigliate
http://www.uniroma2.it/didattica/MCDSE/deposito/mcdse_5a_agg_portata.pdf
http://www.docente.unicas.it/useruploads/000356/files/dispense_strumenti_misura_portata.pdf
https://moodle2.units.it/pluginfile.php/122064/mod_resource/content/1/misure_portata%202016.pdf
Stoyanov, Bogdan; Beyazov, Jordan. Determination of the Flow Rate of Different Fluids by a Rotameter. Proc. Problems of Engineering, Cybernetics and Robotics.

 

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