La scelta del flussimetro per acqua da inserire in un controllo di processo richiede un’attenta analisi.
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.
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.
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.
Principio di funzionamento del flussimetro per acqua
Lo strumento più utilizzato per la misura della portata dei fluidi è il flussimetro ad area variabile impiegato sia in ambito domestico che industriale (es. impianti chimici o di trattamento delle acque), 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.
La sua ampia diffusione è dovuta alla semplicità dell’installazione e dell’utilizzo, all’ampio intervallo di misura e ai costi estremamente contenuti.
Il principio di funzionamento di tale strumento si basa sulla variabilità della sezione e, quindi, sulla traslazione del galleggiante sospeso nel fluido che si muove dal basso verso l’alto all’interno del tubo sagomato. La posizione di equilibrio del galleggiante all’interno del corpo graduato indica la portata del fluido che sta attraversando lo strumento (cfr. Figura 1).
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.
Come installare un flussimetro? Leggi il nostro articolo
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.)
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 dei flussimetri per acqua
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.
Letture consigliate
http://www.uniroma2.it/didattica/MCDSE/deposito/mcdse_5a_agg_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.