la misura della portata - unibo.it
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26 Maggio 2015
Products Solutions Services
La misura della portata
Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Bologna
DIEM - Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni
Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia
Introduzione
Slide 11 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Definizione del termine: portata
• Definizioni e significati diversi in funzione del contesto in cui usa il
termine “PORTATA”.
• In idraulica portata di una corrente fluida, relativa ad una generica
sezione trasversale, è la quantità di fluido (in volume o in massa) che
passa attraverso quella sezione nell’unità di tempo*.
* Fonte: Dizionario Enciclopedico Federico Motta
Slide 12 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
La misura di portata in tubazione
… chiusa, funzionamentototalmente pieno.
… aperta, funzionamentoparzialmente pieno.
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26 Maggio 2015
Portata volumica e massica, la massa volumica o densità
• Portata volumica Qv = A . v (m3/s)*
• Portata massica Qm = A . v . (kg/s)*• dove: A = area della sezione di passaggio (m2)
• v = velocità media di deflusso (m/s)
• = massa volumica del fluido (kg/m3)
• La densità o massa volumica di un corpo (spesso indicata dal simbolo
ρ o anche δ) è pari alla massa per unità di volume.
• Se m è la massa e V il volume si ha dunque: ρ = m / V
• L’unità di misura della densità è il kg/m³ (*); in g/cm³ o in g/ml
(CGS)
*: Secondo SI
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26 Maggio 2015
La massa volumica del fluido
E’ caratteristica di ogni singolo fluido:• per i liquidi varia in funzione della temperatura
n
e =1 + b . ( te - tn)
• per i gas varia sia in funzione della temperatura chedella pressione
Pe tn Zn
e = n . . .Pn te Ze
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26 Maggio 2015
Il numero di Reynolds
Laminare
Re < 100
Transitorio
Re = 5.000 Re = 9.000 Re = > 10.000
Turbolento Turbolento
Re < 2.000 = moto laminare, profilo scarsamente parabolico del fluido
2.000 < Re < 10.000 = moto transitorio
Re > 10.000 = moto turbolento, profilo più uniforme creato dallaturbolenza stessa del fluido
Slide 16 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
I misuratori di portata per tubazione chiusa
Volume Massa
Misura diretta Misura indiretta Misura diretta Misura indiretta
Positive displacement Pressione
differenziale
Principio Coriolis Misura separata (Q
e ρ)
Area variabile Principio termico Calcolo della massa
(misura di Q, p, T)
Turbine Sistemi a peso
Vortex
Elettromagnetico
Ultrasuono
Sistemi a inserzione
Altri
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26 Maggio 2015
Il principio meccanico
Positive displacement
Turbina
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26 Maggio 2015
Positive Displacement meter
• Il rotore, posto all’interno della
camera di misura, viene messo
in movimento dalla pressione
che movimenta il fluido.
• Lo rotazione del rotore sposta il
fluido attraverso la camera di
misura mantenendo separato
ingresso e uscita del misuratore.
• Un pick up rileva la rotazione
del rotore, ogni rotazione
equivale ad un volume di fluido
defluito.
FMC Measurement Solution
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26 Maggio 2015
Misuratore meccanico: a ingranaggi per liquidi
Sampi
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Misuratore a turbina per liquidi
1 Girante
2 Perno
3 Bussola
4 Raddrizzatore di flusso
5 Cono di ingresso
6 Anello di tenuta
7 Pick up
8 Flangia
9 Corpo
Qv = vm . A = 2π . n . rm . cotg . A
QV = Portata volumetricavm = Velocità media di deflussoA = Sezione del tubon = Numero dei giri della girante
rm = Raggio della girante = Passo delle palette
KEM Kueppers
Slide 21 Silvio Appoloni
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Misuratore meccanico: lavorazione girante di turbina
Slide 22 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Misuratore meccanico: turbina per gas
Slide 23 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Misuratore meccanico: turbina per gas
Slide 24 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Misuratore meccanico: a ingranaggi per liquidi viscosi
Slide 25 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Products Solutions Services
La pressione differenziale
Gli organi deprimogeni
Slide 26 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
La misura a pressione differenziale
• Elementi primari a restrizione, Standard ISO 5167
(nessuna taratura richiesta)• Orifices (orifizi calibrati)
• Nozzles (boccagli)
• Venturi tubes (tubi Venturi)
• Specifici del costruttore
(taratura a campione)• Averaging Pitot tube (tubi Pitot)
Slide 27 Silvio Appoloni
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La misura a pressione differenziale – Orifice plate
• ISO 5167: Orifice plate with corner, flange and D and D/2- tapping
D d
p+p-
p+p-
Dp = p+ - p-
qm(v) = K(b) 2 Dp r(-1)
dDb =
Corner Tapping
Opening ratioof the orifice:
Annular ChamberTapping
Slide 28 Silvio Appoloni
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La misura a pressione differenziale – Venturi
• ISO 5167: Venturi tube and Venturi nozzle
D
d
P+
P-
Venturi tube withconical inlet
Venturi nozzle withradiused inlet
Opening ratioof the Venturi:
dDb =
Dp = p+ - p-
qm(v) = K(b) 2 Dp r(-1)
Slide 29 Silvio Appoloni
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La misura a pressione differenziale – tubo di Pitot
p+p-
qm(v) = K 2 Dp r(-1)
Costante, dipendedal costruttore
Slide 30 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Quale strumento si deve utilizzare
La selezione
Il dimensionamento
La taratura in fabbrica
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Applicator – Selector: guida alla selezione dello strumento
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Applicator – Sizing Flow: calcola l’accuratezza di misura
https://wapps.endress.com/applicator/callapplicator.xml;jsessionid=049845F9E0F508D594A0F935F4E8D298
Slide 33 Silvio Appoloni
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La taratura: i banchi
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26 Maggio 2015
Certificato di taratura
• Presenza dei dati del cliente e
dello strumento oggetto della
taratura.
• Indicazione del banco di prova
impiegato e relativa incertezza.
• Indicazione delle tolleranze
attese dallo strumento con
relativo diagramma.
• Indicazione del valore di uscita.
• Indicazione della durata della
taratura.
Slide 35 Silvio Appoloni
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Le compensazioni di stato
Calcolo della massa (misura di Q, p, T)
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26 Maggio 2015
Misure compensate in volume o massa
• Massa
• Energia
• Volume compensato
pref T Z
m = Q · (T, p)
E = Q · (T, p) ·ED (T, p)
Qref = Q ·____
·____
·____
p Tref Zref
Q Q
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26 Maggio 2015
Applicazioni
• Vapore surriscaldato
• Delta energia (Acqua + vapore saturo)
• Aria compressa
• Gas naturale (NX 19)
• Gas in genere
• Liquidi in genere
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26 Maggio 2015
Flow computer RMS-RMC 621: le peculiarità
• Fino a 3 applicazioni
• Fino a 8 uscite
• Calcolo in tempo reale
• Grande display con cambio
colore in caso di anomalie
• Fluidi memorizzati: Argon,
Azoto, Butano, Gas naturale
AGA-8; metano, Idrogeno,
Ossigeno, Ammoniaca, Propano,
Acetilene ecc.
Slide 39 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Misuratori di portata: la nostra missione
• Applicazioni altamente affidabili
• Rapporto prezzo -prestazioni ottimale
• Risparmi di tempo e di costi per la
manutenzione programmata
• Aumento della vita media e l‘integrità
operativa
• Innovazione costante: tecnologie future
Slide 40 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Un principio per ogni applicazione
Canale aperto
v
Pressione differenziale
Dispersione termica
A ultrasuoni
Elettro magnetico
Massico Coriolis
Precessione di vortici
mm
v
v
v
v
Slide 41 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
Misuratori di portata: Le nostre soluzioni
1 2 15 50 100 300 350 1000 2400 4000 DN
liq
uid
ili
qu
idi
no
nco
nd
uci
bil
ico
nd
uci
bil
ig
as
va
po
reDeltabarVolume
Prosonic FlowVolume
ProwirlVolume
PromassMassa
t mass Massa
PromagVolume
Slide 42 Silvio Appoloni
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26 Maggio 2015
I misuratori di portata
Slide 43 Silvio Appoloni