In tutti i processi chimici è assolutamente fondamentale che la quantità di fluidi e di sostanze coinvolte sia misurata con precisione; i flussimetri servono a misurare la portata.
Centrale è il concetto di portata: la portata di un fluido esprime la quantità di sostanza che passa attraverso una sezione nell’unità di tempo. Perciò, essa può essere espressa in volume (ad esempio m3/h) o in massa (ad esempio kg/h). Le relazioni che esprimono la portata sono:
dove Qv è la portata volumetrica, Qm la portata massiva, A rappresenta l’area della sezione di passaggio, vm la velocità media di efflusso del fluido e ρf la densità del fluido nelle condizioni di esercizio.
Il flussometro come funziona?
Per misurare la portata si utilizza il flussimetro ad area variabile o rotametro, un dispositivo di misura ad area variabile. Ve Il flussimetro è costituito da un tubo calibrato (1) di vetro o di materiale plastico solitamente trasparente a forma di cono montato verticalmente: il fluido di cui si vuole misurare la portata lo attraversa dal basso verso l’alto.
All’interno del tubo è posizionato un galleggiante (2) che, per effetto dinamico, viene spinto verso l’alto dal fluido che passa.
Sul galleggiante del flussimetro agiscono le seguenti forze:
Forza Peso:
Spinta di Archimede (trascurabile nel caso dei gas):
Spinta idrodinamica:
In condizioni di equilibrio, la risultante delle forze deve essere nulla. Il principio di funzionamento del flussimetro è il seguente: mantenendo costante la pressione differenziale tra monte e valle del galleggiante, al variare della portata varia la velocità del fluido e la spinta dinamica che agisce sul galleggiante. Se ad esempio la portata aumenta, il galleggiante tende a salire perché aumenta la velocità del fluido che passa nella sezione vuota tra galleggiante e tubo misuratore.
Schema di un Flussimetro ad area variabile (A=Spinta di Archimede, B=Spinta Idrodinamica, W=Forza Peso).
Quando il galleggiante si sposta verso l’alto, essendo lo strumento di forma conica, il fluido dispone di una maggiore area di passaggio e il galleggiante si sposta fermandosi in una nuova condizione di equilibrio. La variazione dell’area di passaggio, quindi, varia con l’altezza del galleggiante.
La posizione del galleggiante può essere indicata localmente, ma anche trasmessa a distanza con un segnale elettrico.
In termini quantitativi, all’equilibrio risulta:
da cui:
Essendo la sezione anulare del flussimetro Aw in prima approssimazione proporzionale al livello del galleggiante, anche la relazione tra portata e livello del galleggiante risulta lineare.
I flussimetri sono caratterizzati da una struttura semplice e di facile manutenzione e non necessitano di energia esterna per il loro funzionamento.
Misura precisa di portate piccole e grandi grazie ai flussimetri
Un altro vantaggio è costituito dal fatto che è possibile misurare portate piccolissime, dell’ordine di mL/min, come pure portate enormemente superiori (decine di m3/h), in relazione alle dimensioni del tubo. Inoltre, avendo una scala lineare, il flussimetro ha uguale precisione sia alle basse che alle alte portate.
Con i flussimetri ad area variabile si ottiene una precisione di 1-5% del fondo scala.
Come spiegato prima, la portata volumetrica in un rotametro è espressa in normal-litri/ora (per condizioni normali si intende una temperatura di 0°C e una pressione di 1 atmosfera) riferita alle condizioni di taratura:
Se però lo strumento viene adoperato in condizioni diverse da quelle prestabilite bisogna correggere la lettura effettuata attraverso il processo di calibratura con le seguenti formule:
con ρeff che rappresenta la densità calcolata alle effettive condizioni.
Nel caso in cui le nostre misure sono effettuate per un gas, ricordando
l’equazione ideale si ha:
Questi strumenti inducono perdite di carico relativamente basse e costanti dovute al restringimento della sezione di passaggio all’interno della struttura tronco conica.
Uno dei maggiori inconvenienti è la relativa fragilità del device per pressioni statiche elevate (maggiori di 20kPa) e per temperature che vanno oltre i 200°C.
I flussimetri, inoltre, sono incompatibili con fluidi sporchi, perché i depositi di sporcizia o sedimenti all’interno del tubo ne alterano la precisione.
I flussimetri ASV Stubbe sono realizzati in materie plastiche, con il tubo di misura in u-PVC, PA, PSU e in PVDF. Sono disponibili anche in versione magnetica ed è possibile montare su di essi dei contatti elettrici e un trasmettitore di portata per inviare a distanza le informazioni raccolte.
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