La misura della portata

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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
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Services
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
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata in tubazione
… aperta, funzionamento
parzialmente pieno.
… chiusa, funzionamento
totalmente pieno.
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
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
Silvio Appoloni
La massa volumica del fluido
E’ caratteristica di ogni singolo fluido:
• per i liquidi varia in funzione della temperatura
e =
n
1 + b . ( te - tn)
• per i gas varia sia in funzione della temperatura che
della pressione
e = n .
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Pe
Pn
26 Maggio 2015
.
tn
te
.
Zn
Ze
Silvio Appoloni
Il numero di Reynolds
Laminare
Transitorio
Turbolento
Re < 100
Re = 5.000
Re = 9.000
Turbolento
Re = > 10.000
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 dalla
turbolenza stessa del fluido
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
I misuratori di portata per tubazione chiusa
Volume
Misura diretta
Massa
Misura indiretta
Misura diretta
Misura indiretta
Principio Coriolis
Misura separata (Q
e ρ)
Area variabile
Principio termico
Calcolo della massa
(misura di Q, p, T)
Turbine
Sistemi a peso
Positive displacement Pressione
differenziale
Vortex
Elettromagnetico
Ultrasuono
Sistemi a inserzione
Altri
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il principio meccanico
Positive displacement
Turbina
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
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.
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
FMC Measurement Solution
Misuratore meccanico: a ingranaggi per liquidi
Sampi
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
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
KEM Kueppers
 8 Flangia
 9 Corpo
Qv = vm . A = 2π . n . rm . cotg  . A
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
QV = Portata volumetrica
vm = Velocità media di deflusso
A = Sezione del tubo
n = Numero dei giri della girante
rm = Raggio della girante
 = Passo delle palette
Misuratore meccanico: lavorazione girante di turbina
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Misuratore meccanico: turbina per gas
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Misuratore meccanico: turbina per gas
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Misuratore meccanico: a ingranaggi per liquidi viscosi
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Products
Solutions
La pressione differenziale
Gli organi deprimogeni
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Services
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)
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura a pressione differenziale – Orifice plate
• ISO 5167: Orifice plate with corner, flange and D and D/2- tapping
Dp = p+ - pAnnular Chamberp+
Tapping
p-
qm(v) = K(b)
p+
D
d
Opening ratio
d
b= D
of the orifice:
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
p-
2 Dp r(-1)
Corner Tapping
La misura a pressione differenziale – Venturi
• ISO 5167: Venturi tube and Venturi nozzle
Dp = p+ - p-
P+
P-
qm(v) = K(b)
Venturi tube with
conical inlet
D
d
Opening ratio
of the Venturi:
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d
b= D
26 Maggio 2015
Venturi nozzle with
radiused inlet
Silvio Appoloni
2 Dp r(-1)
La misura a pressione differenziale – tubo di Pitot
p+
p-
qm(v) = K
2 Dp r(-1)
Costante, dipende
dal costruttore
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Quale strumento si deve utilizzare
La selezione
Il dimensionamento
La taratura in fabbrica
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Applicator – Selector: guida alla selezione dello strumento
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Applicator – Sizing Flow: calcola l’accuratezza di misura
https://wapps.endress.com/applicator/callapplicator.xml;jsessionid=049845F9E0F508D594A0F935F4E8D298
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La taratura: i banchi
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
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.
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Le compensazioni di stato
Calcolo della massa (misura di Q, p, T)
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Misure compensate in volume o massa
• Massa
• Energia
• Volume compensato
Q
Q
m = Q ·  (T, p)
E = Q ·  (T, p) ·ED (T, p)
Qref = Q ·
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p
____
·
pref
Tref Zref
____
____
T
·
26 Maggio 2015
Z
Silvio Appoloni
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
Silvio Appoloni
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.
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
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
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Un principio per ogni applicazione
Pressione
differenziale
Elettro
magnetico
v
v
Canale aperto
Dispersione
termica
v
Coriolis
m
m
A ultrasuoni
Precessione di
v
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Massico
26 Maggio 2015
vortici
v
Silvio Appoloni
gas vapore
Misuratori di portata: Le nostre soluzioni
Prowirl
Volume
liquidi
liquidi non
conducibili conducibili
t mass Massa
Promass
Massa
Prosonic Flow
Volume
Promag
Volume
1 2
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Deltabar
Volume
15 50 100
26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
300 350 1000
2400
4000 DN
I misuratori di portata
Slide 43
26 Maggio 2015
Silvio Appoloni