La misura della portata volumetrica - diem.ing.unibo.it · 26 Maggio 2015 L’effetto Doppler* f = differenza di frequenza Q = portata volumetrica f ~ Q * In fisica, variazione apparente

26 Maggio 2015

Products Solutions Services

La misura della portata volumetrica

Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Bologna

DIEM - Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni

Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia

Silvio AppoloniSlide 1

26 Maggio 2015

L’effetto Doppler*

f = differenza di frequenzaQ = portata volumetrica

f ~ Q

* In fisica, variazioneapparente dellalunghezza d’onda, odella frequenza, diun’onda sonora oluminosa quando lasorgente emittente siallontana o si avvicinaall’osservatore. L’effetto,che prende il nome dalfisico austriaco Doppler,è dovuto al fatto che leonde percepitedall’osservatore sisusseguono confrequenza maggiore se lasorgente è inavvicinamento e confrequenza minore nelcaso contrario. Così, se lasorgente che emette unsuono di altezza costantesi muove versol’osservatore, questipercepisce un suono piùgrave. Il fenomeno siosserva, ad esempio,quando si ode il fischio diun treno dalla banchinadi una stazione oppureda un altro treno. (Fonte:Microsoft Encarta)

Flusso

E’ necessaria la presenza di solidi sospesi o bolle di gasIl punto di misura è incerto

Trasmettitore/Ricevitore

Slide 2 Silvio Appoloni

26 Maggio 2015

Il principio a tempo di transito

AB


t = differenza di tempo (TA-TB)Q = portata volumetrica

t ~ Q

26 Maggio 2015

Sensori di portata Clamp-On


• L‘emissione del fascio acustico

• Vantaggi

• Misura non a contatto

• Installazione semplice

• Svantaggi

• Conducibilità acustica del tubo

a

j

bw

26 Maggio 2015

Sensori Clamp-On: il posizionamento


1 Traversa> DN 600 ÷ 4000

2 TraverseDN 15 ÷ 65

DN 50 ÷ 600

4 TraverseDN 50 ÷ 60

26 Maggio 2015

Intensità del segnale e variabili influenzanti

Energia disponibilemax.

min.

Utenza

> OK

< Segnaletroppobasso

100 x amplificazioneaddizionale Attenuazione cavo

Iniezione nel tubo

Impedenza acustica

Dispersione per:

• Distanza

• Presenza solidi, gas

• “Qualità” del tubo

Impedenza acustica

Riflessione/Trasmissione

Attenuazione cavo


26 Maggio 2015

Applicazione: a bordo di navi

• Liquido: acqua di mare per

raffreddamento „trasmissioni“

• Materiale tubo: cupronickel

• Dimensioni: DN DN 50 x 1,5 mm


26 Maggio 2015

Applicazione: acqua di scarico

• Liquido: Acqua reflua 1% solidi

sospesi

• Materiale tubo: acciaio inox

• Dimensioni: DN 200 x 2 mm

• Strumento di controllo:

magnetico di altra marca


26 Maggio 2015

Sensori di portata bagnati: una condotta forzata


26 Maggio 2015

Applicazione su acqua: alimentazione turbina da diga


26 Maggio 2015

Vantaggi del principio ultrasonoro

• Misura non a contatto

• Non intrusivo

• No parti in movimento

• Economico per grandi diametri

• Ampia dinamica di misura

• Bassi costi manutenzione

• Conducibilità elettrica non

richiesta


26 Maggio 2015

Sensori di portata bagnati


• Vantaggi

• Multifascio precisione più elevata

• Misura indipendente dal liquido e dal materiale del tubo

• Svantaggi

• Sensori a contatto con il liquido

Flusso

26 Maggio 2015

Sistema di misura in linea: principio di funzionamento


Velocità di deflusso ≈

Differenza di tempo tra la misura del tempo dipercorrenza tra il sensore di monte e di valle.

“Griglia” sensori

Posizionamento ottimale eripetibile dei sensori.

Modesta sensibilità al profiloidraulico del liquido.

26 Maggio 2015

Misuratore in linea Prosonic Flow 92F


• Sistema a 2 fili per area sicura e pericolosa, costruzione compatta o separata

• Versione sensore (2 o 3 o 4 fasci):

• DN 25 ÷ 300

• Parti bagnate: acciaio inox ASTM A351-CF3M, secondo NACE MR0175 e MR0103

• Costruzione secondo: PED; ASME; AD2000

• Accuratezza:

• DN 25 ÷ 300 ± 0,5% v.i. (Re > 10.000)

• DN 80 ÷ 300 ± 0,3% v.i. (Re > 10.000)

• Temperatura: - 40 ÷ + 150°C (opz. + 200 °C)

• Pressione: max PN 40

26 Maggio 2015

Misuratore di portata a 2 fili: Prosonic Flow 92F

• Applicazione in acciaieria: circuito

raffreddamento forno ad arco

• Strumento installato vicino ai cavi di

potenza, alternativa di un magnetico

che era “disturbato” dai campi elettrici e

magnetici !!


Elettrodi

Coperchio

Corpoforno

Acciaio liquido

26 Maggio 2015

Prosonic Flow 92F Industria Oil & Gas


• Tank farm operations and road transport loading

• Hydrocarbons with variable viscosity/density

• Custody transfer controlled by weigh-bridge

• Road-tankers filled to maximum, safe volume before weighing

• Replaces manual tank-dip or other flow technology e.g. Turbine

26 Maggio 2015

Prosonic Flow 92F – Industria alimentare

• Olio alimentare

• Tubazione DN 50

• Strumento DN 50

• Temperatura 40 ÷ 50 °C

• Portata 7 ÷ 9; 15 m3/h f.s.


26 Maggio 2015

Prosonic Flow 92F – Industria chimica

• Peci di poliolefine

• Tubazione DN 50

• Strumento DN 25

• Costruzione Ex d

• Temperatura fino a 110 °C

• Tracciatura con cavo elettrico


Riduzione

Tracciatura

Tracciatura

26 Maggio 2015

Prosonic Flow 92F Industria Petrolchimica


• Lubricating oils in retail container filling

• Blended lubricating oil viscosity varies 200-500 cSt

• Pressure loss unwanted as oils pumped 200 meters from storage

• Volume of 20 liters each oil used to flush filler storage tank

• Flushing flow lasts around 10 seconds until filling machine starts

26 Maggio 2015

Misura bagnata e calibrata Prosonic Flow 93C


• Diametro DN 300 ÷ 2000

• Classe protezione: IP68/NEMA6P

• Materiale: St37 rivestimento epossidico

• Accuratezza: 0,5% v.i. 0,035% v.f.s.

• Tipologia sensori: doppio fascio

26 Maggio 2015

Esempi di applicazione con liquidi non conducibili


• Acetone

• Acido acetico

• Alcool etilico; metilico

• Acqua ultrapura/deionizzata; condensato di vapore

• Benzene; kerosene; petrolio

• Cloroformio

• Flocculanti

• Olio diatermico

• Oli minerali e vegetali

• Solfato d’alluminio

• Vaselina

26 Maggio 2015

Misura temporanea, misuratore portatile


26 Maggio 2015

Misura temporanea, misuratore portatile

• Collegabile a tutti i sensori Clamp-on (portata,

velocità suono, spessore tubo)

• Autonomia delle batterie 8 (std.) … 11 (opz.)

ore (ricarica rapida)

• Selezione automatica della frequenza di

misura in funzione del tipo di liquido e di

materiale del tubo

• Ingresso supplementare in corrente per

confronto misure

• Data Logger veloce e intuitivo, nessun

software proprietario

• Salvataggio dati su supporto esterno: capacità

fino a 61 giorni continuativi 1

campione/secondo


No. 01

Nome Log :

Start :11-15 11:28

Stop :11-15 11:30

Interval :00:00:10

(+Total) L

11-15 11:28:00 10944

11-15 11:28:10 11130

11-15 11:28:20 11314

11-15 11:28:30 11501

11-15 11:28:40 11687

11-15 11:28:50 11872

11-15 11:29:00 12056

11-15 11:29:10 12242

11-15 11:29:20 12428

11-15 11:29:30 12614

11-15 11:29:40 12800

11-15 11:29:50 12988

(+Total) L

95001000010500110001150012000125001300013500

11-1

511

:28:

00

11-1

511

:28:

20

11-1

511

:28:

40

11-1

511

:29:

00

11-1

511

:29:

20

11-1

511

:29:

40

(+Total) L

26 Maggio 2015

Products Solutions Services

Proline Prosonic Flow B 200

Misuratore a ultrasuoni per gas (biogas)


26 Maggio 2015

Principio di funzionamento


• Misuratore a tempo di transito in linea

• E’ nota la distanza tra i sensori (path length) si calcola così la

velocità del suono in modo molto accurato

• Velocità del suono in un gas è funzione della temperatura del gas (Pt

1000), “risente poco” della pressione

• Tipicamente il biogas è saturo di umidità, la misura della

temperatura serve anche per calcolare il contenuto d’acqua nel gas

• La velocità del suono nel gas è funzione della sua composizione = si

può misurare il contenuto della frazione metano del biogas

• Altre misure disponibili: temperatura, portata normalizza; portata

volumetrica metano, potere calorifico, indice Wobbe

26 Maggio 2015

Biogas: 60% CH4 40% CO2 @ 40 °C

Temperatura Metano Anidridecarbonica

Velocità suono

°C CH4 CO2 m/s

40 0.0% 100.0% 274.7

40 10.0% 90.0% 284.1

40 20.0% 80.0% 294.5

40 30.0% 70.0% 306.0

40 40.0% 60.0% 319.0

40 50.0% 50.0% 333.8

40 60.0% 40.0% 350.8

40 70.0% 30.0% 370.7

40 80.0% 20.0% 394.2

40 90.0% 10.0% 422.8

40 100.0% 0.0% 458.5

Velocità del suono nelbiogas (60% CH4 40% CO2)a 40 °C è 350,8 m/s

CO2

CH4


26 Maggio 2015

Field trial – Agrikracht NV BE


• Misura di metano

• Analizzatore di gas Pronova SSM 6000 sviluppato espressamente per

applicazioni biogas.

• Concentrazione metano utilizzando principio all’infrarosso, campo

accuratezza 0,1% Volume.

Differenza di misura: 0,39%!!

26 Maggio 2015

Prosonic Flow B 200: USP

Proline 3 piattaforma 2 wireFacile integrazione, come per qualsia strumento looppowered; 4–20 mA HART protocol. Ridottacomplessità e integrazione standardizzata.

Tecnologia ideale per la misura del biogas umidoInsensibile alle variazioni della composizione, eall’umidità del gas.

Misura metano integrataOttimizzazione del processo, strumento in-line con lamisura del contenuto di metano nel biogas.

Tecnologia ideale per la misura del biogasAdatto per misure a bassa pressione, bassa portata,nessuna perdita di carico.

Tecnologia ideale per la misura del biogas umidoNessuna manutenzione


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La misura della portata volumetrica - diem.ing.unibo.it · 26 Maggio 2015 L’effetto Doppler* f = differenza di frequenza Q = portata volumetrica f ~ Q * In fisica, variazione apparente