La misura della portata di massa: principi e tecnologie

5 Giugno 2024
misura della portata di massa

Alcune tecniche descritte da Ital Control Meters per la misura della portata massica, applicabili a sostanze di qualsiasi natura.

 

La misura della portata di massa di una sostanza, sia essa in forma liquida, aeriforme oppure solida, è importante in un’infinità di situazioni legate ad esempio alla produzione, miscelazione, trasporto, stoccaggio, consumo, utilizzo, fino al commercio.

Può essere calcolata o misurata con diversi sistemi che verranno scelti a seconda della natura della sostanza e delle sue caratteristiche peculiari ma anche dello scopo per il quale la portata deve essere conosciuta.

La misura della portata è spesso effettuata in volume, soprattutto per liquidi noti, ma in molte altre applicazioni è necessario quantificare la portata in massa, in particolare quando la densità della sostanza varia in maniera consistente, come ad esempio nel caso dei gas che, essendo comprimibili, variano la loro densità in funzione delle variazioni di pressione oltre che di temperatura. La misura della portata di una sostanza è sempre definita come una quantità in transito riferita a un’unità di tempo; è fondamentale comprendere come la quantità sia riferibile al volume (ad esempio litri/sec oppure m³/h o qualsiasi altra combinazione di volume nell’unità di tempo) oppure alla massa (ad esempio gr/sec oppure Kg/h o anche in questo caso qualsiasi altra combinazione).

È possibile calcolare la portata in massa partendo dalla portata in volume e inserendo la densità della sostanza. Se la portata volumetrica di un flusso di acqua è di 10 l/min, con una densità pari a 1 Kg/dm³, la sua portata massica è di 10 Kg/min, questo solo se la densità rimane costante, quindi se la sua temperatura rimane quella di riferimento alla quale la densità è stata considerata. Se la temperatura cambia, allora anche la densità cambierà e di conseguenza cambierà la portata di massa calcolata. La misurazione diventa ancora più complessa quando è necessario calcolare la portata di massa di un gas partendo dal volume, in questo caso la densità del gas non cambierà solo in base alla sua temperatura ma anche alla sua pressione. Pertanto, ove possibile, in situazione di condizioni operative variabili, è opportuno utilizzare direttamente un misuratore massico.

Il misuratore di portata massico, detto anche misuratore di portata ponderale, è lo strumento che consente la corretta quantificazione del transito di una sostanza indipendentemente dalla sua densità e quindi indipendentemente dalle eventuali variazioni di pressione e temperatura. Necessario sia per il controllo accurato dei processi industriali produttivi sia per la corretta determinazione dei costi di acquisto e vendita, esiste in diverse tipologie, per la contabilizzazione della la massa transitata, sia per la misura istantanea (flussimetro massico) il cui fine è invece quello di controllare ed eventualmente regolare la portata in tempo reale.

 

Le quattro principali tecniche di misura di portata massica:

 

Misuratore di portata massico a effetto Coriolis –  I misuratori massici per eccellenza, il cui principio è basato sulla modifica della fase di oscillazione del sensore generata dalla massa in transito; hanno la peculiarità di consentire la misura della portata di qualsiasi fluido, sia liquido che gas, direttamente in massa. La tecnica basata sul controllo delle forze di Coriolis, applicate a una tubazione posta in vibrazione, consente di misurare direttamente la quantità in peso del fluido in transito. Il Coriolis è la scelta migliore quando la misura da effettuare deve essere molto accurata, come nel caso del trasferimento di fluidi commerciali, anche per scopi fiscali.

Misuratore termico di portata massica – I flussimetri termici sono basati sulla misura della capacità di dispersione termica del flusso e quindi pur utilizzabili sia con liquidi che con gas è proprio sui gas che trovano le principali applicazioni. I sensori di questo tipo di misuratori possono avere diverse configurazioni, sia a inserzione che per montaggio in linea. Sono basati sulla misura della capacità di raffreddamento di un sensore opportunamente riscaldato, da parte del fluido in transito; la capacità di raffreddamento dipende dalle proprietà termiche del fluido e dalla quantità che investe il sensore, pertanto, conoscendo la natura del fluido, sarà possibile misurarne la portata ponderale, indipendentemente da pressione e temperatura. Sono molto impiegati per la misura di ogni tipo di gas e forniscono affidabilità e prestazione per campi di misura dall’enorme dinamica, essendo in grado di misurare anche velocità di flusso prossime allo zero

Misuratore di portata massico a microonde – I misuratori di portata massica a microonde sfruttano le proprietà di assorbimento e modifica di frequenza dovute dal transito di sostanze allo stato solido; utilizzano una moderna tecnica di misura sviluppata per il controllo del moto di prodotti solidi di qualsiasi natura e granulometria, come polveri, granaglie, pellets ma anche scaglie e truciolati di ogni pezzatura. Il sensore di misura, montato a filo parete del condotto, emette un segnale a microonde all’interno della tubazione dove transita il materiale da misurare che rifletterà il segnale, modificandone l’ampiezza e la frequenza in maniera proporzionale alla portata in massa che sta transitando. Il vantaggio principale nell’utilizzo degli indicatori di portata a microonde è costituito dalla misura precisa del flusso di materiale in caduta libera o in trasporto pneumatico

Misuratore di portata multivariabile – È una gamma di prodotti ampia, che tipicamente si basa su una tecnica di misura volumetrica, come ad esempio il misuratore vortex, ma con integrati i sensori di temperatura e pressione e il calcolo automatico della massa, tecnica questa particolarmente versata alla misura del vapore sia saturo che surriscaldato. I misuratori di portata ad effetto Vortex si basano sul principio osservato da Theodore Von Karman già nel 1911, secondo cui il flusso, che incontra un ostacolo, genera a valle dell’ostacolo stesso una sequenza di vortici direttamente proporzionale alla velocità di transito. I vantaggi dei misuratori di tipo Vortex sono numerosi. Innanzitutto, la possibilità di realizzare sia strumenti per montaggio in linea che a inserzione, quindi molto adatti per tubi di grande diametro, ma anche la possibilità di integrazione multi parametrica che in un unico sensore consente non solo la misura della portata, ma anche della pressione e temperatura del fluido, e in aggiunta la possibilità di misurare l’energia termica trasportata dal fluido vettore.

 

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