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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
Slide 3 Silvio Appoloni
t = differenza di tempo (TA-TB)Q = portata volumetrica
t ~ Q
26 Maggio 2015
Sensori di portata Clamp-On
Silvio AppoloniSlide 4
• 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
Silvio AppoloniSlide 5
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
Slide 6 Silvio Appoloni
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
Silvio AppoloniSlide 7
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
Silvio AppoloniSlide 8
26 Maggio 2015
Sensori di portata bagnati: una condotta forzata
Silvio AppoloniSlide 9
26 Maggio 2015
Applicazione su acqua: alimentazione turbina da diga
Slide 10 Silvio Appoloni
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
Silvio AppoloniSlide 11
26 Maggio 2015
Sensori di portata bagnati
Silvio AppoloniSlide 12
• 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
Silvio AppoloniSlide 13
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
Silvio AppoloniSlide 14
• 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 !!
Silvio AppoloniSlide 15
Elettrodi
Coperchio
Corpoforno
Acciaio liquido
26 Maggio 2015
Prosonic Flow 92F Industria Oil & Gas
Silvio AppoloniSlide 16
• 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.
Silvio AppoloniSlide 17
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
Silvio AppoloniSlide 18
Riduzione
Tracciatura
Tracciatura
26 Maggio 2015
Prosonic Flow 92F Industria Petrolchimica
Silvio AppoloniSlide 19
• 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
Silvio AppoloniSlide 20
• 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
Silvio AppoloniSlide 21
• 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
Silvio AppoloniSlide 22
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
Silvio AppoloniSlide 23
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)
Silvio AppoloniSlide 24
26 Maggio 2015
Principio di funzionamento
Silvio AppoloniSlide 25
• 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
Slide 26 Silvio Appoloni
26 Maggio 2015
Field trial – Agrikracht NV BE
Silvio AppoloniSlide 27
• 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
Slide 28 Silvio Appoloni
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