Come funziona un flussometro o misuratore di portata

Un flussometro, anche detto misuratore di portata, è uno strumento che serve a misurare la portata volumetrica di un gas o un liquido attraverso una tubazione o un canale.

Il concetto di portata, ovvero la quantità di fluido che scorre attraverso una sezione nell’unità di tempo ed espressa in unità di volume (m³/h) o di massa (kg/h), è alla base del funzionamento di un flussometro.

Consideriamo un flussometro a sezione variabile, costituito da un contenitore rastremato di vetro o di plastica nel quale è posizionato un galleggiante che viene spinto verso l’alto dal fluido.

Sul galleggiante agiscono la forza di gravità, la spinta di Archimede e quella idrodinamica (se il fluido in questione è un liquido).

All’equilibrio, la risultante delle forze si annulla, e il galleggiante arresta la sua corsa: l’altezza a cui viene sollevato il galleggiante è in relazione diretta con l’area del tronco di cono del flussometro attraversata e direttamente proporzionale alla portata volumetrica oggetto della misura.

I campi di applicazione dei flussometri spaziano dalle misure delle utenze domestiche alle misurazioni e ai controlli industriali e di laboratorio.

L’utilizzo più noto, ma non per questo il più diffuso, è relativo alla misurazione del consumo idrico o del consumo di gas di un’utenza: i comuni contatori dell'acqua o del gas metano includono necessariamente un flussometro, che viene integrato da un convertitore volumetrico per trasformare i metri cubi geometrici in metri cubi standard nel caso della misura del consumo di gas metano.

In realtà, i flussometri industriali, che vedremo più in dettaglio a breve, hanno ben altre e più importanti applicazioni, tra cui:

• Misure di portata nell’industria chimica;
• Misure di flusso e portata nell’industria alimentare;
• Applicazioni nel settore della produzione di energia;
• Misure di flusso nel settore farmaceutico;
• Misure di portata nel trattamento delle acque reflue;
• Applicazioni nella rete di distribuzione dell’acqua potabile;
• Misure di flusso di biogas da discariche per impianti di cogenerazione.

In particolare:

• Nell’industria chimica, i flussometri a induzione magnetica o a ultrasuoni vengono impiegati con successo per misure di portata di acidi corrosivi, perché non necessitano di contatto con il fluido; di conseguenza, oltre a non essere esposti direttamente a tali sostanze, i misuratori non richiedono nemmeno l’arresto del processo per l’installazione o la manutenzione.
• I misuratori di portata vengono utilizzati nell'industria alimentare e delle bevande per determinare l'esatta concentrazione di amido durante la rimozione dell’acqua dalla sospensione di amido di frumento nelle centrifughe e per dosare acqua e zucchero liquido nella produzione del pane, per misurare con precisione la quantità di vapore nei processi automatizzati dei birrifici, per determinare la concentrazione di CO2 delle bevande analcoliche e per misurare il contenuto di liquido rispetto alla polpa nella produzione dei succhi di frutta.
• Nel settore farmaceutico, le misure di flusso durante la produzione di medicinali liquidi devono rispettare le stringenti normative del settore sanitario relative alla contaminazione da contatto: l’impiego di flussometri a ultrasuoni elimina qualsiasi contatto con le sostanze del processo, quindi annulla il rischio di contaminazione.

Ma come sono fatti i flussometri moderni, o misuratori di portata che dir si voglia, per offrire tali prestazioni?

Vari tipi di flussometri e misuratori di portata

Oltre al flussometro a sezione variabile che abbiamo visto inizialmente, i flussometri principali e più diffusi si possono riassumere in:

• Flussometri a turbina;
• Flussometri a induzione magnetica;
• Flussometri a ultrasuoni.

Il tipo più comune è rappresentato dai flussometri a turbina. In questi misuratori, il flusso di fluido passa attraverso un elemento a turbina che ruota a una velocità proporzionale alla portata ed è collegato a un indicatore su un quadrante. La versione con magnete inserito sulla turbina sfrutta il rilevamento del numero di giri in una determinata frazione di tempo del magnete - e quindi della turbina - da parte di un sensore, e nella conversione in portata dall’elettronica dedicata.

Un flussometro a induzione magnetica è utile solo in presenza di fluidi conduttivi, quindi non può essere utilizzato con i gas. Il funzionamento, infatti, si basa sulla legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica, secondo cui la differenza di potenziale generata in un conduttore immerso in un campo magnetico è in relazione diretta con la velocità di spostamento del conduttore. Quindi, questo tipo di flussometro rileva la differenza di potenziale generata da un fluido conduttivo che scorre a una determinata velocità all'interno di un tubo con una determinata sezione; tramite opportuni fattori di conversione la differenza di potenziale rilevata consente di ottenere la portata volumetrica. I flussometri a induzione magnetica hanno un ampio impiego e offrono un'elevata precisione di misura.

Il tipo più comune di flussometro a ultrasuoni si basa sulla riflessione di un’onda sonorada parte della parete opposta a quella di emissione; se le due pareti in questione sono quelle di un tubo in cui scorre un liquido, il percorso dell’onda riflessa che giunge al sensore viene modificato dal movimento del liquido. Il tempo trascorso dall’emissione dell’onda fino al rilevamento dell’onda riflessa consente di ricavare la velocità del liquido all’interno del tubo, quindi di risalire alla portata in volume, noto il diametro del tubo.

Vediamo come si effettua la lettura di un flussometro industriale, ad esempio un flussometro digitale a ultrasuoni portatile, per la misura della portata di un liquido che scorre in un tubo.

Il flussometro è dotato di due sensori, che sono al contempo ricevitori e trasmettitori di segnali a ultrasuoni, collegati al dispositivo mediante due cavetti di colore diverso per indicare la direzione del flusso all’interno del tubo.

Prima di essere fissati al tubo mediante cinghie con velcro, i due sensori vengono ricoperti di gel per elettrodi per agevolare la conduzione del segnale elettrico. I sensori vengono inseriti sulla parte laterale del tubo, affinché eventuali bolle non influiscano sulla lettura.

Per effettuare la misurazione e la relativa lettura, nel sistema del flussometro digitale dobbiamo impostare alcuni parametri:

• La circonferenza del tubo (in mm);
• Il diametro esterno (in mm);
• Lo spessore del tubo (in mm);
• Il materiale (ad esempio, rame o PVC);
• Il tipo di liquido (ad esempio acqua);
• Il metodo di misurazione (ad esempio, a riflessione singola o doppia);
• La distanza tra i sensori fissati sul tubo (in mm).

Una volta verificato che tutti i parametri sono stati impostati e i sensori collegati correttamente, all’avvio della misura il flussometro visualizza la portata in m³/h e la velocità in m/s.

Un valore tipico per un tubo di 54 mm di diametro con una velocità del liquido di circa 2 m/s è di 8-9 m³/h, valore che può essere confrontato con quello indicato sull’eventuale misuratore di portata fisso inserito nel sistema di tubazioni.

I flussometri per le misurazioni della portata volumetrica o di massa sono dispositivi di misura indispensabili in tutti i settori dell’industria moderna.

Scopri tutti i modelli di flussometri e di misuratori di portata disponibili in commercio nella categoria dei sensori e degli indicatori di flusso di RS.