Il flussimetro rappresenta un componente fondamentale nella gestione e nel controllo dei fluidi negli impianti industriali. Questo strumento, utilizzato per misurare con precisione il flusso di liquidi e gas, è utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni, dall’industria chimica a quella alimentare, fino agli impianti di trattamento delle acque reflue. La capacità di monitorare e regolare il flusso dei fluidi è infatti essenziale per garantire l’efficienza operativa, la sicurezza dei processi produttivi e la qualità dei prodotti finali.

Negli impianti industriali moderni, dove l’accuratezza e l’affidabilità delle misurazioni sono cruciali, i flussimetri offrono un contributo significativo. Grazie all’utilizzo di tecnologie avanzate, che vedremo, questi dispositivi sono in grado di fornire dati precisi e in tempo reale, permettendo ai progettisti, agli ingegneri e ai tecnici di prendere decisioni informate e tempestive. Il loro utilizzo può infatti prevenire problemi come sovraccarichi, inefficienze o malfunzionamenti che potrebbero compromettere la produzione o mettere a rischio la sicurezza del personale.

In questo articolo scopriremo cosa sono e a cosa servono i flussimetri, evidenziando le loro caratteristiche tecniche e le principali tipologie e applicazioni. 

Cos’è e come è fatto il flussimetro

Un flussimetro o misuratore di portata, in inglese flow meter, è un dispositivo progettato per misurare la quantità di fluido che attraversa una sezione di un sistema di piping in un determinato periodo di tempo. Conosciuto anche con il termine flussometro, questo dispositivo può misurare sia liquidi che gas e viene utilizzato in una vasta gamma di applicazioni industriali per monitorare e controllare i processi di produzione.

Dal punto di vista tecnico, un flussimetro è costituito da diversi componenti chiave che lavorano insieme per garantire misurazioni precise. Tra questi componenti troviamo il corpo principale del misuratore di portata, che è il contenitore attraverso il quale il fluido scorre, e i sensori di flusso, che rilevano il flusso del fluido e trasmettono i dati a un sistema di monitoraggio. 

Come vedremo, i sensori di flusso possono essere di vario tipo, a seconda della tecnologia utilizzata dal flow meter: magnetici, a ultrasuoni o meccanici, per citarne alcuni.

Come funziona il misuratore di portata

Il flow meter basa il suo funzionamento sul concetto di portata, un parametro che indica la quantità di fluido che scorre in una determinata sessione in un periodo di tempo, espresso sia in termini di volume, come metri cubi all’ora (m³/h), sia in termini di massa, come chilogrammi all’ora (kg/h). Questo parametro, al pari del coefficiente di flusso delle valvole (flow cv), svolge un ruolo cruciale nella scelta delle tubazioni più adatte all’impianto industriale in cui vengono installate. 

Mentre la portata indica il flusso effettivo del fluido, il flow cv aiuta a selezionare la valvola appropriata per garantire un flusso ottimale, influenzando direttamente la dimensione e l’efficienza dell’intero sistema di piping.

Per esempio, un flussometro magnetico funziona grazie alla legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Questo misuratore di portata è dotato di bobine che generano un campo magnetico attraverso il quale scorre il fluido: quando passa attraverso il campo magnetico, induce una tensione che è proporzionale alla velocità del flusso. Questa tensione viene quindi misurata e convertita in un parametro che è possibile leggere.

I flow meter sono progettati in modo da essere resistenti alle condizioni operative degli impianti industriali in cui vengono installati, come ad esempio: elevate pressioni, temperature variabili e ambienti corrosivi. Per garantire la precisione delle misurazioni, è fondamentale scegliere il tipo di flussometro più adatto alle caratteristiche specifiche del fluido e alle condizioni operative del proprio impianto industriale.

Per scegliere il componente più adatto alle proprie esigenze è utile usare un software di progettazione industriale dotato di un catalogo completo e aggiornato. Tra le migliori soluzioni c’è il 3D Piping Software di ESAin, il programma che prevede centinaia di funzione parametriche, con cui è possibile generare i modelli tridimensionali dei principali componenti di piping, conformi agli standard più diffusi a livello internazionale.

Scopriamo insieme le principali tipologie di misuratori di portata utilizzate negli impianti industriali (o industrial flow meter).

Principali tipologie di flussimetri

Esistono diverse tipologie di flow meters, ognuna con caratteristiche specifiche che le rendono adatte a particolari applicazioni industriali. Una distinzione fondamentale può essere fatta tra misuratori dinamici e misuratori statici. I primi, rilevano il flusso in movimento utilizzando componenti mobili che interagiscono con il fluido per misurarne la portata. I misuratori statici, invece, calcolano il flusso senza la necessità di parti mobili, basandosi invece su principi fisici come il magnetismo o gli ultrasuoni.

È possibile inoltre fare un’ulteriore distinzione all’interno del misuratori diretti di portata, in cui è possibile trovare quelli volumetrici, strumenti essenziali per misurare direttamente il volume di un fluido che attraversa un sistema in un determinato intervallo di tempo. Spesso usati come totalizzatori di portata dei liquidi e impiegati in ambito civile, possono garantire un’elevata precisione, inferiore allo 0,1%. 

Tra questi, troviamo quelli a turbina dove il flusso viene incanalato attraverso una turbina idraulica che ruota in modo proporzionale alla portata del fluido, la cui misurazione può essere effettuata con un cinematismo o attraverso magneti. Un esempio specifico di misuratori volumetrici sono i misuratori a disco nutante, dotati di un disco che effettua un movimento di nutazione attorno a una sfera centrale, creando una camera di volume definito. La misurazione risulta semplice e precisa poiché la sfera centrale ruota in maniera circolare, facilitando il conteggio del volume di fluido che passa attraverso il sistema.

Ecco una panoramica delle principali tipologie di flussometri industriali:

• Elettromagnetici (Magnetic flow meter). Si basano sulla legge di Faraday sull’induzione magnetica e sono ideali per la misurazione di liquidi conduttivi: utilizzano campi magnetici per generare una tensione proporzionale alla velocità del fluido. Richiedono fluidi con alta conduttività e sono adatti anche per la misurazione di liquidi sporchi, abrasivi o con solidi in sospensione.

• Multifase (Multiphase flow meter). Combinano misurazioni di impedenza elettrica e raggi gamma per determinare le singole fasi del fluido. Utilizzati per il monitoraggio della testa di pozzo, test su più pozzi e misure fiscali.

• A effetto Coriolis (Coriolis flow meters). Considerati tra i più precisi, sfruttano la Forza di Coriolis per calcolare la massa del fluido che passa attraverso tubi vibranti. Quando il liquido percorre il tubo vibrante, accelera spostandosi verso il punto di vibrazione con ampiezza massima. Viceversa, decelerando si allontana dall’ampiezza massima, mentre esce dal tubo. Questo fenomeno determina una rotazione del tubo di portata durante ogni ciclo di vibrazione. Questi dispositivi sono ideali per le applicazioni che richiedono alta precisione, come le misure fiscali.
  

• A ultrasuoni (Ultrasonic flow meter). Sfruttano la capacità di propagazione del suono nei fluidi, determinato dalla massa volumica, dalla temperatura e dalla pressione. Misurano il tempo di ritorno delle onde sonore emesse verso il centro del tubo per calcolare la velocità. Sono un esempio i misuratori di portata a effetto Doppler, che misurano la velocità e la portata del fluido riflettendo un segnale ultrasonico e registrando lo spostamento di frequenza. Garantiscono una precisione del +/- 2%.

• Tubo Venturi (Venturi tube flow meter). È un dispositivo utilizzato per misurare la portata usando una sezione restringente del tubo, creando una variazione di pressione che può essere correlata alla velocità del fluido. Questo tipo di flussimetro è particolarmente utile per i fluidi liquidi o gassosi, con particelle in sospensione o puliti, e offre il vantaggio di avere una costruzione semplice e robusta, che richiede poca manutenzione. La misurazione avviene mediante il principio di Bernoulli: quando il fluido attraversa il restringimento del tubo, la sua velocità aumenta e la pressione diminuisce. Questa differenza di pressione tra la sezione più larga e quella più stretta permette di calcolare la portata del fluido.

 

La scelta del flussimetro più appropriato dipende dalle esigenze specifiche del processo industriale e dalle caratteristiche del fluido in questione. È fondamentale quindi considerare diversi fattori per garantire che il dispositivo selezionato offra prestazioni ottimali e misurazioni accurate, come ad esempio, la natura del fluido (liquido o gassoso), la sua temperatura e la configurazione del sistema di piping.

 

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