Il calcolo della portata è un'operazione fondamentale in molti settori industriali come l’industria chimica, l’industria del petrolio e del gas, l’industria alimentare, il settore idrico. In molti processi industriali, la conoscenza precisa della portata volumetrica dei fluidi è cruciale per garantire un funzionamento efficiente e sicuro dei sistemi. Monitorare la portata volumetrica consente inoltre di ottimizzare la produzione, controllare la qualità dei prodotti, prevenire perdite o sovrapressioni e garantire una distribuzione adeguata dei fluidi.
Cos'è la Portata?
Cos’è la portata? La portata si definisce come la quantità di fluido che attraversa una determinata sezione di un condotto in un dato intervallo di tempo.
Misurazione della Portata: Un Breve Excursus Storico
La misurazione della portata ha origini antiche ed è strettamente legata alla gestione delle risorse idriche nelle prime civiltà, come quelle mesopotamiche ed egizie. Inizialmente, il controllo del flusso d’acqua avveniva con metodi empirici, basati sull’osservazione del livello nei canali e sull’uso di sezioni calibrate nelle opere idrauliche. Nel Rinascimento, Leonardo da Vinci studiò il moto dei fluidi, osservando fenomeni come i vortici e il deflusso dell’acqua, ma senza sviluppare un metodo sistematico per misurare la portata. Un passo avanti significativo si ebbe nel Seicento grazie a Benedetto Castelli, allievo di Galileo Galilei, che nel suo trattato Della misura dell’acque correnti (1628) introdusse un approccio più rigoroso. Castelli comprese che la portata di un fluido non dipende solo dalla sezione del condotto, ma anche dalla velocità del flusso, formalizzando il concetto di portata come il prodotto tra area della sezione e velocità dell’acqua. Nei secoli successivi, studiosi come Evangelista Torricelli e Daniel Bernoulli approfondirono la dinamica dei fluidi, sviluppando modelli matematici fondamentali. Nel XIX secolo, furono introdotti strumenti come il tubo di Venturi e il metodo Darcy-Weisbach per calcolare le perdite di carico. Con il progresso tecnologico del XX secolo, la misurazione della portata divenne sempre più precisa grazie a misuratori elettromagnetici e ultrasonori, applicabili non solo all’acqua ma anche ad altri fluidi, come gas e oli industriali.
Calcolo della Portata: Metodologie e Strumenti
Per il calcolo della portata di un tubo è necessario conoscere la velocità del fluido e la sezione attraverso cui fluisce.
- Portata Istantanea: La portata istantanea rappresenta il flusso di un fluido in un preciso istante di tempo. La sua misurazione è utile per analizzare variazioni rapide o fluttuazioni nel sistema.
- Contatori: Se in un impianto è necessario sapere solo la quantità di fluido trasferito in un determinato periodo (ad esempio, da un serbatoio a un altro) e non le portate istantanee, si possono utilizzare strumenti di misura chiamati “contatori”.
- Portata Volumetrica: Il volumetric flow rate rappresenta il volume di fluido che attraversa una determinata sezione di un condotto in un intervallo di tempo.
La portata volumetrica (Qv) è calcolata come:
Qv = V / t
dove V è il volume di fluido e t il tempo in cui attraversa la sezione. Se il fluido si muove a velocità costante (v), possiamo semplificare ulteriormente, poiché lo spostamento del fluido (d) può essere espresso come il prodotto della velocità (v) e del tempo (t).
Calcolo della Portata in Funzione della Pressione
La pressione del fluido è la forza che esso esercita sulle pareti del tubo e sui componenti dell’impianto e viene comunemente misurata in bar o kPa. Il calcolo della portata in funzione della pressione consiste nel determinare la quantità di fluido che scorre in una condotta in base alla differenza di pressione tra l’ingresso e l’uscita.
Strumenti per la Misurazione della Portata
Gli strumenti industriali di misura della portata proposti da ISOIL Industria sono essenziali per eseguire misurazioni accurate della portata. Esistono diversi tipi di misuratori di portata, tra cui:
- Misuratori a Turbina: possono operare anche a temperature e pressioni molto elevate e sono indicati in processi a portata elevata; la gamma di Misuratori di Portata a Turbina proposti da Selemark è adatta alla maggior parte delle applicazioni di misura sia per liquidi che per gas.
- Misuratori di Portata a Vortice: sfruttano i vortici che si creano in prossimità di un ostacolo e che vengono poi trascinati via dal passaggio del flusso; il numero dei vortici è quindi proporzionale alla velocità del flusso. Questi strumenti sono costituiti da un corpo cilindrico con un’apertura centrale, chiamata sensore di vortice, che rileva la frequenza dei vortici generati. I misuratori di portata a vortice possono essere utilizzati per una vasta gamma di fluidi, tra cui liquidi e gas. Se il processo prevede fluidi in molteplici fasi, la soluzione ideale è il Rilevatore di vortici brevettato “Direct Sense” che permette di utilizzare un unico sensore per liquidi, gas o vapore.
- Misuratori ad Ultrasuoni: sono adatti per una vasta gamma di fluidi, inclusi liquidi e gas, e possono gestire temperature e pressioni elevate. I misuratori di Portata a Ultrasuoni Clamp-On portatili o fissi misurano con velocità del fluido da 0,01 a 25 m /s con una ripetibilità dello 0,15%.
- Misuratori di Portata Elettromagnetici: si tratta di strumenti adatti a misurare la portata di liquidi con conducibilità elettrica (inclusi i liquidi abrasivi) e di liquidi con elevato contenuto di particelle in sospensione. Strumenti di questo tipo sono molto resistenti e non hanno bisogno di interventi di manutenzione, per questo sono particolarmente adatti in situazioni di funzionamento gravose. All’interno del misuratore di portata è presente un tubo conduttivo attraverso il quale il fluido scorre. Lungo la parete interna del tubo sono posizionati due elettrodi, che creano un campo magnetico uniforme attraverso il fluido. Quando il fluido si muove attraverso il campo magnetico, viene generata una tensione indotta proporzionale alla velocità del flusso. Questa tensione indotta - che dipende dalla velocità del flusso e dalla conduttività del fluido - viene misurata dai sensori elettronici presenti nel misuratore.
- Misuratori di Portata in Massa: sono dispositivi utilizzati per misurare la quantità di massa di un fluido che attraversa un sistema. I misuratori di portata in massa utilizzano sensori che rilevano la forza o l’effetto generato dalla massa del fluido in movimento. Questi sensori possono essere basati su diverse tecnologie, come celle di carico o sensori termici. I misuratori di portata in massa sono adatti per una vasta gamma di fluidi, inclusi gas e liquidi.
Strumenti di Calcolo Online
Aliaxis Italia mette a tua disposizione una serie di tool di calcolo online, progettati per semplificare la progettazione e l'installazione dei nostri sistemi di tubazioni. Questo strumento di calcolo misura il diametro interno di un tubo, la portata o la velocità.
- Calcolo della Portata in Base alla Dimensione della Valvola: In base alle condizioni operative del processo questo tool permette di calcolare la portata di fluido che può scorrere all’interno della valvola utilizzata. Inserendo come input il tipo di valvola scelto, la pressione in ingresso e in uscita e le proprietà del fluido il tool mostra il grafico caratteristico. In questo modo è possibile individuare il range di portata in cui è consigliato operare a seconda del grado di apertura della valvola.
- Perdite di Carico: Questo strumento di calcolo permette di calcolare le perdite di carico totali all'interno di un sistema, ovvero perdite di carico distribuite e localizzate. Le perdite di carico distribuite si verificano quando la perdita di energia è generata dall’attrito superficiale sviluppato tra il liquido e le pareti del tubo.
- Espansione e Contrazione dei Tubi: A causa delle variazioni di temperatura in un sistema, i tubi possono espandersi e contrarsi. Per prevenire la rottura dei fissaggi, solitamente vengono usati dei compensatori oppure vengono realizzati degli anelli di espansione o dei cambi di direzione.
- Colpo d'Ariete: Il colpo d'ariete consiste in un aumento temporaneo della pressione quando il flusso si interrompe o inizia rapidamente.
- Rapporto Pressione/Temperatura: Questo tool rappresenta graficamente il rapporto tra la pressione nominale e la temperatura in base al tipo di materiale utilizzato e all’SDR.
YouPipe: Piattaforma di Calcolo Integrato
YouPipe è una piattaforma di calcolo integrato online realizzata da PICENUM PLAST SRL a Socio Unico per verifiche e dimensionamenti idraulici, statistici e calcoli per applicazioni specifiche. È un contenitore di informazioni tecniche quali tabelle, diagrammi e documenti tecnici. YouPipe si rivolge agli studi di progettazione fornendo dati di base utili al dimensionamento delle tubazioni, supporto a calcoli e verifiche da inserire nei progetti.
Il presente calcolo fornisce in output le sovrapressioni per colpo di ariete presenti in tubazioni in materiale plastico per effetto di discontinuità nel moto del fluido per effetto di manovre causate dall'apertura / chiusura di valvole. Il calcolo restituisce la tipologia di grondaia ed il n.
TAG: #Idraulici