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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
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Services
L’induzione elettromagnetica
Michael FARADAY: 1791-Hampton Court, Londra
allievo di Davy, si interessò ai fenomeni di elettricità, magnetismo,
elettromagnetismo
1830/33 fenomeno dell’induzione elettromagnetica (F-Neumann-Lenz)
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il principio elettromagnetico
Una tensione si induce in un conduttore elettrico che si muove
attraverso un campo magnetico.
U
F
+
Il verso della tensione indotta
dipende dalla direzione del
movimento e dal campo magnetico.
Q

B

v

F
= Carica elettrica
U
= Tensione
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v
= Campo magnetico
= Velocità del liquido
= Forza
26 Maggio 2015
Q
La forza di Lorenz
B
FL
FL = Q x v x B
Silvio Appoloni
-
L’induzione elettromagnetica
l
U = Tensione indotta
B = Induzione magnetica
B
l = Lunghezza spira
B
v
-
+
v = velocità del fluido
0
+
U = B·l ·v
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26 Maggio 2015
U
Silvio Appoloni
L’induzione elettromagnetica
Q=VxA
U = Tensione indotta
V = Portata volumica
U ~V
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
Elettrodo
tubo vuoto
Custodia
·
Rivestimento
isolante
Elettrodo
di misura
Tubo di
misura
Bobine
Elettrodo di
riferimento
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il segnale agli elettrodi
Applicazioni standard
Applicazioni con “disturbi”
Vn = Disturbo
Vm = Segnale + Disturbo
Vm
Vm
Vn
Vn
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Promag 10/23/50/53
Promag 55S
Sistema standard
Sistema potenziato
S/N basso
S/N ottimizzato
26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il campo magnetico
B
Tint
TEPD
Trise Tidle
Tint = Tempo integrazione
TEPD = Tempo EPD
Trise = Tempo salita
Tidle = Tempo “morto”
Tperiod= 1 ciclo misura
t
Tperiodo (ms)
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
I limiti applicativi della misura elettromagnetica
• Minima conducibilità richiesta
• Limitata presenza di contenuto solido e/o bolle di gas
• Tubazione sempre piena
• Errori di misura in caso di incrostazioni
• Limiti temperatura/pressione
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
I limiti applicativi della misura elettromagnetica
Promag 10
Promag 23
Promag 50/53
Promag 55
Conducibilità
minima
(µS/cm)
50
50
5
5
20 per acqua
demineralizzata
5 per acqua
demineralizzata
Contenuto
solidi in
sospensione
(%)
ca. 2
max 5 … 6
fino a 30 … 40
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26 Maggio 2015
ca. 2
Silvio Appoloni
La misura corretta
Elettrodo di tubo vuoto
Soluzione convenzionale:
Nessuna segnalazione
Grandi errori
Elettrodi di
misura
Promag con funzione EPD:
Elettrodo di
riferimento
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Rilevamento tubo vuoto
Prevenzione degli errori
La misura corretta
Valori impostabili:
• Tempo di pulizia
• Tempo di ripristino
• Tempo di ciclo
Elettrodi di
misura
ECC inibisce
l’incrostazione
“conduttiva”
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Elettrodo di
riferimento
U
Acque potabili, reflue, di processo
•
Ingresso ed uscita degli impianti di acque reflue,
produzione fanghi, neutralizzazioni chimiche
•
Acque potabili, alimentazione della rete, stazioni
di pompaggio
•
Rivestimento interno in PoliUretano: materiale ad
elevata omogeneità e resistenza all’abrasione
(Tmax 50 °C; DN 25 ÷ 2000).
•
Da alcuni decenni, il mercato americano ed
asiatico “dell’acqua” ha standardizzato il
PoliUretano; in Europa si è consolidata la
tradizione della gomma dura.
•
Il rivestimento tradizionale è costituito da
“gomma dura” (EPDM) (Tmax 80 °C; DN 65 ÷
2400).
•
La gomma dura costituisce il più importante
rivestimento del tubo di misura della maggior
parte dei misuratori impiegati nel mondo delle
acque e fluidi non particolarmente aggressivi.
•
La tecnologia ha messo a punto una mescola di
tipo “atossico” con relativa certificazione, per la
misura di portata delle acque potabili.
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Processi industriali
• Acidi, basi, glicoli, vernici
• Il molte industrie (chimiche) ci sono liquidi
aggressivi e caldi affrontabili con misuratori
rivestiti in PFTE (Tmax 130 °C; DN 15 ÷ 600).
• Data la tecnica costruttiva del tubo di PTFE e la
struttura molecolare dello stesso sono presenti
dei micropori.
• Il PFA ha la stessa resistenza chimica del PTFE
molte industrie (prodotto della stessa famiglia
della Du Pont) (Tmax 180 °C; DN 2 ÷ 200).
• Data la sua struttura molecolare, il PFA può
essere lavorato in modo diverso rispetto al
PFTE.
• E’ possibile fonderlo per realizzare una
superficie di contatto omogeneo senza
porosità (transfer molding).
• La maglia d’acciaio su cui va a “legare” il PFA
aumenta la resistenza al vuoto.
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il “mondo igienico”
• Industria chimica
• Industria farmaceutica
• Industria alimentare
• Soluzioni saline, acide, basiche
• Rivestimento in:
• PFA: DN 2 … 150
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il “mondo igienico”
Passaggio cavi a
perfetta tenuta
Rivestimento con
“blocco” meccanico
Rivestimento PFA
“transfer molded”
Diametro interno
secondo gli standard
più diffusi
Facili connessioni
al processo
Guarnizioni igieniche
sostituibili
Custodia in acciaio inox
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
Moduli I/O fissi e flessibili (mA,
frequenza, relè ecc.
“Quick Setup“ per un facile e
rapido avviamento
Programmazione “Touch
control”
Display a 4 linee retro-illuminato
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
Caricamento serbatoi cloruro ferrico
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
Alimentazione vasca di omogeneizzazione
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
Preparazione bevande gassate o “piatte”
1. Miscelazione automatica
2. Dosaggio preciso anche in massa
3. Possibile controllo della densità
4. Miglioramento della qualità
5. Risparmio delle materie prime
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
• Misura volumetrica del lievito
nel mosto durante la
lievitazione
• Sensore elettromagnetico
Igienico Promag H
• resistente a rapide variazioni di
temperatura
• attacchi alimentari
• idoneo per CIP e SIP
• nessuna guarnizione
• numerose approvazioni igieniche
• Profibus PA, Fieldbus Foundation
FF
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
Allargare il gruppo delle variabili di processo
misurabili in tecnica 2 fili (L, P, T, P,
valvole).
4 fili consuma 10/15 W
2 fili consuma 50 mW
Benefici per l’utente: costi di installazione
e di gestione più contenuti soprattutto in aree Ex
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata ad induzione elettromagnetica
Area pericolosa
Area sicura
Promag 23 P/H: II2G EEx ia IIC T3 - T6
”sicurezza intrinseca"
Apparecchiatura elettrica associata
Uscita corrente/HART
Alimentatore/Barriera di sicurezza
1(+) Ui =
30 V
= 150 mA
>
>
U0
I0
Pi = 810 mW
>
P0
25 nF
<
Ca
–
<
La
Ii
Ci =
2(-) Li
=
Uscita frequenza/impulsi/stato
Barriera di sicurezza
3(+) Ui =
30 V
= 250 mA
Ii
Pi =
Ci =
4(-) Li
=
EEx ia IIC / IIB
>
>
U0
I0
1W
>
P0
–
<
Ca
–
<
La
EEx ia IIC / IIB
Possibilità di aprire il trasmettitore durante il funzionamento
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
La misura di portata di acido cloridrico
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il misuratore Dosimag: il magnetico per il riempimento
Stampante
Sistema di
controllo
Liquido
PLC
Dosimag
Valvole
Recipienti
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Il misuratore Dosimag: il magnetico per il riempimento
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Promag 800: lo strumento ideale per le acque
• Alimentazione a batterie (fino a 15 anni)
• Batteria di back-up
• Uscite: 2 Impulso + 1 Stato
• Ingresso: 1 Stato
• Materiale e dimensioni
• Display, funzionalità dall’esterno
• 6 Totalizzatori
• Data Logger = salvataggio dati garantito
• Data transfer via GSM (Modem quadband interno)
• MI-001 & OIML R-49
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Intelligent Smart Measuring Mode
Portata istantanea
Modo continuo
Modo“media”
Modo“lunga”
Modo“Smart”
Gestione frequenza rilevazione portata per ottimizzare la durata delle batterie!
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Promag 800: Software di configurazione
Custodia trasmettitore compatta, Data Logger, Modem
GSM/GPRS e batterie in un solo contenitore
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni
Benefici per gli utenti
• Misura diretta del volume (compensazione di massa possibile)
• Dimensioni contenute
• Nessuna parte in movimento = nessuna usura
• Nessuna perdita di carico = equivale ad un pezzo di tubazione
• Non sono necessari filtri
• Elevata accuratezza e ripetibilità di misura
• In accordo alla normative internazionali SIL 2; Atex, FM, CSA, JIS;
PED; CE; OIML; PTB; NMi;
• Disponibile anche per applicazioni igieniche (3A; FDA; EHEDG)
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26 Maggio 2015
Silvio Appoloni