Massa termica vs misuratore di portata a vortice per l’aria compressa: quale scegliere?

La misurazione del flusso dell’aria compressa aiuta gli impianti a monitorare i consumi, confrontare le diverse aree produttive, verificare i progetti di risparmio energetico e individuare anomalie nella domanda. Nel confrontare un misuratore di portata a massa termica con uno a vortice per l’aria compressa, gli ingegneri dovrebbero prendere in considerazione la portata minima, il diametro della tubazione, la qualità dell’aria, la pressione, la temperatura, lo spazio disponibile per l’installazione, le unità di uscita e le esigenze di manutenzione.

Entrambe le tecnologie sono in grado di misurare la portata dell’aria compressa, ma si basano su principi distinti. I misuratori di massa termici sono spesso scelti per la misura diretta della portata massica e per la rilevazione delle basse portate. I misuratori a vortice sono comunemente presi in considerazione per la misura stabile in linea, quando la portata si mantiene all’interno del campo di velocità specificato. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti raccomanda di prendere in considerazione il tipo di misuratore, le condizioni operative, l’installazione, la perdita di carico, la precisione, la ripetibilità e il rapporto di regolazione.

Funzionamento dei misuratori di portata a massa termica e a vortici

Un misuratore di portata a massa termica misura la quantità di calore che un gas in movimento sottrae a un sensore riscaldato. All’aumentare della portata massica dell’aria compressa, l’effetto di raffreddamento varia e il trasmettitore converte tale relazione in un valore di portata massica. I misuratori di energia termica sono disponibili nelle versioni a montaggio in linea e ad inserzione. Le sonde di inserimento possono risultare utili nei collettori di maggiori dimensioni, poiché provocano una limitata ostruzione.

Un misuratore di portata a vortice utilizza un corpo ostacolante, spesso denominato barra generatrice di vortici, installato nel condotto di flusso. Man mano che l’aria compressa lo attraversa, si formano a valle vortici alternati. La loro frequenza è proporzionale alla velocità di flusso, consentendo al misuratore di calcolare la portata volumetrica. La corretta dimensione è importante perché la stabilità della misurazione dipende da una formazione dei vortici costante.

Confronto tra misuratori di portata a massa termica e a vortice

Questo confronto costituisce soltanto un punto di partenza. La portata, il diametro nominale della linea, la classe di pressione, i limiti di temperatura, la precisione e le prescrizioni di installazione devono essere verificati rispetto al modello selezionato.

Quando scegliere un misuratore di portata a massa termica

Un misuratore di portata a massa termica è spesso la soluzione più indicata quando l’obiettivo principale è monitorare consumi ridotti di aria compressa e variazioni della domanda. Una migliore sensibilità ai bassi flussi può contribuire a individuare i consumi di base e l’uso imprevisto dell’aria fuori dal turno di lavoro.

Le applicazioni tipiche includono la sottorilevazione nei reparti di produzione, la ripartizione dei costi tra i vari dipartimenti, gli studi di efficienza energetica, le misure di inserzione su condotte di grandi dimensioni e il monitoraggio post‑manutenzione. Le informazioni sul flussometro di massa termico di JUJEA indicano l’aria compressa come applicazione e ne sottolineano la sensibilità ai bassi flussi e la configurazione a sonda.

La qualità dell’aria continua a rivestire grande importanza. L’aerosol di olio, l’umidità, la polvere e i depositi presenti sulla superficie sensibile possono alterare il trasferimento di calore e influenzare le misurazioni. Il misuratore deve essere installato in un luogo in cui il trattamento dell’aria e il controllo della condensa siano adeguati. La composizione del gas deve inoltre corrispondere alla calibrazione impostata, poiché le caratteristiche termiche influenzano la relazione di misura.

La misura della massa termica può pertanto costituire un punto di partenza adeguato per gli impianti che necessitano di:

• monitorare il consumo di aria compressa per reparto o per linea di produzione;

• identificare i consumi durante i periodi di fermata;

• confrontare la domanda prima e dopo interventi di efficientamento;

• misurare portate più ridotte sulle linee secondarie;

• Installare sonde ad inserzione sui tubi di distribuzione di maggior diametro;

• Visualizzare il flusso di massa o i dati di consumo normalizzati.

La scelta finale deve comunque basarsi sul campo di misura dello strumento selezionato e sulle condizioni reali dell’aria compressa.

Quando scegliere un misuratore di portata a vortici

Un misuratore di portata a vortici può rappresentare la soluzione più indicata quando il flusso di aria compressa è relativamente stabile e si mantiene al di sopra della velocità minima di misura dello strumento. È comunemente impiegato per il monitoraggio permanente in linea su collettori di servizio o su linee di aria di processo, con un campo di funzionamento prevedibile.

La tecnologia a vortice può inoltre essere adatta agli impianti che utilizzano strumenti analoghi per l’aria compressa, altri gas, l’acqua o il vapore. Poiché i misuratori a vortice misurano principalmente la portata volumetrica, la segnalazione della portata in volume standardizzato o in massa può richiedere una compensazione di pressione e temperatura, a seconda dello strumento selezionato e dell’uscita richiesta.

Le condizioni di installazione sono fondamentali. Gomiti, valvole, riduttori e altre perturbazioni a monte possono generare vortici o profili di velocità irregolari. I misuratori a vortice richiedono pertanto tratti di tubazione rettilinea adeguati e un’installazione conforme alle raccomandazioni del fabbricante.

La misura a vortice può risultare idonea quando un progetto prevede:

• una misura permanente in linea;

• un flusso stabile sulla condotta principale dell’aria compressa;

• condizioni di portata moderata o costantemente elevata velocità del flusso;

• tecnologia di misura in grado di servire anche altri fluidi industriali;

• misura della portata volumetrica con idonea compensazione;

• integrazione in un sistema di controllo di processo esistente.

Non si dovrebbe scegliere un misuratore a vortice soltanto perché il diametro nominale della tubazione coincide. La portata minima è particolarmente importante perché una velocità insufficiente può impedire la formazione di un vortice stabile.

Qualità dell’aria, perdita di pressione e manutenzione

I sistemi ad aria compressa possono contenere olio, goccioline d’acqua, ruggine o particelle. I sensori termici potrebbero richiedere ispezioni o interventi di pulizia in caso di accumulo di depositi. I misuratori a vortice non utilizzano lo stesso elemento riscaldato, ma la condensa, le forti vibrazioni e un flusso instabile possono comunque influenzarne le prestazioni.

Una sonda termica ad inserzione genera di norma una limitata ostruzione. Un misuratore a vortice è dotato di una barra schiacciaflusso, pertanto la perdita di carico dipende dalla configurazione del corpo del misuratore, dal diametro della tubazione e dal regime di flusso operativo. La pianificazione della manutenzione dovrebbe inoltre prendere in considerazione l’accessibilità, le esigenze di fermata, la taratura e le attività diagnostiche.

Nessuna delle due tecnologie è priva di esigenze manutentive in ogni applicazione. Prima dell’installazione, vanno verificati la posizione del misuratore, il trattamento dell’aria compressa, l’accessibilità e la stabilità del processo. Un misuratore installato a valle di idonei dispositivi di trattamento può sottostare a condizioni operative diverse rispetto a uno collocato in prossimità del compressore.

Come scegliere il giusto misuratore di portata per l’aria compressa

Prima di optare per una delle due tecnologie, fornire:

• Diametro della tubazione, materiale e tipo di connessione;

• Portata minima, nominale e massima;

• Pressione e temperatura di esercizio;

• Aria secca, umida, lubrificata o priva di olio;

• Condensa attesa, aerosol di olio, polvere o ruggine;

• Disponibilità di tratti rettilinei a monte e a valle;

• Prefisso per l’installazione in linea o ad inserzione;

• Uscita in volume reale, volume standardizzato o portata massica;

• Requisiti relativi al totalizzatore, agli allarmi, all’uscita analogica e alle comunicazioni;

• Necessità di monitoraggio delle basse portate o del carico di base.

Scegliere un misuratore di portata a massa termica quando sono richieste sensibilità alle basse portate, misura diretta della massa e un ampio campo di funzionamento, e la sottometratura sono priorità.

Scegli un misuratore di portata a vortici quando il flusso è stabile, è disponibile una velocità sufficiente, si preferisce una misura permanente in linea e possono essere soddisfatte le condizioni richieste relative alla lunghezza dei tratti rettilinei e alle correzioni necessarie.

JUJEA offre misuratori di portata massica termici per gas, misuratori di portata a vortici e soluzioni per la misura della portata dell’aria compressa. Comunica il diametro del tubo, il range di portata, la pressione, la temperatura, la qualità dell’aria e la posizione di installazione, e i dati di output richiesti, in modo che l’applicazione possa essere valutata nelle condizioni operative reali.

Domande frequenti

Qual è il misuratore più adatto per consumi ridotti di aria compressa?

Un misuratore di portata a tecnologia termica rappresenta generalmente la scelta migliore, poiché offre in genere una maggiore precisione ai valori minimi del campo di misura. La corretta dimensione, il trattamento dell’aria e la pulizia dei sensori continuano a essere fondamentali.

Un misuratore di portata a vortice può misurare l’aria compressa?

Sì. Un misuratore di portata a vortice correttamente dimensionato può misurare l’aria compressa quando la velocità, la pressione, la temperatura, le condizioni della tubazione e i requisiti relativi ai tratti rettilinei rimangono entro i limiti specificati.

Un misuratore a massa termica richiede una compensazione?

Esso misura direttamente la portata massica tramite il trasferimento di calore, tuttavia, la composizione del gas e le differenze tra le condizioni reali e quelle di progetto possono ancora influenzare le prestazioni.

Quale tecnologia comporta una minore perdita di carico?

Un misuratore termico a inserzione genera in genere una limitata ostruzione. Un misuratore a vortice è dotato di una barra generatrice di vortici, pertanto la perdita di carico dipende dal corpo dello strumento, dalle sue dimensioni e dal flusso di esercizio.

Quali informazioni sono necessarie per la selezione?

Fornire le dimensioni della tubazione, il campo di portata, la pressione, la temperatura e l’aria qualità, apparecchiature di trattamento, fotografie di installazione, lunghezza del tratto di tubazione rettilineo, unità necessarie e segnali di comunicazione.

Ulteriori letture e risorse per il settore

• Endress Hauser: Principio di misura della portata termica
  Spiega come la trasmissione del calore venga utilizzata per misurare la portata massica dei gas.

• Yokogawa: Principio di misura del flussometro a vortice
  Spiega la generazione dei vortici, il dimensionamento e i fluidi idonei alla misura.

• Stati Uniti Dipartimento dell’Energia: Miglioramento delle prestazioni dei sistemi di aria compressa
  Fornisce linee guida per il settore industriale sulla monitorizzazione dell’aria compressa e sulla selezione dei misuratori di portata.

Andy Liu

lo specialista di contenuti tecnici di andy Liu is JUJEA, traducendo l'integrazione di sensori complessi e i concetti di automazione industriale in informazioni pratiche per ingegneri, integratori di sistemi, professionisti degli acquisti e creatori di scelte in tutto il mondo.