Principi fondamentali della misurazione del flusso

STS Sensors: Il flusso di un gas o di un liquido viene misurato per diverse ragioni, incluse sicuramente anche le considerazioni commerciali come ad esempio la parte di un contratto o nei processi produttivi. Il flusso o portata (volume/tempo) può essere rilevato, tra gli altri metodi, tramite la pressione.

La portata può essere misurata in vari modi. Oltre ai sensori di flusso ad ultrasuoni e ai sensori di flusso magnetico-induttivi, esistono anche sensori che funzionano in base al processo di pressione differenziale, tra cui rientrano il diaframma con orifizio calibrato, il tubo Venturi e il tubo di Pilot-Prandtl. Per valutare i valori misurati, con tutti i sensori che funzionano secondo il processo di pressione differenziale si utilizza l’equazione di Bernoulli:

Q = V/t = VmA

Q = portata
Vm = velocità media
t = tempo
A = area
V = volume

Prendiamo come esempio la misurazione della portata volumetrica tramite diaframma calibrato. Attaccando il diaframma al tubo, quest’ultimo si restringe in un punto:

In caso di flusso regolare, deve verificarsi la stessa pressione prima e dopo l’orifizio:

p1 + ½ ρv12=p2+ ½ ρv22

p = pressione
ρ = densità
v = velocità

Questo assunto si basa sull’equazione di continuità che afferma che tutto ciò che scorre in un tubo alla fine fuoriesce:

v1A1 = v2A2

v = velocità
A = area

In condizioni reali, però, si genera un attrito che causa una caduta di pressione:

p + ½ ρv2 + wR = costante

P= pressione
ρ = densità
v = velocità
wR = forza di attrito per volume

La caduta di pressione è importante per determinare la portata volumetrica. Tuttavia, l’effetto di attrito dipende da molti fattori. Per questo motivo si utilizza una formula empirica basata a sua volta su valori empirici. La pressione volumetrica deriva, infine, dalla radice della pressione differenziale:

Q = 4000 αεd2√∆p/ρ

Q = portata volumetrica
α = coefficiente di flusso empirico
ε = fattore di espansione
d = diametro interno dell‘orifizio
∆p = pressione differenziale
ρ = densità

Per rendere questa formula un po’ più semplice per gli utenti, tutti i valori costanti dello strumento di misura e del fluido di misura vengono riassunti come costante “c”. Da ciò deriva, ad esempio per un fluido, la seguente equazione:

Q = c √∆p