Come e in cosa si misura il consumo di gas: metodi di misurazione + panoramica di tutti i tipi di contatori del gas

Un flussimetro è un dispositivo per la misurazione della portata volumetrica o massica di una sostanza, inclusi gas naturale, gas combustibili, gas aggressivi, prodotti di separazione dell'aria. Il calcolo dei volumi di flusso nelle imprese industriali o in ambito domestico può essere eseguito anche senza ricorrere a specialisti.

Successivamente, vi spiegheremo come e in cosa si misura il gas, forniremo una descrizione degli strumenti utilizzati a questo scopo e prenderemo in esame i principali metodi di determinazione del consumo di gas.

Metodo diretto di misurazione del consumo di gas

Il volume del gas viene calcolato in metri cubi, più raramente vengono utilizzate altre unità di massa, come tonnellate o chilogrammi, di solito per gas tecnici.

Il metodo diretto – è l'unico metodo che garantisce la misurazione diretta del volume di gas in transito.

Tra i punti deboli degli strumenti che calcolano la portata volumetrica o massica della sostanza, rientrano:

1. Funzionamento limitato dei flussimetri in condizioni di gas contaminato.
2. Esiste un'alta probabilità di rottura a seguito di un parziale blocco del flusso o di un colpo d'ariete pneumatico.
3. Costo elevato dei contatori rotativi rispetto ad altri strumenti.
4. Grandi dimensioni dei dispositivi.

I numerosi vantaggi di questo metodo superano gli svantaggi elencati, motivo per cui ha ottenuto la maggiore diffusione in termini di numero di contatori installati.

Con l'aiuto di un flussimetro è possibile calcolare il volume o la massa di una sostanza nell'unità di tempo. L'installazione su un tratto inclinato della tubazione consentirà di ridurre l'errore di misurazione.

Tra questi vi è la misurazione diretta del volume del gas, l'assenza di dipendenza dalle distorsioni del profilo delle velocità di flusso, sia all'ingresso che all'uscita, che consente di ridurre lo UUG. La larghezza del range arriva fino a 1:100. A questo scopo vengono utilizzati strumenti di tipo a membrana e rotativo. Possono essere utilizzati in locali con caldaie a impulso installate.

Metodi di misurazione indiretti

Questi metodi prevedono il calcolo, ad esempio, della velocità del flusso della sostanza attraverso una data area di sezione. Per ottenere risultati estremamente precisi, è necessario uniformare la velocità di movimento del gas.

Misurazione della portata del gas per caduta di pressione

Uno dei metodi più diffusi e studiati per la misurazione del flusso di gas, basato sull'uso di un dispositivo di restringimento, presenta diversi vantaggi, tra cui la semplicità del meccanismo del convertitore di flusso, la cui azione è volta a misurare la caduta di pressione del fluido che scorre attraverso una strozzatura locale nella tubazione del gas. Per effettuare i calcoli non sono necessari banchi di prova flussimetrici.

Nonostante la disponibilità di una completa base scientifica e tecnica, questo metodo di misurazione presenta diversi svantaggi significativi – un ristretto campo di misura, che anche tenendo conto dei sensori di pressione a più range, non supera il valore 1:10.

I dispositivi di restrizione standard sono prodotti con una tecnologia speciale, con elevati requisiti di rugosità. Il loro utilizzo è consentito esclusivamente su tubazioni lisce.

Le resistenze idrauliche nelle tubazioni del gas aumentano la sensibilità al profilo di variazione delle velocità medie in profondità o larghezza del flusso all'ingresso del diaframma. La lunghezza dei tratti rettilinei prima dei dispositivi di restringimento deve essere almeno 10 diametri DN della struttura in tubi.

Metodo di misurazione della portata basato sulla velocità

Per questo metodo vengono utilizzati trasduttori di tipo turbina. Questi strumenti presentano diversi vantaggi, tra cui dimensioni e peso ridotti, un prezzo accessibile nella propria categoria.

Questi dispositivi non sono sensibili ai colpi pneumatici. L'intervallo dei valori di misura della portata arriva fino a 1:30, superando significativamente il corrispondente valore per i dispositivi di restrizione.

Il trasduttore di portata a turbina TPR può essere utilizzato in ambiente, con temperature da -200 a +200 °C, se il dispositivo è installato per fluidi criogenici non aggressivi e monofase. Per liquidi aggressivi, il valore sarà da -60 a +50 °C.

Tra gli svantaggi si può annoverare la sensibilità, sebbene lieve, alle distorsioni del flusso all'ingresso e all'uscita del dispositivo, e la deviazione dei risultati delle misurazioni di flussi di gas pulsanti. Per portate basse, nell'intervallo da 8 a 10 m³/h, i misuratori di portata non funzionano.

Metodo di misurazione ad ultrasuoni

La popolarità dei misuratori di portata acustici, con cui si misura la quantità di gas, in particolare nella contabilità commerciale, è aumentata con lo sviluppo della microelettronica. Nei misuratori di portata acustici non ci sono parti mobili né componenti che sporgono nel flusso, il che ne aumenta notevolmente l'affidabilità.

La misurazione viene effettuata in un ampio intervallo di valori grazie alla capacità del dispositivo di funzionare a lungo con un alimentatore integrato. Gli strumenti nazionali non soddisfano tutti i requisiti necessari, poiché per evitare l'influenza delle distorsioni del flusso di gas sui risultati dei calcoli è necessario utilizzare esclusivamente misuratori di portata ultrasonici multitracciato.

Classificazione dei flussimetri in base al principio di funzionamento

I misuratori di portata differiscono per diversi parametri, tra cui pressione, tipo di gas utilizzato e regime di temperatura. Il dispositivo va scelto in base alle condizioni di impiego e agli obiettivi prefissati.

Gli strumenti di misura sono composti da parti come il trasduttore responsabile della caduta di pressione, l'elemento di collegamento e il manometro.

Tipo #1 – a getto autogeneratori misuratori di portata

Il misuratore di portata di questo tipo, destinato anche alla misurazione della portata del gas naturale, presenta diverse caratteristiche distintive. Il dispositivo è coperto da retroazioni negative; la frequenza delle connessioni del getto dipende dalla portata del gas.

I contatori realizzati sulla base dei misuratori di portata a getto sono utilizzati per la contabilità commerciale senza previa verifica.

1 – elemento a getto; 2 e 3 – trasduttori; 4 – dispositivo di estrazione del segnale; 5 – ugello di alimentazione; 6 – camera di lavoro; 7 e 8 – pareti della camera di lavoro; 9 – separatore; 10 e 11 – ugelli di controllo; 12 e 13 – canali di ricezione; 14 e 15 – canali di scarico; 16 e 17 – canali di retroazione; 18 – allargamento dell'ugello di alimentazione; 19 – gradino sull'ugello di alimentazione

Il flussimetro a getto di tipo autogenerante è soggetto a ostruzione; tra i suoi svantaggi vi è anche l'instabilità dell'indice di conversione.

Questi strumenti presentano difetti simili ai dispositivi a vortice:

• dipendenza dalle distorsioni del profilo di velocità, se utilizzati in combinazione con dispositivi di restringimento;
• le perdite di carico massiche sono irreversibili;
• la parte principale del misuratore di portata ha dimensioni enormi;
• una notevole instabilità del fattore di conversione.

I vantaggi del flussimetro autogenerante non differiscono da quelli del dispositivo a vortice, ad eccezione della capacità di lavorare con gas sporchi. Questi flussimetri non hanno trovato ampia applicazione pratica nella misurazione commerciale.

Tipo #2 – flussimetri a vortice

Si evidenziano diversi punti di forza degli strumenti, tra cui la precisione delle misurazioni effettuate, l'assenza di sensibilità alle contaminazioni e ai colpi d'ariete, la facilità d'uso, e l'assenza di parti mobili nel dispositivo.

Gli strumenti resistono alle condizioni esterne più difficili, la precisione delle letture è garantita a temperature ambiente fino a 500 gradi Celsius, e il livello massimo di pressione è di 30 MPa.

Sono noti anche svantaggi significativi nell'uso di questo tipo di flussimetri: maggiore sensibilità alle vibrazioni meccaniche, caduta di pressione. Il diametro dei tubi deve essere compreso nell'intervallo 15-30 cm.

Tipo #3 – flussimetri ad ultrasuoni

Il dispositivo, noto anche come acustico, presenta diversi vantaggi innegabili:

• assenza di resistenza idraulica;
• nessuna parte mobile nel dispositivo, che ne aumenta l'affidabilità;
• maggiore robustezza del meccanismo;
• azione rapida.

Il misuratore di portata di questo tipo si basa sulla determinazione della differenza nel tempo di transito del segnale.

Il funzionamento dei misuratori di portata a ultrasuoni non dipende dalla temperatura, dalla pressione ambiente, dalla viscosità e dalla conducibilità elettrica, garantendo la precisione dei dati ottenuti.

I sensori a ultrasuoni, disposti diagonalmente l'uno rispetto all'altro, svolgono la funzione di ricevitore ed emettitore. L'utilizzo di più canali compensa la deformazione del profilo del flusso.

Tipo #4 – flussimetri a tamburo

Questa categoria di dispositivi viene generalmente utilizzata per ricerche di laboratorio. La pressione generata durante la rotazione del tamburo provoca il riempimento delle sezioni con gas e il successivo svuotamento.

Per il corretto funzionamento dei meccanismi di conteggio a tamburo (senza generatore di impulsi) non è necessaria una fonte di alimentazione costante, il che rappresenta il loro innegabile vantaggio.

Il numero di giri del tamburo è proporzionale alle unità cubiche di gas, e l'indicazione viene trasmessa al quadrante del meccanismo di conteggio. I misuratori di portata a tamburo hanno un'elevata precisione di misura.

Tipo #5 – a levitazione dispositivi

La parte mobile del dispositivo tachimetrico ruota su cuscinetti, e la velocità è uguale alla portata volumetrica del gas. La conversione della velocità del movimento circolare in un segnale elettrico viene effettuata tramite un trasduttore secondario, e i risultati vengono visualizzati su un indicatore.

Gli strumenti di misura a levitazione funzionano in condizioni da -30 a +50 gradi Celsius, con un margine di errore dei valori compreso tra ± 1,5%

Gli strumenti levitazionali sono richiesti nella contabilizzazione commerciale del consumo di gas naturale, sia per scopi domestici che comunitari.

Tipo #6 – contatori a membrana

Il brevetto per la fabbricazione di uno dei più diffusi strumenti di misurazione del gas fu rilasciato nella seconda metà del XIX secolo in Inghilterra.

Il principio di funzionamento del misuratore di portata meccanico si basa sul cambiamento di posizione delle membrane mobili della camera al momento dell'ingresso del gas. Il movimento alternato avviene durante l'immissione e lo scarico del fluido.

Lo strumento per la misurazione del flusso di gas di tipo a membrana può essere composto da 2 o 4 camere in base ai volumi della sostanza misurata e alla costruzione.

Il dispositivo di conteggio è azionato da un sistema di riduttori e leve. I meccanismi hanno un ampio range di valori di misurazione – fino a 1:100.

Tipo #7 – contatori rotativi

Nel dispositivo di tipo meccanico, nella camera di misura sono posizionati due rotori che iniziano a muoversi sotto la pressione del fluido. Le parti rotanti sono disposte ad angolo retto tra loro, la loro posizione iniziale è fissata tramite ruote sincronizzatrici.

La quantità di gas è proporzionale al numero di giri dei rotori. Tramite un giunto magnetico e un riduttore, la rotazione del rotore viene trasmessa al dispositivo di conteggio, che accumula il volume del fluido passato.

Il misuratore di portata rotativo ha un'elevata capacità di flusso, viene utilizzato nei servizi pubblici, nelle aziende di consumo di gas di medie e piccole dimensioni.

I principali vantaggi dei misuratori di portata rotativi includono l'elevata precisione di misurazione, la compattezza dello strumento, l'ampio intervallo di misurazione delle portate. Tra gli svantaggi si distinguono la rumorosità del meccanismo, il suo costo elevato, la sensibilità a fattori esterni, incluso lo sporco.

Tipo #8 – flussimetri a turbina

Lo strumento di tipo meccanico ha la forma di un segmento di tubo, all'interno del misuratore è posizionata una turbina con albero e supporti mobili. Il dispositivo motore si muove grazie al fluido che passa attraverso la camera di misura.

La velocità di movimento del meccanismo è uguale alla velocità del flusso e alla portata del gas. Il volume accumulato viene visualizzato sul meccanismo di conteggio, la trasmissione avviene meccanicamente tramite un riduttore e un sistema di ingranaggi.

Il dispositivo di conteggio a turbina può essere utilizzato solo con fluidi motori puliti – gas, liquido o vapore in sospensione, a condizione che non contengano particelle solide

Oltre a quelli elencati, esistono anche altri dispositivi, ma sono generalmente utilizzati nella ricerca scientifica. Nel settore commerciale non sono quasi mai impiegati.

Le consigliamo anche di leggere il nostro altro articolo, in cui abbiamo spiegato in dettaglio come scegliere un contatore del gas per la casa. Maggiori dettagli – clicchi sul link.

Strumenti per la misurazione della quantità di gas

I dispositivi per la misurazione del flusso di gas si dividono in diverse categorie a seconda del metodo di calcolo. Quelli di tipo veloce vengono utilizzati per determinare la quantità volumetrica del fluido in esame. In questi strumenti non sono presenti camere di misura. L'elemento sensibile è una turbinetta (tangenziale o assiale), che viene messa in rotazione dal flusso di materia.

I contatori volumetrici si distinguono per una minore dipendenza dal tipo di prodotto. Tra i loro svantaggi possiamo annoverare la complessità costruttiva, il costo elevato e le ingombranti dimensioni. Il dispositivo è composto da diverse camere di misura e presenta una struttura più complessa. Questa tipologia di strumenti si suddivide in diversi tipi: a pistoni, a palette, a ingranaggi.

È nota anche un'altra classificazione dei contatori di gas, che comprende tre tipi di dispositivi: rotativi, a tamburo e a valvola.

I contatori rotativi hanno un'elevata portata. Il loro funzionamento si basa sul calcolo del numero di giri delle palette all'interno del dispositivo; il valore corrisponde al volume di gas. Tra i loro principali vantaggi possiamo citare la durevolezza, l'indipendenza dall'energia elettrica e l'elevata resistenza ai sovraccarichi di breve durata.

I contatori di gas a tamburo funzionano secondo il principio dello spostamento. Fattori di correzione come temperatura, composizione del gas e livello di umidità non vengono presi in considerazione.

I contatori a tamburo sono composti da un corpo, un meccanismo di conteggio e un tamburo con camere di misura. Il principio di funzionamento del dispositivo per la misurazione del consumo di gas consiste nel determinare il numero di giri del tamburo, che ruota grazie alla differenza di pressione. Nonostante la precisione dei calcoli, questo tipo di strumenti non ha trovato ampia diffusione a causa delle sue dimensioni ingombranti.

Il principio di funzionamento dell'ultimo tipo di contatori, noto come a valvola, si basa sullo spostamento di un divisorio mobile su cui agisce la differenza di pressione del fluido. Il dispositivo è composto da diverse parti: un meccanismo di conteggio e uno di distribuzione del gas, oltre al corpo. Ha dimensioni ingombranti, pertanto viene utilizzato principalmente in ambito domestico.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il funzionamento dei misuratori di portata del gas a vortice sarà illustrato nel prossimo video:

La misurazione della portata del gas è uno dei compiti fondamentali nella produzione. Sul mercato dei misuratori di portata è disponibile un'enorme quantità di dispositivi con diverse strutture e principi di funzionamento, adatti anche per uso domestico. Con il loro aiuto è possibile determinare praticamente qualsiasi quantità di liquido o gas, senza la necessità di un'apposita unità di taratura campione.

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