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MISURA DI PORTATA
speciale
Aprile 2016
Automazione e Strumentazione
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NELLE PROSSIME PAGINE LA RASSEGNA DI PRODOTTI E SOLUZIONI
Tecnica e principi
delle misure di portata
Armando Martin
La portata è una delle grandezze fisiche più complesse da misurare. Sul mercato
sono presenti numerose tipologie di misuratori. È dunque opportuno procedere
a un’analisi che tenga conto del principio di misura, del tipo di fluido interessato
e delle prestazioni richieste.
La misurazione della portata nacque in seguito
alla necessità di determinare le portate dei
corsi
d’acqua
e le caratteristiche delle piene. In seguito,
sono divenute necessarie misurazioni sulla por-
tata di acquedotti, canali e altre condotte d’acqua.
Nell’industria moderna, le misurazioni di portata
sono essenziali nel
controllo di processo
nei più
svariati ambiti: industria chimica, impianti idroe-
lettrici, industria mineraria, industria alimentare,
acque reflue e ingegneria ambientale.
In generale, la misura della portata è affetta da
imprecisioni
relativamente elevate, in quanto gli
errori di misura possono influenzare il processo
in ognuno dei numerosi ‘passaggi’ necessari e
dipendere anche dalle assunzioni adottate. Va
dunque dedicata la massima attenzione al rileva-
mento di questa grandezza, in quanto una misura
errata può provocare guasti che danneggiano l’in-
tegrità di un impianto industriale e compromet-
terne la resa economica. Ma cosa si intende pre-
cisamente per portata? La portata è la quantità di
fluido che attraversa una sezione di area A nell’u-
nità di tempo. Data una sezione si può definire
una
portata ponderale
se riferita al peso (massa
moltiplicata per l’accelerazione gravitazionale
pari a 9,80665 m/s²),
una portata di massa
o
massica
(misurata in kg/s) se riferita alla massa
di fluido e una portata volumetrica (misurata in
m
3
/s) se riferita al volume. Per passare dalla por-
tata volumetrica (q) alla portata massica (w), è
necessario moltiplicare la
portata volumetrica
per la densità
ρ
del fluido (espressa in kg/m
3
).
Una prima classificazione dei misuratori di por-
tata relativa al metodo di misura distingue misu-
ratori di velocità (statici o dinamici) e misuratori
di portata diretta. In base ai principi di funziona-
mento si distinguono sensori di portata a strozza-
mento (dischi forati, boccagli, venturimetri), ad
area variabile, a vortici (o swirl), elettromagne-
tici, di Coriolis (massici), rotanti e volumetrici.
Sensori di portata a strozzamento
I dispositivi di
strozzamento
si basano sulla
legge di Bernoulli, per cui, se si varia la sezione
di passaggio di un fluido, varia anche la velo-
cità e quindi la pressione in quanto la portata
rimane costante. Lo strozzamento provoca una
caduta di pressione. Dalla misura di tale pres-
sione si risale alla portata volumetrica e quindi
massica. In modo simile il
tubo di Venturi
in-
troduce una bassissima perdita di carico e nel
tratto divergente del tubo si recupera l’energia
cinetica in pressione statica. La regolarità del-
la geometria interna ne rende anche difficile
l’intasamento, consentendo così misurazioni
su fluidi contenenti solidi in sospensione. An-
che il
diaframma
e il
boccaglio
sfruttano un
principio analogo basato sull’introduzione di
una significativa perdita di carico concentrata
in un condotto. Questi sistemi di misura della
portata sono tra i più diffusi e assicurano una
precisione apprezzabile della misura (in genere
con un errore inferiore all’1%) in un range mol-
to ampio (da pochi cm
3
/h a migliaia di m
3
/h).
Nell’ambito dei dispositivi a strozzamento il
rotametro
è un misuratore di scarsa precisio-
ne, usato comunemente per la misura di piccole
e medie portate nelle centrali termiche. Nella
sua configurazione più semplice il rotametro
è composto da un tratto di tubo verticale gra-
duato di forma tronco-conica, realizzato in ve-
tro, all’interno del quale vi è un galleggiante.
Per misure puntuali si adotta spesso il
tubo di
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Figura 1 - Rappresentazione elementare della portata