Misura di portata con diaframma calibrato

I diaframmi calibrati nella pratica industriale sono largamente impiegati per i seguenti principali vantaggi rispetto al tubo di Venturi:

• basso costo,
• facilità di installazione,
• con una semplice operazione di tornitura se ne possono variare le caratteristiche.

Sono normalmente realizzati in acciaio inox, a forma di disco, con una linguetta sulla quale vengono incisi i dati caratteristici e di spessore variabile da 3 a 12 mm. a seconda del DN (diametro nominale) della tubazione dove devono essere installati. Presentano al centro un'apertura circolare opportunamente sagomata e calcolata espressamente in funzione dei valori di processo. A volte, nei casi di fluidi liquidi che hanno fenomeni di flash o di gas che presentano condensazioni, hanno un foro aggiuntivo (che deve sempre risultare nel calcolo) chiamato rispettivamente di sfiato o di spurgo. Il disco calibrato viene montato nella tubazione a mezzo di due apposite flange (Fig.3), fra le quali è serrato strettamente e sistemato in modo che il centro del foro coincida esattamente con l'asse della tubazione. Sulle flange sono ricavate le prese di pressione ad 1" a monte ed 1" a valle rispetto la FE. Sul foro di entrata (+), il foro deve presentarsi a spigolo vivo; sul lato di uscita (-) è invece smussato di 45°. Un montaggio errato (ingresso dalla parte dello smusso) comporta un errore di misura. A monte del disco calibrato non debbono esserci curve, valvole, gomiti e qualsiasi cosa che può disturbare il buon andamento dei filetti fluidi, per un tratto di almeno 20 D, mentre a valle per almeno 5 D. Facendo riferimento alla fig.3, si può vedere come la vena fluida, in corrispondenza del diaframma, viene bruscamente ridotta di sezione nel rapporto D²/d². È evidente come anche in questo caso la misura di portata si riduce in definitiva ad una misura di pressione differenziale (dP) esistente tra monte e valle dell'orifizio.

Nel campo dei liquidi si risale alla portata Q con la seguente formula:

Q = K c d² SQR(dP/Y)

• Q = portata istantanea in m³/h
• K = coefficiente fisso
• d = diametro nel foro del diaframma in mm.
• dP = P1 - P2 = pressione differenziale in mm di H2O
• Y = peso specifico del fluido in Kg/m³
• c = coefficiente di efflusso.

Nel caso di gas, occorre introdurre un altro coefficiente, detto di comprimibilità, che tiene conto dell'espansione che il gas subisce nel passare dalla pressione P1 a quella P2. Esso dipende sia dal dP che da P1 che può variare da 0,97 a 1. Il coefficiente di efflusso c, tiene conto delle perdite subite dal fluido durante lo strozzamento e può variare da 0,6 a 0,66, e dipende dal rapporto della strozzatura m = d²/D². La relazione (a) è valida per un valore (m) compreso fra 0,05 e 0,7. Per il tipo di installazione sopra descritta, abbiamo già visto che la portata Q dipende dall'unica variabile rappresentata da dP, per cui volendo misurare Q è sufficiente misurare il dP. Possiamo dire quindi che la portata è proporzionale alla radice quadrata di dP. Gli strumenti misuratori di portata sono dunque in realtà dei misuratori di dP, con la scala opportunamente graduata in unità di portata. Supponiamo di avere a disposizione un manometro a vasi differenziali a mercurio, con campo 0 - 2500 mm di H2O. Si debba con esso misurare una portata di 200 m³/h di acqua. La tabella che segue mostra l'andamento quadratico delle divisioni sulla scala della portata.