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An Misuratore di portata elettromagnetico misura la portata volumetrica di liquidi elettricamente conduttivi senza parti in movimento, senza caduta di pressione e con una precisione generalmente compresa tra lo 0,2% e lo 0,5% della lettura. Applica la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica: un campo magnetico viene applicato attraverso il tubo e quando il liquido conduttivo scorre attraverso di esso, una tensione proporzionale alla velocità del flusso viene indotta attraverso due elettrodi. Più velocemente si muove il liquido, maggiore è il segnale di tensione, che il trasmettitore converte in una lettura precisa del flusso.
Per la maggior parte delle applicazioni industriali, municipali e di processo che coinvolgono acqua, acque reflue, fanghi, acidi o liquidi per uso alimentare, un misuratore di portata elettromagnetico supera le alternative meccaniche in termini di affidabilità a lungo termine e costo totale di proprietà. Il vincolo fondamentale è la conduttività: il liquido deve avere una conduttività elettrica minima pari a 5 microsiemens per centimetro (μS/cm) per i modelli standard e 0,05 µS/cm per versioni specializzate a bassa conduttività. Non è possibile misurare idrocarburi, oli e gas puri.
Comprendere i vantaggi di un misuratore di portata magnetico in termini concreti e misurabili aiuta a giustificare l’investimento e chiarisce quali applicazioni ne traggono maggiori vantaggi. I seguenti vantaggi sono i più significativi e costantemente citati nelle implementazioni industriali, municipali e di laboratorio.
I misuratori di portata meccanici (turbina, ruota a pale, ingranaggio ovale) contengono componenti rotanti che si usurano, si corrodono e alla fine si guastano. Un misuratore di portata elettromagnetico non ha parti mobili all'interno del tubo di flusso. Gli unici componenti bagnati sono il rivestimento del tubo, i due elettrodi di misurazione e, facoltativamente, un anello di messa a terra. Nel servizio di acqua pulita, un misuratore di portata elettromagnetico ben specificato può funzionare per Da 15 a 25 anni senza alcuna manutenzione interna . Una grande azienda idrica municipale che sostituisce dieci contatori a turbina con misuratori di portata elettromagnetici in genere recupera la differenza di costo in termini di risparmio di manutenzione solo all'interno Da 3 a 5 anni .
Poiché il principio di misurazione elettromagnetica non richiede che nulla ostruisca o interagisca con il liquido che scorre, un misuratore di portata elettromagnetico adeguatamente dimensionato con un tubo a passaggio totale crea effettivamente zero perdite di carico attraverso il metro. In confronto, un misuratore a diaframma nella stessa linea crea una caduta di pressione di Da 2 a 15 PSI a seconda della velocità del flusso, che si traduce direttamente in costi energetici di pompaggio. Per una linea d'acqua da 6 pollici in funzione 24 ore al giorno, l'eliminazione di una caduta di pressione di 5 psi attraverso il contatore può far risparmiare Da $ 1.500 a $ 4.000 all'anno nell'energia della pompa, a seconda delle tariffe elettriche e delle portate.
Un misuratore di portata elettromagnetico misura il flusso sia in direzione diretta che inversa con la stessa precisione. Ciò è essenziale in applicazioni quali i cicli di riempimento e svuotamento dei serbatoi, il flusso delle maree nelle infrastrutture costiere e le linee di processo alternative. I contatori meccanici in genere devono essere installati in una direzione e non possono rilevare il flusso inverso. La capacità bidirezionale è integrata nell'elettronica del trasmettitore senza costi aggiuntivi nella maggior parte dei modelli attuali.
Il materiale del rivestimento di un misuratore di portata elettromagnetico può essere selezionato per adattarsi alle proprietà chimiche e fisiche del liquido di processo. Le opzioni di rivestimento comuni includono PTFE (politetrafluoroetilene) per acidi e solventi, gomma dura per fanghi abrasivi, poliuretano per l'estrazione mineraria e la lavorazione dei minerali e ceramica per applicazioni altamente abrasive come fanghi di carbone o cemento. Un misuratore di portata elettromagnetico rivestito in ceramica in una tubazione di liquame di carbone può durare più a lungo di un misuratore a turbina nello stesso servizio di un fattore pari a da 5 a 10 volte .
I misuratori di portata elettromagnetici standard raggiungono una precisione di 0,5% della lettura attraverso un rapporto di turndown (rapporto tra il flusso massimo e minimo misurabile) di 100:1 o superiore . Un flussometro elettromagnetico ad alta precisione restringe questo campo a 0,2% della lettura con rapporti di turndown che raggiungono 1000:1 . Questa ampia rangeability significa che un singolo contatore gestisce sia flussi molto bassi che molto elevati senza passare da uno strumento all'altro, semplificando l'installazione e riducendo i costi di capitale.
I trasmettitori del misuratore di portata elettromagnetico di corrente emettono segnali analogici standard da 4 a 20 mA, uscite a impulsi e protocolli digitali tra cui HART, Profibus PA, Foundation Fieldbus, Modbus e FOUNDATION Fieldbus. Ciò rende semplice l'integrazione con i sistemi SCADA, i PLC e le piattaforme DCS ed elimina la necessità di convertitori di segnale nella maggior parte delle installazioni.
| Vantaggio | Misuratore di portata elettromagnetico | Contatore a turbina | Piastra dell'orifizio |
|---|---|---|---|
| Parti mobili | Nessuno | Sì (cuscinetti del rotore) | Nessuno |
| Caduta di pressione | Vicino allo zero | Moderato | Alto (da 2 a 15 psi) |
| Precisione tipica | dallo 0,2% allo 0,5% | dallo 0,5% all'1,5% | Dall'1% al 3% |
| Gestisce i liquami | Sì (con rivestimento corretto) | No | Limitato |
| Bidirezionale | Sì | Limitato | No |
| Intervallo di manutenzione | Tipico da 5 a 10 anni | da 1 a 3 anni | Ispezione annuale |
Un misuratore di portata magnetico può misurare qualsiasi liquido con una conduttività elettrica di 5 µS/cm o superiore, tra cui acqua, acque reflue, la maggior parte delle soluzioni acquose, acidi, alcali, fanghi, liquidi per uso alimentare e molti fluidi di processi chimici. La limitazione fondamentale è che il liquido deve trasportare carica elettrica; i fluidi non conduttivi come gli idrocarburi puri, l'acqua demineralizzata al di sotto della soglia di conduttività e i gas non rientrano nell'intervallo di misurazione dei modelli standard.
L'acqua del rubinetto, le acque sotterranee, l'acqua dei fiumi e le acque reflue trattate hanno tutte conduttività ben al di sopra della soglia minima, tipicamente nell'intervallo di da 100 a 800 µS/cm per le forniture comunali. Il misuratore di portata elettromagnetico è la tecnologia di misurazione dominante nella distribuzione dell'acqua, negli impianti di trattamento e nei sistemi di raccolta delle acque reflue in tutto il mondo. In una tipica rete idrica comunale, precisione di 0,5% della lettura su reti di grande diametro si traduce in una riduzione misurabile dell’acqua non fatturata (acqua prodotta ma non fatturata), con un recupero comune delle utenze Dal 2% all'8% del flusso precedentemente non contabilizzato dopo il passaggio dai contatori meccanici più vecchi.
Le condizioni dei tubi parzialmente pieni nelle linee fognarie a flusso gravitazionale rappresentano una sfida di misurazione specifica. I misuratori di portata elettromagnetici standard richiedono il flusso completo del tubo. Tuttavia, i misuratori elettromagnetici per tubi parzialmente riempiti appositamente costruiti con più array di elettrodi possono misurare i liquami in tubi di dimensioni così piccole Pieno al 10%. . Per le reti fognarie pressurizzate, i misuratori di portata elettromagnetici standard a passaggio totale sono la scelta preferita grazie alla loro tolleranza ai solidi sospesi fino a 40% in volume con la selezione appropriata del rivestimento.
L'acido cloridrico, l'acido solforico, l'idrossido di sodio e centinaia di altri prodotti chimici industriali vengono misurati regolarmente con misuratori di portata elettromagnetici rivestiti in PTFE. Il PTFE è chimicamente inerte praticamente verso tutti gli acidi, le basi e i solventi a temperature fino a 180°C (356°F) . I materiali degli elettrodi sono selezionati per adattarsi al fluido di processo: elettrodi Hastelloy C per acidi ossidanti, elettrodi al tantalio per acido solforico o cloridrico altamente concentrato ed elettrodi in titanio per soluzioni contenenti cloro.
Latte, succhi di frutta, birra, vino, concentrato di pomodoro, salse, zuccheri liquidi e fluidi di processo farmaceutici sono tutti misurabili con un flussometro elettromagnetico di grado sanitario. Queste unità sono dotate di Certificazione 3A o EHEDG design con rivestimenti in acciaio inossidabile elettrolucidato o rivestimenti in PTFE approvati, connessioni igieniche tri-clamp e tubi di flusso con foro liscio senza fessure per la crescita batterica. Precisione di dallo 0,2% allo 0,5% supporta il dosaggio preciso e il controllo delle ricette nelle linee di produzione di bevande e alimenti.
I fanghi minerali, la pasta di carta, le miscele di acqua di carbone e le barbottine ceramiche sono tra le applicazioni di misurazione del flusso più impegnative. Il misuratore di portata elettromagnetico è spesso l'unica tecnologia praticabile perché la conduttività del liquame (da sali disciolti e particelle conduttive sospese) è generalmente elevata, mentre il contenuto solido distruggerebbe una turbina o un misuratore Coriolis. I rivestimenti in gomma dura, poliuretano e ceramica resistono all'abrasione causata da flussi carichi di particelle. I design degli elettrodi con punte temprate o elettrodi montati a filo prevengono l'accumulo e i danni nei fanghi ad alto contenuto di solidi.
I seguenti tipi di liquidi non rientrano nella capacità di misurazione di un misuratore di portata elettromagnetico standard:
| Tipo liquido | Conduttività tipica (μS/cm) | Fodera consigliata | Materiale dell'elettrodo |
|---|---|---|---|
| Acqua comunale | da 100 a 800 | Gomma dura o PTFE | Acciaio inossidabile 316L |
| Acque reflue | Da 500 a 5.000 | Gomma dura o poliuretano | 316L o Hastelloy C |
| Acido cloridrico | Da 10.000 a 800.000 | PTFE | Tantalio o Hastelloy C |
| Latte o succo | Da 1.000 a 10.000 | PTFE o inossidabile | Acciaio inossidabile 316L |
| Liquame di carbone | Da 200 a 2.000 | Ceramica o poliuretano | Punta in carburo di tungsteno |
| Idrossido di sodio | Da 50.000 a 300.000 | PTFE | 316L o Hastelloy C |
Il costo di un misuratore di portata magnetico varia da circa $ 300 a $ 400 per un'unità compatta di piccolo diametro (1/2 pollice) a $ 8.000 a $ 25.000 o più per modelli ad alta specifica di grande diametro (12 pollici e oltre) con trasmettitori avanzati e certificazione per aree pericolose. Comprendere cosa determina la variazione dei prezzi aiuta gli acquirenti a specificare il prodotto giusto senza pagare per funzionalità di cui non hanno bisogno.
I seguenti fattori rappresentano la maggior parte della variazione di prezzo tra i modelli di misuratori di portata elettromagnetici a qualsiasi dimensione del tubo:
| Diametro del tubo | Modello base (precisione 0,5%) | Intervallo medio (HART, 0,5%) | Alta precisione (0,2%, bus di campo) |
|---|---|---|---|
| 1/2 pollice (DN15) | $ 300 a $ 600 | $ 600 a $ 1.000 | $ 1.200 a $ 2.000 |
| 2 pollici (DN50) | Da $ 700 a $ 1.200 | $ 1.200 a $ 2.200 | Da $ 2.500 a $ 4.500 |
| 4 pollici (DN100) | Da $ 1.200 a $ 2.500 | Da $ 2.500 a $ 4.500 | $ 5.000 a $ 9.000 |
| 8 pollici (DN200) | $ 3.000 a $ 6.000 | Da $ 6.000 a $ 10.000 | Da $ 10.000 a $ 18.000 |
| 12 pollici (DN300) | Da $ 6.000 a $ 12.000 | $ 12.000 a $ 20.000 | Da $ 20.000 a $ 35.000 |
Il prezzo di acquisto è solo una parte del quadro dei costi reali. Il costo totale di proprietà (TCO) su 10 anni di un misuratore di portata elettromagnetico è spesso Dal 30 al 50% in meno di un contatore a turbina di dimensioni equivalenti quando sono inclusi i costi di manutenzione, calibrazione e fermo macchina. I risparmi più significativi derivano dall’eliminazione delle sostituzioni del rotore e dei cuscinetti (che avvengono ogni 1-3 anni nei contatori a turbina con un costo compreso tra $ 200 e $ 800 per evento), evitando i costi di pompaggio legati alla caduta di pressione e riducendo la frequenza di calibrazione. Un misuratore di portata elettromagnetico ben specificato in genere necessita solo di ricalibrazione ogni Da 5 a 10 anni , rispetto alla calibrazione annuale per la maggior parte dei contatori meccanici nelle applicazioni di misura fiscale.
A Misuratore di portata elettromagnetico ad alta precisione raggiunge una precisione dello 0,2% della lettura o migliore, un rapporto di turndown fino a 1000:1 e stabilità a lungo termine che mantiene la calibrazione entro le specifiche per 5 anni o più tra una verifica e l'altra. Questo livello di prestazioni è richiesto in una serie specifica di applicazioni in cui l'errore di misurazione comporta conseguenze dirette sul piano finanziario, normativo o sulla sicurezza.
Numerose caratteristiche tecniche differenziano un misuratore di portata elettromagnetico ad alta precisione da un modello standard:
| Specifica | Modello standard | Misuratore di portata elettromagnetico ad alta precisione |
|---|---|---|
| Precisione | ±0,5% della lettura | ±0,2% della lettura |
| Rapporto di couverture | 100:1 | Fino a 1000:1 |
| Tipo di eccitazione | Singola frequenza | Doppia o multifrequenza |
| Tracciabilità della calibrazione | Calibrazione di fabbrica | NIST o standard nazionale tracciabile |
| Stabilità a lungo termine | Deriva tipica di ±0,25% annuo | Deriva inferiore allo 0,1% annuo |
| Conduttività minima | 5 µS/cm | 0,05 µS/cm (specialized models) |
| Funzionalità di autodiagnosi | Rilevamento base di tubi vuoti | Impedenza degli elettrodi, continuità della bobina, monitoraggio del rumore del segnale |
| Premio di prezzo rispetto allo standard | Linea di base | Dal 20% al 50% in più rispetto al modello standard |
La corretta installazione è importante quanto le specifiche corrette: anche un misuratore di portata elettromagnetico ad alta precisione avrà prestazioni inferiori se installato con tubazioni diritte inadeguate, messa a terra inadeguata o orientamento errato. I seguenti requisiti si applicano a tutti i misuratori di portata elettromagnetici standard e sono particolarmente critici per le installazioni ad alta precisione.
I misuratori di portata elettromagnetici richiedono un profilo di velocità sviluppato e simmetrico per garantire la precisione nominale. Disturbi a monte come gomiti, valvole, pompe e riduttori distorcono il profilo del flusso e introducono errori di misurazione. I requisiti di installazione standard specificano:
Una messa a terra adeguata è essenziale per la precisione del misuratore di portata elettromagnetico. Le correnti elettriche vaganti nel sistema di tubazioni possono indurre rumore sugli elettrodi di misurazione e causare una deriva del punto zero o letture errate. Requisiti di messa a terra:
Un misuratore di portata elettromagnetico può essere installato su tubazioni orizzontali, verticali o inclinate. L'orientamento preferito per la maggior parte delle applicazioni è tubo verticale con flusso verso l'alto , che garantisce che il tubo rimanga pieno a tutte le portate ed elimina il rischio di accumulo di aria nella parte superiore di un'installazione orizzontale. Nelle installazioni orizzontali i due elettrodi di misura devono essere posizionati a Ore 3 e ore 9 (piano orizzontale) , non nelle posizioni a ore 12 o a ore 6 dove bolle di gas o solidi depositati potrebbero rivestire un elettrodo e compromettere la misurazione.
Un misuratore di portata elettromagnetico misura la portata di liquidi conduttivi utilizzando la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica. Una coppia di bobine montate all'esterno del tubo di flusso genera un campo magnetico attraverso il foro del tubo. Quando il liquido conduttivo scorre attraverso questo campo, una piccola tensione viene indotta attraverso due elettrodi montati sulla parete del tubo. Il trasmettitore misura questa tensione e la converte in una lettura della portata. La tensione indotta è direttamente proporzionale alla velocità media del flusso, quindi la misura è intrinsecamente lineare e non richiede alcuna curva di correzione di calibrazione.
I principali vantaggi di un misuratore di portata magnetico rispetto a un misuratore a turbina sono: nessuna parte in movimento (i rotori e i cuscinetti della turbina si usurano e necessitano di sostituzione ogni 1 o 3 anni durante il servizio tipico), caduta di pressione prossima allo zero (le turbine creano una resistenza misurabile al flusso), capacità di gestire fanghi e fluidi viscosi senza danni (le turbine si intasano e si inceppano), migliore precisione a basse portate (le turbine hanno una velocità minima misurabile al di sotto della quale il rotore va in stallo) e misurazione bidirezionale (le turbine sono tipicamente unidirezionale). Il misuratore di portata magnetico ha in genere un costo di proprietà totale di 10 anni Dal 30 al 50% in meno rispetto ad un contatore a turbina equivalente nello stesso servizio.
Un flussometro magnetico non può misurare fluidi non conduttivi. Ciò include prodotti petroliferi (petrolio greggio, benzina, diesel, la maggior parte dei lubrificanti), idrocarburi liquidi, acqua pura distillata o deionizzata al di sotto della soglia di conduttività, gas liquidi, vapore e tutti i mezzi gassosi. Ha difficoltà anche con liquidi altamente aerati in cui il contenuto di bolle di gas supera approssimativamente 3% in volume , poiché il gas interrompe il percorso conduttivo tra gli elettrodi e provoca instabilità del segnale. Versioni specializzate con correzione per bassa conduttività possono estendere il campo misurabile fino a 0,05 µS/cm , ma questo è ancora superiore alla conduttività della maggior parte degli idrocarburi liquidi.
Per un misuratore di portata elettromagnetico standard da 4 pollici (DN100) per servizi di acqua pulita con un trasmettitore di base da 4 a 20 mA e rivestimento in gomma dura, il prezzo di acquisto rientra generalmente nell'intervallo di Da $ 1.200 a $ 2.500 . L'aggiunta della comunicazione HART aumenta la cifra da $ 2.500 a $ 4.500. Un misuratore di portata elettromagnetico ad alta precisione della stessa dimensione con precisione dello 0,2% e uscita Foundation Fieldbus costa da $ 5.000 a $ 9.000. I costi di installazione (taglio del tubo, flangiatura, cablaggio) in genere aumentano $ 500 a $ 2.000 a seconda delle tariffe della manodopera locale e delle condizioni del sito.
I misuratori di portata elettromagnetici standard richiedono una conduttività minima del liquido pari a 5 µS/cm . La maggior parte dell’acqua di rubinetto, dell’acqua di processo, delle acque reflue, degli acidi e delle soluzioni chimiche a base acquosa supera di gran lunga questa soglia. Modelli specializzati a bassa conduttività (utilizzati in acqua ultrapura, acqua demineralizzata e alcune applicazioni alimentari) estendono il campo di misura fino a 0,05 µS/cm . In caso di dubbio, un conduttimetro o una scheda tecnica del fornitore del fluido possono confermare se il liquido rientra nell'intervallo misurabile.
Un misuratore di portata elettromagnetico ad alta precisione raggiunge una precisione di ±0,2% della lettura in tutta la sua gamma operativa, con alcuni modelli classificati a ±0,15% per dimensioni di tubi e condizioni di flusso specifiche. Ciò è paragonabile a ±0,5% per i misuratori di portata elettromagnetici standard e a ±1%-3% per gli orifizi calibrati. La deriva a lungo termine è in genere inferiore a 0,1% all'anno , il che significa che un misuratore calibrato oggi rientrerà ancora nelle specifiche di precisione dichiarate anche dopo 5 anni di funzionamento continuo senza ricalibrazione nella maggior parte delle applicazioni.
SÌ. I misuratori di portata elettromagnetici per uso sanitario sono realizzati appositamente per applicazioni alimentari, bevande e farmaceutiche. Sono dotati di design certificato 3A o EHEDG, rivestimenti lisci in PTFE o acciaio inossidabile elettrolucidato senza fessure per la crescita batterica e connessioni igieniche tri-clamp o SMS che consentono le procedure Clean-in-Place (CIP) e Sterilize-in-Place (SIP). Le applicazioni alimentari comuni includono latte, succhi, birra, vino, prodotti a base di pomodoro, uova liquide, oli commestibili e zuccheri liquidi. I rivestimenti in PTFE sono compatibili anche con agenti detergenti come idrossido di sodio e acido nitrico utilizzati nei cicli CIP.
In acqua pulita o in servizi chimici non abrasivi, un misuratore di portata elettromagnetico ben specificato può funzionare senza alcuna manutenzione interna per dai 15 ai 25 anni . Le modalità di guasto più comuni sono il rivestimento dell'elettrodo (prevenibile con la corretta selezione del materiale e la pulizia periodica), il deterioramento del rivestimento dovuto ad attacchi chimici (prevenibile con specifiche corrette del rivestimento) e il guasto dell'elettronica del trasmettitore (in genere dopo 10-20 anni). Nel servizio con liquami abrasivi, l'usura del rivestimento limita la durata di servizio a Da 3 a 10 anni a seconda della dimensione delle particelle, della concentrazione e della velocità; i rivestimenti in ceramica durano più a lungo in queste condizioni.
Un misuratore di portata elettromagnetico misura portata volumetrica (litri al secondo, metri cubi all'ora, galloni al minuto, ecc.) direttamente dal segnale di tensione indotta. Non misura intrinsecamente il flusso di massa. Per ottenere la portata massica, la lettura volumetrica deve essere moltiplicata per la densità del fluido, che deve essere misurata separatamente (con un densitometro) o inserita come costante nella configurazione del trasmettitore. Per le applicazioni di controllo del processo che richiedono precisione del flusso di massa, un misuratore di portata massico Coriolis misura direttamente la massa ma a costi notevolmente più elevati e con maggiore sensibilità alle condizioni di installazione.
Nel servizio pulito, la manutenzione annuale consiste in un'ispezione visiva del rivestimento e degli elettrodi per verificare la presenza di rivestimenti o danni (effettuata aprendo le flange durante gli arresti pianificati), verifica della resistenza di terra e conferma che l'uscita del trasmettitore corrisponde a un controllo di flusso indipendente come un misuratore a ultrasuoni clamp-on. La pulizia dell'elettrodo con un panno morbido e una soluzione acida delicata (se compatibile con il rivestimento) ripristina la precisione della misurazione se viene rilevato un rivestimento. La verifica della calibrazione è generalmente richiesta ogni 5 anni per applicazioni standard e ogni 2 anni per impianti di misura fiscale. Non è mai necessaria alcuna lubrificazione, sostituzione delle guarnizioni o manutenzione del rotore.