Pressione relativa e pressione assoluta: una guida pratica per il flusso industriale

Un computer di flusso del gas in una stazione di accesso alla città leggeva un valore elevato di circa il 6% dopo la sostituzione del trasmettitore di pressione. Le linee d'impulso erano chiare, l'orifizio era invariato e il certificato di calibrazione corrispondeva all'etichetta. Il problema era più semplice e più costoso di un sensore guasto: un trasmettitore del manometro era stato collegato a un ingresso di pressione assoluta. In quel sito, la pressione bancomatosferica locale era di circa 95 kPa, non la costante di 101,325 kPa memorizzata nel computer di flusso. Lo strumento era accurato come dispositivo di misurazione, ma il calcolo utilizzava il riferimento sbagliato.

La pressione relativa e la pressione assoluta descrivono la stessa quantità fisica rispetto a diversi punti zero. La pressione relativa utilizza l'bancomatosfera locale come zero. La pressione assoluta utilizza il vuoto perfetto come zero. La relazione è semplice: la pressione assoluta è uguale alla pressione relativa più la pressione bancomatosferica locale. Le conseguenze ingegneristiche sono meno semplici, soprattutto nel servizio del vuoto, nel flusso di gas a bassa pressione, nelle installazioni sensibili all'altitudine e nel trasferimento fiscale. La scelta giusta inizia dalla variabile del processo e dal contratto, non dal modello di trasmettitore che si trova sullo scaffale.

Inizia con il punto di riferimento, non con il trasmettitore

Una lettura della pressione è incompleta finché non se ne conosce il riferimento. Un valore di 50 kPa significa 50 kPa sopra l'atmosfera circostante. Un valore assoluto di 50 kPa significa 50 kPa sopra il vuoto perfetto. Questi due numeri possono descrivere densità di gas, punti di ebollizione e correzioni del flusso completamente diversi. In un impianto con pressione atmosferica nominale prossima al livello del mare la differenza numerica è di circa 101 kPa; a quota più elevata, il divario cambia.

La formula è P _addominali = p _calibro P _atm . Una lettura del vacuometro di -30 kPa corrisponde quindi ad una pressione assoluta di circa 70 kPa quando la pressione atmosferica locale è di 100 kPa. Il segno negativo è una convenzione relativa al manometro, non una pressione assoluta negativa. La pressione assoluta non può scendere sotto lo zero. Questa distinzione è importante quando un sistema di controllo, un interblocco di sicurezza o un computer di flusso attende un riferimento e ne riceve un altro.

I trasmettitori di livello sigillati aggiungono un terzo caso. Usano un riferimento interno sigillato vicino a un'atmosfera anziché all'atmosfera locale attiva. A volte vengono trattati come dispositivi pseudo-assoluti, ma non sono veri trasmettitori assoluti. I cambiamenti di temperatura e l'integrità della tenuta possono spostare il riferimento. Se il processo richiede un riferimento di vuoto fisso, specificare un trasmettitore assoluto; se è necessaria una misurazione relativa all'atmosfera, utilizzare un trasmettitore con manometro ventilato.

Perché la pressione atmosferica non è costante

L'atmosfera standard è conveniente per i libri di testo, non per la documentazione del sito. Al livello del mare, la pressione atmosferica standard è 101.325 kPa assoluti, o 14.696 psi assoluti. Ad un'altitudine di 1.500 m, la pressione atmosferica è più vicina a 85 kPa. I sistemi meteorologici possono spostare la pressione locale di alcuni kPa e una sala di controllo sigillata o un involucro di compressore potrebbero non rilevare la stessa pressione di un trasmettitore esterno.

Per i sistemi idraulici e il monitoraggio generale degli impianti, tali variazioni spesso rientrano nell'incertezza di misura. Per una linea di gas a bassa pressione, una colonna di distillazione sotto vuoto o un computer di flusso che converte il volume effettivo in volume standard, pochi kPa possono rappresentare un errore materiale. Un trasmettitore di livello installato in altitudine e abbinato a una costante fissa del livello del mare nel computer di portata sovrastimerà la pressione assoluta. Il calcolo del flusso sovrastima quindi la densità del gas o il volume standard, a seconda dell'equazione utilizzata.

La risposta pratica è registrare il riferimento nella scheda tecnica, sul P&ID e nella procedura di calibrazione. Se si utilizza un trasmettitore relativo al manometro dove è richiesta la pressione assoluta, misurare la pressione barometrica locale con un barometro adatto e applicarlo alla stessa frequenza del calcolo del flusso. Non considerare 101,325 kPa come costante del sito a meno che il sito non sia stato confrontato con tale presupposto.

Dove la scelta del riferimento cambia il risultato

La differenza tra pressione relativa e pressione assoluta non è accademica. Cambia il punto zero della misurazione, l'interpretazione delle letture del vuoto e la validità della compensazione del flusso di gas. La tabella seguente riassume il confronto pratico.

Misurazione della portata: quando la pressione diventa un input di correzione

Molti misuratori di portata misurano un volume in condizioni di linea. I misuratori di turbine a gas, i misuratori di vortici e i dispositivi di pressione differenziale spesso necessitano di correzione della pressione e della temperatura per convertire il volume effettivo in volume o massa standard. L'equazione di correzione prevede una pressione assoluta. Se il trasmettitore fornisce la pressione relativa, il computer di flusso deve aggiungere la pressione barometrica locale. Se aggiunge una costante fissa, il risultato è corretto solo ad un'altitudine e ad una condizione meteorologica.

È qui che un misuratore di portata con compensazione della pressione può ridurre il rischio di integrazione. Un misuratore di portata ad elica con compensazione di temperatura e pressione, come la serie SA80TTP, porta gli ingressi di correzione nel pacchetto di misura invece di lasciare la conversione del riferimento ad un dispositivo separato. La questione ingegneristica rimane la stessa: verificare se il calcolo interno utilizza la pressione assoluta e come viene gestito il riferimento barometrico durante la messa in servizio.

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Negli elementi di portata a pressione differenziale la pressione statica influisce anche sul trasmettitore e sul coefficiente di portata. Un trasmettitore del manometro può essere accettabile per un indicatore locale, ma il computer di flusso necessita comunque della pressione statica assoluta per il termine di densità. Nel servizio con vuoto, la necessità è più chiara: la pressione assoluta è l'unico riferimento che rimane positivo e fisicamente significativo in tutto il campo operativo.

Scelta di Gauge vs Absolute per un progetto

Una specifica dovrebbe iniziare con la domanda sul processo. La variabile è naturalmente espressa rispetto all'atmosfera circostante o la fisica dipende dalla pressione assoluta? La pressione di scarico della pompa è solitamente una misurazione relativa poiché il valore utile è la pressione sopra l'atmosfera. Il calcolo della colonna del vuoto, dell'ingresso del compressore o della densità del gas è solitamente assoluto perché l'atmosfera non è uno zero significativo.

I seguenti controlli aiutano a mantenere la scelta coerente dalla scheda tecnica alla messa in servizio:

• Leggi il contratto e il cartellino del sistema di controllo. Il trasferimento fiscale, gli interblocchi di sicurezza e i computer di flusso spesso indicano esplicitamente la pressione assoluta.
• Registrare la pressione barometrica locale e l'elevazione del sito. Un trasmettitore di misura utilizzato in un calcolo assoluto necessita di un riferimento atmosferico misurato, non di una costante standard.
• Controllare il metodo di calibrazione. Un trasmettitore di misura viene normalmente scaricato nell'atmosfera e azzerato; un trasmettitore assoluto necessita di un riferimento di vuoto o di una fonte di pressione assoluta documentata.
• Conferma le unità. psig e psia, barg e bara, kPa relativi e kPa assoluti non devono essere mescolati nello stesso calcolo.
• Evitare il misuratore sigillato come sostituto dell'assoluto a meno che la tolleranza del processo e l'intervallo di temperatura non siano stati rivisti.
• Esaminare attentamente le condizioni del vuoto. Un trasmettitore relativo può essere adatto per l'indicazione, ma la pressione assoluta è la base più sicura per il controllo e la protezione.

Dettagli di calibrazione e azzeramento che causano errori sul campo

Un trasmettitore di misura viene azzerato con il lato alto scaricato nell'atmosfera locale. Ciò è corretto per la misurazione del manometro, ma non è uno zero assoluto. Un trasmettitore assoluto azzerato con un lato alto ventilato leggerà la pressione atmosferica locale, non zero. Se un tecnico considera quella lettura come un errore pari a zero e la corregge, il trasmettitore sarà sbagliato di circa un'atmosfera. L'errore può sembrare un piccolo spostamento in panchina e un grave errore di densità in campo.

La calibrazione assoluta necessita quindi di un riferimento di vuoto o di una fonte di pressione assoluta nota. Il certificato di calibrazione dovrebbe indicare il riferimento e l'incertezza. Per i dispositivi relativi al manometro, il certificato dovrebbe attestare che lo sfiato atmosferico era aperto e che la pressione barometrica locale è stata registrata se il dispositivo verrà utilizzato in un calcolo assoluto. Una calibrazione eseguita al livello del mare non viene trasferita automaticamente a un sito ad alta quota a meno che la pressione di riferimento non sia parte della procedura.

Anche la scelta della gamma è importante. Un trasmettitore con un intervallo di 0-1.000 kPa utilizzato a 5 kPa assoluti può avere una precisione accettabile sulla carta ma una risoluzione pratica scarsa. Nel servizio sottovuoto, una gamma composta o una gamma assoluta dedicata spesso offre un controllo migliore. La decisione di acquisto dovrebbe includere il riferimento, la gamma, il metodo di calibrazione e la strategia dei pezzi di ricambio. Due trasmettitori con la stessa pressione nominale e precisione possono non essere intercambiabili se uno è relativo e l'altro è assoluto.

Errori comuni nelle specifiche, nell'installazione e nell'acquisto

L'errore più comune è ordinare per abitudine. Un team di manutenzione può standardizzare i trasmettitori di misura per il servizio idraulico e quindi utilizzare lo stesso ricambio su un circuito di correzione del flusso di gas. Il tag, il cablaggio e il segnale di uscita sembrano compatibili, ma il riferimento è sbagliato. Il flow computer potrebbe comunque accettare il segnale e produrre un numero plausibile, il che rende più difficile individuare l'errore.

Altri problemi ricorrenti includono l'utilizzo di una costante atmosferica fissa in un impianto in quota, la registrazione delle letture del vuoto come pressione assoluta negativa e il presupposto che un trasmettitore di livello sigillato sia un dispositivo assoluto. L'installazione può introdurre il proprio offset se le linee di impulso vengono lasciate con aria o liquido che modifica la pressione sul trasmettitore. Gli impianti a pressione differenziale necessitano di particolare attenzione perché sia ​​la pressione statica che il lato di riferimento influiscono sul risultato.

Controlli sugli appalti che riducono il rischio

Prima di emettere un ordine di acquisto, verificare il riferimento sulla scheda tecnica, la stringa dell'unità nel sistema di controllo, la procedura di calibrazione e la descrizione del pezzo di ricambio. Chiedere se il calcolo del flusso prevede una pressione assoluta. Se la risposta è sì, verificare se il trasmettitore fornisce direttamente la pressione assoluta o se il sistema aggiunge un valore barometrico misurato. Una piccola fase di documentazione in fase di specifica è più economica di un'indagine sul posto dopo l'avvio.

Come VNER si avvicina alla misurazione del flusso sensibile alla pressione

VNER è un produttore di misuratori di portata al servizio industrie di processo come petrolio e gas, prodotti petrolchimici, energia e trattamento delle acque. In tale contesto, la pressione è spesso un input secondario che determina la densità del gas, il volume standard o le condizioni operative sicure. Quello dell'azienda dimensionamento e selezione guidati dall'ingegneria il processo inizia con il fluido, la pressione operativa, la temperatura e la base di misurazione richiesta anziché con un numero di catalogo.

Per la misurazione basata sulla massa, un misuratore di portata massico Coriolis misura direttamente la massa, quindi il riferimento di pressione è meno centrale nell'equazione del flusso. La pressione della linea è ancora importante per la classificazione del contatore, i controlli della densità e la progettazione dell'installazione. La serie AC è un'opzione quando il processo richiede la misurazione diretta della massa anziché un volume corretto dalla pressione e dalla temperatura.

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Per la misura del volume del gas, il riferimento di pressione diventa parte della catena di misura. Un contatore a turbina a gas misura il volume effettivo e il computer di flusso o il pacchetto di compensazione lo converte in condizioni standard utilizzando la pressione assoluta e la temperatura assoluta. Il misuratore di portata a turbina a gas LWQ viene tipicamente applicato dove il gas è pulito e le condizioni operative sono adatte a un misuratore a turbina; il controllo della messa in servizio dovrebbe confermare come si ottiene la pressione assoluta.

Misuratore di portata a turbina a gas serie LWQ con compensazione temperatura/pressione opzionale Misura il flusso volumetrico di gas pulito e secco e può calcolare il volume standard con sensori di temperatura e pressione integrati, supportando i controlli di messa in servizio sul riferimento di pressione. Visualizza il prodotto →

La lezione più ampia è che i trasmettitori di pressione e i misuratori di portata dovrebbero essere specificati come un unico sistema di misurazione. Un trasmettitore del manometro può essere perfettamente accurato e produrre comunque un risultato di volume standard errato se il calcolo prevede una pressione assoluta. La documentazione del riferimento, dell'ipotesi barometrica locale e del metodo di calibrazione mantiene tale responsabilità visibile tra i team di strumenti, controllo e approvvigionamento.

Un percorso decisionale pratico

Utilizzare la pressione relativa quando il problema del processo è naturalmente relativo all'atmosfera e quando la variazione barometrica rientra nell'incertezza consentita. Esempi tipici includono la pressione idraulica, lo scarico della pompa, il monitoraggio del differenziale del filtro e l'indicazione generale dell'impianto. Utilizzare la pressione assoluta quando il processo coinvolge il vuoto, la densità del gas, la compensazione del flusso, la termodinamica o un record che deve rimanere significativo a diverse altitudini.

Quando la scelta non è ovvia, scrivere prima il calcolo. Se l'equazione contiene pressione assoluta, specificare un trasmettitore assoluto o un trasmettitore relativo con un ingresso barometrico misurato. Se l'equazione contiene pressione relativa, verificare che il sistema di controllo e la procedura di calibrazione utilizzino lo stesso riferimento ventilato. Quindi controllare l'intervallo, il certificato di calibrazione, la stringa dell'unità e la descrizione del pezzo di ricambio. L'obiettivo non è rendere ogni strumento assoluto; si tratta di rendere il riferimento esplicito e coerente.

La pressione relativa e la pressione assoluta non sono tecnologie concorrenti. Sono due modi per indicare dove inizia lo zero. Un trasmettitore di misura risponde a quale distanza il processo si trova al di sopra dell'atmosfera locale. Un trasmettitore assoluto risponde a quanto si trova al di sopra del vuoto. Il primo è intuitivo per molti sistemi idraulici e pneumatici. Il secondo è necessario quando sono coinvolti il ​​vuoto, la densità del gas, la correzione del flusso o le registrazioni indipendenti dall'altitudine.

I progetti più affidabili trattano il riferimento come un elemento di specifica, non come un ripensamento. Registrano la pressione atmosferica locale, indicano il riferimento sulla scheda tecnica, allineano l'equazione del computer di flusso con l'uscita del trasmettitore e si calibrano rispetto allo zero corretto. Questa disciplina impedisce che una piccola parola su un tag diventi un grosso errore nel flusso, nella sicurezza o nel trasferimento fiscale.